(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長な流路の一端にメタノールを送り、これを該流路中で８５０℃以上に加熱して熱分解した後に、該流路の他端よりメタノール分解ガスとして取り出すことよりなり、この流路の他端の断面積をその一端の断面積の少なくとも８倍とすることを特徴とする金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法。
【請求項２】
流路の他端より取り出されたメタノール分解ガスを金属の浸炭用雰囲気ガスとする請求項１記載の金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法。
【請求項３】
流路の他端より取り出されたメタノール分解ガスをダイリュートして金属の浸炭用雰囲気ガスとする請求項２記載の金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法。
【請求項４】
流路の他端より取り出されたメタノール分解ガスを空気でダイリュートして金属の浸炭用雰囲気ガスとする請求項３記載の金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法。
【請求項５】
流路を熱処理炉内に置き、流路中に送られ炉内の熱で加熱されたメタノールの分解ガスを流路の他端より炉内に送り出すことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属の熱処理用の雰囲気ガスとして、窒素、水素、アルゴン、炭酸ガス等の単体またはそれらの混合物や化合物が使用されている。これらは単体で供給されるほか、空気や炭化水素ガスを原料として製造される。
【０００３】
特に、メタノールを熱分解して一酸化炭素と水素の混合ガスを得る方法は、古くから知られ、広く利用されてきた。しかし、従来の方法では、メタノールの熱分解時に傍生する炭素と炭酸ガスと水とを低減し、未分解のメタンを最低に止めることが困難であった。ちなみに、金属の熱処理用の雰囲気として支障なく利用できるメタノールの熱分解の組成は、メタンと炭酸ガスがそれぞれ１容量％以下であり、その中に炭素の傍生が見られないことが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明はメタノールの熱分解を確実にして、金属の熱処理用雰囲気ガスを経済的に製造する方法を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
メタノールは、多様な温度領域で複雑な分解を呈するものであるが、その代表的な分解反応式は熱分解図表によって知られるところである。これによれば、８５０℃以上の高温であればほぼ完全なメタノールの熱分解（ＣＨ3 ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2 ）が生じるが、それよりも低い温度領域ではメタノールは未熟な分解に止まる。このような未熟な熱分解では、水と固体炭素と炭酸ガスが多量に発生する反面、一酸化炭素と水素の発生は少なく、金属の熱処理用の雰囲気ガスとしては適さないものとなる。
【０００６】
即ち、８５０℃以下、特に７００℃以下の温度での熱分解では、メタノールは下記の通りに分解反応する（上段の反応式から下段の反応式へと、分解温度が低い）。
ＣＨ3 ＯＨ  →  １／２Ｃ＋１／２ＣＯ２ ＋２Ｈ２
ＣＨ3 ＯＨ  →  １／２ＣＨ4 ＋１／２ＣＯ２ ＋Ｈ２
ＣＨ3 ＯＨ  →  Ｃ＋Ｈ２ ＋Ｈ２ Ｏ
ＣＨ3 ＯＨ  →  １／２ＣＨ4 ＋１／２Ｃ＋Ｈ２ Ｏ
【０００７】
従って、メタノールを少なくとも８５０℃までに可及的速やかに昇温して、熱分解させることが必要であり、メタノールの未熟な分解を招来する低い温度領域にメタノールがその昇温の過程で置かれる時間を極力短くすることが望ましい。
【０００８】
このため、本発明の方法では、加熱された管等を流路として、この中にメタノールを流して、最低でも８５０℃まで昇温した。これが、本発明による金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法の第１の特徴である。
【０００９】
次に、本発明者は、メタノールは熱分解の進行に伴ってその体積に大きな膨張が生じることに着目した。メタノールが熱分解して、組成中のメタンと炭酸ガスがそれぞれ１容量％以下であり、かつその組成中に炭素の傍生が見られないような良好なメタノール分解ガスとなる時、メタノールの体積は少なくとも８倍になることが、実験を繰り返して判明した。
【００１０】
このような熱分解に伴って急膨張するメタノールガスを、その全長にわたって断面積の変わらない細長な管等の流路中で流そうとすると、ガスにかかる圧力が上昇して、その分解が抑制されてしまう。このため、本発明の方法では、流路の断面積をメタノールの流れる方向に沿って流路の一端から他端に向かって次第に大きくし、この他端の断面積をその一端の断面積の少なくとも８倍とした。これが、本発明による金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法の第２の特徴である。
【００１１】
