JPS6049836B2 - 焼結炉の保護ガス中の酸化還元電位調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、焼結炉例えば酸化物セラミックの焼結炉の
水素を含む保護ガス中の酸化還元電位を所望の値に調整
する方法を対象とする。

通常高温炉中で実施される多くの粉末冶金工程において
は、所望の品質の製品を得るため還元性のガス雰囲気が
使用される。この保護ガスは還元成分としてほとんど総
ての場合水素ガスを含む。水素の酸化還元電位は次の式
により水素分圧と水分圧の比に関係して与えられる。Δ
Ｇ０２■ＲｎｎＰ０２ ■２ΔＧＯＴ＋択伊墜 ΔＧ：ギブス自由エネルギ゛− Ｒ：ガス定数 Ｔ：ケルビン温度 ＰＯ２、ＰＨ２。

９ＰＨ２：Ｏ２、Ｈ２Ｏ９Ｈ２の分圧ΔＧ゜：標準状態
（１気圧、２５℃）においてのＯ２の生成ギブス自由エ
ネルギーこれから水素を含むガスの還元能力は水を加え
ることによつて影響を受けることが分る。

この効果は従来酸化還元電位を近似的に規定の値に調整
する場合にだけ利用されていた。最近粉末冶金技術の発
達に伴つて焼結時の保護ガスの酸化還元電位の正確な調
整が製品の高い品質の確保に対して大きな意味を持つこ
とが明らかとなつた。

これに対応してこの発明は、焼結保護ガスの酸化還元電
位を自動的に設定し、処理物の通過量に関係して制御す
ることを目的とする。処理物の還元過程て水素が発生す
るため制御に際し・ては処理物の通過量を考える必要が
ある。酸化還元電位の調整制御は操作員に無関係に実施
され、またその確認と記録が可能でなければならない。
この目的を達成するためこの発明は、製品の品質にとつ
て重要な温度において保護ガスの酸化還元電位を測定し
、その測定値に関係して保護ガスの入口側で適当量の水
分を加えることにより予め与えられた規定値に保つこと
を提案する。このような調整制御により製品の品質はそ
の生産量に関係なく確保される。水分の添加には酸素と
水素の混合ガスを使用するのが有利である。このガスは
炉室内て再結合して水蒸気となり、装置に流れ込む保護
ガスの一部と共に装置に導かれる。酸素水素混合ガスの
添加量の調整は公知の計量装置を使用して実施すること
ができるが、この混合ガスを電解によつて発生させ、そ
の電解電流を酸化還元電位の測定値、特にその規定値よ
りの偏差に関係して制御すれは特に有利である。この発
明の方法を図面に示した核燃料タブレット焼結炉につい
て説明する。

焼結炉１は通常のトンネル炉であつて、その高温部は熱
絶縁１６で包まれ、そこに加熱線１５が埋め込まれてい
る。焼結処理物としての核燃料タブレットは輸送ボート
に入れ入口の炉蓋１１を開けて炉に押し込み、炉を通過
した後に出口の蓋１２を開けて炉から送り出す。この外
に蓋１３と１４により炉の両端部ａとｅが本体から隔離
され、外気が炉本体に侵入するのを阻止するようにする
。炉本体は予熱領域ｂと本来の焼結領域ｃを冷却領域ｄ
に分かれ、還元性の保護ガスは導管１７を通して冷却領
域ｄに導二入され、処理物の進行に対して逆向きに流れ
、予熱領域ｂから導管１８を通して排出される。排出ガ
スはガス浄化装置に導かれるが、この装置はこの発明に
直接関係しないから図面に示されていない。導管１７を
通して導入される保護ガスは貯蔵３容器３１と３２から
計量バルブ４１と４２を通して取り出す。この保護ガス
は例えは水素とアルゴンまたは窒素の混合ガスである。
この発明の方法を実施するため焼結炉の還元が行われる
部分、例えは７００℃領域ｂにガス取出し３管１９をと
りつけ、ポンプ２０を通してガスを酸化還元電位測定セ
ル２に導く。

このセルを通過したガスは導管２１を通して排出導管１
８に戻される。図面に示されていない装置により測定セ
ル２中の測定が、炉のとり出し温度に等しい温度にあ４
る炉部分からとり出されたガスサンプルに対して行われ
るようにする。測定セルの出力信号は増幅器３と測定値
変換器４に導かれる。６ａは記録計である。

変換器４は直流電源５に接続され、その内部には酸化還
元電位の規定値発信器が設けられている。この規定値と
増幅器３から送られた酸化還元電位測定値との差に関係
して直流電源５から供給される電解槽１の電解電流が調
整される。この電解電流は記録計６によつて連続的に記
録さフれ、炉内部の酸化還元電位の経過を示す。電解槽
７には硫酸を加えた水が入れられ、電解によつて発生し
た水素と酸素は通気性の膜を通して導管７１に導かれ、
そこからガス乾燥器８に導かれる。ガス乾燥器８からポ
ンプ９を通して送り出された・酸素水素混合ガスには弁
４３を通して保護ガスの一部が加えられ、導管１０を通
して炉の冷却領域ｄに導かれる。この回路によつて測定
セル２の測定値が低下するにつれて炉に導入される酸化
水素混合ガスの量が増大する。炉に導入された酸素水素
混合ガスは再結合して微細な霧状の水滴となる。上記の
実施例はこの発明の方法の原理を説明するためのもので
、種々の変形が可能である。

特にガスとをり出し管１９は常に保護ガス中の酸化還元
電位を測定する必要がある部分に設けなければならない
ものであるが、その取付位置は情況に応じて適当に選定
することも可能てある。この発明の方法によつて処理物
の装填量が一様でない場合にも保護ガスの作用を正確に
一定に保持することができる。従つて製品の品質が確保
されると共に、炉内の処理物の分布が一様であることも
また時間的に一定てあることももはや必要としないため
処理物の輸送が著しく簡単になる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の方法の対象となる核燃料タブレット焼
結装置を示すもので、１は焼結炉２・・・は酸化還元電
位測定セル、７は酸素水素混合ガス発生用の電解槽、１
７は保護ガス導入管、１８はその排出管である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化物セラミックの焼結炉において炉雰囲気に水分
   を適当に混合することにより焼結炉の水素を含む保護ガ
   ス中の酸化還元電位を所望の値に調整する方法において
   、水分を加えるため炉内で再結合される酸素と水素の混
   合ガスを使用し、炉内に流れ込む保護ガスの一部と共に
   炉内に導くことを特徴とする保護ガス中の酸化還元電位
   を所望の値に調整する方法。 ２ 酸素と水素の混合ガスを電解によつて発生し、その
   電解電流を酸化還元電位測定値に関連して制御すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。