JP3973795B2 - Gas carburizing method - Google Patents
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Description
【0001】
【技術分野】
本発明は,高い処理能率が得られる浸炭方法に関する。
【0002】
【従来技術】
鋼部品の耐ピッチング性,耐摩耗性等の機械的性質を向上させる手段として,浸炭が広く行われている。浸炭法としては,浸炭剤として炭化水素系ガスを用いたガス浸炭方法がある。
従来のガス浸炭方法を,図4を用いて簡単に説明する。同図は,横軸に時間,縦軸に温度をとり,炉内温度Tおよびエンリッチガス導入タイミングC等を示したものである。
【0003】
同図より知られるごとく,従来のガス浸炭方法においては,まず予め処理温度T0まで昇温しておいた浸炭炉の炉内に被処理材を送入する(A)。この被処理材の送入時に炉扉が開かれるので,炉内温度が低下する。次いで,炉内温度が処理温度T0に回復した時点(B)に,エンリッチガスの導入を開始(C)する。これにより,炉内のカーボンポテンシャルが上昇し,上記被処理材に浸炭が施される。なお,通常,炉内には,酸化防止のための吸熱型雰囲気ガスが常時導入される。また,浸炭終了時(D)には,通常は焼入れ処理がなされる。
【0004】
【解決しようとする課題】
ところで,上記従来のガス浸炭方法においては,次の問題がある。
即ち,上記エンリッチガスの導入開始は,炉内温度が処理温度T0に復帰した後に行う。これは,炉内温度が低い段階でエンリッチガスを導入すると煤が発生し易くなり,被処理材の品質に影響を与えるためである。
【0005】
上記被処理材の送入から炉内温度回復までの間は,エンリッチガスが炉内に存在しないので浸炭が進行しない。そのため,図4におけるA点からB点の間,即ち,被処理材送入時点から炉内温度の処理温度T0への回復までの間は,浸炭に寄与しない時間帯となる。
【0006】
一方,浸炭自体は,上記処理温度T0に達していない状態であっても,炉内のカーボンポテンシャルさえ適正な状態となれば進行させることができる場合がある。しかしながら,炉内温度Tの昇温中においては,上記のごとく,エンリッチガスの導入が煤の発生につながりやすいので,煤の発生を抑えつつ適量のエンリッチガスを導入して炉内のカーボンポテンシャルを適度に向上させることは非常に困難であった。
【0007】
本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,炉内温度が処理温度よりも低い状態であっても煤を発生させることなく適量のエンリッチガスを導入することができ,効率よく浸炭を行うことができるガス浸炭方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題の解決手段】
請求項1の発明は,浸炭炉の炉内に被処理材を送入し,次いで,炉内温度を浸炭温度まで昇温すると共にエンリッチガスを炉内に導入してカーボンポテンシャルを上昇させて上記被処理材に浸炭を施すガス浸炭方法において,
上記浸炭炉には,炉内雰囲気ガスをサンプリングして炉外において該炉内雰囲気ガス中のCO2濃度を検出するCO2センサと,炉内において上記炉内雰囲気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサとを設けておき,
上記エンリッチガスの導入は上記炉内温度の昇温中に開始し,かつ,上記エンリッチガスの導入量を制御するに当たっては,上記CO2センサにより測定したCO2濃度を基に算出した見掛け上のカーボンポテンシャルCP1と,上記酸素センサにより測定した酸素濃度を基に算出した見掛け上のカーボンポテンシャルCP2との差(CP2−CP1)を求め,差(CP2−CP1)が所定値に近づくように上記エンリッチガスの流量を調整するに当たり,
上記所定値は,炉内においてススの発生を抑制しうる最大値よりも小さい値を採用し,該所定値を制御目標値としてオン・オフ制御又はPID制御することによって,上記差(CP 2 −CP 1 )が上記所定値に近づくまでは上記エンリッチガスの導入流量を最大のまま維持することを特徴とするガス浸炭方法にある。
【0009】
本発明において最も注目すべきことは,上記エンリッチガスの導入を炉内温度が浸炭温度まで達していない昇温途中において開始し,かつ,上記2つの異なるセンサの検出値から2つの見掛け上のカーボンポテンシャルCP1,CP2を求め,これらの差(CP2−CP1)を用いて上記エンリッチガスの流量を制御することである。
【0010】
上記CO2センサは,上記のごとく,炉内雰囲気ガスをサンプリングして炉外においてCO2濃度を測定するように構成されている。これにより,上記CO2センサは,炉内の煤発生傾向等に左右されることなく,比較的精度良くCO2濃度を測定することができる。そのため,上記CO2濃度から算出したカーボンポテンシャルCP1の値は,炉内の煤発生傾向等にあまり影響されない値として得られる。
【0011】
一方,上記酸素センサは,上記のごとく,炉内に設置され,炉内雰囲気ガスに直接触れた状態でその中の酸素濃度を測定する。そのため,上記酸素センサは,炉内の煤発生傾向等により比較的大きな影響を受ける。したがって,上記酸素濃度から算出したカーボンポテンシャルCP2の値は,炉内の煤発生傾向等の影響を受けた値となる。
【0012】
このように,上記2種類のカーボンポテンシャルCP1,CP2は,計算の基礎となるデータの対象が異なるだけでなく,炉内状態から受ける影響度が異なる。そのため,上記浸炭炉内における煤発生傾向等が変化した場合には,上記CP1とCP2との間に大きな差が生ずる。
【0013】
具体的には,炉内において煤が発生しやすい状態となると,上記酸素濃度から求めたカーボンポテンシャルCP2が上記CO2濃度から求めたカーボンポテンシャルCP1よりも大きくなる傾向がある。即ち,炉内における煤発生傾向が高まった場合には,上記2つのカーボンポテンシャルの差(CP2−CP1)が大きくなる傾向がある。
【0014】
この特性を利用して,上記2つのカーボンポテンシャルの差(CP2−CP1)が煤の発生を抑制しうる所定値に近づくようにエンリッチガスの導入量を制御すれば,炉内での煤発生を抑制することができる。