本発明の方法によって得られるメタノール分解ガスは、以下の実施例１と２に記載される通り、良好な金属の熱処理用雰囲気ガスとして使用できる。特に、以下の実施例３、４及び５に記載される通り、金属の浸炭用雰囲気ガスとしてそのまま、即ちエンリッチ用ガスを添加すること無しに使用することができる。このことは、メタノールの熱分解ガスはカーボンポテンシャルが低く、キャリヤーガスとしてのみ使用できるという今までの一般的な認識と異なることになる。これは、本発明の方法によれば、メタノールをほぼ完全に熱分解できて、高いカーボンポテンシャルを有するメタノール分解ガスを得ることができるためである。時としては、カーボンポテンシャルが高過ぎるので、空気でダイリュートする必要があるほどである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明になる金属の熱処理用雰囲気ガスの製造方法を、その好適な実施例によって更に説明する。
実施例１
全長が4.5 メートルの細長いステンレス鋼の管を、メタノールを熱分解するための流路とした。管は螺旋状をなし、螺旋の中心を通る加熱筒によって９３０℃に加熱された。
【００１３】
このステンレス鋼管の一端より、流路中に液体メタノールを滴下し、他端よりメタノール分解ガスを得たが、この一端の断面積を１平方センチメートルとし、他端に向かってなだらかに管の断面積を大きくし、他端における断面積を８平方センチメートルとした。
【００１４】
上述した通りに、ステンレス鋼管の一端より流路中に、毎時６立方デシメートルの液体メタノールを滴下した。ステンレス鋼管の他端から流出するメタノール分解ガスの温度は約８５０℃であった。その組成は、メタン（ＣＨ4 ）1.0 容量％、炭酸ガス（ＣＯ２ ）0.8 容量％を含み、残部が水素（Ｈ２ ）と一酸化炭素（ＣＯ）とからなる良好な金属の熱処理用雰囲気ガスであった。
【００１５】
実施例２
実施例１の螺旋状のステンレス鋼管になる流路の一端の断面積を１平方センチメートル、その他端の断面積を１０平方センチメートルとした。
【００１６】
実施例１と同様に、この流路中に毎時６立方デシメートルの液体メタノールを滴下した。ステンレス鋼管の他端から得られたメタノール分解ガスの温度は９００℃であった。その組成は、メタン（ＣＨ4 ）0.75容量％、炭酸ガス（ＣＯ２ ）0.37容量％を含み、残部が水素（Ｈ２ ）と一酸化炭素（ＣＯ）とからなり、良好な金属の熱処理雰囲気ガスとして使用できた。
【００１７】
比較例
実施例１及び実施例２との対比のために、以下の比較例の実験を行った。
実施例１の螺旋状のステンレス鋼管になる流路の一端の断面積を１平方センチメートルとし、流路の他端の断面積を５平方センチメートルとした。
【００１８】
実施例１と同様に、この流路中に毎時６立方デシメートルの液体メタノールを滴下した。ステンレス鋼管の他端から流出するメタノール分解ガスの温度は６３０℃であった。その結果、その組成中にはメタン３容量％、炭酸ガス2.5 容量％を含み、固体炭素であるススの傍生も認められ、このままの組成では金属の熱処理雰囲気ガスとして良好であるとはいえなかった。
【００１９】
実施例３
実施例１と同様にして、ただし加熱筒の温度を高めて、９３０℃でメタノールを分解させたところ、メタン（ＣＨ4 ）0.72容量％、炭酸ガス（ＣＯ２ ）0.27容量％を含み、残部が水素（Ｈ２ ）と一酸化炭素（ＣＯ）とからなる分解ガスが得られた。
【００２０】
この分解ガスを使用し、材質ＳＵＪ２（ＪＩＳ）で３０cmφ×２cmｔの円盤状のサンプルを８３０℃でカーボンポテンシャル 1.1の高濃度浸炭処理を行うこととした。
【００２１】
上記分解ガスは、８３０℃の浸炭炉に導入されたとき再平衡し、炉内カーボンポテンシャルが1.2 になる。このために、空気を1.8 ％入れてダイリュートしたところ、目的のカーボンポテンシャル1.1 になり、目的とする浸炭ができた。
【００２２】
実施例４
実施例１と同様にして、ただし加熱筒の温度を更に高めて、９５０℃でメタノールを分解させたところ、カーボンポテンシャル 1.35 の分解ガスが得られた。この分解ガスを使用し、材質Ｓ１５Ｃ（ＪＩＳ）で上記した寸法の円盤状のサンプルを９００℃でカーボンポテンシャル 0.8の浸炭処理を行うこととした。
【００２３】
上記分解ガスは、９００℃の浸炭炉に導入されたとき再平衡し、炉内カーボンポテンシャルが1.2 になる。このために、空気を2.3 ％入れてダイリュートしたところ、目的のカーボンポテンシャル0.8 での浸炭処理ができた。
【００２４】
実施例５
実施例４と同様にして、９５０℃でメタノールを分解させたところ、カーボンポテンシャル 1.35 の分解ガスが得られた。この分解ガスを使用し、材質Ｓ２５Ｃ（ＪＩＳ）で上記した寸法の円盤状のサンプルを１１００℃で１５分間の高温浸炭処理を行なった。このとき、上記分解ガスは、１１００℃の浸炭炉に導入されたとき再平衡し、炉内カーボンポテンシャルが1.1 になった。その結果、0.78mmの浸炭層が得られた。
【００２５】
なお、上記の実施例では、メタノールを熱分解するための流路をなすステンレス鋼管を加熱筒で加熱したが、この鋼管の全部又は一部を加熱処理炉内に置いて加熱し、そこで生成されたメタノール熱分解ガスを、そのままで又は空気でダイリュートして、鋼管の他端より加熱処理炉内に高温で放出してもよい。これにより、加熱処理炉内の熱を有効に利用でき、しかもメタノール熱分解ガスは熱せられたままで炉内雰囲気となるので、省エネルギーとなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の方法によれば、メタノールを容易かつ確実にしかも経済的に熱分解して、良好なる金属の熱処理雰囲気ガスとすることができる卓越した効果が得られる。