JPH10226870A - 熱処理炉の雰囲気制御方法及び装置 - Google Patents

熱処理炉の雰囲気制御方法及び装置

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JPH10226870A
JPH10226870A JP9048597A JP4859797A JPH10226870A JP H10226870 A JPH10226870 A JP H10226870A JP 9048597 A JP9048597 A JP 9048597A JP 4859797 A JP4859797 A JP 4859797A JP H10226870 A JPH10226870 A JP H10226870A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の熱処理炉の雰囲気制御方法及び装置に
おいては、スーティングを生ずる欠点があった。 【解決手段】 本発明の熱処理炉の雰囲気制御方法及び
装置においては、炉内に炭化水素系ガスと酸化性ガスと
を供給しながら浸炭を行い炉内の残留ＣＨ4 の値が下降
から上昇に転じたか、または、炉内の酸素分圧が所定値
に達したとき上記炭化水素系ガスの供給を停止せしめ
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、熱処理炉の雰囲気
制御方法及び装置特に、ガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝
雰囲気熱処理等を行なう熱処理炉の雰囲気制御方法及び
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガス浸炭等の熱処理方法としては
炭化水素系ガスと空気とを混合させ吸熱型変成ガス発生
炉を用いて変成したガス（以下、エンドサーミックガス
という。）を炉内に供給し、所定のカーボンポテンシャ
ルを得るために炭化水素系ガス（以下、エンリッチガス
という。）を添加する方法が多く採用されてきた。しか
しながら近年、省エネルギーの観点から特開昭５４−５
４９３１号公報、特開昭６１−１５９５６７号公報なら
びに特開平４−６３２６０号公報等に示されているごと
く、炉内に炭化水素系ガスと酸化性ガスとを直接導入す
ることにより変成ガス発生炉を必要とせずに、浸炭を行
なう直接浸炭法が除々に採用される傾向にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、直接浸炭
法での浸炭速度は、浸炭期と拡散期の影響を強く受け
る。前者は、炭化水素系ガス等（原料ガス）の直接分解
が浸炭への主効果であり、後者はＢｏｕｄｏｕａｒｄ反
応が主体となる。従って、前者の炭化水素系ガス等の炉
内への直接導入では、添加量と雰囲気の温度とによって
（勿論装入された処理物の荷姿によっても）、その分解
程度が異なる。その結果、炭化水素系ガス等が浸炭に必
要とする以上に添加されススとなって炉内に推積した
り、処理物がスーティングするという不具合があった。
【０００４】また、上述したスーティング範囲に入って
いることを知らずに操業した場合には、酸素センサーの
寿命を短くするという不具合もあった。
【０００５】本発明の目的は上記従来の欠点を除くよう
にしたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の熱処理炉の雰囲
気制御方法は、炉内の残留ＣＨ4 の値が下降から上昇に
転じたか、または、炉内の酸素分圧が設定値に達したか
の何れかで、上記炭化水素系ガスの供給を停止すること
を特徴とする。
【０００７】本発明の熱処理炉の雰囲気制御装置は、炉
殻と、炉内加熱用ヒーターと、炉内の酸素分圧及びＣＨ
4 分圧測定手段と、炉内に炭化水素系ガス及び酸化性ガ
スを導入する手段と、これら炭化水素系ガス及び酸化性
ガスの炉内に対する導入量を制御する手段とより成るこ
とを特徴とする。
【０００８】上記炭化水素系ガスとしては、炭素原子を
含む液体、例えばアルコールや、気体、例えばアセチレ
ン、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素を主成分
とするガス好ましくは、メタン、プロパン或いはブタン
ガスを用いる。
【０００９】上記酸化性ガスは、空気或いはＣＯ2 ガス
