(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉殻と、炉内加熱用ヒーターと、炉内の酸素分圧、及び、ＣＨ4 分圧測定手段と、炉内に炭化水素系ガスとしてメタン、プロパン或いはブタンガス及び酸化性ガスを導入する手段と、これらガスの炉内に対する導入量を制御する手段とより成り、上記制御する手段が、炉内の残留ＣＨ4 の値が下降から上昇に転じた時上記炭化水素系ガスの供給を停止することを特徴とする熱処理炉の雰囲気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、熱処理炉の雰囲気制御装置特に、ガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝雰囲気熱処理等を行なう熱処理炉の雰囲気制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガス浸炭等の熱処理方法としては炭化水素系ガスと空気とを混合させ吸熱型変成ガス発生炉を用いて変成したガス（以下、エンドサーミックガスという。）を炉内に供給し、所定のカーボンポテンシャルを得るために炭化水素系ガス（以下、エンリッチガスという。）を添加する方法が多く採用されてきた。しかしながら近年、省エネルギーの観点から特開昭５４−５４９３１号公報、特開昭６１−１５９５６７号公報ならびに特開平４−６３２６０号公報等に示されているごとく、炉内に炭化水素系ガスと酸化性ガスとを直接導入することにより変成ガス発生炉を必要とせずに、浸炭を行なう直接浸炭法が除々に採用される傾向にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、直接浸炭法での浸炭速度は、浸炭期と拡散期の影響を強く受ける。前者は、炭化水素系ガス等（原料ガス）の直接分解が浸炭への主効果であり、後者はＢｏｕｄｏｕａｒｄ反応が主体となる。従って、前者の炭化水素系ガス等の炉内への直接導入では、添加量と雰囲気の温度とによって（勿論装入された処理物の荷姿によっても）、その分解程度が異なる。その結果、炭化水素系ガス等が浸炭に必要とする以上に添加されススとなって炉内に推積したり、処理物がスーティングするという不具合があった。
【０００４】
また、上述したスーティング範囲に入っていることを知らずに操業した場合には、酸素センサーの寿命を短くするという不具合もあった。
【０００５】
本発明の目的は上記従来の欠点を除くようにしたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱処理炉の雰囲気制御装置は、炉殻と、炉内加熱用ヒーターと、炉内の酸素分圧、及び、ＣＨ4 分圧測定手段と、炉内に炭化水素系ガスとしてメタン、プロパン或いはブタンガス及び酸化性ガスを導入する手段と、これらガスの炉内に対する導入量を制御する手段とより成り、上記制御する手段が、炉内の残留ＣＨ4 の値が下降から上昇に転じた時上記炭化水素系ガスの供給を停止することを特徴とする。
【０００９】
上記酸化性ガスは、空気或いはＣＯ2 ガスである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１は本発明の熱処理炉の雰囲気制御装置の説明図を示す。
【００１２】
図１において、１は炉殻、２はこの炉殻１を形成する耐熱レンガ、３は雰囲気攪拌用ファン、４は加熱用ヒーター、５は炉内温度制御のための熱電対、６は例えば炉内直接挿入型ジルコニア式固体電解質酸素分圧測定用センサー、８はＣＨ4 分圧測定用管、１０はＣＨ4 分圧分析装置、１１は炉内に導入される炭化水素系ガスの供給パイプ、１２はその調節バルブ、１３は炉内に導入酸化性ガスの供給パイプ、１４はその調節バルブ、１５は演算装置、１６は上記調節バルブ１２、１４に調節信号を送る調節計である。
【００１３】
図２はカーボンポテンシャルの相違による浸炭時間と浸炭深さとの関係を示したもので、浸炭中のカーボンポテンシャルが高いと、低い場合に比較して、短い時間で浸炭を終了させることができることは既に知られているが、Ｆｅ−Ｃ系平衡状態図においては、図２中に斜線で示したようにスーティング域に入ると実操業に適さないことも知られている。
