JP7189115B2 - Gas carburizing method and gas carburizing apparatus - Google Patents

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本発明はガス浸炭方法およびガス浸炭装置に関する。 The present invention relates to a gas carburizing method and a gas carburizing apparatus.

従来、鋼等の金属の表面層の硬化を目的として浸炭が行われている。特許文献１には浸炭方法の一例として、キャリアガス（担体ガス）およびエンリッチガス（浸炭ガス）を炉内のワークへ供給することで浸炭を行うガス浸炭方法が開示されている。 Conventionally, carburizing is performed for the purpose of hardening the surface layer of metals such as steel. As an example of the carburizing method, Patent Document 1 discloses a gas carburizing method in which carburizing is performed by supplying a carrier gas (carrier gas) and an enriched gas (carburizing gas) to a workpiece in a furnace.

ここでガス浸炭以外に真空浸炭という浸炭方法が知られている。真空浸炭は、ガス浸炭にくらべて処理時間が短いというメリットがある一方で、真空浸炭では炉内を減圧しなければならないためガス浸炭にくらべて設備費が高価となる。したがって真空浸炭と比較するとガス浸炭はコスト上のメリットを有することに加え、常圧（略大気圧）下で浸炭を行うことで炉内の雰囲気制御が容易であるとのメリットも有するため、現在ではガス浸炭が一般に広く用いられている。 In addition to gas carburizing, a carburizing method called vacuum carburizing is known. Vacuum carburizing has the advantage that the treatment time is shorter than gas carburizing, but the vacuum carburizing requires a reduced pressure in the furnace, so the equipment cost is higher than gas carburizing. Compared to vacuum carburizing, therefore, gas carburizing has cost advantages, and carburizing under normal pressure (substantially atmospheric pressure) also has the advantage of making it easier to control the atmosphere in the furnace. Gas carburizing is widely used in general.

特開２０１７－１６６０３５号公報JP 2017-166035 A

ガス浸炭では浸炭ガスを炉内に配置されたワークに接触させることでワークの表面層の浸炭を行う。このため、もし浸炭ガスがワークの表面層の全体に均一に接触しないと、浸炭の度合いにムラが生じてしまう。 In gas carburizing, carburizing gas is brought into contact with the workpiece placed in the furnace to carburize the surface layer of the workpiece. Therefore, if the carburizing gas does not uniformly contact the entire surface layer of the workpiece, the degree of carburizing will be uneven.

本発明は、このような実情に鑑み、熱処理炉内のワークへ浸炭ガスをより均一に接触させ、安定した品質を確保可能なガス浸炭方法、およびガス浸炭装置を提供する。 In view of such circumstances, the present invention provides a gas carburizing method and a gas carburizing apparatus capable of bringing the carburizing gas into more uniform contact with the workpiece in the heat treatment furnace and ensuring stable quality.

（１）本発明の一態様に係るガス浸炭方法は、常圧下の熱処理炉内にワークを配置する工程と、前記熱処理炉内にキャリアガスを供給する工程と、前記ワークが配置された前記熱処理炉内を加熱する工程と、加熱後の前記熱処理炉内に浸炭ガスを供給して前記ワークに対して浸炭を行う工程と、を含み、前記浸炭を行う工程では、前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスにより、前記熱処理炉内の内壁近傍に沿って第一の方向の一方に流れる内壁流を形成すると共に、前記熱処理炉内の中央近傍において、前記第一の方向の他方に流れる中央流を形成する。 (1) A gas carburizing method according to an aspect of the present invention includes the steps of placing a work in a heat treatment furnace under normal pressure, supplying a carrier gas into the heat treatment furnace, and performing the heat treatment in which the work is placed. and a step of supplying a carburizing gas into the heat treatment furnace after heating to carburize the workpiece, wherein the carburizing step includes the carrier gas and the carburizing gas. At least one of the gas forms an inner wall flow that flows in one of the first directions along the vicinity of the inner wall in the heat treatment furnace, and flows in the other of the first directions near the center in the heat treatment furnace Form a central stream.

（２）また、上記（１）に記載のガス浸炭方法では、前記浸炭を行う工程では、前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを、前記熱処理炉内における天井面または床面において、前記第一の方向としての上下方向に交差する面方向放射状に拡散させることで、前記内壁流を形成してもよい。 (2) In addition, in the gas carburizing method described in (1) above, in the step of performing the carburizing, at least one of the carrier gas and the carburizing gas is supplied to the ceiling surface or the floor surface of the heat treatment furnace by: The inner wall flow may be formed by diffusing in a plane direction radially crossing the vertical direction as the first direction.

（３）また、上記（１）または（２）に記載のガス浸炭方法では、前記熱処理炉内には、前記内壁流に対して前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを供給する第一供給口、及び、前記中央流に対して前記少なくとも一方のガスを供給する第二供給口が形成されており、前記浸炭を行う工程では、前記第一供給口から供給されるガスの体積流量が、前記第二供給口から供給されるガスの体積流量よりも大きくともよい。 (3) Further, in the gas carburizing method described in (1) or (2) above, in the heat treatment furnace, at least one of the carrier gas and the carburizing gas is supplied to the inner wall flow. One supply port and a second supply port for supplying the at least one gas to the central flow are formed, and in the step of performing the carburizing, the volume flow rate of the gas supplied from the first supply port may be larger than the volumetric flow rate of the gas supplied from the second supply port.

（４）また、上記（１）～（３）のいずれかに記載のガス浸炭方法では、前記キャリアガスとして、窒素および酸素を含む窒素含有ガス、または、前記窒素含有ガスと鎖式不飽和炭化水素とを混合した混合ガスを使用してもよい。 (4) Further, in the gas carburizing method according to any one of the above (1) to (3), the carrier gas is a nitrogen-containing gas containing nitrogen and oxygen, or the nitrogen-containing gas and chain-type unsaturated carbonization. A mixed gas mixed with hydrogen may also be used.

（５）また、上記（４）に記載のガス浸炭方法では、前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記窒素の体積パーセントを、９９．００％以上９９．９９％以下としてもよい。 (5) Further, in the gas carburizing method described in (4) above, the volume percentage of the nitrogen in the nitrogen -containing gas with respect to the entire nitrogen-containing gas may be 99.00% or more and 99.99% or less.

（６）また、上記（４）に記載のガス浸炭方法では、前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記酸素の体積パーセントを、０．０１０％以上１．００％以下としてもよい。 (6) Further, in the gas carburizing method described in (4) above, the volume percentage of the oxygen in the nitrogen-containing gas with respect to the entire nitrogen-containing gas may be 0.010% or more and 1.00% or less.

（７）また、上記（５）または（６）に記載のガス浸炭方法では、前記窒素含有ガスを、圧力スイング吸着法により空気から分離することで生成してもよい。 (7) Further, in the gas carburizing method described in (5) or (6) above, the nitrogen-containing gas may be generated by separating it from air by a pressure swing adsorption method.

（８）また、上記（１）～（７）のいずれかに記載のガス浸炭方法では、前記熱処理炉内に前記ワークを配置した後であって、前記キャリアガスを供給する前に、前記熱処理炉内のガスをパージする工程をさらに含んでもよい。 (8) Further, in the gas carburizing method according to any one of the above (1) to (7), after placing the work in the heat treatment furnace and before supplying the carrier gas, the heat treatment The step of purging gas within the furnace may also be included.

（９）また、上記（１）～（８）のいずれかに記載のガス浸炭方法では、前記熱処理炉内を前記常圧より大きい圧力下で、前記ワークに対して浸炭を行ってもよい。 (9) Further, in the gas carburizing method according to any one of the above (1) to (8), the work may be carburized in the heat treatment furnace under a pressure higher than the normal pressure.

（１０）本発明の一態様に係るガス浸炭装置は、常圧下、または常圧よりも大きい圧力でワークの浸炭を行うガス浸炭装置であって、前記ワークを収容する熱処理炉と、前記熱処理炉内を加熱する加熱装置と、キャリアガスおよび浸炭ガスを前記熱処理炉内に供給するガス供給装置と、前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスにより、前記熱処理炉内の内壁近傍に沿って第一の方向の一方に流れる内壁流を形成する第一撹拌部と、前記少なくとも一方のガスにより、前記熱処理炉内の中央近傍において、前記第一の方向の他方に流れる中央流を形成する第二撹拌部と、を備えている。 (10) A gas carburizing apparatus according to an aspect of the present invention is a gas carburizing apparatus that carburizes a work under normal pressure or at a pressure higher than the normal pressure, comprising: a heat treatment furnace for accommodating the work; along the vicinity of the inner wall in the heat treatment furnace by a heating device for heating the inside, a gas supply device for supplying a carrier gas and a carburizing gas into the heat treatment furnace, and at least one of the carrier gas and the carburizing gas. a first stirring section forming an inner wall flow flowing in one of the first directions; and two stirring parts.

（１１）また、上記（１０）に記載のガス浸炭装置では、前記第一撹拌部は、前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを、前記熱処理炉内における天井面または床面において、前記第一の方向としての上下方向に交差する面方向放射状に拡散させるファンを有してもよい。 (11) In addition, in the gas carburizing apparatus according to (10) above, the first stirring section stirs at least one of the carrier gas and the carburizing gas on the ceiling surface or the floor surface in the heat treatment furnace, A fan may be provided for radially diffusing in a surface direction that intersects the vertical direction as the first direction.

（１２）また、上記（１０）または（１１）に記載のガス浸炭装置では、前記ガス供給装置は、前記熱処理炉に設けられ、前記熱処理炉内の前記内壁流に対して前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを供給する第一供給口をさらに有してもよい。 (12) Further, in the gas carburizing apparatus described in (10) or (11) above, the gas supply device is provided in the heat treatment furnace, and the carrier gas and the It may further have a first supply port for supplying at least one of the carburizing gases.

（１３）また、上記（１０）～（１２）のいずれかに記載のガス浸炭装置では、前記第二撹拌部は、前記ガス供給装置に設けられ、前記熱処理炉内の前記中央流に対して前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを供給する第二供給口を有してもよい。 (13) Further, in the gas carburizing apparatus according to any one of the above (10) to (12), the second stirring section is provided in the gas supply device and It may have a second supply port for supplying at least one of the carrier gas and the carburizing gas.

（１４）また、上記（１０）～（１３）のいずれかに記載のガス浸炭装置では、前記ガス供給装置は、前記キャリアガスとして、窒素および酸素を含む窒素含有ガスを、前記熱処理炉内に供給可能とする窒素供給源を有していてもよい。 (14) Further, in the gas carburizing apparatus according to any one of (10) to (13) above, the gas supply device supplies a nitrogen-containing gas containing nitrogen and oxygen as the carrier gas into the heat treatment furnace. It may have a nitrogen supply source that can supply it.

