JPH0699795B2

JPH0699795B2 - 連続ガス浸炭方法

Info

Publication number: JPH0699795B2
Application number: JP61189014A
Authority: JP
Inventors: 伸夫西岡; 忠義樹下; 吉昭清水; 恵七難波; 洋志村; 文隆虻川; 均五井; 一良藤田; 優一高須
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd; Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1986-08-12
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPS6345358A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は浸炭性の雰囲気ガスを充填させた本炉内で被
処理品を加熱浸炭する連続ガス浸炭方法の改良に関す
る。

（従来の技術）一般に、鉄鋼部品の表面層に固溶した炭素を拡散させる
ことにより、鉄鋼部品の表面層のみを硬化する浸炭方法
としてガス浸炭方法が開発されている。この場合、従来
のガス浸炭方法では被処理品を加熱浸炭するガス浸炭炉
の本炉の他に変成炉が設けられており、この変成炉内で
生成される吸熱型変成ガス（以下RXガスと称する）等の
キャリアガスが浸炭性ガスである炭化水素ガス（例え
ば、プロパンガスや一般都市ガス）中に添加調節されて
本炉内における被処理品の加熱浸炭作用が促進されるよ
うになっている。また、本炉内に充填されている雰囲気
ガス中のカーボンポテンシャルの調整は炭化水素ガスの
供給量を増減することにより行なわれていた。

しかしながら、上記従来方法にあってはガス浸炭炉の本
炉の他に変成炉が必要になっていたので、変成炉を加熱
する加熱エネルギーが必要になるとともに、変成炉のヒ
ータやレトルト等の耐熱消耗品の維持費が必要になるう
え、変成炉によって短い時間で多量のRXガスを生成する
ために高価な触媒が必要になる等の問題があり、コスト
高になる問題があった。

さらに、RXガスは徐々に冷却されると組成が変化するの
で、変成炉の出口で一旦急冷する必要がある。そのた
め、ガス浸炭炉の本炉には冷却されたRXガスが導入され
るので、ガス浸炭炉の本炉内におけるエネルギー損失が
大きい問題があった。

また、本炉内に充填されている雰囲気ガス中のカーボン
ポテンシャルは炭化水素ガス量の変化に応じて比較的大
幅に変化するので、例えば連続ガス浸炭炉のように比較
的短時間のうちに雰囲気ガスの状態が変化する場合には
炭化水素ガスの供給量の増減により雰囲気ガス中のカー
ボンポテンシャルの調整を正確に行なうことが困難にな
り易い問題があった。そのため、加熱浸炭作業中に被処
理品の表面に煤化作用、いわゆるスーティングが発生し
易いので、浸炭が不能になるおそれもあった。

（発明が解決しようとする問題点）従来方法にあってはガス浸炭炉の本炉に他に変成炉が必
要になっていたので、コスト高になり、またガス浸炭炉
の本炉に冷却されたRXガスが導入されることにより、ガ
ス浸炭炉の本炉内におけるエネルギー損失が大きくな
り、加えて炭化水素ガスの供給量の増減により雰囲気ガ
ス中のカーボンポテンシャルの調整を正確に行なうこと
が困難になり易く、加熱浸炭作業中に被処理品の表面に
煤化作用、いわゆるスーティングが発生し易いので、浸
炭が不能になるおそれがある等の種々の問題があった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、コスト
低下を図ることができ、ガス浸炭炉の本炉内におけるエ
ネルギー損失を低減することができ、加えて雰囲気ガス
中のカーボンポテンシャルの調整を容易化することがで
き、加熱浸炭作業中のスーティングの発生を防止するこ
とができるとともに、連続的な被処理品の搬入または搬
出の際の扉の開閉による本炉内圧力の変動を防止し、連
続的な処理を可能とすることができる連続ガス浸炭方法
を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は浸炭性の雰囲気ガスを充填させた本炉内で被
処理品を連続的に加熱浸炭する連続ガス浸炭方法におい
て、前記本炉内に炭化水素ガスおよび空気をそれぞれ供
給し、前記本炉内でこれらの炭化水素ガスと空気との混
合がすを生成させるとともに、前記本炉内への炭化水素
ガスの供給量を一定状態で保持させ、前記本炉内への空
気供給量のみを可変調整することにより前記本炉内の生
成雰囲気ガス中のカーボンポテンシャルを調整するとと
もに、前記本炉内の入口または出口側の少なくとも一方
に本炉との間を開閉する扉と外部との間を開閉する扉と
を有する副室を設け、同副室に設けたベント機構によっ
て前記副室内と前記本炉内との圧力差を調整するように
したことを特徴とする連続ガス浸炭方法である。

