(57)【要約】【課題】従来は、熱処理炉に残留アンモニア濃度の計測器を単に接続して、熱処理炉の残留アンモニア濃度を計測していたが、熱処理炉と計測器とを接続する流路配管内でアンモニアの分解が進行することから、正確な残留アンモニア濃度を計測することができず、熱処理炉を適正に制御することができなかった。【解決手段】熱処理炉２内の雰囲気を導出ガスとして残留アンモニア濃度計測器１１へ供給する流路配管２１の途中部に分岐流路配管２２を設け、分岐流路配管２２の先端側を大気解放して、熱処理炉２内の雰囲気を分岐流路配管を通じて外部へ流出させ、分岐流路配管２２の途中部に、導出ガスの流量を調節する流量調節バルブ１２を設けて、流量調節バルブ１２により分岐流路配管２２内の導出ガスの流量を調節しながら、熱処理炉２内から流出する導出ガスの残留アンモニア濃度を前記残留アンモニア濃度計測器１１により計測する、残留アンモニア濃度測定方法。【選択図】  図１
2009287071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアガスが供給される熱処理炉内の雰囲気における残留アンモニア濃度を計測器により計測する残留アンモニア濃度測定方法であって、
熱処理炉内の雰囲気を前記計測器へ供給する流路の途中部に、前記流路から分岐した分岐流路を設け、
前記分岐流路の先端側を大気解放して、前記熱処理炉内の雰囲気を前記分岐流路を通じて外部へ流出させ、
前記分岐流路の途中部に、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量を調節する流量調節手段を設けて、
前記流量調節手段により分岐流路内を流れる雰囲気の流量を調節しながら、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の残留アンモニア濃度を前記計測器により計測する、
ことを特徴とする残留アンモニア濃度測定方法。
【請求項２】
前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量と、前記雰囲気における残留アンモニア濃度の前記計測器による計測値との関係を予め求めておき、
前記流量と計測値との関係から、前記計測器の計測値が前記熱処理炉内における残留アンモニア濃度の真値となる前記流量の範囲を求め、
前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量が、求めた流量の範囲となるように前記流量調節手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の残留アンモニア濃度測定方法。
【請求項３】
アンモニアガスが供給される熱処理炉内の雰囲気における残留アンモニア濃度を計測するための残留アンモニア濃度計測装置であって、
熱処理炉内の雰囲気が供給され、該雰囲気における残留アンモニア濃度を計測する計測器と、
前記熱処理炉内から前記計測器へ供給される雰囲気が流通する流路と、
前記流路から分岐し、その先端が大気解放される分岐流路と、
前記分岐流路の途中部に設けられ、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量を調節する流量調節手段とを備える、
ことを特徴とする残留アンモニア濃度測定装置。
【請求項４】
前記残留アンモニア濃度測定装置は、予め求められた前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量と、前記雰囲気における残留アンモニア濃度の前記計測器による計測値との関係が記憶される記憶手段と、
前記流量と計測値との関係から、前記計測器の計測値が前記熱処理炉内における残留アンモニア濃度の真値となる前記流量の範囲を求める演算手段と、
前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量が、前記演算手段により求められた流量の範囲となるように前記流量調節手段を制御する制御手段とを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の残留アンモニア濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアガスが供給される熱処理炉内の雰囲気における残留アンモニア濃度を計測する残留アンモニア濃度測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浸窒焼入れや浸炭浸窒焼入れなど鋼材表面に窒素を侵入させる処理を行う場合、処理対象となるワークが収納される熱処理炉内にアンモニアガスを供給し、供給したアンモニアガスによりワークに窒素を侵入させている。
