JP5478007B2

JP5478007B2 - 熱処理システム

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Publication number: JP5478007B2
Application number: JP2007262690A
Authority: JP
Inventors: 武雄坂下; 広良鈴木; 晴義平野; 隆紀柘植; 文隆虻川
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2027-10-05
Also published as: JP2008267778A

Description

本発明は、鋼材品である被処理体を浸炭処理あるいは調質処理、脱炭処理する熱処理装置を有する熱処理システムに関する。

被処理体に熱処理として例えば浸炭処理を行う手法として、例えばガス浸炭処理が行われる。ガス浸炭処理は、浸炭用のガスの雰囲気中に被処理体を置いて加熱し、浸炭を行うものである。浸炭用のガスには、例えばＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス、Ｎ_２（窒素）ガス、ＣＯ_２（二酸化炭素）ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）等を含む変成ガスと、例えばＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）のエンリッチガスとが用いられる。このガス浸炭処理の場合、浸炭用のガスを被処理体の加熱媒体として用いることができ、被処理体を均一に浸炭処理することが可能である。

このようなガス浸炭処理は、従来より、例えば被処理体に浸炭処理を行う浸炭炉と、浸炭処理後の被処理体を油焼入れする油槽室とを有する熱処理装置としての浸炭処理装置で行われている。浸炭炉にはキャリヤガスとしての変成ガスとエンリッチガスが供給され、油槽室には変成ガスが供給されて、所定の温度で被処理体の熱処理が行われる。（特許文献１）。

特開２００６−２８３１１６号公報

しかしながら、従来の浸炭処理装置では、被処理体を処理した後の浸炭炉と油槽室内の雰囲気は、変成ガスと異なる成分比となり、油分、Ｈ_２Ｏ（水分）等により汚染されているため、それぞれ大気中に排気され、有効に利用されていなかった。また、浸炭処理装置から排気される排ガスは可燃性を有するので、通常燃焼させ大気へ放散している。また、浸炭処理装置へ供給する変成ガスを生成する際にＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）が大量に用いられるため、変成反応に伴う加熱エネルギーが多く必要であり経済性が悪かった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、浸炭処理あるいは調質処理、脱炭処理後に排気されていた排ガスを有効利用し、省エネルギー化・省コスト化を図ることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の熱処理システムは、変成ガスを含む雰囲気ガス中で被処理体を浸炭処理あるいは調質処理、脱炭処理する熱処理装置と、
前記熱処理装置から排出された排ガスをリサイクルするリサイクル装置と、を有することを特徴としている。これによって、浸炭処理あるいは調質処理、脱炭処理後に排気されていた排ガスを有効利用し、省エネルギー化・省コスト化を実現することができる。

具体的には、前記リサイクル装置は、ＣＯ _２ガス、Ｏ _２ガス、水分を吸着し、前記排ガスを精製ガスとオフガスに分離する圧力スイング吸着装置、温度スイング吸着装置、または圧力温度スイング吸着装置であり、前記リサイクル装置における排ガスの分離の前に、前記熱処理装置から排出される排ガス中の油分を除去する油分除去装置が設けられ、前記リサイクル装置における排ガスの分離の前処理として、少なくとも前記油分除去装置で油分が除去された排ガスの昇圧および／又は降温を行う前処理装置が設けられ、前記精製ガスは、前記熱処理装置に供給されることを特徴としている。

本発明の熱処理システムによれば、熱処理装置から排気される排ガスを精製し、当該精製ガスを熱処理装置における浸炭処理あるいは調質処理、脱炭処理の雰囲気ガスとして再利用できるので、熱処理装置に供給する変成ガスの供給量を減少させることができる。また、このように排ガスを再利用できるので、熱処理装置へ供給する変成ガスを生成する際に必要なＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）の供給量および加熱エネルギーを減少させることができる。したがって、従来よりも省エネルギー化・省コスト化を実現することができる。

前記前処理装置で前処理された排ガスを貯留して、当該排ガスを前記リサイクル装置に供給する排ガスタンクを有していてもよい。これによって、必要量の前処理された排ガスを必要時にリサイクル装置に供給することができる。

前記リサイクル装置で分離された精製ガスを貯留して、当該精製ガスを前記熱処理装置に供給する精製ガスタンクを有していてもよい。これによって、必要量の精製ガスを必要時に熱処理装置に供給することができる。

