JP7735041B1 - heat treatment furnace - Google Patents
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Abstract
【課題】 窒素ガスを主成分とする不活性ガスと吸熱型変性ガスを用いて、被処理物を炉内において熱処理するにあたり、吸熱型変性ガスの量を大きく変化させることなく、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを簡単に調整できるようにする。
【解決手段】 炉１０内における雰囲気ガスに、窒素ガスを主成分とする不活性ガスＧＵと吸熱型変性ガスＧＲを用いて、被処理物を炉内において熱処理する熱処理炉において、前記の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を調整するにあたって、炭化水素ガスＧＣを添加させるようにした。
【選択図】 図２
To easily adjust the carbon potential index value CP of the atmospheric gas without significantly changing the amount of the endothermic modified gas when heat treating a workpiece in a furnace using an inert gas containing nitrogen gas as the main component and an endothermic modified gas.
[Solution] In a heat treatment furnace in which an object to be treated is heat-treated within the furnace using an inert gas GU containing nitrogen gas as the main component and an endothermic modified gas GR as the atmospheric gas within the furnace, a hydrocarbon gas GC is added to adjust the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /(CO 2 concentration)] of the atmospheric gas.
[Selected figure] Figure 2
Description
本発明は、ワイヤーなどの線材をまとめたコイル等の被処理物を、炉内において雰囲気ガス中で熱処理する熱処理炉に関するものである。特に、炉内における雰囲気ガスに、窒素ガスを主成分とする不活性ガスと吸熱型変成ガスを用いて、被処理物を炉内において熱処理する熱処理炉において、吸熱型変成ガスの量を大きく変化させることなく、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を簡単に調整できるようにした点に特徴を有するものである。 The present invention relates to a heat treatment furnace that heat-treats workpieces, such as coils of wire or other wire materials, in an atmospheric gas atmosphere. In particular, the heat treatment furnace uses an inert gas containing nitrogen gas as the main component and an endothermic converted gas as the atmospheric gas, and is characterized by being able to easily adjust the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /( CO2 concentration)] of the atmospheric gas without significantly changing the amount of the endothermic converted gas.
従来から、ワイヤーなどの線材をまとめたコイル等の被処理物を、炉内において雰囲気ガス中で無酸化熱処理させて焼鈍させるようにした熱処理炉が使用されている。 Conventionally, heat treatment furnaces have been used to anneal workpieces, such as coils made of wire or other wire materials, by subjecting them to non-oxidizing heat treatment in an atmospheric gas within the furnace.
また、表面が酸化されているような被処理物を熱処理するにあたり、従来においては、熱処理炉として、特許文献１においては、炉内における雰囲気ガスのカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を調整するにあたって、炉内に供給する吸熱型変成ガスのガス量を制御するようにしたものが、また特許文献２においては、金属の焼鈍処理を行うのに、還元性雰囲気ガスとして、ＣＯガスを含んだ吸熱型変成ガスを窒素と混合して使用し、前記のカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを制御して、被処理物である金属の表面に脱炭や浸炭が起こるのを防止することが示されている。 Furthermore, when heat treating a workpiece having an oxidized surface, conventionally, Patent Document 1 discloses a heat treatment furnace in which the amount of endothermic converted gas supplied into the furnace is controlled to adjust the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /( CO2 concentration)] of the atmospheric gas in the furnace. Patent Document 2 also discloses a method in which an endothermic converted gas containing CO gas is mixed with nitrogen and used as a reducing atmospheric gas to anneal a metal, and the carbon potential index value CP is controlled to prevent decarburization or carburization on the surface of the metal workpiece.
ここで、前記の特許文献１、２に示されるように、炉内における雰囲気ガスのカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを、炉内に供給する吸熱型変成ガスの量によって制御する場合には、吸熱型変成ガスを製造して炉内に供給させる量を変更させることが必要になる。 Here, as shown in Patent Documents 1 and 2, when the index value CP of the carbon potential of the atmospheric gas in the furnace is controlled by the amount of endothermic converted gas supplied into the furnace, it is necessary to change the amount of endothermic converted gas produced and supplied into the furnace.
しかし、吸熱型変成ガスを製造する装置はコストが非常に高くつくと共に、吸熱型変成ガスの製造量を変更させたりする場合におけるランニングコスト等も高くつき、炉内における雰囲気ガスのカーボンポテンシャルの指標値を吸熱型変成ガスのガス量によって制御することはコスト等の面で非常に不利であった。 However, the cost of the equipment for producing endothermic converted gas is very high, and the running costs when changing the amount of endothermic converted gas produced are also high. Therefore, controlling the index value of the carbon potential of the atmospheric gas in the furnace by the amount of endothermic converted gas is very disadvantageous in terms of cost, etc.
そこで、本発明ではコストの安い炭化水素ガスを吸熱型変成ガスと併用し、炭化水素ガスのガス量によって、炉内における雰囲気ガスのカーボンポテンシャルの指標値を制御することとした。 Therefore, in the present invention, a low-cost hydrocarbon gas is used in combination with the endothermic converted gas, and the carbon potential index value of the atmospheric gas in the furnace is controlled by the amount of hydrocarbon gas.