このように鋼材表面に窒素を侵入させる処理を行って得られたワークの処理品質は、ワーク中の窒素濃度に左右されるが、ワーク中の窒素濃度は熱処理炉内における残留アンモニア濃度により変動するため、鋼材表面に窒素を侵入させる処理を行う場合には、熱処理炉内の残留アンモニア濃度を厳密に管理することが重要である。
このように、前記熱処理炉内における残留アンモニア濃度が重要であることから、従来から残留アンモニア濃度を管理するべく残留アンモニア濃度の測定が行われている。
【０００３】
熱処理炉内の残留アンモニア濃度を計測する場合、熱処理炉内と残留アンモニア濃度計測器とを流路配管にて接続し、熱処理炉内の雰囲気を導出ガスとして、前記流路配管を通じて残留アンモニア濃度計測器へ導出して計測している。
【０００４】
また、鋼材表面に窒素を侵入させる処理を行う処理装置においては、前述のように熱処理炉に残留アンモニア濃度計測器を接続し、例えば特許文献１に示すように、前記残留アンモニア濃度計測器により熱処理炉内の残留アンモニア濃度を自動で連続的に計測して、計測した残留アンモニア濃度をアンモニアの供給装置などにフィードバックし、熱処理炉内に供給するアンモニアの流量を調節して、熱処理炉内での処理条件を制御することが試みられている。
【０００５】
ここで、図３に示すように、熱処理炉で鋼材表面に窒素を侵入させる処理を行う場合、熱処理炉内の温度が高温（例えば８００℃程度）に保持されており、熱処理炉内では供給されたアンモニアガスの分解が進行する。
また、処理を行う熱処理炉が高温に保持されているため、熱処理炉に接続される前記流路配管も高温となっており、前記流路配管内でも前記熱処理炉内からの導出ガスにおけるアンモニアガスの分解が進行する。
【０００６】
特に、残留アンモニア濃度計測器により残留アンモニア濃度を計測する際に使用する導出ガスの流量は少量であるため、前記流路配管内でのアンモニアガスの分解が顕著に進行することになり、熱処理炉内の残留アンモニア濃度と、流路配管を経由して残留アンモニア濃度計測器へ供給された導出ガスの残留アンモニア濃度とが異なることとなる。そのため、熱処理炉内の残留アンモニア濃度を正確に計測することが困難であった。
【０００７】
前述のように、前記処理装置においては、残留アンモニア濃度計測器にて計測した残留アンモニア濃度をフィードバックして、熱処理炉内へ供給するアンモニアの流量を制御することが行われているが、熱処理炉に残留アンモニア濃度計測器を単に接続して計測しただけでは流路配管内でアンモニアの分解が進行することから、正確な残留アンモニア濃度を計測することができず、適正な制御を行うことができなかった。
【０００８】
なお、熱処理炉内における真の残留アンモニア濃度は、熱処理炉と残留アンモニア濃度計測器を接続する流路配管の周囲に冷却水が循環する冷却水管を配置して前記流路配管を強制冷却し、流路配管内でのアンモニアの分解の進行を抑制することで計測を行うことができるが、実験的に熱処理炉を改造して前記冷却水管を配置することは可能であっても、量産工程で使用する熱処理炉に冷却水管を設けることは困難である。
【特許文献１】特開平８−１３１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明では、前記流路配管を冷却するための大掛かりな設備を設けることなく、簡単な構成により熱処理炉内における真の残留アンモニア濃度を計測することができ、量産工程においてでも、計測した残留アンモニア濃度を用いて熱処理炉内での処理条件を適正に制御することなどが可能な残留アンモニア濃度測定方法および装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する残留アンモニア濃度測定方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、アンモニアガスが供給される熱処理炉内の雰囲気における残留アンモニア濃度を計測器により計測する残留アンモニア濃度測定方法であって、熱処理炉内の雰囲気を前記計測器へ供給する流路の途中部に、前記流路から分岐した分岐流路を設け、前記分岐流路の先端側を大気解放して、前記熱処理炉内の雰囲気を前記分岐流路を通じて外部へ流出させ、前記分岐流路の途中部に、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量を調節する流量調節手段を設けて、前記流量調節手段により分岐流路内を流れる雰囲気の流量を調節しながら、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の残留アンモニア濃度を前記計測器により計測する。
