JPS63162820A - 熱処理炉の雰囲気制御方法 - 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】 本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とする。

（産業上の利用分野）　この発明はバッチタイプの熱処
理炉において鋼材の熱処理をするに当たって炉内の雰囲
気を制御する方法に関する。

（従来の技術）　この種の熱処理炉においては、炉内の
雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを測定し、それが予
め定められた基準値と合致するように上記熱処理炉内へ
のカーボンポテンシャル調整用のガスの供給量を制御す
ることが行われている。

この場合従来の方法にあっては、上記カーボンポテンシ
ャルの測定値と基！１！値との差値に一定の制御ゲイン
を加味して上記カーボンポテンシャル調整用ガスの供給
量の調整を行っている。この為、第４図に示される如く
、熱処理過程の中期や後期において炉内雰囲気ガス中の
ＣＯ□濃度が減少したときには、上記カーボンポテンシ
ャル調整用ガスの供給量の変更による炉内雰囲気ガスの
ＣＯＷ度の僅かな変化が、炉内におけるカーボンポテン
シャルの値に大きく影響し、即ち制御過敏となり、炉内
における雰囲気ガスのカーボンポテンシャルの値が大き
くハンチングを起こしてしまう問題点があり、その結果
として鋼材の表面に脱炭や浸炭の不均一層を発生させて
鋼材の材質を損なってしまう問題点があった。

（発明が解決しようとする問題点）　この発明は上記従
来の問題点を除き、炉内雰囲気ガスのＣｏｗの濃度が減
少した場合においても炉内雰囲気ガスの適正なカーボン
ポテンシャル値の維持を確実性高く行い得るようにした
熱処理炉の雰囲気制御方法を提供しようとするものであ
る。

本願発明の構成は次の通りである。

（問題点を解決する為の手段）　本願発明は前記請求の
範囲記載の通りの手段を講じたものであってその作用は
次の通りである。

（作用）　熱処理炉内の雰囲気ガスのカーボンポテンシ
ャル値が測定される。その測定値は基準値と比較される
。そして両者の差値に制御ゲインを加味して得られるガ
ス量変更信号がガスｌｌ１１Ｍ整手段に与えられる。ガ
ス量調整手段は上記信号に基づいて炉内へのカーボンポ
テンシャル調整用ガスの供給量を変更する。上記の場合
、制御ゲインと、しては炉内の雰囲気ガスのＣｏｗの濃
度と正の相関関係で変化する制御ゲインが用いられる。

（実施例）以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。制御系統を示す第１図において、符号１乃至１４で
示される部材はいずれも公知の部材であって、１は周知
の熱処理炉で、炉内の加熱及び雰囲気ガスの供給の為の
バーナ等周知の部材が備えられている。２は上記炉ｌに
対するカーボンポテンシャル調整用ガスの供給手段で、
管路をもって構成され、その一端は熱処理炉１に接続さ
れ、他端には変成ガスやエンリッチガス等のカーボンポ
テンシャル調整用ガスの発生手段が接続されている。３
は上記供給手段２に付設したガス量調整手段で、次に述
べる制御手段４からのガス贋変更信号に基づいて、供給
手段２から熱処理炉１に供給されるガス量を変更するよ
う構成されている。

４は制御手段で、熱処理炉１内の雰囲気ガスのカーボン
ポテンシャルを測定すると共に、その測定値に応じて上
記ガス量調整手段３にガス量変更信号を与えるよう構成
されている。

上記ガス量調整手段３において、５はバルブ、６はバル
ブ調節器、７は制御手段で、ガス量変更信号に基づいて
バルブ調節器６に作動信号を与えてそれを作動させ、そ
の結果バルブ５の開閉操作を行うと共に、バルブ調節器
６から作動量のフィードバック信号を得て、上記バルブ
５の開度が上記ガス量変更信号に対応する値となるよう
に制御するよう周知の如く構成されている。８はオリフ
ィスで、ガスの’ｔＲＩを検出するようにしたものであ
り、上記バルブ調節器６からのフィードバック信号を上
記制御手段７に与える代わりにこのオリフィス８による
ガス流量の検出信号を制御手段７にフィードバックして
も良い。また雰囲気制御をバルブ制御のみで行っても良
い。この場合オリフィス８及びバルブ調節器６からのフ
ィードバックが省略できる。