（１５）また、上記（１１）～（１３）のいずれかに記載のガス浸炭装置では、前記ガス供給装置は、鎖式不飽和炭化水素を供給する炭化水素供給源と、窒素および酸素を含む窒素含有ガスを供給する窒素供給源と、前記鎖式不飽和炭化水素と前記窒素含有ガスとを混合することで生成した混合ガスを前記キャリアガスとして、前記熱処理炉内に供給可能とするガス混合器と、を有していてもよい。 (15) In addition, in the gas carburizing apparatus according to any one of (11) to (13) above, the gas supply apparatus includes a hydrocarbon supply source that supplies chain unsaturated hydrocarbons, and nitrogen and oxygen. A nitrogen supply source that supplies a nitrogen-containing gas, and a gas mixture that can supply a mixed gas generated by mixing the chain unsaturated hydrocarbon and the nitrogen-containing gas into the heat treatment furnace as the carrier gas. You may have a vessel and.

（１６）また、上記（１４）または（１５）に記載のガス浸炭装置では、前記窒素供給源は、前記窒素含有ガスとして、前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記窒素の体積パーセントが９９．００％以上９９．９９％以下のガスを、前記熱処理炉内に供給可能としてもよい。 (16) In addition, in the gas carburizing apparatus described in (14) or (15) above, the nitrogen supply source, as the nitrogen-containing gas, is the volume percentage of the nitrogen in the nitrogen-containing gas with respect to the entire nitrogen-containing gas of 99.00% or more and 99.99% or less may be supplied into the heat treatment furnace.

（１７）また、上記（１４）または（１５）に記載のガス浸炭装置では、前記窒素供給源は、前記窒素含有ガスとして、前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記酸素の体積パーセントが０．０１０％以上１．００％以下のガスを、前記熱処理炉内に供給可能としてもよい。 (17) Further, in the gas carburizing apparatus described in (14) or (15) above, the nitrogen supply source, as the nitrogen-containing gas, is the volume percentage of the oxygen in the nitrogen-containing gas with respect to the entire nitrogen-containing gas. A gas having a content of 0.010% or more and 1.00% or less may be supplied into the heat treatment furnace.

（１８）また、上記（１６）または（１７）に記載のガス浸炭装置では、前記窒素供給源は、圧力スイング吸着法により空気から前記窒素含有ガスを分離して、前記窒素含有ガスを前記熱処理炉内に供給可能とするガス分離装置を有していてもよい。 (18) Further, in the gas carburizing apparatus described in (16) or (17) above, the nitrogen supply source separates the nitrogen-containing gas from air by a pressure swing adsorption method, and transfers the nitrogen-containing gas to the heat treatment. It may have a gas separation device that can feed into the furnace.

上記態様に係るガス浸炭方法およびガス浸炭装置によれば、熱処理炉内のワークへ浸炭ガスをより均一に接触させ、安定した品質を確保可能である。 According to the gas carburizing method and the gas carburizing apparatus according to the above aspects, the carburizing gas can be brought into more uniform contact with the work in the heat treatment furnace, and stable quality can be ensured.

本発明の実施形態に係るガス浸炭装置の全体概略図である。1 is an overall schematic diagram of a gas carburizing apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 上記ガス浸炭装置を用いて浸炭を行っている様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that carburizing is performed using the said gas carburizing apparatus. 仮に下方のみに向けて浸炭ガスを供給して浸炭を行っている様子を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which carburizing is performed by supplying carburizing gas only downward. 本発明の実施形態の変形例に係るガス浸炭装置の全体概略図である。FIG. 4 is an overall schematic diagram of a gas carburizing apparatus according to a modification of the embodiment of the present invention;

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して説明する。図１～図２は本発明を実施する形態の一例である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show an example of a mode for carrying out the present invention.

図１に示すようにガス浸炭装置１は、熱処理炉１０と、熱処理炉１０の炉内１０ａのワーク１００を加熱する加熱装置１２と、炉内１０ａに各種のガスを供給するガス供給装置２０と、炉内１０ａに設けられた第一撹拌部１６と、加熱装置１２およびガス供給装置２０を制御する制御装置３０とを備えている。ガス浸炭装置１は、炉内１０ａへガスを供給して炉内１０ａのワーク１００に対して浸炭を行うものである。 As shown in FIG. 1, the gas carburizing apparatus 1 includes a heat treatment furnace 10, a heating device 12 for heating a workpiece 100 in a furnace 10a of the heat treatment furnace 10, and a gas supply device 20 for supplying various gases to the furnace 10a. , a first stirring section 16 provided in the furnace 10 a , and a control device 30 for controlling the heating device 12 and the gas supply device 20 . The gas carburizing apparatus 1 supplies gas to the furnace interior 10a to carburize the workpiece 100 in the furnace interior 10a.

（熱処理炉）
熱処理炉１０は、炉内１０ａに被処理材であるワーク１００を収容可能となっている。ワーク１００は、例えば炉内１０ａに設置された架台１１上に上下方向（第一の方向）および水平方向に並んで複数が配置される。ワーク１００は低炭素鋼等の金属である。炉内１０ａには炉内１０ａの温度を保つように不図示の断熱材が設けられている。さらに熱処理炉１０には、炉内１０ａの雰囲気ガスを炉外に排出する不図示の排出口が設けられており、浸炭中には、炉内１０ａは常圧（略大気圧：１０１〔ｋＰａ〕程度）に維持されるようになっている。 (heat treatment furnace)
The heat treatment furnace 10 can accommodate a workpiece 100, which is a material to be treated, in a furnace interior 10a. A plurality of workpieces 100 are arranged in a vertical direction (first direction) and horizontally on a frame 11 installed in the furnace 10a, for example. Work 100 is a metal such as low carbon steel. A heat insulating material (not shown) is provided in the furnace interior 10a so as to maintain the temperature of the furnace interior 10a. Furthermore, the heat treatment furnace 10 is provided with an exhaust port (not shown) for discharging the atmosphere gas in the furnace 10a to the outside of the furnace. degree).

また熱処理炉１０には、炉内１０ａの温度を測定する温度計１３（例えば熱電対）と、炉内１０ａの酸素濃度を測定する酸素濃度計１４と、炉内１０ａの水素濃度を測定する水素濃度計１５とが設けられている。酸素濃度計１４は、ジルコニアエレメント両端の酸素濃度差により生じる起電力に基づいて炉内１０ａの酸素濃度を検出している。このため、酸素濃度計１４には、ジルコニアエレメントの一端側に参照エア（空気）を供給するエアユニット１７が接続されている。また水素濃度計１５は、連続的な測定を可能とすべく、測定ガスと標準ガスの熱伝導率の差に基づいて水素濃度を検出する熱伝導式のものを使用している。温度計１３、酸素濃度計１４、および水素濃度計１５は、熱処理炉１０の上部に設けられているが、これら温度計１３、酸素濃度計１４、および水素濃度計１５の設置位置は特に限定されるものではない The heat treatment furnace 10 also includes a thermometer 13 (for example, a thermocouple) for measuring the temperature inside the furnace 10a, an oxygen concentration meter 14 for measuring the oxygen concentration inside the furnace 10a, and a hydrogen concentration meter for measuring the hydrogen concentration inside the furnace 10a. A densitometer 15 is provided. The oxygen concentration meter 14 detects the oxygen concentration in the furnace 10a based on the electromotive force generated by the oxygen concentration difference between both ends of the zirconia element. For this reason, the oxygen concentration meter 14 is connected to an air unit 17 that supplies reference air (air) to one end side of the zirconia element. Further, the hydrogen concentration meter 15 is of a thermal conductivity type that detects the hydrogen concentration based on the difference in thermal conductivity between the measurement gas and the standard gas in order to enable continuous measurement. The thermometer 13, the oxygen concentration meter 14, and the hydrogen concentration meter 15 are provided in the upper part of the heat treatment furnace 10, but the installation positions of these thermometer 13, oxygen concentration meter 14, and hydrogen concentration meter 15 are not particularly limited. not something

（加熱装置）
加熱装置１２は、炉内１０ａを加熱するヒータ１２ａを有している。ヒータ１２ａは、水平方向に間隔をあけて一対が炉内１０ａの上部に配置されている。ヒータ１２ａとしては例えばラジアントチューブヒーター等が用いられるが、これに限定されるものではない。 (heating device)
The heating device 12 has a heater 12a for heating the furnace interior 10a. A pair of heaters 12a are arranged in the upper part of the furnace 10a with an interval in the horizontal direction. A radiant tube heater, for example, is used as the heater 12a, but it is not limited to this.

（ガス供給装置）
ガス供給装置２０は、浸炭ガスが流通する浸炭ガス系統２１と、キャリアガスが流通するキャリアガス系統２２と、アンモニアガスが流通するアンモニアガス系統２３と、これらの系統２１、２２、２３を流通する各ガスを炉内１０ａに供給する供給系統２４とを有している。さらにガス供給装置２０は、浸炭ガス系統２１に接続された炭化水素供給源２５と、キャリアガス系統２２に接続された窒素供給源２６およびガス混合器２７と、アンモニアガス系統２３に接続されたアンモニア供給源２８とを有している。ここで本実施形態では真空浸炭と同様にダイレクトな浸炭を常圧下で行うため、「エンリッチガス」ではなく「浸炭ガス」との用語を用いている。 (Gas supply device)
The gas supply device 20 includes a carburizing gas system 21 through which carburizing gas flows, a carrier gas system 22 through which carrier gas flows, and an ammonia gas system 23 through which ammonia gas flows. and a supply system 24 for supplying each gas to the furnace interior 10a. Further, the gas supply device 20 includes a hydrocarbon supply source 25 connected to the carburizing gas system 21, a nitrogen supply source 26 and a gas mixer 27 connected to the carrier gas system 22, and an ammonia gas system connected to the ammonia gas system 23. a source 28; In this embodiment, the term "carburizing gas" is used instead of "enriched gas" because direct carburizing is performed under normal pressure in the same manner as vacuum carburizing.

