JP2003073730A - Method for controlling heat treatment atmosphere - Google Patents
Method for controlling heat treatment atmosphereInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【技術分野】本発明は，高能率，高品質の熱処理を施す
ことができる熱処理雰囲気の制御方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of controlling a heat treatment atmosphere capable of performing heat treatment of high efficiency and high quality.
【０００２】[0002]
【従来技術】例えば，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。この浸炭法としては，浸炭剤として炭化
水素系ガスを用いて熱処理雰囲気を制御する方法があ
る。従来の熱処理雰囲気の制御方法を，図６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および炭素量調整用炭化水素ガス（エン
リッチガス）の導入タイミングＣ等を示したものであ
る。2. Description of the Related Art Carburizing is widely used as a means for improving mechanical properties such as pitting resistance and wear resistance of steel parts. As this carburizing method, there is a method of controlling a heat treatment atmosphere by using a hydrocarbon gas as a carburizing agent. A conventional method for controlling the heat treatment atmosphere will be briefly described with reference to FIG. This figure shows the time T on the horizontal axis and the temperature on the vertical axis, and shows the furnace temperature T and the introduction timing C of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas (enriched gas).
【０００３】同図より知られるごとく，従来の熱処理雰
囲気の制御方法においては，まず予め処理温度Ｔ0まで
昇温しておいた熱処理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，炭素量調整用炭化水素ガスの
導入を開始（Ｃ）する。As is known from the figure, in the conventional method for controlling the heat treatment atmosphere, the material to be treated is first fed into the furnace of the heat treatment furnace which has been heated up to the treatment temperature T 0 (A). Since the furnace door is opened when this material to be processed is fed,
The furnace temperature drops. Next, the furnace temperature is set to the processing temperature T 0.
At the point of time (B) when the temperature has recovered to 1, the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas is started (C).
【０００４】そして，上記炭素量調整用炭化水素ガスの
導入により，炉内のカーボンポテンシャルは上昇し，そ
の後，上記カーボンポテンシャルの値を最適に制御する
ことにより，最適な熱処理雰囲気の制御を行っている。
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。The introduction of the carbon gas for adjusting the amount of carbon causes the carbon potential in the furnace to rise, and thereafter the value of the carbon potential is optimally controlled to optimally control the heat treatment atmosphere. There is.
Normally, an endothermic atmospheric gas for preventing oxidation is always introduced into the furnace. At the end of carburization (D),
Usually, quenching treatment is performed.
【０００５】ところで，上記浸炭を左右する炉内の雰囲
気ガスの状態，即ち炉内の熱処理雰囲気は，カーボンポ
テンシャルを算出して制御を行う。このカーボンポテン
シャルを求める方法としては，例えば，Ｏ2センサを用
いて炉内のＯ2濃度を測定することにより求める方法，
ＣＯ2センサを用いて炉内のＣＯ2濃度を測定することに
より求める方法等がある。By the way, the state of the atmosphere gas in the furnace that influences the carburization, that is, the heat treatment atmosphere in the furnace is controlled by calculating the carbon potential. As a method of obtaining this carbon potential, for example, a method of obtaining it by measuring the O 2 concentration in the furnace using an O 2 sensor,
There is a method of obtaining it by measuring the CO 2 concentration in the furnace using a CO 2 sensor.
【０００６】[0006]
【解決しようとする課題】しかしながら，上記Ｏ2セン
サ又はＣＯ2センサを用いたカーボンポテンシャルの算
出は，それらのセンサの特性による影響を受けたものと
なる。即ち，上記Ｏ 2センサにより求めたカーボンポテ
ンシャルの値は，炉内の炭化水素ガス濃度の影響を受け
る。そのため，この炭化水素ガス濃度が比較的高くなっ
た際には，実際よりも高い値のカーボンポテンシャルの
値を出してしまう。また，上記ＣＯ2センサによるＣＯ2
濃度の測定は定期的に炉内ガスをサンプリングすること
により行っているため，カーボンポテンシャルの算出に
用いる際にはタイムラグ（時間遅れ）を生じる。そのた
め，必要以上に上記炭化水素ガスを炉内に供給して，上
記炉内に煤を発生させてしまうおそれがある。[Problems to be Solved] However, the above-mentioned O2Sen
Service or CO2Calculation of carbon potential using sensors
The output is affected by the characteristics of those sensors.
Become. That is, the above O 2Carbon potato obtained by sensor
Value is affected by the concentration of hydrocarbon gas in the furnace.
It Therefore, this hydrocarbon gas concentration becomes relatively high.
The carbon potential is higher than it actually is.
It gives a value. In addition, the CO2CO by sensor2
To measure the concentration, periodically sample the gas in the furnace
The calculation of carbon potential
When used, a time lag (time delay) occurs. That
Therefore, supply the above hydrocarbon gas into the furnace more than necessary and
Soot may be generated in the furnace.
【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，煤の発生を抑制すると共に短時間で被処
理材を熱処理することができる熱処理雰囲気の制御方法
を提供しようとするものである。The present invention has been made in view of the above conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for controlling a heat treatment atmosphere in which generation of soot is suppressed and a material to be treated can be heat treated in a short time. Is.
【０００８】[0008]
【課題の解決手段】第１の発明は，熱処理炉の炉内に被
処理材を送入し，次いで，上記炉内の温度を昇温すると
共に炭素量調整用炭化水素ガスを上記炉内に導入してカ
ーボンポテンシャルを調整しながら，上記被処理材を熱
処理する際の熱処理雰囲気を制御する方法において，炉
内雰囲気ガス中におけるある種のガスのガス濃度を第１
センサにより測定し，該ガス濃度を基にして見かけ上の
カーボンポテンシャルＣＰ１を算出するＣＰ１算出手段
と，上記第１センサと比べて炉内雰囲気ガス中の炭化水
素ガス濃度に影響を受けやすい特性を有する第２センサ
により，炉内雰囲気ガス中における上記ある種のガスと
同種又は異種のガスのガス濃度を測定し，該ガス濃度を
基にして見かけ上のカーボンポテンシャルＣＰ２を算出
する機能を有していると共に，炉内雰囲気ガス中の炭化
水素ガス濃度が比較的高い場合に，上記ＣＰ１算出手段
により算出されたＣＰ１よりも高い値のＣＰ２を算出し
うる特性を有するＣＰ２算出手段とを用い，上記炭素量
調整用炭化水素ガスの導入を開始した後，該炭素量調整
用炭化水素ガスの導入量を調節するに当たっては，上記
ＣＰ１に対する目標値をＣＰ（ｔ），上記ＣＰ２に対す
る基準値であって，上記ＣＰ（ｔ）よりも大きい値をＭ
とした場合，ＣＰ２≦Ｍ又はＣＰ２＜Ｍのときには，上
記ＣＰ１が目標値ＣＰ（ｔ）に近づくように上記導入量
を調節し，ＣＰ２＞Ｍ又はＣＰ２≧Ｍのときには，上記
炭素量調整用炭化水素ガスの導入を停止するか又は上記
導入量を所定量以下に絞ることを特徴とする熱処理雰囲
気の制御方法にある（請求項１）。According to a first aspect of the present invention, a material to be treated is fed into the furnace of a heat treatment furnace, and then the temperature inside the furnace is raised and a hydrocarbon gas for adjusting the amount of carbon is introduced into the furnace. In the method of controlling the heat treatment atmosphere when heat-treating the material to be treated while introducing and adjusting the carbon potential, the gas concentration of a certain gas in the furnace atmosphere gas is set to
CP1 calculating means for calculating an apparent carbon potential CP1 based on the gas concentration measured by a sensor, and a characteristic more susceptible to the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace than the first sensor The second sensor has a function of measuring the gas concentration of the same kind or different kind of gas as the above-mentioned certain kind of gas in the atmosphere gas in the furnace, and calculating an apparent carbon potential CP2 based on the gas concentration. In addition, when the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace is relatively high, CP2 calculating means having a characteristic of being able to calculate CP2 of a value higher than CP1 calculated by the CP1 calculating means, After the introduction of the carbon content adjusting hydrocarbon gas is started, when adjusting the introduction amount of the carbon content adjusting hydrocarbon gas, the target for CP1 is adjusted. Values CP (t), a reference value for the CP2, a value greater than the CP (t) M
When CP2 ≦ M or CP2 <M, the introduction amount is adjusted so that CP1 approaches the target value CP (t), and when CP2> M or CP2 ≧ M, the carbon content adjustment carbonization is performed. A method for controlling a heat treatment atmosphere is characterized in that the introduction of hydrogen gas is stopped or the introduction amount is restricted to a predetermined amount or less (claim 1).
【０００９】本発明における熱処理雰囲気の制御方法に
おいては，炉内雰囲気ガス中におけるある種のガスのガ
ス濃度を測定する第１センサと，上記ある種のガスと同
種又は異種のガスのガス濃度を測定する第２センサとを
用いる。そして，これらのセンサは，それぞれ異なる特
性を有する異種のものである。即ち，具体的には，上記
第２センサは，上記第１センサと比べて炉内雰囲気ガス
中における炭化水素ガス濃度に影響を受けやすい特性を
有している。In the method for controlling the heat treatment atmosphere according to the present invention, the first sensor for measuring the gas concentration of a certain gas in the atmosphere gas in the furnace and the gas concentration of the same or different kind of gas as the above certain gas are used. A second sensor to measure is used. Then, these sensors are of different types having different characteristics. That is, specifically, the second sensor has a characteristic that it is more susceptible to the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace than the first sensor.
【００１０】また，上記第２センサの特性により，上記
ＣＰ２算出手段は，炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃
度が比較的高い場合には，上記ＣＰ１算出手段により算
出されたＣＰ１よりも高い値のＣＰ２を算出しうる特性
を有している。また，上記ＣＰ２算出手段によるＣＰ２
の値は，上記炭素量調整用炭化水素ガスの導入量が増加
すると上昇し，この導入量が減少すると下降する特性を
有している。Further, due to the characteristics of the second sensor, the CP2 calculating means has a value higher than CP1 calculated by the CP1 calculating means when the hydrocarbon gas concentration in the furnace atmosphere gas is relatively high. It has a characteristic capable of calculating CP2. In addition, the CP2 calculated by the CP2 calculating means
The value of has a characteristic that it increases when the introduction amount of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas increases and it decreases when the introduction amount decreases.
【００１１】上記熱処理雰囲気の制御は，上記ＣＰ２が
Ｍ以下又はＭ未満のときには，上記第１センサに基づき
ＣＰ１算出手段により算出されたＣＰ１の値のみを用
い，この値が上記目標値ＣＰ（ｔ）に近づくことを目標
にして，上記炭素量調整用炭化水素ガスの導入量を調節
して行う。In the control of the heat treatment atmosphere, when CP2 is less than M or less than M, only the value of CP1 calculated by the CP1 calculating means based on the first sensor is used, and this value is the target value CP (t ) Is performed by adjusting the introduction amount of the above-mentioned carbon amount adjusting hydrocarbon gas.
