JPS6325066B2 - - Google Patents
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- JPS6325066B2 JPS6325066B2 JP54031203A JP3120379A JPS6325066B2 JP S6325066 B2 JPS6325066 B2 JP S6325066B2 JP 54031203 A JP54031203 A JP 54031203A JP 3120379 A JP3120379 A JP 3120379A JP S6325066 B2 JPS6325066 B2 JP S6325066B2
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
- C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭化水素を含む燃料を炉室へ導入し
た後生ずる混合ガスの反応生成物が、水―ガス平
衡状態になく、またメタン―ガス平衡状態にな
く、混合ガスが過剰なメタンを含んでいる、熱処
理炉内で反応する混合ガスの炭素レベル（炭素ポ
テンシヤル）の制御方法に関する。本発明はさら
にこの方法を実施する装置にも関する。
た後生ずる混合ガスの反応生成物が、水―ガス平
衡状態になく、またメタン―ガス平衡状態にな
く、混合ガスが過剰なメタンを含んでいる、熱処
理炉内で反応する混合ガスの炭素レベル（炭素ポ
テンシヤル）の制御方法に関する。本発明はさら
にこの方法を実施する装置にも関する。
公知の浸炭方法のうち、同種の炉内雰囲気にお
けるガス浸炭と浸炭窒化と、無酸化焼鈍とがます
ます重要になつてきている。これらの方法は閉じ
た構造の熱処理炉で行なわれ、これにより特定の
温度で制御された雰囲気を設定しかつ維持するこ
とが可能となる。ガス浸炭法の重要な問題は、ガ
ス雰囲気から材料たる鋼への炭素の浸入を制御し
て、種々の基本炭素含有量、種々の合金および
種々の形状の工作物への再現可能な浸炭結果を得
ることである。
けるガス浸炭と浸炭窒化と、無酸化焼鈍とがます
ます重要になつてきている。これらの方法は閉じ
た構造の熱処理炉で行なわれ、これにより特定の
温度で制御された雰囲気を設定しかつ維持するこ
とが可能となる。ガス浸炭法の重要な問題は、ガ
ス雰囲気から材料たる鋼への炭素の浸入を制御し
て、種々の基本炭素含有量、種々の合金および
種々の形状の工作物への再現可能な浸炭結果を得
ることである。
炉内雰囲気を形成するため、平衡状態にない燃
料―空気混合ガスを炉室へ導入することは公知で
ある。炭化水素を含む燃料と空気との適合な混合
によつて、効果的な浸炭ガスを作ることができ
る。このガスが炉室内で水―ガス平衡状態になく
またメタン―ガス平衡状態にないという事実のた
め、炭素レベルを検出して制御することは困難で
ある。炉室内にかけた膜状あるいは線状試料を使
用し、約30分の処理時間後炉から取出し、それか
らその炭素含有量をしらべることによつて、炭素
レベルの直接検出を行なうことが試みられた。こ
うして試料の炭素吸収を不連続的に見出すことが
できる。しかし自動的なプロセス制御は不可能で
ある。
料―空気混合ガスを炉室へ導入することは公知で
ある。炭化水素を含む燃料と空気との適合な混合
によつて、効果的な浸炭ガスを作ることができ
る。このガスが炉室内で水―ガス平衡状態になく
またメタン―ガス平衡状態にないという事実のた
め、炭素レベルを検出して制御することは困難で
ある。炉室内にかけた膜状あるいは線状試料を使
用し、約30分の処理時間後炉から取出し、それか
らその炭素含有量をしらべることによつて、炭素
レベルの直接検出を行なうことが試みられた。こ
うして試料の炭素吸収を不連続的に見出すことが
できる。しかし自動的なプロセス制御は不可能で
ある。
上述した欠点のため、以前から知られていたこ
れらの簡単な浸炭雰囲気製造方法は、間接的なプ
ロセス制御方法を使用することによつて炭素レベ
ルを自動制御可能で化学平衡状態にある炉内雰囲
気の製造を可能にする保護ガス発生炉の使用に代
えられた。この場合気相の組成が炭素レベルの指
標とされる。このための条件は、もちろん公知の
化学平衡関係を使用してプロセス制御の基礎とす
ることができかつ温度に関係する特性量を得るた
めに、炉内雰囲気の化学平衡が存在することであ
る。この場合一酸化炭素、二酸化炭素、水素およ
び水の値を炉内雰囲気から連続的に伝達しかつ監
視し、この制御量に基づいて炭素レベルを推論す
ることは公知である。
れらの簡単な浸炭雰囲気製造方法は、間接的なプ
ロセス制御方法を使用することによつて炭素レベ
ルを自動制御可能で化学平衡状態にある炉内雰囲
気の製造を可能にする保護ガス発生炉の使用に代
えられた。この場合気相の組成が炭素レベルの指
標とされる。このための条件は、もちろん公知の
化学平衡関係を使用してプロセス制御の基礎とす