（炭化水素供給源）
炭化水素供給源２５は、浸炭ガスとして、鎖式不飽和炭化水素を含む炭化水含有ガスを発生する。炭化水含有ガス中の鎖式不飽和炭化水素としてはアセチレンが例示される。アセチレン以外にも、プロピン（ＣＨ３Ｃ≡ＣＨ）や１－ブチン（ＣＨ３ＣＨ２Ｃ≡ＣＨ）等の三重結合を有するその他の鎖式不飽和炭化水素を使用するようにしてもよいし、例えばエチレン（Ｈ２Ｃ＝ＣＨ２）やブタジエン（ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＨ＝ＣＨ２）等の二重結合を有するその他の鎖式不飽和炭化水素を使用するようにしてもよい。複数種類の鎖式不飽和炭化水素を混合してもよい。但し、分子量が増すと安定性が減少して煤が発生しやすくなる点、三重結合を有する方が反応性に富む点、および入手の容易さ等を考慮すると、鎖式不飽和炭化水素としてアセチレンを使用することが好ましい。炭化水素含有ガスには、鎖式不飽和炭化水素以外の不純物が含まれていてもよいが、この不純物は少ない方が好ましい。したがって例えば鎖式不飽和炭化水素がアセチレンである場合、炭化水素供給源２５ではアセトンやジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の溶剤を使用して炭化水素含有ガスを生成するものではないことが好ましい。 (hydrocarbon source)
Hydrocarbon source 25 produces a hydrocarbon-containing gas containing linear unsaturated hydrocarbons as the carburizing gas. Acetylene is exemplified as the chain unsaturated hydrocarbon in the hydrocarbon-containing gas. In addition to acetylene, other chain unsaturated hydrocarbons having triple bonds such as propyne (CH3C≡CH) and 1-butyne (CH3CH2C≡CH) may be used, and ethylene (H2C=CH2 ) and other chain unsaturated hydrocarbons with double bonds such as butadiene (CH2=CH-CH=CH2) may also be used. A plurality of types of chain unsaturated hydrocarbons may be mixed. However, considering the fact that as the molecular weight increases, the stability decreases and soot is likely to be generated, the fact that having a triple bond is more reactive, and the ease of availability, etc., acetylene is used as a chain unsaturated hydrocarbon. is preferably used. The hydrocarbon-containing gas may contain impurities other than chain unsaturated hydrocarbons, but the content of these impurities is preferably as small as possible. Thus, for example, if the linearly unsaturated hydrocarbon is acetylene, the hydrocarbon source 25 preferably does not use a solvent such as acetone or dimethylformamide (DMF) to produce a hydrocarbon-containing gas.

（浸炭ガス系統）
図１に示すように浸炭ガス系統２１は、炭化水素供給源２５に接続された供給配管２１ａと、供給配管２１ａに設けられた開閉弁２１ｂおよび流量計２１ｃとを有している。供給配管２１ａには炭化水素供給源２５に接続されて炭化水素供給源２５からの浸炭ガスが流通する。開閉弁２１ｂは電磁弁であって、供給配管２１ａの途中に設けられている。開閉弁２１ｂによって流路の開閉とともに浸炭ガスの流量の調整が行なわれる。流量計２１ｃは開閉弁２１ｂの下流側で供給配管２１ａに設けられて供給配管２１ａを流通する浸炭ガスの流量を計測する。なお開閉弁２１ｂは流路の開閉のみを行い、開閉弁２１ｂとは別に浸炭ガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計２１ｃの数値を確認しながら手動で浸炭ガスの流量調整を行ってもよい。 (Carburizing gas system)
As shown in FIG. 1, the carburizing gas system 21 has a supply pipe 21a connected to a hydrocarbon supply source 25, and an on-off valve 21b and a flow meter 21c provided on the supply pipe 21a. The supply pipe 21a is connected to a hydrocarbon supply source 25 and the carburizing gas from the hydrocarbon supply source 25 flows. The on-off valve 21b is an electromagnetic valve and is provided in the middle of the supply pipe 21a. The on-off valve 21b opens and closes the passage and adjusts the flow rate of the carburizing gas. The flow meter 21c is provided in the supply pipe 21a on the downstream side of the on-off valve 21b and measures the flow rate of the carburizing gas flowing through the supply pipe 21a. The on-off valve 21b only opens and closes the flow path, and a flow rate adjustment valve (not shown) for adjusting the flow rate of the carburizing gas is provided separately from the on-off valve 21b. Flow rate adjustment may be performed.

（供給系統）
供給系統２４は、浸炭ガス系統２１における供給配管２１ａに接続された接続部４０と、接続部４０から二俣に分岐する第一分岐部４１と第二分岐部４２とを有している。接続部４０には、第一分岐部４１および第二分岐部４２が接続部４０から分岐する手前（上流側）でミキサー５０が設けられている。ミキサー５０は、上流から流れてきた各種ガスを混合する機能を有する。第一分岐部４１の先端には第一ガス供給ノズル４３が、第二分岐部４２の先端には第二ガス供給ノズル４４が設けられている。第一ガス供給ノズル４３は熱処理炉１０の上部に設けられている。本実施形態では炉内１０ａの幅方向（図１の紙面に向かって左右方向）の中央から一方側に寄った位置に第一ガス供給ノズルが設けられている。第一ガス供給ノズル４３は熱処理炉１０の炉内１０ａに開口する第一供給口４３ａを有している。第二ガス供給ノズル４４は熱処理炉１０の下部に設けられている。本実施形態では炉内１０ａの幅方向の中央の位置に第二ガス供給ノズル４４が設けられている。この第二ガス供給ノズル４４は熱処理炉１０ａの炉内１０ａに開口する第二供給口（第二撹拌部）４４ａを有している。第一供給口４３ａからは、浸炭ガス系統２１からの浸炭ガスが上下方向（第一の方向）に下方に向けて噴出（または流出）させられる。また第二噴出口４４ａからは、浸炭ガス系統２１からの浸炭ガスが上方に向けて噴出（または流出）させられる。 (supply system)
The supply system 24 has a connecting portion 40 connected to the supply pipe 21a in the carburizing gas system 21, and a first branching portion 41 and a second branching portion 42 branching from the connecting portion 40 in two directions. The connection portion 40 is provided with a mixer 50 before the first branch portion 41 and the second branch portion 42 branch from the connection portion 40 (upstream side). The mixer 50 has a function of mixing various gases flowing from upstream. A first gas supply nozzle 43 is provided at the tip of the first branch portion 41 , and a second gas supply nozzle 44 is provided at the tip of the second branch portion 42 . A first gas supply nozzle 43 is provided in the upper portion of the heat treatment furnace 10 . In this embodiment, the first gas supply nozzle is provided at a position near one side from the center in the width direction of the furnace interior 10a (horizontal direction toward the paper surface of FIG. 1). The first gas supply nozzle 43 has a first supply port 43 a that opens into the furnace interior 10 a of the heat treatment furnace 10 . A second gas supply nozzle 44 is provided in the lower portion of the heat treatment furnace 10 . In this embodiment, a second gas supply nozzle 44 is provided at the central position in the width direction of the furnace interior 10a. The second gas supply nozzle 44 has a second supply port (second stirring section) 44a that opens into the furnace interior 10a of the heat treatment furnace 10a. From the first supply port 43a, the carburizing gas from the carburizing gas system 21 is ejected (or flowed out) downward in the vertical direction (first direction). The carburizing gas from the carburizing gas system 21 is jetted (or flowed out) upward from the second jet port 44a.

第一分岐部４１および第二分岐部４２には、それぞれ開閉弁４１ａ、４２ａおよび流量計４１ｂ、４２ｂが設けられている。これら開閉弁４１ａ、４２ａは電磁弁であって、第一分岐部４１および第二分岐部４２を流通するガスの流量を調整することで、第一分岐部４１と第二分岐部４２とを流れるガスの流量の比率を調整可能となっている。第一分岐部４１と第二分岐部４２とのうちのいずれか一方のみに開閉弁４１ａ、４２ａを設けてもよい。また、開閉弁４１ａ、４２ａでは流路の開閉のみを行い、開閉弁４１ａ、４２ａとは別に第一分岐部４１および第二分岐部４２を流通するガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計４１ｂ、４２ｂの数値を確認しながら手動で第一分岐部４１および第二分岐部４２を流通するガスの流量調整を行ってもよい。 The first branch portion 41 and the second branch portion 42 are provided with on-off valves 41a and 42a and flowmeters 41b and 42b, respectively. These on-off valves 41a and 42a are electromagnetic valves, and by adjusting the flow rate of the gas flowing through the first branch portion 41 and the second branch portion 42, the gas flows through the first branch portion 41 and the second branch portion 42. The ratio of gas flow rates can be adjusted. Only one of the first branch portion 41 and the second branch portion 42 may be provided with the on-off valves 41a and 42a. In addition, the on-off valves 41a and 42a only open and close the flow paths. ) may be provided, and the flow rate of the gas flowing through the first branch portion 41 and the second branch portion 42 may be manually adjusted while checking the numerical values of the flow meters 41b and 42b.

（窒素供給源）
窒素供給源２６は、窒素（不活性ガス）を含有する窒素含有ガスを生成する。窒素供給源２６は、本実施形態ではＰＳＡ方式の窒素ガス発生装置であるガス分離装置２６ａを有している。ガス分離装置２６ａは圧力スイング吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ＰＳＡ）により空気中から窒素を分離して窒素含有ガスを生成する。このため、窒素含有ガスは窒素に加えて窒素以外の不純物として酸素を含んでいる。 (Nitrogen source)
The nitrogen supply source 26 produces a nitrogen-containing gas containing nitrogen (inert gas). The nitrogen supply source 26 has a gas separator 26a, which is a PSA type nitrogen gas generator in this embodiment. The gas separator 26a separates nitrogen from the air by pressure swing adsorption (PSA) to generate a nitrogen-containing gas. Therefore, the nitrogen-containing gas contains oxygen as an impurity other than nitrogen in addition to nitrogen.

（ガス混合器）
ガス混合器２７は、炭化水素供給源２５および窒素供給源２６に接続されて炭化水素供給源２５からの炭化水素含有ガス（鎖式不飽和炭化水素）と、窒素供給源２６からの窒素含有ガスとを混合することでキャリアガスを生成する。キャリアガスは、炉内１０ａの雰囲気のベースガスとなる。キャリアガス中の鎖式不飽和炭化水素の体積は、例えばキャリアガス中の窒素含有ガスの体積に比べて十分小さく、例えばキャリアガス中の鎖式不飽和炭化水素の体積は、キャリアガス全体の体積に対して０．１％以上３．０％以下であるとよい。 (gas mixer)
Gas mixer 27 is connected to hydrocarbon source 25 and nitrogen source 26 to mix hydrocarbon-containing gas (chain unsaturated hydrocarbons) from hydrocarbon source 25 and nitrogen-containing gas from nitrogen source 26 . A carrier gas is generated by mixing with. The carrier gas serves as a base gas for the atmosphere inside the furnace 10a. The volume of the chain unsaturated hydrocarbon in the carrier gas is sufficiently small compared to the volume of the nitrogen-containing gas in the carrier gas, for example, the volume of the chain chain unsaturated hydrocarbon in the carrier gas is less than the volume of the entire carrier gas. is preferably 0.1% or more and 3.0% or less.

