JP2575507B2 - Furnace operation method of reducing atmosphere furnace - Google Patents
Furnace operation method of reducing atmosphere furnaceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、酸素分圧計を用いた還元性雰囲気炉の操炉
方法に係り、特に炉気中のカーボンポテンシャルを高精
度に制御することのできる還元性雰囲気炉の操炉方法に
関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a furnace operation method for a reducing atmosphere furnace using an oxygen partial pressure gauge, and particularly to a reducing method capable of controlling a carbon potential in furnace air with high accuracy. The present invention relates to a method of operating an atmosphere furnace.
（背景技術） 従来から、金属の化学組成や組織の変成、或いは内部
応力の除去等の目的をもって行なわれる金属処理の一種
として、還元性雰囲気での熱処理が知られている。具体
的には、炭素を鋼材表面に浸透拡散させることによって
金属表面を硬化せしめる浸炭処理や、浸炭された鋼材に
光輝処理を施す焼きなまし処理等が、それである。(Background Art) Conventionally, heat treatment in a reducing atmosphere has been known as one type of metal treatment performed for the purpose of modifying the chemical composition or structure of a metal or removing internal stress. Specifically, carburizing treatment for hardening the metal surface by infiltrating and diffusing carbon into the surface of the steel material, annealing treatment for giving a brightening treatment to the carburized steel material, and the like are included.
そして、このような熱処理を行なうに際しては、通
常、還元性雰囲気炉が用いられることとなるが、かかる
炉内の雰囲気を調節、制御することは、目的とする処理
効果を有利に且つ安定して得るために、極めて重要なこ
とであり、例えば、浸炭炉では、目的とする炭素含有量
の鋼材を安定して得るために、その炉気中のカーボンポ
テンシャル（CP）の高精度な制御が要求されることとな
る。When performing such a heat treatment, a reducing atmosphere furnace is usually used. However, adjusting and controlling the atmosphere in the furnace is advantageous and stable in achieving the intended processing effect. For example, in a carburizing furnace, high-precision control of the carbon potential (CP) in the furnace air is required in order to stably obtain a steel material having the desired carbon content. Will be done.
そこで、かかる浸炭炉等では、従来から、酸素濃淡電
池の原理により生ずる起電力に基づいて酸素分圧を検出
する酸素分圧計を用いて炉気中のO2濃度を測定し、その
測定値をもとに、炉内雰囲気の化学平衡反応式から算出
される炉気中のカーボンポテンシャルに基づいて、炉内
雰囲気を制御することが行なわれている。なお、炉気中
のカーボンポテンシャルは、酸素分圧計以外の計器、例
えばCO2計や露点計、抵抗式カーボンポテンシャル計等
によっても測定することが可能であるが、それらの計器
は、酸素分圧計に比べて、保守管理が面倒で、使用条件
が限定されることがあり、また計測に時間がかかる等と
いった不具合を有するために、余りいられていないのが
現状である。Therefore, in such carburizing furnace or the like, conventionally, with the oxygen partial pressure gauge for detecting the oxygen partial pressure on the basis of the electromotive force generated by the principle of an oxygen concentration cell measures the O 2 concentration in the Loki, the measured value Originally, the furnace atmosphere is controlled based on the carbon potential in the furnace air calculated from the chemical equilibrium reaction formula of the furnace atmosphere. The carbon potential in the furnace air can be measured by instruments other than the oxygen partial pressure gauge, such as a CO 2 meter, a dew point gauge, and a resistance type carbon potential meter. In comparison with the above, the maintenance management is troublesome, the use conditions are sometimes limited, and there are inconveniences such as a long measurement time, so that there is not much left at present.
