(57)【要約】【課題】処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給し、加熱，浸炭，拡散の工程を経て、処理材を浸炭処理するにあたり、高速で安定した浸炭処理が安価に行えるようにする。【解決手段】処理材１を浸炭処理する処理炉２と、この処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置１０とを備えた浸炭処理装置において、処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給し、加熱，浸炭，拡散の工程を経て処理材１を浸炭処理するにあたり、上記の処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を浸炭時にのみ高くするようにした。【選択図】  図２
2004315905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理材を浸炭処理する処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給し、加熱，浸炭，拡散の工程を経て処理材を浸炭処理する浸炭処理方法において、上記の処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を浸炭時にのみ高くすることを特徴とする浸炭処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載した浸炭処理方法において、浸炭時に上記の処理炉内にＣＯ濃度が３５〜６０体積％の範囲になったキャリアガスを導入させることを特徴とする浸炭処理方法。
【請求項３】
処理材を浸炭処理する処理炉と、この処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、上記のキャリアガス供給装置から処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を変更させるＣＯ濃度変更装置を設けたことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載した浸炭処理装置において、上記のＣＯ濃度変更装置によって上記の処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を浸炭時にのみ高くすることを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項５】
請求項２に記載した浸炭処理装置において、上記のキャリアガス供給装置に、原料ガスを反応させてＣＯを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置と、少なくとも炭化水素ガスとＣＯ２ガスとを混合させた第１原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第１原料ガス供給装置と、少なくとも炭化水素ガスと空気とを混合させた第２原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第２原料ガス供給装置と、上記のキャリアガス生成装置に供給する原料ガスを上記の第１原料ガス供給装置と第２原料ガス供給装置との間で切り換える切換装置とを設けたことを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載した浸炭処理装置において、浸炭時には上記の第１原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第１原料ガスを供給する一方、浸炭時以外には上記の第２原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第２原料ガスを供給することを特徴とする浸炭処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，鋼材部品等の処理材を浸炭処理する浸炭処理方法及び浸炭処理を行うのに用いる浸炭処理装置に係り、特に、処理材を浸炭処理する処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給し、加熱，浸炭，拡散の工程を経て処理材を浸炭処理するにあたり、高速で安定した浸炭処理が安価に行えるようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から低炭素鋼や低合金鋼等の鋼材部品における強度を高めるため、その表面から炭素を内部に拡散浸透させる浸炭処理が施されている。
【０００３】