ることができかつ温度に関係する特性量を得るた
めに、炉内雰囲気の化学平衡が存在することであ
る。この場合一酸化炭素、二酸化炭素、水素およ
び水の値を炉内雰囲気から連続的に伝達しかつ監
視し、この制御量に基づいて炭素レベルを推論す
ることは公知である。
その場合化学平衡状態にある使用可能な混合ガ
スを発生する発生炉を使用せねばならないことは
欠点である。さらに炉操業における平衡状態は、
平衡ガスに加えて炭化水素含有燃料を炉室へ導入
することが炭素の供給を高めるのに必要なので、
不利である。そのとき炉室内で反応する混合ガス
は水―ガス平衡には不充分にしか達せず、いかな
る場合にもメタンが過剰となる。炉内に充分な炭
素を供給する浸炭雰囲気が準備されている瞬間に
は、公知の制御に必要な平衡状態はもはや存在し
ない。炉室内における混合ガスの反応度は、炉の
温度、炉室の大きさ、混合ガスの滞留時間、ガス
の循環、触媒作用あるいは炉室内における煤の形
成、燃料または存在する酸素の種類等の多くの変
化する要因に関係している。実際の条件では、せ
いぜい水―ガス平衡への近似が考慮される程度で
ある。いずれの場合も反応しない炭素水素が過剰
に残る。したがつて反応する混合ガスの炭素レベ
ルは、炉内雰囲気のCO2割合あるいはH2割合の
通常の測定によつて、必要な精度で検出すること
は不可能である。
スを発生する発生炉を使用せねばならないことは
欠点である。さらに炉操業における平衡状態は、
平衡ガスに加えて炭化水素含有燃料を炉室へ導入
することが炭素の供給を高めるのに必要なので、
不利である。そのとき炉室内で反応する混合ガス
は水―ガス平衡には不充分にしか達せず、いかな
る場合にもメタンが過剰となる。炉内に充分な炭
素を供給する浸炭雰囲気が準備されている瞬間に
は、公知の制御に必要な平衡状態はもはや存在し
ない。炉室内における混合ガスの反応度は、炉の
温度、炉室の大きさ、混合ガスの滞留時間、ガス
の循環、触媒作用あるいは炉室内における煤の形
成、燃料または存在する酸素の種類等の多くの変
化する要因に関係している。実際の条件では、せ
いぜい水―ガス平衡への近似が考慮される程度で
ある。いずれの場合も反応しない炭素水素が過剰
に残る。したがつて反応する混合ガスの炭素レベ
ルは、炉内雰囲気のCO2割合あるいはH2割合の
通常の測定によつて、必要な精度で検出すること
は不可能である。
本発明の課題は、化学平衡の存在を前提としな
い燃料―空気混合炉内雰囲気の炭素レベルの連続
的な測定量および制御量を見出すことにある。特
に炉内雰囲気の間接的な測定量を使用して、炉内
雰囲気のCH4が甚だしく過剰でも炭素レベルの自
動制御を行なうことができるようにする。さらに
本発明の目的は、炉内雰囲気のこのような自動制
御を簡単に行なうことのできる装置を提案するこ
とにある。
い燃料―空気混合炉内雰囲気の炭素レベルの連続
的な測定量および制御量を見出すことにある。特
に炉内雰囲気の間接的な測定量を使用して、炉内
雰囲気のCH4が甚だしく過剰でも炭素レベルの自
動制御を行なうことができるようにする。さらに
本発明の目的は、炉内雰囲気のこのような自動制
御を簡単に行なうことのできる装置を提案するこ
とにある。
この課題を解決するため本発明によれば、第１
の測定量として炉室内に存在するガス成分COの
割合と、第２の測定量としてメタンの分解に対し
触媒作用しない電極を備えた酸素イオン伝導固体
電解質の電圧と、第３の測定量として炉室温度と
から、制御量を求め、炭素レベルを求める計算機
へこれら３つの測定量を供給し、これに関係して
炉室へ導入される燃料または空気の流量を、測定
された炭素レベルがその目標値と一致するまで変
化し、そのために炉室へ燃料と空気のみを供給す
る。炉内雰囲気の炭素レベルを化学平衡状態にお
いてのみ関数pCO2／pCO2について検出できる従来技術 とは異なり、本発明によれば、測定量としてCO
割合の測定のほかに炉内雰囲気にまだ存在する遊
離反応エンタルピを表わす酸素イオン伝導固体電
解質の電圧を含ませることによつて、平衡状態に
ない反応混合ガスの炭素レベルが検出される。
の測定量として炉室内に存在するガス成分COの
割合と、第２の測定量としてメタンの分解に対し
触媒作用しない電極を備えた酸素イオン伝導固体
電解質の電圧と、第３の測定量として炉室温度と
から、制御量を求め、炭素レベルを求める計算機
へこれら３つの測定量を供給し、これに関係して
炉室へ導入される燃料または空気の流量を、測定
された炭素レベルがその目標値と一致するまで変
化し、そのために炉室へ燃料と空気のみを供給す
る。炉内雰囲気の炭素レベルを化学平衡状態にお
いてのみ関数pCO2／pCO2について検出できる従来技術 とは異なり、本発明によれば、測定量としてCO
割合の測定のほかに炉内雰囲気にまだ存在する遊
離反応エンタルピを表わす酸素イオン伝導固体電
解質の電圧を含ませることによつて、平衡状態に