なお、炭化水素ガスを大量に用いると、炉内における雰囲気ガス中の炭素成分が増え、炉内においてスーディングが発生し、被処理物を汚してしまう恐れがある。 Furthermore, if a large amount of hydrocarbon gas is used, the carbon content in the atmospheric gas inside the furnace increases, which may cause souding inside the furnace and contaminate the workpiece.
しかし、今回、発明者の経験に基づくと、炭化水素ガスの量が吸熱型変成ガスの５ｖｏｌ％以下であればスーディングが発生しなくなることがわかり、１ｖｏｌ％以下であれば確実にスーディングが発生しないことがわかった。 However, based on the inventor's experience, it has been found that souding does not occur if the amount of hydrocarbon gas is 5 vol% or less of the endothermic converted gas, and that souding will definitely not occur if it is 1 vol% or less.
本発明は、ワイヤーなどの線材をまとめたコイル等の被処理物を、炉内において雰囲気ガス中で熱処理させて焼鈍させるようにした熱処理炉において、炉内における雰囲気ガスに、窒素ガスを主成分とする不活性ガスと吸熱型変成ガスを用いて、被処理物を炉内において熱処理する場合における前記のような問題を解決することを課題とするものである。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems that arise when a workpiece, such as a coil made up of wire or other wire material, is heat-treated and annealed in an atmospheric gas in the furnace, and the atmospheric gas in the furnace is an inert gas containing nitrogen gas as the main component and an endothermic converted gas.
すなわち、本発明においては、炉内における雰囲気ガスに、窒素ガスを主成分とする不活性ガスと吸熱型変成ガスを用いて、被処理物を炉内において熱処理する熱処理炉において、炉内に供給する吸熱型変成ガスの量を大きく変化させることなく、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を、ランニングコストを低減しながら、適正値に簡単に調整できるようにすることを課題とするものである。 That is, in a heat treatment furnace in which an object to be treated is heat-treated using an inert gas containing nitrogen gas as the main component and an endothermic converted gas as the atmospheric gas in the furnace, the present invention aims to easily adjust the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /( CO2 concentration)] of the atmospheric gas to an appropriate value while reducing running costs, without significantly changing the amount of endothermic converted gas supplied to the furnace.
本発明に係る熱処理炉においては、前記のような課題を解決するため、炉内における雰囲気ガスに、窒素ガスを主成分とする不活性ガスと吸熱型変成ガスを用いて、被処理物を炉内において熱処理する熱処理炉において、前記の雰囲気ガスに炭化水素ガスを添加させて、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を調整するにあたって、雰囲気ガスにおける吸熱型変成ガスの量を一定にした状態で、雰囲気ガスに添加させる炭化水素ガスの量を、炉内においてスーティングが発生しない規定値以下の範囲で変化させると共に、雰囲気ガスにおける窒素ガスを主成分とする不活性ガスの量を変化させて、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを調整するようにした。 In order to solve the above-mentioned problems, in a heat treatment furnace according to the present invention, an inert gas mainly composed of nitrogen gas and an endothermic converted gas are used as the atmospheric gas in the furnace, and a workpiece is heat-treated inside the furnace. When a hydrocarbon gas is added to the atmospheric gas to adjust the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /( CO2 concentration)] of the atmospheric gas, the amount of the hydrocarbon gas added to the atmospheric gas is changed within a range not exceeding a specified value at which sooting does not occur in the furnace, while the amount of the inert gas mainly composed of nitrogen gas in the atmospheric gas is kept constant, and the carbon potential index value CP of the atmospheric gas is adjusted by changing the amount of the
このように、雰囲気ガスに窒素ガスを主成分とする不活性ガスと吸熱型変成ガスを用いた熱処理炉において、前記の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを調整するにあたって、炭化水素ガスを添加させるようにすると、雰囲気ガスにおける吸熱型変成ガスの量を一定にした状態で、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを簡単に調整できるようになる。 In this way, in a heat treatment furnace using an inert gas containing nitrogen gas as the main component and an endothermic converted gas as the atmospheric gas, if a hydrocarbon gas is added to adjust the carbon potential index value CP of the atmospheric gas, it becomes possible to easily adjust the carbon potential index value CP of the atmospheric gas while keeping the amount of endothermic converted gas in the atmospheric gas constant .
