KR900000792B1 - 개별분위기에 의한 침탄 촉진방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

개별 분위기에 의한 침탄 촉진방법
제1도는 세로축을 절단한 연속회전 침탄로의 측단면도.
제2도는 제1도의 2-2선을 따른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 연속침탄로 12 : 강철외각
14 : 원통현 증류기 14 : 침탄구역
22 : 도입구 30 : 열원구역
32 : 방사열관
본 발명은 침탄로 속에서 철제물품을 침탄시키는 방법에 관한 것으로 특히 침탄로 구조체 즉, 침탄로의 열원과 내화재료가 침탄되고 그을음이 형성되는 것을 감소시키는 동시에 철제물품의 침탄속도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 연속회전 침탄로에 특히 유용하게 적용된다.
침탄이란 강철부품과 같은 여러 철제물품을 표면 경화시키기 위한 통상의 방법이다. 전형적인 기체상태에서의 침탄기술에 있어서, 탄소를 강철제물품의 표면에 이송시킬 수 있는 능력 때문에 기체 분위기가 많이 이용된다. 여기서 탄소는 강철제 물품의 표면에 흡착된 후 적당한 온도에서 강철제 물품의 표면 속으로 확산된다. 지금까지 가열접촉 증류기(retort)내의 부분 산화 조건하에서 탄화수소를 공기와 함께 연소시켜 일산화탄소 수소 및 질소의 혼합물을 생성시켜 얻어지는 흡열분위기 같은 여러 가지 탄소부여 분위기가 이용되어 왔다. 통상적으로, 흡열분위기는 침탄로의 외부에서 만들어지며, 침탄로 속으로 장입되기에 앞서 부가적인 탄화수소 농축 기체와 혼합된다.
또한 이런 흡열분위기는 침탄로 속에서 메탄올, 질소, 탄화수소를 혼합하고 이 혼합물을 고온처리하여 생산해낼 수도 있다. 그리고 일산화탄소는 침탄로내의 고온열원으로부터 처리될 철제물품의 표면으로 탄소를 이동시키는 운반체로 작용한다. 운반되는 탄소원은 농축 탄화수소 기체이다. 이런 탄화수소 기체는 침탄로내의 고온조건에서 피처리 물품의 온도보다 높은 온도상태에 열원이나 방사관에서 분해된다. 침탄반응 중에서 부산물로 생기는 물은 침탄로의 고온가열 표면 위에서 분해된 탄소와 결합하여, 일산화탄소와 수소를 만들어내는 것으로 생각된다. 일산화탄소가 침탄될 철제물품과 접촉하면, 일산화탄소는 수소와 반응하여 철제물품의 표면에 탄소를 부착시키고 부산물로 물을 만들어낸다. 따라서, 일산화탄소는 침탄로내의 고온표면으로부터 침탄되는 산소로 분해되고, 산소는 수소와 재결합하여 물을 만들어낸다. 따라서 침탄의 효과를 촉진시키기 위해서 일산화탄소는 침탄로의 고온표면으로부터 침탄되는 철제물품의 저온표면으로 탄소를 용이하게 운반시켜야 한다는 것을 알 수 있다. 또한 침탄중에 일산화탄소로부터 생긴 탄소를 보충하고, 침탄반응의 부산물인 물을 분해 탄화수소의 위치에 도달시켜 이 탄소에 의하여 일산화탄소를 만들도록 농축기체로 구성된 탄소원을 제공하는 것도 역시 중요하다.
상기와 같은 탄소운반 이론은 ＂열처리지(Heat Treating)＂ Vol. 1, No. 4, 페이지 27에 발표된 Kaspersma와 Shay의 논문 ＂A Model For Carbon Transter In Gas-Phase Carburization of Steel＂에 기술되어 있다.