である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下図面によって本発明の実施例
を説明する。
【００１１】図１は本発明の熱処理炉の雰囲気制御方法
及び装置の説明図を示す。
【００１２】図１において、１は炉殻、２はこの炉殻１
を形成する耐熱レンガ、３は雰囲気攪拌用ファン、４は
加熱用ヒーター、５は炉内温度制御のための熱電対、６
は例えば炉内直接挿入型ジルコニア式固体電解質酸素分
圧測定用センサー、８はＣＨ4 分圧測定用管、１０はＣ
Ｈ4 分圧分析装置、１１は炉内に導入される炭化水素系
ガスの供給パイプ、１２はその調節バルブ、１３は炉内
に導入酸化性ガスの供給パイプ、１４はその調節バル
ブ、１５は演算装置、１６は上記調節バルブ１２、１４
に調節信号を送る調節計である。
【００１３】図２はカーボンポテンシャルの相違による
浸炭時間と浸炭深さとの関係を示したもので、浸炭中の
カーボンポテンシャルが高いと、低い場合に比較して、
短い時間で浸炭を終了させることができることは既に知
られているが、Ｆｅ−Ｃ系平衡状態図においては、図２
中に斜線で示したようにスーティング域に入ると実操業
に適さないことも知られている。
【００１４】カーボンポテンシャルを高くするために
は、エンリッチガス（炭化水素系ガス）を多量に添加す
るとよい。エンリッチガス添加後の時間経過を見ると、
図３に示す様に装入重量を１５０Ｋｇ一定として、Ｃ4
Ｈ10ガス使用の場合、Ａ（流量２．５リットル／ｍｉ
ｎ）、Ｂ（１．４リットル／ｍｉｎ）、Ｃ（１．０リッ
トル／ｍｉｎ）の何れも浸炭時間ｔの経過につれて残留
ＣＨ4 量は減少の後増加に転じ、処理物はスーティング
を発生する。一方、Ｄ（０．５リットル／ｍｉｎ）の場
合ほぼ一定の残留ＣＨ4 量になり、スーティングは発生
しない。この相違は、Ａ（２．５リットル／ｍｉｎ）、
Ｂ（１．４リットル／ｍｉｎ）、Ｃ（１．０リットル／
ｍｉｎ）の場合は添加量が多いことにより、鋼が炭素を
吸収し切れずに、未分解のＣＨ4 が増加するためであ
り、一方、Ｄ（０．５リットル／ｍｉｎ）は鋼が炭素を
吸収することができるためである。従って残留ＣＨ4 量
を分析し、その値を制御することは即ちスーティングを
防止することになる。
【００１５】従って本発明においてはＣＨ4 分析装置１
０の分析結果より、ＣＨ4 の値が下降から上昇に転じた
とき調節バルブ１２を閉じ炭化水素系ガスＣX ＨY の流
入を止め、残留ＣＨ4 量が増加しない様に制御する。
【００１６】また、Ｆｅ−Ｃ系平衡状態図において、温
度が決まれば最大炭素固溶量は一定であるためその値に
相当する酸素分圧を測定することによってスーティング
を防止することができる。
【００１７】従って本発明においては、スーティングを
防止するため酸素分圧測定用センサー６の起電力を測定
することによって酸素分圧を測定し、酸素分圧が設定値
に達したとき調節バルブ１２を閉じるようにする。
【００１８】なお、本発明においては酸素分圧測定と、
ＣＨ4 分圧測定を並行しておこない、酸素分圧がその設
定値に達した時及びＣＨ4 分圧がその設定値に達した時
の何れか早い時点で調節バルブ１２を閉じるようにして
も良い。
【００１９】（実施例１）
【００２０】バッチ型炉を用い、１５０Ｋｇの処理物を
装入し、炭化水素系ガスとしてＣ4Ｈ10ガスを、酸化性
ガスとしてＣＯ2 ガスを用いて９３０℃で４時間の浸炭
作業を行なった。
【００２１】この場合、図３に示した様に、１．０リッ
トル／ｍｉｎ以上の炭化水素系ガスの添加の場合は時間
の経過につれて、ＣＨ4 量が増大し、これは、残留ＣＨ
4 が未分解として炉内に蓄積されることであり、スーテ
ィングが増大することになる。
【００２２】図４はスーティングが生じていない時の浸
炭経過時間と炉内の残留ＣＨ4 ガスの量とＣＨ4 ガスの
添加量との関係を示し、炭化水素系ガス添加量が２．５
リットル／ｍｉｎの場合にはスーティングが生じてしま
う量であるが、本発明方法によれば炭化水素系ガスの導
入を停止するためスーティングが防止される。
【００２３】上記炭化水素系ガスとしては、炭素原子を
含む液体、例えばアルコールや、気体、例えばアセチレ
ン、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素を主成分
とするガス好ましくは、メタン、プロパン或いはブタン
ガスを用いる。
【００２４】また、酸化性ガスとしては、空気或いはＣ
Ｏ2 ガスを用いる。
【００２５】