ここで,上記所定値は,炉内において煤の発生を抑制しうる値である。例えば,炉内において煤の発生を抑制しうる最大値よりも若干小さい値等を採用することができる。
【0015】
また,上記エンリッチガスの導入量の制御方法としては,種々の方法がある。例えば,差(CP2−CP1)の上記所定値を制御目標値とし,いわゆるオン・オフ制御,あるいはPID制御等によりエンリッチガスの流量を調整する方法等がある。
【0016】
次に,本発明の作用効果につき説明する。
本発明においては,上記のごとく,2つの異なるセンサの検出値から2つの見掛け上のカーボンポテンシャルCP1,CP2を求め,これらの差(CP2−CP1)が上記所定値に近づくように上記エンリッチガスの流量を制御する。そのため,炉内において煤を発生させることなく適量のエンリッチガスを導入することができる。
【0017】
そして,この制御方法は,炉内温度が低い昇温中においても適用することができる。そのため,炉内温度の昇温中においても,煤が発生しない程度の適量のエンリッチガスを炉内に導入することができ,カーボンポテンシャルを適度に高めることができる。それ故,従来浸炭ができなかった炉内温度の昇温中において浸炭を開始することができ,浸炭完了時間を従来よりも早めることができる。
【0018】
したがって,本発明によれば,炉内温度が処理温度よりも低い状態であっても煤を発生させることなく適量のエンリッチガスを導入することができ,効率よく浸炭を行うことができるガス浸炭方法を提供することができる。
【0019】
次に,請求項2の発明のように,上記CO2センサは,赤外線吸収法によりCO2濃度を測定するよう構成することができる。赤外線吸収法は,分子の固有振動よりある特定の波長の赤外線が吸収されることを利用しているので,定量分析及びその自動化が容易である。そのため,上記CO2濃度の測定を精度良くかつ容易に行うことができる。
【0020】
また,請求項3の発明のように,上記酸素センサは,炉内雰囲気ガス中の酸素分圧と標準ガス中の酸素分圧との差により発生する起電力を利用して測定するよう構成することができる。この起電力を利用する原理は,公知のネルンストの式により示される。
また,上記方式の酸素センサとしては,例えば固体電解質としてジルコニアを用いたジルコニア式センサ等がある。
【0021】
また,請求項4の発明のように,上記エンリッチガスの導入は,上記浸炭炉の炉内温度が所定温度を越えたときに開始することが好ましい。上記所定温度としては,例えば浸炭の進行を速めることができる温度に設定することができる。具体的には700℃以上の温度とすることが好ましい。これにより,浸炭の進行の効率を向上することができる。
【0022】
また,請求項5の発明のように,上記CP1及びCP2は,下記の関係式(I)(II)により表すことができる。
CP1=(As・Pco2)/Pco2・K1.......(I),
CP2=(As・Pco)/Po2 1/2・K2.......(II),
As:処理温度におけるオーステナイト中の飽和炭素濃度(mass%),
Pco:一酸化炭素の分圧,
Pco2:測定された二酸化炭素の分圧,
Po2:測定された酸素の分圧,
K1:<C>+CO2=2COの平衡定数,
K2:<C>+(1/2)O2=COの平衡定数,
<C>:被処理材中に固溶したC,
【0023】
上記(I)(II)の関係式を用いることにより,カーボンポテンシャルの算出精度を向上させることができる。
なお,上記(I)(II)の関係式中における上記As,K1,K2は,下記の関係式により表すことができる。
As=0.23290−5.6957×10-4(T−273)+1.8830×10-6(T−273)2,
K1=exp{(170707−174.473T)/(−8.3144T)},
K2=exp{(111713+87.6548T)/8.3144T},
ここでTは処理温度である。
【0024】
また,請求項6の発明のように,上記エンリッチガスは天然ガスであることが好ましい。天然ガスは,一般にエンリッチガスとして利用されているブタンガスよりも煤が出にくい性質があり,さらに煤発生抑制効果を高めることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
実施形態例
本発明の実施形態例にかかるガス浸炭方法につき,図1〜図3を用いて説明する。
本例のガス浸炭方法は,浸炭炉1の炉内に被処理材8を送入し,次いで,炉内温度を浸炭温度(約930℃)まで昇温すると共にエンリッチガス7を炉内に導入してカーボンポテンシャルを上昇させて上記被処理材8に浸炭を施す方法である。
【0026】
上記浸炭炉1には,図1に示すごとく,炉内雰囲気ガスをサンプリングして炉外において該炉内雰囲気ガス中のCO2濃度を検出するCO2センサ2と,炉内において上記炉内雰囲気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ3とを設けておく。
そしてエンリッチガス7の導入は上記炉内温度の昇温中に開始し,かつ,上記エンリッチガス7の導入量を制御するに当たっては,上記CO2センサ2により測定したCO2濃度を基に算出した見掛け上のカーボンポテンシャルCP1と,上記酸素センサ3により測定した酸素濃度を基に算出した見掛け上のカーボンポテンシャルCP2との差(CP2−CP1)を求め,差(CP2−CP1)が所定値Mに近づくように上記エンリッチガス7の流量を調整する。
【0027】
以下,これを詳説する。
図1には,本例の浸炭炉1及びこれが有する設備等を示す。浸炭炉1には,上記CO2センサ2及び酸素センサ3を配設した。
CO2センサ2は,上記のごとく炉外に設置してあり,配管21を介して炉内雰囲気ガスを定期的にサンプリングするよう構成されている。また,このCO2センサ2は,赤外線吸収法を利用したセンサである。
【0028】
酸素センサ3は,図1に示すごとく,固体電解質としてのジルコニア31を利用して,炉内雰囲気ガス中の酸素分圧と大気中の酸素分圧との差により起電力を発生させ,この起電力から上記炉内雰囲気ガス中の酸素分圧を算出するよう構成されている。この算出は,後述の制御部5において行う。
また,上記浸炭炉1には,温度センサ4が配設されている。この温度センサ4は,炉内雰囲気ガスの温度(炉内温度)を定期的に測定する。
【0029】