또한 1981년 7월에 발행된 ＂열처리(Heat Treating)＂지의 36페이지에 발표된 Peartree의 논문 ＂Two-Step Accelerated Carburizing Shortnes Cycle, Saves Energy＂에 기술되어 있는 것처럼 침탄공정중 적어도 하나의 단계에서 질소를 함유하지 않은 농축기체 분위기와 메탄올을 이용하는 것도 알려져 있다. 연속벨트로(belt furnace)내에서 질소로 희석되지 않은 농축기체와 해리된 메탄올을 이용하는 것도 이미 공지되어 있다. 메탄올에 대한 농축기체의 비율은 종래의 침탄로에서 사용되던 것과 비슷한 것이다. 상기 양쪽 기술에서 촉진된 침탄속도가 관찰되었다. 이 논문에 기재된 2단법 즉, 침탄공정의 제1단계에서 우선 순수한 메탄올-메탄 분위기를 이용하고 제2단계에서 합성흡열 분위기를 이용하는 방법이 또한 미합중국 특허 제 4,306,918호에 나타나 있다.
또한 미합중국 특허번호 4,317,687호에서는 프로판과 같은 탄화수소농축 기체를 수반하거나 수반하지 않고 침탄로 속에 질소, 에탄올, 그리고 물을 주입시켜서 침탄분위기를 만들어내는 것이 제시되어 있다.
침탄기술의 또다른 특허로서, 미합중국 특허번호 제 4,145, 232호에서는, 침탄기체의 필요량을 최소로 하기 위하여 10% 이하의 정확한 농도(ZA)로 탄화수소를 유지하는 침탄로내의 침탄분위기에 대해 기술하고 있으며, 미합중국 특허번호 제 4,322,255호에서는, 침탄분위기를 침탄로 내에서 측정하고 탄화수소함량을 0.2~30%의 범위에 유지하도록한 침탄분위기에 대해 기술하고 있다.
흡열분위기, 합성흡열분위기 및 그밖의 침탄분위기를 하나의 구역 또는 개방로에 도입할 때 일산화탄소의 생성속도가 비교적 높게 되는데 이것은 침탄로의 방사열관 및 그외 다른 열원이 고온이기 때문이며 침탄로의 고온의 표면은 용이하게 얻을 수 있으며 농축 탄화수소로부터 일산화탄소를 생성하는데 유리하다. 그러나, 서로 격리된 침탄용과 열원용의 개별적인 구역을 갖는 연속회전 증류로 또는 그외의 로에서 침탄될 물품과 접촉하는 침탄분위기는 고온의 열의 표면으로부터 열을 받지 못하므로 일산화탄소의 생성속도가 저하하고 물품의 침탄이 둔화된다.
종래기술에 있어서의 전문가는 이 결과를 개선하기 위하여, 침탄로 전체의 침탄혼합물을 농축시키고 낮은 전화율로 분배하도록 탄화수소의 비율을 증대시켜 침탄로 증류기의 저온도에서 일산화탄소의 생성을 증가시키는 것을 시도하였다. 침탄의 효과를 높이기 위한 이와 같은 시도는 열원 구역에서의 그을음 형성문제를 유발시키는데, 이러한 이유는 농축된 침탄 혼합물이 침탄로의 방사열관과도 접촉하여 고농도의 농축기체가 나타내는 높은 침탄속도로 바람직하지 못한 탄소를 방사관상에 부착시키기 때문이다.
본 발명은 침탄로에서의 그을음 형성문제와, 이로 인한 침탄로의 비능률성, 그리고 침탄로의 비가동시간 문제를 해결하기 위해 개별적으로 이들 문제를 악화시키는 두 가지의 기술을 이용하여 그을음 형성을 감소시키고 침탄효과를 높이는 이하에 기재된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 철제물품이 침탄되는 침탄구역으로부터 물리적으로 결리된 구역내에 열원을 가지는 침탄로내에서 철제물품을 침탄시키는 방법에 관한 것이며, 여기서 본원의 우수한 특징은 산소화 탄화수소와 탄화수소 농축 기체로 된 침탄 혼합물을 불활성 기체가 거의 존재하지 않는 침탄로 내로 도입시키는 한편, 불활성 기체를 침탄 혼합물이 거의 존재하지 않는 침탄로의 열원 구역속으로 도입시키는 것이다. 산소화 탄화수소는 3개 이하의 탄소원자를 가지고, 탄소-탄소 결합을 한개만 가지고, 탄소 대 산소 비율이 1 대 2이고, 100℃ 이하의 비등점을 갖는 알콜, 알데히드, 에스테르, 에테르 및 이들 혼합물로 이루어진 그룹으로 선택되는 것이 바람직하다.
