JPS5996260A - 雰囲気ガスの制御方法 - Google Patents

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】 本発明は雰囲気ガスの制御方法に関するもので、鉄系部
品等の浸炭処理において、炉材（煉−□□ 瓦、セラミック及び金属）、炉内に装入された被処理品
の量（浸炭面積）及び被処理品の材質等に応じた理想的
な雰囲気、具体的には理想的／な平衡炭赤イ農度のもと
に処理を行うことができることを特徴とするものである
。

一般に、上記浸炭処理は所要濃度のＣ３ｏを含む変成ガ
スあるいは不活性ガスをベースに炭化水雲等のガス−を
添加し、炉内で自己変成させたガスｃ以下キャリアーガ
スという。）を炉内に供給して牙２図示のごとき炭素濃
度勾配で行っている。しかしながら、炉内温度が上昇す
ると、キャリアーガス中のＣＯが酸化され、ＣＯ濃度が
低下してＣＯ，２儂度が上昇する。

そのためＣＯコを還元し、所定の炭素濃度を得？生るた
め炭化水素系ガスｃ以下エンリッチガスという。）を添
加している。

しかしながら、エンリッチガス添加−計がｌＰ内幅度、
ガス組成、ネ皮処理品の表面炭素濃度の平衡範囲内の量
を超えた場合には煤が発生し、以後の制御が不可１ｊρ
となる。したがって、エンリッチガスの最大添加前の算
出は極めて重大である。

従来、上Ｚ己のごとき雰囲気ガス制御方法として、定寸
エンリッチ方式ある込は特公昭５６−３１３５５号公報
に掲載されたごとき方法−／ＪＥ採用されている。

上記定量エン、リッチ方式は経験的に煤が発生しない少
めのエンリッチガスを定量的に供給するものであり、あ
るいはさらに制御値に７ｉした後に自青力、：用１・ｙ
ｇする方式で・あるが、悲までも経Ｉ倹的であるため正
確な！１ｊｌＪ御が困誰である。

すな′ｌｌ）ち、炉材、被処理品の一訃（侵炭面桔）等
によりＣＯ，２の発生用に変化があり、また、被処理品
の材質により−１−ζｌ；’ｌ］気と表面炭串、’、ｙ
’１１度の差に変化があり、そセらに順応したエンリッ
ヂガスの１共給が行わ１１ない場合があった。

上記欠点を１余去するため、本願出ＩＣＦｉ人はｌｉ！
？公昭５６−３１３５５号公報に掲載された方法を提供
したもいである。

該方法は炉内に装入される「彼処ＪＩｉｊ品の浸炭面積
（表面イ゛駈）」に応じた定？ｆｒ徴の初回エンリッチ
ガスを供給して特定ガス（Ｃ０，２，ＧＯ等）を基、準
濃度に対応する炭素ポテンシヤル（以下−〇、Ｐという
。）よりもかなり低いが制岬可・泪フｘＣ−Ｐに対応す
る所定の初期濃度ＶＣ５せしめた後、前記特定ガスの濃
度が前配り、（準濃度に近づくにつれてその濃度の変化
０割合いが少くなるような予め定められた「時間的濃度
変動曲線」に従って変動するように、前記エンリッチガ
ス流量を町’ｌ麦？！ｉ！Ｉ御しつつｊｊｊＪ記エンリ
ッチガスを炉内に供給するもぴ）である。

上記彼処８８（４品の７′・ｋ炭面♀を基準とする処理
方法は従来の定分エデリッチ方式に位べて優れた効呆を
得ることができろが、被処理品の浸炭面積のみでは現つ
６の処理状態及び被処理品の実ｒαを完全に４１２　＃
ｊｉ　Ｌ／たとは言えない場合がある。

そこで、）１．、イａ明は」実の処理状態は炉材により
一１１？す、さらに０月−のγ、、七炭面ｒ：（Ｆを有
する被処理品であっても肉１７ある贋は肉スゲ部品、大
型あるいは小）Ｘｌ暑″（ｌＸ品に」：って炉昭の平１
行点、Ａ）変態Ｉ：：１始時及び完了１Ｂｒ、荷、湛お
くれ相違が生ずるととＫ　’ｒ７Ｖ目したものであり、
さらに処理に先立ってイに処理品の侵炭面Ｆｊ″ｔの算
出を行う必要がないことをｌ（存ζ改とするものである
。