また,上記浸炭炉1は,エンリッチガスとしての天然ガス(LNG)7を入れたボンベ70に配管61及び流量コントローラ6を介して接続されている。流量コントローラ6は,後述の制御部5の指示に従って天然ガス7の流量を調整するよう構成されている。
そして,図1に示すごとく,上記CO2センサ2,酸素センサ3,温度センサ4,流量コントローラ6は,すべて制御部5に電気的に接続されている。
【0030】
本例では,エンリッチガスの導入量を次のように制御する。
図2のフローチャートに示すように,まず,ステップS1において炉内に被処理材8が送入された後,ステップS2において炉内温度Tが低下した後に800℃以上となったか否かを判断する。ここでの800℃は,浸炭の進行を早めることができる温度の一例であって,浸炭炉の特徴などによって他の温度に変更することも勿論可能である。
【0031】
炉内温度Tが800℃以上となった場合には,ステップS3においてエンリッチガスの導入を開始する。即ち,上記制御部5は,流量コントローラ6を制御して,エンリッチガス(天然ガス)7の導入量を最大とする。
【0032】
次いで,ステップS4においては,上記CO2センサ2からのCO2濃度(Pco2),酸素センサからの酸素濃度(Po2),温度センサからの炉内雰囲気ガスの温度(T)を制御部5が定期的に受け取り,これらの値を基にして定期的にカーボンポテンシャルCP1,CP2を算出する。
【0033】
このときの算出は,次の関係式(I)(II)により行った。
CP1=(As・Pco2)/Pco2・K1.......(I),
CP2=(As・Pco)/Po2 1/2・K2.......(II),
As:処理温度におけるオーステナイト中の飽和炭素濃度(mass%),
(As=0.23290−5.6957×10-4(T−273)+1.8830×10-6(T−273)2),
Pco:一酸化炭素の分圧,
Pco2:測定された二酸化炭素の分圧,
Po2:測定された酸素の分圧,
K1:<C>+CO2=2COの平衡定数,
(K1=exp{(170707−174.473T)/(−8.3144T)}),
K2:<C>+(1/2)O2=COの平衡定数,
(K2=exp{(111713+87.6548T)/8.3144T}),
<C>:被処理材中に固溶したC,
T:炉内温度。
【0034】
次に,ステップS5においては,上記CP1,CP2の差(CP2−CP1)を求め,これが所定値M以下であるか否かを判断する。本例では,この所定値Mを0.2とした。なお,この所定値Mの値は,浸炭炉の種類,被処理材の種類等により最適値が異なる。
【0035】
上記差(CP2−CP1)が所定値Mを越える場合には,ステップS6においてエンリッチガスの流量を減らす。具体的には,制御部5によって流量コントローラ6を制御してエンリッチガスの流量を絞る。
流量の絞り方としては,種々の方法があるが,本例では,完全に流量を0とした。いわゆるオン・オフ制御である。
一方,ステップS5において差(CP2−CP1)が所定値M以下である場合には,ステップS7においてエンリッチガスの導入量を最大のまま維持する。
【0036】
本例では,このようなエンリッチガスの流量制御を行うことにより,上記2つの見掛け上のカーボンポテンシャルの差(CP2−CP1)が所定値Mに近づき,炉内における煤の発生を確実に抑制することができる。また,そのため,従来煤の発生しやすかった炉内温度の昇温中においても,エンリッチガスの導入を行うことができる。
【0037】
それ故,従来浸炭ができなかった炉内温度の昇温中を浸炭時間として有効に利用することができ,浸炭完了時間を従来よりも早めることができる。
これを図3を用いて説明する。同図は,図4と同様に横軸に時間,縦軸に温度をとり,炉内温度Tの推移を示すと共に被処理材送入タイミングA,炉内温度が浸炭温度T0に回復したタイミングB,エンリッチガスの導入を開始したタイミングC等を示したものである。
【0038】
図3と図4との比較からわかるように,本例の場合(図3)には,従来の場合(図4)よりもエンリッチガス導入開始タイミングCが早い。そのため,トータルの浸炭時間(A〜D)は,本例の方が従来よりも短い。それ故,本例では,浸炭の能率を従来よりも向上させることができる。
一方,上記制御方法を用いることにより,昇温中にエンリッチガスを導入しても炉内での煤発生を抑制することができる。それ故,被処理材の品質も十分に良好な状態に維持することができる。
【0039】
なお,本例では,上記エンリッチガスの流量制御を上記所定値Mを制御目標値としてオン・オフ制御により行った。これに代えて,いわゆるPID制御等により行うことも勿論できる。
【0040】
【発明の効果】
上述のごとく,本発明によれば,炉内温度が処理温度よりも低い状態であっても煤を発生させることなく適量のエンリッチガスを導入することができ,効率よく浸炭を行うことができるガス浸炭方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例における,浸炭炉の構成を示す説明図。
【図2】実施形態例における,エンリッチガスの流量制御方法を示すフローチャート。
【図3】実施形態例における,エンリッチガスの導入開始タイミングを示す説明図。
【図4】従来例における,エンリッチガスの導入開始タイミングを示す説明図。
【符号の説明】
1...浸炭炉,
2...CO2センサ,
3...酸素センサ,
4...温度センサ,
5...制御部,
6...流量コントローラ,
7...エンリッチガス(天然ガス),[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a carburizing method capable of obtaining high processing efficiency.
[0002]
[Prior art]
Carburizing is widely used as a means of improving mechanical properties such as pitting resistance and wear resistance of steel parts. As a carburizing method, there is a gas carburizing method using a hydrocarbon gas as a carburizing agent.
