JPH09330131A - 炉内酸素分圧の制御方法及び制御装置 - Google Patents

炉内酸素分圧の制御方法及び制御装置

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JPH09330131A
JPH09330131A JP8150900A JP15090096A JPH09330131A JP H09330131 A JPH09330131 A JP H09330131A JP 8150900 A JP8150900 A JP 8150900A JP 15090096 A JP15090096 A JP 15090096A JP H09330131 A JPH09330131 A JP H09330131A
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JP
Japan
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partial pressure
oxygen partial
furnace
mixing ratio
gas
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Application number
JP8150900A
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English (en)
Inventor
Seigo Shiraishi
誠吾 白石
Emiko Hashimoto
恵美子 橋本
Masakazu Tanahashi
正和 棚橋
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱炉内の酸素分圧の検出と、その検出値と
酸素分圧の目標値との比較と、その比較結果に基づい
た、炭酸ガスと水素ガスとの流量混合比の調節と、前記
流量混合比の調節された炭酸ガスと水素ガスとの混合ガ
スの炉内への供給とを自動的にかつ連続して行うことに
より、外乱等の発生があっても、酸素分圧は目標値を維
持することになり、従来の方法と比べて、より高い精度
で炉内酸素分圧を制御することが可能となる。 【解決手段】 加熱炉10内の酸素分圧を検出するセン
サー11と、センサー11よって検出された検出値12
と酸素分圧の目標値に相当する設定値とを比較する比較
演算器13と、比較演算器13による制御信号15に基
づいて炭酸ガス16と水素ガス17との流量混合比を調
節し、流量混合比の調節された混合ガス20を加熱炉に
供給する流量混合比調節手段14とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素分圧雰囲気制
御を必要とする加熱炉に関するもので、例えばセラミッ
ク電子部品の製造に用いられるトンネル式加熱炉または
バッチ式加熱炉に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、500℃以上の熱処理に用い
られる加熱炉の炉内酸素分圧を制御する方法としては、
炭酸ガスと水素ガスとの混合ガスの化学平衡を利用した
緩衝気体混合法が広く一般に知られている。以下、この
方法による酸素分圧の制御方法について説明する。まず
次の化学式(化1および化2)の任意の温度T℃におけ
る平衡定数をそれぞれK1およびK2とする。
【0003】
【化1】
【0004】
【化2】
【0005】次に、炭酸ガスと水素ガスの流量混合比a
を次式(数1)に示すように定義する。
【0006】
【数1】
【0007】前記のK1、K2、aを用いると任意の温度
T℃における炉内の酸素分圧の対数は次式(数2)で表
わされる。
【0008】
【数2】
【0009】任意の温度T℃における、酸素分圧の目標
値を設定すれば、数2を用いることにより、その目標値
に対応する炭酸ガスと水素ガスの流量混合比aを逆算す
ることができる。前記混合比aが一定になるようにロー
タメータ等のガス定量供給手段を用いて炭酸ガスおよび
水素ガスとを炉内に供給することにより、理論的には炉
内酸素分圧を制御することが可能である。
【0010】従来の研究によれば、流量混合比aが50
〜500の範囲においては、酸素分圧の実測値の対数と
前式(数2)より算出した酸素分圧の計算値(対数)と
の偏差は±0.01程度であることが報告されている。
このことは化学総説NO.9(「固体の関与する無機反
応」日本化学会編、P.160〜161)に記載されて
いる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガス定
