JPH02227133A - 炉内において、また熱処理雰囲気において金属を熱処理する方法 - Google Patents

炉内において、また熱処理雰囲気において金属を熱処理する方法

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JPH02227133A
JPH02227133A JP1303438A JP30343889A JPH02227133A JP H02227133 A JPH02227133 A JP H02227133A JP 1303438 A JP1303438 A JP 1303438A JP 30343889 A JP30343889 A JP 30343889A JP H02227133 A JPH02227133 A JP H02227133A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒素ガス流の供給によって形成される金属熱
処理用雰囲気を製造するための方法に関する。前記ガス
流は、必要に応じて水素、メタノール、炭化水素の一つ
またはそれ以上を含むことができる。
熱処理雰囲気の組成は、実質的に酸素を含んでいてはな
らないが、一般、に比較的低い含有量の水蒸気の存在は
許容され、その量はある処理について決められる。これ
は、この種の使用の大部分が、空気の低温蒸留によって
製造された残留酸素の含有量がlOv、p、m、(10
Volua+es per m1llion)を超えな
い非常に純粋な窒素から出発しているためである。低温
窒素と称されるこの窒素は、製造コストが高いので、他
の工業資源が求められ、特に選択吸着および透過が調査
された。しかし、これらの場合、低温窒素の製造コスト
より有利となるため、通常、体積で0.5%〜3%の残
留酸素を含む吸着または透過に関して、窒素が競合する
ように純度を損わせて行う必要があった。
しかしながら、この不純物は、良い結果を必要とする熱
処理雰囲気の製造においては、このタイプの窒素の使用
を困難なものにしている。実際に、選択吸着による窒素
は、rHeat TreatmentProcesse
s with Nitrogen and Metha
nol basedata+ospharas−阿、 
KO5置ITZ and al −J、 HeatTr
eatment vol、 2. Nal〜35Jおよ
び出願人の仏国特許第79.05599.82.093
28.85.12380および85.12379にみら
れるように、窒素およびメタノールの混合物からの雰囲
気の製造が提案されている。
比較的不純な窒素とメタノールから製造したこのタイプ
の雰囲気は、鋼の硬化、炭窒化および炭化の前に加熱さ
れる傾向にあるが、基本となる雰囲気に添加された炭化
水素タイプの化学的な種を含む窒素によってもたらされ
る残留酸素の反応が、900℃程度の高温のために促進
されることは、炭化において著しい。
さらに低温法を用いるのと異なる高純度の窒素を製造す
るシステムがある。これらの比較的複雑なシステムは、
低温窒素と同様に、即ち、残留酸素の含有量がlOv、
p、m、より低い純度が達成できるDEOXOの名で知
られているユニットのような先に述べたタイプの窒素発
生器に始まる。このようなシステムは、たとえば、欧州
特許EP−A−0,075−663に記載されている。
これらのシステムは、広く用いられておらず、この高純
度の窒素は、低温窒素の製造コストに近ずいだが、低温
窒素の製造プラントが持つ単純性、柔軟性を持ち合わせ
ていない。
DE−A−2,844,167には、真空の下に操作で
きる炉の保護雰囲気中での金属の熱処理は、窒素以外の
成分をトラップする吸着器を通過した窒素を含む混合ガ
スを真空下にある炉へ供給することからなる。しかしな
がら、もし、N210□混合物の場合、吸着後の残留酸
素の含有が、大部分の処理に対して非酸化防止の効果が
防げられる。
しかしながら、この状況にかんがみて、出願人は、一連
の製造技術により、正確でかつ限定された手段で選択さ
れたいくつかの熱処理に、工業的な吸着による窒素を用
いることが可能であるという結論に達した。まず、選択
吸着により空気を分離し、残留酸素を含有する粗窒素ガ
ス流へ、接触反応を形成する水蒸気で残留酸素の実質的
な部分を少くとも除去するに足る水素を加えることから
始まり、本発明は、次の操作条件によって特徴づけられ
る。
a)窒素ガス流が0.1%〜3%の残留酸素含有量を持
つように選択吸着によって空気を分離させ、b)外部熱
供給を伴なわない、もっばら、触媒による接触反応を形
成する水蒸気をもたらし。
C)窒素ガス流に対して0.2%〜6%の水蒸気含有量
、残留酸素が30v、p、m、より低くなるように接触
反応を形成する水蒸気をもたらす。
次のいずれか一つが適用される。
di)水素の添加は、接触反応後の混合気流が全体のフ
ローに対して2%〜5%の水素含有量を持つように、過
剰のフローによって行い、前記気流はもっばら、銅の焼
鈍あるいはろう付の雰囲気を形成するために使用される