前記熱処理装置は、被処理体を熱処理するための熱処理室と、被処理体の油焼入れを行うための油槽室あるいは被処理体を冷却する冷却室と、を有し、前記オフガスは、前記油槽室あるいは冷却室に供給されてもよい。本発明によれば、油槽室あるいは冷却室にオフガスをパージガスとして供給し、再利用することができるので、従来供給されていたパージガスの供給量を減少させることができる。また、熱処理装置の運転時には、通常油槽室あるいは冷却室内に変成ガスが供給されて被処理体の油焼入れが行われるが、この油焼入れは被処理体を油槽に浸漬して行うため、油槽室あるいは冷却室内の雰囲気を変成ガスの成分比に厳密に維持するまでは要求されていない。そこで、変成ガスの一部成分を含むオフガスを熱処理装置の運転前にパージガスとして供給すれば、例えば不活性ガス等をパージガスとして供給する場合に比べて、運転時に油槽室あるいは冷却室内を素早く所定の雰囲気にすることができる。

前記リサイクル装置で分離されたオフガスを貯留して、当該オフガスを前記油槽室あるいは冷却室に供給するオフガスタンクを有していてもよい。これによって、必要量のオフガスを必要時に熱処理装置の油槽室あるいは冷却室に供給することができる。

前記熱処理装置は複数設けられていてもよい。これによって、一の熱処理システム内で複数の被処理体を浸炭処理することができる。

前記変成ガスは、ガス変成炉で生成されてもよく、また被処理体を熱処理するための熱処理室で生成されてもよい。
前記精製ガスをキャリアガスとして、前記浸炭処理に使用してもよい。

本発明によれば、リサイクル装置で熱処理装置から排気される排ガスをリサイクルすることができるので、省エネルギー化・省コスト化を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる熱処理システム１の構成の概略を示している。

熱処理システム１は、鋼材品である被処理体の浸炭熱処理を行う熱処理装置としての浸炭処理装置２を有している。浸炭処理装置２は、被処理体に浸炭処理を行う熱処理室としての浸炭炉３と、浸炭処理後の被処理体を油焼入れする油槽室４を備えている。

浸炭処理装置２には、変成ガス供給路２０、２０ａ、２０ｂを介して、変成ガスを生成するガス変成炉５が接続されている。ガス変成炉５では空気とＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）から変成ガスを生成しており、変成ガスは主にＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ_２（水素）ガス、Ｎ_２（窒素）ガスから成り、ＣＯ_２（二酸化炭素）ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）を微量に含んでいる。ガス変成炉５は、変成ガス供給路２０を介して、変成ガスの流量を計量する流量計６に接続され、さらに流量計６は、変成ガス供給経路２０ａ、２０ｂを介して、浸炭炉３と油槽室４にそれぞれ接続されている。ガス変成炉５で生成された変成ガスが、変成ガス供給路２０、２０ａ、２０ｂを介して、浸炭炉３と油槽室４に供給される。その際、流量計６によって変成ガスの流量が計測され、浸炭炉３と油槽室４に供給される変成ガスの流量が調整される。

浸炭処理装置２の浸炭炉３には、エンリッチガス供給路２１を介して、エンリッチガスを貯留するエンリッチガスタンク７が接続されている。エンリッチガスはＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）であり、例えばブタンガスなどが用いられる。エンリッチガス供給路２１には、エンリッチガスの流量を計測する流量計３２が介設されている。エンリッチガスタンク７に貯留されたエンリッチガスが、エンリッチガス供給路２１を介して、浸炭炉３に供給される。その際、流量計３２によってエンッチガスの流量が計測され、浸炭炉３に供給されるエンリッチガスの流量が調整される。そして必要量の変成ガス、エンリッチガスが浸炭処理装置２の浸炭炉３と油槽室４に供給される。

また、浸炭処理装置２の浸炭炉３、油槽室４には、排ガス通路２２、２３がそれぞれ接続されている。排ガス通路２２には、分析ガス経路３３を介して、浸炭炉３内のガスの成分を分析するガス分析計３４が接続されている。これら排ガス通路２２、２３を通じて浸炭炉３、油槽室４から排出される排ガスには、ＣＯガス、ＣＯ_２ガス、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）、油分が含まれている。排ガス通路２２、２３は、排ガス中の油分を除去する油分除去装置８にそれぞれ接続されている。油分除去装置８には、例えばセラミック材のフィルターや耐熱性のフィルターエレメント等が用いられ、排ガス中の油分が物理的に吸着される。なお、油槽室４からの排ガス通路２３には排気路２３ａが分岐して設けられており、排気路２３ａから排ガスを熱処理システム１の外部に排気することができる。