例えば、炉内における雰囲気ガスのカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが下がったとき、炭化水素ガスとして、炉内にメタンＣＨ４を添加させると、このメタンＣＨ４が、二酸化炭素ＣＯ２と下記の式に示すように反応する。ＣＨ４＋ＣＯ２＝２ＣＯ＋２Ｈ２ For example, when the carbon potential index value CP of the atmospheric gas in the furnace decreases, if methane (CH4 ) is added to the furnace as a hydrocarbon gas, this methane (CH4 ) reacts with carbon dioxide (CO2 ) as shown in the following formula: CH4 + CO2 = 2CO + 2H2
この結果、雰囲気ガス中における二酸化炭素ＣＯ２の割合が減少する一方、一酸化炭素ＣＯの割合が増加し、前記のカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが増加するようになる。また、雰囲気ガスに炭化水素ガスを添加させた結果、前記のカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが必要以上に増加する場合には、雰囲気ガスに添加させる炭化水素ガスの量を減少させるようにする。 As a result, the proportion of carbon dioxide CO2 in the atmospheric gas decreases, while the proportion of carbon monoxide CO increases, and the carbon potential index value CP increases. Furthermore, if the carbon potential index value CP increases more than necessary as a result of adding hydrocarbon gas to the atmospheric gas, the amount of hydrocarbon gas added to the atmospheric gas is reduced.
そして、本発明に係る熱処理炉においては、前記のように炭化水素ガスを添加させて、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを調整させることによって、熱処理時における被処理物の表面の炭素濃度の変化を調整することができる。 In the heat treatment furnace according to the present invention, by adding hydrocarbon gas as described above and adjusting the carbon potential index value CP in the atmospheric gas, it is possible to adjust the change in carbon concentration on the surface of the workpiece during heat treatment.
また、本発明に係る熱処理炉においては、前記のように炭化水素ガスを雰囲気ガスに添加させるにあたって、雰囲気ガスに添加させる炭化水素ガスの量を、炉内においてスーティングが発生しない規定値以下になるようにしており、一般には、雰囲気ガスに添加させる前記の炭化水素ガスの量が、前記の吸熱型変成ガスの５ｖｏｌ％以下になるようにし、より好ましくは、前記の吸熱型変成ガスの１ｖｏｌ％以下になるようにする。 Furthermore, in the heat treatment furnace according to the present invention, when adding hydrocarbon gas to the atmospheric gas as described above, the amount of hydrocarbon gas added to the atmospheric gas is set to be equal to or less than a specified value at which sooting does not occur in the furnace. In general, the amount of hydrocarbon gas added to the atmospheric gas is set to be equal to or less than 5 vol% of the endothermic converted gas, and more preferably, equal to or less than 1 vol% of the endothermic converted gas.
また、本発明に係る熱処理炉においては、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを調整するにあたって、前記のように雰囲気ガスに添加させる炭化水素ガスの量を前記の規定値以下の範囲で変化させると共に、雰囲気ガスにおける窒素ガスを主成分とする不活性ガスの量を変化させるようにする。 In addition, in the heat treatment furnace according to the present invention, the index value CP of the carbon potential in the atmospheric gas is adjusted by varying the amount of hydrocarbon gas added to the atmospheric gas within a range not exceeding the specified value, as described above, and also by varying the amount of inert gas containing nitrogen gas as a main component in the atmospheric gas .
すなわち、雰囲気ガスに用いる窒素ガスを主成分とする不活性ガスの量を増加させると、雰囲気ガス中におけるＣＯ濃度とＣＯ２濃度が減少するが、カーボンポテンシャルの指標値ＣＰは（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）で表され、（ＣＯ濃度）２の減少が（ＣＯ２濃度）の減少よりも大きくなるため、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが減少するようになる。一方、不活性ガスの量を減少させると、上記の場合とは逆に、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが増加するようになる。
また、本発明に係る熱処理炉においては、雰囲気ガスにおける吸熱型変成ガスの量を一定にした状態で、雰囲気ガスに添加させる前記の炭化水素ガスの量を規定値に増加させても、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが設定範囲の下限値よりも低い場合には、雰囲気ガスにおける吸熱型変成ガスの量を増加させて、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを調整することができる。
また、本発明に係る熱処理炉においては、雰囲気ガスにおける吸熱型変成ガスの量を一定にした状態で、雰囲気ガスに添加させる前記の炭化水素ガスの量をゼロにしても、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが設定範囲の上限値よりも高くなる場合には、雰囲気ガスにおける吸熱型変成ガスの量を減少させて、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを調整することができる。
That is, when the amount of inert gas containing nitrogen gas as a main component used in the atmospheric gas is increased, the CO concentration and CO2 concentration in the atmospheric gas decrease, but the carbon potential index value CP in the atmospheric gas decreases because the carbon potential index value CP is expressed as (CO concentration) 2 /( CO2 concentration), and the decrease in (CO concentration) 2 is greater than the decrease in ( CO2 concentration).On the other hand, when the amount of inert gas is decreased, the carbon potential index value CP in the atmospheric gas increases, in the opposite way to the above case.
Furthermore, in the heat treatment furnace according to the present invention, even if the amount of the hydrocarbon gas added to the atmospheric gas is increased to a specified value while keeping the amount of endothermic converted gas in the atmospheric gas constant, if the carbon potential index value CP in the atmospheric gas is lower than the lower limit of the set range, the amount of endothermic converted gas in the atmospheric gas can be increased to adjust the carbon potential index value CP in the atmospheric gas.