次に制御手段４において、１０はガス分析計で、炉内雰
囲気ガスをサンプリングしてそのＣＯ濃度及びＣｏｔａ
度を検出するようにしたものである。１１はカーボンポ
テンシャル値の計算手段で、上記分析計１０から得られ
るＣＯ濃度及びＣｏｔ濃度の数値から、カーボンポテン
シャル値、即ち、ＣＯ？１度の２乗をＣＯｚｆＭ度で除
した値に比例する数値を計算するよう構成されている。

１２は周知のＰＩＤ演算手段を示す、１３はＰＩＤ定数
管理手段で、Ｐ係数としては、−例として第２図に示さ
れるように、上記分析計１０から得られる炉内雰囲気ガ
スのｃｏｌｔｓ度と正の相関関係で変化する制御ゲイン
を演算手段１２に与え、■及びＤ係数としては夫々一定
値を演算手段１２に与えるよう構成されている。向上記
制御ゲインはＣＯｔ濃度の違いに対し連続的でなく段階
的に値を変えても良い。１４は基準値設定手段で、カー
ボンポテンシャルの基準値（この基準値は周知の如く熱
処理炉の制御時間の経過と共に変化する）を演算手段１
２に与えるよう構成しである。

上記構成のものにあっては、炉１内に鋼材が入れられそ
の内部が閉じられた後、周知の如くバーナに着火され上
記鋼材の熱処理が開始される。そして熱処理中において
は供給手段２から炉１内へカーボンポテンシャル調整用
ガスの供給が次のように制御しながら行われて、炉内の
カーボンポテンシャルの調整が行われる。即ち、熱処理
中においては、炉１内の雰囲気ガスの一部がサンプリン
グされてガス分析計１０で分析され、カーボンポテンシ
ャル値計算手段１１によってカーボンポテンシャルの測
定値が計算される。その測定値及び基準値設定手段１４
からのカーボンポテンシャルの基準値は演算手段１２に
与えられ、両者の差値に定数管理手段１３から得られる
制御ゲイン等を加味した演算がなされ、上記カーボンポ
テンシャルの測定値が基準値から外れている場合にはそ
れを是正する為のガス量変更信号が演算手段１２から出
力される。

その信号はガス量調整手段３における制御手段７に与え
られパルプ５の開度の制御が行われる。これにより供給
手段２から粋処理炉１内に送り込まれるカーボンポテン
シャル調整用ガスの量に変更が加えられる。このような
制御を閉ループの系において行うことにより、炉ｌ内に
おける雰囲気ガスのカーボンポテンシャル値が上記基準
値に一致するようにされる。

次に上記のような制御を第３図に基づいて炉内における
鋼材の熱処理の時間の経過に従って説明すれば次の通り
である。先ず、炉内における昇温時にはカーボンポテン
シャルの基準値（設定値）が時間の経過と共に順次上昇
される。従ってカーボンポテンシャルの測定値もそれに
応じて上昇する。

又この場合炉内におけるｃｏ、濃度も図示される如く順
次上昇する。尚この過程においては、ｃｏ２濃度が未だ
低くても上記ＰＩＤ定数管理手段における制御ゲインの
値は（イ）に示される如（高い一定値に保持して早く所
定の雰囲気に到達するようにすると良い。次に炉内温度
が略所定値まで到達するとカーボンポテンシャルの基準
値は一定の値にされる。従って前記のような制御により
、カーボンポテンシャルの測定値もそれに対応する一定
値となる。その状態で時間が経過すると炉内におけるＣ
Ｏｔ濃度は図示されるように徐々に低下される。このＣ
Ｏ，濃度の低下に伴い上記ＰＩＤ定数管理手段１３から
演算手段１２に与えられる制御ゲインは、そのＣｏｗ　
ｔａｒ度の低下と共に低い値にされる。

従って、ガス量変更信号の値は小さくなり、カーボンポ
テンシャル調整用ガスの供給量の変更幅は小さくなる。

その結果、上記のようにｃｏｘｔ１度が低下してきても
、炉内におけるカーボンポテンシャルの測定値が上記カ
ーボンポテンシャルの基準値から殆ど外れることがない
ように前記カーボンポテンシャル調整用ガスの供給量の
変更を行うことができる。即ち炉内においては予定され
た通りの雰囲気制御が行われる。更に熱処理過程の後期
に至り、上記ＣＯ□濃度が更に低下すると上記制御ゲイ
ンもそれに応じて更に低い値にされる。その結果、その
熱処理過程後期においても、炉内におけるカーボンポテ
ンシャルの測定値が基準値に正しく追随するように上記
カーボンポテンシャル調整用ガスの供給量を変更して、
適切な雰囲気制御を行うことができる。