A conventional gas carburizing method will be briefly described with reference to FIG. This figure shows time in the horizontal axis, temperature in the vertical axis, furnace temperature T, enrich gas introduction timing C, and the like.
[0003]
As known from the figure, in the conventional gas carburizing method, first, the material to be processed is fed into the furnace of the carburizing furnace which has been heated to the processing temperature T 0 in advance (A). Since the furnace door is opened when the material to be treated is fed, the temperature in the furnace decreases. Next, the introduction of the enriched gas is started (C) when the furnace temperature is restored to the processing temperature T 0 (B). This raises the carbon potential in the furnace and carburizes the material to be treated. Normally, an endothermic gas for preventing oxidation is always introduced into the furnace. Further, at the end of carburizing (D), a quenching process is usually performed.
[0004]
[Problems to be solved]
However, the conventional gas carburizing method has the following problems.
That is, the introduction of the enriched gas is performed after the furnace temperature returns to the processing temperature T 0 . This is because if enriched gas is introduced at a stage where the temperature in the furnace is low, soot is easily generated, which affects the quality of the material to be processed.
[0005]
Since the enriched gas is not present in the furnace, the carburization does not proceed during the period from the delivery of the material to be treated to the recovery of the furnace temperature. Therefore, the period between points A and B in FIG. 4, that is, the period from when the material to be treated is fed to the recovery of the furnace temperature to the treatment temperature T 0 is a time zone that does not contribute to carburization.
[0006]
On the other hand, carburizing itself may be allowed to proceed even if the carbon potential in the furnace is in an appropriate state even when the temperature does not reach the treatment temperature T 0 . However, during the temperature rise in the furnace temperature T, as described above, the introduction of the enriched gas tends to lead to the generation of soot, so that an appropriate amount of enriched gas is introduced while suppressing the generation of soot to reduce the carbon potential in the furnace. It was very difficult to improve moderately.
[0007]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and even when the furnace temperature is lower than the processing temperature, an appropriate amount of enriched gas can be introduced without generating soot, and the method can be efficiently performed. An object of the present invention is to provide a gas carburizing method capable of carburizing.