量供給手段として従来のロータメーター等を用いて前記
の流量混合比aを制御する方法では、ガス混合比自体の
精度のばらつき、あるいは熱処理対象物および装置自体
の酸化還元による外乱等により、目標値を正確に維持す
ることは困難であり、前記の従来法の精度が事実上の限
界であった。
【0012】本発明は、前記の問題点を解決し、加熱炉
内の500℃以上の高温度領域において、酸素分圧の目
標値を高い精度で制御することができる炉内の酸素分圧
の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の炉内酸素分圧の制御方法は、500℃以上の
熱処理に用いられる加熱炉の炉内酸素分圧を検出し、そ
の検出値と酸素分圧の目標値に相当する設定値とを比較
し、その比較結果に基づいて炭酸ガスと水素ガスとの混
合ガスの流量混合比を調節し、前記流量混合比の調節さ
れた炭酸ガスと水素ガスとを炉内に供給する炉内酸素分
圧の制御方法であって、前記検出、比較、調節、供給の
一連の動作を自動的にかつ連続して行うことにより炉内
の酸素分圧を目標値に維持することを特徴とする。
【0014】また、本発明の炉内酸素分圧の制御装置
は、500℃以上の熱処理に用いられる加熱炉の炉内酸
素分圧の制御装置であって、炉内の酸素分圧を検出する
酸素分圧検出手段と、前記酸素分圧検出手段によって検
出された検出値と酸素分圧の目標値とを比較する酸素分
圧比較手段と、前記酸素分圧比較手段による比較結果に
基づいて炭酸ガスと水素ガスとの流量混合比を調節する
流量混合比調節手段と、前記流量混合比調節手段によっ
て流量混合比の調節された炭酸ガスと水素ガスとの混合
ガスを加熱炉に供給するガス供給手段とを備えたことを
特徴とする。
【0015】以上のような方法及び構成によれば、加熱
炉内の500℃以上の高温度領域において、外乱等の発
生があっても酸素分圧は目標値が維持されることにな
り、従来のものと比べ、より高い精度で炉内酸素分圧を
制御することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の炉内
酸素分圧の制御装置の一実施形態の構成を示している。
以下、酸素分圧の一連の制御について説明する。まず、
500℃以上の熱処理に用いる加熱炉10に設けられた
ジルコルニア酸素センサー11によって炉内酸素分圧を
検出する。この検出値12はジルコルニア酸素センサー
11の起電力としての電圧信号に変換されている。検出
値12は、比較演算器13に入力される。比較演算器1
3には、例えばマイクロコンピュータが用いられる。比
較演算器13は、検出値12と酸素分圧の目標値に相当
する設定値とを比較する。この比較結果に応じて、比較
演算器13は、検出値12が炉内酸素分圧の前記設定値
より高い場合は、前記混合比aを低くする様に(すなわ
ち水素ガス濃度を高くする様に)、また逆に検出値12
が炉内酸素分圧の前記設定値より低い場合は、前記混合
比aを高くする様に(すなわち炭酸ガス濃度を高くする
様に)流量混合比調節器14に制御信号15を入力す
る。流量混合比調節器14には、例えばマスフローメー
タが用いられる。流量混合比調節器14は入力された制
御信号15にしたがって、炭酸ガスボンベ16および水
素ガスボンベ17から供給された炭酸ガス18及び水素
ガス19の流量を調節する。炭酸ガス18と水素ガス1
9を適切な混合比にした後、これらの混合ガス20を加
熱炉10に供給する。以上のような検出、比較、調節、
供給の一連の動作を自動的にかつ連続して行う。
【0017】以上のような方法及び構成によれば、装置
の精度に起因するガス流量等の乱れ、あるいは熱処理対
象物、装置自体の酸化還元による外乱等の発生により、
酸素分圧が変動した場合でも、前記自動制御が連続的に
繰り返されているため、酸素分圧は目標値に戻る様に混
合比が自動的に変化する。このため、前記外乱等の発生
があっても、酸素分圧は目標値を維持することになり、
従来の方法と比べて、より高い精度で炉内酸素分圧を制
御することが可能となる。
【0018】なお本発明は、前記の緩衝気体混合法の混
合ガスの化学平衡を利用した方法である。このため、前
記化1および化2の化学式の平衡が反応速度論的に安定
して成立するためには、対象とする熱処理が500℃以
上である必要がある。具体的には、800℃〜2000
℃の範囲が好ましい。
【0019】また本発明は、炭酸ガスと水素ガスを供給
するガス供給手段を備えているが、この炭酸ガスおよび
水素ガス以外にも例えば、窒素ガスやアルゴンガスとい
ったような、前記化1および化2の化学式に示した化学
反応に対して不活性なガスが共存しても構わない。