또한 탄화수소 농축기체는 메탄, 에탄, 포프로판으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, 불활성 기체는 질소인 것이 바람직하다.
또한 침탄 혼합물은 불활성 기체의 체적에 대해 10%에 이르는 메탄올과 메탄이 적당하다.
본 발명의 방법은 원통형의 증류기가 침탄로 외각(shell) 내에 위치하고 방사열원이 외각과 상기 증류기 사이에 위치하는 연속 회전 침탄로에 매우 적합하게 적용될 수 있는 것이다.
탄소강 부품 같은 철제물품의 열처리는 이런 물품의 생산 공정중에서 매우 어려운 조작이다. 만약 열처리 공정의 생산성이 향상된다면 전체 공정의 총합효율이 향상될 수 있다. 생산공정의 침탄로 부분이나 열처리에서 철제물품의 처리를 촉진시키기 위하여, 일산화탄소와 수소를 함유하는 작용분위기에 농축기체 특히 메탄 또는 유사한 탄화수소 같은 탄소원 재료의 적당량을 주입시켜 탄소부착이 증가된다. 철제물품을 침탄시키기 위한 연속회전 증류로의 물리적 구조 때문에 침탄로의 외각에 특히 방사열원에 그을음이 형성하는 문제가 상술한 것처럼 나타난다.
침탄로의 고온방사열관 또는 열원은 침탄처리된 철제물품과는 물리적으로 격리된다. 이 결과, 분해하는 농축기체로부터 생긴 탄소가 침탄로 구조체에 퇴적하고 게다가 상술한 탄소운반 공정에서 생기는 탄소퇴적물의 제거는 행해지지 않는다. 상기와 같은 탄소퇴적물의 발생은 침탄로의 금속재료 및 침탄로의 조작에 유해한 영향을 미친다. 침탄로의 증류기 내에서, 고온의 방사관 즉 열원상에의 탄화수소 농축 기체는 철제물품을 침탄하도록 급속하게 분해하지 못하기 때문에 침탄의 효과는 저하한다. 이와 같이 증류기내에서의 저하된 침탄효과를 보상하기 위해서, 이전에는 부가의 농축기체를 침탄로에 첨가하여 낮은 침탄속도에서의 유효탄소를 증대시켜 왔다. 그러나, 침탄처리를 촉진시켜 침탄로의 생산성을 증대시킴으로 전생산 공정의 문제점를 제거하기 위하여 침탄용 혼합물을 큰 유량 또는 한층 더 농축된 조성범위로 도입하면 그을음 향상문제가 더욱 악화된다. 침탄로의 외각과 열원상에 탄소가 부착되는 것은 침탄로의 합금재료가 침탄되는 기회를 증가시키고, 이 침탄은 침탄로 부품과 부품의 수명에 해로운 영향을 미치므로 바람직하지 못한다.
침탄로의 내벽과 열원장치에 피복된 그을음을 제거하기 위해서는, 통상 침탄로의 침탄이 일어나기 전 한달에 여러번씩 침탄로를 완전 연소시켜 이런 탄소퇴적물을 제거시켜야 한다. 따라서 침탄로는 때때로 퇴적된 탄소를 제거하기 위해 분해시켜야 할 필요가 생긴다. 침탄로의 방사관 또는 열원상에의 그을음 형성 또는 탄소퇴적은 또한 열원으로부터 증류기로의 열전달을 저하시켜 침탄로의 가열효과를 저하시키는 결과를 가져온다. 상기와 같은 모든 유해한 영향들은 침탄로의 효율을 떨어뜨리고 침탄과정에 드는 비용의 증가를 초래한다.