[0008]
[Means for solving problems]
In the invention of claim 1, the material to be treated is fed into the furnace of the carburizing furnace, and then the furnace temperature is raised to the carburizing temperature and an enriched gas is introduced into the furnace to raise the carbon potential. In the gas carburizing method of carburizing the workpiece,
The carburizing furnace includes a CO 2 sensor that samples the atmospheric gas in the furnace and detects the CO 2 concentration in the atmospheric gas outside the furnace, and detects the oxygen concentration in the atmospheric gas in the furnace. With an oxygen sensor,
The introduction of the enriched gas starts during the temperature increase of the furnace temperature, and the apparent amount calculated based on the CO 2 concentration measured by the CO 2 sensor is used to control the amount of the enriched gas introduced. carbon and potential CP 1, obtains a difference (CP 2 -CP 1) the carbon potential CP 2 apparent that calculated based on the oxygen concentration measured by the oxygen sensor, the difference (CP 2 -CP 1) is a predetermined value per to adjust the flow rate of the enriched gas to approach,
As the predetermined value, a value smaller than the maximum value capable of suppressing the generation of soot in the furnace is adopted, and the difference (CP 2 −) is controlled by on / off control or PID control using the predetermined value as a control target value. The gas carburizing method is characterized in that the flow rate of the enriched gas is kept at a maximum until CP 1 ) approaches the predetermined value .
[0009]
The most notable point in the present invention is that the introduction of the enriched gas starts in the middle of the temperature rise when the furnace temperature does not reach the carburizing temperature, and two apparent carbons are detected from the detected values of the two different sensors. The potentials CP 1 and CP 2 are obtained, and the flow rate of the enriched gas is controlled using the difference (CP 2 −CP 1 ).
[0010]
As described above, the CO 2 sensor is configured to sample the atmospheric gas in the furnace and measure the CO 2 concentration outside the furnace. Thus, the CO 2 sensor can measure the CO 2 concentration with relatively high accuracy without being influenced by the tendency of soot generation in the furnace. Therefore, the value of the carbon potential CP 1 calculated from the CO 2 concentration is obtained as a value that is not significantly affected by the tendency of soot generation in the furnace.
[0011]
On the other hand, the oxygen sensor is installed in the furnace as described above, and measures the oxygen concentration in the state in which the oxygen sensor is in direct contact with the atmospheric gas in the furnace. Therefore, the oxygen sensor is relatively affected by the tendency of soot generation in the furnace. Therefore, the value of the carbon potential CP 2 calculated from the oxygen concentration is a value affected by the tendency of soot generation in the furnace.
[0012]
As described above, the above two types of carbon potentials CP 1 and CP 2 are not only different in the object of the data that is the basis of the calculation, but also different in the degree of influence from the in-furnace state. Therefore, when the tendency of soot generation in the carburizing furnace changes, a large difference occurs between CP 1 and CP 2 .
[0013]
Specifically, when it becomes easy to generate soot in the furnace, the carbon potential CP 2 obtained from the oxygen concentration tends to be larger than the carbon potential CP 1 obtained from the CO 2 concentration. That is, when the tendency to generate soot in the furnace increases, the difference between the two carbon potentials (CP 2 −CP 1 ) tends to increase.
[0014]
Using this characteristic, if the amount of enriched gas introduced is controlled so that the difference between the two carbon potentials (CP 2 −CP 1 ) approaches a predetermined value that can suppress the generation of soot, soot in the furnace Occurrence can be suppressed.
Here, the predetermined value is a value that can suppress the generation of soot in the furnace. For example, a value slightly smaller than the maximum value that can suppress the generation of soot in the furnace can be employed.
[0015]
There are various methods for controlling the amount of the enriched gas introduced. For example, there is a method in which the predetermined value of the difference (CP 2 −CP 1 ) is set as a control target value, and the flow rate of the enriched gas is adjusted by so-called on / off control, PID control, or the like.
[0016]
Next, the effects of the present invention will be described.
In the present invention, as described above, two apparent carbon potentials CP 1 and CP 2 are obtained from detection values of two different sensors, and the difference between them (CP 2 −CP 1 ) approaches the predetermined value. The flow rate of the enriched gas is controlled. Therefore, an appropriate amount of enriched gas can be introduced without generating soot in the furnace.
[0017]
This control method can be applied even during a temperature rise with a low furnace temperature. For this reason, even during the temperature rise in the furnace, an appropriate amount of enriched gas that does not generate soot can be introduced into the furnace, and the carbon potential can be increased moderately. Therefore, the carburization can be started during the temperature rise in the furnace, which has not been conventionally carburized, and the carburization completion time can be made earlier than before.
[0018]
Therefore, according to the present invention, even when the furnace temperature is lower than the processing temperature, an appropriate amount of enriched gas can be introduced without generating soot, and carburizing can be performed efficiently. Can be provided.