ない反応混合ガスの炭素レベルが検出される。
周知のように酸素イオン伝導固体電解質の電圧
は、平衡状態において混合ガス中における酸素含
有ガスの割合を与える。反応状態では電圧がさら
に達成可能な平衡設定に必要な遊離反応エンタル
ピをも検出することがわかつた。遊離反応エンタ
ルピ△Ｇはフアラデー定数Ｆと電極電位Ｅとの積
の関数で次のような値となる。
は、平衡状態において混合ガス中における酸素含
有ガスの割合を与える。反応状態では電圧がさら
に達成可能な平衡設定に必要な遊離反応エンタル
ピをも検出することがわかつた。遊離反応エンタ
ルピ△Ｇはフアラデー定数Ｆと電極電位Ｅとの積
の関数で次のような値となる。
△Ｇ＝RT／4F（lnpCO測定値−lnpCO平衡値）
〔ｍＶ〕
第１図はその関係を示す。ここで縦軸には固体
電解質の電圧Ｅが示されている。測定値は平衡状
態の電圧部分と遊離反応エンタルピ△Ｇの電圧部
分とから合成されている。横軸にはCO値が示さ
れている。CO平衡値の上に立てられた中央にあ
る垂線は平衡状態を示し、その左には小さいCO
測定値の方への平衡のずれが示され、その右には
大きいCO測定値への平衡のずれが示されている。
遊離反応エンタルピと測定されたCO値とCO平衡
値との前述した固定的な関係は、本発明により使
用される測定量に基づいて平衡値の換算を可能に
する。平衡値について炭素レベルを検知すること
は公知である。
電解質の電圧Ｅが示されている。測定値は平衡状
態の電圧部分と遊離反応エンタルピ△Ｇの電圧部
分とから合成されている。横軸にはCO値が示さ
れている。CO平衡値の上に立てられた中央にあ
る垂線は平衡状態を示し、その左には小さいCO
測定値の方への平衡のずれが示され、その右には
大きいCO測定値への平衡のずれが示されている。
遊離反応エンタルピと測定されたCO値とCO平衡
値との前述した固定的な関係は、本発明により使
用される測定量に基づいて平衡値の換算を可能に
する。平衡値について炭素レベルを検知すること
は公知である。
炉内雰囲気の３つの測定量を測定し、これら３
つの測定量から炭素レベルを検出する計算機へ供
給し、これに関係して炉室へ導入される燃料およ
び（あるいは）空気の流量を、測定された炭素レ
ベルがその目標値と一致するまで変化し、そのた
めに炉室へ燃料と空気のみを供給することにより
炭素レベルしたがつて浸炭の速度、層厚および縁
層における炭素分布を簡単に自動的に制御するこ
とができる。計算機を介して測定量を炭素レベル
の所定の目標値と常に比較することにより、流量
の変化を介して炭素レベルの設定のすぐれた精度
と再現性が得られる。別の保護ガス発生炉におい
て炉内雰囲気をあらかじめ処理することが回避さ
れる。
つの測定量から炭素レベルを検出する計算機へ供
給し、これに関係して炉室へ導入される燃料およ
び（あるいは）空気の流量を、測定された炭素レ
ベルがその目標値と一致するまで変化し、そのた
めに炉室へ燃料と空気のみを供給することにより
炭素レベルしたがつて浸炭の速度、層厚および縁
層における炭素分布を簡単に自動的に制御するこ
とができる。計算機を介して測定量を炭素レベル
の所定の目標値と常に比較することにより、流量
の変化を介して炭素レベルの設定のすぐれた精度
と再現性が得られる。別の保護ガス発生炉におい
て炉内雰囲気をあらかじめ処理することが回避さ
れる。
上述した方法を実施する装置は、本発明によれ
ば、炉内雰囲気のCO割合を連続的に検出する第
１の測定装置と、炉室内に設けられた酸化ジルコ
ニウムを基材とする固体電解質からなる第２の測
定装置と、温度測定装置と、３つの測定量から炭
素レベルを検出する計算機とを有し、この計算機
を介して制御される操作部が、炉室へ導入される
燃料および（あるいは）空気の流量を、測定され
た炭素レベルがその目標値と一致するまで、自動
的に変化するという特徴をもつている。
ば、炉内雰囲気のCO割合を連続的に検出する第
１の測定装置と、炉室内に設けられた酸化ジルコ
ニウムを基材とする固体電解質からなる第２の測
定装置と、温度測定装置と、３つの測定量から炭
素レベルを検出する計算機とを有し、この計算機
を介して制御される操作部が、炉室へ導入される
燃料および（あるいは）空気の流量を、測定され
た炭素レベルがその目標値と一致するまで、自動
的に変化するという特徴をもつている。
実施例について本発明を図面を参照しながら以
下に説明する。
下に説明する。
例 １
第１の例は高いCO2およびH2O割合をもちかつ
炭素レベルが著しく低すぎる燃料混合ガスからな
る炉内雰囲気に関する。このような炉内雰囲気
は、炉室へ空気を導入することによつて生ずる
か、掃気過程中生ずることができる。炉内雰囲気
は天然ガスの添加により0.62％Ｃの炭素レベルに
され、そのとき化学平衡の状態にはない。天然ガ
スの制御された添加の間炉内雰囲気の次の測定値
が生ずる。
炭素レベルが著しく低すぎる燃料混合ガスからな
