JPS6240359A - 急速滲炭方法 - 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】 本発明は急速滲炭法に関する。特に本発明（１キヤリヤ
ーガスと場合により公称濃度の一酸化炭素を含有する所
定の組成の雰囲気を通常の滲炭温度で生成し得る炭化水
素と全注入する密閉式連続炉であって、炉の２７を所定
の周期で開放して冷戻すべき装入物を通過づせる。かつ
、その際、上記ドアの開放により特に炉内の雰囲気の酸
化性成分の濃度が増大する形式の連続炉内での急速濃度
相］炭法に関する。

密閉式連続炉は処理すべき装入物（７ＪＯ工物）を一定
の時間的間隔でかつ低い連間で炉に導入しそして上記装
入物の温度を上昇させる帯域、装入物に冷戻を行う帯域
および装入物内での炭素の拡散を行わせる帯域を連α的
に移動させる形式の炉である。連続炉は炉の雰囲気中の
酸化性成分の濃度上昇を部分的に減少させる入口側およ
び出口側ロック室（１ｏｃｋ　ｃｈａｍｂｅｒ　）ｆ有
し、また、各ｋ（Ｄ帯域の間に非気密性の分画２アも有
し得る。

キャリヤーガスと炭化水素の注入によって、炉が平衝状
襲になつ友時点、すなわち、特に炉のドアを閉じた時点
で所定の組成の雰囲気が生成する。

この雰囲気（ガス）は下記の成分から構匠されてＡる。

ｌＡ〜３０容惜幅のＣ０ １ｏ〜≦Ｏ容量哄のＮ２ １０．１０容桁係のＮ２ ０〜ｔｔＰ量弧のＣＯ２ θ〜！容量係の■■２０ ０．１０容量幅の炭化水素 連続炉中では装入物の導入により、Ｖ了を開放し次際に
、酸化性厄介を生成する多量の空気が入り込む。炉の雰
囲気中のＩ！ｉ２ｆヒ注成分の儂匿が上昇すると炭素濃
度が急激に低下する。

米国特許第ｔｔ、ｔ　ｔＡ　ｊ、２　ｊ　２号明細書に
は装入物を閉鎖する時にキャリヤーガスの流速ｋ　Ａ　
Ｎ　（７）　ａ速に戻すことが提案されている。

しかしながら上記方法は満足できないものである。

事実、上記方法では、炉中に注入されるキャリヤーガス
の流速全どのように大きくしたとしても、炉内の酸化性
成分の上昇を回避することができず、従って酸化性成分
の濃度が上昇し、それて対応して炭素！１度が低下する
。

下記の平衡反応： 、ＺＣＯ−〇　＋　ＣＯ２ が生ずる炉の製炭帯域の炭素濃度は次の関係式で表わす
ことかでさる、 〔ＣＯ２〕 ｋ　（Ｔ）　＝温度常数 （ＣＯ）　＝、一酸化炭素の濃度 （ＣＯ２）＝二酸化炭素のａ囲 ところで、炉中に注入されるガスの流速がいかなる流速
であっても、炉中における一酸化炭素のｍＪｆＪｆ実質
的に一定のままである。従って、二酸化炭素儂凌の上昇
により必然的に炭素＠ＩＷは低下する。

本発明の方法はこれらの欠点を回避するものである。す
なわち。

本発明の方法は炉に注入さｎ、る雰囲気の一酸化炭素？
　ＩＵＪ−の周期で増大させることによって炉の醸化性
成分の濃Ｉ「の増大全補償（相殺）しかくして装入物の
ρ炭を行う期間全通じて炉の製炭性雰囲気の炭素濃Ｆｉ
ｔ’ｉ−等質的に一定に保持することからなる、キャリ
ヤーガス中の原料Ｈ”１分の分解によって炉内で一酸化
炭：Ａを形成させる場合には、−酸１ヒ炭素尚１Ｆの上
昇ｔまその発生原料のｉＦ上昇に対応するものと考えら
れる。例えば、Ｒも一般的な方法では、キャリヤーガス
は窒ふとアルコール。