[0019]
Next, as in the invention of claim 2, the CO 2 sensor can be configured to measure the CO 2 concentration by an infrared absorption method. Since the infrared absorption method utilizes the fact that infrared rays having a specific wavelength are absorbed by the natural vibration of molecules, quantitative analysis and automation thereof are easy. Therefore, the measurement of the CO 2 concentration can be performed accurately and easily.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, the oxygen sensor is configured to measure using an electromotive force generated by a difference between an oxygen partial pressure in the furnace atmosphere gas and an oxygen partial pressure in the standard gas. be able to. The principle of using this electromotive force is shown by the well-known Nernst equation.
Examples of the above-described oxygen sensor include a zirconia sensor using zirconia as a solid electrolyte.
[0021]
As in the invention of claim 4, the introduction of the enriched gas is preferably started when the furnace temperature of the carburizing furnace exceeds a predetermined temperature. As said predetermined temperature, it can set to the temperature which can accelerate the progress of carburizing, for example. Specifically, the temperature is preferably 700 ° C. or higher. As a result, the efficiency of carburization can be improved.
[0022]
Further, as in the invention of
CP 1 = (As · Pco 2 ) / Pco 2 · K 1 . . . . . . . (I),
CP 2 = (As · Pco) / Po 2 1/2 · K 2 . . . . . . . (II),
As: saturated carbon concentration (mass%) in austenite at the treatment temperature,
Pco : partial pressure of carbon monoxide,
Pco 2 : the measured partial pressure of carbon dioxide,
Po 2 : the measured partial pressure of oxygen,
K 1 : Equilibrium constant of <C> + CO 2 = 2CO,
K 2 : <C> + (1/2) O 2 = equilibrium constant of CO,
<C>: C dissolved in the material to be treated
[0023]
By using the relational expressions (I) and (II), the calculation accuracy of the carbon potential can be improved.
In the relational expressions (I) and (II), As, K 1 and K 2 can be expressed by the following relational expressions.
As = 0.23290−5.6957 × 10 −4 (T−273) + 1.8830 × 10 −6 (T−273) 2 ,
K 1 = exp {(170707−174.473T) / (− 8.3144T)},
K2 = exp {(111713 + 87.6548T) /8.3144T},
Here, T is a processing temperature.
[0024]
As in the invention of claim 6, the enriched gas is preferably natural gas. Natural gas has the property of producing less soot than butane gas, which is generally used as an enriched gas, and can further enhance the effect of suppressing soot generation.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary Embodiment A gas carburizing method according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the gas carburizing method of this example, the workpiece 8 is fed into the furnace of the carburizing furnace 1 and then the furnace temperature is raised to the carburizing temperature (about 930 ° C.) and the enriched
[0026]
As shown in FIG. 1, the carburizing furnace 1 includes a CO 2 sensor 2 that samples the atmosphere gas in the furnace and detects the CO 2 concentration in the atmosphere gas outside the furnace, and the furnace atmosphere in the furnace. An oxygen sensor 3 for detecting the oxygen concentration in the gas is provided.
The introduction of enriched
[0027]
This will be described in detail below.
In FIG. 1, the carburizing furnace 1 of this example, the equipment which this has, etc. are shown. The carburizing furnace 1 is provided with the CO 2 sensor 2 and the oxygen sensor 3.
The CO 2 sensor 2 is installed outside the furnace as described above, and is configured to periodically sample the atmospheric gas in the furnace via the
[0028]
As shown in FIG. 1, the oxygen sensor 3 uses
The carburizing furnace 1 is provided with a temperature sensor 4. The temperature sensor 4 periodically measures the temperature of the furnace atmosphere gas (furnace temperature).
[0029]
The carburizing furnace 1 is connected to a
As shown in FIG. 1, the CO 2 sensor 2, oxygen sensor 3, temperature sensor 4, and flow rate controller 6 are all electrically connected to the
[0030]
In this example, the amount of enriched gas introduced is controlled as follows.
As shown in the flowchart of FIG. 2, first, after the workpiece 8 is fed into the furnace in step S1, it is determined in step S2 whether the temperature in the furnace T has decreased to 800.degree. . Here, 800 ° C. is an example of a temperature at which the progress of carburizing can be accelerated, and it is of course possible to change to another temperature depending on the characteristics of the carburizing furnace.
[0031]
When the furnace temperature T becomes 800 ° C. or higher, introduction of the enriched gas is started in step S3. That is, the
[0032]
Next, in step S4, the
[0033]
The calculation at this time was performed by the following relational expressions (I) and (II).
CP 1 = (As · Pco 2 ) / Pco 2 · K 1 . . . . . . . (I),
CP 2 = (As · Pco) / Po 2 1/2 · K 2 . . . . . . . (II),
As: saturated carbon concentration (mass%) in austenite at the treatment temperature,
(As = 0.23290−5.6957 × 10 −4 (T−273) + 1.8830 × 10 −6 (T−273) 2 ),
Pco : partial pressure of carbon monoxide,
Pco 2 : the measured partial pressure of carbon dioxide,
Po 2 : the measured partial pressure of oxygen,
K 1 : Equilibrium constant of <C> + CO 2 = 2CO,
(K 1 = exp {(170707−174.473T) / (− 8.3144T)}),
K 2 : <C> + (1/2) O 2 = equilibrium constant of CO,
(K 2 = exp {(111713 + 87.6548T) /8.3144T}),
<C>: C dissolved in the material to be treated
T: Furnace temperature.