油分除去装置８には、昇圧装置９が介設された排ガス通路２４を介して、排ガスを変成ガスと同等、実質的に同一の成分比を有する精製ガスとその残渣のオフガスに分離するリサイクル装置１０が接続されている。リサイクル装置１０は、排ガスに含まれるＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）を除去することができる。リサイクル装置１０には、リサイクル装置１０内をパージするためにパージガス経路３０から分岐したパージガス経路３１が接続されている。なお、前記「排ガスを変成ガスと同等、実質的に同一」とは、排ガスをリサイクル装置１０により処理し、変成ガスとして浸炭炉３に使用できることを意味する。

リサイクル装置１０には、例えば図２に示すように圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ：ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）が用いられる。リサイクル装置１０は、例えば２基の吸着塔１１ａ、１１ｂを有している。２基の吸着塔１１ａ、１１ｂの内部には、ＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）を吸着することができる吸着剤、例えばゼオライト（ＺｎＳ）、カーボンモレキュラーシーブ（ＣＭＳ）等の吸着剤がそれぞれ充填されている。吸着塔１１ａ、１１ｂの入口には、排ガス経路２４が分岐した排ガス経路２４ａ、２４ｂがそれぞれ接続されている。吸着塔１１ａ、１１ｂの出口には、ＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）が除去され、変成ガスと同等、実質的に同一の成分比を有する精製ガスを送出する精製ガス経路２６ａ、２６ｂがそれぞれ接続されている。精製ガス経路２６ａ、２６ｂは合流して精製ガス経路２６を形成し、精製ガス経路２６はリサイクル装置１０内の中間ガスタンク１３に接続されている。精製ガス経路２６ａ、２６ｂには、それぞれの経路を接続する精製ガス経路２６ｃが接続されている。また中間ガスタンク１３には、精製ガスをリサイクル装置１０外に送出する精製ガス経路２６と、吸着塔１１ａ、１１ｂ内のガスを浄化するために吸着塔１１ａ、１１ｂに精製ガスを戻す洗浄ガス経路１４とが接続されている。洗浄ガス経路１４は排ガス経路２４に接続され、中間ガスタンク１３の精製ガスの一部は洗浄ガス経路１４、排ガス経路２４、２４ａ、２４ｂを通って吸着塔１１ａ、１１ｂに戻される。洗浄ガス経路１４には洗浄ガス経路１４ａが接続され、洗浄ガス経路１４ａは油分除去装置８と昇圧装置９を接続する排ガス経路２４に接続されている。吸着塔１１ａ、１１ｂの入口には、吸着剤に吸着されたＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）を回収するためのオフガス経路２８ａ、２８ｂが接続されている。オフガス経路２８ａ、２８ｂは、リサイクル装置１０内で合流してオフガス経路２８を形成している。オフガス経路２８には真空ポンプ１５が介設されている。オフガスは、真空ポンプ１５の真空引きによって、オフガス経路２８を通ってリサイクル装置１０外に送出される。このリサイクル装置１０により、昇圧装置９から送出される排ガスのうち、４０〜７０％の排ガスを精製ガスとして精製することができる。また、残りのオフガスを油槽室４に用いることができ、排ガスの精製ガスを合わせると、９０％以上のガスのリサイクルが可能となる。

油分除去装置８とリサイクル装置１０を接続する排ガス経路２４には、圧力スイング吸着装置であるリサイクル装置１０に流入する排ガスを前処理する前処理装置として、排ガスを昇圧する昇圧装置９が介設されている。昇圧装置９には、例えばレシプロコンプレッサーやダイアフラム方式のコンプレッサーが用いられる。昇圧装置９には、昇圧装置９内をパージするために変成ガス供給路２０から分岐したパージガス経路３０が接続されている。また、排ガス経路２４には、分析ガス経路３５を介して、排ガスの成分を分析するガス分析計３６が接続されている。

リサイクル装置１０からの精製ガス経路２６は、図１に示すように流量計６に接続され、精製ガスは流量計６から変成ガス供給路２０ａ、２０ｂを介して、浸炭処理装置２の浸炭炉３と油槽室４に供給される。精製ガス経路２６には、分析ガス経路２７を介して、精製ガスの成分を分析するガス分析計１６が接続されている。

リサイクル装置１０からのオフガス経路２８は、浸炭処理装置２の油槽室４に接続されている。オフガス経路２８には、排気路２９が分岐して設けられており、排気路２９からオフガスの一部を熱処理システム１の外部に排気することができる。

なお、上述した浸炭処理装置２、昇圧装置９、リサイクル装置１０には、各装置内を安全にパージするために不活性ガス、例えばＮ_２ガスを各装置内に供給する窒素ガス経路（図示せず）がそれぞれ接続されている。

次に上述した浸炭処理装置２の構成について、図３に基づいて説明する。浸炭炉３内には、搬入室としての脱脂室４０、予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４が、前方から後方（図３においては左方から右方）に向かってこの順に設けられている。浸炭炉３の後方には、油槽室４が設けられている。

