JPH0663082B2 - 鉄系焼結部材の窒化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、鉄系焼結部材の窒化装置に関し、特に、一
つのバッチ式の炉において水蒸気処理、還元処理および
窒化処理からなる一連の処理を連続的に順次遂行するの
に適した、鉄系焼結部材の窒化装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

本発明者等は、先に鉄系焼結部品の表面硬度を高めてそ
れに耐摩耗性を付与する表面処理として、水蒸気雰囲気
中で鉄系焼結部品を加熱してその表面を酸化する封孔処
理と、その後につづく還元処理とを特徴とするガス窒化
法（特願昭59−32633号および59−32634号）を提案し、
これらのガス窒化法では、鉄系焼結部品を窒化するため
に、特願昭59−32633号では、バッチ式水蒸気処理炉と
バッチ式窒化処理炉、そして特願昭59−32634号では、
バッチ式水蒸気処理炉とプッシャー式還元炉、さらにバ
ッチ式窒化処理炉を使用した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のようなガス窒化法では、個々の処
理に対して別々の炉を使用するために複数個の炉を必要
とする上に、処理に手数と手間がかかり、一方これらの
ガス窒化法において、水蒸気処理を遂行した後の炉内に
単にアンモニアガスまたは還元性ガスを導入して還元・
窒化処理または還元処理を施そうとすると、炉内雰囲気
が水蒸気からアンモニアガスまたは還元性ガスに切換え
られたとき、炉内に残存していた水蒸気がアンモニアガ
ス中または還元性ガス中に混入してきてそれらの露点を
高くする傾向があるので、その露点を下げて所定の還元
・窒化処理または還元処理を達成するためには、アンモ
ニアガスまたは還元性ガスの流量を増やして、残存して
いた水蒸気と、水蒸気処理被膜の還元によって生成した
水分を炉外へ抜き出さなければならない結果、これらの
ガスの消費量が増大するという問題を生ずるとともに、
炉内でセラミックやれんが等の断熱材が使用されている
場合には、これらの断熱材も多量の水蒸気を吸着して水
漬の状態となっているために前記の傾向が一層顕著に現
われるという問題があった。

〔研究に基づく知見事項〕

そこで、本発明者等は、このような問題を解決するため
に種々研究を重ねた結果、水蒸気処理、還元・窒化処理
または水蒸気処理、還元処理、窒化処理からなる一連の
処理を一つの炉で遂行するに当り、 （１）水蒸気処理の後に炉内に導入されたアンモニアガ
スまたは還元性ガスを炉外に抜き出した後除湿装置を通
して再び炉内に戻せば、これらのガスの露点が急速に低
下するとともに、炉外へ抜き出したガスを再利用できる
ので、アンモニアガスおよび還元ガスの使用量を大幅に
節減できること、および （２）炉内に、空隙を有する断熱材が使用されている場
合、その断熱材表面を金属板で密閉被覆してそれを炉内
雰囲気と遮断すれば、アンモニアガスおよび還元性ガス
の露点の上昇を一層有効に阻止できること、 を見出した。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、 炉内の温度を上昇させるための加熱装置と、それぞれ１
個または複数個のガス導入口並びにガス排出口を有する
窒化炉を備えた、鉄系焼結部材の窒化装置において、前
記ガス導入口が、前記窒化炉内に水蒸気とアンモニアガ
ス、あるいは水蒸気と還元性ガスとアンモニアガスを導
入するためのガス導入口であるとともに、前記ガス排出
口が、前記導入されたガスまたはそのガスから生成した
ガスを炉外へ排出するためのガス排出口であり、かつ、
前記窒化炉に、前記ガス排出口と連絡して炉内のガスを
炉外へ導くガス排出管を設けるとともに、このガス排出
管とは別に、前記ガス排出口に連絡し、かつ炉内のガス
を除湿装置を通して再び炉内へ戻す還流管を設け、さら
に場合により、炉内で使用されている断熱材を金属板で
密閉被覆したことを特徴とする、前記窒化炉、 を提供するものである。

この発明の窒化炉においては、それぞれの処理用ガスを
導入する別々の管路に対応して、それと同数のガス導入
口を設けてもよく、あるいは別々の処理用ガスを運ぶ複
数本の管路のうち、その２本以上の管路を１本の管路に
合流させて、前記よりも少ない数のガス導入口を随意に
設けることもできる。また、ガス排出口についても同様
に、２個のガス排出口を設けて、それらの排出口にガス
排出管と還流管とを別個に連絡されても、あるいはガス
排出管と還流管とを合流させた管路を１個のガス排出口
と連絡させて、このガス排出口をガス排出管と還流管の
両方に共通するガス排出口としてもよい。

〔実施例〕

ついで、この発明を実施例により比較例と対比しながら
説明する。

第１図はこの発明の窒化装置の一例を一部切欠いて模式
的に示した正面図であって、窒化炉炉体１の上部には、
それぞれ弁４および５を有する管路２および３を経て炉
内に処理用ガスを導入するためのガス導入口６および７
が設けられ、その炉内には、架台８に載せられた焼結部
材９を挟んで、炉内温度を上昇させるためのヒータ10,1
0と、炉内中で炉内温度を均等に保つためのファン11が
設けられている。一方、炉体１の底部には、ガス排出口
12から弁13を経てガス燃焼装置14に通じるガス排出管15
が設けられるとともに、このガス排出管15の途中から分
岐して弁16、除湿装置17および弁18を経て炉頂部の還流
口19に至る炉内ガスの還流管20が設けられている。