20%의 CO, 40%의 H2, 40%의 N2의 용량비율의 조성을 갖는 흡열 또는 합성 흡열분위기를 사용하는 경우, 방사열관 즉 열원으로부터 적절한 가열을 유지하고 그을음을 줄이기 위해 연속형 회전 침탄로의 외각측에 질소를 도입시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 상기와 같은 질소의 이용이 흡열분위기와 동시에 실시될 때, 질소는 증류기로 이동하고, 40%보다 더 높은 수준으로 불활성 기체가 증가함으로써 침탄반응을 더욱 지체하게 만든다.
본 발명은 침탄로, 특히 철제제품의 침탄구역과 열원 구역을 갖는 침탄로에서 침탄구역과 열원구역에 각각 제어된 분위기를 도입하여 그을음 형성문제를 해결하고 침탄로의 문제점을 감소시킨다. 철제제품이 침탄되는 증류기를 가지며 증류기와 열원 또는 방사관이 위치하는 외각을 가지는 연속회전로의 작동에 있어서, 본 발명은 메탄 같은 농축기체와 산소화 탄화수소의 침탄혼합물이 질소같은 불활성 기체를 제거하는 증류기 또는 침탄구역 내부에 도입되고, 동시에 증류기의 외부표면과 침탄로의 외각의 표면으로 이루어지며 침탄로의 방사열관 또는 열원구역에 위치하는 공간속으로 불활성 개스가 도입되게 한다.
이들 2개의 각각 상반되는 생산성 작용은 함께 이용될 때 예상하지 못한 확실한 이익을 제공하는데, 즉 그을음 형성을 감소시키고 침탄을 향상시킨다. 불활성 기체가 특히 질소일 때 침탄로의 외각에 그을음이 형성되는 것을 방지하고 침탄로로부터의 열손실을 방지해 준다. 증류기내의 실제 침탄구역내에서 불활성 기체를 감소시킴으로써 침탄로의 외각상에 그을음의 형성없이 침탄속도가 증가된다.
따라서 본 발명은 3가지 명확한 점에서 침탄방법을 개선시킨다. 첫째는 침탄처리될 철제제품이 농축된 침탄혼합물과 접촉하며, 이때 불활성 기체는 침탄혼합물을 거의 희석시키지 않는다. 그리고 침탄혼합물은 산소화 탄화수소와 메탄 같은 농축 기체로 구성된다.
이것은 처리될 철제제품의 침탄속도를 촉진시켜, 철제제품의 전체 생산공정에서 침탄로에 발생하는 문제점들은 해결하게 된다. 두번째로는, 질소와 같은 불활성 기체가 사용되는 침탄로 외각으로부터 침탄분위기를 분리하면 침탄분위기가 증류기를 떠나 증류기와 외각 사이의 공간으로 들어가는 것이 방지되어 외각의 내측 표면에 그을음 형성 또는 탄소의 부착이 방지된다. 세번째로는, 밀봉용 불활성 기체가 침탄혼합물보다 열효율이 높아지고, 이 불활성 기체의 단열능력에 의하여 침탄로의 열효율이 증대되고 부수적으로 장치 전체의 열손실이 감소된다. 분리된 불활성 기류를 사용하는 부가적인 특징은 침탄로 구역에서 이미 이용가능한 불활성 분위기를 안전하고 용이하게 공급할 수 있는 것이다. 동작불량의 경우, 침탄혼합물이 제거되도 좋지만 불활성 기체를 침탄로내에 대량으로 용이하게 도입할 수 있으므로 침탄설비를 조업정지하도록 불활성 기체에 의한 효과적인 안전밀봉이 얻어진다. 본 발명의 실시에 있어서, 증류기와 외각 또는 열원 구역 사이에 불활성 분위기를 유지하고 증류기 또는 침탄로의 침탄구역 속에 불활성 기체가 없는 순수침탄 혼합물을 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 침탄로내의 외각 분위기에서 작용구역 또는 증류기 분위기를 격리시킨다는 것은 불가능하기 때문에 약간의 불활성 기체 또는 질소가 증류기 구역 또는 작용구역속으로 들어가고 약간의 수소, 탄화수소 및 일산화탄소 또는 침탄혼합물이 침탄로의 외각 속으로 들어갈 것이다. 따라서 침탄구역 속에는 순수한 침탄혼합물을 갖고 침탄로의 외각측 구역에는 순수한 불활성 기체를 갖는 것이 바람직하지만, 소량의 혼합물이 생기는 것도 본 발명의 범위로부터 벗어나는 것이 아니며 허용될 수 있다. 더구나 불활성 기체는 증류기 속으로 산소화 탄화수소를 주입시키는데 사용될 수 있다. 따라서 10%까지의 불활성 기체가 침탄혼합물 속에 존재할 수도 있다.