【００１１】
また、請求項２記載の如く、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量と、前記雰囲気における残留アンモニア濃度の前記計測器による計測値との関係を予め求めておき、前記流量と計測値との関係から、前記計測器の計測値が前記熱処理炉内における残留アンモニア濃度の真値となる前記流量の範囲を求め、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量が、求めた流量の範囲となるように前記流量調節手段を制御する。
【００１２】
また、請求項３記載の如く、アンモニアガスが供給される熱処理炉内の雰囲気における残留アンモニア濃度を計測するための残留アンモニア濃度計測装置であって、熱処理炉内の雰囲気が供給され、該雰囲気における残留アンモニア濃度を計測する計測器と、前記熱処理炉内から前記計測器へ供給される雰囲気が流通する流路と、前記流路から分岐し、その先端が大気解放される分岐流路と、前記分岐流路の途中部に設けられ、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量を調節する流量調節手段とを備える。
【００１３】
また、請求項４記載の如く、前記残留アンモニア濃度測定装置は、予め求められた前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量と、前記雰囲気における残留アンモニア濃度の前記計測器による計測値との関係が記憶される記憶手段と、前記流量と計測値との関係から、前記計測器の計測値が前記熱処理炉内における残留アンモニア濃度の真値となる前記流量の範囲を求める演算手段と、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の流量が、前記演算手段により求められた流量の範囲となるように前記流量調節手段を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流量調節手段を制御して分岐流路内を流れる雰囲気の流量を調節しながら、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の残留アンモニア濃度を前記計測器により計測することで、特に熱処理炉内から流出する雰囲気の流量が、前記計測器の計測値が熱処理炉内における残留アンモニア濃度の真値となる範囲の流量となるように前記流量調節手段を制御したうえで、前記熱処理炉内から流出する雰囲気の残留アンモニア濃度を前記計測器により計測することで、該計測器による計測値を、前記熱処理炉内における残留アンモニア濃度の真値とすることができ、高精度な計測を行うことが可能となる。
これにより、前記流路を冷却するための大掛かりな設備を設けることなく、前記熱処理炉内における残留アンモニア濃度を高精度に計測することができ、熱処理炉内から流出する雰囲気を自動で連続的に計測して、計測した残留アンモニア濃度をアンモニアの供給装置などにフィードバックし、熱処理炉内に供給するアンモニアガスの流量を調節して、熱処理炉内での処理条件を制御する場合にも、熱処理炉内での処理条件を適正に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１６】
図１には、浸窒焼入れや浸炭浸窒焼入れなど鋼材表面に窒素を侵入させる処理を行う熱処理炉２に接続される残留アンモニア濃度測定装置１を示している。
前記残留アンモニア濃度測定装置１は、前記熱処理炉２内の雰囲気における残留アンモニア濃度を計測する残留アンモニア濃度計測器１１と、前記熱処理炉２と前記残留アンモニア濃度計測器１１とを接続する流路配管２１と、前記流路配管２１の途中部から分岐する分岐流路配管２２と、前記分岐流路配管２２の途中部に設けられる流量計１３および流量調節バルブ１２と、前記流量調節バルブ１２の開度の制御などを行う制御装置１５とを備えている。
【００１７】
前記熱処理炉２内には、アンモニアガス供給管２５を通じて所定の流量のアンモニアガスが供給されている。
前記熱処理炉２においては、鋼材表面に窒素を侵入させる処理を行う場合、炉内の温度が高温（例えば８００℃程度）に保持されており、炉内に供給されたアンモニアガスの一部が分解している。
【００１８】
前記流路配管２１内には熱処理炉２内の雰囲気が導出ガスとして流通しており、該導出ガスが流路配管２１を通じて前記残留アンモニア濃度計測器１１に供給されている。
前記残留アンモニア濃度計測器１１に供給された導出ガスは、該残留アンモニア濃度計測器１１内で残留アンモニア濃度を計測された後に、排気管２３から大気中に放出される。