【００１２】また，上記熱処理雰囲気の制御は，上記Ｃ
Ｐ２がＭを超える又はＭ以上のときには，上記ＣＰ１の
値に関係なく，ＣＰ２の値にのみ基づいて行う。具体的
には，ＣＰ２の値がＭ以下又はＭ未満となるまで，上記
炭素量調整用炭化水素ガスの導入の停止又は上記導入量
を所定量以下に絞る。そのため，炉内雰囲気ガス中の炭
化水素ガス濃度が高くなって，上記炉内に煤を発生させ
てしまうことを抑制することができる。Further, the control of the heat treatment atmosphere is performed by the above C
When P2 exceeds M or is equal to or more than M, it is performed based on only the value of CP2 regardless of the value of CP1. Specifically, the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas is stopped or the introduced amount is narrowed down to a predetermined amount or less until the value of CP2 becomes equal to or less than M or less than M. Therefore, it is possible to suppress the generation of soot in the furnace because the hydrocarbon gas concentration in the furnace atmosphere gas becomes high.
【００１３】一方で，上記導入量を絞った後に，再びＣ
Ｐ２がＭ以下又はＭ未満となったときには，ＣＰ１のみ
に基づく制御を再開することができ，上記ＣＰ１が目標
値ＣＰ（ｔ）に近づくように導入量を調節する。そのた
め，煤の発生を抑制できる範囲で，可能な限り上記導入
量を大きくして，炉内のカーボンポテンシャルを高めた
状態で熱処理を行うことができる。それ故，本発明にお
ける熱処理雰囲気の制御方法によれば，煤の発生を抑制
することができると共に短時間で被処理材を熱処理する
ことができる。On the other hand, after narrowing down the introduction amount, C
When P2 becomes less than or equal to M or less than M, control based only on CP1 can be restarted, and the introduction amount is adjusted so that CP1 approaches the target value CP (t). Therefore, the heat treatment can be performed in a state in which the carbon potential in the furnace is increased by increasing the amount of introduction as much as possible within a range in which the generation of soot can be suppressed. Therefore, according to the method for controlling the heat treatment atmosphere in the present invention, the generation of soot can be suppressed and the material to be treated can be heat treated in a short time.
【００１４】第２の発明は，熱処理炉の炉内に被処理材
を送入し，次いで，上記炉内の温度を昇温すると共に炭
素量調整用炭化水素ガスを上記炉内に導入してカーボン
ポテンシャルを調整しながら，上記被処理材を熱処理す
る際の熱処理雰囲気を制御する方法において，炉内雰囲
気ガス中におけるある種のガスのガス濃度を第１センサ
により測定し，該ガス濃度を基にして見かけ上のカーボ
ンポテンシャルＣＰ１を算出するＣＰ１算出手段と，上
記第１センサと比べて炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス
濃度に影響を受けやすい特性を有する第２センサによ
り，炉内雰囲気ガス中における上記ある種のガスと同種
又は異種のガスのガス濃度を測定し，該ガス濃度を基に
して見かけ上のカーボンポテンシャルＣＰ２を算出する
機能を有していると共に，炉内雰囲気ガス中の炭化水素
ガス濃度が比較的高い場合に，上記ＣＰ１算出手段によ
り算出されたＣＰ１よりも低い値のＣＰ２を算出しうる
特性を有するＣＰ２算出手段とを用い，上記炭素量調整
用炭化水素ガスの導入を開始した後，該炭素量調整用炭
化水素ガスの導入量を調節するに当たっては，上記ＣＰ
１に対する目標値をＣＰ（ｔ），上記ＣＰ２に対する基
準値であって，上記ＣＰ（ｔ）よりも小さい値をＭとし
た場合，ＣＰ２＞Ｍ又はＣＰ２≧Ｍのときには，上記Ｃ
Ｐ１が目標値ＣＰ（ｔ）に近づくように上記導入量を調
節し，ＣＰ２≦Ｍ又はＣＰ２＜Ｍのときには，上記炭素
量調整用炭化水素ガスの導入を停止するか又は上記導入
量を所定量以下に絞ることを特徴とする熱処理雰囲気の
制御方法にある（請求項３）。In a second aspect of the present invention, the material to be treated is fed into the furnace of the heat treatment furnace, and then the temperature in the furnace is raised and a hydrocarbon gas for adjusting the amount of carbon is introduced into the furnace. In a method of controlling a heat treatment atmosphere when heat treating a material to be treated while adjusting a carbon potential, a gas concentration of a certain gas in a furnace atmosphere gas is measured by a first sensor, and the gas concentration is measured based on the gas concentration. The CP1 calculating means for calculating the apparent carbon potential CP1 and the second sensor having characteristics that are more susceptible to the hydrocarbon gas concentration in the furnace atmosphere gas than the first sensor It has a function of measuring a gas concentration of the same kind of gas or a different kind of gas described above and calculating an apparent carbon potential CP2 based on the gas concentration. In addition, when the concentration of the hydrocarbon gas in the atmosphere gas in the furnace is relatively high, the CP2 calculation means having the characteristic of being able to calculate CP2 of a value lower than the CP1 calculated by the CP1 calculation means is used. After starting the introduction of the amount adjusting hydrocarbon gas, in adjusting the introduction amount of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas, the above CP
When the target value for 1 is CP (t) and the reference value for CP2 is smaller than CP (t), and M is CP2> M or CP2 ≧ M, then C
The introduction amount is adjusted so that P1 approaches the target value CP (t), and when CP2 ≦ M or CP2 <M, the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas is stopped or the introduction amount is set to a predetermined amount. The method for controlling the heat treatment atmosphere is characterized below.
【００１５】本発明における第２センサは，上記第１の
発明における第２センサと比較して，炉内雰囲気ガス中
の炭化水素ガス濃度の変化に対して上下逆の動向を示す
特性を有している。また，本発明におけるＣＰ２算出手
段によるＣＰ２の値は，上記炭素量調整用炭化水素ガス
の導入量が増加すると下降し，この導入量が減少すると
上昇する特性を有している。また，上記ＣＰ２算出手段
は，炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度が比較的高い
場合には，上記ＣＰ１算出手段により算出されたＣＰ１
よりも低い値のＣＰ２を算出しうる特性を有している。The second sensor according to the present invention has a characteristic that, compared with the second sensor according to the first aspect of the present invention, the trend is upside down with respect to the change of the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace. ing. Further, the value of CP2 calculated by the CP2 calculating means in the present invention has a characteristic that it decreases when the introduction amount of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas increases and rises when the introduction amount decreases. The CP2 calculating means calculates the CP1 calculated by the CP1 calculating means when the hydrocarbon gas concentration in the furnace atmosphere gas is relatively high.
It has the characteristic that CP2 of a lower value can be calculated.
【００１６】本発明における熱処理雰囲気の制御は，上
記ＣＰ２がＭを超える又はＭ以上のときには，上記第１
センサに基づきＣＰ１算出手段により算出されたＣＰ１
の値のみを用いて行う。また，熱処理雰囲気の制御は，
上記ＣＰ２がＭ以下又はＭよりも小さいときには，ＣＰ
２の値にのみ基づいて行い，ＣＰ２の値がＭを超える又
はＭ以上となるまで，上記炭素量調整用炭化水素ガスの
導入の停止又は上記導入量を所定量以下に絞る。The control of the heat treatment atmosphere in the present invention is carried out when the above CP2 exceeds M or exceeds M, the above first
CP1 calculated by the CP1 calculating means based on the sensor
Only use the value of. In addition, the control of the heat treatment atmosphere is
When CP2 is less than M or less than M, CP
Only based on the value of 2, the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas is stopped or the introduced amount is reduced to a predetermined amount or less until the value of CP2 exceeds M or exceeds M.
【００１７】本発明における熱処理雰囲気の制御方法を
例示すると，以下のようになる。即ち，上記被処理材の
熱処理において，炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度
が比較的高くなった場合，ＣＰ２算出手段は基準値Ｍよ
りも低い値のＣＰ２を算出し，このとき，炭素量調整用
炭化水素ガスの導入量が停止されるかこの導入量が絞ら
れる。すると，上記ＣＰ２が上昇を始め，Ｍを超える又
はＭ以上となり，このときには，ＣＰ１がＣＰ（ｔ）に
近づくように上記導入量が調節される。即ち，このとき
には，上記導入量が増加される。An example of the method of controlling the heat treatment atmosphere in the present invention is as follows. That is, in the heat treatment of the material to be treated, when the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace becomes relatively high, the CP2 calculation means calculates CP2 lower than the reference value M, and at this time, the carbon content The introduction amount of the adjustment hydrocarbon gas is stopped or the introduction amount is narrowed. Then, the CP2 starts to rise and exceeds M or becomes M or more. At this time, the introduction amount is adjusted so that CP1 approaches CP (t). That is, at this time, the introduction amount is increased.
【００１８】そのため，再び，炉内雰囲気ガス中の炭化
水素ガス濃度が比較的高くなるので，上記ＣＰ２が下降
を始める。そして，ＣＰ２算出手段が，再びＭ以下又は
Ｍよりも小さい値のＣＰ２を算出したときには，上記導
入量が停止されるか導入量が絞られ，上記ＣＰ２が再び
上昇する。このように，本発明における第２センサ及び
ＣＰ２算出手段を用いることによっても，上記第１の発
明と同様にして，熱処理雰囲気の制御を行うことができ
る。それ故，本発明によっても，上記第１の発明と同様
にして，煤の発生を抑制することができると共に短時間
で被処理材を熱処理することができる。Therefore, the concentration of the hydrocarbon gas in the atmosphere gas in the furnace becomes relatively high again, and the CP2 begins to fall. Then, when the CP2 calculating means again calculates CP2 which is equal to or less than M or a value smaller than M, the introduction amount is stopped or the introduction amount is narrowed, and the CP2 rises again. As described above, by using the second sensor and the CP2 calculating means in the present invention, the heat treatment atmosphere can be controlled in the same manner as in the first invention. Therefore, according to the present invention as well, the generation of soot can be suppressed and the material to be treated can be heat-treated in a short time, as in the first invention.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】上記第１の発明及び第２の発明に
おいて，上記炭素量調整用炭化水素ガスとしては，例え
ば，都市ガス，天然ガス，ブタンガス，プロパンガス，
メタンガス等を用いることができる。また，上記炉内に
は，常時，いわゆるキャリアガスを供給しておくことが
できる。このキャリアガスとしては，吸熱反応を行うガ
スを導入して，被処理材の表面が酸化することを防止す
ることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the first and second aspects of the invention, examples of the hydrocarbon gas for carbon amount adjustment include city gas, natural gas, butane gas, propane gas,
Methane gas or the like can be used. Also, a so-called carrier gas can be constantly supplied into the furnace. As the carrier gas, a gas that undergoes an endothermic reaction can be introduced to prevent the surface of the material to be processed from being oxidized.
