JPH08296028A - 金属部材を浸炭又は浸炭窒化する炉雰囲気のco含有量を制御する方法と装置 - Google Patents

金属部材を浸炭又は浸炭窒化する炉雰囲気のco含有量を制御する方法と装置

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JPH08296028A
JPH08296028A JP8108500A JP10850096A JPH08296028A JP H08296028 A JPH08296028 A JP H08296028A JP 8108500 A JP8108500 A JP 8108500A JP 10850096 A JP10850096 A JP 10850096A JP H08296028 A JPH08296028 A JP H08296028A
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JP
Japan
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furnace
carburizing
atmosphere
carbonitriding
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JP8108500A
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English (en)
Inventor
Max Roggatz
マックス・ロガッツ
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Ipsen International GmbH
Original Assignee
Ipsen International GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/20Carburising
    • C23C8/22Carburising of ferrous surfaces

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、金属部品を浸炭又は浸炭窒化する
炉雰囲気のCO含有量を炉内に煤を発生させることな
く、適正に制御する方法と装置を目的とする。 【解決手段】 金属部品を浸炭又は浸炭窒化する炉雰囲
気は、酸化剤と炭化水素を含む燃料からなる混合気及び
場合によってはアンモニアを炉内へ直接供給することに
よって発生させる。炉内にを煤を発生させることなく装
置を連続的に障害なく運転させるために、炉雰囲気のC
O含有量を検出し、炉雰囲気の自由に調節可能な最小C
O含有量に達した場合にCOを生成する物質を供給す
る。この方法を実施する装置は、炉雰囲気内のCO含有
量を検出するCO分析器1と、炉雰囲気内のCO含有量
に従って弁4と場合によってはポンプ5を駆動するプロ
グラム可能なCO制御器3を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属部材を浸炭又
は浸炭窒化する加熱炉の雰囲気のCO含有量を制御する
方法に関するものであって、炉雰囲気は例えば空気など
酸化剤と炭化水素を含む燃料との混合気体並びに場合に
よってはアンモニア(NH3 )を直接供給することによ
って炉内で発生させる方法に関する。本発明はさらに、
この方法を実施する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】浸炭または浸炭窒化処理する際に必要な
浸炭雰囲気は、別個の保護ガス(吸熱ガス)発生装置に
より、あるいは窒素をメタノールと共に炉内へ供給する
ことによって発生される。保護ガスを発生させる両方の
方法において炉内では比較的安定なCO値が得られ、こ
のCO値は前者においては保護ガス発生装置と保護ガス
発生装置に使用される燃料を調節することによって、そ
して後者においては炉内に供給されるメタノールのパー
セント割合によって得られる。
【0003】第3の変形例は炭化水素と酸化性のガス成
分、例えば空気またはCO2 によって直接ガス化するこ
とである。この技術においては液体または気体の燃料が
酸化剤と混合されて、炉内へ導入される。その場合に浸
炭に必要なCO成分は炉内で燃料を酸化剤の酸素と直接
反応させることによって発生される。
【0004】この直接ガス化方法のうち、現在では天然
ガス−空気−ガス化法が最も広まっている。これは天然
ガスが自由に使えることと値段が好ましいことに関連し
ている。その場合に炉内の天然ガスを空気酸素と反応さ
せることは、次の式に従って行われる: CH4 +0.5O2 +1.88N2 →CO+2H2
1.88N2
【0005】従って炉内のメタンを空気酸素と完全に反
応させた場合には20.5volパーセントの炉雰囲気
内の最大のCO含有量が得られる。この高いCO成分は
理想的な条件(炉温度が非常に高い)下でのみ達成され
る。
【0006】しかし、炉温度が低く、特に約870℃よ
り低い場合には、上述の反応は極めて低速であって、そ
れに伴ってメタンのCOへの変換は少なくなる。さらに
上述のCO形成反応はさらにアンモニア(浸炭窒化に必
要)の存在によって阻止される。
【0007】CO含有量が少ないことによって、浸炭量
が減少し、浸炭ないし浸炭窒化のための炉雰囲気は制御
できなくなり、さらに炉に極めて急速に煤がつく。炉に
煤がつくことはまた、生産の停止をもたらす。煤を除去
するために炉を停止させて、この煤を焼失して除去しな
ければならいからである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、浸炭
温度が低い場合でも(≦870℃)、そしてアンモニア
が存在する場合でも(浸炭窒化)、浸炭および浸炭窒化
炉の連続的な障害のない運転を保証する、炉雰囲気のC
O含有量の制御を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】CO含有量を制御して連
続的に障害なく運転するという課題は、炉雰囲気のCO
含有量が検出され、炉雰囲気の自由に調節可能な最小C