浸炭炉３の前部には、被処理体５０を浸炭炉３内の脱脂室４０に搬入するための開口としての搬入口５１が設けられており、搬入口５１を開閉する扉５２が設けられている。

脱脂室４０と予熱室４１の間には、被処理体５０を通過させるための通過口６１が形成されており、通過口６１を塞ぐシャッター６２が備えられている。予熱室４１と浸炭室４２の間には、被処理体５０を通過させるための通過口６３が形成されており、通過口６３を塞ぐシャッター６４が備えられている。浸炭室４２と拡散室４３の間には、被処理体５０を通過させるための通過口６５が形成されており、通過口６５を塞ぐシャッター６６が備えられている。拡散室４３と焼入室４４の間には、被処理体５０を通過させるための通過口６７が形成されており、通過口６７を塞ぐシャッター６８が備えられている。脱脂室４０、予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４において被処理体５０を処理するときは、通過口６１、６３、６５、６７はシャッター６２、６４、６６、６８によってそれぞれ閉じられるようになっている。なお、シャッター６２、６４、６６、６８によって通過口６１、６３、６５、６７を塞いだときも、脱脂室４０、予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４の雰囲気は、通過口６１、６３、６５、６７と各シャッター６２、６４、６６、６８の間の隙間を介して互いに連通している。被処理体５０の熱処理中、浸炭炉３内の雰囲気の一部は脱脂室４０の排ガス経路４５から排気され、通常燃焼させ大気へ放散している。また、浸炭炉３内の残りの雰囲気は予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４へ順に流れるようになっている。

浸炭炉３の後部には、被処理体５０を浸炭炉３から搬出して油槽室４に搬入するための開口としての搬出口７１が形成され、搬出口７１を開閉する扉７２が設けられている。前述した油槽室４は、搬出口７１の外側に設けられており、搬出口７１を介して浸炭炉３と連通するようになっている。搬出口７１の下方には３方口弁７３が設けられ、焼入室４４内の雰囲気は油槽室４に流入するか、あるいは排ガス経路２２に流入するようになっている。

浸炭炉３内の下部には、被処理体５０を搬入口５１から搬出口７１側に向かって搬送するローラコンベア８０が設けられている。被処理体５０は、ローラコンベア８０によって通過口６１、６３、６５、６７を順に通過するように搬送され、脱脂室４０、予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４に順に搬入、搬出されるようになっている。なお、予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４には、複数の被処理体５０をローラコンベア８０の搬送方向に並べて搬入することができる。

予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４には、変成ガス供給路２０ａから分岐した変成ガス供給路９１、９２、９３、９４がそれぞれ接続されている。また、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４には、エンリッチガス供給路２１から分岐したエンリッチガス供給路１０１、１０２、１０３がそれぞれ接続されている。さらに、焼入室４４には、空気を供給する空気供給路１０４が接続されている。脱脂室４０、予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４の上部には、各室内の雰囲気を攪拌するファン１１０がそれぞれ備えられており、さらに、各室内の雰囲気を加熱するヒータ（図示せず）がそれぞれ設けられている。

油槽室４の下部には、油槽１２０が備えられている。また、被処理体５０を油槽室４内から搬出するための出口１２１が形成されており、出口１２１を開閉する扉１２２が設けられている。また、油槽室４の上部には、油槽室４内の排気を行う排ガス経路２３と変成ガス供給路２０ｂがそれぞれ接続されている。

本実施の形態にかかる熱処理システム１は以上のように構成されており、次にこの熱処理システム１で行われる被処理体５０の浸炭処理および浸炭処理装置２から排気される排ガスのリサイクル処理について説明する。

先ず、ガス変成炉５で変成ガスが生成され、変成ガス供給路２０、２０ａ、２０ｂを介して、浸炭処理装置２の浸炭炉３と油槽室４に変成ガスが供給される。同時に、エンリッチガスタンク７からエンリッチガス供給路２１を介して、エンリッチガスが浸炭炉３に供給される。その際、流量計６、３２によって変成ガス、エンリッチガスの流量が計測され、浸炭炉３、油槽室４に供給される変成ガス、エンリッチガスの流量が調整される。そして浸炭炉３の脱脂室４０、予熱室４１、浸炭室４２、拡散室４３、焼入室４４及び油槽室４の内部の雰囲気がそれぞれ所定の雰囲気に維持される。