Furthermore, in the heat treatment furnace according to the present invention, even if the amount of the endothermic converted gas in the atmospheric gas is kept constant and the amount of the hydrocarbon gas added to the atmospheric gas is set to zero, if the carbon potential index value CP in the atmospheric gas becomes higher than the upper limit of the set range, the amount of the endothermic converted gas in the atmospheric gas can be reduced to adjust the carbon potential index value CP in the atmospheric gas.
また、本発明に係る熱処理炉においては、前記の炉の内壁面に、前記の炭化水素ガスの分解を促進する金属触媒を塗布することが好ましい。このように、炉の内壁面に炭化水素ガスの分解を促進する金属触媒を塗布すると、炉内においてスーティングが発生するのをより一層抑制できるようになる。 In addition, in the heat treatment furnace according to the present invention, it is preferable to apply a metal catalyst that promotes the decomposition of the hydrocarbon gas to the inner wall surface of the furnace. Applying a metal catalyst that promotes the decomposition of the hydrocarbon gas to the inner wall surface of the furnace in this way can further suppress the occurrence of sooting within the furnace.
本発明は、前記のように炉内における雰囲気ガスに、窒素ガスを主成分とする不活性ガスと吸熱型変成ガスを用いて、被処理物を炉内において熱処理する熱処理炉において、前記の雰囲気ガスに炭化水素ガスを添加させて、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を調整するにあたって、前記の雰囲気ガスにおける吸熱型変成ガスの量を一定にした状態で、雰囲気ガスに添加させる炭化水素ガスの量を、炉内においてスーティングが発生しない規定値以下の範囲で変化させると共に、雰囲気ガスにおける窒素ガスを主成分とする不活性ガスの量を変化させるようにしたため、炉内に供給する吸熱型変成ガスの量を大きく変化させることなく、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを簡単に調整できるようになった。 In the present invention, in a heat treatment furnace in which an object to be treated is heat-treated using an inert gas containing nitrogen gas as the main component and an endothermic converted gas as the atmospheric gas inside the furnace, a hydrocarbon gas is added to the atmospheric gas to adjust the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /( CO2 concentration)] of the atmospheric gas. While keeping the amount of endothermic converted gas in the atmospheric gas constant, the amount of hydrocarbon gas added to the atmospheric gas is changed within a specified value or less in which sooting does not occur in the furnace, and the amount of inert gas containing nitrogen gas as the main component in the atmospheric gas is changed . This makes it possible to easily adjust the carbon potential index value CP of the atmospheric gas without significantly changing the amount of endothermic converted gas supplied into the furnace.
この結果、本発明における熱処理炉においては、カーボンポテンシャルの指標値ＣＰを調整する際に、コストの安い炭化水素ガスを用いるようにしたため、従来の熱処理炉のように、炉内に供給する吸熱型変成ガスの量を大きく変化させる必要がなく、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を適正値に簡単に調整できるようになり、従来のように吸熱型変成ガスを製造する装置を大型化させたりする必要がなくなり、設備コストが大幅に低減されると共に、吸熱型変成ガスの製造量を変更させる場合におけるランニングコスト等も低減されるようになった。 As a result, in the heat treatment furnace of the present invention, because inexpensive hydrocarbon gas is used when adjusting the carbon potential index value CP, there is no need to significantly change the amount of endothermic converted gas supplied into the furnace, as in conventional heat treatment furnaces. This makes it possible to easily adjust the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /( CO2 concentration)] of the atmospheric gas to an appropriate value, eliminating the need to enlarge the equipment for producing endothermic converted gas as in the past. This significantly reduces equipment costs and also reduces running costs when the amount of endothermic converted gas produced is changed.
以下、本発明の実施形態に係る熱処理炉を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る熱処理炉は下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。 Heating treatment furnaces according to embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the heating treatment furnaces according to the present invention are not limited to the embodiments shown below, and can be modified as appropriate within the scope of the invention.
この実施形態における熱処理炉においては、図１に示すように、窒素ガスを主成分とする不活性ガスＧＵを炉１０に案内する不活性ガス案内管１１に第１調整バルブ１１ａを設け、吸熱型変成ガスＧＲを炉１０に案内する吸熱型変成ガス案内管１２に第２調整バルブ１２ａを設け、炭化水素ガスＧＣを炉１０に案内する炭化水素ガス案内管１３に第３調整バルブ１３ａを設けている。 In the heat treatment furnace of this embodiment, as shown in FIG. 1, a first adjustment valve 11a is provided in an inert gas guide pipe 11 that guides an inert gas GU containing nitrogen gas as a main component to the furnace 10, a second adjustment valve 12a is provided in an endothermic reformed gas guide pipe 12 that guides an endothermic reformed gas GR to the furnace 10, and a third adjustment valve 13a is provided in a hydrocarbon gas guide pipe 13 that guides a hydrocarbon gas GC to the furnace 10.