上記窒化装置における炉体１の本体1aと扉1bの内側に、
例えば第２図の模式的な水平断面図で示されるように、
セラミックス断熱材1cが装着されている場合は、その断
熱材1cを例えば耐熱鋼板1dのような金属板で気密に覆う
と、水蒸気処理中にその断熱材に水蒸気が吸着されるの
を抑えて、水蒸気処理後に引続いて導入されるアンモニ
アガスまたは還元性ガスの露点の上昇を防ぐことができ
る。

なお、ガス導入口とガス排出口およびこれらに連絡する
各管路については、前述のように、この発明の範囲内で
種々変更することができ、例えば上記実施例において、
ガス導入口６と７とを１つにまとめてガス導入口を１個
とするか、あるいはガス導入口６と７、およびガス導入
管路２と３とをそれぞれ１つにまとめて、その１本にま
とめたガス導入管路に弁を設けて導入ガスを切り換える
ようにしてもよく、さらに前記ガス還流口19をガス導入
口６および７のいずれか一方または両方と１つにまとめ
てもよい。

このように構成された窒化炉１において、鉄系焼結部材
９を、例えば水蒸気とアンモニアガスで窒化するには、
500〜600℃の範囲の所定の温度に保持した炉内に、まず
ガス導入口６を経て管路２から水蒸気を導入し、ついで
前記鉄系焼結部材９に炉内に装入すると、焼結部材９の
温度が上昇する過程で、その内部に浸透していた油や、
表面に付着して油が水蒸気とともにガス排出管15を経て
炉外へ排出され、その排出ガス中の油分は燃焼装置14に
より燃焼して系外へ放出される。

ついで、焼結部材９の温度が前記所定の温度に達する頃
から、その表面に酸化被膜が形成し始め、所定温度に一
定時間保持して酸化被膜が十分に形成された後、ガス導
入口６を閉じて、他方のガス導入口７からアンモニアガ
スを炉内に導入し、排出ガスの通路を管路15から管路20
へ切換えてアンモニアガスを除湿装置17を経て炉内へ還
流させると、炉内雰囲気の露点は100℃から急速に30℃
まで低下し、30分後に前記酸化被膜の大部分は還元され
るとともに、前記焼結部材９の窒化も完了する。

以上の工程からなる窒化に関する炉内温度、炉内雰囲
気、処理内容を第３図に示すとともに、炉内雰囲気を水
蒸気からアンモニアガスに切換えた後、前述のとおり除
湿装置17を経てアンモニアガスを炉内に再循環させる本
発明装置と、除湿装置17を使用しないで炉内の水分をア
ンモニアガスでパージする比較装置においてそれぞれ起
こる炉内アンモニア雰囲気の露点の変化を第４図に示し
た。

〔発明の効果〕 第４図の結果から、除湿装置を備えていない比較装置で
は、炉内雰囲気とアンモニアガスに切換えてから炉内ア
ンモニア雰囲気の露点が水蒸気処理被膜の還元が開始す
る40℃まで下がるのに20分もかかったのに対し、この発
明の装置では、アンモニアガスに切換えてから僅か５分
後に、それが最低かつ一定の30℃に低下したことがわか
る。

以上の説明から明らかなように、この発明によると、水
蒸気処理、還元処理および窒化処理という一連の工程か
らなる鉄系焼結部材の窒化を１つの装置において連続的
に遂行できるとともに、水蒸気処理後のアンモニアガス
または還元性ガスの露点を、それらのガスの使用量を増
大させることなく、急速に低下させて前記窒化を遂行で
きるという産業上有用な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明窒化装置の一例を一部切欠いて模式的に
示した正面図、第２図はその装置の窒化炉部の水平断面
図、第３図は本発明装置を使用して窒化を実施した場合
の時間の経過に対する炉内温度の変化、雰囲気、処理内
容の一例を示したグラフ、および第４図は炉内雰囲気を
水蒸気からアンモニアガスに切換えた後、本発明装置お
よび比較装置において起こる炉内アンモニアガス雰囲気
の露点の変化の一例を示すグラフである。図において １……窒化炉炉体,6,7……ガス導入口， ９……焼結部材,10……ヒータ， 12……ガス排出口,14……燃焼装置， 15……ガス排出管,17……除湿装置， 20……還流管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内の温度を上昇させるための加熱装置
   と、それぞれ１個または複数個のガス導入口並びにガス
   排出口を有する窒化炉を備えた、鉄系焼結部材の窒化装
   置において、前記ガス導入口が、前記窒化炉内に水蒸気
   とアンモニアガス、あるいは水蒸気と還元性ガスとアン
   モニアガスを導入するためのガス導入口であるととも
   に、前記ガス排出口が、前記導入されたガスまたはその
   ガスから生成したガスを炉外へ排出するためのガス排出
   口であり、かつ、前記窒化炉に、前記ガス排出口と連絡
   して炉内のガスを炉外へ導くガス排出管を設けるととも
   に、このガス排出管とは別に、前記ガス排出口に連絡
   し、かつ炉内のガスを除湿装置を通して再び炉内へ戻す
   還流管を設けたことを特徴とする、前記窒化装置。
2. 【請求項２】炉体内の断熱材を金属板で密閉被覆したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の窒化装
   置。