そして、このように鋼材部品等の処理材を浸炭処理するにあたっては、様々な方法が使用されており、例えば、図１に示すように、処理炉２内に処理材１を導入し、この処理炉２内にキャリアガス供給装置１０からＣＯを含むキャリアガスを供給し、この処理炉２内において処理材１を加熱させる加熱工程と、このように加熱された処理材１に炭素を付与して浸炭させる浸炭工程と、このように処理材１に付与された炭素を表面炭素濃度が所要値になるように処理材１の内部に拡散させる拡散工程と、このように炭素が内部に拡散された処理材１の温度を下げる降温工程とを経て、処理材１を浸炭処理することが行われている。
【０００４】
ここで、上記のように処理炉２内にキャリアガス供給装置１０からＣＯを含むキャリアガスを供給するにあたり、従来においては、原料ガスを反応させてＣＯを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置１１として、一般にＲｈやＰｔ等の貴金属触媒やＮｉ触媒を収容させた反応筒１１ａを加熱装置１１ｂによって加熱させるようにしたものを用いるようにしている。
【０００５】
そして、ガス供給管１２によって導かれたＬＮＧやＬＰＧ等の炭化水素ガスと、空気供給管１３によって導かれた空気とをガスミキサー１４により混合させ、このように混合させた混合ガスを上記のように加熱された反応筒１１ａ内に導き、この混合ガスを上記の触媒により反応させてＣＯを含むキャリアガスを生成し、このキャリアガスを処理炉２内に供給するようにしている。
【０００６】
しかし、上記のようにＬＮＧやＬＰＧ等の炭化水素ガスと空気とを混合させた混合ガスを用いてＣＯを含むキャリアガスを生成した場合、空気中にはＮ２が多く含まれているため、一般にキャリアガス中におけるＣＯ濃度は２０〜２５体積％程度にしかならず、このようにＣＯ濃度が２０〜２５体積％になった低ＣＯ濃度のキャリアガスを用いた場合、処理材１に対する浸炭速度が遅くて、浸炭処理に多くの時間を要するという問題があった。
【０００７】
このため、従来においては、処理炉２内に上記のキャリアガスとは別にＬＮＧやＬＰＧ等の炭化水素ガスを導入する等により、処理炉２内におけるカーボンポテンシャルを高めて、処理材１に対する浸炭速度を速め、処理時間を短縮させることが行われている。
【０００８】
しかし、上記のようにＣＯ濃度が２０〜２５体積％になったキャリアガスを導入させた処理炉２内に、ＬＮＧやＬＰＧ等の炭化水素ガスを導入させる等によって処理炉２内におけるカーボンポテンシャルを温度と鋼種によって決定される飽和値近くまで高める場合、カーボンポテンシャルを適切に制御することが困難であり、処理炉２内におけるカーボンポテンシャルが飽和値を越えて高くなりすぎ、煤が発生する等の問題があった。
【０００９】
また、従来においても、上記のキャリアガスにおけるＣＯ濃度を高めると、処理材１に対する浸炭速度が向上することが分かっており、近年においては、処理材１を浸炭処理するにあたり、高ＣＯ濃度のキャリアガスを使用することが検討されるようになった（例えば、特許文献１〜６参照。）。
【００１０】
しかし、高ＣＯ濃度のキャリアガスを生成するのにはコストが高くつき、常にこのような高ＣＯ濃度のキャリアガスを用いて処理材を浸炭処理するようにした場合、ランニングコストが非常に高くつくという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−２１６６１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５６８２４号公報
【特許文献３】
特開２００１−１５２３１２号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５２３１３号公報
【特許文献５】
特開２００１−１５２３１４号公報
【特許文献６】
特開２００１−２７８６１０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、鋼材部品等の処理材を浸炭処理する場合における上記のような様々な問題を解決することを課題とするものであり、特に、処理材を浸炭処理する処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給し、加熱，浸炭，拡散の工程を経て処理材を浸炭処理するにあたり、高速で安定した浸炭処理が安価に行えるようにすることを課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明における浸炭処理方法においては、上記のような課題を解決するため、処理材を浸炭処理する処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給し、加熱，浸炭，拡散の工程を経て処理材を浸炭処理する浸炭処理方法において、上記の処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を浸炭時にのみ高くするようにしたのである。