【００２０】また，上記ＣＰ１及びＣＰ２は，例えば，
上記第１センサにＣＯ2濃度を測定するＣＯ2センサを用
い，上記第２センサにＯ2濃度を測定するＯ2センサを用
いた場合には，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：炭素量調整用炭化水素ガス組成より算出した一酸
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，The CP1 and CP2 are, for example,
Using CO 2 sensor for measuring the CO 2 concentration in the first sensor, in the case of using the O 2 sensor for measuring the O 2 concentration in the second sensor is represented by the following equation (I) (II) be able to. CP1 = (As · Pco 2 ) / Pco 2 · K 1 . ． ． ． ． ． ． (I), CP2 = (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 calculated from the hydrocarbon gas composition for carbon content adjustment, Pco 2 : measured carbon dioxide content Pressure, Po 2 : measured partial pressure of oxygen, K 1 : equilibrium constant of <C> + CO 2 = 2CO, K 2 : equilibrium constant of <C> + (1/2) O 2 = CO, <C> : C dissolved in the material to be treated,
【００２１】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）／（−8.3144
Ｔ）｝，
Ｋ2＝exp｛（111713＋87.6548Ｔ）／8.3144Ｔ｝，
ここでＴは処理温度である。By using the above relational expressions (I) and (II), the calculation accuracy of the carbon potential can be improved. The As, K 1 and K 2 in the relational expressions (I) and (II) can be expressed by the following relational expressions. As = 0.23290-5.6957 x 10-4 (T-273) + 1.8830 x 10
-6 (T-273) 2 , K 1 = exp {(170707-174.473T) / (-8.3144
T)}, K 2 = exp {(111713 + 87.6548T) /8.3144T}, where T is the processing temperature.
【００２２】また，上記第１の発明において，上記第１
センサは，上記炉内雰囲気ガス中のＣＯ2ガスの濃度を
赤外線吸収法により測定するよう構成されたＣＯ2セン
サであり，上記第２センサは，上記炉内雰囲気ガス中の
Ｏ2ガスの濃度を固体電解質を用いて酸素分圧差により
発生する起電力を利用して測定するよう構成されたＯ2
センサであることが好ましい（請求項２）。In the first invention, the first
The sensor is a CO 2 sensor configured to measure the concentration of CO 2 gas in the atmosphere gas in the furnace by an infrared absorption method, and the second sensor is the concentration of O 2 gas in the atmosphere gas in the furnace. the O 2 configured to measure by using the electromotive force generated by oxygen partial pressure difference using a solid electrolyte
It is preferably a sensor (claim 2).
【００２３】この場合，上記ＣＯ2センサ及びＯ2センサ
の特性を生かして，一層最適に上記炉内の熱処理雰囲気
の制御を行うことができる。即ち，上記ＣＯ2センサ
は，上記Ｏ2センサに比べて上記炉内の炭化水素ガス濃
度の影響を受け難く，上記ＣＰ１算出手段により精度よ
くカーボンポテンシャルＣＰ１を算出することができ
る。一方で，ＣＯ2センサは，上記炉内雰囲気ガスをサ
ンプリングしてからＣＯ2ガスの濃度を検出するため，
上記ＣＰ１算出手段による上記ＣＰ１の算出に時間遅れ
を生ずる。In this case, the characteristics of the CO 2 sensor and the O 2 sensor can be used to more optimally control the heat treatment atmosphere in the furnace. That is, the CO 2 sensor is less affected by the hydrocarbon gas concentration in the furnace than the O 2 sensor, and the carbon potential CP1 can be calculated accurately by the CP1 calculating means. On the other hand, since the CO 2 sensor detects the concentration of CO 2 gas after sampling the atmosphere gas in the furnace,
There is a time delay in the calculation of CP1 by the CP1 calculating means.
【００２４】また，上記Ｏ2センサは，上記炉内の炭化
水素ガス濃度の影響を受け易い。そのため，上記炭化水
素ガス濃度が高い場合には，上記ＣＰ２算出手段により
算出されるカーボンポテンシャルＣＰ２は，実際のカー
ボンポテンシャルの値よりも大きな値になる傾向があ
る。一方で，Ｏ2センサは，上記炉内において炉内雰囲
気ガスより直接Ｏ2ガスの濃度を検出するため，上記Ｃ
Ｐ２算出手段によるＣＰ２の算出には時間遅れがほとん
どない。Further, the O 2 sensor is easily affected by the hydrocarbon gas concentration in the furnace. Therefore, when the hydrocarbon gas concentration is high, the carbon potential CP2 calculated by the CP2 calculating means tends to be larger than the actual carbon potential value. On the other hand, since the O 2 sensor directly detects the concentration of O 2 gas in the furnace atmosphere gas in the furnace,
There is almost no time delay in the calculation of CP2 by the P2 calculation means.
【００２５】そして，上記のごとく，Ｏ2センサに基づ
くＣＰ２とこれに対する基準値Ｍとを用いて制御するこ
とにより，煤発生の兆候を時間遅れなく検知し，タイミ
ングよく上記炭素調整用炭化水素ガスの導入量を絞るこ
とができる。そのため，炉内において煤を発生させてし
まうことを確実に抑制することができる。一方で，上記
ＣＯ2センサに基づくＣＰ１を用いた制御においては，
煤の発生を考慮することなく，精度よく炉内のカーボン
ポテンシャルを制御することができる。そのため，上記
２種類のセンサを利用することによって，煤の発生を抑
制しつつ，最適なカーボンポテンシャルを保つことがで
きる最適な熱処理雰囲気を得ることができる。As described above, by controlling the CP2 based on the O 2 sensor and the reference value M for the CP2, the sign of soot generation is detected without time delay, and the carbon gas for adjusting the hydrocarbon gas is timely detected. It is possible to reduce the introduction amount of. Therefore, it is possible to reliably suppress the generation of soot in the furnace. On the other hand, in the control using CP1 based on the CO 2 sensor,
The carbon potential in the furnace can be controlled accurately without considering the generation of soot. Therefore, by using the above-mentioned two types of sensors, it is possible to obtain the optimum heat treatment atmosphere in which the generation of soot can be suppressed and the optimum carbon potential can be maintained.
【００２６】上記ＣＯ2センサにおける上記赤外線吸収
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。また，上記酸素
分圧差とは，炉内雰囲気ガス中のＯ2分圧と標準ガス中
のＯ2分圧との差をいい，Ｏ2センサはこの酸素分圧差に
より発生する起電力を利用してＯ2濃度を測定する。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，Ｏ2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。The infrared absorption method of the CO 2 sensor utilizes absorption of infrared rays having a specific wavelength due to the natural vibration of molecules, and therefore quantitative analysis and its automation are easy. Therefore, the CO 2 concentration can be measured accurately and easily. Further, the above-mentioned oxygen partial pressure difference, is the difference between the partial pressure of O 2 and O 2 partial pressure of the standard gas of the furnace atmospheric gas, O 2 sensor utilizes the electromotive force generated by the oxygen partial pressure difference And measure the O 2 concentration. The principle of utilizing this electromotive force is shown by the well-known Nernst equation. As the O 2 sensor, for example, there is a zirconia sensor using zirconia as a solid electrolyte.
【００２７】また，上記導入量の調節は，上記熱処理炉
に設けた導入弁の開度を調節することにより行うことが
好ましい（請求項４）。この場合，上記導入弁の開度を
調節して，容易に上記熱処理雰囲気の制御を行うことが
できる。Further, it is preferable that the introduction amount is adjusted by adjusting the opening degree of the introduction valve provided in the heat treatment furnace (claim 4). In this case, the heat treatment atmosphere can be easily controlled by adjusting the opening degree of the introduction valve.
【００２８】また，上記ＣＰ１が目標値ＣＰ（ｔ）に近
づくように上記導入量を調節するに当たっては，上記Ｃ
Ｐ（ｔ）を含む領域に比例帯を有する比例制御により上
記導入量の調節を行うことができる（請求項５）。この
場合，上記ＣＰ１がＣＰ（ｔ）に近づいたとき，ＣＰ１
とＣＰ（ｔ）との間の差分の大きさに比例して上記導入
量を調節することができる。When adjusting the introduction amount so that the CP1 approaches the target value CP (t), the C
The introduction amount can be adjusted by proportional control having a proportional band in a region including P (t) (claim 5). In this case, when CP1 approaches CP (t), CP1
And the CP (t) can be adjusted in proportion to the magnitude of the difference.
【００２９】例えば，上記比例制御は，所望とするＣＰ
１の上下の幅を比例帯Ａとして，以下のように上記導入
弁の開度を調節して行うことができる。即ち，上記比例
制御は，ＣＰ（ｔ）が比例帯Ａの中心であるとすると，
ＣＰ１の値が比例帯Ａの範囲にあるときは，導入弁の開
度を（ＣＰ（ｔ）＋０．５Ａ−ＣＰ１）／Ａ×１００
［％］とし，ＣＰ１の値がＣＰ（ｔ）−０．５Ａよりも
小さい範囲にあるときは，導入弁の開度を最大（例えば
１００％）とし，また，ＣＰ１の値が，ＣＰ（ｔ）＋
０．５Ａよりも大きい範囲にあるときは，導入弁の開度
を最小（例えば０％）とするよう構成することができ
る。なお，上記目標値ＣＰ（ｔ）が比例帯Ａの完全な中
心である必要は必ずしもなく，その制御系の特性に合わ
せて任意の位置に移動させることができる。For example, the above-mentioned proportional control is based on the desired CP.
By setting the width above and below 1 as the proportional band A, the opening degree of the introduction valve can be adjusted as follows. That is, in the above proportional control, if CP (t) is the center of the proportional band A,
When the value of CP1 is in the range of proportional band A, the opening degree of the introduction valve is set to (CP (t) + 0.5A−CP1) / A × 100.
[%], And when the value of CP1 is in the range smaller than CP (t) -0.5A, the opening degree of the introduction valve is set to the maximum (for example, 100%), and the value of CP1 is set to CP (t ) +
When it is in the range larger than 0.5 A, the opening degree of the introduction valve can be minimized (for example, 0%). The target value CP (t) does not necessarily have to be the perfect center of the proportional band A and can be moved to any position according to the characteristics of the control system.
【００３０】上記比例制御を採用した場合には，炭素量
調整用炭化水素ガスの導入量の調節をきめ細かく行うこ
とができ，より精度よくカーボンポテンシャル値を調整
することができる。なお，上記比例制御としては，上記
導入弁の開度を変化させて制御を行うのではなく，導入
弁の開時間を変化させて制御を行ってもよい。When the proportional control is adopted, the introduction amount of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas can be finely adjusted, and the carbon potential value can be adjusted more accurately. The proportional control may be performed by changing the opening time of the introduction valve instead of changing the opening degree of the introduction valve.
【００３１】また，上記熱処理炉は，上記被処理材に対
して浸炭処理を施すための浸炭炉，上記被処理材に対し
て浸炭窒化処理を施すための浸炭窒化炉，上記被処理材
に対して光輝焼鈍処理を施すための光輝焼鈍炉，上記被
処理材に対して焼結処理を施すための焼結炉，あるいは
上記被処理材に対して焼成処理を施すための焼成炉のい
ずれかであることが好ましい（請求項６）。The heat treatment furnace includes a carburizing furnace for carburizing the material to be treated, a carbonitriding furnace for carbonitriding the material to be treated, and a carbonitriding furnace for the material to be treated. Either a bright annealing furnace for performing a bright annealing treatment, a sintering furnace for performing a sintering treatment on the material to be treated, or a firing furnace for performing a firing treatment on the material to be treated. It is preferable that there is (Claim 6).