（作用）本炉内に直接炭化水素ガスと空気を供給して雰囲気ガス
生成することにより、変成炉から本炉内へのキャリヤガ
スの供給を不要にするとともに、本炉内への炭化水素ガ
スの供給量を一定状態で保持させ、本炉内への空気供給
量のみを可変調整することにより、本炉内の生成雰囲気
ガス中のカーボンポテンシャルを調整して雰囲気ガス中
のカーボンポテンシャルに与える影響が大きい炭化水素
ガスの供給量の調整を不要にし、さらに副室と本炉内の
圧力差をベント機構によって調整することによって、連
続的な被処理品の搬入または搬出の際の扉の開閉による
本炉内圧力の変動を防止し、連続的な処理を可能とする
ようにしたものである。

（実施例）以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図はこの発明の連続ガス浸炭方法を実施する連続ガ
ス浸炭炉全体の概略構成を示すもので、１は連続式ガス
浸炭炉の本炉である。この本炉１の一側部には被処理品
の搬入室（副室）２、他側部には焼入れ室（副室）３が
それぞれ配設されている。この場合、焼入れ室３の下部
には油槽４が配設されているとともに、搬入室２および
焼入れ室３の上部には通気用のベント部（ベント機構）
５がそれぞれ連結されている。

また、本炉１の内部には搬入室２側から順に予熱部６、
第１の浸炭部７、第２の浸炭部８、拡散部９、焼入室内
導入部10が順次配設されている。この場合、本炉１の予
熱部６と搬入室２との間には中間扉2aが配設されている
とともに、本炉１の焼入室内導入部10と焼入れ室３との
間にも同様に中間扉3aが配設されている。これらの中間
扉2a,3aは本炉１の内圧と搬入室２の内圧または焼入れ
室３の内圧との間に圧力差が生じる場合、例えば搬入室
２の入口扉の開放時、或いは焼入れ室３の出口扉の開放
時には閉塞状態で保持されるようになっており、搬入室
２の内圧または焼入れ室３の内圧が本炉１の内圧と略等
しくなった時点で開放されるようになっている。さら
に、本炉１の予熱部６、第１の浸炭部７、第２の浸炭部
８および焼入室内導入部10には炉内雰囲気攪拌用のファ
ン11がそれぞれ装着されている。

また、本炉１には炭化水素ガス供給管12および空気供給
管13がそれぞれ連結されており、炭化水素ガス供給管12
を介して本炉１内に供給される炭化水素ガス（例えばプ
ロパンガス，一般都市ガス等）と空気供給管13を介して
本炉１内に供給される空気との混合によって本炉１で浸
炭性の雰囲気ガスを生成させるようになっている。この
場合、炭化水素ガス供給管12には一対の分岐管12a,12b
がそれぞれ設けられている。そして、第１の分岐管12a
の先端のガス出口は本炉１の第１の浸炭部７内に導入さ
れた状態で設置されているとともに、第２の分岐管12b
の先端のガス出口は本炉１の焼入室内導入部10内に導入
された状態で設置されている。さらに、これらの第1,第
２の分岐管12a,12bには流量計14がそれぞれ介設されて
いるとともに、第２の分岐管12b側には流量計14と並列
なバイパス管15が連結されている。そして、これらの第
1,第２の分岐管12a,12bを介して本炉１の内部に供給さ
れる炭化水素ガスの供給量は常に一定状態に保持されて
いる。また、空気供給管13の先端の空気出口は本炉１の
第１の浸炭部７内に導入された状態で設置されている。
さらに、この空気供給管13には流量調整弁16が介設され
ている。この流量調整弁16は例えばマイクロコンピュー
タおよびその周辺回路によって形成された制御部17に接
続されている。

また、本炉１の内部には酸素センサ18,19がそれぞれ装
着されている。この場合、酸素センサ18は第１の浸炭部
７内に、また酸素センサ19は焼入室内導入部10内にそれ
ぞれ設置されている。さらに、酸素センサ18は制御部17
およびレコーダー20にそれぞれ接続されている。そし
て、本炉１の内部の酸素量が酸素センサ18によって検出
され、この検出信号にもとづいて制御部17によって空気
供給管13の流量調整弁16の弁開度が適宜調整されるよう
になっており、この流量調整弁16の弁開度の変化に応じ
て本炉１内への空気の供給量が適宜調整されるようにな
っている。また、酸素センサ19は酸素センサ18とともに
レコーダー20に接続されている。そして、このレコーダ
ー20によって酸素センサ18からの検出信号および酸素セ
ンサ19からの検出信号がそれぞれ記録されるようになっ
ている。