【００１４】
そして、この発明における浸炭処理方法のように、処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を浸炭時に高くすると、処理材に対する浸炭速度が速まって処理時間が短縮されると共に、処理炉内にカーボンポテンシャルを適切に制御することも容易に行えるようになり、煤が発生するのも防止できるようになる。また、上記のように浸炭時にのみキャリアガスにおけるＣＯ濃度を高くすると、常に高ＣＯ濃度のキャリアガスを供給する場合に比べて、ランニングコストが低減される。
【００１５】
ここで、処理材に対する浸炭速度を向上させるためには、浸炭時に処理炉内に供給するキャリアガスとして、ＣＯ濃度が３５〜６０体積％の範囲になったキャリアガスを用いることが好ましい。
【００１６】
また、この発明における浸炭処理装置においては、上記のような課題を解決するため、処理材を浸炭処理する処理炉と、この処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給するキャリアガス供給装置とを備えた浸炭処理装置において、上記のキャリアガス供給装置から処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を変更させるＣＯ濃度変更装置を設けたのである。
【００１７】
そして、この発明における浸炭処理装置を用いて処理材を浸炭処理するにあたっては、上記のＣＯ濃度変更装置によって浸炭時にのみ処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を高めるようにする。
【００１８】
このようにすると、上記の浸炭処理方法の場合と同様に、処理材に対する浸炭速度が速まって処理時間が短縮されると共に、カーボンポテンシャルを適切に制御することも容易に行えて、煤が発生するのも防止できるようになり、またランニングコストも低減される。
【００１９】
また、この発明における浸炭処理装置において、上記のようにキャリアガス供給装置から処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を変更させるにあたっては、例えば、上記のキャリアガス供給装置に、原料ガスを反応させてＣＯを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置と、少なくとも炭化水素ガスとＣＯ２ガスとを混合させた第１原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第１原料ガス供給装置と、少なくとも炭化水素ガスと空気とを混合させた第２原料ガスを上記のキャリアガス生成装置に供給する第２原料ガス供給装置と、上記のキャリアガス生成装置に供給する原料ガスを上記の第１原料ガス供給装置と第２原料ガス供給装置との間で切り換える切換装置とを設けるようにすることができる。
【００２０】
ここで、上記の第１原料ガス供給装置から少なくとも炭化水素ガスとＣＯ２ガスとを混合させた第１原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成すると、高ＣＯ濃度のキャリアガスが得られるようになり、例えば、炭化水素ガスとしてメタンガスを用い、このメタンガスとＣＯ２ガスとを混合させた第１原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成した場合には、ＣＯ濃度が約５０体積％、Ｈ２濃度が約５０体積％になった浸炭速度の最も速いキャリアガスが得られるようになる。
【００２１】
一方、上記の第２原料ガス供給装置から少なくとも炭化水素ガスと空気とを混合させた第２原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成すると、空気中にはＮ２が多く含まれているため、得られたキャリアガス中におけるＣＯ濃度が低くなり、例えば、炭化水素ガスとしてメタンガスを用い、このメタンガスと空気とを混合させた第２原料ガスをキャリアガス生成装置に供給してキャリアガスを生成した場合には、ＣＯ濃度が約２０体積％になったキャリアガスが得られるようになる。
【００２２】