【００３２】上記浸炭処理としては，いわゆるキャリア
ガスに加えて上記炭素量調整用炭化水素ガスを導入する
方法（雰囲気浸炭処理）と，ＣＯ2等の酸化性ガスと上
記炭素量調整用炭化水素ガスを炉内に直接投入して雰囲
気ガスを炉内で形成する方法（直接浸炭処理）とがあ
る。いずれの場合にも，炭素量調整用炭化水素ガスの導
入による煤発生を抑制することができ，浸炭処理の能率
及び品質を大きく向上させることができる。As the carburizing treatment, a method of introducing the carbon amount adjusting hydrocarbon gas in addition to a so-called carrier gas (atmosphere carburizing process), an oxidizing gas such as CO 2 and the carbon amount adjusting hydrocarbon gas are used. Is directly introduced into the furnace to form an atmospheric gas in the furnace (direct carburizing treatment). In any case, soot generation due to the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas can be suppressed, and the efficiency and quality of the carburizing treatment can be greatly improved.
【００３３】上記浸炭窒化処理においては，上記炭素量
調整用炭化水素ガスに加えてアンモニアを炉内に導入し
て熱処理を行うが，この場合においても，適度なカーボ
ンポテンシャルを維持することによって安定した熱処理
を行うことができる。In the carbonitriding process, ammonia is introduced into the furnace in addition to the carbon amount adjusting hydrocarbon gas to perform heat treatment. Even in this case, stable carbon potential is maintained by maintaining an appropriate carbon potential. Heat treatment can be performed.
【００３４】上記光輝焼鈍炉においては，無酸化状態を
保つための還元ガス（ＲＸガス，ＤＸガス等）と炭素量
調整用炭化水素ガスとを炉内に導入して熱処理を行う。
この場合にも，上記方法によりカーボンポテンシャルを
適度に制御することによって，熱処理雰囲気の無酸素状
態を確実に維持することができ，光輝焼鈍処理の能率及
び品質の向上を得ることができる。In the bright annealing furnace, a reducing gas (RX gas, DX gas, etc.) for keeping a non-oxidized state and a hydrocarbon gas for adjusting the amount of carbon are introduced into the furnace for heat treatment.
Also in this case, by appropriately controlling the carbon potential by the above method, the oxygen-free state of the heat treatment atmosphere can be reliably maintained, and the efficiency and quality of the bright annealing treatment can be improved.
【００３５】上記焼結炉においては，上記炭素量調整用
炭化水素ガスと無酸化状態を保つための還元ガス（ＲＸ
ガス，ＤＸガス等）とを炉内に導入して熱処理を行う。
この場合にも，上記方法により炭素量調整用炭化水素ガ
スの導入量を最適に制御することができ，焼結に適した
雰囲気を容易に得ることができる。それ故，焼結処理の
能率及び品質の向上を図ることができる。In the sintering furnace, the carbon gas adjusting hydrocarbon gas and the reducing gas (RX
Gas, DX gas, etc.) are introduced into the furnace to perform heat treatment.
Also in this case, the introduction amount of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas can be optimally controlled by the above method, and an atmosphere suitable for sintering can be easily obtained. Therefore, the efficiency and quality of the sintering process can be improved.
【００３６】[0036]
【実施例】本発明の実施形態例にかかる熱処理雰囲気の
制御方法につき，図１〜図４を用いて説明する。図１に
示すごとく，本例における熱処理雰囲気の制御方法は，
熱処理の一種である浸炭を行う浸炭炉に適用するもので
ある。即ち，本例の制御方法は，熱処理炉（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
温度まで昇温すると共にエンリッチガスとしての炭素量
調整用炭化水素ガス７を炉内に導入してカーボンポテン
シャルを制御しながら上記被処理材８に浸炭を施す際の
熱処理雰囲気を制御する方法である。EXAMPLE A method of controlling a heat treatment atmosphere according to an example of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the method of controlling the heat treatment atmosphere in this example is as follows.
It is applied to a carburizing furnace that performs carburization, which is a type of heat treatment. That is, the control method of this example is based on the heat treatment furnace (carburizing furnace) 1
The material to be treated 8 is fed into the furnace, and then the temperature in the furnace is raised to the carburizing temperature and the hydrocarbon gas 7 for adjusting the amount of carbon as an enriched gas is introduced into the furnace to control the carbon potential. However, this is a method of controlling the heat treatment atmosphere when carburizing the material to be treated 8.
【００３７】本例の制御方法においては，炉内雰囲気ガ
ス中におけるある種のガスであるＣＯ2ガスの濃度（Ｃ
Ｏ2濃度）を，第１センサとしてのＣＯ2センサ２により
測定する。そして，ＣＰ１算出手段５１により，このＣ
Ｏ2センサ２によるＣＯ2濃度を基にして見かけ上のカー
ボンポテンシャルＣＰ１を算出する。In the control method of this example, the concentration of the CO 2 gas, which is a certain gas (C
The O 2 concentration) is measured by the CO 2 sensor 2 as the first sensor. Then, by the CP1 calculating means 51, this C
The apparent carbon potential CP1 is calculated based on the CO 2 concentration by the O 2 sensor 2.
【００３８】また，上記ＣＯ2センサ２と比べて炉内雰
囲気ガス中の炭化水素ガス濃度に影響を受けやすい特性
を有する第２センサとしてのＯ2センサ３により，炉内
雰囲気ガス中における上記ＣＯ2とは異種のガスである
Ｏ2ガスの濃度（Ｏ2濃度）を測定する。そして，ＣＰ２
算出手段５２により，このＯ2センサ３によるＯ2濃度を
基にして見かけ上のカーボンポテンシャルＣＰ２を算出
する。また，このＣＰ２算出手段５２は，炉内雰囲気ガ
ス中の炭化水素ガス濃度が比較的高い場合に，上記ＣＰ
１算出手段５１により算出されたＣＰ１よりも高い値の
ＣＰ２を算出しうる特性を有している。Further, the O 2 sensor 3 as the second sensor, which has a characteristic that it is more susceptible to the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace than the CO 2 sensor 2, is used to reduce the CO 2 in the atmosphere gas in the furnace. The concentration of O 2 gas (O 2 concentration), which is a gas different from 2 , is measured. And CP2
The calculation means 52 calculates the apparent carbon potential CP2 based on the O 2 concentration by the O 2 sensor 3. Further, the CP2 calculating means 52, when the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace is relatively high,
It has a characteristic that it is possible to calculate CP2 having a value higher than CP1 calculated by the 1 calculation means 51.
【００３９】上記炭素量調整用炭化水素ガス７（エンリ
ッチガス７）の導入を開始した後には，この導入量は以
下のような条件に基づき調節を行い，これにより上記炉
内の熱処理雰囲気を制御する。本例においては，上記Ｃ
Ｐ１に対する目標値をＣＰ（ｔ），上記ＣＰ２に対する
基準値であって，上記ＣＰ（ｔ）よりも大きい値をＭと
する。そして，ＣＰ２≦Ｍ又はＣＰ２＜Ｍのときを条件
１とし，該条件１を満たすときには，上記ＣＰ１が目標
値ＣＰ（ｔ）に近づくように上記導入量を調節する。一
方，ＣＰ２＞Ｍ又はＣＰ２≧Ｍのときを条件２とし，該
条件２を満たすときには，上記炭素量調整用炭化水素ガ
ス７の導入を停止するか又は上記導入量を所定量以下に
絞る。After the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas 7 (enriched gas 7) is started, the introduced amount is adjusted under the following conditions to control the heat treatment atmosphere in the furnace. To do. In this example, the above C
Let CP (t) be the target value for P1, and let M be a reference value for CP2 and greater than CP (t). Then, when CP2 ≦ M or CP2 <M is set as the condition 1, and when the condition 1 is satisfied, the introduction amount is adjusted so that the CP1 approaches the target value CP (t). On the other hand, when CP2> M or CP2 ≧ M is set as the condition 2, when the condition 2 is satisfied, the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas 7 is stopped or the introduced amount is narrowed to a predetermined amount or less.
【００４０】以下に，これを詳説する。図１に示すごと
く，上記ＣＯ2センサ２及びＯ2センサ３は，熱処理炉１
に配設した。ＣＯ2センサ２は炉外に設けてあり，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し
て，炉外においてＣＯ2濃度の検出を行う。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。また，Ｏ2センサ３は，炉内に設けてあり，炉内に
おいてＯ2濃度の検出を行う。このＯ2センサ３は，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Ｏ2分圧と大気中のＯ2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Ｏ
2分圧を算出するよう構成されている。This will be described in detail below. As shown in FIG. 1, the CO 2 sensor 2 and the O 2 sensor 3 are arranged in the heat treatment furnace 1
It was installed in. The CO 2 sensor 2 is provided outside the furnace, and the atmospheric gas in the furnace is periodically sampled through the pipe 21 to detect the CO 2 concentration outside the furnace. Further, this CO 2 sensor 2 is a sensor utilizing an infrared absorption method. The O 2 sensor 3 is provided in the furnace and detects the O 2 concentration in the furnace. This O 2 sensor 3 uses zirconia 31 as a solid electrolyte to generate an electromotive force due to the difference between the O 2 partial pressure in the atmosphere gas in the furnace and the O 2 partial pressure in the atmosphere. O in the atmosphere gas in the furnace
It is configured to calculate the partial pressure of 2 .
【００４１】本例においては，上記特性が異なる２種類
のセンサを利用して，それぞれのセンサが持つ有効な特
性を生かして，上記熱処理雰囲気の制御を行う。即ち，
上記ＣＯ2センサ２は，上記Ｏ2センサ３に比べて上記炉
内の炭化水素ガス濃度の影響を受け難く，上記ＣＰ１算
出手段５１により精度よくカーボンポテンシャルＣＰ１
を算出する特性を有している。一方で，ＣＯ2センサ２
は，上記炉内雰囲気ガスをサンプリングしてからＣＯ2
ガスの濃度を検出するため，上記ＣＰ１算出手段５１に
よる上記ＣＰ１の算出に時間遅れを生ずる。In the present example, two types of sensors having different characteristics are used, and the effective characteristics of each sensor are utilized to control the heat treatment atmosphere. That is,
Compared to the O 2 sensor 3, the CO 2 sensor 2 is less affected by the hydrocarbon gas concentration in the furnace, and the CP1 calculating means 51 accurately measures the carbon potential CP1.
Has the property of calculating On the other hand, CO 2 sensor 2
CO 2 after sampling the atmosphere gas in the furnace
Since the gas concentration is detected, a time delay occurs in the calculation of CP1 by the CP1 calculating means 51.