そして、前記の不活性ガス案内管１１を通して案内された不活性ガスＧＵや、吸熱型変成ガス案内管１２を通して案内された吸熱型変成ガスＧＲや、炭化水素ガス案内管１３を通して案内された炭化水素ガスＧＣを、ガス供給管１４から炉１０内に供給するようにしている。 The inert gas GU guided through the inert gas guide pipe 11, the endothermic converted gas GR guided through the endothermic converted gas guide pipe 12, and the hydrocarbon gas GC guided through the hydrocarbon gas guide pipe 13 are supplied into the furnace 10 from the gas supply pipe 14.
また、この実施形態における熱処理炉においては、炉１０内における雰囲気ガスを採取管１５で採取し、雰囲気ガスに含まれる一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ２を、ＣＯ，ＣＯ２分析装置１６で分析するようにしている。 In the heat treatment furnace of this embodiment, the atmospheric gas in the furnace 10 is sampled by a sampling pipe 15, and the carbon monoxide (CO ) and carbon dioxide (CO2) contained in the atmospheric gas are analyzed by a CO/ CO2 analyzer 16.
そして、このＣＯ，ＣＯ２分析装置１６によって分析された一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ２の結果を制御装置１７に出力し、この制御装置１７によって、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を算出するようにしている。 The results of the analysis of carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 by this CO/ CO2 analyzer 16 are output to the control device 17, which then calculates the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /( CO2 concentration)] of the atmospheric gas in the furnace 10.
また、このように算出したカーボンポテンシャルの指標値ＣＰに基づいて、前記の制御装置１７により、前記の不活性ガス案内管１１に設けた第１調整バルブ１１ａや、吸熱型変成ガス案内管１２に設けた第２調整バルブ１２ａや、炭化水素ガス案内管１３に第３調整バルブ１３ａを制御して、前記のガス供給管１４から炉１０内に供給する不活性ガスＧＵや、吸熱型変成ガスＧＲや、炭化水素ガスＧＣの量を調整するようにしている。 Furthermore, based on the carbon potential index value CP calculated in this manner, the control device 17 controls the first adjustment valve 11a provided in the inert gas guide pipe 11, the second adjustment valve 12a provided in the endothermic converted gas guide pipe 12, and the third adjustment valve 13a in the hydrocarbon gas guide pipe 13, to adjust the amounts of the inert gas GU, the endothermic converted gas GR, and the hydrocarbon gas GC supplied from the gas supply pipe 14 into the furnace 10.
また、この実施形態における熱処理炉においては、炉１０内における雰囲気ガスを外部に排気させる排気管１８に第４調整バルブ１８ａを設け、この第４調整バルブ１８ａを調整して、炉１０内から排気管１８を通して外部に排気させる雰囲気ガスの量を制御する場合もある。 In addition, in the heat treatment furnace of this embodiment, a fourth adjustment valve 18a is provided in the exhaust pipe 18, which exhausts the atmospheric gas inside the furnace 10 to the outside, and this fourth adjustment valve 18a can be adjusted to control the amount of atmospheric gas exhausted from inside the furnace 10 to the outside through the exhaust pipe 18.
さらに、この実施形態における熱処理炉においては、前記の炉１０の内面に、炭化水素ガスＧＣの分解を促進する金属触媒ｔ（例えばニッケルなど）を塗布し、炉１０に供給された炭化水素ガスＧＣの分解を促進させて、炉１０内においてスーティングが発生しないようにしている。 Furthermore, in the heat treatment furnace of this embodiment, a metal catalyst t (e.g., nickel) that promotes the decomposition of hydrocarbon gas GC is applied to the inner surface of the furnace 10, promoting the decomposition of hydrocarbon gas GC supplied to the furnace 10 and preventing sooting from occurring within the furnace 10.
次に、この実施形態における熱処理炉において、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］を所定範囲内になるように制御する例を図２に基づいて説明する。 Next, an example of controlling the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /(CO 2 concentration)] in the atmospheric gas in the heat treatment furnace 10 in this embodiment so that it falls within a predetermined range will be described with reference to FIG. 2.
ここで、図２に示す例では、当初は、前記の不活性ガス案内管１１に設けた第１調整バルブ１１ａと、吸熱型変成ガス案内管１２に設けた第２調整バルブ１２ａとを調整して、炉１０内に供給する不活性ガスＧＵと、吸熱型変成ガスＧＲの量を調整する一方、前記の炭化水素ガス案内管１３に第３調整バルブ１３ａを閉じて、炭化水素ガスＧＣを炉１０内に供給させないようにし、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］が、鋼材などの被処理物（図示せず）を焼鈍などの熱処理を行うのに適した設定値になるようにしている。 In the example shown in FIG. 2 , initially, the first adjusting valve 11 a provided in the inert gas guide pipe 11 and the second adjusting valve 12 a provided in the endothermic shift gas guide pipe 12 are adjusted to adjust the amounts of the inert gas GU and the endothermic shift gas GR supplied into the furnace 10, while the third adjusting valve 13 a in the hydrocarbon gas guide pipe 13 is closed to prevent the hydrocarbon gas GC from being supplied into the furnace 10, so that the carbon potential index value CP [(CO concentration) 2 /(CO 2 concentration)] of the atmospheric gas in the furnace 10 becomes a set value suitable for performing heat treatment such as annealing on a workpiece (not shown), such as steel.