る炉内雰囲気に関する。このような炉内雰囲気
は、炉室へ空気を導入することによつて生ずる
か、掃気過程中生ずることができる。炉内雰囲気
は天然ガスの添加により0.62％Ｃの炭素レベルに
され、そのとき化学平衡の状態にはない。天然ガ
スの制御された添加の間炉内雰囲気の次の測定値
が生ずる。
炉室温度 930℃
固体電解質の電圧 1138ｍＶ
CO容積割合 14.5％
CO2容積割合 0.59％
H2O容積割合 1.7％
CH4容積割合 20.5％
H2容積割合 25.0％
N2容積割合 残 部
第２図には、炉の操業が長く続く場合におこる
ような異なる反応度において制御された炉内雰囲
気の組成が示されている。縦軸には炉内雰囲気の
ガス容積割合と固体電解質の電圧（基準ガスは空
気）とが記入されている。横軸は結合した酸素の
反応割合を示している。反応する酸素割合の零点
として、前記の測定値がとられる。炉室内におけ
る混合ガスの滞留時間が長い場合、あるいは触媒
作用の影響で、反応酸素割合により特徴づけられ
る反応度が増大する。酸素はCO2およびH2Oによ
り与えられ、過剰なCH4と反応してCOとなる。
CO割合の増大は数値的には結合した酸素の反応
割合に相当する。
ような異なる反応度において制御された炉内雰囲
気の組成が示されている。縦軸には炉内雰囲気の
ガス容積割合と固体電解質の電圧（基準ガスは空
気）とが記入されている。横軸は結合した酸素の
反応割合を示している。反応する酸素割合の零点
として、前記の測定値がとられる。炉室内におけ
る混合ガスの滞留時間が長い場合、あるいは触媒
作用の影響で、反応酸素割合により特徴づけられ
る反応度が増大する。酸素はCO2およびH2Oによ
り与えられ、過剰なCH4と反応してCOとなる。
CO割合の増大は数値的には結合した酸素の反応
割合に相当する。
第３図には、反応度が変化する際における測定
値の評価が示されている。縦軸には炭化水素レベ
ルが記入され、横軸には結合した酸素の第２図と
同様に反応する割合が記入されている。
値の評価が示されている。縦軸には炭化水素レベ
ルが記入され、横軸には結合した酸素の第２図と
同様に反応する割合が記入されている。
曲線はCO割合およびCO2割合から検出された
炭素レベルを示している。直線は、CO割合から
の本発明による検出における炭素レベルの経過
と、与えられた温度における酸素イオン伝導固体
電解質の電圧の経過とを示す。その比較から明ら
かに従来技術によるCO／CO2割合のため検出に
誤差のあること、および本発明による方法が平衡
設定に関係ないことがわかる。
炭素レベルを示している。直線は、CO割合から
の本発明による検出における炭素レベルの経過
と、与えられた温度における酸素イオン伝導固体
電解質の電圧の経過とを示す。その比較から明ら
かに従来技術によるCO／CO2割合のため検出に
誤差のあること、および本発明による方法が平衡
設定に関係ないことがわかる。
炉雰囲気の測定値の評価は次の炭素レベルを生
ずる。
ずる。
測定されたCOおよびCO2の割合を使用する公
知の方法によるもの 0.12％Ｃ 測定されたCO割合と固体電解質の電圧とを使
用する本発明によるもの 0.615％Ｃ 測定されたCO2割合と固体電解質の電圧とを使
用して比較したもの 1.98％Ｃ 箔状試料についてこの値をしらべると、0.62％
Ｃの炭素レベルが得られた。この結果から明らか
にわかるように、炉内雰囲気が水―ガス平衡およ
びメタン―ガス平衡から著しくずれかつ反応度が
変化するにもかかわらず、本発明による方法は炭
素レベルの精確な検出を可能にする。実際の炭素
レベルでは、水―ガス平衡により14.5％のCO割
合においてCO2割合は0.1％にしかならない。平
衡に相当するメタン割合は、930℃の炉温度にお
いて0.0065％CH4となる。実際に存在するCH4割
合はこの値を3150倍以上超過している。
知の方法によるもの 0.12％Ｃ 測定されたCO割合と固体電解質の電圧とを使
用する本発明によるもの 0.615％Ｃ 測定されたCO2割合と固体電解質の電圧とを使
用して比較したもの 1.98％Ｃ 箔状試料についてこの値をしらべると、0.62％
Ｃの炭素レベルが得られた。この結果から明らか
にわかるように、炉内雰囲気が水―ガス平衡およ
びメタン―ガス平衡から著しくずれかつ反応度が
変化するにもかかわらず、本発明による方法は炭
素レベルの精確な検出を可能にする。実際の炭素
レベルでは、水―ガス平衡により14.5％のCO割
合においてCO2割合は0.1％にしかならない。平
衡に相当するメタン割合は、930℃の炉温度にお
いて0.0065％CH4となる。実際に存在するCH4割
合はこの値を3150倍以上超過している。
本発明の特に好ましい実施例では、炉室へは燃
料と空気のみが供給される。その利点は、炉内雰
囲気を製造するために、燃料―空気混合ガスを処
理する保護ガス発生炉も貯蔵容器からの窒素も必