[0034]
Next, in step S5, the difference between CP 1 and CP 2 (CP 2 −CP 1 ) is obtained, and it is determined whether or not this is equal to or less than a predetermined value M. In this example, the predetermined value M is set to 0.2. Note that the value of the predetermined value M differs depending on the type of carburizing furnace, the type of material to be treated, and the like.
[0035]
If the difference (CP 2 −CP 1 ) exceeds the predetermined value M, the flow rate of the enriched gas is reduced in step S6. Specifically, the flow rate controller 6 is controlled by the
There are various methods for restricting the flow rate. In this example, the flow rate is completely zero. This is so-called on / off control.
On the other hand, if the difference (CP 2 −CP 1 ) is less than or equal to the predetermined value M in step S5, the amount of enriched gas introduced is maintained at the maximum in step S7.
[0036]
In this example, by controlling the flow rate of the enriched gas, the difference between the two apparent carbon potentials (CP 2 −CP 1 ) approaches the predetermined value M, and soot generation in the furnace is ensured. Can be suppressed. For this reason, the enrichment gas can be introduced even during the temperature increase of the furnace temperature, which has been easy to generate soot.
[0037]
Therefore, it is possible to effectively use the time during which the temperature inside the furnace, which has not been carburized, is raised, as the carburizing time, and the carburizing completion time can be made faster than before.
This will be described with reference to FIG. As in FIG. 4, time is plotted on the horizontal axis and temperature is plotted on the vertical axis, showing the transition of the furnace temperature T and the processing material feed timing A and the timing at which the furnace temperature is restored to the carburizing temperature T 0. B, timing C when the introduction of the rich gas is started, and the like are shown.
[0038]
As can be seen from a comparison between FIG. 3 and FIG. 4, in this example (FIG. 3), the enrich gas introduction start timing C is earlier than in the conventional case (FIG. 4). For this reason, the total carburizing time (A to D) is shorter in this example than in the prior art. Therefore, in this example, the carburization efficiency can be improved as compared with the conventional case.
On the other hand, by using the above-mentioned control method, generation of soot in the furnace can be suppressed even when an enriched gas is introduced during the temperature rise. Therefore, the quality of the material to be processed can be maintained in a sufficiently good state.
[0039]
In this example, the flow control of the rich gas is performed by on / off control using the predetermined value M as a control target value. Instead of this, it is of course possible to use so-called PID control.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when the furnace temperature is lower than the processing temperature, an appropriate amount of enriched gas can be introduced without generating soot, and carburizing can be performed efficiently. A carburizing method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a carburizing furnace in an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a flow control method for an enriched gas in the embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the start timing for introducing an enriched gas in the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the start timing for introducing an enriched gas in a conventional example.
[Explanation of symbols]
1. . . Carburizing furnace,
2. . . CO 2 sensor,
3. . . Oxygen sensor,
4). . . Temperature sensor,
5). . . Control unit,
6). . . Flow controller,
7). . . Enrich gas (natural gas),
Claims (6)
上記浸炭炉には,炉内雰囲気ガスをサンプリングして炉外において該炉内雰囲気ガス中のCO2濃度を検出するCO2センサと,炉内において上記炉内雰囲気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサとを設けておき,
上記エンリッチガスの導入は上記炉内温度の昇温中に開始し,かつ,上記エンリッチガスの導入量を制御するに当たっては,上記CO2センサにより測定したCO2濃度を基に算出した見掛け上のカーボンポテンシャルCP1と,上記酸素センサにより測定した酸素濃度を基に算出した見掛け上のカーボンポテンシャルCP2との差(CP2−CP1)を求め,差(CP2−CP1)が所定値に近づくように上記エンリッチガスの流量を調整するに当たり,
上記所定値は,炉内においてススの発生を抑制しうる最大値よりも小さい値を採用し,該所定値を制御目標値としてオン・オフ制御又はPID制御することによって,上記差(CP 2 −CP 1 )が上記所定値に近づくまでは上記エンリッチガスの導入流量を最大のまま維持することを特徴とするガス浸炭方法。Carrying the material to be treated into the furnace of the carburizing furnace, then raising the furnace temperature to the carburizing temperature and introducing an enriched gas into the furnace to raise the carbon potential and carburizing the material to be treated. In the gas carburizing method,
The carburizing furnace includes a CO 2 sensor that samples the atmosphere gas in the furnace and detects the CO 2 concentration in the atmosphere gas outside the furnace, and detects the oxygen concentration in the atmosphere gas in the furnace. With an oxygen sensor,
The introduction of the enriched gas starts during the temperature rise of the furnace temperature, and the apparent amount calculated based on the CO 2 concentration measured by the CO 2 sensor is used to control the amount of the enriched gas introduced. carbon and potential CP 1, obtains a difference (CP 2 -CP 1) the carbon potential CP 2 apparent that calculated based on the oxygen concentration measured by the oxygen sensor, the difference (CP 2 -CP 1) is a predetermined value per to adjust the flow rate of the enriched gas to approach,
As the predetermined value, a value smaller than the maximum value capable of suppressing the generation of soot in the furnace is adopted, and the difference (CP 2 −) is controlled by on / off control or PID control using the predetermined value as a control target value. A gas carburizing method characterized in that the enriched gas introduction flow rate is maintained at a maximum until CP 1 ) approaches the predetermined value .