浸炭処理装置２の内部が所定の雰囲気になると、浸炭処理装置２において被処理体５０の浸炭処理が行われる。浸炭炉３の搬入口５１を開いて被処理体５０を脱脂室４０に搬入し、その後搬入口５１を閉じて脱脂処理を行う。脱脂処理後、通過口６１を開いて、被処理体５０を脱脂室４０から予熱室４１に移動させ、通過口６１を閉じる。予熱室４１においては、被処理体５０は例えば約９３０℃程度まで昇温される。予熱後、通過口６３を開いて、被処理体５０を予熱室４１から浸炭室４２に移動させ、通過口６３を閉じる。浸炭室４２において、被処理体５０は例えば約９３０℃程度に加熱され、所定時間、浸炭処理が行われる。浸炭処理後、通過口６５を開いて、被処理体５０を浸炭室４２から拡散室４３に移動させ、通過口６５を閉じる。拡散室４３においては、被処理体５０は例えば約９３０℃程度に加熱され、所定時間、拡散処理が行われる。拡散後、通過口６７を開いて、被処理体５０を拡散室４３から焼入室４４に移動させ、通過口６７を閉じる。焼入室４４においては、被処理体５０は例えば約８７０℃程度に降温され、所定時間、焼入れ温度に保持され被処理体５０の均熱が行われる。その後、浸炭炉３の搬出口７１を開いて、被処理体５０を油槽室４に搬入し、搬出口７１を閉じる。そして、油槽室４において、被処理体５０を油槽１２０に浸漬させて油焼き入れを行い、油槽１２０から引き上げた後、出口１２１を開いて搬出させる。以上のようにして、浸炭処理装置２における一連の浸炭処理が終了する。

上述のように浸炭処理装置２において被処理体５０を浸炭処理中、浸炭炉３には変成ガスとエンリッチガスが継続的に供給され、所定の雰囲気に維持されている。そして浸炭炉３から発生した排ガスは、３方口弁７３を介して排ガス経路２２から排気され、油分除去装置８に送出される。なお、浸炭炉３からの排ガスは３方口弁７２を介して油槽室４に流入させて、その後油槽室４から排気してもよい。

また浸炭処理装置２内で被処理体５０の浸炭処理中、油槽室４には変成ガスが継続的に供給され、所定の雰囲気に維持されている。そして油槽室４から発生した排ガスは、排ガス経路２３から排気され、油分除去装置８に送出される。

浸炭炉３と油槽室４から油分除去装置８に送出された排ガスは、油分除去装置８で油分が除去され、その後排ガス経路２４を通って昇圧装置９に送出される。昇圧装置９に送出された排ガスは、昇圧装置９で昇圧される。このとき排ガスの昇圧は、排ガスの圧力がリサイクル装置１０の吸着塔１１ａ、１１ｂ内の吸着剤に対する所定の吸着圧力になるように行われる。その後昇圧された排ガスは、排ガス経路２４を通ってリサイクル装置１０に送出される。

リサイクル装置１０に送出された排ガスは、排ガス経路２４ａを通って吸着塔１１ａに導入される。吸着塔１１ａに導入された排ガスは昇圧装置９において所定の吸着圧力に昇圧されており、排ガス中のＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）が吸着塔１１ａ内の吸着剤に吸着される。そしてＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）が除去されたガスは、変成ガスと同一の成分比を有する精製ガスとして精製ガス経路２６ａ、２６を通って中間ガスタンク１３に送出される（吸着ステップ）。

吸着塔１１ａ内の吸着ステップが終了すると、吸着塔１１ａへの排ガスの導入を停止し、真空ポンプ１５によって吸着塔１１ａ内を真空引きし、吸着塔１１ａ内のＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）が脱着される。そして脱着されたＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）はオフガスとして、オフガス経路２８ａ、２８から排出される（脱着ステップ）。

吸着塔１１ａ内の脱着ステップが終了すると、中間ガスタンク１３内の精製ガスの一部が洗浄ガス経路１４、排ガス経路２４、２４ａを通って、吸着塔１１ａ内に導入される。この導入された精製ガスによって、吸着塔１１ａ内は純化される（洗浄ステップ）。なお、中間ガスタンク１３内の残りの精製ガスは、精製ガス経路２６からリサイクル装置１０外に送出される。

吸着塔１１ａ内で脱着ステップと洗浄ステップが行われている間に、吸着塔１１ｂ内では吸着ステップが行われる。すなわち、吸着塔１１ａ、１１ｂにおいて、吸着ステップと、脱着ステップ・洗浄ステップとが交互に行われる。

リサイクル装置１０では、排ガス経路２４に設けられたガス分析計３６と精製ガス経路２６に設けられたガス分析計１６の双方でガス成分が連続モニターされ、精製ガスがガス変成炉５から供給される変成ガスと同等成分比になるよう自動制御される。精製ガスがガス変成炉から供給される変成ガスと同等成分比であれば、その精製ガスは精製ガス経路２６を通って流量計６に送出される。流量計６では、精製ガスとガス変成炉５からの変成ガスが合流し、その流量が計測される。そして必要量の変成ガス、精製ガスが浸炭処理装置２の浸炭炉３と油槽室４に供給される。