要でないことである。装置の費用およびエネルギ
ーについてのこれらの節約のほかに、炉室内にお
ける燃料―空気混合ガスの燃焼熱を利用すること
ができる。
料と空気のみが供給される。その利点は、炉内雰
囲気を製造するために、燃料―空気混合ガスを処
理する保護ガス発生炉も貯蔵容器からの窒素も必
要でないことである。装置の費用およびエネルギ
ーについてのこれらの節約のほかに、炉室内にお
ける燃料―空気混合ガスの燃焼熱を利用すること
ができる。
次に述べる第２の例はこの好ましい実施例に関
するものである。
するものである。
例 ２
約１m3の容積をもつ炉室へ、850℃でVn＝2.0
m3の天然ガスとVn＝2.5m3の空気とが導入され
た。
m3の天然ガスとVn＝2.5m3の空気とが導入され
た。
炉室内で反応する混合ガスは次の測定値を生ず
る。
る。
固体電解質の電圧 1133ｍＶ
CO容積割合 17.2％
CO2容積割合 0.115％
H2O容積割合 0.4％
CH4容積割合 4.5％
H2容積割合 43.5％
N2容積割合 残 部
測定値から検出された炭素レベルは次のような
値となつた。
値となつた。
本発明による方法では
CO＋電解質 0.92％Ｃ
比較として CO＋CO2から 1.34％Ｃ
CO2＋電解質から 1.60％Ｃ
実際に複数の箔試料について検出された炭素レ
ベルは平均で0.925％Ｃである。
ベルは平均で0.925％Ｃである。
図面の第４図は、概略的に示した炉１に接続さ
れている本発明の装置を示している。炉１は閉じ
た炉室２をもち、この炉室２内の温度を800ない
し1100℃に設定することができる。炉室２には第
１の測定装置３が接続され、この測定装置３によ
り炉内雰囲気から測定ガスを取出して、CO分析
計へ供給し、赤外線吸収原理により炉内雰囲気の
CO割合を検出することができる。炉１には、炉
室２内に設けられた酸化ジルコニウムを基材とす
る固体電解質からなる第２の測定装置４が設けら
れ、図面の第５図に詳細に示すように、この電解
質の外側電極１１は炉内雰囲気に接触し、内側電
極１０は空気に接触する。測定値として電圧がｍ
Ｖで得られる。
れている本発明の装置を示している。炉１は閉じ
た炉室２をもち、この炉室２内の温度を800ない
し1100℃に設定することができる。炉室２には第
１の測定装置３が接続され、この測定装置３によ
り炉内雰囲気から測定ガスを取出して、CO分析
計へ供給し、赤外線吸収原理により炉内雰囲気の
CO割合を検出することができる。炉１には、炉
室２内に設けられた酸化ジルコニウムを基材とす
る固体電解質からなる第２の測定装置４が設けら
れ、図面の第５図に詳細に示すように、この電解
質の外側電極１１は炉内雰囲気に接触し、内側電
極１０は空気に接触する。測定値として電圧がｍ
Ｖで得られる。
さらに炉室２には、炉室温度を連続的に検出す
る第３の測定量５が接続されている。３つの測定
量はすべて炭素レベルを検出する計算機６へ供給
される。計算機６はその使用目的に応じてプログ
ラム化された電子装置であり、実際の炭素レベル
をデイジタルに表示する。これは図面に記号％Ｃ
で示されている。
る第３の測定量５が接続されている。３つの測定
量はすべて炭素レベルを検出する計算機６へ供給
される。計算機６はその使用目的に応じてプログ
ラム化された電子装置であり、実際の炭素レベル
をデイジタルに表示する。これは図面に記号％Ｃ
で示されている。
計算機６には、炭素レベルに関係して制御され
る操作部７が接続され、測定された炭素レベルが
その目標値と一致するまで、炉室へ導入される燃
料ガスおよび（あるいは）空気の流量を変化す
る。図には空気およびプロパンガスまたは天然ガ
スの導管が概略的に示されている。供給は導管８
を介して行なわれる。
る操作部７が接続され、測定された炭素レベルが
その目標値と一致するまで、炉室へ導入される燃
料ガスおよび（あるいは）空気の流量を変化す
る。図には空気およびプロパンガスまたは天然ガ
スの導管が概略的に示されている。供給は導管８
を介して行なわれる。
原理的には、図面の第５図による固体電解質
（第２の測定装置４）は安定化された酸化ジルコ
ニウム製の壁９からなる。壁９の一方の側は酸素
含有量のわかつている基準ガスこの場合空気と接
触し、以下内側電極と称する電極１０と導電接続
されている。壁９の他方の側は炉室２内の炉雰囲
気と接触し、以下外側電極を称する他の電極１１
と導電接続されている。電極１０および１１は白
金からなる。測定個所として、電極、酸化ジルコ
ニウムおよび炉内雰囲気または基準空気との共通
な接触個所１２が用いられる。
（第２の測定装置４）は安定化された酸化ジルコ
ニウム製の壁９からなる。壁９の一方の側は酸素
含有量のわかつている基準ガスこの場合空気と接
触し、以下内側電極と称する電極１０と導電接続
されている。壁９の他方の側は炉室２内の炉雰囲
気と接触し、以下外側電極を称する他の電極１１