また、搬入室２および焼入れ室３の上部に装着されたベ
ント部５には第２図に示すように通気管21が設けられて
いる。この通気管21の下端部は搬入室２または焼入れ室
３に連結されている。さらに、この通気管21の上端部に
は管径を他の部分よりも拡開させた拡開部21aが形成さ
れている。この拡開部21aの内部には略半球状のベント
蓋22が配設されている。このベント蓋22はベント蓋開閉
機構23によて開閉操作されるようになっている。また、
ベント蓋開閉機構23にはベント蓋支持ロッド24、操作シ
リンダ25、操作ロッド26および連結アーム27がそれぞれ
設けられている。この場合、ベント蓋支持ロッド24は通
気管21の拡開部21aの上部中央に配設されたガイド管28
によって昇降自在に支持されており、このベント蓋支持
ロッド24の下端部にベント蓋22が取着されている。な
お、ガイド管28は複数の支持アーム29…を介して通気管
21の拡開部21a内面に取着されている。さらに、ベント
蓋支持ロッド24の上端部は連結アーム27の一端部に枢支
されている。この連結アーム27の他端部は操作ロッド26
の上端部に枢支されている。この操作ロッド26は操作シ
リンダ25によって昇降駆動されるようになっている。ま
た、通気管21の拡開部21aの上部には支持アーム30の下
端部が固定されている。この支持アーム30の上端部には
連結アーム27の中間部が枢支されており、連結アーム27
はこの支持アーム30との枢支点を中心に揺動自在に支持
されている。さらに、操作シリンダ25は制御部17に接続
されたシリンダ制御機構31によって動作が制御されるよ
うになっている。そして、操作シリンダ25によって操作
ロッド26が昇降駆動される動作に連動して連結アーム27
が支持アーム30との枢支点を中心に揺動し、この連結ア
ーム27を介してベント蓋支持ロッド24が昇降駆動されて
ベント蓋22が開閉操作されるようになっている。

さらに、通気管21における拡開部21aの上部にはリング
状のバーナ32が装着されている。このバーナ32には第３
図に示すように燃料供給管33が連結されており、この燃
料供給管33を介してバーナ32に炭化水素ガス等の燃料が
供給されるようになっている。また、このバーナ32は第
４図に示すバーナ着火機構34によって着火されるように
なっている。このバーナ着火機構34は制御部17に接続さ
れている。さらに、この制御部17には搬入室２および焼
入れ室３の内部にそれぞれ装着された圧力センサ35,35
が接続されている。そして、搬入室２の入口扉の開放
時、或いは焼入れ室３の出口扉の開放時のように搬入室
２または焼入れ室３内の高温（約500℃程度）ガスが外
部に流出して本炉１の内圧と搬入室２の内圧または焼入
れ室３の内圧との間に圧力差が生じた場合（搬入室２の
内圧または焼入れ室３の内圧が負圧になった場合）には
圧力センサ35,35からの検出信号にもとづいて制御部17
によってまずバーナ着火機構34が駆動され、このバーナ
着火機構34によってバーナ32が着火されたのち、シリン
ダ制御機構31が駆動され、さらにこのシリンダ制御機構
31によって操作シリンダ25が駆動されてベント蓋22が開
操作されるようになっており、このベント蓋22の開放に
ともないバーナ32の燃焼ガスを通気管21を介して負圧状
態の搬入室２または焼入れ室３内に吸入させて搬入室２
の内圧または焼入れ室３の内圧を本炉１の内圧と略等し
くなる圧力状態まで復帰させるようになっている。