【００４２】また，上記Ｏ2センサ３は，上記炉内の炭
化水素ガス濃度の影響を受け易いため，上記ＣＰ２算出
手段５２により精度よくカーボンポテンシャルＣＰ２を
算出することはできないが，一方で，上記炉内において
炉内雰囲気ガスより直接Ｏ2ガスの濃度を検出するた
め，上記ＣＰ２算出手段５２によるＣＰ２の算出が速
い。また，上記熱処理炉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。Further, since the O 2 sensor 3 is easily affected by the hydrocarbon gas concentration in the furnace, the carbon potential CP2 cannot be accurately calculated by the CP2 calculating means 52, but on the other hand, Since the concentration of O 2 gas is detected directly in the furnace atmosphere gas in the furnace, the CP2 calculation means 52 calculates CP2 quickly. A temperature sensor 4 is arranged in the heat treatment furnace 1. The temperature sensor 4 periodically measures the temperature of the atmosphere gas in the furnace (temperature in the furnace).
【００４３】また，上記熱処理炉１は，炭素量調整用炭
化水素ガス７の供給源７０に，配管６１及び流量コント
ローラ６が有する導入弁６０を介して接続されている。
流量コントローラ６は，後述する制御部５の指示に従っ
て導入弁６０の開度を制御して，熱処理炉１に供給する
炭素量調整用炭化水素ガス７の導入量（流量）を調節す
るようになっている。Further, the heat treatment furnace 1 is connected to a supply source 70 of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas 7 through a pipe 61 and an introduction valve 60 included in the flow rate controller 6.
The flow rate controller 6 controls the opening degree of the introduction valve 60 according to an instruction from the control unit 5 described later to adjust the introduction amount (flow rate) of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas 7 supplied to the heat treatment furnace 1. ing.
【００４４】上記熱処理炉１の熱処理雰囲気の制御は，
炉外に設けた制御部５により行う。制御部５には，上記
ＣＯ2センサ２，Ｏ2センサ３，温度センサ４及び流量コ
ントローラ６が電気的に接続されている。そして，ＣＯ
2センサ２に基づいてＣＰ１の算出を行うＣＰ１算出手
段５１及びＯ2センサ３に基づいてＣＰ２の算出を行う
ＣＰ２算出手段５２は，いずれも制御部５の内部に設け
られている。また，制御部５においては，上記ＣＯ2セ
ンサ２，Ｏ2センサ３，温度センサ４を入力部としてカ
ーボンポテンシャルを算出し，このカーボンポテンシャ
ルが浸炭に適した値となるように，上記流量コントロー
ラ６を出力部として炭素量調整用炭化水素ガス７の導入
量を調節し，熱処理雰囲気の制御を行う。The control of the heat treatment atmosphere of the heat treatment furnace 1 is as follows.
This is performed by the control unit 5 provided outside the furnace. The CO 2 sensor 2, the O 2 sensor 3, the temperature sensor 4, and the flow rate controller 6 are electrically connected to the control unit 5. And CO
The CP1 calculating means 51 for calculating CP1 based on the 2 sensor 2 and the CP2 calculating means 52 for calculating CP2 based on the O 2 sensor 3 are both provided inside the control unit 5. In the control unit 5, the carbon potential is calculated using the CO 2 sensor 2, the O 2 sensor 3 and the temperature sensor 4 as input units, and the flow rate controller 6 is set so that the carbon potential becomes a value suitable for carburization. Is used as an output unit to adjust the amount of introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas 7 to control the heat treatment atmosphere.
【００４５】本例においては，上記炭素量調整用炭化水
素ガス７には都市ガスを使用する。この都市ガスには，
メタン，エタン，プロパン，ブタン等の各種の炭化水素
が含まれている。また，本例においては，予め，Ｏ2セ
ンサ３が，炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度の影響
を受けたときに，ＣＰ２算出手段５２により算出された
ＣＰ２が示す値を基準値Ｍとして求めておく。即ち，こ
の基準値Ｍは，炉内における炭化水素ガス濃度が比較的
高くなったときに，炉内における煤の発生を抑制するこ
とができる値として表される。In the present example, city gas is used as the hydrocarbon gas 7 for adjusting the amount of carbon. In this city gas,
It contains various hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane. Further, in this example, when the O 2 sensor 3 is previously affected by the concentration of hydrocarbon gas in the atmosphere gas in the furnace, the value indicated by CP2 calculated by the CP2 calculating means 52 is set as the reference value M in advance. I ask for it. That is, this reference value M is expressed as a value that can suppress the generation of soot in the furnace when the hydrocarbon gas concentration in the furnace becomes relatively high.
【００４６】本例においては，図２に示すごとく，上記
ＣＰ２が，上記条件２（ＣＰ２≦Ｍ又はＣＰ２＜Ｍ）を
満たす区間においては，上記ＣＰ１が目標値ＣＰ（ｔ）
に近づくように上記導入量を調節するに当たって，ＣＰ
（ｔ）の近傍の領域（幅）を比例帯Ａとし，ＣＰ１がこ
の比例帯Ａの範囲にあるときには，導入弁６０の開度を
比例的に変化させる比例制御を行う。なお，比例帯Ａの
値は，任意の値とすることができ，経験的に求めておく
ことができる。In this example, as shown in FIG. 2, in the section where CP2 satisfies the condition 2 (CP2≤M or CP2 <M), CP1 is set to the target value CP (t).
When adjusting the above-mentioned introduction amount so as to approach
A region (width) near (t) is set as the proportional band A, and when CP1 is in the range of the proportional band A, proportional control is performed to proportionally change the opening degree of the introduction valve 60. The value of the proportional band A can be any value and can be empirically obtained.
【００４７】上記比例帯Ａを有する比例制御に基づく
と，上記導入弁６０の開度は，ＣＰ１の値が比例帯Ａの
範囲にあるときは，（ＣＰ（ｔ）＋０．５Ａ−ＣＰ１）
／Ａ×１００［％］とし，ＣＰ１の値がＣＰ（ｔ）−
０．５Ａよりも小さい範囲にあるときは，最大（例えば
１００％）とし，また，ＣＰ１の値が，ＣＰ（ｔ）＋
０．５Ａよりも大きい範囲にあるときは，最小（例えば
０％）とする。つまり，比例制御は，上記ＣＰ１が比例
帯Ａの範囲にあるときには，ＣＰ１とＣＰ（ｔ）との間
の差分の大きさに比例して上記導入弁６０の開度の調節
を行う。Based on the proportional control having the proportional band A, the opening degree of the introduction valve 60 is (CP (t) + 0.5A-CP1) when the value of CP1 is in the range of the proportional band A.
/ A × 100 [%], and the value of CP1 is CP (t) −
When it is in a range smaller than 0.5 A, the maximum value (for example, 100%) is set, and the value of CP1 is CP (t) +
When it is in the range larger than 0.5 A, it is the minimum (for example, 0%). That is, in the proportional control, when the CP1 is in the range of the proportional band A, the opening degree of the introduction valve 60 is adjusted in proportion to the magnitude of the difference between CP1 and CP (t).
【００４８】本例の熱処理雰囲気の制御方法を更にフロ
ーチャートを用いて説明する。図３のフローチャートに
示すように，まず，ステップＳ１において熱処理炉１の
炉内に被処理材８が送入された後，ステップＳ２におい
て炉内温度が浸炭に適した温度Ｔ０以上であるかを確認
し，Ｔ０以上であればＳ３においてエンリッチガス７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により，導入弁６０の開度を１００％に制御し
て，エンリッチガス７の導入量を最大とする。The method of controlling the heat treatment atmosphere of this example will be further described with reference to a flowchart. As shown in the flowchart of FIG. 3, first, after the material 8 to be treated is fed into the furnace of the heat treatment furnace 1 in step S1, it is checked in step S2 whether the temperature in the furnace is equal to or higher than the temperature T0 suitable for carburization. If it is confirmed that it is equal to or more than T0, the introduction of the enriched gas 7 is started in S3. That is, the control unit 5 controls the opening degree of the introduction valve 60 to 100% by the flow rate controller 6 to maximize the introduction amount of the enriched gas 7.
【００４９】次いで，ステップＳ４において，上記ＣＯ
2センサ２からのＣＯ2濃度（Ｐco2），Ｏ2センサ３から
のＯ2濃度（Ｐo2），温度センサ４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ＣＰ
１，ＣＰ１を算出する。Then, in step S4, the CO
2 The control unit 5 periodically checks the CO 2 concentration (Pco 2 ) from the sensor 2, the O 2 concentration (Po 2 ) from the O 2 sensor 3, and the temperature (T) of the furnace atmosphere gas from the temperature sensor 4. Received and periodically based on these values, carbon potential CP
1, CP1 is calculated.
【００５０】このときの算出は，次の関係式（Ｉ）（I
I）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）＋1.8830×1
0-6（Ｔ−273）2），
Ｐco：炭素量調整用炭化水素ガス組成より算出した一酸
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）／（−8.3144
Ｔ）｝），
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。The calculation at this time is performed by the following relational expression (I) (I
I). 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) + 1.83030 × 1)
0 -6 (T-273) 2 ), Pco: Partial pressure of carbon monoxide calculated from the hydrocarbon gas composition for carbon amount adjustment, Pco 2 : Partial pressure of measured carbon dioxide, Po 2 : Measured oxygen the partial pressure of, K 1: <C> + CO 2 = equilibrium constant 2CO, (K 1 = exp { (170707-174.473T) / (- 8.3144
T)}), K 2 : <C> + (1/2) O 2 = CO equilibrium constant, (K 2 = exp {(111713 + 87.6548T) /8.3144T}), <C>: in the material to be treated C and T dissolved in: furnace temperature.
【００５１】次いで，ステップＳ５において，上記ＣＰ
２が基準値Ｍを超えているか（上記条件２）の判定を行
う。ＣＰ２が基準値Ｍを超えている場合（Ｓ５の判定が
Ｙｅｓ（以下Ｙで示す。）の場合）には，ステップＳ６
において制御部５は上記導入弁６０の開度を０％にす
る。即ち，この場合は，炉内に煤が発生するおそれがあ
るためエンリッチガス７の導入量を停止する。そして，
Ｓ６の後には再度Ｓ５の判定が行われる。このように，
ＣＰ２が基準値Ｍを超えている場合は，ＣＰ２に対する
特定の値であるＭに基づいて，即ちＣＰ２に基づいて熱
処理雰囲気の制御が行われる。一方，ＣＰ２が基準値Ｍ
を超えていない場合（Ｓ５の判定がＮｏ（以下Ｎで示
す。）の場合）には，ステップＳ７の判定を行う。Then, in step S5, the CP
It is determined whether 2 exceeds the reference value M (condition 2 above). When CP2 exceeds the reference value M (when the determination in S5 is Yes (hereinafter referred to as Y)), step S6.
In, the control unit 5 sets the opening degree of the introduction valve 60 to 0%. That is, in this case, since the soot may be generated in the furnace, the introduction amount of the enriched gas 7 is stopped. And
After S6, the determination of S5 is performed again. in this way,
When CP2 exceeds the reference value M, the heat treatment atmosphere is controlled based on M that is a specific value for CP2, that is, based on CP2. On the other hand, CP2 is the reference value M
When it does not exceed (when the determination in S5 is No (hereinafter, N)), the determination in step S7 is performed.
