(57)【要約】      （修正有）【課題】常圧下でアセチレンを使用し、設備の使用効率を高め、使用コストを節約でき、炉内の富化率を正確に制御可能な浸炭炉を提供。【解決手段】アセチレン吸気管路に装着された制御計量装置５と、排気ガス管路に装着された排気ガス測定装置と、制御計量装置及び排気ガス測定装置に接続されたコンピュータコントローラ６を有し、反応室内が設定温度に達した後、パラメータに基づき制御計量装置を起動させ、アセチレンを反応室内に充填させるとともに、制御計量装置及び排気ガス測定装置は、アセチレンデータ及び排気ガス測定データをリアルタイムにコンピュータコントローラへそれぞれ送信し、炉内の炭素原子総量及びワークの富化率を算出して工程要求を満たすまで、算出結果に基づきアセチレン吸気量を調整する浸炭炉。【選択図】図１
2018204101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室（８）、アセチレン吸気管路、及び排気ガス管路を有する常圧下のアセチレン浸炭炉であって、
前記アセチレン浸炭炉は、
前記アセチレン吸気管路に装着された制御計量装置（５）と、
前記排気ガス管路に装着された排気ガス測定装置（７）と、
前記制御計量装置（５）及び前記排気ガス測定装置（７）にそれぞれ接続されたコンピュータコントローラ（６）と、をさらに有し、
前記反応室（８）内が設定温度に達した後、前記コンピュータコントローラ（６）は、設定されたパラメータに基づき前記制御計量装置（５）を起動させ、アセチレンを前記反応室（８）内へ充填させるとともに、
前記制御計量装置（５）及び前記排気ガス測定装置（７）は、アセチレンデータ及び排気ガス測定データをリアルタイムに前記コンピュータコントローラ（６）へそれぞれ送信し、
前記コンピュータコントローラ（６）は、炉内の炭素原子総量及びワークの富化率を算出し、かつ工程要求を満たすまで、算出結果に基づきアセチレンの吸気量を調整する、ことを特徴とする常圧下のアセチレン浸炭炉。
【請求項２】
前記排気ガス測定装置（７）は、質量分析計を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の常圧下のアセチレン浸炭炉。
【請求項３】
前記コンピュータコントローラ（６）は、受信したデータ及び質量保存の法則に基づき、炉内の炭素原子総量を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載常圧下のアセチレン浸炭炉。
【請求項４】
前記炭素原子総量の算出方法は、
前記制御計量装置（５）により、前記反応室（８）へ導入されたアセチレン総量を前記コンピュータコントローラ（６）へ送信し、
前記排気ガス測定装置（７）により、排気ガス中の各種ガスの体積パーセントを測定し、かつ各種ガスの質量を算出し、前記コンピュータコントローラ（６）へ送信し、
前記コンピュータコントローラ（６）により、アセチレン高温分解反応式及び質量保存の法則に基づき、炉内の炭素原子総量を算出することを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の常圧下のアセチレン浸炭炉。
【請求項５】
前記反応室（８）の頂部には攪拌装置（１）が装着される、ことを特徴とする請求項１に記載の常圧下のアセチレン浸炭炉。
【請求項６】
前記反応室（８）内には加熱装置（２）が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の常圧下のアセチレン浸炭炉。
【請求項７】
前記反応室（８）の外層には保温層（３）が被覆される、ことを特徴とする請求項１に記載の常圧下のアセチレン浸炭炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭炉に関し、特に常圧下のアセチレン浸炭炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
市販の浸炭炉はほぼ２種類に分けることができ、一つは、通常の浸炭炉であり、もう一つは真空浸炭炉である。
【０００３】
通常の浸炭炉の浸炭雰囲気はずれも、プロパン（またはアセトン）で浸炭雰囲気とするものであるが、プロパン（またはアセトン）は、高温時に分解して炭素原子を生成し、炭素原子は遊離状態であるため、製品の表面に効果的に達することができず、浸炭速度、効率が低下する。