なお、残留アンモニア濃度の計測時の前記残留アンモニア濃度計測器１１には、一定流量の導出ガスが供給される。
【００１９】
前記分岐流路配管２２は分岐点Ｓにて流路配管２１から分岐しており、その先端側が大気解放されている。
また、前記分岐流路配管２２の途中部には流量計１３および流量調節バルブ１２が設けられているが、本例では、分岐流路配管２２における分岐点Ｓ側に流量調節バルブ１２を配置し、先端側に流量計１３を配置している。
但し、分岐点Ｓ側に流量計１３を配置し、先端側に流量調節バルブ１２を配置することも可能である。
【００２０】
分岐流路配管２２内には前記熱処理炉２内からの導出ガスが流れており、該導出ガスは前記流量調節バルブ１２および流量計１３を順次通過した後に、分岐流路配管２２の先端側から大気中に放出される。
また、前記流量調節バルブ１２により、分岐流路配管２２内を流れる導出ガスの流量を調節することができ、前記流量計１３により分岐流路配管２２内を流れる導出ガスの流量を計測することが可能となっている。
【００２１】
以上のように構成された残留アンモニア濃度測定装置１においては、前記流量調節バルブ１２の開度を適宜調節して、前記分岐流路配管２２内に所定流量Ｑ２の導出ガスを流動させるとともに、前記残留アンモニア濃度計測器１１に所定流量Ｑ１の導出ガスを流動させながら、前記残留アンモニア濃度計測器１１に供給された導出ガスの残留アンモニア濃度を計測することで、前記熱処理炉２内の残留アンモニア濃度を把握するようにしている。
【００２２】
このように、前記残留アンモニア濃度計測器１１に供給された導出ガスの残留アンモニア濃度を計測する場合、本残留アンモニア濃度測定装置１においては、前記分岐流路配管２２内を流れる導出ガスの流量Ｑ２が、次のような流量となるように前記流量調節バルブ１２の開度を調節するようにしている。
【００２３】
まず、前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度の真値を求める。残留アンモニア濃度の真値は、例えば、熱処理炉２に流路配管２１を介して残留アンモニア濃度計測器１１を接続するとともに、前記流路配管２１の周囲に冷却水が循環する冷却水管を配置して該流路配管２１を強制冷却し、流路配管２１内でのアンモニアの分解の進行を抑制しつつ熱処理炉２内の残留アンモニア濃度を計測することで得ることができる。
【００２４】
次に、前記熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量と、前記導出ガスにおける残留アンモニア濃度の前記残留アンモニア濃度計測器１１による計測値との関係を求める。
前記熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量と、前記導出ガスにおける残留アンモニア濃度の計測値との関係は、図２に示すごとくである。
【００２５】
つまり、導出ガスの流量が０からＱａまでの範囲では、熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量が増加するに従って残留アンモニア濃度の計測値も増加していき、導出ガスの流量がＱａに達すると、残留アンモニア濃度の計測値は前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度の真値Ｃとなる。
その後、導出ガスの流量がＱａを超えると残留アンモニア濃度の計測値は前記真値Ｃのまま一定値を示す。
【００２６】
この場合、熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量は、残留アンモニア濃度測定装置１における前記流量Ｑ１と流量Ｑ２とを加えた流量に相当するため、前記導出ガスにおける残留アンモニア濃度の計測値との関係は、前記残留アンモニア濃度測定装置１の流量調節バルブ１２の開度を調節して流量Ｑ２を変化させて（残留アンモニア濃度計測器１１に供給される導出ガスの流量は一定）、熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量を制御しながら、前記残留アンモニア濃度計測器１１による計測を行うことで求めることができる。
【００２７】
この場合、前記分岐流路配管２２内を流れる導出ガスの流量Ｑ２は、前記流量計１３により計測する。
また、前記制御装置１５には記憶部１５ａが設けられており、前述のように求められた前記熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量と、前記導出ガスにおける残留アンモニア濃度の前記残留アンモニア濃度計測器１１による計測値との関係が、前記記憶部１５ａに記憶されている。