여기서 참고로 이용한 미합중국 특허 제4,306,918호 같은 연구에 근거하여, 탄소부착 속도는 일산화탄소와 수소의 증가에 따라 증가하는 것이 제시되어 있다. 그리고 침탄분위기 내에서 탄소가 50% 수소가 50%까지 증가하면 탄소 부착속도는 최대가 된다. 일산화탄소와 수소의 증가는 순수 메탄올 또는 다른 산소화 탄화수소를 침탄 구역내로 분사함으로써 달성된다. 여기서 적당한 열조건하에서 메탄올 또는 산소화 탄화수소는 일산화탄소와 수로 분해된다. 일산화탄소와 수소의 함량이 높기 때문에 탄소 부착속도는 일정한 시간동안 종래에 비해 더 깊이 제품의 표면에 침탄된다. 그러므로 소정의 경화층에 달하는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 침탄혼합물 속의 산소화 탄화수소는 3개의 탄소원자를 갖고, 1개의 탄소 대 탄소결합을 갖고, 산소에 대한 탄소의 비율은 1/2이고, 비등점은 100℃ 이하인 탄소-수소-산소 화합물로 된 그룹으로부터 선택된다. 상기와 같은 탄소-수소-산소 혼합물은 알콜, 알데히드, 에테르와 에스테르이며, 특히 메탄올이 바람직하다. 또한 그 외로는 에탄올 아세트알데히드, 디메틸레더, 메틸포메이트, 메틸아세테이트를 들 수 있으며, 이들 혼합물도 사용될 수 있다.
탄화수소 농축기체는메탄 즉 천연개스가 적당하지만 C1∼C6의 탄화수소 또는 이들의 혼합물도 들 수 있다.
본 발명의 적당한 실시예에서, 메탄올과 메탄은 불활성 기체없이 증류기내로 첨가된다. 질소는 침탄로의 외각에 가해져 침탄분위기로부터 탄소부착을 방지하는데, 이것은 종래기술에서 실시되는 것처럼 침탄로에 도입된 농축기체와 함께 흡열 또는 합성 흡열분위기를 도입하는 것과 구별된다. 침탄로내에 질소가 존재하면, 균일한 흡열 또는 합성흡열 분위기와 농축기체가 침탄로 외각에 접촉할 때 종래기술에서 통상적으로 나타나는 탄소부착에 영향을 주는 그을음 형성이 방지된다. 본 발명에서처럼 침탄로의 외각측에 속으로 질소가 분사되면 탄소부착물은 증류기내에 잔류하며 침탄공정에 이용될 것이며 침탄로의 외각측의 방사열 작용을 방해하지 않을 것이다. 따라서 상기와 같은 연속회전 침탄로에서 격리된 번위기 상태로 작동함으로써, 침탄구역에서의 침탄물질의 농도를 증가시키고 아울러 열원구역 또는 외각측 구역에서의 그을음 형성을 감소시켜 동시에 여러 잇점을 제공하고 방지 억제한다. 질소와 같은 불활성 기체가 이용되는 경우 열의 비전도성을 증대시킨다.
본 발명을 가장 효과적으로 사용할 수 있는 환경은 연속회전 침탄로에서이다. 따라서, 본 발명을 제1도 및 제2도에 도시된 상기와 같은 침탄로를 참조하여 좀더 상세히 설명하겠다.
제1도는 연속회전 침탄로의 종단면을 도시한 것으로, 침탄로(10)는 대개 단면이 정방형 또는 장방형이며, 내화벽들로 내장된 강철제외각(12)을 가진다. 그리고, 대략적으로 수평인 원통형 증류기(14)는 침탄로(10)의 외각내에 위치한다. 증류기(14)는 외각(12) 사이의 수평축에 대하여 회전할 수 있도록 지지된다. 한편, 침탄될 철제물품은 도입구(22)를 통해 호퍼로 또는 보존구역(16) 속으로 도입된다.