上記の点に６”、為み、本発明では被処理品の炉内装入
時から昇温までの炉内温度曲線により、炉及び被処理品
の実！、・幌を把握し、それにより雰囲気制御値までの
降下曲線を演算し、その曲線によってその後の雰囲領を
Ｉ！ｊ’Ｊ　’ｌ卸することを特徴とするものである。

、　　すなわち、不発明は現実のｌ炉内に現実の被処理
品を装入した時点から昇７１昂までの初期Ｉ炉内着４１
度変化により、炉及び彼処森実態を押してその後０エン
リツチ添ＤＵ量の制御を行うものでふる。

上記実態の把ＩＩ中には前記した！１′？公昭５６−３
１３５５号公報に掲載されたと１合、明中の７ツ？炭面
積も要素となり、また、炉材及び：”、ｌシ処叩品の材
質も一要素となる。

まず、上記・彼処Ｔｉ（品の炉内装入時から、：Ｉ、　
１１’、；！　＝ｌ：での温度曲線を分析すると下記（
イ）〜（ホ）θ）、香りである（ツ・１図；；Ｂ　、１
（（シ）。

（イ）　被処理品の装入により・枦内潟庶がｌ”：、’
ｈ下し、やがて炉温平ご４点ＶＣ達する・ （ロ）・罪温平１折点より招−否１λしてＡｌ変居］点
（７２３°Ｃ）。

に到升し、ＡＩ変ｒ１４が開始される。

（ハ）　Ａ、変態終了する。

（−）　　Ａ／変、暢終了により昇温が行わ負る。

６１−）　　彼処（１１１品実・・、（４招’　ｉ：ｌ
Ｗが行わ負る。

つぎに被処理品の浸炭面祐・を考＆てりろと、同一ｊｉ
！″イ１１−でｌ見炭面債の−１１：（、る下記Ｃσ）
〜ｆＣ１の場合、それらが上記、１・；ノ処）ｌｉ！品
の炉内装入時ｈ・ら外温までの１晶Ｊ駈曲ｉａ、’ａ　
［下記のごとく表われる。

（α）６！・炭面招太・・・ブレス打抜品、小型ピスト
ン、ビス等 （ｈ）浸炭ｒｉｌｌ　（、、’ｆ中・・・ギアー、ビン
類！ｃ）　　侵炭面ｆ：Ｊ小・・・大型部品上記稀）隻
曲線は上記ムシ炭面稈７′ｎ丈小によって一定の関係が
あることが実験の結果判明している。

すｌ、仁わち、ツ・３図示のごとく、上記（α）の場合
ば枦７品平１２．１点（前売（イ））に達する温度降下
が大きく、その時間も短く、Ａ、変態ｔｊｊ’ｌ始のお
くれが少＜−シかも早く完了し、いわゆる昇温遅れ゛が
少い。上記ｆＣ１の場合は（、ｚ）の場合と逆の状態と
なり、また、上ｉ’ｉ５　（／ｌ）の場合はｆ、ｚ）及
び（ｃ）の場合の中位とｔｘろ。これはＪ枦からの４．
＼伝達が被処理品の浸炭面稍により変化するためである
。

その＋ＶＪ係を式で役わすと、下記のごとくなる。

Ｑ＝α（ｔＱ−ｔ、　）　Ｓ　　−−−−−一中（１ｏ
−固体表面瀞度ＣＣ）、ｔノ＝硝体の習１度ｒｃ＋、Ｓ
−固体の伝ｇ’６面の面Ｊ　Ｇ７Ｚ’！、α−熱伝Ｔ？
系（Ｋ　Ｌ’／ｎ７　ｈ　−ｃ　）　　）したがって、
上記各点の変化からネ１シ処狸品の浸炭面債を逆賞でき
る。

実験の結果では被処理品のむ炭面彷と被処理品の炉内装
入時から！？−１Ｗまでの温度曲線の関係が長も正確に
検出されるのは上記（イ）の場合の降下導度及びその時
間であることが判明した。

なお、上記検出をさらに正確に行うには被処理品の装入
と同時に炉のヒーターをＯＦＦとし、炉の蓄熱量のみで
、被処理品と平衡させることがＩＦ要である。

すｌｘわち、ヒーターをＯＮの状態で被処理品を装入し
た場合、ヒーターの副射熱によって炉内位１δによる温
度のバラツキが生じ、平衡が不、兜全となるとともに、
ヒーターの出力自体も工程に圧、抵抗イ１１１ｒ、の変
化に影響され誤差が生ずる可能性がある。