そして、このようにカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを設定値にした状態で、被処理物を熱処理している途中に、炉１０内の雰囲気ガスにおける一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２の濃度が変化し、これが前記のＣＯ，ＣＯ２分析装置１６に検知されて、前記の制御装置１７に出力され、この制御装置１７によって算出された雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが、図２のａ点のように、設定値の下限値近くまで低下した場合には、前記の制御装置１７によって炭化水素ガス案内管１３における第３調整バルブ１３ａを開けて、炉１０内に炭化水素ガスＧＣを供給し、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を増加させて、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを増加させるようにする。なお、炭化水素ガス案内管１３から炭化水素ガスＧＣを炉１０内に供給するにあたっては、炉１０内においてスーティングが発生しないように、炭化水素ガスＧＣの量を上限値である、前記の吸熱型変成ガスＧＲの５ｖｏｌ％以下になるようにしており、好ましくは、吸熱型変成ガスＧＲの１ｖｏｌ％以下になるようにしている。 Then, while the carbon potential index value CP is set to the set value in this manner, the concentrations of carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in the atmospheric gas within the furnace 10 change during the heat treatment of the workpiece. This is detected by the CO/ CO2 analyzer 16 and output to the control device 17. When the carbon potential index value CP in the atmospheric gas calculated by this control device 17 falls close to the lower limit of the set value, as at point a in Figure 2, the control device 17 opens the third adjustment valve 13a in the hydrocarbon gas guide pipe 13 to supply hydrocarbon gas GC into the furnace 10, increasing the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10, and increasing the carbon potential index value CP in the atmospheric gas within the furnace 10. When the hydrocarbon gas GC is supplied from the hydrocarbon gas guide pipe 13 into the furnace 10, the amount of the hydrocarbon gas GC is set to an upper limit of 5 vol% or less of the endothermic converted gas GR, preferably 1 vol% or less of the endothermic converted gas GR, so as to prevent sooting from occurring in the furnace 10.
このとき、吸熱型変成ガスＧＲの量は、炭化水素ガスＧＣの量を調整したときに上限値を上回らないような必要最低限の量を基準量として一定に調整しておく。 At this time, the amount of the endothermic converted gas GR is adjusted to a constant reference amount that is the minimum amount necessary so that the amount does not exceed the upper limit when the amount of the hydrocarbon gas GC is adjusted.
そして、このように炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を増加させた結果、図２のｂ点のように、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが設定値の上限値近くまで上昇すると、前記の制御装置１７によって炭化水素ガス案内管１３における第３調整バルブ１３ａを調整し、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を減少させて、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを減少させ、図２のｃ点のように、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが当初の設定値になると、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を維持させるようにする。 If, as a result of increasing the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10 in this manner, the carbon potential index value CP of the atmospheric gas rises close to the upper limit of the set value, as shown at point b in Figure 2, the control device 17 adjusts the third adjustment valve 13a in the hydrocarbon gas guide pipe 13 to reduce the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10, thereby reducing the carbon potential index value CP of the atmospheric gas in the furnace 10. When the carbon potential index value CP of the atmospheric gas in the furnace 10 reaches the initial set value, as shown at point c in Figure 2, the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10 is maintained.
また、この状態で、被処理物を熱処理している途中に、炉１０内の雰囲気ガスにおける一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２の濃度が変化し、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが、図２のｄ点のように、設定値の上限値近くまで上昇すると、前記の制御装置１７によって炭化水素ガス案内管１３における第３調整バルブ１３ａを調整し、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を減少させて、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを減少させ、図２のｅ点のように、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが当初の設定値になると、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を維持させるようにする。 Furthermore, in this state, if the concentrations of carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in the atmospheric gas within the furnace 10 change during the heat treatment of the workpiece, and the carbon potential index value CP of the atmospheric gas rises close to the upper limit of the set value, as at point d in Figure 2, the third adjustment valve 13a in the hydrocarbon gas guide pipe 13 is adjusted by the control device 17 to reduce the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10, thereby reducing the carbon potential index value CP of the atmospheric gas within the furnace 10, and when the carbon potential index value CP of the atmospheric gas within the furnace 10 reaches the initial set value, as at point e in Figure 2, the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10 is maintained.