と導電接続されている。電極１０および１１は白
金からなる。測定個所として、電極、酸化ジルコ
ニウムおよび炉内雰囲気または基準空気との共通
な接触個所１２が用いられる。
上述した装置の実施例では、外側電極１１は、
少なくとも電解質への接触個所で、CH4の分解に
触媒作用しない導電元素から構成されている。こ
れにより局部的に測定個所において炉内雰囲気の
CO値に相当するものよりいつそう進行する結合
酸素の反応を有利に阻止することができる。
少なくとも電解質への接触個所で、CH4の分解に
触媒作用しない導電元素から構成されている。こ
れにより局部的に測定個所において炉内雰囲気の
CO値に相当するものよりいつそう進行する結合
酸素の反応を有利に阻止することができる。
固体電解質９への接触個所において触媒作用し
ない電極１１の特殊の構成は、ふさがれた電子殻
のｄレベルが10個の電子で完全にふさがれている
元素の少なくとも80重量％を含む導電性物質から
なる。このような元素はたとえば銅、銀、金ある
いはパラジウムである。このような固体電解質に
より、長い寿命で非常に精確な測定値が得られ
る。
ない電極１１の特殊の構成は、ふさがれた電子殻
のｄレベルが10個の電子で完全にふさがれている
元素の少なくとも80重量％を含む導電性物質から
なる。このような元素はたとえば銅、銀、金ある
いはパラジウムである。このような固体電解質に
より、長い寿命で非常に精確な測定値が得られ
る。
本発明による方法および装置は、平衡状態にな
い混合ガスにおける炭素レベルの精確な連続測定
をはじめて可能にするので、新規である。本発明
の方法は大きい技術的利点を有する。なぜなら
ば、結合した酸素あるいは遊離した酸素なるべく
空気を含む混合ガスへ燃料を単に混合することに
よつて、炉室内で炭素レベルを上げかつ制御を行
なうことができるからである。制御可能でありか
つ平衡状態にある炉内雰囲気を製造するエネルギ
ー消費装置は省略される。さらに組成の定まつて
ない市販の燃料を使用することもできる。
い混合ガスにおける炭素レベルの精確な連続測定
をはじめて可能にするので、新規である。本発明
の方法は大きい技術的利点を有する。なぜなら
ば、結合した酸素あるいは遊離した酸素なるべく
空気を含む混合ガスへ燃料を単に混合することに
よつて、炉室内で炭素レベルを上げかつ制御を行
なうことができるからである。制御可能でありか
つ平衡状態にある炉内雰囲気を製造するエネルギ
ー消費装置は省略される。さらに組成の定まつて
ない市販の燃料を使用することもできる。
第１図は平衡状態にない炉内雰囲気と固体電解
質の電圧との関係を示す線図、第２図は異なる反
応度において制御された炉内雰囲気の組成を示す
線図、第３図は反応度が変化する場合における測
定値を評価するための線図、第４図は制御装置の
概略図、第５図は炉壁にある酸素検知器の断面図
である。 １…炉、２…炉室、３…第１の測定装置、４…
第２の測定装置、５…第３の測定装置。
質の電圧との関係を示す線図、第２図は異なる反
応度において制御された炉内雰囲気の組成を示す
線図、第３図は反応度が変化する場合における測
定値を評価するための線図、第４図は制御装置の
概略図、第５図は炉壁にある酸素検知器の断面図
である。 １…炉、２…炉室、３…第１の測定装置、４…
第２の測定装置、５…第３の測定装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化水素を含む燃料を炉室へ導入した後生ず
る混合ガスの反応生成物が、水―ガス平衡状態に
なく、またメタン―ガス平衡状態になく、混合ガ
スが過剰なメタンを含んでいるものにおいて、第
１の測定量として炉室内に存在するガス成分CO
の割合と、第２の測定量としてメタンの分解に対
し触媒作用しない電極を備えた酸素イオン伝導固
体電解質の電圧と、第３の測定量として炉室温度
とから、制御量を求め、炭素レベルを求める計算
機へこれら３つの測定量を供給し、これに関係し
て炉室へ導入される燃料または空気の流量を、測
定された炭素レベルがその目標値と一致するまで
変化し、そのために炉室へ燃料と空気のみを供給
することを特徴とする、炉室内で反応する混合ガ
スの炭素レベルの制御方法。 ２ 炭素水素を含む燃料を炉室へ導入した後生ず
る混合ガスの反応生成物が、水―ガス平衡状態に
なく、またメタン―ガス平衡状態になく、混合ガ
スが過剰なメタンを含んでおり、炉内雰囲気の第
１の測定量として炉室内に存在するガス成分CO
の割合と、第２の測定量としてメタンの分解に対
し触媒作用しない電極を備えた酸素イオン伝導固
体電解質の電圧と、第３の測定量として炉室温度
とから制御量を検出して、炭素レベルを制御する
装置において、炉内雰囲気のCO割合を連続的に
検出する第１の測定装置３と、炉室２内に設けら
れた酸化ジルコニウムを基材とする固体電解質か
らなる第２の測定装置４と、温度測定装置５と、
３つの測定量から炭素レベルを検出する計算機６