また、上記ｒＰ　ｉ智を一度平衡状態にすることは再績
晶温度を均一に通過させ、加工応力の除去に効果があり
、歪の減少にも寄与するものである。

ツ・４図には同一〇−Ｐで慄業した場合の炉材（Ｆ、２
２０３’ｙＡ：　）と雰囲気（０，，００，、Ｈ２Ｏ）
　、エンリッチガス（ＣりＨ２Ｏ）添加量の実験データ
ーが示されている。

同図において、ｃｄ、）は温度曲線、（ｇｌはレンガ炉
の′・ｊ本問気曲腟（Ｆ、３０グ腓、　２２．６に９　
）　、（ｆ））はセラミックファイバー炉の雰「ｊＵ気
曲線（Ｆ、３　ｏ＋ｔ１．６に：ＰＩ（Ｆ）は金ハ（レ
トルト）炉の雰囲気曲＋ｆｋ、ｌ　（１ｇ３銖量１０、
２１’−ｙ　）を示し、ｆｅ）は上記レンガ炉の場合の
エンリッチガス添加量、（７）はセラミックファイバー
炉σ）場合のエンリッチガス添加量、（！／）は金６（
レトルト）炉の場合のエンリッチガス添加量を示すもの
であり、炉材により雰囲気及びエンリッチガス添加−吐
が異ることが判明している。

したがって、後述の降下曲線の演算過程では上記被処理
品の形態（α）　（，６）（Ｃ１とともに炉材も条件要
素とされる。

以下に本発明の一実施例を図面について詳細に説明する
う ツ・１図には浸炭サイクル（昇温→浸炭→拡散→降温→
焼入）ＶＣおける炉内温度曲線（ｘ）及び雰囲気１ｉｊ
ｌ　’ｆｆｉ’ｉｌ　’ＩＮ　’！’でノ（０，２ｍ　
Ｗの降下面＞ｔ’Ｎ　１　（ｃｐ）力；示されている。

本発明は炉内温度曲線（ｘ）のうち、昇流工程内の曲７
線により、浸炭工程中の上記降下曲線ｆ　（ａｐ）を演
算し、演算された曲線によって雰囲気、具体的にはエン
リッチガスの供給量を、ｉＬ’ｄ　節して雰囲気を制御
するものである。

上記炉内７２．！度曲線師）のうち、昇温工程内の曲線
はすでに（イ）（ロ）（ハ）四囲として述べ、さらにツ
・１図に同符号で示しであるように分析することができ
る。

つぎに、Ｃ０２濃度の降下曲線ｆ’（ｃｐ）を被処理品
の装入より・炉内温度が降下し、やがて炉温平衡点に建
する（前記（イ））から演ユする場合を述べる。

その場合、被処理品装入時の炉ｍ？＋（ｔ３）と炉温平
衡点（ｔ、’）までの需３度差（ｔツ）及び時間値）が
算出される。それを被処理品の鍾別（前記（ａ）　（ｈ
）（Ｃ））について、メ・３図の実験結果から算出する
と、下記の表のごとくなる。

ここで、雰囲気の下る時間（ｈ）と降下温度差（ｔユ）
の関係は 煉瓦炉を例にとると、 ｈ　　＝１１０−５ん　　　　　−−−−−［２１（こ
とで、１１０．７００は実験値） したがって、［・Ｔ下曲拡ｆ　（ＣＰ）は（す）、（ｈ
）を開破とする二次面；腺 で表わされる。

なお、特殊な被処理品、例えば浸炭面積の少−メッキ部
品、再処理部品、治具重量の多い部品等にあっては昇温
時の温度曲線が同一であっても降下曲線は急とし、浸炭
面積の太いスケール附着品（熱鍛品）にあっては昇温時
の温度曲線が同一であっても降下曲線は緩やかにしなげ
ればならない。その修正は浸炭開始後、一定時間後のエ
ンリッチ添加量をコントロールバルブの開度を調整して
修正すればよい。

また、本発明は被処理品装入時から昇流までの炉内温度
曲線Ａ、例えばＡ／変態点到達点までの炉内温度曲線あ
るいはさらに昇温おくれ点までの炉内温度曲線により雰
囲気制御値までの降下曲線を１ｉｉｔ　ｎ：することも
可能である。