好ましくはメタノール（ま友はエタノール）とからなる
。この場合には一酸化炭素姶叶の上昇はキャリヤーガス
中のメタノール４藺の上昇に対応する。

炭素根囲を専質的に一定に保持する丸めには。

炉のｒアの開放後直ちに畑の雰囲気中の一酸化炭素９閾
金増大させて二酸化炭素良度の上昇を補償することが好
まし論。炉の雰囲気を迅速に更新し。

その結果、　−４ｆヒ炭素の睦Ｉｆヲ迅速ｆ増大させる
几めには、−酪化炭素酸度の上昇をキャリヤーガスの流
速全増大させることによって行うことが好まし％Ａ７ この場合には、装入物の処理工程（製炭および／または
拡散）対応させて、キャリヤーガスの°公称１流速の１
３〜４倍のキャリヤーガス流速を採用することが好まし
い。

本発明の第１Ｉ７）実施態様によれば、高−電のキャリ
ヤーガスの注入を開始してから１１アを閉鎖する。この
方法においては、１′アを開放した場合にＦｉ酸化性成
分の濃ツ上昇を避けることができないという理由で一ガ
スの節約ができる。

本発明の好ましい実施態様にお論てけ、炉のＶアを開放
する少し前首で高篩ばの一酸化炭素を含有するキャリヤ
ーガス全注入する。このキャリヤーガスの注入は、少な
くともｒアの閉鎖まで行われ、且つ場合により後述する
時＋１１１の条件下で一アを閉じ７１２：後も行なわれ
る。、過剰の一酸化炭素の供給は処理サイクルを所定の
方法で実施する時点まで行う。このようにすることによ
って、）′アを閉じｔ後から普通の−ｌ１ｌ（ヒ炭素の
流速に戻すまでのタイミングを容易に設定することがで
きる。更に。

２丁の開放に合わゼて一酸化炭素の過剰供給を予め開始
することもできる。

上記しｔ方法のいずれにおいても、高ｅｌｆの一酸【ヒ
炭素を含有するキャリヤーガスの注入は、好ましくは前
記の範囲内Ｖｒ、おいてキャリヤーガスの流速の増大を
併なってもよいし、併なわなくてもよいことを理解すべ
きである。

前記のいずれの態様においても、公称値よりも旨い一酸
化炭素＠度を有するキャリヤーガスの注入時聞け、処理
の総時間の！嘔〜３Ｑ４であろう。

公称値よりも高論、一酸化炭素＠度をπ↑るキャリヤー
ガスは、好ましくは、容量比Ｒ１−（Ｎ２）　／（Ｍｓ
ＯｆＩ）が／　／ｕ　Ｏ≦Ｒ１≦３ρである窒素−メタ
ノール混合物から得ることができる。

ｔｙｔ−、公称値と等しい一酸化炭素＠変を有するキャ
リヤーガスは、好ましくば、容量比：Ｒ２−（Ｎ２）　
／　（Ｍｅｎｕ）が３／７≦Ｒ２≦ｌ　であるｇ素−メ
タノール混合物力為ら得ることができる。

次に図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

連続炉、すなわちプッシャー炉（ｐｕｓｈ＠ｒ　−ｆｕ
ｒｎａｎｃ・）においては製炭すべき鋼１２！！児工片
からなる装入物（被滲炭物）１ｋａ分間（一般的には１
−２０分間）毎に導入する。この炉は一般的には、入口
１′ア、入口側ロック　　場合によって１室− アで隔離さｊ″″Ｃ〃る製炭帯域および拡散領域および
冷却浴ｒｗする出口側ロック雇が連続して設けらｊてＡ
る。

炉中で発生する雰囲気は、吸熱タイプ、すなわち、ガス
発生機から得られるかあるいは炉中でＣＯとＨ２Ｍ、分
とを生じるのに適した物質と窒素か　　゛ら得らｎる。

水素成分と一酸化炭素と９！素とに冨　　　□む雰囲気
から主として々る：ＣＯとＲ２を虫取する成分はメタノ
ール１独（好ましくけ溶Ｐｐｊ）でもよいし、エタノー
ル−酸化剤（水、ｇ！気、Ｃ０２・・・・・−）あるい
は同様な混合物であり−この成分に炭素υげ全制御する
ために１０４４での炭化水素（Ｃ）（４゜Ｃ３■（８・
・・・・・）を加えることもでき、唾た１寺には浸炭窒
化（ｅａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｊｎｇ　）処Ｆｉ！（アｙ
モ＝アｌｔｃより活性比さｊる製炭Ａのような特別の処
理Ｖｒは！憾捷でのアンモニアを刀Ｖえることができる
。

炉中に装入物を６人するために入口２アを開放するが、
このドアの開放によって大量の酸比性成分〔外部空気に
よるやガスの溶焼〃為ら虫じる０２゜ＣＯ２、Ｈ２Ｏ）
が制御さｎずｆ流入する。