【００５２】上記Ｓ５の判定がＮの場合は，熱処理雰囲
気の制御は，ＣＰ１に基づいて行われる。即ち，Ｓ７に
おいては，ＣＰ１がＣＰ（ｔ）−０．５Ａよりも小さい
かの判定を行う。ＣＰ１がＣＰ（ｔ）−０．５Ａよりも
小さい場合（Ｓ７の判定がＹの場合），ステップＳ８に
おいて制御部５は導入弁６０の開度を１００％にする。
即ち，この場合は，ＣＰ１の値がまだ比例帯Ａの範囲に
到達していない場合であるため，開度を全開にしてＣＰ
１が速く上昇するようにする。そして，Ｓ８の後には再
度Ｓ５の判定が行われる。一方，ＣＰ１がＣＰ（ｔ）−
０．５Ａよりも小さくない場合（Ｓ７の判定がＮの場
合）は，ステップＳ９の判定を行う。When the determination in S5 is N, the heat treatment atmosphere is controlled based on CP1. That is, in S7, it is determined whether CP1 is smaller than CP (t) -0.5A. When CP1 is smaller than CP (t) -0.5A (when the determination in S7 is Y), the control unit 5 sets the opening degree of the introduction valve 60 to 100% in step S8.
That is, in this case, since the value of CP1 has not yet reached the range of the proportional band A, the opening is fully opened and CP is
Make 1 rise faster. Then, after S8, the determination of S5 is performed again. On the other hand, CP1 is CP (t)-
When it is not smaller than 0.5 A (when the determination in S7 is N), the determination in step S9 is performed.
【００５３】上記Ｓ９においては，ＣＰ１がＣＰ（ｔ）
＋０．５Ａを超えるか否かの判定を行う。ＣＰ１がＣＰ
（ｔ）＋０．５Ａを超える場合（Ｓ９の判定がＹの場
合），ステップＳ１０において制御部５は導入弁６０の
開度を０％にする。即ち，この場合は，ＣＰ１の値が比
例帯Ａの範囲を超えてしまった場合であるため，開度を
全閉にしてＣＰ１が速く下降するようにする。In S9, CP1 is CP (t).
It is determined whether or not it exceeds + 0.5A. CP1 is CP
When (t) + 0.5A is exceeded (when the determination in S9 is Y), the control unit 5 sets the opening degree of the introduction valve 60 to 0% in step S10. That is, in this case, since the value of CP1 has exceeded the range of the proportional band A, the opening is fully closed so that CP1 descends quickly.
【００５４】一方，ＣＰ１がＣＰ（ｔ）＋０．５Ａを超
えていない場合（Ｓ９の判定がＮの場合），ステップＳ
１１において制御部５は導入弁６０の開度を（ＣＰ
（ｔ）＋０．５Ａ−ＣＰ１）／Ａ×１００［％］にす
る。即ち，この場合は，ＣＰ１の値が比例帯Ａの範囲に
ある場合であるため，ＣＰ１の値がＣＰ（ｔ）−０．５
ＡからＣＰ（ｔ）＋０．５Ａにかけて大きくなるに従っ
て導入弁６０の開度を０％から１００％まで変化させた
比例制御を行う（図２参照）。これにより，ＣＰ１がよ
り迅速にＣＰ（ｔ）に近づくようにする。そして，Ｓ１
１の後には再度Ｓ５の判定が行われる。On the other hand, when CP1 does not exceed CP (t) + 0.5A (when the determination in S9 is N), step S
11, the control unit 5 changes the opening degree of the introduction valve 60 to (CP
(T) + 0.5A-CP1) / A × 100 [%]. That is, in this case, since the value of CP1 is in the range of the proportional band A, the value of CP1 is CP (t) -0.5.
Proportional control is performed in which the opening degree of the introduction valve 60 is changed from 0% to 100% as it increases from A to CP (t) + 0.5A (see FIG. 2). This causes CP1 to approach CP (t) more quickly. And S1
After 1, the determination of S5 is performed again.
【００５５】なお，上記ＣＰ１の値が，ＣＰ（ｔ）にな
ったときには，上記導入弁６０の開度は５０％に維持さ
れる。即ち，上記比例制御は，ＣＰ１の値が目標値ＣＰ
（ｔ）を維持するのに最適な導入弁６０の開度を５０％
として制御を行うものであるといえる。なお，上記比例
帯Ａの幅，比例帯ＡにおけるＣＰ（ｔ）の位置（中心で
なくてもよい）は，制御系の特性に応じて変化させるこ
とも勿論可能である。When the value of CP1 becomes CP (t), the opening degree of the introduction valve 60 is maintained at 50%. That is, in the above proportional control, the value of CP1 is the target value CP.
The optimum opening of the introduction valve 60 for maintaining (t) is 50%.
Can be said to control. The width of the proportional band A and the position of CP (t) in the proportional band A (not necessarily the center) can be changed according to the characteristics of the control system.
【００５６】次に，上記熱処理雰囲気の制御方法及び制
御を行う際のカーボンポテンシャルＣＰ１，ＣＰ２の変
化の一例を図３，図４を用いて説明する。図４（ａ）
は，横軸に時間ｔをとり，縦軸にカーボンポテンシャル
ＣＰ１，ＣＰ２をとったグラフである。また，図４
（ｂ）は，横軸に時間ｔをとり，縦軸に導入弁６０の開
度をとったグラフである。これらの図において，制御の
ポイントとなる時間をｔ０〜ｔ５として表した。Next, a method of controlling the heat treatment atmosphere and an example of changes in the carbon potentials CP1 and CP2 during the control will be described with reference to FIGS. Figure 4 (a)
Is a graph in which the horizontal axis represents time t and the vertical axis represents carbon potentials CP1 and CP2. In addition, FIG.
(B) is a graph in which the horizontal axis represents time t and the vertical axis represents the opening degree of the introduction valve 60. In these figures, the time which is the point of control is represented as t0 to t5.
【００５７】図４（ａ），（ｂ）に示すごとく，時間ｔ
０において，上記エンリッチガス７の導入を開始した後
は導入弁６０の開度を１００％にする。そのため，上記
ＣＰ１，ＣＰ２はともに上昇を続ける。このとき，ＣＰ
２は，Ｏ2センサ３に基づく値であるため，カーボンポ
テンシャルの変化に伴う応答が速いと共に，炉内雰囲気
ガス中の炭化水素ガス濃度の影響も受けて，急激に上昇
する。As shown in FIGS. 4A and 4B, the time t
At 0, after the introduction of the enriched gas 7 is started, the opening degree of the introduction valve 60 is set to 100%. Therefore, both CP1 and CP2 continue to rise. At this time, CP
Since 2 is a value based on the O 2 sensor 3, it responds rapidly with changes in the carbon potential, and also rapidly increases due to the influence of the hydrocarbon gas concentration in the atmosphere gas in the furnace.
【００５８】そして，時間ｔ１において，上記ＣＰ２の
値が上記基準値Ｍに達したとき（Ｓ５の判定がＹとなっ
たとき）には，導入弁６０の開度を０％にする（Ｓ６を
行う）。その後，上記ＣＰ２は，応答遅れのためしばら
くは上昇するが，やがて時間ｔ２において，基準値Ｍ以
下となる。このとき，図３よりＣＰ１の値はまだＣＰ
（ｔ）−０．５Ａに達していない（Ｓ７の判定がＮ）た
め，導入弁６０の開度を再び１００％にする（Ｓ８を行
う）。そして，上記ＣＰ１がＣＰ（ｔ）−０．５Ａに達
しない間は，上記Ｓ５〜Ｓ８が繰り返される。Then, at time t1, when the value of CP2 reaches the reference value M (when the determination in S5 is Y), the opening degree of the introducing valve 60 is set to 0% (S6 is set to Do). Thereafter, the CP2 rises for a while due to the response delay, but eventually becomes equal to or less than the reference value M at time t2. At this time, the value of CP1 is still CP according to FIG.
Since (t) -0.5A has not been reached (the determination in S7 is N), the opening degree of the introduction valve 60 is set to 100% again (S8 is performed). Then, S5 to S8 are repeated until CP1 does not reach CP (t) -0.5A.
【００５９】その後，時間ｔ３において，上記ＣＰ２の
値が再び上昇しなくなり，かつ上記ＣＰ１の値がＣＰ
（ｔ）−０．５Ａに達していない間（Ｓ９の判定がＮの
間）は，導入弁６０の開度は１００％を維持する。次い
で，時間ｔ４において，上記ＣＰ１の値がＣＰ（ｔ）−
０．５Ａに達したとき（Ｓ７及びＳ９の判定がＮとなっ
たとき），導入弁６０の開度は（ＣＰ（ｔ）＋０．５Ａ
−ＣＰ１）／Ａ×１００［％］にする。そして，時間ｔ
５において，ＣＰ１が緩やかに上昇してＣＰ（ｔ）にな
ったときは，導入弁６０の開度は５０％に維持され，最
適なカーボンポテンシャルを維持する。After that, at time t3, the value of CP2 does not rise again and the value of CP1 changes to CP.
While (t) -0.5A is not reached (while the determination in S9 is N), the opening degree of the introduction valve 60 is maintained at 100%. Next, at time t4, the value of CP1 is CP (t)-
When it reaches 0.5 A (when the determinations in S7 and S9 are N), the opening degree of the introduction valve 60 is (CP (t) +0.5 A).
-CP1) / A x 100 [%]. And time t
In 5, when CP1 gradually rises to CP (t), the opening degree of the introduction valve 60 is maintained at 50%, and the optimum carbon potential is maintained.
【００６０】図３において，浸炭の初期に上記ＣＰ２が
急上昇したのは，上記エンリッチガス７の導入後，炉内
の炉内雰囲気ガスは各種の炭化水素ガスに分解し，この
炭化水素ガスの１つであるメタンガスの濃度が急激に増
加したことにより，上記ＣＰ２算出手段が実際のカーボ
ンポテンシャルよりも高いＣＰ値を算出したためと考え
られる。In FIG. 3, the CP2 sharply increased in the early stage of carburization because the atmosphere gas inside the furnace was decomposed into various hydrocarbon gases after the introduction of the enriched gas 7, and It is considered that the CP2 calculating means calculated the CP value higher than the actual carbon potential because the concentration of the methane gas, which is one of the two, rapidly increased.