ここで水（水蒸気）は、炉内１０ａで分解して水素と共に酸素を生成し得るが、鎖式不飽和炭化水素としてアセチレンをキャリアガスに混合することで、次の（１）式のようにアセチレンと水を反応させることによって炉内１０ａの水分濃度を減少させるようになっている。
Ｃ２Ｈ２＋２Ｈ２Ｏ→２ＣＯ＋３Ｈ２ ・・・（１） Here, water (steam) can be decomposed in the furnace 10a to produce oxygen together with hydrogen. The water concentration in the furnace 10a is reduced by reacting acetylene and water.
C 2 H 2 +2H 2 O→2CO+3H 2 (1)

また、炉内１０ａの酸素はワーク１００の表面に優先的に吸着するため、酸素過多が浸炭を阻害する要因となるが、次の（２）式のようにアセチレンを酸素と反応させて一酸化炭素および水素を生成する。よってキャリアガスへのアセチレンの混合量を調整することで、炉内１０ａの酸素濃度をコントロールするようになっている。
Ｃ２Ｈ２＋Ｏ２→２ＣＯ＋Ｈ２ ・・・（２） In addition, since the oxygen in the furnace 10a is preferentially adsorbed on the surface of the workpiece 100, excess oxygen is a factor that inhibits carburization. Produces carbon and hydrogen. Therefore, the oxygen concentration in the furnace 10a is controlled by adjusting the amount of acetylene mixed with the carrier gas.
C 2 H 2 +O 2 →2CO+H 2 (2)

（キャリアガス系統）
キャリアガス系統２２は、第一端がガス混合器２７に接続されて第二端が供給系統２４の接続部４０にミキサー５０の上流側で接続された供給配管２２ａと、供給配管２２ａに設けられた開閉弁２２ｂおよび流量計２２ｃとを有している。供給配管２２ａにはガス混合器２７で生成されたキャリアガスが流通する。キャリアガスは供給系統２４の接続部４０から第一分岐部４１および第二分岐部４２を通じて炉内１０ａに供給される。開閉弁２２ｂは電磁弁であって、供給配管２２ａの途中に設けられている。開閉弁２２ｂによって流路の開閉とともにキャリアガスの流量の調整が行なわれる。流量計２２ｃは開閉弁２２ｂの下流側で供給配管２２ａに設けられて供給配管２２ａを流通するキャリアガスの流量を計測する。なお開閉弁２２ｂは流路の開閉のみを行い、開閉弁２２ｂとは別にキャリアガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計２２ｃの数値を確認しながら手動でキャリアガスの流量調整を行ってもよい。 (Carrier gas system)
The carrier gas system 22 is provided with a supply pipe 22a having a first end connected to the gas mixer 27 and a second end connected to the connection part 40 of the supply system 24 on the upstream side of the mixer 50, and the supply pipe 22a. It has an on-off valve 22b and a flow meter 22c. The carrier gas generated by the gas mixer 27 flows through the supply pipe 22a. The carrier gas is supplied from the connection portion 40 of the supply system 24 to the furnace interior 10 a through the first branch portion 41 and the second branch portion 42 . The on-off valve 22b is an electromagnetic valve and is provided in the middle of the supply pipe 22a. The on-off valve 22b opens and closes the channel and adjusts the flow rate of the carrier gas. The flowmeter 22c is provided in the supply pipe 22a on the downstream side of the on-off valve 22b and measures the flow rate of the carrier gas flowing through the supply pipe 22a. The on-off valve 22b only opens and closes the flow path, and a flow control valve (not shown) for adjusting the flow rate of the carrier gas is provided separately from the on-off valve 22b. Flow rate adjustment may be performed.

（アンモニア供給源）
アンモニア供給源２８は、アンモニアを収容した容器（不図示）を有し、アンモニアを炉内１０ａに供給可能とする。 (ammonia source)
The ammonia supply source 28 has a container (not shown) containing ammonia, and can supply ammonia to the furnace interior 10a.

（アンモニアガス系統）
アンモニアガス系統２３は、第一端がアンモニア供給源２８に接続されて第二端が供給系統２４の接続部４０にミキサー５０の上流側で接続された供給配管２３ａと、供給配管２３ａに設けられた開閉弁２３ｂおよび流量計２３ｃとを有している。供給配管２３ａにはアンモニア供給源２８からのアンモニアガスが流通する。アンモニアガスは供給系統２４の接続部４０から第一分岐部４１および第二分岐部４２を通じて炉内１０ａに供給される。開閉弁２３ｂは電磁弁であって、供給配管２３ａの途中に設けられている。開閉弁２３ｂによってアンモニアガスの流量の調整が行われる。流量計２３ｃは開閉弁２３ｂの下流側で供給配管２３ａに設けられて供給配管２３ａを流通するアンモニアガスの流量を計測する。なお、開閉弁２３ｂは流路の開閉のみを行い、開閉弁２３ｂとは別にアンモニアガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計２３ｃの数値を確認しながら手動でアンモニアガスの流量調整を行ってもよい。 (Ammonia gas system)
The ammonia gas system 23 is provided with a supply pipe 23a having a first end connected to the ammonia supply source 28 and a second end connected to the connection portion 40 of the supply system 24 on the upstream side of the mixer 50, and the supply pipe 23a. It has an on-off valve 23b and a flow meter 23c. Ammonia gas from an ammonia supply source 28 flows through the supply pipe 23a. Ammonia gas is supplied from the connection portion 40 of the supply system 24 through the first branch portion 41 and the second branch portion 42 into the furnace interior 10a. The on-off valve 23b is an electromagnetic valve and is provided in the middle of the supply pipe 23a. The on-off valve 23b adjusts the flow rate of the ammonia gas. The flowmeter 23c is provided in the supply pipe 23a on the downstream side of the on-off valve 23b and measures the flow rate of the ammonia gas flowing through the supply pipe 23a. In addition, the on-off valve 23b only opens and closes the flow path, and a flow rate adjustment valve (not shown) for adjusting the flow rate of the ammonia gas is provided separately from the on-off valve 23b. flow rate adjustment may be performed.

アンモニアガス系統２３およびアンモニア供給源２８は必ずしも設けられなくともよいが、アンモニアガス系統２３からのアンモニアガスが浸炭ガスに少量添加されることで炉内１０ａに煤が発生する「スーティング」を抑制することが可能となっている。 Although the ammonia gas system 23 and the ammonia supply source 28 may not necessarily be provided, the addition of a small amount of ammonia gas from the ammonia gas system 23 to the carburizing gas suppresses "sooting" in which soot is generated in the furnace 10a. It is possible to

ここで図示は省略するが、浸硫浸炭および浸硫浸炭窒化を行うため、ガス供給装置２０はさらに、炉内１０ａに硫化水素ガスを供給する硫化水素供給源および硫化水素ガス供給系統を有していてもよい。 Although illustration is omitted here, in order to perform sulfurization carburization and sulfurization carbonitriding, the gas supply device 20 further has a hydrogen sulfide supply source and a hydrogen sulfide gas supply system for supplying hydrogen sulfide gas to the furnace interior 10a. may be

（第一撹拌部）
図２に示すように第一撹拌部１６は、炉内１０の天井面１０ｘ（図１参照）に設けられ、炉内１０ａの雰囲気ガスを撹拌する例えば遠心ファン等を有する。第一撹拌部１６は、本実施形態では炉内１０ａの上部であって炉内１０ａにおける水平方向の中央部に配置されている。第一撹拌部１６は、炉心側（炉内１０ａにおける水平方向の中央側）から炉内１０ａのガスを吸引し、その炉内１０ａのガスが炉内１０ａの内周壁の面方向に沿って下方へ流れるように、炉内１０ａのガスを炉内１０ａの天井面において、水平方向となる面方向に放射状に拡散させる。なお、第一撹拌部１６の設置位置は特に限定されるものではなく、例えば炉内１０ａの床面１０ｙ（図１参照）に設けられ、床面１０ｙの面方向に放射状にガスを拡散させてもよい。第一撹拌部１６が床面１０ｙに設けられる場合、第一供給口４３ａからはガスが上方に向けて噴出（または流出）させられ、第二供給口４４ａからはガスが下方に向けて噴出（または流出）させられる。
（制御装置）
制御装置３０は、プロセッサ等を有するコンピュータである。制御装置３０は、浸炭ガス系統２１、キャリアガス系統２２、アンモニアガス系統２３、および供給系統２４に設けられた各開閉弁２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、４１ａ、４２ａの制御を行うことで所定のタイミングで炉内１０ａへ各種ガスを供給するとともに、炉内１０ａへ供給する各種ガスの流量を調整する。さらに制御装置３０は酸素濃度計１４の信号出力に基づき、ガス混合器２７においてキャリアガスに混合する鎖式不飽和炭化水素の量を調整する。また制御装置３０は、水素濃度計１５の信号出力に基づき、浸炭ガス系統２１の開閉弁２１ｂを制御して炉内１０ａへの浸炭ガスの供給量を調整する。測定した炉内１０ａの温度、酸素濃度、および水素濃度は、必要に応じて外部の機器に出力され記録される。 (First stirring section)
As shown in FIG. 2, the first stirring section 16 is provided on the ceiling surface 10x (see FIG. 1) of the furnace interior 10 and has, for example, a centrifugal fan or the like for stirring the atmosphere gas in the furnace interior 10a. In this embodiment, the first stirring section 16 is arranged in the upper portion of the furnace interior 10a and in the horizontal central portion of the furnace interior 10a. The first stirring unit 16 sucks the gas in the furnace interior 10a from the core side (center side in the horizontal direction in the furnace interior 10a), and the gas in the furnace interior 10a flows downward along the surface direction of the inner peripheral wall of the furnace interior 10a. The gas in the furnace 10a is diffused radially in the horizontal plane direction on the ceiling surface of the furnace 10a so as to flow into the furnace 10a. The installation position of the first stirring unit 16 is not particularly limited. good too. When the first stirring unit 16 is provided on the floor surface 10y, the gas is jetted (or discharged) upward from the first supply port 43a, and the gas is jetted downward from the second supply port 44a ( or outflow).
(Control device)
The control device 30 is a computer having a processor and the like. The control device 30 controls the opening/closing valves 21b, 22b, 23b, 41a, and 42a provided in the carburizing gas system 21, the carrier gas system 22, the ammonia gas system 23, and the supply system 24 at predetermined timings. Various gases are supplied to the furnace interior 10a, and the flow rates of the various gases supplied to the furnace interior 10a are adjusted. Further, the controller 30 adjusts the amount of unsaturated chain hydrocarbons mixed with the carrier gas in the gas mixer 27 based on the signal output from the oximeter 14 . The controller 30 also controls the on-off valve 21b of the carburizing gas system 21 based on the signal output from the hydrogen concentration meter 15 to adjust the amount of carburizing gas supplied to the furnace interior 10a. The measured temperature, oxygen concentration, and hydrogen concentration in the furnace 10a are output to an external device and recorded as necessary.