상기 철제물품의 수량이 증가함에 따라 상기 철제물품의 일부는 증류기(14)의 주요부로 넘쳐들어가 상기 증류기의 내면에 형성되어 증류기의 내부 침탄구역(18)의 일부를 차지하는 나선형 리브(20)의 작용에 의해 상기의 증류기를 통과하게 된다. 철제물품은 상기 증류기(14)의 내부 침탄구역(18)을 통과하면서, 침탄되어 증류기의 단부벽(14)에 근접한 구멍(26)을 통해 배출된다. 그후, 산화철 제품은 슈트(34)에 수집되어 기름욕으로 채워진 켄칭탱크(36)을 통과한다. 그 다음, 켄칭 및 침탄된 물품은 콘베이어 벨트(40)를 통해 운송된다. 한편, 질소 함유 기체내의 메탄올 및 메탄과 같은 침탄분위기는 상기 증류기의 단부벽(24)의 입구(2)를 통해 도입된다.
상기 침탄로(10)의 외각(12)과 방사열 관(32)에서의 그을음을 감소시키는 질소불활성 밀봉분위기는 상기 침탄로(10)의 측벽에 있는 구멍(42)을 통해 도입되어 상기 침탄로 외각(12)의 열원구역(30)에 상당히 순수한 질소분위기를 제공한다. 상기 침탄로 외각(12)의 구역(30)에서의 상기와 같은 분위기는 침탄로(12) 내부에서 증류기(14)의 외측에 위치하는 방사열관(32)가 그을음으로 덮이거나 탄소로 피복될 때 침탄에 의하여 방사열관(32)의 금속이 영향을 받지 않도록 보호한다. 다른 방법으로 방사열관은 전기가열 요소같은 다수의 열원으로 구성될 수 있다.
상기 방사열관의 구조는 침탄로(10)의 단면, 외각(12) 및 증류기(14)를 도시한 제2도에 가장 잘 도시되어 있는데, 이때 나선형 리브(20)은 단지 부분적으로 상기 증류기의 내부속으로 돌출하고 그리고 방사열관(32)는 상기 증류기에 대해서는 외부 그리고 상기 외각(12)에 대해서는 내부에 위치한다.
상기의 도면들에 도시된 바와 같이, 고온인 상기 방사열관(32)의 표면은 침탄될 철제물품과 접촉되지 않도록, 고온인 상기 방사열관(32)의 표면은 상기 증류기(14) 내부의 침탄구역(18)으로부터 격리된다. 그러므로, 불활성 가스와 침탄 혼합물의 개별적인 분위기를 사용하는 본 발명의 실시가 가장 유리한 경우는 가열용과 침탄용의 개별 구역을 가지는 물리적으로 격리된 침탄로의 경우이다.
연속 회전로에서 본 발명의 개별 침탄분위기와 불활성 분위기를 이용하여 실험을 실시했다.
상기 실험에 대한 데이터가 다음의 도표 1과 2에 나와 있는데 이때 활주외각(glide shell)과 나사(AISI-SAE 10-18 강의 철제제품)은 각각 비슷한 실험 조건하에 놓였다.
상기의 활주외각은 전형적으로 바닥과 주로 접촉을 하는 기구의 하단에 위치하는 금속요소이고, 상기의 나사는 #8-18-1/2인치의 특수 웨이퍼(wafer) 헤드나사이다. 그리고, 테스트는 본 발명의 개별가스 혼합물과 불활성 매체뿐만 아니라 표준 질소-메탄올 균일 가스혼합물을 사용하여 작동되는 AGF연속회전로에서 실시했다. 상기와 같이 로의 통상 작동 유량은 질소 160SCFH, 메탄올 240SCFH, 암모니아 50FCFH 및 천연가스 150FCFH이다. 상기 실험의 목적을 흡열 분위기 매체와 본 발명의 개별분위기 매체로 열처리된 동일한 제품들을 비교하는 것이다. 상기의 양쪽 테스트에 대하여 상기 침탈로에 대한 가스주입구의 위치를 제외하고는 모두 동일하게 해주었다.