リサイクル装置１０から排出されたオフガスは、油槽室４をパージする際のパージガスとして、オフガス経路２８を通って油槽室４に供給される。

以上の実施の形態によれば、浸炭処理装置２から排気される排ガスを油分除去装置８、昇圧装置９、リサイクル装置１０で精製し、リサイクル装置１０からの精製ガスを浸炭炉３と油槽室４で浸炭処理の際の雰囲気ガスとして再利用することができるので、ガス変成炉５から浸炭処理装置２に供給する変成ガスの供給量を減少させることができる。またこのように浸炭処理装置２からの排ガスを再利用できるので、浸炭処理装置２へ供給する変成ガスを生成する際に必要なＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）の供給量および加熱エネルギーを減少させることができる。したがって、本熱処理システム１によれば、従来よりも省エネルギー化・省コスト化を実現することができる。

なお、変成ガスをガス変成炉で作る場合、例えば平衡状態１０８０℃で変成ガスを生成するが、この変成ガスは浸炭処理装置２で浸炭温度（９３０℃）まで下げるとＣＯ2が増えるという問題がある。すなわち浸炭温度においては、ＣＯ2が減少すると浸炭能力が上りすぎるので、ガス(雰囲気)を再度調整する必要がある。

本発明にあっては、リサイクル装置１０で精製された精製ガスは、ガス変成炉５で生成された変成ガスと比較すると、Ｈ2Ｏが少なく浸炭ポテンシャルを高くすることができることがわかり、スーティングしにくいガスができるようになった。また、スーティングしにくいガスができる要因として、Ｈ2Ｏが少ないことに加え、ＣＯの還元作用の影響も大きいと考えられる。

また、リサイクル装置１０で精製された精製ガスの還元能力が高い性質を利用して、酸化膜をとる処理にも利用できる。なお、変成ガスの半分をリサイクル装置１０で精製された精製ガスで賄えば、現状と同程度のコストになる。
さらに、ガス組成を精度よく調整するため、リサイクル装置にガス調整装置（図示しない）を付加することが好ましい。ガス調整装置は、ａｉｒ（空気）を導入する手段、ガス組成を分析する手段、ガス流量を調整する手段を有する。これにより、浸炭処理に使用できるカーボンポテンシャルに調整して、精製（リサイクル）ガスをキャリアガスとして浸炭処理装置に再利用でき、精度の高い浸炭処理を実施することができる。
さらには、浸炭用、拡散用などの複数のカーボンポテンシャルのキャリアガスの成分に精製（リサイクル）ガスを調整して、熱処理装置に使用することができ、変成炉の負担を小さくしコスト削減に寄与する。

またリサイクル装置１０からのオフガスを浸炭処理装置２の油槽室４のパージガスとして再利用することができるので、従来供給されていたパージガスの供給量を減少させることができる。さらに、浸炭処理装置２の運転時には油槽室４内に変成ガスが供給されて所定の雰囲気にされるが、オフガスは精製ガスの成分も含んでいるので、例えば不活性ガス等をパージガスとして供給する場合に比べて、運転時に油槽室４内を素早く所定の雰囲気にすることができる。

以上の実施の形態の熱処理システム１において、リサイクル装置１０には圧力スイング吸着装置が用いられていたが、温度スイング吸着装置（ＴＳＡ：ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を用いてもよい。温度スイング吸着装置は、圧力スイング吸着装置の吸着塔１１ａ、１１ｂと同様に２基の吸着塔を有し、各吸着塔内にＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）を吸着する吸着剤、例えばゼオライト（ＺｎＳ）、カーボンモレキュラーシーブ（ＣＭＳ）等の吸着剤がそれぞれ充填されている。またこの場合、昇圧装置９に代えて、前処理装置として排ガスを送気し、かつ排ガスの温度を下げる送気降温装置が用いられる。降温装置では、排ガスの温度は吸着剤に対する所定の吸着温度になるまで下げられる。そして降温装置で所定の吸着温度になった排ガスは、温度スイング吸着装置の吸着塔内に送出され、ＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、水分が吸着される（吸着ステップ）。吸着ステップが終了すると、吸着塔内が昇温され、ＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）が脱着される（脱着ステップ）。そして２基の吸着塔で吸着ステップと脱着ステップが交互に行われる。