【発明の効果】上記のように本発明方法によれば、ガス
浸炭、ガス浸炭窒化、光輝熱処理等の雰囲気熱処理にお
いて、雰囲気のＣＨ4 分圧および酸素分圧に対応して炭
化水素系ガス等の添加量を制御することにより、スーテ
ィングを未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明熱処理炉の雰囲気制御方法及び装置の説
明図である。
【図２】カーボンポテンシャルの相違による浸炭深さに
及ぼす浸炭時間の影響を示す線図である。
【図３】エンリッチガス添加量の相違による残留ＣＨ4
量と浸炭時間との関係を示す線図である。
【図４】９３０℃における浸炭経過による残留ＣＨ
4 量、添加されたＣ4 Ｈ10流量の変化を示す線図であ
る。
【符号の説明】
１ 炉殻 ２ 耐熱レンガ ３ 雰囲気攪拌用ファン ４ 加熱用ヒーター ５ 熱電対 ６ 酸素分圧測定用センサー ７ ＣＨ4 分圧測定用管 ８ ＣＨ4 分圧分析装置 ９ 炭化水素系ガス供給パイプ １０ 調節バルブ １１ 酸化性ガスの供給パイプ １２ 調節バルブ １３ 演算装置 １４ 調節計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中広 伊孝 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 井上 英樹 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内 (72)発明者 中嶋 良男 東京都千代田区丸の内一丁目８番２号 同 和鉱業株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炉内に炭化水素系ガスと酸化性ガスとを
    供給しながら浸炭を行い、炉内の残留ＣＨ4 の値が下降
    から上昇に転じた時、上記炭化水素系ガスの供給を停止
    することによってスーティングを防止することを特徴と
    する熱処理炉の雰囲気制御方法。
  2. 【請求項２】 炉内に炭化水素系ガスと酸化性ガスとを
    供給しながら浸炭を行い、炉内の酸素分圧が設定値に達
    したとき、上記炭化水素系ガスの供給を停止することに
    よってスーティングを防止することを特徴とする熱処理
    炉の雰囲気制御方法。
  3. 【請求項３】 炉内の残留ＣＨ4 の値が下降から上昇に
    転じたか、または、炉内の酸素分圧が設定値に達したか
    の何れかで、上記炭化水素系ガスの供給を停止すること
    を特徴とする請求項１または２記載の熱処理炉の雰囲気
    制御方法。
  4. 【請求項４】 上記炭化水素系ガスとして、炭素原子を
    含む液体、例えばアルコールや、気体、例えばアセチレ
    ン、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素を主成分
    とするガス好ましくは、メタン、プロパン或いはブタン
    ガスを用いることを特徴とする請求項１、２または３記
    載の熱処理炉の雰囲気制御方法。
  5. 【請求項５】 上記酸化性ガスが空気或いはＣＯ2 ガス
    であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載
    の熱処理炉の雰囲気制御方法。
  6. 【請求項６】 炉殻と、炉内加熱用ヒーターと、炉内の
    酸素分圧、及び、ＣＨ4 分圧測定手段と、炉内に炭化水
    素系ガス及び酸化性ガスを導入する手段と、これら炭化
    水素系ガス及び酸化性ガスの炉内に対する導入量を制御
    する手段とより成ることを特徴とする熱処理炉の雰囲気
    制御装置。
  7. 【請求項７】 上記炭化水素系ガスとして、炭素原子を
    含む液体、例えばアルコールや、気体、例えばアセチレ
    ン、メタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素を主成分
    とするガス好ましくは、メタン、プロパン或いはブタン
    ガスを用いることを特徴とする請求項６記載の熱処理炉
    の雰囲気制御装置。
  8. 【請求項８】 上記酸化性ガスが空気或いはＣＯ2 ガス
    であることを特徴とする請求項６または７記載の熱処理
    炉の雰囲気制御装置。
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