現在までに知らｆ″ＬｆｃＬｆｃ方法シよび第２図）で
は１時期ｔ。、　ｔｌ　、　ｔ２・・・・・・における
周期的な炉のドアの開放によって、炉雰囲気中の二酸化
炭素０眩が急速上昇しく第１図）、この製置は殆どじ７
間的に（数十秒ま九けそれ以上）、温Ｉｆｆ　（Ｃ’０
２）、　−例えば０．／ｒ壬からｌ優、すなわちその約
Ａ　（？！ｒ高ＸＡβ１．ツ〔ＣＯ□〕２　（こ（／’
）　（直はカ１卦よび処理の状態によって大きく変化す
る）に上昇する。

炉雰囲気中の二酸化炭素のり、賦が低いことを考慮に入
れた場合には、処理全体を通じて一酸化炭素のｌ！ｌｌ
ｆ＃−ｉ一定であると考えることができる。従って、炭
素濃ｆけ＠！図の曲報Ｃ７に従って炉中の製炭帯域にお
いて著しく変「ヒする。この炭素−ｆＦｉ−例えば９コ
Ｏ℃の製炭温度ではＯ１ｌ〜０．３鴫程１のＣ，Ｐ、Ｍ
値に減少する（この温間での炭素級閾についての設定値
は多くの場合ｏ、ｒ　、　ｉ、ｏ　４程度である。）。

炭素濃度を上記の設定値に再調整するためには、Ｗ際的
Ｖｒは、２回の連続的な装入を行うｔ。からｔ、までの
時間の全時間１に？する。

このような条件下では、炭ぶの移行は時間で（この時間
は装入物を二回導入する期間１−１の１１コオでの時間
を表わし得る）が経過した後に到達するｃ、ｐ値ｍ（後
に定義する）の付近でのみ効果的に行われる二期間Ｔの
各々においてＦｉ■工片の製炭は５ｉ＃−直上は行われ
ず、ある場合にはこの時ｔ’ｕ’？中に児工片が脱製炭
する恐れさえ生じる。

従って、滲炭は時１’ｌｆｉ　ｋＯ＋ｔ−ｔ１　、　ｔ
ｌ　＋Ｔ　”＝　ｔ２等の間中にのみ生じるので、所定
の硬ばを与えるための製炭の深さが浅くなる。従って、
所定の深さと硬変を最初から設定する場合には、製炭処
理の時間が著しく長くなる。

＠２図は前述の米国特許明細書記載の方法に従って炉中
へ注入するキャリヤーガスの流速を示すものである；こ
の流速は通常はドアを閉じ九時は領ＤＬを有し、且つ炉
の２７を開い友時はｉＤＨを肩しており、　ＤＨはＤＬ
の２倍に等しいかそれ以上である。

本発明（第３図および第４図）によれば、炉雰囲気の炭
紫濃度を装入物上に煤を生ぜしめるｌに等しい値に到達
せしめることなしに酸化性成分の濃度を増大させるため
に、新しい装入物を導入する際に（ある論は同様の弊害
（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　）が生ずる場合には、炉か
ら装入物を取出す際に）あるいはその直前に、炉に注入
する雰囲気の一酸化炭素の濃度を増大させる。このよう
なｆ！に度の増大は１通常、炉のドアの開放時間全体全
通して行ゎｎ、る。このａｌｌの増大は所定の炭素濃度
により迅　。

速に戻るように１通常、上記ドアを閉した後も継続して
行われる。この方法は二つの利点を有する；すなわち、
炉雰囲気の炭素濃度を、該雰囲気中の炭素を装入物に移
行させるのに十分な値に保持することができるという利
点と装入物への炭素の移行を促進させることができると
いう利点を有する：その理由は製炭工程における炭素の
移行速度は、それぞれ、炉中のＨ２の分圧とＣＯの分圧
（ここでは濃度に等し論）であるｐＩ（２とｐＣｏの積
に依存するからである。

一酸化炭素Ｉｌｋ度の増加は炉中に一酸化炭素を注入す
るか、あるいは好ましくは一炉雰囲気中で分解して一酸
化炭素を生じ得る物質を注入することによって行われる
。

°通常”（ドア閉鎖）の操作においては、炉中に注入す
る雰囲気は、一定の流速を有する内部ガス発生炉（＠ｎ
ｄｏｇ＊ｎ＠ｒａｔｏｒ　）のものか、あるいは。

好ましくは前述の如き窒素／メタノール混合物等である
。しかして本発明（第３図〜第！図）によれば、、一酸
化炭素の注入は△ｔ′の時間増大させる：その濃度は〔
ＣＯ〕、（これは一般に２０容量壬程度〒ある）から〔
ＣＯ〕２（これは−７容量係程背である）に上昇する。