さらに制御装置３０は、炉内１０ａが予め設定された温度になるように加熱装置１２を制御する。 Further, the control device 30 controls the heating device 12 so that the temperature inside the furnace 10a reaches a preset temperature.

また制御装置３０は、窒素供給源２６で生成される窒素含有ガス全体に対する窒素含有ガス中の窒素の体積パーセントが９９．００％以上９９．９９％以下となるように窒素供給源２６を制御する。窒素供給源２６で生成される窒素含有ガス中の窒素の体積パーセントは不図示のセンサで検知され、制御装置３０で制御されるようになっている。もしくは、制御装置３０は、窒素供給源２６で生成される窒素含有ガス全体に対する窒素含有ガス中の酸素の体積パーセントが０．０１０％以上１．００％以下となるように窒素供給源２６を制御する。窒素供給源２６で生成される窒素含有ガス中の酸素の体積パーセントは不図示のセンサで検知され、制御装置３０で制御されるようになっている。
（ガス浸炭方法） In addition, the control device 30 controls the nitrogen supply source 26 so that the volume percentage of nitrogen in the nitrogen-containing gas with respect to the entire nitrogen-containing gas generated by the nitrogen supply source 26 is 99.00% or more and 99.99% or less. . The volume percentage of nitrogen in the nitrogen-containing gas generated by the nitrogen supply source 26 is detected by a sensor (not shown) and controlled by the controller 30 . Alternatively, the control device 30 controls the nitrogen supply source 26 so that the volume percentage of oxygen in the nitrogen-containing gas with respect to the entire nitrogen-containing gas generated by the nitrogen supply source 26 is 0.010% or more and 1.00% or less. do. The volume percentage of oxygen in the nitrogen-containing gas generated by the nitrogen supply source 26 is detected by a sensor (not shown) and controlled by the controller 30 .
(Gas carburizing method)

次に、本実施形態におけるガス浸炭方法の手順について説明する。まず、ワーク１００を炉内１０ａに搬入して配置する工程を実行する。ワーク１００は、熱処理炉１０に隣接して設けられた不図示の前室内に予め収容されており、不図示の搬送装置によって炉内１０ａに搬送される。ワーク１００が炉内１０ａに配置されたら、炉内１０ａ内に存在する空気等のガスをパージする工程を実行する。この工程では、炉内１０ａのガスを吸い出すことで炉内１０ａを減圧して真空状態とする。ここでいう「真空状態」とは必ずしも完全に真空な状態を示すものではなく、圧力が１００〔Ｐａ〕以上の真空度が「低真空」程度の状態であってもよい。酸素濃度計１４の数値を確認することで真空状態の確認を行ってもよいし、不図示の圧力計で炉内１０ａの圧力を確認することで真空状態の確認を行ってもよい。 Next, the procedure of the gas carburizing method in this embodiment will be described. First, the process of loading and arranging the work 100 into the furnace 10a is performed. The work 100 is stored in advance in a front chamber (not shown) provided adjacent to the heat treatment furnace 10, and is transferred into the furnace 10a by a transfer device (not shown). After the workpiece 100 is placed in the furnace 10a, a step of purging gases such as air existing in the furnace 10a is performed. In this step, gas in the furnace 10a is sucked out to reduce the pressure in the furnace 10a to a vacuum state. The "vacuum state" as used herein does not necessarily indicate a completely vacuum state, and may be a "low vacuum" state with a pressure of 100 [Pa] or more. The vacuum state may be confirmed by confirming the numerical value of the oxygen concentration meter 14, or the vacuum state may be confirmed by confirming the pressure in the furnace 10a with a pressure gauge (not shown).

その後、炉内１０ａにキャリアガスを供給する工程を実行する。すなわち、制御装置３０によってキャリアガス系統２２の開閉弁２２ｂを開放し、第一分岐部４１の開閉弁４１ａおよび第二分岐部４２の開閉弁４２ａを開放し、他の開閉弁２１ｂ、２３ｂは閉塞することで、第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａから炉内１０ａにキャリアガスを供給する。キャリアガスの供給流量は、特に限定されるものではなく、炉内１０ａの容積やワーク１００の表面積、ワーク１００に必要な硬化深さ等に応じて適宜に設定すればよい。キャリアガスの供給が開始されると、炉内１０ａは真空状態から常圧下の状態となる。 After that, a step of supplying a carrier gas to the furnace interior 10a is performed. That is, the control device 30 opens the on-off valve 22b of the carrier gas system 22, opens the on-off valve 41a of the first branch portion 41 and the on-off valve 42a of the second branch portion 42, and closes the other on-off valves 21b and 23b. By doing so, the carrier gas is supplied into the furnace interior 10a from the first supply port 43a and the second supply port 44a. The supply flow rate of the carrier gas is not particularly limited, and may be appropriately set according to the volume of the furnace interior 10a, the surface area of the work 100, the hardening depth required for the work 100, and the like. When the supply of the carrier gas is started, the inside 10a of the furnace changes from a vacuum state to a normal pressure state.

炉内１０ａにキャリアガスを供給する際、制御装置３０は、第一分岐部４１を流通するガスの体積流量の方が第二分岐部４２を流通するガスの体積流量よりも大きくなるように第一分岐部４１の開閉弁４１ａ、および第二分岐部４２の開閉弁４２ａを制御する。よって第一供給口４３ａから下方に向かって炉内１０ａに噴出（または流出）させられるキャリアガスの体積流量の方が、第二供給口４４ａから上方に向かって炉内１０ａに（または流出）させられるキャリアガスの体積流量よりも大きくなる。本実施形態では第一分岐部４１を流通するキャリアガスと、第二分岐部４２を流通するキャリアガスの体積流量の比は例えば７：３となるように開閉弁４１ａ、４２ａが制御されるとよいが、この数値に限定されるものではない。 When the carrier gas is supplied to the furnace interior 10a, the control device 30 controls the second branch portion 41 so that the volume flow rate of the gas flowing through the first branch portion 41 is greater than the volume flow rate of the gas flowing through the second branch portion 42. The opening/closing valve 41a of the first branch portion 41 and the opening/closing valve 42a of the second branch portion 42 are controlled. Therefore, the volumetric flow rate of the carrier gas ejected (or flowed out) downward from the first supply port 43a into the furnace 10a flows upward from the second supply port 44a into (or flowed out) into the furnace 10a. greater than the volumetric flow rate of the carrier gas used. In the present embodiment, the on-off valves 41a and 42a are controlled such that the ratio of the volume flow rate of the carrier gas flowing through the first branch portion 41 and the carrier gas flowing through the second branch portion 42 is, for example, 7:3. Good, but not limited to this number.

キャリアガスの炉内１０ａへの供給によって、炉内１０ａにキャリアガスが充填されると、酸素濃度計１４の検出する炉内１０ａの酸素濃度の変化が止まる。炉内１０ａの酸素濃度が所定値よりも高い場合、制御装置３０によって窒素含有ガスへ混合する鎖式不飽和炭化水素の量を増加させることで炉内１０ａの酸素濃度を所定値となるように調整する。または、炉内１０ａの酸素濃度が所定値よりも低い場合、制御装置３０によって窒素含有ガスへ混合する鎖式不飽和炭化水素の量を減少させることで炉内１０ａの酸素濃度を所定値となるように調整する。 When the carrier gas is supplied into the furnace 10a and the carrier gas is filled in the furnace 10a, the oxygen concentration in the furnace 10a detected by the oxygen concentration meter 14 stops changing. When the oxygen concentration in the furnace 10a is higher than a predetermined value, the controller 30 increases the amount of chain unsaturated hydrocarbons mixed with the nitrogen-containing gas so that the oxygen concentration in the furnace 10a reaches a predetermined value. adjust. Alternatively, when the oxygen concentration in the furnace 10a is lower than a predetermined value, the control device 30 reduces the amount of chain unsaturated hydrocarbons mixed with the nitrogen-containing gas so that the oxygen concentration in the furnace 10a reaches the predetermined value. Adjust so that

炉内１０ａの酸素濃度が一定となったら、炉内１０ａを加熱する工程を実行する。すなわち制御装置３０が加熱装置１２を制御して、予め設定された浸炭温度までヒータ１２ａによって炉内１０ａを昇温する。その後炉内１０ａが浸炭温度（浸炭に適した温度）となったら、制御装置３０は炉内１０ａを浸炭温度に保持するように加熱装置１２を制御する。炉内１０ａを加熱中にも、キャリアガスは継続して炉内１０ａに供給される。 When the oxygen concentration in the furnace 10a becomes constant, the step of heating the furnace 10a is performed. That is, the control device 30 controls the heating device 12 to raise the temperature of the furnace interior 10a by the heater 12a to a preset carburizing temperature. After that, when the furnace interior 10a reaches the carburizing temperature (temperature suitable for carburizing), the controller 30 controls the heating device 12 so as to maintain the furnace interior 10a at the carburizing temperature. The carrier gas is continuously supplied to the furnace interior 10a even while the furnace interior 10a is being heated.

そして炉内１０ａの温度が一定となった後に予め設定された時間が経過したならば、浸炭ガスを供給する工程を実行する。この工程では浸炭ガス系統２１の開閉弁２１ｂを制御して炉内１０ａへの浸炭ガスの供給を開始する。キャリアガスが炉内１０ａに供給されている状態で、浸炭ガスはキャリアガスとともに炉内１０ａへ供給される。 After a predetermined time has elapsed after the temperature in the furnace 10a has become constant, the step of supplying the carburizing gas is executed. In this step, the on-off valve 21b of the carburizing gas system 21 is controlled to start supplying the carburizing gas to the furnace interior 10a. The carburizing gas is supplied into the furnace 10a together with the carrier gas while the carrier gas is being supplied into the furnace 10a.