상기의 실험시 일정하게 유지되는 테스트 매개변수로서 로온도, 각각의 가스 유량, 상기 증류기의 회전속도, 침탄될 물품의 크기, 재료 및 켄칭 오일 온도가 포함된다. 종래의 흡열 분위기를 이용하는 테스트 실험을 조절하기 위해, 모든 가스는 침탄로의 후방입구를 통해 도입되었다. 이때, 유량은 흡열가스 조건을 반복하는 동안 로압력을 정압으로 유지할 만큼 충분했다. 그리고, 개별분위기를 이용하는 본 발명을 테스트하기 위해서는 후방입구로부터 로에 침탄 혼합물을 도입하는 동시에 입구를 통하여 외각 측벽속으로 불활성 질소가스를 공급해 주었다. 침탄 또는 열처리될 제품을 장입할 때마다, 실험 결과에서 분석된 부품들은 침탄로로부터 최초의 부품이 나오기 시작 때부터 15분마다 증류기의 출구로부터의 켄칭 벨트로부터 꺼냈다.
도표 1과 2는 테스트한 각각의 시료편에 대한 록크웰 경도 C척도 대 경화층의 깊이를 나타내고 있다.
상기의 테스트들은 약 843℃ 내지 927℃의 로온도로 실시되었다. 즉, 침탄될 나사에 대해, 로의 개시구역 온도는 899℃이었고, 로의 중간 구역은 927℃ 그리고 로의 최종 구역의 온도는 843℃이었다. 그리고 상기의 활주 외각에 대해서는, 상기의 로는 상기 로내의 길이방향으로 이격된 여러 구역을 따라 각각 899℃ ; 927℃ 및 899℃의 온도로 작동되었다. 그리고 여러 가지 가스를 사용할 경우, 이에 대한 유량은 전술한 바와 같다. 그리고 본 발명에 관한 실험의 경과중에 단지 메탄올, 암모니아와 천연가스만이 상기의 침탄 구역에 도입되고 질소 가스는 상기 로의 외각 구역에 도입되었다.
이와 같은 방법은 도표에서 ADP 또는 침탄 촉진 방법(ACP)로서 처리로 표시되어 있다.
그리고, 종래의 기술은 도표에서 흡열처리공정을 갖는 부호 EDP로 표시되어 있다.
침탄될 철제제품은 로내에서의 체류시간이 45분±2분이 되는 속도로 상기의 로를 통과한다. 실험결과로부터 알 수 있듯이, 침탄분위기는 증류기의 침탄구역에 한정되고 불활성 분위기는 침탄로의 외각측 구역에 한정되도록 개별분위기 조건하에서 침탄 촉진분위기를 사용할 때 유효경화층의 깊이가 상당히 증가되었다.
또한 상기의 테스트의 진행중에 상기로의 외각의 내부, 상기 증류기의 외부 표면, 방사열관 또는 로의 바닥면에서 그을음이 거의 형성되지 않음을 발견했다.