次に、上記構成の連続ガス浸炭炉の作用とともに、この
発明のガス浸炭方法について説明する。まず、浸炭処理
を施す被処理品は搬入室２の入口扉から搬入室２内に送
られ、この搬入室２から本炉１内に送られる。この本炉
１内には炭化水素ガス供給管12を介して炭化水素ガス
（例えばプロパンガス，一般都市ガス等）が供給される
とともに、空気供給管13を介して空気が供給されてお
り、この本炉１内で炭化水素ガスと空気とが混合されて
浸炭性の雰囲気ガスが生成される。この場合、本炉１の
内部は900〜930℃程度の浸炭温度状態で保持されてお
り、本炉１内で炭化水素ガスと空気との混合によって生
成された浸炭性の雰囲気ガスのガス組成は例えば、一酸
化炭素（CO）:20〜26％、水素（H₂）:30〜40％、メタン
（CH₄）:7％以下、窒素（N₂）:38〜45％程度の範囲に設
定されている。そして、本炉１内に送られた被処理品は
予熱部６、第１の浸炭部７、第２の浸炭部８、拡散部
９、焼入室内導入部10の順に搬送され、搬送中に本炉１
内の浸炭性の雰囲気ガスによって所定時間（例えば４〜
６時間程度）浸炭処理される。さらに、本炉１内で浸炭
処理された被処理品は焼入れ室３に送られたのち、この
焼入れ室３の下部の油槽４に浸漬されて焼入れが行われ
る。そして、焼入れされた被処理品は焼入れ室３の出口
扉から外部に取出される。

一方、被処理品の浸炭処理中、本炉１内への炭化水素ガ
スの供給量は一定状態で保持されている。この場合、本
炉１の内部の酸素量は酸素センサ18によって検出されて
おり、この酸素センサ18からの検出信号にもとづいて制
御部17によって空気供給管13の流量調整弁16の弁開度が
適宜調整されるようになっており、この流量調整弁16の
弁開度の変化に応じて本炉１内への空気の供給量が適宜
調整されるようになっている。したがって、被処理品の
浸炭処理中における本炉１内の生成雰囲気ガス中のカー
ボンポテンシャルの調整は本炉１内への空気供給量のみ
を可変調整することにより行なっている。

また、連結式ガス浸炭炉の動作中、被処理品の搬入によ
る搬入室２の入口扉の開放時、或いは処理済みの被処理
品の取出による焼入れ室３の出口扉の開放時には搬入室
２または焼入れ室３内の高温（約500℃程度）ガスが外
部に流出する。この場合、搬入室２の入口扉（または焼
入れ室３の出口扉）が開放される前に予め本炉１の予熱
部６と搬入室２との間の中間扉2a（または本炉１の焼入
室内導入部10と焼入れ室３との間の中間扉3a）は閉塞状
態で保持されている。そして、被処理品の搬入作業、或
いは処理済みの被処理品の取出作業の終了後、再び搬入
室２の入口扉または焼入れ室３の出口扉を閉塞すると扉
の開放にともない搬入室２または焼入れ室３内の高温ガ
スが外部に流出したことにより搬入室２の内圧または焼
入れ室３の内圧が負圧になる。このように搬入室２の内
圧または焼入れ室３の内圧が負圧（所定圧力状態より低
い圧力状態）になると圧力センサ35,35からの検出信号
にもとづいて制御部17によってまずバーナ着火機構34が
駆動される。そして、このバーナ着火機構34によってバ
ーナ32が着火されたのち、シリンダ制御機構31が駆動さ
れ、さらにこのシリンダ制御機構31によって操作シリン
ダ25が駆動されてベント蓋22が開操作される。そのた
め、このベント蓋22の開放にともないバーナ32の燃焼ガ
スが通気管21を介して負圧状態の搬入室２または焼入れ
室３内に吸入するようになっており、搬入室２の内圧ま
たは焼入れ室３の内圧が本炉１の内圧と略等しくなる圧
力状態まで復帰される。

そこで、上記方法にあっては連結式ガス浸炭炉の本炉１
内に炭化水素ガス供給管12を介して炭化水素ガス（例え
ばプロパンガス，一般都市ガス等）を供給するととも
に、空気供給管13を介して空気を供給し、この本炉１内
で炭化水素ガスと空気とを混合させて浸炭性の雰囲気ガ
スを生成させるようにしたので、従来方法のようにガス
浸炭炉の本炉１の他に格別に変成炉を設ける必要がな
い。そのため、変成炉を加熱する加熱エネルギー、変成
炉のヒータやレトルト等の耐熱消耗品の維持費、或いは
変成炉によって短い時間で多量のRXガスを生成するため
の高価な触媒等を不要にすることができ、コスト低下を
図ることができる。

さらに、変成炉を使用する場合のように変成炉の出口で
RXガスを一旦急冷し、ガス浸炭炉の本炉１に冷却された
RXガスを導入させる必要がないので、ガス浸炭炉の本炉
１内におけるエネルギー損失を低減することができる。

