JPS62227074A - ガス浸炭方法におけるエンリツチガス流量の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋼等の金属製品のカス浸炭時における雰囲気
ガス中の炭素濃度制御方法に関する。

浸炭操作中の雰囲気ガスの炭素濃度制御方法としては、
雰囲気ガス中のＣＯ濃度が操作期間中はぼ一定であると
の仮定のもとに雰囲気ガス中の０２濃度を測定し、これ
らと雰囲気温度とから雰囲気のカーボンポテンシャルを
計算し、該計算値とカーボンポテンシャル設定値との偏
差をＰ、１．Ａ演算して、エンリッチガスの流量を制御
する方法がある。しかじながら、浸炭雰囲気にニジリッ
チカスを添加すると、その熱分解によシＲ２およびＣＩ
４が大量に発生するので、雰囲気ガス中のＣ０９度が低
下する。従って、この方法では、浸炭雰囲気の平衡炭素
濃度を精度良く制御することは、不可能である。

上記方法の改良方法として、雰囲気ガス中の０２濃度及
び雰囲気湿度に加えて、雰囲気ガス中のｃｏ＋！１度を
も測定し、上記方法と同様にして演算を行なって、エン
リッチガス流量を制御する方法がある。この方法は、雰
囲気カス中の２成分を測定するので、平衡炭素濃度を高
精度で制御することが可能となるが、２成分を常時計測
する装置が必要となり、線溝が複雑かつ高価となる。

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の様な従来技術の問題点に鑑みて種々
研究を重ねた結果、エンリッチガス添加による雰囲気ガ
ス増加斂がエンリッチガス添加社にほぼ比例することに
着目して、雰囲気中のＣＯ濃度を測定することなしに、
エンリッチガスの添加址（エンリッチガスコントローラ
ー自体の出力）から雰囲気中のＣＯ濃度を推定すること
によシ、雰囲気カス中の０２濃度のみを測定するだけで
、平衡炭素濃度を高精度で制御することに成功し九〇即
ち、本発明は、ベースガスにエンリッチガスを添加して
雰囲気カスとするガス浸炭方法におけるエンリッチガス
流量の制御方法であって、（ｉ）　　ベースガス中のＣ
Ｏ濃度設定値とＰＩＤ　演算器出力に比率を乗じた値と
の差を一次遅れ回路に通じた出力を雰囲気カスのＣＯ濃
度値とし、（１）該ＣＯ濃度値、雰囲気カス中の０２濃
度測定値及び雰囲気温度を用いて雰囲気のカーボンポテ
ンシャルを演算し、 （ｉ）　　該カーボンポテンシャル演算値とカーボンポ
テンシャル設定値との差をＰＩＤ　　演算して、その出
力によりニジリッチガス流量の制御を行なう方法に係る
ものである。

浸炭炉雰囲気においては、エンリッチガスの熱分解によ
多発生するガス中のＣＯ濃度と雰囲気ＣＯ濃度との間に
は、以下の関係が存在する。

Ｑ−Ｑ　　＋β・ＱＩｃ−−−（２） 但し、Ｖ：炉実効容積、Ｘ：＄囲気ＣＯ濃度、Ｙ：発生
ガスＣＯ濃度、Ｑ：発生ガス流量、ＱＢ；ベースガス流
量、Ｑ、；エンリッチガス流量、Ｕ：ベースカスＣＯ濃
度 ここに、βは、エンリッチガスの添加によシ生する雰囲
気増加の係数であシ、次の様にして求められる０エンリ
ツチガスとして炭化水素を使用する場合には、これは、
浸炭炉内で下記（４）式で示されるように熱分解する。

Ｃ／Ｎ→（−ｆｆ）・Ｃ軸ＣＨ，＋（ｉ−２α）Ｈ２・
・・（４）（４）式において、生成した炭素は、副に浸
炭成分として吸収される。未分解のＣＨ４の残留分率α
は、雰囲気の温度と平均炉内滞留温度とが定まれば、実
験的に求められる。又、雰囲気の初期状態によっては、
エンリッチガスの一部は、雰囲気中のＣＯ２，０２等の
還元に使用されてＣＯ，Ｈ２等を生成するが、雰囲気が
制御状態にあれば、それ等の量は、　ＣＨいＨ２の発生
量に比して微量で、無視することができる。従って、浸
炭炉雰囲気の温度と平均滞留時間とをほぼ一定に保持す
れば、（４）式から、β−（号−２α）＋α−（曇−α
）・・・（５）となる。

以上の（１）〜（５）式から、固定的な諸定数及び時間
的に変化するエンリッチガス流量ＱＩ！、が与えられれ
ば、直接測定を行なわなくとも、雰囲気ＣＯ濃度を推定
することが可能となる。又、（１）式は、厳密には時間
項を含む非ｉＩ型微分方程式であるが、本発明者によれ
ば、これは以下の線Ｍ微分方程式で近似できることが判
明した。