d2)水素の添加は、接触反応後の混合気流が全体のフ
ローに対して2%〜75%の水素含有量を持つように、
過剰のフローによって行い、そして、前記の気流は、も
っばら、#11の脱炭焼鈍用の雰囲気を形成するのに用
いられる。
d3)水素の添加は、水蒸気への転換を確保するに足り
る最小量で行われ、雰囲気は、前記の気流、全体のフロ
ーに対して15%〜50%のアンモニアによって製造さ
れ、鋼の窒化に用いられる。
d4)水素の添加は、形成された気流が2%〜15%の
水素含有量を有するように過剰のフローによって行い、
前記の気流は、銅、ニッケル、必要なら鉛を含んでもよ
いこれらの合金の焼結のための雰囲気の形成にもっばら
用いられる。
d5)水素の添加は、形成された気流が2〜15%の水
素含有量と水/水蒸気の比が4より高くなるように、過
剰のフローで行われ、前記の気流は銅−錫合金の焼結の
ための雰囲気を形成するために用いられる。
先に述べた混合した中間物は、いくつかのファクターを
考慮することから生じる。たとえばもし、粗窒素を製造
する吸着器の酸素含有量が3%に制限されるなら、これ
は5銅の焼鈍およびろう付、鋼の窒化および脱炭焼鈍、
あるいは非鉄金属の焼結のように、6%に達する水蒸気
の含有量を用いているいくつかの熱処理をカバーするこ
とができる。もし、少くとも0.1%に等しい残留酸素
含有量の吸着器を操作すると仮定すると1、吸着器の分
離性能を改善しようとする望みは、予期する処理と両立
せずに窒素のコストに影響するだけでなく、前記の処理
には、少くとも0.2%に等しい水蒸気の含有量を必要
とする。
本発明によって提案された処理において、酸素含有量が
その利用にかなった非常に低い値へその範囲をある手段
で減らす期待で、処理雰囲気中の水素の存在から利益を
得ることはできず、それは。
処理の過程中で、温度が400〜500℃より低いとき
に、水素と酸素とから水蒸気形成の運動が十分に早くな
く、かつ残留酸素がとくに連続炉の冷却ゾーンで金属の
酸化を行うに十分であるためである。
したがって、処理ガスを炉へ導入する前に酸素を除去す
ることが肝要である。
粗窒素中の酸素濃度は、仮に経済的に許容できない量の
水素の添加で負担になれば、3%を超えてはならないし
、接触反応を成す水蒸気は、残留酸素が30v、p、m
、を超えないように比較的効率良くもたらす必要がある
。しかしながら、酸素の殆んどが除去され、かつきわめ
て高純度の処理ガスが得られるという高性能を有するD
EOXOタイプの反応器を用いることは必要でなく、ま
たコスト高となる。
DEOXOタイプの反応器は、外部からがなりの熱を供
給する必要があるために、費用がかがる。これが、本発
明が触媒としてアルミナ支持体の上にパラジウムを用い
る他で利用されているようなエネルギーの自給自足がで
きる接触反応器を用いる理由である。そのような触媒は
、熱を外部から供給することなしに作用し、かつ適性な
性能を生じる。そのため、30v、p、m、より高い酸
素含有量は回避できる。
次に、窒素発生器について詳細に説明する。この窒素発
生器は、一般に炭素分子を有するタイプの吸着剤を組込
んだ二つの吸着器を持ち、吸着器の一方は圧縮ステージ
であり、他方は減圧ステージであり、吸着運動を循環さ
せる通常のタイプのものであり、窒素の製造の最初の部
分に相当する。
空気が圧縮され、79バ一ル程度の圧力で吸着器に導入
され、急速な減圧により回収した窒素は、圧力下に利用
される0回収の程度により、酸素含有量は、多少高くな
る。70%を空気中へ放出し、30%を製造回収すると
粗窒素は、酸素含有量が3%となり、85%を空気中へ
放出し、導入した空気の15%を回収すると、粗窒素は
、0.5%の酸素含有量である。残留酸素の含有量は、
吸着器のグループに対して、システムの効率や収率を特
徴づける製造回収の程度によって決まってくる。有利に
は、吸着器を有する発生器の出口に、残留酸素含有量の
変動を平均化するために、非製造ステージを考慮してバ
ッファ貯蔵器を配置するのがよい。
できれば、供給の安定を保証し、また、吸着窒素の品質
を変えるために、粗窒素、および液体窒素のタンクの酸
素含有量を連続分析してもよい。
接触反応は、事前にバッファ室で行うのがよい。
触媒は、周囲温度で、酸素の速やかなかつ完全な反応を
行い、酸素含有量を30v、p、m、以下とするように
選択される。触媒は、反応器の容積のs、oo。
〜10,000倍の連続フローを処理できる0、5%の
パラジウムを有するアルミ、ナタイプのものを用いるこ
とができる。このタイプの触媒は、ガスを事前に加熱す
る必要がなく、さらに反応器を初期のガスを野外へ排出
して始動させることもない。
この接触反応器は、種々の手段をプラントへ導入できる
。たとえば。
■ 各熱処理炉は、炉のフローに適合する体積の接触反
応ポットを有する。この変形は、窒素発生器の初期の酸
素含有量の関数である水蒸気含有量を有する、水素で処
理した窒素を炉へ与えることができる。反応器は、簡単
に実現できる低圧(1バール)で供給される。
■ 全く同一の接触反応器が多くの炉に供給され、この