【００６１】なお，本例においては，ＣＰ１は比較的緩
やかな上昇を続けたため，上記Ｓ９の判定がＮとなるこ
とはなく，上記Ｓ１０を実行することはなかった。ま
た，本例においては，上記ＣＰ２＞Ｍ又はＣＰ２≧Ｍの
場合（上記Ｓ６を実行する場合）は，上記導入弁６０の
開度を０％に絞った。これに対し，この場合，導入弁６
０の開度は煤の発生を抑制できる開度である所定量以下
の開度に絞ってもよい。また，ＣＰ１がＣＰ（ｔ）−
０．５Ａよりも小さい場合（上記Ｓ８を実行する場合）
は，導入弁６０の開度を１００％とした。これに対し，
この場合，導入弁６０の開度は，適当な開度（例えば９
０％）にしてもよい。In this example, since CP1 continued to rise relatively gently, the determination in S9 above did not become N and the above S10 was not executed. Further, in this example, when CP2> M or CP2 ≧ M (when S6 is executed), the opening degree of the introduction valve 60 is reduced to 0%. On the other hand, in this case, the introduction valve 6
The opening degree of 0 may be narrowed to an opening degree equal to or smaller than a predetermined amount which is an opening degree capable of suppressing the generation of soot. Also, CP1 is CP (t)-
When it is smaller than 0.5 A (when executing S8 above)
In the above, the opening of the introduction valve 60 was set to 100%. On the other hand,
In this case, the opening degree of the introduction valve 60 is set to an appropriate opening degree (for example, 9 degrees).
0%).
【００６２】また，本例においては，上記ＣＰ１の目標
値ＣＰ（ｔ）は時間によって変化しない一定の値とした
が，これに対し，ＣＰ（ｔ）は時間の変化に伴って変化
させてもよい。また，上記各ステップにおける判定条件
は，それぞれＣＰ≧Ｍ（Ｓ５），ＣＰ１≦ＣＰ（ｔ）−
０．５Ａ（Ｓ７），ＣＰ１≧ＣＰ（ｔ）＋０．５Ａ（Ｓ
９）であっても勿論よい。In the present example, the target value CP (t) of CP1 is a constant value that does not change with time, but on the other hand, CP (t) may be changed with time. Good. The determination conditions in each of the above steps are CP ≧ M (S5) and CP1 ≦ CP (t) −, respectively.
0.5A (S7), CP1 ≧ CP (t) + 0.5A (S
Of course, it may be 9).
【００６３】上記熱処理雰囲気の制御は，上記ＣＰ２が
Ｍ以下又はＭ未満のとき（上記Ｓ５を満たさず，Ｓ７〜
Ｓ１１を行うとき）には，上記ＣＯ2センサ２に基づき
ＣＰ１算出手段５１により算出されたＣＰ１の値のみを
用い，この値が上記目標値ＣＰ（ｔ）に近づくことを目
標にして，上記炭素量調整用炭化水素ガス７の導入量を
調節して行う。つまり，ＣＯ2センサ２に基づくＣＰ１
の値が上記目標値ＣＰ（ｔ）に近づくように行うこと
で，精度よくカーボンポテンシャルを制御することがで
きる。The control of the heat treatment atmosphere is performed when CP2 is equal to or less than M or less than M (S5 is not satisfied and S7 to
At the time of performing S11), only the value of CP1 calculated by the CP1 calculating means 51 based on the CO 2 sensor 2 is used, and the carbon value is set so that this value approaches the target value CP (t). The amount of the hydrocarbon gas 7 for adjusting the amount introduced is adjusted. In other words, CP1 based on CO 2 sensor 2
It is possible to control the carbon potential with high accuracy by performing so as to make the value of the above approach the target value CP (t).
【００６４】一方で，ＣＯ2センサ２は炉内の炭化水素
ガス濃度の影響をほとんど受けない。そのため，ＣＰ１
に基づいて制御を行っている場合，炉内の炭化水素ガス
濃度が高くなっているとき，即ち煤が発生し易い状況に
あるとき（ＣＰ２がＭを超える又はＣＰ２がＭ以上のと
き）でも，続けて炉内に上記炭素調整用炭化水素ガス７
を導入しようとする。そこで，上記ＣＰ２がＭを超える
又はＭ以上のとき（上記Ｓ５を満たし，Ｓ６を行うと
き）には，上記熱処理雰囲気の制御は，上記ＣＰ１の値
に関係なく上記Ｏ2センサ３に基づくＣＰ２の値にのみ
基づいて行う。即ち，このときには，上記炭素調整用炭
化水素ガス７の導入量を絞ることができる。そのため，
炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度が高くなって，上
記炉内に煤を発生させてしまうことを抑制することがで
きる。On the other hand, the CO 2 sensor 2 is hardly affected by the hydrocarbon gas concentration in the furnace. Therefore, CP1
When the hydrocarbon gas concentration in the furnace is high, that is, when soot is easily generated (when CP2 exceeds M or CP2 exceeds M), Continuously, the carbon gas for adjusting the above hydrocarbon gas 7
Try to introduce. Therefore, when CP2 exceeds M or exceeds M (when S5 is satisfied and S6 is performed), the control of the heat treatment atmosphere is controlled by CP2 based on the O 2 sensor 3 regardless of the value of CP1. Only based on value. That is, at this time, the amount of the carbon adjustment hydrocarbon gas 7 introduced can be reduced. for that reason,
It is possible to suppress the generation of soot in the furnace due to the high concentration of hydrocarbon gas in the furnace atmosphere gas.
【００６５】一方で，上記導入量を絞った後に，再びＣ
Ｐ２がＭ以下又はＭ未満となったとき（上記Ｓ５を満た
さなくなったとき）には，ＣＰ１のみに基づく制御を再
開することができ，上記ＣＰ１が目標値ＣＰ（ｔ）に近
づくように導入量を調節する。そのため，煤の発生を抑
制できる範囲で，可能な限り上記導入量を大きくして，
炉内のカーボンポテンシャルを高めた状態で熱処理を行
うことができる。そのため，最適なカーボンポテンシャ
ルを保って，最適に熱処理雰囲気を制御することができ
る。それ故，本例における熱処理雰囲気の制御方法によ
れば，煤の発生を抑制することができると共に短時間で
被処理材８を熱処理することができる。On the other hand, after narrowing down the introduction amount, C
When P2 is less than or equal to M or less than M (when S5 is no longer satisfied), control based on CP1 alone can be restarted, and the introduction amount is set so that CP1 approaches the target value CP (t). Adjust. Therefore, increase the above-mentioned amount as much as possible within the range where the generation of soot can be suppressed,
The heat treatment can be performed with the carbon potential in the furnace being increased. Therefore, it is possible to maintain the optimum carbon potential and optimally control the heat treatment atmosphere. Therefore, according to the method for controlling the heat treatment atmosphere in this example, the generation of soot can be suppressed, and the material 8 to be treated can be heat treated in a short time.
【００６６】なお，本例では，上記ＣＰ２≦Ｍ又はＣＰ
２＜Ｍの場合には，上記比例帯Ａを有する比例制御を，
エンリッチガス７の導入弁６０の開度を調節することに
より行った。これに代えて，いわゆる時間比例制御等の
他の比例制御方法を適用して，エンリッチガス７の導入
弁６０の開度を調節することもできる。この時間比例制
御方法は，オンオフ制御を比例制御に応用したものであ
る。この時間比例制御方法を図５を用いて簡単に説明す
る。同図は横軸に制御対象の値ＣＰ１を，縦軸に時間を
とったものであり，ハッチングの領域の高さがオン（Ｏ
Ｎ）の時間，残りの高さがオフ（ＯＦＦ）の時間を示
す。In this example, CP2≤M or CP
When 2 <M, the proportional control having the proportional band A is
It was performed by adjusting the opening degree of the introduction valve 60 for the enriched gas 7. Instead of this, another proportional control method such as so-called time proportional control may be applied to adjust the opening degree of the introduction valve 60 for the enriched gas 7. This time proportional control method applies on / off control to proportional control. This time proportional control method will be briefly described with reference to FIG. In the figure, the horizontal axis shows the value CP1 of the controlled object and the vertical axis shows the time, and the height of the hatched area is ON (O
N), the remaining height is OFF.
【００６７】具体的な例を示すと，ＣＰ１の値が比例帯
域よりも小さい場合には，オンの時間が１００％であ
り，常時オンとなる。比例帯域内においてはＣＰ１の値
によって，所定の単位時間（サイクルタイム）内におけ
るオンする時間とオフする時間との比率を変える。ま
た，比例帯域よりＣＰ１の値が大きい場合には常にオフ
とする。このような時間比例制御方法を用いても，上記
と同様の作用効果を得ることができる。As a concrete example, when the value of CP1 is smaller than the proportional band, the ON time is 100%, and it is always ON. In the proportional band, the ratio of ON time to OFF time within a predetermined unit time (cycle time) is changed depending on the value of CP1. When the value of CP1 is larger than the proportional band, it is always off. Even if such a time proportional control method is used, the same effect as the above can be obtained.
【００６８】また，上記比例制御に代えて，いわゆるＰ
ＩＤ制御等を行っても勿論よい。また，本例では，浸炭
処理を行う浸炭炉の場合を例に挙げたが，その他の熱処
理を行う場合においても，カーボンポテンシャルの制御
が必要な場合には，上記熱処理雰囲気の制御方法が非常
に有効であり，上記と同様の作用効果が得られる。Instead of the proportional control, the so-called P
Of course, ID control or the like may be performed. In this example, the case of a carburizing furnace that performs carburizing treatment is taken as an example. However, even when other heat treatments are performed, if the control of the carbon potential is required, the method of controlling the heat treatment atmosphere described above is very important. It is effective and the same effects as above can be obtained.
【図１】実施例における，熱処理炉（浸炭炉）の構成を
示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a heat treatment furnace (carburizing furnace) in an example.
【図２】実施例における，ＣＰ１に対する導入弁の開度
を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an opening of an introduction valve with respect to CP1 in the embodiment.
【図３】実施例における，熱処理雰囲気の制御方法を示
すフローチャート。FIG. 3 is a flowchart showing a method of controlling a heat treatment atmosphere in an example.
【図４】実施例における，（ａ）時間とＣＰ１，ＣＰ２
との関係，（ｂ）時間と導入弁の開度との関係の変化を
示すグラフ。FIG. 4 shows (a) time and CP1, CP2 in the example.
And (b) a graph showing changes in the relationship between time and the opening degree of the introduction valve.
【図５】実施例において，適用可能な時間比例制御方法
を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an applicable time proportional control method in the embodiment.
【図６】従来例における，炭素量調整用炭化水素ガスの
導入開始タイミングを示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing a start timing of introduction of a carbon amount adjusting hydrocarbon gas in a conventional example.