CP1=(As・Pco2)/Pco2・K1,
CP2=(As・Pco)/Po2 1/2・K2,
As:処理温度におけるオーステナイト中の飽和炭素濃度(mass%),
Pco:一酸化炭素の分圧,
Pco2:測定された二酸化炭素の分圧,
Po2:測定された酸素の分圧,
K1:<C>+CO2=2COの平衡定数,
K2:<C>+(1/2)O2=COの平衡定数,
<C>:被処理材中に固溶したC,
により表されることを特徴とするガス浸炭方法。In any one of claims 1 to 4, the CP 1 and CP 2 are the following relationships,
CP 1 = (As · Pco 2 ) / Pco 2 · K 1 ,
CP 2 = (As · Pco) / Po 2 1/2 · K 2 ,
As: saturated carbon concentration (mass%) in austenite at the treatment temperature,
Pco : partial pressure of carbon monoxide,
Pco 2 : the measured partial pressure of carbon dioxide,
Po 2 : the measured partial pressure of oxygen,
K 1 : Equilibrium constant of <C> + CO 2 = 2CO,
K 2 : <C> + (1/2) O 2 = equilibrium constant of CO,
<C>: C dissolved in the material to be treated
A gas carburizing method characterized by the following:
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016151517A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | 新栄熱計装株式会社 | Carbon potential calculation device |
| JP2020094256A (en) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | ジヤトコ株式会社 | Continuous carburizing furnace |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003013136A (en) * | 2001-07-04 | 2003-01-15 | Toho Gas Co Ltd | Control method of heat treatment atmosphere |
| JP2003073730A (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Toho Gas Co Ltd | Control method of heat treatment atmosphere |
| JP2003073798A (en) * | 2001-09-07 | 2003-03-12 | Toho Gas Co Ltd | Control method of carburizing atmosphere |
| JP5390139B2 (en) * | 2008-08-05 | 2014-01-15 | 株式会社チノー | Carbon potential calculation device |
| JP5295813B2 (en) * | 2009-02-17 | 2013-09-18 | Dowaサーモテック株式会社 | Method for nitriding iron group alloys |
| JP6412436B2 (en) * | 2015-02-13 | 2018-10-24 | ジヤトコ株式会社 | Vacuum carburizing method and vacuum carburizing apparatus |
| CN105200368B (en) * | 2015-09-11 | 2017-11-14 | 北京北方车辆集团有限公司 | Atmosphere controlled heat treatment furnace carbon potential and temperature control system on-line calibration method |
| JP6864932B2 (en) * | 2019-10-15 | 2021-04-28 | 関東冶金工業株式会社 | Heat treatment furnace, its control method, information processing equipment, information processing method and program |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5716164A (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-27 | Oriental Eng Kk | Gas cementation treatment |
| JPS57177969A (en) * | 1981-04-23 | 1982-11-01 | Chugai Ro Kogyo Kaisha Ltd | Controlling method for carbon potential in furnace |
| JPS6029461A (en) * | 1983-07-29 | 1985-02-14 | Tokyo Netsu Shiyori Kogyo Kk | Controlling method of carburizing atmosphere for batch type carburizing furnace |
| JPS63199859A (en) * | 1987-02-16 | 1988-08-18 | Nippon Denso Co Ltd | Automatic heat-treating device for steel |
| JPS6447843A (en) * | 1987-08-17 | 1989-02-22 | Daido Steel Co Ltd | Fluidized bed heat treating method and apparatus thereof |
| JPH03291368A (en) * | 1990-04-06 | 1991-12-20 | Nippon Seiko Kk | Vacuum carburizing method and vacuum carburizing furnace |
| JP2983793B2 (en) * | 1993-03-30 | 1999-11-29 | 同和鉱業株式会社 | Gas high carbon carburizing method for steel parts |
| NL9300901A (en) * | 1993-05-26 | 1994-12-16 | Skf Ind Trading & Dev | Process for carbonitriding steel. |
| JP3409236B2 (en) * | 1997-02-18 | 2003-05-26 | 同和鉱業株式会社 | Atmosphere control method of heat treatment furnace |
-
1999
- 1999-05-24 JP JP14363999A patent/JP3973795B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016151517A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | 新栄熱計装株式会社 | Carbon potential calculation device |
| JP2020094256A (en) * | 2018-12-14 | 2020-06-18 | ジヤトコ株式会社 | Continuous carburizing furnace |
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| Publication number | Publication date |
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