上記降下面、腺ｆ　（ａｐ）の演算は米５図（Ａ）　（
Ｂｌ　（Ｇｌのごときｌｌ３５で行わ＋上る。なお、図
中（２）は煉瓦炉、（Ｂ）はセラミック炉、（０）はレ
トルトを示す。すなわち、そｈぞれの炉ｉ１０＋　Ｉｃ
キャリアーガス供給管ｆｉｌｌが連結され、該キャリア
ーガス供給管０１）にはυＷ（〕計ｔ１２）及びコント
ロールバルブ（１３）を介してエンリッチガス供給管（
１４１が連結され、コントロールバルブ（１３）は”Ｊ
　ｌ’ｌ計（１５１によってコントロールされる。

さらに、上記ｇ、１．１惰計（１５１には炉（ＪＯ）に
設げられたオｉ＋電対（１６）及び雰囲気（０コあるい
は００２等）濃Ｌ・；て測定装置（Ｌｎが連氷占される
。

上記、ｌ１１１ｔミ（１計（１５）は炉材、被処理品の
量、材質等ごとのデーター、４：シシ’ＬＸ対（ｌｅに
よる温度変化の記（Ｔ＋とともに、彷処理品装入後、炉
温平衡点、Ａ。

変態点、昇温おくれ心金の時間測定及び相互の明達を処
坤演算する機亜を有し、そこで演算された降下曲線ｆ　
（ｃｐ）に従ってコントロールバ。

ルブ（工３）をコントロールするよう構成される。

上記のごとく、本発明は従来着目されていない被処理品
装入時から昇温までの炉内温度曲線により雰囲気制御値
までの随下曲イ・３を演灯し、その曲線によって炉内雰
囲気を制御するものであり、現実の処」！Ｐ状態及び被
処理品の実態を杷握して有効な零間気制拝が可時となる
ものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実旋例を示すもので、米１図はα炭す
イクルに於ける温度、雰囲気曲線図、牙２図は浸炭、拡
散期のカーボンボテンシセＪＬ　。 時間比と炭素濃度勾配を示す曲線図、ツー３図は被処理
品の形態側の炉内温度曲線図、ジ・４図は炉材側の雰１
！Ｕ気、エンリッチ添加量の１！・９係を示す線図、ツ
・５図（Ａ）　（Ｂ）　（０）は炉形態別の雰囲気制御
装置の概略構成図である。 （イ）１口）０→に）（ホ）・・・被処理品装入から昇
温までの温度曲線過程、ｆ　（ＯＦ）・・・降下曲線、
＋１０＋・・・炉、（１１１・・・キャリアーガス供給
管、（１３）・・・コントロー　ＪＬ　ハＪＬ　フ、旧
）・・・エンリッチガス供給管、ｌｌ５１・・・７．ｆ
、’１１節計１｛１ｂ１・・・熱雷対、（１７１・・・
雰囲気ａ度Ｉ！ｉｌｌ定、ｉ装置。 ！？：？許出願人 出願人処理工県株式会社 代理人弁理士 山　　本　　彰　　司　　／ 手続補正書 ｑ冒′ト庁長・１ら゛若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第２０５８．３３号 ２発明の名称 雰囲気カスの：Ｉｉｉ制御方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 東京熱処理工業株式会社 名　　称 ４、代　理　人 住　所　　　東京都中央区八重洲二丁目１０番８号八重
洲ビル４階　ｍ（，２７／、’Ｊ９１乙３氏　名　　　
弁理士　（ｔ７乙７）山　本　彰　司手　　ｂ′、　補
　　正　書 η旨７１庁Ｊ・５′白　若　杉　第１」　大　殿１事件
の表示 １ｉｒＪＪ第１」５７年特許願第２０５８３３号２、発
Ｉｌｌの名利、 雰囲気カスの制御方法 ３、補正をする渚 １＋件との関係　特許出願人 ４、代　」４１（人 住　所　　　東京都中央区八重洲二丁目１０番８号八重
洲ビル４階　■Ｂ（−７／）９トｚ３氏　名　　　弁珂
ｉ±　（’Ａ７１ｙ）　　山　本　彰　司５、補正の対
象 １、ｌｌＪ細−１１（の発明の詳細な説明の欄６、補正
の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炉内雰囲気を制御することを特徴とする雰囲気ガスの制
   御方法。