【０００４】
浸炭の速度及び効率を高めるために、例えば、メタノールといったキャリアガス（または富化ガス）を加えることがよくある。キャリアガス（または富化ガス）は、炉内の遊離状態の炭素原子を製品の表面まで搬送し、製品表面と炭素原子の接触する機会を増やすことで、生産効率を高めることができる。
【０００５】
真空炉の建造費は莫大であり、多くのユーザは実現することができない。有利な点は、真空浸炭炉により処理された製品は非常に良好なものであり、製品の品質や製品の性能はいずれも通常の浸炭設備では到達できないものである。不利な点は、設備を購入するコストが非常に高く、設備の使用過程において専業の熱処理工程人員、専業の操作人員を配置することが必要になり、設備使用時のエネルギー消費も通常の浸炭炉に比べて高くなることである。
【０００６】
通常の浸炭炉でアセチレンで浸炭雰囲気とすることができない理由は、炉内のカーボンポテンシャルまたは分解を正確に測定でできないためである。アセチレンは高温下では分解せず、金属を触媒として初めて炭素原子に分解でき、市販の酸素プローブ、一酸化炭素分析装置はいずれも炉内の酸素元素を測定することでカーボンポテンシャルを逆算するものである。真空浸炭炉に利用できるのは、真空浸炭炉の制御方法が異なるからであり、真空浸炭炉では、複雑な表面積算出方法を利用して製品表面の炭素富化能力を算出し、アセチレンの吸気量をパルス制御することで、製品の浸炭要求に達することができる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、上述の既存技術に存在する欠陥を克服して炉内の富化率を正確に制御可能な常圧下のアセチレン浸炭炉を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の目的は、以下の技術的解決手段により実現することができる。
【０００９】
常圧下のアセチレン浸炭炉であって、反応室と、アセチレン吸気管路と、排気ガス管路と、を有し、前記アセチレン浸炭炉は、アセチレン吸気管路に装着された制御計量装置と、排気ガス管路に装着された排気ガス測定装置と、制御計量装置及び排気ガス測定装置にそれぞれ接続されたコンピュータコントローラと、をさらに有し、
反応室内が設定温度に達した後、コンピュータコントローラは、設定されたパラメータに基づき制御計量装置を起動させ、アセチレンを反応室内に充填させるとともに、制御計量装置及び排気ガス測定装置は、アセチレンデータ及び排気ガス測定データをリアルタイムにコンピュータコントローラへそれぞれ送信し、コンピュータコントローラは、炉内の炭素原子総量及びワークの富化率を算出し、かつ工程要求を満たすまで、算出結果に基づきアセチレン吸気量を調整する。
【００１０】
前記排気ガス測定装置は、質量分析計を有する。
【００１１】
前記コンピュータコントローラは、受信したデータ及び質量保存の法則に基づき、炉内の炭素原子総量を算出する。
【００１２】
前記炭素原子総量の算出方法は、制御計量装置により、反応室に導入されたアセチレン総量をコンピュータコントローラへ送信し、排気ガス測定装置により、排気ガス中の各種ガスの体積パーセントを測定し、かつ各種ガスの質量を算出し、コンピュータコントローラへ送信し、コンピュータコントローラにより、アセチレン高温分解反応式及び質量保存の法則に基づき、炉内の炭素原子少量を算出することを含み、
前記反応室の頂部には攪拌装置が装着される。
【００１３】
前記反応室内には加熱装置が設けられる。
【００１４】
前記反応室の外層には保温層が被覆される。
【００１５】
既存の技術と比較して、本発明は以下の優れた点を有する。
（１）その他のガスと比較して、アセチレンは高い炭素析出量を有し、同一工程の製品を生産する際に、さらに速い浸炭速度が得られ、必要なガス源がさらに少なく、常圧下においてアセチレンで浸炭でき、設備の使用効率を高めるとともに、使用コストを節約できる。
（２）炉内の富化率をリアルタイムに測定し、かつ炉内の富化率を正確に制御でき、目標ワークの外形、表面積の影響を受けず、多種のワークに同一の制御方法を採用できる。