さらに、被処理物を熱処理している途中に、炉１０内の雰囲気ガスにおける一酸化炭素ＣＯと二酸化炭素ＣＯ２の濃度が変化し、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが、図２のｆ点のように、設定値の下限値近くまで低下すると、前記の制御装置１７によって炭化水素ガス案内管１３における第３調整バルブ１３ａを調整し、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を増加させて、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを増加させ、図２のｇ点のように、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが当初の設定値になると、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を維持させて、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを当初の設定値に維持させるようにする。 Furthermore, if the concentrations of carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2 in the atmospheric gas within the furnace 10 change during the heat treatment of the workpiece and the carbon potential index value CP of the atmospheric gas falls close to the lower limit of the set value, as at point f in Figure 2, the third adjustment valve 13a in the hydrocarbon gas guide pipe 13 is adjusted by the control device 17 to increase the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10, thereby increasing the carbon potential index value CP of the atmospheric gas within the furnace 10. When the carbon potential index value CP of the atmospheric gas within the furnace 10 reaches the initial set value, as at point g in Figure 2, the amount of hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10 is maintained, thereby maintaining the carbon potential index value CP of the atmospheric gas at the initial set value.
このようにすると、炉１０内に供給する吸熱型変成ガスＧＲの量を変化させることなく、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを適正値に簡単に調整できるようになり、従来のように吸熱型変成ガスＧＲを製造する装置を大型化させたりする必要がなく、設備コストが大幅に低減されると共に、吸熱型変成ガスＧＲの製造量を変更させる場合におけるランニングコスト等も低減されるようになる。 In this way, the carbon potential index value CP of the atmospheric gas can be easily adjusted to an appropriate value without changing the amount of endothermic converted gas GR supplied into the furnace 10, and there is no need to enlarge the equipment for producing the endothermic converted gas GR as in the past, which significantly reduces equipment costs and also reduces running costs when the production amount of endothermic converted gas GR is changed.
なお、ここでは吸熱型変成ガスＧＲの量を、基準量に一定に調整しておくようにしたが、炭化水素ガスＧＣを上限値まで増やしても、カーボンポテンシャルの指標値ＣＰが規定値の下限値よりも下がる場合は、炭化水素ガスＧＣの供給量の増加を止めて一定量とし、吸熱型変成ガスＧＲの量を増やして、カーボンポテンシャルの指標値ＣＰを増加させてもよい。 Here, the amount of endothermic converted gas GR is adjusted to a constant reference amount, but if the carbon potential index value CP falls below the specified lower limit even when the hydrocarbon gas GC is increased to the upper limit, the increase in the supply amount of hydrocarbon gas GC may be stopped and set to a constant amount, and the amount of endothermic converted gas GR may be increased to increase the carbon potential index value CP.
また、炭化水素ガスＧＣの量をゼロにしても、カーボンポテンシャルの指標値ＣＰが規定値の上限値よりも上昇する場合には、吸熱型変成ガスＧＲの量を減らしてカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを減少させてもよい。 Furthermore, if the carbon potential index value CP rises above the upper limit of the specified value even when the amount of hydrocarbon gas GC is set to zero, the amount of endothermic converted gas GR may be reduced to reduce the carbon potential index value CP.
また、炭化水素ガスＧＣを炉１０内に供給するにあたっては、前記のように炭化水素ガスＧＣの量を前記の吸熱型変成ガスＧＲの５ｖｏｌ％以下になるようにしているため、炉１０内においてスーティングが発生するのが防止されるようになり、さらに炉１０の内面に塗付した金属触媒ｔによって炭化水素ガスＧＣの分解が促進され、スーティングが発生するのがより一層防止されるようになる。 Furthermore, when the hydrocarbon gas GC is supplied into the furnace 10, the amount of the hydrocarbon gas GC is set to 5 vol% or less of the endothermic converted gas GR as described above, which prevents sooting from occurring within the furnace 10. Furthermore, the metal catalyst t applied to the inner surface of the furnace 10 promotes the decomposition of the hydrocarbon gas GC, further preventing sooting from occurring.
ここで、前記の実施形態においては、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰ［（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）］が、鋼材などの被処理物（図示せず）を焼鈍などの熱処理を行うのに適した設定値になるように調整するため、前記の吸熱型変成ガスＧＲの量を一定に保った状態で、炉１０内に供給する炭化水素ガスＧＣの量を調整するようにしたが、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを適切な設定値になるように調整する方法はこのようなものに限定されない。 In the above embodiment, the amount of the endothermic converted gas GR is kept constant while the amount of the hydrocarbon gas GC supplied into the furnace 10 is adjusted so that the carbon potential index value CP [(CO concentration ) 2 /(CO 2 concentration)] in the atmospheric gas in the furnace 10 becomes a set value suitable for performing heat treatment such as annealing on a workpiece (not shown) such as steel. However, the method for adjusting the carbon potential index value CP in the atmospheric gas in the furnace 10 to an appropriate set value is not limited to this.