とを有し、この計算機を介して制御される操作部
７が、炉室２へ導入される燃料および（あるい
は）空気の流量を、測定された炭素レベルがその
目標値と一致するまで、自動的に変化することを
特徴とする、熱処理炉内で反応する混合ガスの炭
素レベルの制御装置。 ３ 炉内雰囲気のCO割合を測定する測定装置３
が赤外線分析計であることを特徴とする、特許請
求の範囲第２項に記載の装置。 ４ 第２の測定装置４が酸化ジルコニウムを基材
とする固体電解質からなり、この電解質の外側電
極１１が炉内雰囲気と接触し、内側電極１０が空
気と接触していることを特徴とする、特許請求の
範囲第２項に記載の装置。 ５ 炉内雰囲気と接触する外側電極１１が、電解
質への接触個所において、メタンの分解に対して
触媒作用しない導電性元素からなることを特徴と
する、特許請求の範囲第４項に記載の装置。 ６ 外側電極１１が、固体電解質への接触個所に
おいて、銅、銀、金およびパラジウムの少なくと
も１つを含む導電性物質からなることを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH311478A CH628092A5 (de) | 1978-03-21 | 1978-03-21 | Verfahren und vorrichtung zur regelung des kohlenstoffpegels eines chemisch reagierenden gasgemisches. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54132442A JPS54132442A (en) | 1979-10-15 |
| JPS6325066B2 true JPS6325066B2 (ja) | 1988-05-24 |
Family
ID=4248914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3120379A Granted JPS54132442A (en) | 1978-03-21 | 1979-03-19 | Method and apparatus for controlling carbon level of mixture gas reacting in furnace chamber |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4372790A (ja) |
| JP (1) | JPS54132442A (ja) |
| AT (1) | AT367462B (ja) |
| CH (1) | CH628092A5 (ja) |
| DD (1) | DD142383A5 (ja) |
| DE (1) | DE2909978B2 (ja) |
| ES (1) | ES478842A1 (ja) |
| FR (1) | FR2420791A1 (ja) |
| GB (1) | GB2016698B (ja) |
| IT (1) | IT1166716B (ja) |
| PL (1) | PL128969B1 (ja) |
| YU (2) | YU66079A (ja) |
Families Citing this family (19)
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|---|---|---|---|---|
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| US4272239A (en) * | 1979-11-05 | 1981-06-09 | Midland-Ross Corporation | Direct heating of heat treat furnace chamber |
| JPS58144792A (ja) * | 1982-02-23 | 1983-08-29 | 日本原子力研究所 | 炭素ポテンシヤルの制御方法 |
| DE3304244A1 (de) * | 1983-02-08 | 1984-08-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Einrichtung zur bestimmung des kohlenstoffgehalts in prozessgasgemischen metallurgischer prozesse, insbesondere in ofenatmosphaeren von waermebehandlungsoefen |
| US4680475A (en) * | 1985-07-31 | 1987-07-14 | Markland Specialty Engineering Ltd. | Apparatus for detecting an interface in fluids utilizing plural multiplexed light emitters and receivers |