このように炉内におけるカーボンポテンシャルの値が予
め設定した基準値に正しく追随するよう制御がなされる
為、炉内においては鋼材に脱炭や浸炭による不均一層の
発生を生ずることなく適切な熱処理を施すことができる
。

次に本件明細書中におけるカーボンポテンシャルは前に
も述べた如＜Ｃｏ？７４度の２乗をｃｏ、）５度で除し
た値に比例する値であるが、上記のｃｏ濃度の２乗をＣ
Ｏ□濃度で除した値そのもの（この値は例えばポテンシ
ャルファクターと呼ぶ）を用いても前述のような雰囲気
制御は全く同様に行うことができ、本願の理解に当たっ
てはカーボンポテンシャルをポテンシャルファクターと
読み替えて理解しても良い。

（発明の効果）　以上のように本発明にあっては、鋼材
の熱処理に当り、炉内の雰囲気ガスを制御するに当って
は、炉内におけるＣＣｏｔＭ度）”／ＣＯｚ？Ｉ４度に
対応する数値であるところりカーボンポテンシャルの測
定値と、予め定められたカーボンポテンシャルの基準値
との差値に、制御ゲインを加味して得られるガス量変更
信号を、ガス量調整手段に与えて雰囲気制御を行なうも
のであるから、炉内においでは適正なカーボンポテンシ
ャルの雰囲気の維持を期待できる特長がある。

しかも上記の場合、熱処理過程の中期や後期において炉
内雰囲気ガスのＣＯ！の濃度が減少すると、ＣＯの濃度
のわずかな変化が炉内におけるカーボンポテンシャルの
値に大きく影響して制御過敏となる恐れが生じても（従
来においては炉内のカーボンポテンシャルの値にハンチ
ングを生じさせてしまっていた状況となっても）、本願
発明では上記差値に炉内の雰囲気ガスのＣｏｔの４度と
正の相関関係で変化する制御ゲインを加味してガス量変
更信号を得るようにしているから、その信号は上記ＣＯ
，濃度の減少に伴なって小さくなり、その結果、炉内雰
囲気のカーボンポテンシャルの調整を上記ＣＯｔの減少
に伴なってなだらかに（ハンチングを生ずることな（）
行ない得て、適正なカーボンポテンシャル値の維持を確
実性高く行ない得る特長がある。このことは被熱処理材
である鋼材に脱炭や浸炭を発生させることなく良質の熱
処理を施し得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は熱処理炉に
おける雰囲気制御の系統図、第２図は炉内ｃａｖｉ１度
と制御ゲインとの関係の一例を示すグラフ、第３図は熱
処理過程における時間の経過とカーボンポテンシャル及
び制御ゲインとの関係を示すグラフ、第４図は従来例を
示す第３図と類型の図。 １・・・熱処理炉、３・・・ガス量調整手段、４・・・
制御手段。 第１図 一一一一一−す　ＣＯｚ濃度（％）　α戸のゲイン〕第
３図 笛４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 雰囲気ガスがある熱処理炉内において鋼材の熱処理をす
   るに当っては、上記熱処理炉内の雰囲気ガスのカーボン
   ポテンシャルを調整する為に熱処理炉内に送り込まれる
   ガスの量を、ガス量変更信号に基づいて調整するように
   したガス量調整手段を予め備えておいて、上記炉内の雰
   囲気ガスのカーボンポテンシャルを測定し、その測定値
   と予め定められたカーボンポテンシャルの基準値との差
   値に、制御ゲインを加味して得られるガス量変更信号を
   、上記ガス量調整手段に与えて雰囲気制御を行なう熱処
   理炉の雰囲気制御方法において、上記制御ゲインとして
   炉内の雰囲気ガスのＣＯ＿２の濃度と正の相関関係で変
   化する制御ゲインを用いて上記雰囲気制御を行なうこと
   を特徴とする熱処理炉の雰囲気制御方法。