制御装置３０によって浸炭ガス系統２１の開閉弁２１ｂを開放する。第一分岐部４１の開閉弁４１ａおよび第二分岐部４２の開閉弁４２ａの開度はキャリアガスが供給されている状態のまま維持される。これにより、浸炭ガスをキャリアガスと同じ体積比率で第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａの両方から常圧下の炉内１０ａに供給される。すなわち本実施形態では、第一噴出口４３ａから下方に向かって炉内１０ａに供給される浸炭ガスの体積流量の方が、第二噴出口４４ａから上方に向かって炉内１０ａに供給される浸炭ガスの体積流量よりも大きくなる。浸炭ガスを炉内１０ａに供給している間に、制御装置３０によってアンモニアガス系統２３の開閉弁２３ａを開放し、アンモニアガスを浸炭ガスとともに炉内１０ａに供給してもよい。 The on-off valve 21b of the carburizing gas system 21 is opened by the controller 30 . The opening degree of the on-off valve 41a of the first branch portion 41 and the opening degree of the on-off valve 42a of the second branch portion 42 are maintained while the carrier gas is being supplied. As a result, the carburizing gas is supplied into the furnace 10a under normal pressure from both the first supply port 43a and the second supply port 44a at the same volume ratio as the carrier gas. That is, in the present embodiment, the volumetric flow rate of the carburizing gas supplied downward from the first ejection port 43a into the furnace interior 10a is higher than that of the carburizing gas supplied upward from the second ejection port 44a into the furnace interior 10a. greater than the volumetric flow rate of the gas. While the carburizing gas is being supplied into the furnace 10a, the controller 30 may open the on-off valve 23a of the ammonia gas system 23 to supply the ammonia gas together with the carburizing gas into the furnace 10a.

（作用効果）
以上説明した本実施形態のガス浸炭装置１およびガス浸炭方法によれば、まずキャリアガスが第一供給口４３ａから上下方向の下方に向けて炉内１０ａのワーク１００へ向かって供給されるとともに、第一撹拌部１６によって、炉内１０ａの天井面１０ｘの面方向に沿って、放射状（図２における幅方向外側）に向かって案内される（矢印Ｐ参照）。天井面１０ｘに沿って拡散するキャリアガスは、その後、炉内１０ａの側壁（内壁）にぶつかり、側壁に沿って下方へ流通する（矢印Ｑ参照）。本実施形態では、この側壁に沿って形成される環状の下降流を「内壁流Ｑ」と定義する。炉内１０ａの側壁に沿って下側へ流通するキャリアガスは、炉内１０ａの床面１０ｙにぶつかって、床面１０ｙの面方向の中央側（図２における幅方向中央側）に向かって案内される（矢印Ｒ参照）。これと同時に、本実施形態では、炉内１０ａの床面１０ｙの中央近傍において、第二供給口４４ａからキャリアガスが上方に向けて炉内１０ａのワーク１００に向かって供給されるので、炉内１０ａにおいて、床面１０ｙの中央近傍から、新たなキャリアガスによる上昇流が形成される（矢印Ｕ参照）。この上昇流は、幅方向外側の内壁流Ｑの間（内部）に形成される逆方向の流れであり、本実施形態では、これを「中央流Ｕ」と定義する。この結果、内壁流Ｑを経て、床面１０ｙの周縁付近から中央に向かって移動するキャリアガス（矢印Ｒ参照）も、この上昇流である中央流Ｕにつられるようにして、上方へ押し戻される（矢印Ｔ参照）。この結果、炉内１０ａ全体としては、キャリアガスを対流させることができる。なお、ここでは特に図示しないが、炉内１０ａの床面１０ｙの中央に、第二撹拌部が第二供給口４４ａに加えて上昇気流を形成する軸流ファンを有することで、第二供給口４４ａからキャリアガスを、強制的に上昇させることも好ましい。ここで上記の通り周壁側を下降流（矢印Ｑ）、中央側を上昇流（矢印Ｕ）としたが、周壁側を上昇流、中央側を下降流としても良い。また、図２の状態を右回りに９０度回転させて、水平方向を基準とし、上下方向の中央において、左から右に向かって中央流、右から左に向かって周辺流を形成するように、対流させることができる。 (Effect)
According to the gas carburizing apparatus 1 and the gas carburizing method of the present embodiment described above, the carrier gas is first supplied from the first supply port 43a downward in the vertical direction toward the workpiece 100 in the furnace 10a, By the first stirring part 16, it is guided radially (outward in the width direction in FIG. 2) along the surface direction of the ceiling surface 10x of the furnace interior 10a (see arrow P). The carrier gas diffusing along the ceiling surface 10x then hits the side wall (inner wall) of the furnace interior 10a and flows downward along the side wall (see arrow Q). In this embodiment, an annular downward flow formed along this side wall is defined as an "inner wall flow Q". The carrier gas flowing downward along the side wall of the furnace interior 10a collides with the floor surface 10y of the furnace interior 10a and is guided toward the central side of the floor surface 10y in the plane direction (central side in the width direction in FIG. 2). (see arrow R). At the same time, in the present embodiment, near the center of the floor surface 10y of the furnace 10a, the carrier gas is supplied upward from the second supply port 44a toward the workpiece 100 in the furnace 10a. At 10a, an upward flow is formed by a new carrier gas from near the center of the floor surface 10y (see arrow U). This upward flow is a flow in the opposite direction formed between (inside) the inner wall flows Q on the outer side in the width direction, and is defined as a "central flow U" in this embodiment. As a result, the carrier gas (see arrow R) moving from the vicinity of the periphery of the floor surface 10y toward the center through the inner wall flow Q is also pushed back upward as if being pulled by the central flow U, which is the ascending flow. (See arrow T). As a result, the carrier gas can be convected in the furnace interior 10a as a whole. Although not shown here, in the center of the floor surface 10y of the furnace 10a, the second stirring part has an axial fan that forms an upward air flow in addition to the second supply port 44a, so that the second supply port It is also preferred to force the carrier gas up from 44a. Here, as described above, the peripheral wall side is the downward flow (arrow Q) and the center side is the upward flow (arrow U), but the peripheral wall side may be the upward flow and the center side may be the downward flow. Further, the state of FIG. 2 is rotated clockwise by 90 degrees so that, with the horizontal direction as a reference, a central flow is formed from left to right and a peripheral flow is formed from right to left at the center in the vertical direction. , can be convected.

ここで仮に、図３に示すように第二供給口４４ａを設けず、単に第一供給口４３ａから下方のみに向けてワーク１００に向かってキャリアガスを供給して第一撹拌部１６によってガスを対流させようとした場合には、炉内１０ａの床面１０ｙにおいて、キャリアガスを幅方向中央で滞留させるだけであり、上方に向けて押し戻すことができない。結果、炉内１０ａの中心領域Ｃのワーク１００に、キャリアガスを十分に行き届かせることが難しい。 Here, assuming that the second supply port 44a is not provided as shown in FIG. When convection is attempted, the carrier gas is only retained at the center in the width direction on the floor surface 10y of the furnace interior 10a, and cannot be pushed back upward. As a result, it is difficult to allow the carrier gas to sufficiently reach the workpiece 100 in the central region C of the furnace interior 10a.

またワーク１００の上方および下方へ向けて同じ体積流量でキャリアガスを供給する場合には炉内１０ａの、周壁に沿って下降するキャリアガスの内壁流Ｑと、中央を上昇するキャリアガスの中央流Ｕとが直接衝突してガスの流れを淀ませる可能性があるが、本実施形態では、キャリアガスの上昇気流側の流量（第二供給口４４ａから供給されるガスの流量）を小さくしているので、このような状態となることを回避でき、炉内１０ａでキャリアガスが渦を巻くように対流させることが可能となる。 When the carrier gas is supplied upwardly and downwardly of the workpiece 100 at the same volumetric flow rate, the inner wall flow Q of the carrier gas descending along the peripheral wall and the central flow of the carrier gas ascending in the center of the furnace 10a are However, in the present embodiment, the flow rate of the carrier gas on the updraft side (the flow rate of the gas supplied from the second supply port 44a) is reduced. Therefore, such a state can be avoided, and the carrier gas can be convected in a swirling manner in the furnace 10a.

同様に浸炭ガスが上下方向の下方に向けて炉内１０ａのワーク１００へ向かって供給されるとともに、上方に向けて炉内１０ａのワーク１００に向かって供給される。このため、キャリアガスの流れと同様に、図２に示すように下方に向けて供給される浸炭ガスの流れを上方に向けて押し戻すことができる。この結果、炉内１０ａで浸炭ガスも対流させることができる。そしてワーク１００の下面側にも浸炭ガスが回り込み易くなり、ワーク１００の下面側にも浸炭ガスを十分にいきわたらせることができる。したがってワーク１００へ浸炭ガスをより均一に接触させ、ワーク１００の表面全体に対して浸炭を行うことができ、安定した品質を確保することができる。 Similarly, the carburizing gas is supplied vertically downward toward the work 100 in the furnace 10a and upward toward the work 100 in the furnace 10a. Therefore, like the flow of the carrier gas, the flow of the carburizing gas supplied downward as shown in FIG. 2 can be pushed back upward. As a result, convection of the carburizing gas can also occur in the furnace 10a. In addition, the carburizing gas can easily flow around the lower surface of the work 100, and the carburizing gas can be sufficiently spread over the lower surface of the work 100 as well. Therefore, the carburizing gas can be brought into contact with the workpiece 100 more uniformly, and the entire surface of the workpiece 100 can be carburized, thereby ensuring stable quality.

またキャリアガスと同様に、仮にワーク１００の上方、および下方から同じ体積流量で浸炭ガスを供給した場合、図３に示すように炉内１０ａで浸炭ガスの流れが淀んでしまい、炉内１０ａでの浸炭ガスの対流が不十分となる可能性がある。しかし本実施形態では第一供給口４３ａから下方に向けて供給される浸炭ガスの体積流量の方が、第二供給口４４ａから上方に向けて供給される浸炭ガスの体積流量よりも大きいことで、炉内１０ａで浸炭ガスが渦を巻くように対流させることが可能となり、ワーク１００の下面にも確実に浸炭ガスをいきわたらせることが可能となる。 Similarly to the carrier gas, if the carburizing gas is supplied from above and below the workpiece 100 at the same volumetric flow rate, the flow of the carburizing gas becomes stagnant in the furnace 10a as shown in FIG. convection of carburizing gas may be insufficient. However, in this embodiment, the volumetric flow rate of the carburizing gas supplied downward from the first supply port 43a is greater than the volumetric flow rate of the carburizing gas supplied upward from the second supply port 44a. , the convection of the carburizing gas in the furnace 10 a can be caused in a swirling manner, and the carburizing gas can be spread over the lower surface of the workpiece 100 without fail.