その結果、炭素溌関は曲線０２により表わすれる如く変
動する（第３図）。この、一酸化炭素【あるいけそれを
生じる物／ｆｆ　’）の過剰供給の流速およびその時間
ｉｔ実質的にＣ、Ｐｍ以下の炭素ａ健（この濃１ｇ以下
の値でけ製炭が生じない）まで降下しないように調節す
る。９１１えば、／ＡＮＣ，４タイプのスチールと９２
０℃の製炭温電の場合には、こハらの各棟のノぐラメ−
ターを炭素ｆｆａ　ｒｆが約ｏ−ｔｔ　４の値以下に降
下しな＾ように調節する。しかして、炭ネの移行連間が
増大することによって、他の条件が同一の場合であって
も連綬製炭法の迅速性が高まる。

本発明を′ｉＪ８施する最も簡単な方法は、炉の雰囲気
全生皮させるために窒素−メタノール混合物を使用する
ことと、シよび窒素とメタノールとの相対的比’Ａｋ変
比変化ることである。

げ了開放に相当する時１１）１中Ｆｉ混合拗中のメタノ
ールの比ぶを増大させる：このメタノール比の増大のｆ
ＪｔＭはその時（■中あるいけその時間の大部分中、純
粋なメタノールを導入する程の大きさとし得る。１−か
しな力；ら炉中に注入する混合物中の窒素は少なくとも
１ＯＱｂ、好１しくに少なくとも２０４に保持すること
が好ましい。

更に簡単にするためには、混合物の流速とその組放比Ｘ
を窒素の流速を実質的に一定に保持するように同時ＶＣ
変化させ得る。この変法では第μ図に示す如く％コＯ憾
の窒素とＩＯ優のメタノールを含有する混合物につｈて
のｔｏカらｔ。＋△ｔ′までの間の流速Ｄ′Ｈおよび４
ｔ０４窒素と６０４メタノールを含有する混合物につい
てのＤｈより低い流速Ｄ′Ｌを用いる。

本発明を次の比較例卦よび実施例により史に詳しく説明
する。

実施例１ この実施例では、現在捷で一般的に使用されている従来
技術を説明する。

プッシャー炉中でｄ柄／４ＮＣ４のスチールからなるト
ランスミッション部材の製炭を行つ九：この部材につい
ての！ｌ０ＶＨ／における所望のｌａ炭深づは０．７〜
０．９−である。炉の温度は９コＯ℃であり、／！Ｑ呻
の上記部材を７分値Ｌ／Ｃ装入した。製炭帯域で保持さ
れるべき所望の炭素Ｉｉ！に閾は１２ｔ％である。中の
入０９Ｉの装入ｒア１１−開放する時間Ｆｉ２７秒とし
た。

炉中に注入する雰囲気は”０／４０の比藁の窒素−メタ
ノール混合物（吸熱性ガス）から得九。

注入雰囲気の流速は／９ｎ１１ｈであつｔ０従ってｌサ
イクル（７分間）あたりの雰囲気の消費量は２．２２Ｍ
であっ友。

炉中で測定した炭素績度の変化を第を図に示しｆｔ−、
、ドアの開放前は０．ｌ冬であった炭素ｄ雇け。

１分後にけ０．／憾に降下し１次ｒで連続的にｏ、ｌ鴫
に上昇した（３分後でけ００ｇ４）・′ｉＡ飾例 実施−１と同じ炉を用い、下記の条件以外の他の条件は
同一にしてかつ同じ部材を処理して同一の最終条件を得
′ｆｃ６実施例１で炉中に注入した雰囲気の代０に第７
図に示す如く種々の時間中、ｔｆ！Ｍ々の組成の雰囲気
を用い友。

ドアの開放前の３０秒間と２分１■は窒素・メタノール
の比が２０７１０の雰囲気Ａｔｍｕ　ｆ　−２’　ｒｒ
１１ｈのＲ，速で注入しｆｃ６次に３分ｊＯ秒間雰υ利
気Ａｔｍ／を／　Ｊ　／／ｈの流速で注入した。、ｌサ
イクル中の雰囲気の消費１ｔＦｉ　／、ｊ　７　ｍ”で
あった。炭素製置の変ｒヒを測定して＠ｒ図に示した（
時間の目盛り（第４図〜＠を図）にかけるＦは炉の２ア
全閉じ九時間を示していることに注意）７被製炭部材の
ｔ　ｔＱＶＨ／における製炭深さ７４０．７〜０．９　
ａｍであつ九。