（６）式についてうづラス変換を行ない、ブロックタイ
′ｐグラムを書くと第１図の様になり、簡単な一次遅れ
回路によシＣＯ濃度の推定が行なえることが明らかであ
る。

本発明方法の実施に先立っては、先ず以下の手順により
、６値を定める。

（−）　　使用エンリッチガスの組成、及び予め実験的
に求めた未分解ＣＨ４の残留分率αから、（５）式によ
りβを定める。

＜ｂ＞　　炉実効容＠Ｖ、ベースガス流量Ｑ　Ｂｓエン
リッチガス組成中のｍの値及び上記で求め・たβを用い
て、（７）式によシー次遅れ回路の時定数Ｔを定める。

１ （【）　　へ−スガス流量Ｑ　、ベースカスｃｏＢ度Ｕ
及びβを用いて、エンリッチガス添加による比率設定値
とする。

以下、第２図に示すフローチャートを参照しつつ、本発
明方法をよシ詳細に説明する。

ベースガスＣＯ濃度設定器に与えられた６０ｍ度設定値
とＰＩＤ　演算器出力に上記比率を乗じた値との差を一
次遅れ回路に通じた出力を浸炭炉内雰囲気のＣＯ濃度値
とする。次いで、該ＣＯ濃度値、’２　ｔ　：／　”ｊ
−起電力として与えられる雰囲気中０２濃度測定値及び
熱電対起電力として与えられる雰囲気温度を用いて雰囲
気のカーボンポテンシャルを演算する。かくして得られ
たカーボンポテンシャル演算値とカーボンポテンシャル
設定値との差をＰＩＤ演算し、その出力によシエシリッ
チガス流量の制御を行なう。

本発明方法によれば、雰囲気カス中のＣ０４度を測定し
なくとも、エンリッチガスコントローラー自体の出力に
比率を乗じた値を一次遅れ回路に送るだけで雰囲気ガス
中のＣＯ濃度の推定を行なうことができるので、ＣＯ濃
度の測定を行なう場合とほぼ同等の高精度で浸炭炉内雰
囲気中の平衡炭素濃度を制御することが可能である。

以下実施例及び比較例を示し、本発明の特徴とするとこ
ろをよシ一層明らかにする。

実施例１ 内容積３０１の′ｒｔ気加熱弐箱を加熱炉にベースガス
として都市ガス１３Ｊと空気とを原料とする吸熱型変成
ガス１ｊ／分を供給するとともに、エンリッチガスとし
て都市ガス１３　Ａ　（ＣＨ；、　８８％、Ｃ２Ｈ６６
％、Ｃ３Ｈ１ｓ４％、’４Ｈ１０２％）を供給した。エ
ンリッチガスの流量制御は、第２図に示す如く、エンリ
ッチガスコントローラー自体の出力を一次遅れ回路に通
じるＣＯ濃度変化補償回路を備えたコント０−ラーによ
）行なった。

又、平衡炭素濃度は、厚さ０．０５ｆｌ、炭素濃度０、
１％の銅箔を上記加熱炉中で２０分間、９３０°Ｃで処
理した後、燃焼法によシその炭素濃度を分析して確認し
た。

本＊ｍ例による結果を第１表に示す。

比較例１ 算囲気カスＣＯ濃度を一定（ベースガス濃度）であると
し、雰囲気カス中のＣ２濃度と雰囲気温度とから求めた
雰囲気のカーボンポテンシャル計算値とカーボンポテン
シャル設定値との偏差をＰＩＤ　演算してエンリッチガ
スの流量を制御した。

本比較例による結果を第１表に併せて示す。

比較例２ 雰囲気ガスＣＱ濃度を赤外線分析計により、又Ｃ２濃度
を０２ｔンサーによシ測定し、この２成分の測定値と雰
囲気温度とから求めた雰囲気のカーボンポテンシャル計
算値とカーボンポテンシャル設定値との偏差をＰＩＤ　
演算してエンリッチガスの流量を制御した。

本比較例による結果を第１表に併せて示す。

第　　１　　表 第１表に示す結果から明らかな如く、本発明によれば、
雰囲気内の２成分測定による方法とほぼ同様の高度の平
衡炭素濃度制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に関連する（６）式についてラプラス
変換を行なった後、ブロックタイ′ｐグラムとしたもの
である。第２図は、本発明方法の概要を示すフローチャ
ートである。 （以　上）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］ベースガスにエンリツチガスを添加して雰囲気ガ
   スとするガス浸炭方法におけるエンリッチガス流量の制
   御方法であつて、 （ｉ）ベースガス中のＣＯ濃度設定値とＰＩＤ演算器出
   力に比率を乗じた値との差を一次遅れ回路に通じた出力
   を雰囲気ガスのＣＯ濃度値とし、 （ｉｉ）該ＣＯ濃度値、雰囲気ガス中のＯ＿２濃度測定
   値及び雰囲気温度を用いて雰囲気のカーボンポテンシャ
   ルを演算し、 （ｉｉｉ）該カーボンポテンシャル演算値とカーボンポ
   テンシャル設定値との差をＰＩＤ演算して、その出力に
   よりエンリツチガス流量の制御を行なう方法。