【００１４】
カーボンポテンシャルを高くするためには、エンリッチガス（炭化水素系ガス）を多量に添加するとよい。エンリッチガス添加後の時間経過を見ると、図３に示す様に装入重量を１５０Ｋｇ一定として、Ｃ4 Ｈ10ガス使用の場合、Ａ（流量２．５リットル／ｍｉｎ）、Ｂ（１．４リットル／ｍｉｎ）、Ｃ（１．０リットル／ｍｉｎ）の何れも浸炭時間ｔの経過につれて残留ＣＨ4 量は減少の後増加に転じ、処理物はスーティングを発生する。一方、Ｄ（０．５リットル／ｍｉｎ）の場合ほぼ一定の残留ＣＨ4 量になり、スーティングは発生しない。この相違は、Ａ（２．５リットル／ｍｉｎ）、Ｂ（１．４リットル／ｍｉｎ）、Ｃ（１．０リットル／ｍｉｎ）の場合は添加量が多いことにより、鋼が炭素を吸収し切れずに、未分解のＣＨ4 が増加するためであり、一方、Ｄ（０．５リットル／ｍｉｎ）は鋼が炭素を吸収することができるためである。従って残留ＣＨ4 量を分析し、その値を制御することは即ちスーティングを防止することになる。
【００１５】
また、Ｆｅ−Ｃ系平衡状態図において、温度が決まれば最大炭素固溶量は一定であるためその値に相当する酸素分圧を測定することによってスーティングを防止することができる。
【００１６】
従って本発明においては、スーティングを防止するため酸素分圧測定用センサー６の起電力を測定することによって酸素分圧を測定し、酸素分圧が設定値に達したとき調節バルブ１２を閉じるようにする。
【００１７】
なお、本発明においては酸素分圧測定と、ＣＨ4 分圧測定を並行しておこない、酸素分圧がその設定値に達した時及びＣＨ4 分圧がその設定値に達した時の何れか早い時点で調節バルブ１２を閉じるようにしても良い。
【００１８】
（実施例１）
【００１９】
バッチ型炉を用い、１５０Ｋｇの処理物を装入し、炭化水素系ガスとしてＣ4 Ｈ10ガスを、酸化性ガスとしてＣＯ2 ガスを用いて９３０℃で４時間の浸炭作業を行なった。
【００２０】
この場合、図３に示した様に、１．０リットル／ｍｉｎ以上の炭化水素系ガスの添加の場合は時間の経過につれて、ＣＨ4 量が増大し、これは、残留ＣＨ4 が未分解として炉内に蓄積されることであり、スーティングが増大することになる。
【００２１】
図４はスーティングが生じていない時の浸炭経過時間と炉内の残留ＣＨ4 ガスの量とＣＨ4 ガスの添加量との関係を示し、炭化水素系ガス添加量が２．５リットル／ｍｉｎの場合にはスーティングが生じてしまう量であるが、本発明方法によれば炭化水素系ガスの導入を停止するためスーティングが防止される。
【００２３】
また、酸化性ガスとしては、空気或いはＣＯ2 ガスを用いる。
【００２４】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、ガス浸炭、ガス浸炭窒化、光輝熱処理等の雰囲気熱処理において、雰囲気のＣＨ4 分圧および酸素分圧に対応して炭化水素系ガス等の添加量を制御することにより、スーティングを未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明熱処理炉の雰囲気制御装置の説明図である。
【図２】  カーボンポテンシャルの相違による浸炭深さに及ぼす浸炭時間の影響を示す線図である。
【図３】  エンリッチガス添加量の相違による残留ＣＨ4 量と浸炭時間との関係を示す線図である。
【図４】  ９３０℃における浸炭経過による残留ＣＨ4 量、添加されたＣ4 Ｈ10流量の変化を示す線図である。
【符号の説明】
１    炉殻
２    耐熱レンガ
３    雰囲気攪拌用ファン
４    加熱用ヒーター
５    熱電対
６    酸素分圧測定用センサー
８    ＣＨ4 分圧測定用管
１０  ＣＨ4 分圧分析装置
１１  炭化水素系ガス供給パイプ
１２  調節バルブ
１３  酸化性ガスの供給パイプ
１４  調節バルブ
１５  演算装置
１６  調節計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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