| DE3707003A1 (de) * | 1987-03-05 | 1988-09-15 | Ewald Schwing | Verfahren zum aufkohlen eines werkstueckes aus stahl |
| DE3714283C1 (de) * | 1987-04-29 | 1988-11-24 | Ipsen Ind Internat Gmbh | Verfahren zur Gasaufkohlung von Stahl |
| FR2623209B1 (fr) * | 1987-11-17 | 1993-09-03 | Air Liquide | Procede de traitement thermique sous atmosphere gazeuse a base d'azote et d'hydrocarbure |
| US5133813A (en) * | 1990-07-03 | 1992-07-28 | Tokyo Heat Treating Company Ltd. | Gas-carburizing process and apparatus |
| FR2681691B1 (fr) * | 1991-09-25 | 1993-11-19 | Irsid | Procede et dispositif de mesure de la teneur en gaz de l'atmosphere d'un four. |
| FR2689976B1 (fr) * | 1992-04-14 | 1995-06-30 | Innovatique Sa | Procede et dispositif pour la determination et le controle de la composition du melange gazeux reactif utilise au cours d'un traitement thermochimique sous atmosphere rarefiee. |
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| JP3531736B2 (ja) | 2001-01-19 | 2004-05-31 | オリエンタルエンヂニアリング株式会社 | 浸炭方法及び浸炭装置 |
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1978
- 1978-03-21 CH CH311478A patent/CH628092A5/de not_active IP Right Cessation
-
1979
- 1979-03-09 AT AT0179579A patent/AT367462B/de not_active IP Right Cessation
- 1979-03-14 DE DE2909978A patent/DE2909978B2/de not_active Ceased
- 1979-03-19 DD DD79211659A patent/DD142383A5/de unknown
- 1979-03-19 JP JP3120379A patent/JPS54132442A/ja active Granted
- 1979-03-19 US US06/021,375 patent/US4372790A/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-03-19 YU YU00660/79A patent/YU66079A/xx unknown
- 1979-03-20 IT IT21143/79A patent/IT1166716B/it active
- 1979-03-20 PL PL1979214252A patent/PL128969B1/pl unknown
- 1979-03-21 ES ES478842A patent/ES478842A1/es not_active Expired
- 1979-03-21 FR FR7907143A patent/FR2420791A1/fr active Granted
- 1979-03-21 GB GB7909999A patent/GB2016698B/en not_active Expired
-
1982
- 1982-10-11 YU YU2280/82A patent/YU42805B/xx unknown
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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