そして、上記のような浸炭処理装置において、処理材を浸炭処理するにあたっては、上記の切換装置によりキャリアガス生成装置に供給する原料ガスを上記の第１原料ガス供給装置と第２原料ガス供給装置との間で切り換え、浸炭時には上記の第１原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第１原料ガスを供給して高ＣＯ濃度のキャリアガスを生成し、この高ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉に供給する一方、浸炭時以外には上記の第２原料ガス供給装置からキャリアガス生成装置に第２原料ガスを供給してＣＯ濃度が低いキャリアガスを生成し、この低ＣＯ濃度の低いキャリアガスを処理炉に供給する。
【００２３】
このようにすると、上記の場合と同様に、処理材に対する浸炭速度が速まって処理時間が短縮されると共に、カーボンポテンシャルを適切に制御することも容易に行えて、煤が発生するのも防止できるようになり、またランニングコストも低減される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態に係る浸炭処理方法及び浸炭処理装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る浸炭処理方法及び浸炭処理装置は下記の実施形態に示すものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【００２５】
この実施形態に係る浸炭処理方法及び浸炭処理装置においても、図２に示すように、処理炉２内に処理材１を導入し、この処理炉２内にキャリアガス供給装置１０からＣＯを含むキャリアガスを供給し、上記の処理炉２内において処理材１を加熱させる加熱工程と、このように加熱された処理材１に炭素を付与して浸炭させる浸炭工程と、このように処理材１に付与された炭素を処理材１の内部に拡散させる拡散工程と、このように炭素が内部に拡散された処理材１の温度を下げる降温工程とを行うようにしている。
【００２６】
また、この実施形態においても、上記のように処理炉２内にキャリアガス供給装置１０からＣＯを含むキャリアガスを供給するにあたり、原料ガスを反応させてＣＯを含むキャリアガスを生成するキャリアガス生成装置１１として、ＲｈやＰｔ等の貴金属触媒やＮｉ触媒を収容させた反応筒１１ａを加熱装置１１ｂによって加熱させるようにしたものを用いている。
【００２７】
また、この実施形態においては、第１電磁弁１５ａが設けられた第１ガス供給管１２ａを通して導かれたＬＮＧやＬＰＧ等の炭化水素ガスと、第２電磁弁１５ｂが設けられたＣＯ２ガス供給管１６を通して導かれたＣＯ２ガスとを第１ガスミキサー１４ａにより混合させるようにする一方、第３電磁弁１５ｃが設けられた第２ガス供給管１２ｂを通して導かれたＬＮＧやＬＰＧ等の炭化水素ガスと、第４電磁弁１５ｄが設けられた空気供給管１３を通して導かれた空気とを第２ガスミキサー１４ｂにより混合させるようにしている。
【００２８】
そして、上記の第１ガスミキサー１４ａによって混合させた炭化水素ガスとＣＯ２ガスとからなる第１原料ガス、或いは上記の第２ガスミキサー１４ｂによって混合させた炭化水素ガスと空気とからなる第２原料ガスを、上記のキャリアガス生成装置１１に供給してＣＯを含むキャリアガスを生成するようにしている。
【００２９】
ここで、第１ガスミキサー１４ａによって混合させた炭化水素ガスとＣＯ２ガスとからなる第１原料ガスをキャリアガス生成装置１１に供給してＣＯを含むキャリアガスを生成すると、前記のようにＣＯ濃度が５０体積％程度になった高ＣＯ濃度のキャリアガスが得られるようになる。
【００３０】
一方、第２ガスミキサー１４ｂによって混合させた炭化水素ガスと空気とからなる第２原料ガスをキャリアガス生成装置１１に供給してＣＯを含むキャリアガスを生成すると、空気中にＮ２が多く含まれているため、前記のようにＣＯ濃度が２０体積％程度になった低ＣＯ濃度のキャリアガスが得られるようになる。
【００３１】
なお、炭化水素ガスとして例えばＣ４Ｈ１０ガスを用いると、Ｃ４Ｈ１０＋ＣＯ２＝８ＣＯ＋５Ｈ２となり、ＣＯ濃度が高くなりすぎるため、この場合には、キャリアガス生成装置１１によって生成されるキャリアガスにおけるＣＯ濃度を調整するため、図示していないが、例えば、上記の第１ガスミキサー１４ａに空気や酸素ガスを供給することも可能である。
【００３２】
そして、この実施形態において、鋼材部品等の処理材１を浸炭処理するにあたっては、処理炉２内に処理材１を導入し、この処理炉２内において処理材１を加熱させる工程においては、上記の第１電磁弁１５ａと第２電磁弁１５ｂとを閉じる一方、上記の第３電磁弁１５ｃと第４電磁弁１５ｄとを開け、上記の第２ガス供給管１２ｂと空気供給管１３とを通して炭化水素ガスと空気とを第２ガスミキサー１４ｂに導いて混合させるようにする。
【００３３】
そして、このように炭化水素ガスと空気とを混合させた第２原料ガスをキャリアガス生成装置１１に供給してＣＯ濃度が２０体積％程度になった低ＣＯ濃度のキャリアガスを生成し、この低ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉２内に供給して、上記の処理材１を所定の温度まで加熱させる。