O含有量に達した場合にCOを形成する物質が供給され
ることによって解決される。
【0010】好ましい実施形態によれば、COを形成す
る物質としてメタノールを使用することができる。炉雰
囲気内に供給されたメタノールは反応によって次によう
に分解する。 CH3 OH→CO+2H2 (炉温度≧800℃) この反応により、炉雰囲気内のCO含有量が調節された
最小CO含有量を超えて上昇する。
【0011】他のCOを形成する物質はCO2 である。
添加すべきCOを形成する物質の量を少なくし、処理を
安価に抑えるために、さらにCO含有量の上限の値を設
定して、その値に達した場合には、処理が経過してゆく
中でCO含有量が再び最小のCO含有量に低下するまで
は、CO形成物質の供給を停止するようにすることがで
きる。
【0012】約12vol%のCO含有量が、炉雰囲気
内の最小CO含有量として明らかにされた。というのは
この値を下回ると著しい煤の形成がもたらされ、さらに
炉雰囲気をそれ以上正確に制御できなくなるからであ
る。
【0013】最小と上限のCO含有量の幅としては炉雰
囲気内の約12vol%から15vol%のCOの幅が
特に適していることが明らかにされている。15vol
%のCO含有量の下では、CO減少の進行は極めてフラ
ットに推移するので、CO生成物質を添加することによ
ってCO含有量をこの約15vol%の限界まで上昇さ
せれば、最小限界を上回るCO含有量で長時間プロセス
を実施するのに十分である。
【0014】さらにこの狭い幅によって、CO含有量を
上昇させるためにわずかのCO生成物質しか使用する必
要がなく、それによってまた処理のコストも低く抑える
ことができる。
【0015】上述の方法を実施する装置は、金属部品を
浸炭又は浸炭窒化する加熱炉と、この加熱炉の炉雰囲気
内のCO含有量を検出するCO分析器と、CO含有量に
従って弁と、必要によってはポンプを駆動するプログラ
ム可能なCO制御器とを備えている。弁と場合によって
ポンプは、調節された最小CO含有量に達した場合に通
過ないし駆動に切り替えられる。
【0016】CO含有量の調節された上限に達した場合
には、弁がまた閉鎖されて、場合によってはポンプが遮
断される。他の詳細と利点は、以下の添付図面の説明か
ら明らかであって、添付図面には本発明による方法とそ
の方法を実施する装置が概略的に図示されている。
【0017】
【発明の実施の形態】図1に概略図示するグラフには、
浸炭窒化処理の間におけるCO含有量の推移が図示され
ている。炉雰囲気にアンモニアが添加されることによっ
てCO含有量はプロセスの進行と共に低下する。
【0018】図1から明らかなように、CO含有量推移
のカーブは15vol%以下では極めてフラットに推移
する。最小のCO含有量限界として図示されている12
vol%ラインの下方では炉雰囲気内のCO含有量が低
くなりすぎると炉に急激に煤が発生する。この下限に達
するとCOを形成する物質、例えばメタノールが炉雰囲
気に添加され、この物質はプロセス温度が高いことによ
って次の反応により分解される。 CH3 OH→CO+2H2
【0019】このメタノール分解によるCO形成によっ
て、炉雰囲気内のCO含有量は極めて急速に上昇し、そ
れが図1のCOカーブの急上昇によって明らかにされて
いる。自由に調節可能な上限(図1では15vol%)
に達すると、メタノールの供給が停止され、プロセスが
さらに続行されることによって炉雰囲気内のCO含有量
は再び低下する。
【0020】図1から明らかなように、CO含有量を1
2vol%から15vol%へわずかに高くしただけ
で、長時間にわたって煤限界の上方でプロセスは障害な
く進行することが可能になる。COカーブの推移は15
vol%の下方では極めてフラットだからである。
【0021】図2には、上述の方法を実施する装置の構
造が概略的に図示されている。CO分析器1によって炉
室2内の炉雰囲気のCO含有量が求められる。制御ユニ
ットはさらにプログラム可能なCO制御器3を有し、こ
のCO制御器に上方と下方のCO含有量に関する調節可
能な値を入力することができる。
【0022】点線で図示する制御対象にわたってCO制
御器3は、CO分析器1によって求められたCO含有量
をCO制御器3に入力されている最小のCO含有量と比
較して、この最小のCO含有量に達していることが明ら
かになるとすぐに、弁4と場合によってはポンプ5を駆
動する。
【0023】CO制御器3によって駆動されるポンプ5
はそれに応じてCO形成物質をタンク6から通過に切り
替えられた弁4を通して炉室2へ給送する。炉室2内で
CO形成物質は上述したように分解されて、それによっ
て炉雰囲気内のCO含有量が再び上昇する。
【0024】CO分析器1によって求められた炉雰囲気
内のCO含有量をCO制御器3に記憶されている値と連
続的に比較した結果、入力された上限のCO含有量に達
したことが明らかになった場合には、CO制御器3を介
して弁4が閉鎖されて、場合によってはポンプ5がまた
停止される。このプロセスはCO分析器1とCO制御器
3が調節されたCO含有量に達したことが伝達される
と、新たに開始される。
【0025】このように制御される方法によってまず、
炉雰囲気のCO含有量が炉の著しい煤化をもたらす調節
された最小CO含有量より下に低下することがなく、さ
らに処理を安価にかつ障害なく駆動するために必要なだ
けのCO形成物質だけが炉雰囲気に添加されることが保
証される。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては、金属部材の浸炭又は浸炭窒化において、加
熱炉内雰囲気のCO含有量を検出し、最小CO含有量に
達した場合にCOを形成する物質を供給する。従って、
浸炭温度が低い場合でも(≦870℃)、そしてアンモ
ニアが存在する場合でも(浸炭窒化)、浸炭および浸炭
窒化の連続的な障害のない運転を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による方法における炉雰囲気内のCO含
有量の推移を示すグラフ図である。
【図2】本発明による方法を実施する装置を概略図示す
る説明図である。
【符号の説明】
1 CO分析器 2 炉室 3 CO制御器 4 弁 5 ポンプ 6 タンク