そして本実施形態では、まずキャリアガスが炉内１０ａで対流している雰囲気下でさらに浸炭ガスを炉内１０ａに供給する。このため、浸炭ガスを炉内１０ａで対流させ易くなり、ワーク１００へ浸炭ガスをさらに均一に接触させることができる。 In this embodiment, first, the carburizing gas is further supplied into the furnace 10a under the atmosphere in which the carrier gas convects in the furnace 10a. Therefore, the convection of the carburizing gas in the furnace 10a is facilitated, and the work 100 can be brought into contact with the carburizing gas more uniformly.

またキャリアガスに使用する窒素含有ガスが窒素と酸素とを含んでおり、窒素含有ガス中の窒素の体積パーセントが９９．００％以上９９．９９％以下となるように窒素供給源２６が制御される。もしくは、窒素含有ガス中の酸素の体積パーセントが０．１０％以上１．００％以下となるように窒素供給源２６が制御される。このため炉内１０ａに浸炭ガスが供給されると、炉内１０ａでキャリアガス中の酸素と浸炭ガス中の炭素とが反応し、炉内１０ａの炭素が過多とならないようにできる。したがって浸炭を行う際に、炭素過多に起因する煤が炉内１０ａやワーク１００に付着する「スーティング」の発生を抑制できる。特に本実施形態では浸炭ガス中の窒素含有ガスがＰＳＡ方式の窒素ガス発生装置を用いて生成されるため、窒素含有ガス中の窒素の純度、すなわち窒素含有ガス中の酸素濃度の制御が容易である。 Further, the nitrogen-containing gas used as the carrier gas contains nitrogen and oxygen, and the nitrogen supply source 26 is controlled so that the volume percentage of nitrogen in the nitrogen-containing gas is 99.00% or more and 99.99% or less. be. Alternatively, the nitrogen supply source 26 is controlled such that the volume percentage of oxygen in the nitrogen-containing gas is 0.10% or more and 1.00% or less. Therefore, when the carburizing gas is supplied to the furnace 10a, the oxygen in the carrier gas reacts with the carbon in the carburizing gas in the furnace 10a, so that the carbon in the furnace 10a does not become excessive. Therefore, when carburizing is performed, it is possible to suppress the occurrence of "sooting" in which soot adheres to the furnace interior 10a and the workpiece 100 due to excess carbon. Especially in this embodiment, since the nitrogen-containing gas in the carburizing gas is generated using a PSA type nitrogen gas generator, it is easy to control the purity of nitrogen in the nitrogen-containing gas, that is, the oxygen concentration in the nitrogen-containing gas. be.

さらに、ワーク１００を炉内１０ａに設置した後に、炉内１０ａをパージする工程を実行するため、ワーク１００を炉内１０ａに設置する際に混入したり、炉内１０ａに残留していたりするガスが浸炭に悪影響を及ぼしてしまうことを回避できる。 Furthermore, after the workpiece 100 is installed in the furnace 10a, the process of purging the furnace 10a is executed. can be avoided from adversely affecting carburization.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. Substitutions and other modifications are possible. Moreover, the present invention is not limited by the embodiments, but only by the claims.

例えば上記の実施形態では浸炭ガスは第一分岐部４１と第二分岐部４２とから炉内１０ａに供給される。しかし、少なくとも互いに対向する二か所から浸炭ガスが炉内１０ａに供給されればよく、例えば水平方向の両側（図１の紙面の奥行方向の両側、または図１の紙面に向かって左右方向の両側）から浸炭ガスを供給するように第一分岐部４１および第二分岐部４２を設けてもよい。また上記の場合とは逆に第一供給口４３ａから下方に向けて供給するガスの体積流量よりも、第二供給口４４ａから上方に向けて供給するガスの体積流量を大きくしてもよい。 For example, in the above embodiment, the carburizing gas is supplied from the first branch 41 and the second branch 42 into the furnace interior 10a. However, it suffices if the carburizing gas is supplied into the furnace 10a from at least two locations facing each other. The first branch portion 41 and the second branch portion 42 may be provided so as to supply the carburizing gas from both sides. Contrary to the above case, the volumetric flow rate of the gas supplied upward from the second supply port 44a may be larger than the volumetric flow rate of the gas supplied downward from the first supply port 43a.

また、キャリアガスおよび浸炭ガスのうちの一方のガスを、第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａの両方から炉内１０ａへ供給するようにしてもよい。例えば、キャリアガスのみを第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａの両方から炉内１０ａへ供給する場合、第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａとは別の浸炭ガス用の供給口（不図示）を設けておく。そして第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａからキャリアガスを炉内１０ａへ供給することであらかじめ炉内１０ａでキャリアガスが対流している状態で、上記の浸炭ガス用の供給口から炉内１０ａへ浸炭ガスを供給する。これにより浸炭ガスは、対流するキャリアガスの流れに乗って炉内１０ａで対流し、ワーク１００へ浸炭ガスを均一に接触させることができる。また、浸炭ガスのみを第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａの両方から炉内１０ａへ供給する場合、第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａとは別のキャリアガス用の供給口（不図示）を設けておく。そしてキャリアガス用の供給口を通じてキャリアガスを炉内１０ａへ供給することであらかじめ炉内１０ａをキャリアガスで満たした状態で、第一供給口４３ａおよび第二供給口４４ａから炉内１０ａへ浸炭ガスを供給する。これにより浸炭ガスは炉内１０ａで対流し、ワーク１００へ浸炭ガスを均一に接触させることができる。 Alternatively, one of the carrier gas and the carburizing gas may be supplied into the furnace interior 10a from both the first supply port 43a and the second supply port 44a. For example, when only the carrier gas is supplied into the furnace 10a through both the first supply port 43a and the second supply port 44a, a carburizing gas supply port ( (not shown) is provided. By supplying the carrier gas into the furnace 10a from the first supply port 43a and the second supply port 44a, the carrier gas is preliminarily convected in the furnace 10a. Carburizing gas is supplied to 10a. As a result, the carburizing gas rides on the flow of the convective carrier gas and causes convection in the furnace 10 a , so that the work 100 can be brought into uniform contact with the carburizing gas. When only the carburizing gas is supplied into the furnace 10a from both the first supply port 43a and the second supply port 44a, a carrier gas supply port ( (not shown) is provided. Then, the carrier gas is supplied into the furnace interior 10a through the carrier gas supply port to fill the furnace interior 10a with the carrier gas in advance, and the carburizing gas is introduced into the furnace interior 10a through the first supply port 43a and the second supply port 44a. supply. As a result, the carburizing gas convects in the furnace 10a, and the work 100 can be brought into uniform contact with the carburizing gas.

炉内１０ａ内に存在する空気等のガスをパージする工程は必ずしも実行しなくともよく、キャリアガスを炉内１０ａに供給することで、炉内１０ａの残留ガス（不純物）を追い出すようにしてもよい。 The step of purging gas such as air present in the furnace 10a may not necessarily be performed, and the residual gas (impurities) in the furnace 10a may be purged by supplying carrier gas into the furnace 10a. good.

ここでワーク１００を炉内１０ａに配置する前に、キャリアガスを炉内１０ａへ供給し始めてもよい。この場合、炉内１０ａ内に存在する空気等のガスをパージする工程は実行しなくともよい。 Here, the carrier gas may be started to be supplied to the furnace interior 10a before placing the workpiece 100 in the furnace interior 10a. In this case, the step of purging gas such as air present in the furnace interior 10a may not be performed.

また炉内１０ａが負圧となって外気（空気）が炉内に吸い込まれないように、炉内１０ａの圧力を常圧（大気圧）よりも若干高い圧力として浸炭を行うようにしてもよい。常圧よりも若干高い圧力とは、常圧の＋１０％の圧力であるとよく、常圧の＋５％の圧力であるとより好ましく、常圧の＋１％の圧力であるとさらに好ましい。 Carburizing may be performed with the pressure in the furnace 10a slightly higher than the normal pressure (atmospheric pressure) so that the pressure in the furnace 10a becomes negative and the outside air (air) is not sucked into the furnace. . The pressure slightly higher than the normal pressure is preferably +10% of the normal pressure, more preferably +5% of the normal pressure, and even more preferably +1% of the normal pressure.

また、ガス混合器２７は必ずしも設けられなくともよい。すなわちキャリアガスとして窒素供給源２６からの窒素含有ガスをそのまま用いてもよい。 Also, the gas mixer 27 may not necessarily be provided. That is, the nitrogen-containing gas from the nitrogen supply source 26 may be used as it is as the carrier gas.

また、窒素供給源２６では圧力スイング吸着法ではない方法を用いて窒素含有ガスを供給してもよい。例えば窒素ガスボンベと酸素ガスボンベとを用いて窒素含有ガスを生成して、供給してもよい。 Further, the nitrogen supply source 26 may supply the nitrogen-containing gas using a method other than the pressure swing adsorption method. For example, a nitrogen gas cylinder and an oxygen gas cylinder may be used to generate and supply a nitrogen-containing gas.

また図４に示すようにガス浸炭装置１Ａでは、第一ガス供給ノズル４３は、炉内１０ａの上部において炉内１０ａの幅方向に間隔をあけて炉内１０ａの幅方向の中央を基準にして対称な位置に一対が設けられていてもよい。この場合、よりスムーズに炉内１０ａでガスの対流を生じさせることができ、ワーク１００へ浸炭ガスを均一に接触させ、ワーク１００の表面全体に対して浸炭を行うことができ、安定した品質を確保することができる。 Further, as shown in FIG. 4, in the gas carburizing apparatus 1A, the first gas supply nozzles 43 are spaced apart in the width direction of the furnace interior 10a in the upper part of the furnace interior 10a, with the center of the furnace interior 10a in the width direction as the reference. A pair may be provided at symmetrical positions. In this case, gas convection can be generated more smoothly in the furnace 10a, the carburizing gas can be brought into uniform contact with the workpiece 100, carburizing can be performed on the entire surface of the workpiece 100, and stable quality can be achieved. can be secured.

本発明のガス浸炭方法およびガス浸炭装置によれば、熱処理炉内のワークへ浸炭ガスをより均一に接触させ、安定した品質を確保可能である。 According to the gas carburizing method and the gas carburizing apparatus of the present invention, it is possible to bring the carburizing gas into more uniform contact with the workpiece in the heat treatment furnace and ensure stable quality.