【００３４】
次いで、このように加熱された処理材１に炭素を付与して浸炭させる浸炭工程においては、上記の第３電磁弁１５ｃと第４電磁弁１５ｄとを閉じる一方、上記の第１電磁弁１５ａと第２電磁弁１５ｂとを開け、上記の第１ガス供給管１２ａとＣＯ２ガス供給管１６とを通して炭化水素ガスとＣＯ２ガスとを第１ガスミキサー１４ａに導いて混合させるようにする。
【００３５】
そして、このように炭化水素ガスとＣＯ２ガスとを混合させた第１原料ガスをキャリアガス生成装置１１に供給してＣＯ濃度が５０体積％程度になった高ＣＯ濃度のキャリアガスを生成し、この高ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉２内に供給し、上記の処理材１に炭素を付与して浸炭させる。
【００３６】
また、このように処理材１に炭素を付与して浸炭させた後は、上記の第１電磁弁１５ａと第２電磁弁１５ｂとを閉じる一方、上記の第３電磁弁１５ｃと第４電磁弁１５ｄとを開け、上記の加熱工程の場合と同様に、炭化水素ガスと空気とを混合させた第２原料ガスをキャリアガス生成装置１１に供給してＣＯ濃度が２０体積％程度になった低ＣＯ濃度のキャリアガスを生成し、この低ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉２内に供給して、処理材１に付与された炭素を処理材１の内部に拡散させる拡散工程と、このように炭素が内部に拡散された処理材１の温度を下げる降温工程とを行うようにする。
【００３７】
ここで、鋼材部品等の処理材１に対して例えば０．９ｍｍの有効浸炭深さを得るにあたって、上記の浸炭工程においてＣＯ濃度が２０体積％程度になった低ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉２内に供給するようにした場合、浸炭工程と拡散工程とに要する合計時間が３００分程度になるのに対して、上記の浸炭工程においてＣＯ濃度が５０体積％程度になった高ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉２内に供給するようにした場合、浸炭工程と拡散工程とに要する合計時間が１８０分程度になり、浸炭処理時間が大幅に短縮されるようになる。
【００３８】
また、上記のように浸炭工程においてＣＯ濃度が５０体積％程度になった高ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉２内に供給すると、処理炉２内のカーボンポテンシャルを適切に制御することが容易に行え、カーボンポテンシャルが高くなりすぎて煤が発生するのを簡単に防止できるようになると共に、浸炭工程においてのみ高ＣＯ濃度のキャリアガスを処理炉２内に供給させると、高ＣＯ濃度のキャリアガスの量も少なくてすみ、常に高ＣＯ濃度のキャリアガスを供給する場合に比べてランニングコストが低減される。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における浸炭処理方法及び浸炭処理装置においては、処理炉内にＣＯを含むキャリアガスを供給し、加熱，浸炭，拡散の工程を経て、鋼材部品等の処理材を浸炭処理するにあたり、上記の処理炉内に供給するキャリアガスにおけるＣＯ濃度を浸炭時にのみ高くするようにしたため、処理材に対する浸炭速度が速まって処理時間が短縮されると共に、カーボンポテンシャルを適切に制御することも容易に行えて、煤が発生するのも簡単に防止できるようになった。
【００４０】
また、この発明においては、上記のように浸炭時にのみキャリアガスにおけるＣＯ濃度を高くするようにしたため、常に高ＣＯ濃度のキャリアガスを供給する場合に比べて、ランニングコストも大幅に低減されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理材を浸炭処理するのに使用する従来の浸炭処理装置を示した概略説明図である。
【図２】この発明の一実施形態において、処理材を浸炭処理するのに使用する浸炭処理装置を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１  処理材
２  処理炉
１０  キャリアガス供給装置
１１  キャリアガス生成装置
１１ａ  反応筒
１１ｂ  加熱装置
１２ａ  第１ガス供給管
１２ｂ  第２ガス供給管
１３  空気供給管
１４ａ  第１ガスミキサー
１４ｂ  第２ガスミキサー
１５ａ〜１５ｄ  第１〜第４電磁弁
１６  ＣＯ２ガス供給管
【図１】
2004315905.tif 000003
【図２】
2004315905.tif 000004