またリサイクル装置１０には、圧力温度スイング吸着装置（ＰＴＳＡ：ＰｒｅｓｓｕｒｅａｎｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を用いてもよい。圧力温度スイング吸着装置も圧力スイング吸着装置と同様に２基の吸着塔を有し、各吸着塔内にＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）を吸着する吸着剤、例えばゼオライト（ＺｎＳ）、カーボンモレキュラーシーブ（ＣＭＳ）等の吸着剤がそれぞれ充填されている。またこの場合、昇圧装置９に代えて、前処理装置として排ガスを昇圧し、かつ排ガスの温度を下げる昇圧降温装置が用いられる。昇圧降温装置では、排ガスが吸着剤に対する所定の吸着圧力、吸着温度になるように、排ガスの圧力と温度が調整される。そして昇圧降温装置で所定の吸着圧力、吸着温度になった排ガスは、圧力温度スイング吸着装置の吸着塔内に送出され、ＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、水分が吸着される（吸着ステップ）。吸着ステップが終了すると、吸着塔内が降圧、かつ昇温され、ＣＯ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２Ｏ（水分）が脱着される（脱着ステップ）。そして２基の吸着塔で吸着ステップと脱着ステップが交互に行われる。

以上の実施の形態の熱処理システム１において、浸炭処理装置２には油槽室４が設けられていたが、油槽室４に代えて、浸炭処理装置２内に被処理体を冷却する冷却室を設けてもよい。かかる場合、リサイクル装置１０において排出されたオフガスは、冷却室をパージする際のパージガスとして、冷却室に供給されてもよい。

以上の実施の形態の熱処理システム１において、浸炭処理装置２に供給される変成ガスはガス変成炉５で生成されていたが、浸炭処理装置２の浸炭炉３内に空気とＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）あるいはＣＯ_２ガスとＣ_ｍＨ_ｎ（炭化水素系）を導入し、浸炭処理装置２の浸炭炉３内で変成ガスを生成してもよい。

以上の実施の形態の熱処理システム１において、浸炭処理装置２は１基設けられていたが、浸炭処理装置２は複数、例えば図４に示すように２基設けられていてもよい。かかる場合、熱処理システム１に浸炭処理装置２０２、流量計２０６と油分除去装置２０８が追加される。浸炭処理装置２０２、流量計２０６、油分除去装置２０８は、浸炭処理装置２、流量計６、油分除去装置８とそれぞれ同一の構成を有している。

流量計２０６には、変成ガス供給路２０から分岐した変成ガス供給路２２０と、精製ガス経路２６から分岐した精製ガス経路２２６とが接続されている。また流量計２０６には、変成ガス供給路２２０が分岐した変成ガス供給路２２０ａ、２２０ｂが接続されている。

浸炭処理装置２０２の浸炭炉２０３には、変成ガス供給路２２０ａと、エンリッチガス供給路２１から分岐したエンリッチガス供給路２２１とが接続されている。浸炭処理装置２０２の油槽室２０４には、変成ガス供給路２２０ｂと、オフガス経路２８から分岐したオフガス経路２２８とが接続されている。

また、浸炭処理装置２０２の浸炭炉２０３、油槽室２０４には、排ガスを排出する排ガス通路２２２、２２３がそれぞれ接続されている。排ガス通路２２２には、分析ガス経路２３３を介して、浸炭炉２０３内のガスの成分を分析するガス分析計２３４が接続されている。排ガス経路２２２、２２３は、油分除去装置２０８に接続されている。なお、油槽室４からの排ガス通路２２３には排気路２２３ａが分岐して設けられており、排気路２２３ａから排ガスを熱処理システム１の外部に排気することができる。

油分除去装置２０８には、排ガス経路２２４が接続されている。排ガス経路２２４は、排ガス経路２４に接続されている。

なお、上述した浸炭処理装置２０２には、装置内を安全にパージするために不活性ガス、例えばＮ_２ガスを装置内に供給する窒素ガス経路（図示せず）が接続されている。

以上のように一の熱処理システム１内に複数の浸炭処理装置２、２０２が設けられるので、同一システム内で複数の被処理体を同時に浸炭処理することができる。さらに、一の熱処理システム１内に複数、例えば２〜１０台の浸炭装置２を設けるのが好ましく、１台のリサイクル装置１０で排ガスを処理することでシステムの装置コストを抑えることができる。同様に精製ガスを変成ガスとして使用できるため、ガス変成炉５の台数あるいは容量も、従来と比べても大幅に減少させることができる。