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化剤と炭化水素を含む燃料からなる混
    合気体又は該混合気体にアンモニア(NH3 )を炉内へ
    直接供給して形成される炉内雰囲気により金属部材を浸
    炭又は浸炭窒化する炉雰囲気のCO含有量を制御する方
    法において、 前記炉雰囲気のCO含有量を検出し、炉雰囲気を自由に
    調節可能な最小CO含有量に達した場合にCOを生成す
    る物質を供給することを特徴とする金属部材を浸炭又は
    浸炭窒化する炉雰囲気のCO含有量を制御する方法。
  2. 【請求項2】 前記COを形成する物質としてメタノー
    ルまたはCO2 を使用することを特徴とする請求項1に
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記炉雰囲気に、自由に調節可能な上限
    のCO含有量が到達するまでの間、COを生成する物質
    が供給することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記最小のCO含有量が約12%vol
    であることを特徴とする請求項1から3までのいずれか
    1項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記CO含有量の制御幅が好ましくは約
    12から約15vol%COの間であることを特徴とす
    る請求項3に記載の方法。
  6. 【請求項6】 金属部材を浸炭又は浸炭窒化する加熱炉
    と、前記加熱炉の雰囲気内のCO含有量を検出するCO
    分析器(1)と、前記CO含有量に基づき弁(4)、又
    は、弁(4)とポンプ(5)とを駆動するプログラム可
    能なCO制御器(3)とを備えたことを特徴とする金属
    部材の浸炭又は浸炭窒化する装置。
JP8108500A 1995-04-22 1996-04-04 金属部材を浸炭又は浸炭窒化する炉雰囲気のco含有量を制御する方法と装置 Pending JPH08296028A (ja)

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DE19514932.7 1995-04-22

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EP (1) EP0738785B1 (ja)
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AT (1) ATE178366T1 (ja)
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