１．．．熱処理炉（浸炭炉），
２．．．ＣＯ2センサ，
３．．．Ｏ2センサ，
４．．．温度センサ，
５．．．制御部，
５１．．．ＣＰ１算出手段，
５２．．．ＣＰ２算出手段，
６．．．流量コントローラ，
６０．．．導入弁，
７．．．炭素量調整用炭化水素ガス（エンリッチガ
ス），
８．．．被処理材，1. ． ． Heat treatment furnace (carburizing furnace), 2. ． ． CO 2 sensor, 3. ． ． O 2 sensor, 4. ． ． Temperature sensor, 5. ． ． Control unit, 51. ． ． CP1 calculating means, 52. ． ． CP2 calculation means, 6. ． ． Flow controller, 60. ． ． Introductory valve, 7. ． ． 7. Hydrocarbon gas for controlling carbon content (enriched gas), 8. ． ． Material to be treated,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉橋 和宏 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 東 邦瓦斯株式会社内 (72)発明者 新町 裕幸 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 東 邦瓦斯株式会社内 (72)発明者 三浦 新平 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 東 邦瓦斯株式会社内 (72)発明者 建部 二朗 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 前田 章雄 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 浅野 秀昭 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 奥宮 正洋 愛知県名古屋市天白区高島１−501シティ ーコーポしまだＡ302 Ｆターム(参考） 4K028 AA01 AB01 AC01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Kazuhiro Kurahashi Aichi Prefecture Nagoya City Atsuta Ward Sakuradacho 19-18 East Within Japan Gas Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Shinmachi Aichi Prefecture Nagoya City Atsuta Ward Sakuradacho 19-18 East Within Japan Gas Co., Ltd. (72) Inventor Shinpei Miura Aichi Prefecture Nagoya City Atsuta Ward Sakuradacho 19-18 East Within Japan Gas Co., Ltd. (72) Inventor Jiro Takebe 1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Tokyo Gas Within the corporation (72) Inventor Akio Maeda 4-1-2 Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Hideaki Asano 4-1-2 Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Masahiro Okumiya 1-501 Takashima City, Tenpaku Ward, Nagoya City, Aichi Prefecture -Corporation still A302 F-term (reference) 4K028 AA01 AB01 AC01
Claims (6)
いで，上記炉内の温度を昇温すると共に炭素量調整用炭
化水素ガスを上記炉内に導入してカーボンポテンシャル
を調整しながら，上記被処理材を熱処理する際の熱処理
雰囲気を制御する方法において，炉内雰囲気ガス中にお
けるある種のガスのガス濃度を第１センサにより測定
し，該ガス濃度を基にして見かけ上のカーボンポテンシ
ャルＣＰ１を算出するＣＰ１算出手段と，上記第１セン
サと比べて炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度に影響
を受けやすい特性を有する第２センサにより，炉内雰囲
気ガス中における上記ある種のガスと同種又は異種のガ
スのガス濃度を測定し，該ガス濃度を基にして見かけ上
のカーボンポテンシャルＣＰ２を算出する機能を有して
いると共に，炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度が比
較的高い場合に，上記ＣＰ１算出手段により算出された
ＣＰ１よりも高い値のＣＰ２を算出しうる特性を有する
ＣＰ２算出手段とを用い，上記炭素量調整用炭化水素ガ
スの導入を開始した後，該炭素量調整用炭化水素ガスの
導入量を調節するに当たっては，上記ＣＰ１に対する目
標値をＣＰ（ｔ），上記ＣＰ２に対する基準値であっ
て，上記ＣＰ（ｔ）よりも大きい値をＭとした場合，Ｃ
Ｐ２≦Ｍ又はＣＰ２＜Ｍのときには，上記ＣＰ１が目標
値ＣＰ（ｔ）に近づくように上記導入量を調節し，ＣＰ
２＞Ｍ又はＣＰ２≧Ｍのときには，上記炭素量調整用炭
化水素ガスの導入を停止するか又は上記導入量を所定量
以下に絞ることを特徴とする熱処理雰囲気の制御方法。1. A material to be treated is fed into a furnace of a heat treatment furnace, and then a temperature of the furnace is raised and a carbon gas for adjusting a carbon amount is introduced into the furnace to adjust a carbon potential. However, in the method of controlling the heat treatment atmosphere when heat-treating the material to be treated, the gas concentration of a certain gas in the atmosphere gas in the furnace is measured by the first sensor, and apparently based on the gas concentration. By the CP1 calculating means for calculating the carbon potential CP1 and the second sensor having characteristics that are more susceptible to the hydrocarbon gas concentration in the furnace atmosphere gas than the first sensor. It has a function of measuring the gas concentration of the same kind or different kind of gas as the kind of gas, and calculating the apparent carbon potential CP2 based on the gas concentration, and at the same time, in the atmosphere of the furnace. When the concentration of the hydrocarbon gas in the gas is relatively high, the CP2 calculating means having the characteristic of being able to calculate CP2 having a value higher than the CP1 calculated by the CP1 calculating means is used. After the introduction of hydrogen gas is started, in adjusting the introduction amount of the hydrocarbon gas for adjusting the carbon amount, the target value for CP1 is CP (t), and the reference value for CP2 is CP (t). ), If M is a value greater than
When P2 ≦ M or CP2 <M, the introduction amount is adjusted so that CP1 approaches the target value CP (t), and CP
When 2> M or CP2 ≧ M, the method for controlling the heat treatment atmosphere is characterized in that the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas is stopped or the introduced amount is restricted to a predetermined amount or less.
上記炉内雰囲気ガス中のＣＯ2ガスの濃度を赤外線吸収
法により測定するよう構成されたＣＯ2センサであり，
上記第２センサは，上記炉内雰囲気ガス中のＯ2ガスの
濃度を固体電解質を用いて酸素分圧差により発生する起
電力を利用して測定するよう構成されたＯ2センサであ
ることを特徴とする熱処理雰囲気の制御方法。2. The method according to claim 1, wherein the first sensor is
A CO 2 sensor configured to measure the concentration of CO 2 gas in the furnace atmosphere gas by an infrared absorption method,
The second sensor is an O 2 sensor configured to measure the concentration of O 2 gas in the atmosphere gas in the furnace by using an electromotive force generated by an oxygen partial pressure difference using a solid electrolyte. And a method of controlling the heat treatment atmosphere.
いで，上記炉内の温度を昇温すると共に炭素量調整用炭
化水素ガスを上記炉内に導入してカーボンポテンシャル
を調整しながら，上記被処理材を熱処理する際の熱処理
雰囲気を制御する方法において，炉内雰囲気ガス中にお
けるある種のガスのガス濃度を第１センサにより測定
し，該ガス濃度を基にして見かけ上のカーボンポテンシ
ャルＣＰ１を算出するＣＰ１算出手段と，上記第１セン
サと比べて炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度に影響
を受けやすい特性を有する第２センサにより，炉内雰囲
気ガス中における上記ある種のガスと同種又は異種のガ
スのガス濃度を測定し，該ガス濃度を基にして見かけ上
のカーボンポテンシャルＣＰ２を算出する機能を有して
いると共に，炉内雰囲気ガス中の炭化水素ガス濃度が比
較的高い場合に，上記ＣＰ１算出手段により算出された
ＣＰ１よりも低い値のＣＰ２を算出しうる特性を有する
ＣＰ２算出手段とを用い，上記炭素量調整用炭化水素ガ
スの導入を開始した後，該炭素量調整用炭化水素ガスの
導入量を調節するに当たっては，上記ＣＰ１に対する目
標値をＣＰ（ｔ），上記ＣＰ２に対する基準値であっ
て，上記ＣＰ（ｔ）よりも小さい値をＭとした場合，Ｃ
Ｐ２＞Ｍ又はＣＰ２≧Ｍのときには，上記ＣＰ１が目標
値ＣＰ（ｔ）に近づくように上記導入量を調節し，ＣＰ
２≦Ｍ又はＣＰ２＜Ｍのときには，上記炭素量調整用炭
化水素ガスの導入を停止するか又は上記導入量を所定量
以下に絞ることを特徴とする熱処理雰囲気の制御方法。3. The material to be treated is fed into the furnace of a heat treatment furnace, and then the temperature in the furnace is raised and a carbon gas for adjusting the amount of carbon is introduced into the furnace to adjust the carbon potential. However, in the method of controlling the heat treatment atmosphere when heat-treating the material to be treated, the gas concentration of a certain gas in the atmosphere gas in the furnace is measured by the first sensor, and apparently based on the gas concentration. By the CP1 calculating means for calculating the carbon potential CP1 and the second sensor having characteristics that are more susceptible to the hydrocarbon gas concentration in the furnace atmosphere gas than the first sensor. It has a function of measuring the gas concentration of the same kind or different kind of gas as the kind of gas, and calculating the apparent carbon potential CP2 based on the gas concentration, and at the same time, in the atmosphere of the furnace. When the concentration of the hydrocarbon gas in the gas is relatively high, the CP2 calculating means having the characteristic of being able to calculate CP2 having a value lower than CP1 calculated by the CP1 calculating means is used. After the introduction of hydrogen gas is started, in adjusting the introduction amount of the hydrocarbon gas for adjusting the carbon amount, the target value for CP1 is CP (t), and the reference value for CP2 is CP (t). ), Where M is a value smaller than
When P2> M or CP2 ≧ M, the introduction amount is adjusted so that CP1 approaches the target value CP (t), and CP
When 2 ≦ M or CP2 <M, the method for controlling the heat treatment atmosphere is characterized in that the introduction of the carbon amount adjusting hydrocarbon gas is stopped or the introduction amount is restricted to a predetermined amount or less.
上記導入量の調節は，上記熱処理炉に設けた導入弁の開
度を調節することにより行うことを特徴とする熱処理雰
囲気の制御方法。4. The method according to claim 1, wherein
A method for controlling a heat treatment atmosphere, wherein the amount of introduction is adjusted by adjusting an opening of an introduction valve provided in the heat treatment furnace.
上記ＣＰ１が目標値ＣＰ（ｔ）に近づくように上記導入
量を調節するに当たっては，上記ＣＰ（ｔ）を含む領域
に比例帯を有する比例制御により上記導入量の調節を行
うことを特徴とする熱処理雰囲気の制御方法。5. The method according to any one of claims 1 to 4,
In adjusting the introduction amount so that the CP1 approaches the target value CP (t), the introduction amount is adjusted by proportional control having a proportional band in a region including the CP (t). Control method of heat treatment atmosphere.
上記熱処理炉は，上記被処理材に対して浸炭処理を施す
ための浸炭炉，上記被処理材に対して浸炭窒化処理を施
すための浸炭窒化炉，上記被処理材に対して光輝焼鈍処
理を施すための光輝焼鈍炉，上記被処理材に対して焼結
処理を施すための焼結炉，あるいは上記被処理材に対し
て焼成処理を施すための焼成炉のいずれかであることを
特徴とする熱処理雰囲気の制御方法。6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The heat treatment furnace is a carburizing furnace for carburizing the material to be treated, a carbonitriding furnace for carbonitriding the material to be treated, and a bright annealing treatment for the material to be treated. A bright annealing furnace for performing the treatment, a sintering furnace for performing the sintering treatment on the material to be treated, or a firing furnace for performing a firing treatment on the material to be treated. Method of controlling heat treatment atmosphere.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271929A JP2003073730A (en) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | Method for controlling heat treatment atmosphere |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001271929A JP2003073730A (en) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | Method for controlling heat treatment atmosphere |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003073730A true JP2003073730A (en) | 2003-03-12 |
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ID=19097372
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP2003073730A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020196943A (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | エア・ウォーター株式会社 | Gas carburizing method and gas carburizing apparatus |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000328224A (en) * | 1999-05-24 | 2000-11-28 | Toho Gas Co Ltd | Gas carburization method |
-
2001
- 2001-09-07 JP JP2001271929A patent/JP2003073730A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000328224A (en) * | 1999-05-24 | 2000-11-28 | Toho Gas Co Ltd | Gas carburization method |
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|---|---|---|---|---|
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