上記の結果η為らｌサイクルの時間が７７４減少Ｃ７分
から１分５０秒）し、且つ雰囲気の消９ｆｋは２９％減
少しｔことが判る、このように他の条件は同じでｌサイ
クルの時間が減少することは当！＠にとって著しい節約
であることを意味してＡる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の方法Ｖｒ、おける雰囲気の
変動を示すｆｌ第３図および第４図は本発明による雰囲
気の変動を示す、Ｉ第！図は従来の方法シよび本発明に
おける炭素叔習の変化？示す、、第を図は実施例１にお
いて炉中で測定し九炭素濃叶の変化を示す。第７図けＶ
４施例コにおいて使用した雰囲気の１ｉｉｆＥと時間と
の関係を示す。第、ｒ図は実施例２における炭素濃変の
変化を示している。 ＲＧ、Ｉ　　　　　　　　　ＦＩＧ、２ＲＯ，３ＦＩＧ
、４ １０”　　ＦＩＧ−５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、キャリヤーガスと、公称濃度の一酸化炭素を含有す
   る所定の組成の雰囲気を慣用の滲炭温度で生じ得る炭化
   水素とを注入する密閉式連続炉であつて、炉のドアを所
   定の周期で開放して滲炭すべき装入物を通過させる、か
   つ、その際に上記ドアの開放によつて上記炉の雰囲気中
   の酸化性成分の濃度の上昇が生じる形式の密閉式連続炉
   中で急速滲炭を行う方法において、炉中に注入する雰囲
   気中の一酸化炭素濃度を同一の周期で増大させ、それに
   よつて炉の酸化性成分の濃度の増大を補償し、しかして
   上記装入物の滲炭時間全体にわたつて炉の滲炭雰囲気の
   炭素濃度を実質的に一定に保持することを特徴とする、
   急速滲炭方法。 ２、一酸化炭素の濃度をドアの開放時に増大させる特許
   請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、炉のドアの閉鎖後直ちに、注入雰囲気の一酸化炭素
   濃度を所定の組成内でその公称値に戻す、特許請求の範
   囲第２項に記載の方法。 ４、炉のドアを閉鎖後直ちに、但し時間を調節して、注
   入雰囲気の一酸化炭素の濃度を所定の組成内の、その公
   称値に戻す特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ５、一酸化炭素の注入をドアの開放を行う数秒前に行う
   、特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方
   法。 ６、ドアの開放期間が予め定められている場合に、ドア
   の開放後直ちにあるいはドアの開放を行う数秒間前に、
   一酸化炭素濃度を公称濃度に戻す前の所定の時間増大さ
   せる、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ７、炉中で測定した炭素濃度が所定の設定値に実質的に
   戻つた時に、注入雰囲気の一酸化炭素濃度を公称値に戻
   す、特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の
   方法。 ８、炉中へ注入する雰囲気の流速を、公称値より高い一
   酸化炭素濃度を有する雰囲気の注入時間の少なくとも一
   部の間増大させる、特許請求の範囲第１項〜第７項のい
   ずれかに記載の方法。 ９、キャリヤーガスの流速の増大は公称流速値の１．５
   〜４倍に相当する、特許請求の範囲第８項に記載の方法
   。 １０、公称値よりも高い一酸化炭素濃度を有するキャリ
   ヤーガスの注入時間は総処理時間の５〜５０％である特
   許請求の範囲第９項に記載の方法。 １１、公称値より高い一酸化炭素濃度を有するキャリヤ
   ーガスの少なくとも一部は、容量比Ｒ＿１＝〔Ｎ＿２〕
   ／〔ＭｅＯＨ〕（Ｎ＿２およびＭｅＯＨはそれぞれ窒素
   とメタノールの濃度を表わす）が、１／２０≦Ｒ＿１≦
   ３／７である窒素−メタノール混合物から得る、特許請
   求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載の方法。 １２、窒素とメタノールとの温合物をキャリヤーガスの
   製造に使用し、窒素の流速は処理工程中一定であり、且
   つ、メタノールの流速が炉雰囲気中の一酸化炭素一部の
   変動に従つて変動する、特許請求の範囲第１項〜第１１
   項のいずれかに記載の方法。