例えば、図示していないが、前記の制御装置１７によって、前記の吸熱型変成ガスＧＲを炉１０に案内する吸熱型変成ガス案内管１２に設けた第２調整バルブ１２ａと、炭化水素ガスＧＣを炉１０に案内する炭化水素ガス案内管１３に設けた第３調整バルブ１３ａとを調整し、前記の炭化水素ガスＧＣの量が、吸熱型変成ガスＧＲの５ｖｏｌ％以下のスーティングが発生しない低い値になるようにして炉１０内に一定量供給させるようにすると共に、前記の不活性ガスＧＵを炉１０に案内する不活性ガス案内管１１に設けた第１調整バルブ１１ａを、前記の制御装置１７によって制御して、炉１０内に供給する不活性ガスＧＵの量を変化させて、炉１０内の雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが、適切な設定値になるように調整することもできる。 For example, although not shown, the control device 17 can adjust a second adjustment valve 12a provided in the endothermic shift gas guide pipe 12 that guides the endothermic shift gas GR to the furnace 10, and a third adjustment valve 13a provided in the hydrocarbon gas guide pipe 13 that guides the hydrocarbon gas GC to the furnace 10, so that the amount of the hydrocarbon gas GC is supplied to the furnace 10 at a constant amount so that it is a low value of 5 vol% or less of the endothermic shift gas GR that does not cause sooting, and the control device 17 can also control a first adjustment valve 11a provided in the inert gas guide pipe 11 that guides the inert gas GU to the furnace 10 to change the amount of the inert gas GU supplied to the furnace 10, thereby adjusting the carbon potential index value CP of the atmospheric gas in the furnace 10 to an appropriate set value.
この場合、炉１０内の供給する不活性ガスＧＵの量を増加させると、雰囲気ガス中におけるＣＯ濃度とＣＯ２濃度が減少するが、カーボンポテンシャルの指標値ＣＰは（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）で表され、（ＣＯ濃度）２の減少が（ＣＯ２濃度）の減少よりも大きくなるため、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが減少するようになり、一方、不活性ガスＧＵの量を減少させると、上記の場合とは逆に、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰが増加するようになる。 In this case, when the amount of inert gas GU supplied into the furnace 10 is increased, the CO concentration and CO2 concentration in the atmospheric gas decrease, but the carbon potential index value CP is expressed as (CO concentration) 2 /( CO2 concentration), and the decrease in (CO concentration) 2 is greater than the decrease in ( CO2 concentration), so the carbon potential index value CP in the atmospheric gas decreases. On the other hand, when the amount of inert gas GU is decreased, the carbon potential index value CP in the atmospheric gas increases, in contrast to the above case.
そして、前記のように炭化水素ガスＧＣの量が、吸熱型変成ガスＧＲの５ｖｏｌ％以下のスーティングが発生しない低い値になるようにして炉１０内に一定量供給させながら、前記のように制御装置１７によって、炉１０内に供給する不活性ガスＧＵの量を変化させるようにした場合にも、前記の実施形態の場合と同様に、炉１０内に供給する吸熱型変成ガスＧＲの量を変化させることなく、雰囲気ガスにおけるカーボンポテンシャルの指標値ＣＰを適正値に簡単に調整できるようになり、従来のように吸熱型変成ガスＧＲを製造する装置を大型化させたりする必要がなく、設備コストが大幅に低減されると共に、吸熱型変成ガスＧＲの製造量を変更させる場合におけるランニングコスト等も低減されるようになる。 Furthermore, even when the amount of hydrocarbon gas GC is supplied to the furnace 10 at a constant rate so that it is a low value of 5 vol% or less of the endothermic converted gas GR so that sooting does not occur, and the amount of inert gas GU supplied to the furnace 10 is changed by the control device 17 as described above, as in the above embodiment, the carbon potential index value CP of the atmospheric gas can be easily adjusted to an appropriate value without changing the amount of endothermic converted gas GR supplied to the furnace 10, and there is no need to increase the size of the equipment for producing the endothermic converted gas GR as in the conventional case, which significantly reduces equipment costs and also reduces running costs when the production amount of the endothermic converted gas GR is changed.
１０ ：炉
１１ ：不活性ガス案内管
１１ａ ：第１調整バルブ
１２ ：吸熱型変成ガス案内管
１２ａ ：第２調整バルブ
１３ ：炭化水素ガス案内管
１３ａ ：第３調整バルブ
１４ ：ガス供給管１
５ ：採取管
１６ ：ＣＯ，ＣＯ２分析装置
１７ ：制御装置
１８ ：排気管
１８ａ ：第４調整バルブ
ＣＰ ：カーボンポテンシャルの指標値（ＣＯ濃度）２／（ＣＯ２濃度）
ＧＣ ：炭化水素ガス
ＧＲ ：吸熱型変成ガス
ＧＵ ：不活性ガス
ｔ ：金属触媒
10: Furnace 11: Inert gas guide pipe 11a: First adjusting valve 12: Endothermic converted gas guide pipe 12a: Second adjusting valve 13: Hydrocarbon gas guide pipe 13a: Third adjusting valve 14: Gas supply pipe 1
5: Sampling pipe 16: CO, CO2 analyzer 17: Control device 18: Exhaust pipe 18a: Fourth adjusting valve CP: Carbon potential index value (CO concentration) 2 /( CO2 concentration)
GC: Hydrocarbon gas GR: Endothermic converted gas GU: Inert gas t: Metal catalyst
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