１、１Ａ ガス浸炭装置
１０ 熱処理炉
１２ 加熱装置
１６ 第一撹拌部
２０ ガス供給装置
２１ 浸炭ガス系統
２２ キャリアガス系統
２３ アンモニアガス系統
２４ 供給系統
２５ 炭化水素供給源
２６ 窒素供給源
２７ ガス混合器
３０ 制御装置
４３ａ 第一供給口
４４ａ 第二供給口（第二撹拌部）
１００ ワーク 1, 1A gas carburizing device 10 heat treatment furnace 12 heating device 16 first stirring unit 20 gas supply device 21 carburizing gas system 22 carrier gas system 23 ammonia gas system 24 supply system 25 hydrocarbon supply source 26 nitrogen supply source 27 gas mixer 30 Control device 43a First supply port 44a Second supply port (second stirring section)
100 work

Claims (16)

常圧下の熱処理炉内にワークを配置する工程と
前記熱処理炉内にキャリアガスを供給する工程と、
前記ワークが配置された前記熱処理炉内を加熱する工程と、
加熱後の前記熱処理炉内に浸炭ガスを供給して前記ワークに対して浸炭を行う工程と、
を含み、
前記浸炭を行う工程では、
前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスにより、
前記熱処理炉内の内壁近傍に沿って第一の方向の一方に流れる内壁流を形成すると共に、前記熱処理炉内の中央近傍において、前記第一の方向の他方に流れる中央流を形成し、
前記熱処理炉内には、
前記内壁流に対して前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを供給する第一供給口、及び、前記中央流に対して前記少なくとも一方のガスを供給する第二供給口が形成されており、
前記浸炭を行う工程では、前記第一供給口から供給されるガスの体積流量が、前記第二供給口から供給されるガスの体積流量よりも大きいガス浸炭方法。 a step of placing the workpiece in a heat treatment furnace under normal pressure; a step of supplying a carrier gas into the heat treatment furnace;
a step of heating the inside of the heat treatment furnace in which the work is arranged;
a step of supplying a carburizing gas into the heat treatment furnace after heating to carburize the work;
including
In the carburizing step,
With at least one of the carrier gas and the carburizing gas,
Forming an inner wall flow that flows in one of the first directions along the vicinity of the inner wall in the heat treatment furnace, and forming a central flow that flows in the other of the first directions near the center in the heat treatment furnace ,
In the heat treatment furnace,
A first supply port for supplying at least one of the carrier gas and the carburizing gas to the inner wall flow and a second supply port for supplying at least one of the gas to the central flow are formed. cage,
The gas carburizing method , wherein in the step of performing the carburizing, the volumetric flow rate of the gas supplied from the first supply port is higher than the volumetric flow rate of the gas supplied from the second supply port . 前記浸炭を行う工程では、前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを、前記熱処理炉内における天井面または床面において、前記第一の方向としての上下方向に交差する面方向放射状に拡散させることで、前記内壁流を形成する請求項１に記載のガス浸炭方法。 In the step of performing the carburizing, at least one of the carrier gas and the carburizing gas is diffused radially across the ceiling surface or the floor surface of the heat treatment furnace in a planar direction crossing the vertical direction as the first direction. 2. The gas carburizing method according to claim 1, wherein the inner wall flow is formed by 前記キャリアガスとして、窒素および酸素を含む窒素含有ガス、または、前記窒素含有ガスと鎖式不飽和炭化水素とを混合した混合ガスを使用する請求項１または２に記載のガス浸炭方法。 3. The gas carburizing method according to claim 1 , wherein the carrier gas is a nitrogen-containing gas containing nitrogen and oxygen, or a mixed gas obtained by mixing the nitrogen-containing gas and an unsaturated chain hydrocarbon. 前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記窒素の体積パーセントを、９９．００％以上９９．９９％以下とする請求項３に記載のガス浸炭方法。 4. The gas carburizing method according to claim 3 , wherein the volume percentage of said nitrogen in said nitrogen -containing gas with respect to said nitrogen-containing gas as a whole is 99.00% or more and 99.99% or less. 前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記酸素の体積パーセントを、０．０１０％以上１．００％以下とする請求項３に記載のガス浸炭方法。 4. The gas carburizing method according to claim 3 , wherein the volume percentage of said oxygen in said nitrogen-containing gas with respect to said nitrogen-containing gas as a whole is 0.010% or more and 1.00% or less. 前記窒素含有ガスを、圧力スイング吸着法により空気から分離することで生成する請求項４または５に記載のガス浸炭方法。 6. The gas carburizing method according to claim 4 or 5 , wherein the nitrogen-containing gas is produced by separating it from air by a pressure swing adsorption method. 前記熱処理炉内に前記ワークを配置した後であって、前記キャリアガスを供給する前に、前記熱処理炉内のガスをパージする工程をさらに含む請求項１～６のいずれか一項に記載のガス浸炭方法。 7. The method according to any one of claims 1 to 6 , further comprising the step of purging the gas in the heat treatment furnace after placing the work in the heat treatment furnace and before supplying the carrier gas. Gas carburizing method. 前記熱処理炉内を前記常圧より大きい圧力下で、前記ワークに対して浸炭を行う請求項１～７のいずれか一項に記載のガス浸炭方法。 The gas carburizing method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the work is carburized in the heat treatment furnace under a pressure higher than the normal pressure. 常圧下、または常圧よりも大きい圧力でワークの浸炭を行うガス浸炭装置であって、
前記ワークを収容する熱処理炉と、
前記熱処理炉内を加熱する加熱装置と、
キャリアガスおよび浸炭ガスを前記熱処理炉内に供給するガス供給装置と、
前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスにより、前記熱処理炉内の内壁近傍に沿って第一の方向の一方に流れる内壁流を形成する第一撹拌部と、
前記少なくとも一方のガスにより、前記熱処理炉内の中央近傍において、前記第一の方向の他方に流れる中央流を形成する第二撹拌部と、
を備え、
前記第二撹拌部は、前記ガス供給装置に設けられ、前記熱処理炉内の前記中央流に対して前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを供給する第二供給口を有するガス浸炭装置。 A gas carburizing apparatus for carburizing a workpiece under normal pressure or at a pressure higher than normal pressure,
a heat treatment furnace that accommodates the work;
a heating device for heating the inside of the heat treatment furnace;
a gas supply device for supplying a carrier gas and a carburizing gas into the heat treatment furnace;
a first stirring section that forms an inner wall flow that flows in one of the first directions along the vicinity of the inner wall in the heat treatment furnace with at least one of the carrier gas and the carburizing gas;
a second stirring section that forms a central flow that flows in the other of the first directions in the vicinity of the center in the heat treatment furnace with the at least one gas;
with
The second stirring unit is provided in the gas supply device and has a second supply port for supplying at least one of the carrier gas and the carburizing gas to the central flow in the heat treatment furnace. . 前記第一撹拌部は、前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを、前記熱処理炉内における天井面または床面において、前記第一の方向としての上下方向に交差する面方向放射状に拡散させるファンを有する請求項９に記載のガス浸炭装置。 The first stirring part diffuses at least one of the carrier gas and the carburizing gas in a planar direction radially crossing the vertical direction as the first direction on the ceiling surface or the floor surface in the heat treatment furnace. 10. The gas carburizing apparatus of claim 9 , comprising a fan for allowing the 前記ガス供給装置は、
前記熱処理炉に設けられ、前記熱処理炉内の前記内壁流に対して前記キャリアガスおよび前記浸炭ガスの少なくとも一方のガスを供給する第一供給口をさらに有する請求項９または１０に記載のガス浸炭装置。 The gas supply device is
11. The gas carburizing according to claim 9 , further comprising a first supply port provided in the heat treatment furnace for supplying at least one of the carrier gas and the carburizing gas to the inner wall flow in the heat treatment furnace. Device. 前記ガス供給装置は、前記キャリアガスとして、窒素および酸素を含む窒素含有ガスを、前記熱処理炉内に供給可能とする窒素供給源を有する請求項９～１１のいずれか一項に記載のガス浸炭装置。 The gas carburizing according to any one of claims 9 to 11 , wherein the gas supply device has a nitrogen supply source capable of supplying a nitrogen-containing gas containing nitrogen and oxygen as the carrier gas into the heat treatment furnace. Device. 前記ガス供給装置は、
鎖式不飽和炭化水素を供給する炭化水素供給源と、
窒素および酸素を含む窒素含有ガスを供給する窒素供給源と、
前記鎖式不飽和炭化水素と前記窒素含有ガスとを混合することで生成した混合ガスを前記キャリアガスとして、前記熱処理炉内に供給可能とするガス混合器と、
を有する請求項９～１１のいずれか一項に記載のガス浸炭装置。 The gas supply device is
a hydrocarbon source providing linearly unsaturated hydrocarbons;
a nitrogen source providing a nitrogen-containing gas comprising nitrogen and oxygen;
a gas mixer capable of supplying a mixed gas produced by mixing the linear unsaturated hydrocarbon and the nitrogen-containing gas as the carrier gas into the heat treatment furnace;
The gas carburizing apparatus according to any one of claims 9 to 11 , having 前記窒素供給源は、前記窒素含有ガスとして、前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記窒素の体積パーセントが９９．００％以上９９．９９％以下のガスを、前記熱処理炉内に供給可能とする請求項１２または１３に記載のガス浸炭装置。 The nitrogen supply source supplies, as the nitrogen-containing gas, a gas in which the volume percentage of nitrogen in the nitrogen-containing gas relative to the entire nitrogen-containing gas is 99.00% or more and 99.99% or less into the heat treatment furnace. 14. Gas carburizing apparatus according to claim 12 or 13 , enabling 前記窒素供給源は、前記窒素含有ガスとして、前記窒素含有ガス全体に対する前記窒素含有ガス中の前記酸素の体積パーセントが０．０１０％以上１．００％以下のガスを、前記熱処理炉内に供給可能とする請求項１２または１３に記載のガス浸炭装置。 The nitrogen supply source supplies, as the nitrogen-containing gas, a gas in which the volume percentage of oxygen in the nitrogen-containing gas is 0.010% or more and 1.00% or less with respect to the entire nitrogen-containing gas into the heat treatment furnace. 14. Gas carburizing apparatus according to claim 12 or 13 , enabling 前記窒素供給源は、圧力スイング吸着法により空気から前記窒素含有ガスを分離して、前記窒素含有ガスを前記熱処理炉内に供給可能とするガス分離装置を有する請求項１４または１５に記載のガス浸炭装置。 16. The gas according to claim 14 or 15 , wherein the nitrogen supply source has a gas separator capable of separating the nitrogen-containing gas from air by a pressure swing adsorption method and supplying the nitrogen-containing gas into the heat treatment furnace. Carburizing equipment.
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