また、本炉１内に充填されている雰囲気ガス中のカーボ
ンポテンシャルの調整を本炉１内への空気供給量のみを
可変調整することにより行なうようにしたので、雰囲気
ガス中のカーボンポテンシャルの変化率が大きい炭化水
素ガスの供給量の増減によって雰囲気ガス中のカーボン
ポテンシャルの調整を行う場合に比べて雰囲気ガス中の
カーボンポテンシャルの調整を容易化することができ、
加熱浸炭作業中のスーティングの発生を防止することが
できる。さらに、搬入室２および焼入れ室３の上部に通
気用のベント部５を設けるとともに、本炉１と搬入室２
との間に中間扉2a、本炉１と焼入れ室３との間に中間扉
3aをそれぞれ配設し、中間扉2a、3aを閉じた状態で、搬
入室２および焼入れ室３と本炉１内の圧力差をベント部
５によって調整することによって、連続的な被処理品の
搬入または搬出の際の入口扉および出口扉の開閉による
本炉１内の圧力の変動を防止することができる。そのた
め、連続的なガス浸炭処理を可能とすることができるの
で、連続ガス浸炭処理の作業能率を高めることができ
る。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施で
きることは勿論である。

［発明の効果］この発明によれば被処理品を加熱浸炭するガス浸炭炉の
本炉内に炭化水素ガスおよび空気をそれぞれ供給し、前
記本炉内でこれらの炭化水素ガスと空気との混合によっ
て浸炭性の雰囲気ガスを生成させるとともに、前記本炉
内への炭化水素ガスの供給量を一定状態で保持させ、前
記本炉内への空気供給量のみを可変調整することにより
前記本炉内の生成雰囲気ガス中のカーボンポテンシャル
を調整するようにしたので、コスト低下を図すことがで
き、ガス浸炭炉の本炉内におけるエネルギー損失を低減
することができ、加えて雰囲気ガス中のカーボンポテン
シャルの調整を容易化することができ、加熱浸炭作業中
のスーティングの発生を防止することができる。さら
に、副室と本炉内の圧力差をベント機構によって調整す
ることによって、連続的な被処理品の搬入または搬出の
際の扉の開閉による本炉内圧力の変動を防止し、連続的
な処理を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図は連続
式ガス浸炭炉全体の概略構成図、第２図はベント部の縦
断面図、第３図は同平面図、第４図は制御部の接続状態
を示す要部の概略構成図である。１…本炉、２…搬入室（副室）、３…焼入れ室（副
室）、2a,3a…中間扉、５…ベント部（ベント機構）、1
2…炭化水素ガス供給管、13…空気供給管、16…流量調
整弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水吉昭京都府京都市右京区太秦巽町１番地三菱自動車工業株式会社京都製作所内 (72)発明者難波恵七神奈川県横浜市港北区箕輪町字舟下785番地東京熱処理工業株式会社内 (72)発明者志村洋神奈川県横浜市港北区箕輪町字舟下785番地東京熱処理工業株式会社内 (72)発明者虻川文隆神奈川県横浜市港北区箕輪町字舟下785番地東京熱処理工業株式会社内 (72)発明者五井均神奈川県横浜市港北区箕輪町字舟下785番地東京熱処理工業株式会社内 (72)発明者藤田一良神奈川県横浜市港北区箕輪町字舟下785番地東京熱処理工業株式会社内 (72)発明者高須優一神奈川県横浜市港北区箕輪町字舟下785番地東京熱処理工業株式会社内 (56)参考文献特開昭51−70136（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−144469（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−251265（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浸炭性の雰囲気ガスを充填させた本炉内で
被処理品を連続的に加熱浸炭する連続ガス浸炭方法にお
いて、前記本炉内に炭化水素ガスおよび空気をそれぞれ
供給し、前記本炉内でこれらの炭化水素ガスと空気との
混合ガスを生成させるとともに、前記本炉内への炭化水
素ガスの供給量を一定状態で保持させ、前記本炉内への
空気供給量のみを可変調整することにより前記本炉内の
生成雰囲気ガス中のカーボンポテンシャルを調整すると
ともに、前記本炉の入口または出口側の少なくとも一方
に本炉との間を開閉する扉と外部との間を開閉する扉と
を有する副室を設け、同副室に設けたベント機構によっ
て前記副室内と前記本炉内との圧力差を調整するように
したことを特徴とする連続ガス浸炭方法。