以上の実施の形態の熱処理システム１に、例えば図５に示すように昇圧装置９で昇圧した排ガスを貯留する排ガスタンク３０１と、リサイクル装置１０で精製した精製ガスを貯留する精製ガスタンク３０２と、リサイクル装置１０から排出されるオフガスを貯留するオフガスタンク３０３とを追加してもよい。排ガスタンク３０１、精製ガスタンク３０２、オフガスタンク３０３は、それぞれ内部を一定圧に保つことができるガスホルダーである。排ガスタンク３０１、精製ガスタンク３０２、オフガスタンク３０３は、それぞれ昇圧装置９とリサイクル装置１０の間を接続する排ガス経路２４、精製ガス経路２６、オフガス経路２８に介設される。また排ガスタンク３０１、精製ガスタンク３０２、オフガスタンク３０３には、タンク内をパージするためにパージガス経路３０から分岐したパージガス経路３１１、３１２、３１３がそれぞれ接続されている。なお、排ガスタンク３０１、精製ガスタンク３０２、オフガスタンク３０３の上部には排気路３２１、３２２、３２３がそれぞれ設けられ、タンク内のガスを排気することができる。また、排ガスタンク３０１、精製ガスタンク３０２、オフガスタンク３０３には、各タンク内を安全にパージするために不活性ガス、例えばＮ_２ガスを各タンク内に供給する窒素ガス経路（図示せず）がそれぞれ接続されている。

かかる場合、昇圧装置９で昇圧された排ガスは、一旦排ガスタンク３０１に貯留され、必要時に必要量の排ガスをリサイクル装置１０に供給することができる。またリサイクル装置１０から精製される精製ガス、排出されるオフガスは、それぞれ精製ガスタンク３０２、オフガスタンク３０３に貯留され、必要時に必要量の精製ガス、オフガスを浸炭処理装置２浸炭炉３と油槽室４に供給することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、熱処理装置で調質処理あるいは脱炭処理を行う場合にも、本発明の熱処理システムを適用することができる。

本発明は、鋼材品である被処理体を浸炭処理あるいは調質処理、脱炭処理する
熱処理装置を有する熱処理システムに有用である。

本実施の形態にかかる熱処理システムの構成の概略を示す説明図である。リサイクル装置の構成の概略を示す説明図である。浸炭処理装置の縦断面図である。他の実施の形態にかかる熱処理システムの構成の概略を示す説明図である。他の実施の形態にかかる熱処理システムの構成の概略を示す説明図である。

符号の説明

１熱処理システム
２浸炭処理装置
３浸炭炉
４油槽室
５ガス変成炉
６流量計
７エンリッチガスタンク
８油分除去装置
９昇圧装置
１０リサイクル装置
１６ガス分析計
３２流量計
３４ガス分析計
３６ガス分析計
３０１排ガスタンク
３０２精製ガスタンク
３０３オフガスタンク

Claims

変成ガスを含む雰囲気ガス中で被処理体を浸炭処理あるいは調質処理、脱炭処理する熱処理装置と、
前記熱処理装置から排出された排ガスをリサイクルするリサイクル装置と、を有し、
前記リサイクル装置は、ＣＯ _２ガス、Ｏ _２ガス、水分を吸着し、前記排ガスを精製ガスとオフガスに分離する圧力スイング吸着装置、温度スイング吸着装置、または圧力温度スイング吸着装置であり、
前記リサイクル装置における排ガスの分離の前に、前記熱処理装置から排出される排ガス中の油分を除去する油分除去装置が設けられ、
前記リサイクル装置における排ガスの分離の前処理として、少なくとも前記油分除去装置で油分が除去された排ガスの昇圧および／又は降温を行う前処理装置が設けられ、
前記精製ガスは、前記熱処理装置に供給されることを特徴とする、熱処理システム。
前記前処理装置で前処理された排ガスを貯留して、当該排ガスを前記リサイクル装置に供給する排ガスタンクを有することを特徴とする、請求項１に記載の熱処理システム。
前記リサイクル装置で分離された精製ガスを貯留して、当該精製ガスを前記熱処理装置に供給する精製ガスタンクを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱処理システム。
前記熱処理装置は、被処理体を熱処理するための熱処理室と、被処理体の油焼入れを行うための油槽室あるいは被処理体を冷却する冷却室と、を有し、
前記オフガスは、前記油槽室あるいは冷却室に供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理システム。
前記リサイクル装置で分離されたオフガスを貯留して、当該オフガスを前記油槽室あるいは冷却室に供給するオフガスタンクを有することを特徴とする、請求項４に記載の熱処理システム。
前記熱処理装置は複数設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理システム。
前記変成ガスは、ガス変成炉で生成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理システム。
前記変成ガスは、前記熱処理室で生成されることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の熱処理システム。
前記精製ガスをキャリアガスとして、前記浸炭処理に使用することを特徴とする、請求項１〜８に記載の熱処理システム。