（３）通常の箱型熱処理炉を採用し、実用性が高く、建造費が安く、使用コストが低く、反応前に真空引きをする必要がなく、連続生産ができる。
（４）質量分析計は、複合混合ガス中の各種ガスの体積比を同時に測定でき、さらに通過したガス体積に基づき排気ガス中の各種ガスの質量を算出でき、リアルタイムに測定し算出するという目的に達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のアセチレン浸炭炉の正面構造の断面概略図である。
【図２】本発明のアセチレン浸炭炉の左側構造の断面概略図である。
【００１７】
具体的な実施形態
以下に図面及び具体的な実施例を踏まえて本発明を詳細に説明する。本実施例は、本発明の技術的解決手段を前提として実施され、詳細な実施形態及び具体的な操作過程を表すが、本発明の保護範囲は以下の実施例に制限されない。
【００１８】
実施例
図１、２に示すように、常圧下のアセチレン浸炭炉であって、反応室８と、アセチレン吸気管路と、排気ガス管路と、アセチレン吸気管路に装着された制御計量装置５と、排気ガス管路に装着された排気ガス測定装置７と、制御計量装置５及び排気ガス測定装置７にそれぞれ接続されたコンピュータコントローラ６と、を有し、反応室８の頂部には攪拌装置１が装着され、反応室８内には加熱装置２が設けられ、反応室８の外層には保温層３が被覆される。排気ガス測定装置７は、質量分析計を有する。
【００１９】
本浸炭炉を使用するプロセスは、以下を含む。
コンピュータコントローラ６に目標ワークの工程要求を入力し、炉ドア９を開け、ワーク４を浸炭炉内へと送り入れ、加熱装置４を起動させる。反応室８内が設定温度に達した後、コンピュータコントローラ６は、設定されたパラメータに基づき制御計量装置５を起動させ、アセチレンを反応室８内へと充填する。アセチレンが浸炭炉へ導入されると、高温の環境下で金属表面に接触して分解が生じ、分解して生成された炭素原子はワークの表面に直接残ることなる。このようにして遊離状態の炭素原子は存在しなくなる。ワーク表面の炭素原子が多くなればなるほど、浸炭の速度は速くなり、ワーク表面もさらに高い炭素含有量を得ることができる。反応を行うときには、炉内のガス群は動的平衡に達する。制御計量装置５及び排気ガス測定装置７は、アセチレンデータ及び排気ガス測定データをリアルタイムにコンピュータコントローラ６へそれぞれ送信し、コンピュータコントローラ６は、受信したデータ及び質量保存の法則に基づき、炉内の炭素原子総量及びワークの富化率を算出し、かつ算出結果に基づきアセチレン吸気量を調整する。条件を満たす場合には、工程の実施を継続し、満たさない場合には、制御計量装置５により工程要求を満たすまで、アセチレンの吸気量を調整する。
【００２０】
制御計量装置５は、アセチレンを反応室へ導入する開閉を制御するだけでなく、反応室へ導入されるアセチレンの総質量も記録し、制御計量装置５は、反応室へ導入されるアセチレン総量をコンピュータコントローラ６へ送信する。アセチレンが高温反応した後、炭素原子は反応室内の金属表面に残る。反応して生成された排気ガス―メタン、水素ガス及び反応に加わっていないアセチレンは、排気ガス管路から排出され、排気ガス測定装置７は、排気ガス中の各種ガスの体積パーセントを測定し、かつ各種ガスの質量を算出し、コンピュータコントローラ６へ送信し、コンピュータコントローラ６は、アセチレン高温分解反応式及び質量保存の法則に基づき、炉内の炭素原子総量を算出する。
【００２１】
アセチレンの高温下の分解方程式は以下のとおりである。
2018204101.tif 000003
【００２２】
その他のガスと比較して、アセチレンは高い炭素析出量を有し、以下の表に示すとおりである。：
2018204101.tif 000004
【００２３】
ここで、炭素含有量は、重量パーセントであり、炭素析出率は、ガスから負荷へ伝わる炭素パーセントであり、アセチレンの炭素含有量、炭素析出率はいずれも非常に高いので、アセチレンは最良の浸炭雰囲気であることがわかる。
【符号の説明】
【００２４】
１  攪拌装置
２  加熱装置
３  保温層
４  ワーク
５  制御計量装置
６  コンピュータコントローラ
７  排気ガス測定装置
８  反応室
９  炉ドア
【図１】
2018204101.tif 000005
【図２】
2018204101.tif 000006