【0020】また前記本発明の一実施形態では、炉内の
酸素分圧を検出する酸素分圧検出手段としてジルコルニ
ア酸素センサーを用いたが、炉内の酸素分圧を検出する
他の検出手段を用いても構わない。
【0021】
【実施例】以下、この炉内酸素分圧の自動制御装置を用
いた一実施例を示す。本実施例では、内容積が330リ
ットルの汎用加熱炉を用い、炉内温度1250℃におけ
る加熱炉内の酸素分圧の目標値を1×10-8atmとし
た。また従来例との比較も行った。比較例では、前記実
施例と同じ加熱炉についてロータメータを用いて混合ガ
スを供給した。この比較例の炉内温度、酸素分圧の設定
条件は前記実施例と同じである。炭酸ガスと水素ガスの
混合比aは数2から逆算し、a=14.8とした。また
実施例および比較例とも、炭酸ガスと水素ガスとの混合
ガス全体の流量は、100リットル/分になるように調
節した。
【0022】以上のような設定条件の下で、本実施例お
よび比較例とも炉内温度が1250℃の定常状態に至っ
た後の60分間における酸素分圧の実測値の標準偏差を
算出し、目標値の精度を比較した。以下、表1に結果を
示す。
【0023】
【表1】
【0024】この表1から明らかなように、本実施例に
よる炉内酸素分圧の自動制御装置を用いた場合は、酸素
分圧の対数値の標準偏差が比較例に比べて小さい。具体
的には、本実施例の標準偏差は比較例の0.26倍であ
り、目標値の精度の点で優れた効果があることがわか
る。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、加熱炉内
の酸素分圧の検出と、その検出値と酸素分圧の目標値と
の比較と、その比較結果に基づいた、炭酸ガスと水素ガ
スとの流量混合比の調節と、前記流量混合比の調節され
た炭酸ガスと水素ガスとの混合ガスの炉内への供給とを
自動的にかつ連続して行うことにより、外乱等の発生が
あっても、酸素分圧は目標値が維持されることになり、
従来の方法と比べて、より高い精度で炉内酸素分圧を制
御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の炉内酸素分圧の制御装置の一実施形態
の構成図。
【符号の説明】
10 加熱炉 11 ジルコルニア酸素センサー 12 検出値 13 比較演算器 14 流量混合比調節器 15 制御信号 16 炭酸ガスボンベ 17 水素ガスボンベ 18 炭酸ガス 19 水素ガス 20 混合ガス

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 500℃以上の熱処理に用いられる加熱
    炉の炉内酸素分圧を検出し、その検出値と酸素分圧の目
    標値とを比較し、その比較結果に基づいて炭酸ガスと水
    素ガスとの流量混合比を調節し、前記流量混合比の調節
    された炭酸ガスと水素ガスとの混合ガスを炉内に供給す
    る炉内酸素分圧の制御方法であって、前記検出、比較、
    調節、供給の一連の動作を自動的にかつ連続して行うこ
    とにより炉内の酸素分圧を目標値に維持することを特徴
    とする炉内酸素分圧の制御方法。
  2. 【請求項2】 500℃以上の熱処理に用いられる加熱
    炉の炉内酸素分圧の制御装置であって、炉内の酸素分圧
    を検出する酸素分圧検出手段と、前記酸素分圧検出手段
    によって検出された検出値と酸素分圧の目標値とを比較
    する酸素分圧比較手段と、前記酸素分圧比較手段による
    比較結果に基づいて炭酸ガスと水素ガスとの流量混合比
    を調節する流量混合比調節手段と、前記流量混合比調節
    手段によって流量混合比の調節された炭酸ガスと水素ガ
    スとの混合ガスを加熱炉に供給するガス供給手段とを備
    えたことを特徴とする炉内酸素分圧の制御装置。
JP8150900A 1996-06-12 1996-06-12 炉内酸素分圧の制御方法及び制御装置 Pending JPH09330131A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105929861A (zh) * 2016-05-11 2016-09-07 玛切嘉利(中国)有限责任公司 液压缸用冷拔焊管热处理的碳势控制系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105929861A (zh) * 2016-05-11 2016-09-07 玛切嘉利(中国)有限责任公司 液压缸用冷拔焊管热处理的碳势控制系统

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