反応器は、一般に5〜7バールの圧縮されたガスが供給
され、反応器から出た脱酸されたガスは、発生器の調整
による関数である水蒸気量を有している。
本発明に関連する処理が試験された。
・銅のろう付および焼鈍 処理は、低温窒素および2〜5%の水素で実施される。
tRにおいては、酸化の問題を避けるために処理ガス中
の残留酸素含有量を非常に低くすることが重要であるが
、他方、水蒸気のコントロールは重要でない。
したがって、低温窒素は、吸着式発生器からの処理ガス
で換えられ、前記発生器へは、接触反応後に2〜5%の
水素となるように粗窒素ガスへ水素を添加したものが入
れられ、また、この混合ガス中の水蒸気の量は、発生器
によって製造された窒素中の初期の酸素含有量の関数と
なる。
・鋼の脱炭焼鈍 これらの焼鈍は、低温窒素および水素で行われる。高温
での水蒸気の導入は、露点を上げ、かっ脱炭を促進させ
る。水素および水蒸気の含有量は、酸化することなく脱
炭できるように調整される。
低温窒素は、接触反応後に2〜75%の水素が得られる
ように水素が加えられた吸着式窒素発生器からの処理ガ
スで換えられ、この混合ガス中の水蒸気量は、窒素中の
初期の酸素の含有量の関数となる。
・鋼の窒化 鋼の窒化処理は、窒素、15〜50%のアンモニアおよ
び2〜5%の窒素の初級酸化物で実施できる。
これらの処理は、主として不連続炉内で行われる。
吸着式発生器によって製造した窒素の導入は、冷却時に
酸化を生じやすいが、これは酸素を接触反応により水蒸
気へ転換するのを確保するのに足りる量の水素が添加さ
れることにより避けることができる。
・銅、ニッケル、必要により鉛を含有するこれらの合金
の焼結 水素を含む低温窒素がこれらの金属の焼結に用いられ、
接触反応後に2〜15%の水素が得られるような水素と
窒素の混合物が用いられる。
・銅−錫合金の焼結 銅−錫合金の場合、どちらかといえば錫が酸化しやすい
元素であり、H,(v、p、m、)/H,O(v、p、
m、)の比が4より大きくなるように水蒸気の量を制限
して加える必要がある。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)必要なら水素、メタン、炭化水素の一種またはそ
    れ以上の成分を含有する窒素ガス流を供給することによ
    って形成される金属熱処理用雰囲気の製造方法であって
    、まず選択吸着による空気分離によって残留酸素を有す
    る粗窒素ガス流を形成し、これに、残留酸素の大部分を
    接触反応を形成する水蒸気で除去するのに十分な水素フ
    ローを加えることからなる方法において、 a)窒素ガス流が0.1%〜3%の残留酸素を持つよう
    に選択吸着によって空気の分離を行い b)熱を外部から供給することなく、触媒による接触反
    応を形成する水蒸気をもたらし、 c)窒素気流に対して0.2%〜6%の水蒸気含有量に
    して残留酸素の含有量を30v.p.m.以下になるよ
    うに接触反応を形成する水蒸気を導き、d)純化された
    窒素ガスは、銅の焼鈍、銅のろう付、鋼の脱炭焼鈍、銅
    、ニッケル、または、必要なら鉛を含んでもよいこれら
    の合金の焼結、銅−錫合金を焼結するための雰囲気を製
    造するためのベースとする 各ステップからなることを特徴とする熱処理雰囲気の製
    造方法。
  2. (2)接触反応後の混合物の気流は、水素含有量が全体
    の流れに対して2%〜5%となるように過剰の水素を窒
    素に加え、前記のガス流を銅の焼鈍又は銅のろう付の雰
    囲気とする特許請求の範囲第1項に記載の熱処理雰囲気
    の製造方法。
  3. (3)接触反応後の混合物の気流は、水素含有量が全体
    の流れに対して2%〜75%となるように過剰の水素を
    窒素に加え、前記のガス流を銅の脱炭焼鈍の雰囲気とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の熱処理雰囲気の製造方
    法。
  4. (4)水蒸気の転換を確実にするに足りる最小量の水素
    を加え、前記ガス流に全体の流れに対して2%〜5%の
    窒素の初級酸化物および15%〜50%のアンモニアを
    加え、鋼の窒化の雰囲気とする特許請求の範囲第1項に
    記載の熱処理雰囲気の製造方法。
  5. (5)2%〜15%の水素含有量となるように過剰の水
    素を加え、前記のガス流を銅、ニッケル、または必要な
    ら鉛を含んでもよいこれらの合金を焼結するための雰囲
    気とする特許請求の範囲第1項に記載の熱処理雰囲気の
    製造方法。
  6. (6)形成されるガスが、2%〜5%の水素含有量で、
    水素/水蒸気の比が4より大きくなるように過剰の水素
    を加え、ガス流をもっぱら銅−錫合金の焼結の雰囲気と
    する特許請求の範囲第1項に記載の熱処理雰囲気の製造
    方法。
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