[표 1]
Figure kpo00001
EDP1-EDP7 = 흡열(ENDO) 분위기에 대하여 록크웰경도를 측정한 깊이(1/1000인치)
ADP1-ADP7 = ACP 분위기에 대하여 록크웰경도를 측정한 깊이(1/1000인치)
EECD = ENDO에 대한 유효경화층 깊이
AECD = ACP에 대한 유효경화층 깊이
DELA = AECD-EECD = 경화층 깊이의 차, ACD-ENDO
PDTIN =
Figure kpo00002
= ACP에 의한 개선 %
[ 표 2]
Figure kpo00003
EDP2-EDP10 = 흡열(ENDO) 분위기에 대하여 록크웰 경도를 측정한 깊이(1/1000인치)
ADP2-ADP10 = ACP 분위기에 대하여 록크웰 경도를 측정한 깊이(1/1000인치)
EECD = ENDO에 대한 유효경화층 깊이
AECD = ACP에 대한 유효경화층 깊이
DELA = AECD-EECD = 경화층 깊이의 차, ACD-ENDO
PDTIN =
Figure kpo00004
= ACP에 의한 개선 (%)
도표 1과 2에 나와 있는 결과로 알 수 있듯이, 활주외각과 나사는 종래의 합성 흡열 분위기를 사용할 시 보다 본 발명의 방법을 사용할 때 그의 유효 경화층 깊이가 통계적으로 상당히 증가했다. 활주외각의 평균 유효 경화층의 깊이 증가는 0.001414인치였고, 나사의 평균 유효경화층의 깊이 증가는 0.001005인치였다. 그리고 활주외각에 있어서, 종래 기술의 열적 분위기를 사용한 경우에 비해 본 발명을 사용할 경우 유효 경화층의 평균 증가 퍼센트는 33.7% 증가했고, 나사에 대해서는, 종래의 흡열분위기를 사용한 경우에 비해 본 발명을 사용할 경우, 유효 경화층 깊이의 평균 증가 퍼센트는 16.34% 증가했다. 따라서, 본 발명은 침탄구역과 열원구역이 격리된 연속회전로 또는 다른 로 구조물의 침탄능력을 상당히 증가시킴을 보여준다.
실험결과에 의해 나타난 바와 같이 본 발명은 활주외각 및 나사를 포함하는 침탄될 제품에 있어서의 침탄능력의 증가뿐만 아니라, 침탄구역과 로의 외각 사이의 불활성 매체를 통한 열손실을 상당히 절약하고, 또 상기 로의 외각 측벽에 그을음이 형성되지 않게 해주기 때문에 산화철 제품을 침탄하는 기술에 독특하고 예기치 못한 발전을 제공한다.
증류기에 메탄올과 메탄을 주입하고 외각 측면에는 질소를 주입하는 본 발명을 실시할때로 외각의 열원구역의 일산화탄소와 질소의 수준을 결정하기 위해 에트머스피어 퍼니스 코오포레이숀(Atmosphere Furnace Co.)에 의해 제조된 연속 증류로에서 테스트를 실시했다. 외각의 여러 지점에서 일정시간 측정한 결과, 상기 일산화탄소의 수준은 7-8%이었고, 수소의 수준은 4-10%이었다.
상기의 결과는 침탄분위기를 상기 연속증류로의 열원구역 또는 외각내에 침탄분위기가 존재하는 것을 차단하는 본 발명의 능력을 입증한다. 이는 전형적인 흡열분위기의 경우에 일산화탄소가 20% 높아지고 수소가 40% 높아지는 종래기술과는 대조적이다.
상기의 차이점은 다시 말하면 종래의 기술에 비해 본 발명의 방법을 사용할 경우 바람직하지 못한 탄소의 부착과 로 구조물에 대한 침탄화를 상당히 감소시킬 수 있음을 나타낸다.

Claims (10)

  1. 철제제품의 침탄 처리되는 침탄구역으로부터 물리적으로 격리된 구역에 열원을 갖는 침탄로 내에서 철제제품을 침탄시키는 방법에 있어서, 불활성기체가 존재하지 않는 침탄구역에 산소화 탄화수소와 탄화수소 농축기체의 침탄 혼합물을 도입하고, 동시에 침탄혼합물의 존재하지 않는 열원구역에 불활성기체를 도입하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소농축 기체가 메탄인 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소 농축 기체가 에탄인 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소 농축 기체가 프로판인 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 불활성 기체가 질소인 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 침탄로가 연속 회전 침탄로인 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 침탄로는 침탄혼합물이 도입되는 회전증류기와, 불활성기체가 도입되는 열원을 포함하는 침탄로의 외각을 갖는 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  8. 제1항에 있어서, 산소화 탄화수소는 3개 이하의 탄소원자를 갖는 알콜, 알데히드, 에스테르, 에테르와 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 산소화 탄화수소가 메탄올인 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 침탄혼합물은 불활성기체의 체적의 10%에 달하는 메탄올과 메탄으로 구성되는 것을 특징으로 하는 개별 분위기에 의한 침탄방법.
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