【００２８】
このようにして求めた、前記熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量と、導出ガスにおける残留アンモニア濃度の計測値との関係から、前記残留アンモニア濃度計測器１１の計測値が前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度の真値となる、熱処理炉２内から流出する導出ガス流量の範囲を求めることができる。
本例の場合では、前記残留アンモニア濃度計測器１１の計測値が前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度の真値となる、適正な導出ガス流量の範囲は、導出ガスの流量がＱａを超える範囲となる。
【００２９】
なお、前記制御装置１５には演算部１５ｂが設けられており、前記残留アンモニア濃度計測器１１の計測値が前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度の真値となる、熱処理炉２内から流出する導出ガス流量の範囲は、前記演算部１５ｂにより求められる。
この場合、前記演算部１５ｂは、前記記憶部１５ａに記憶された前記熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量と、導出ガスにおける残留アンモニア濃度の計測値との関係を用いて、前記導出ガス流量の範囲を求める。
【００３０】
従って、前記熱処理炉２内から流出する導出ガスの残留アンモニア濃度を前記残留アンモニア濃度計測器１１により計測する場合、本残留アンモニア濃度測定装置１においては、熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量がＱａを超える範囲の流量となるように、前記流量調節バルブ１２の開度を制御して、前記分岐流路配管２２内を流れる導出ガスの流量Ｑ２を調節している。
なお、前記制御装置１５には制御部１５ｃが設けられており、該制御部１５ｃにより前記流量調節バルブ１２の開度の制御が行われる。
【００３１】
このように、熱処理炉２内から流出する導出ガスの流量がＱａを超える範囲、つまり前記残留アンモニア濃度計測器１１の計測値が前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度の真値となる範囲の流量となるように、前記流量調節バルブ１２の開度を制御したうえで、前記熱処理炉２内から流出する導出ガスの残留アンモニア濃度を前記残留アンモニア濃度計測器１１により計測することで、該残留アンモニア濃度計測器１１による計測値を、前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度の真値とすることができ、高精度な計測を行うことが可能となる。
【００３２】
特に、本残留アンモニア濃度測定装置１においては、前記流路配管２１を冷却するための大掛かりな設備を設けることなく、前記熱処理炉２内における残留アンモニア濃度を高精度に計測することができ、熱処理炉２内から流出する導出ガスを自動で連続的に計測して、計測した残留アンモニア濃度をアンモニアの供給装置などにフィードバックし、アンモニアガス供給管２５から熱処理炉２内に供給するアンモニアガスの流量を調節して、熱処理炉２内での処理条件を制御する場合にも、熱処理炉２内での処理条件を適正に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】残留アンモニア濃度測定装置を示す概略図である。
【図２】熱処理炉内から流出する雰囲気の流量と、前記雰囲気における残留アンモニア濃度の計測器による計測値との関係を示す図である。
【図３】従来の残留アンモニア濃度計測器により、熱処理炉内の雰囲気における残留アンモニア濃度を計測する際に、熱処理炉に接続される流路配管内でもアンモニアガスの分解が進行する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    残留アンモニア濃度測定装置
２    熱処理炉
１１    残留アンモニア濃度計測器
１２    流量調節バルブ
１３    流量計
１５    制御装置
１５ａ  記憶部
１５ｂ  演算部
１５ｃ  制御部
２１    流路配管
２２    分岐流路配管
【図１】
2009287071.tif 000003
【図２】
2009287071.tif 000004
【図３】
2009287071.tif 000005