ところが、かかる酸素分圧計の測定値からのカーボン
ポテンシャルの算出は、実際には化学平衡状態に達して
いない炉内雰囲気中で測定された測定値を用いて、化学
平衡条件下に成立する演算式に基づいて行なわれるもの
であり、その演算に際して条件とされる炉内雰囲気の化
学平衡状態は、炉の操業時には存在していないところか
ら、そのような手法にて得られるカーボンポテンシャル
値は、当然に、大きな誤差を内在しているのである。However, the calculation of the carbon potential from the measured value of the oxygen partial pressure gauge is based on an arithmetic expression that is established under the chemical equilibrium condition by using the measured value measured in the furnace atmosphere that has not actually reached the chemical equilibrium state. Since the chemical equilibrium state of the furnace atmosphere, which is a condition for the calculation, does not exist during the operation of the furnace, the carbon potential value obtained by such a method is, of course, In addition, there is a great error inherent in it.
そこで、例えば、かかる誤差を除去する一手法とし
て、酸素分圧計の測定値から得られる演算CPと、炉内雰
囲気中の真のCPとの関係（差）を予め求めておき、実際
の炉気測定結果から得られた演算CPを、かかる関係に基
づいて補正することが、考えられる。Therefore, for example, as one method of removing such an error, a relationship (difference) between a calculation CP obtained from a measurement value of an oxygen partial pressure gauge and a true CP in a furnace atmosphere is obtained in advance, and the actual furnace gas is measured. It is conceivable to correct the calculation CP obtained from the measurement result based on such a relationship.
しかしながら、かかる演算CPと真のCPとの関係は、炉
内雰囲気の温度毎に、それぞれ異なるために、そのよう
な補正を行なうには、それら演算CPと真のCPとの関係
を、温度の異なる多数のケースについて各々求めておか
なければならず、その操作が極めて面倒であったのであ
り、更にそれに加えて、それら演算CPと真のCPとの関係
は、酸素分圧計の経時的変化や計器間の誤差によっても
異なるために、所定時間経過時や計器交換時には、それ
らの関係を、各温度毎に再測しなくてはならず、多大な
時間と労力を要することとなり、実用的ではなかったの
である。However, since the relationship between the calculated CP and the true CP is different for each temperature of the furnace atmosphere, such a correction is performed by changing the relationship between the calculated CP and the true CP by the temperature. It had to be determined for each of a number of different cases, and the operation was extremely troublesome.In addition to that, the relationship between the calculated CP and the true CP was changed over time of the oxygen partial pressure gauge. Since it differs depending on the error between instruments, when the predetermined time elapses or when the instrument is replaced, it is necessary to re-measure those relationships for each temperature, which requires a lot of time and effort, and is not practical. There was no.
（解決課題） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景とし
て為されたものであって、その解決課題とするところ
は、酸素分圧計の出力値に内在する誤差の除去が、簡略
な操作にて有利に為され得、それによって還元性雰囲気
炉における炉気中のカーボンポテンシャルの制御を、容
易に且つ高精度に行なうことのできる還元性雰囲気炉の
操炉方法を明らかにすることにある。(Problem to be Solved) Here, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the problem to be solved is to remove errors inherent in the output value of the oxygen partial pressure gauge by a simple method. To clarify a method of operating a reducing atmosphere furnace, which can be advantageously performed in operation, thereby easily and accurately controlling the carbon potential in the furnace air in the reducing atmosphere furnace. is there.
（解決手段） そして、かかる課題を解決するために、本発明にあっ
ては、酸素濃淡電池の原理により生ずる起電力に基づい
て酸素分圧を検出する酸素分圧計を用いて、炉気中のカ
ーボンポテンシャルを制御する還元性雰囲気炉の操炉方
法であって、（ａ）前記酸素分圧計を用いて、特性既知
の標本炉気を測定することにより、該酸素分圧計から実
際に出力される起電力を出力EMFとして計測する一方、
かかる炉気特性にて理論的に発生せしめられる起電力を
理論EMFとして算出し、それら出力EMFと理論EMFとの関
係式を一次関数として求める工程と、（ｂ）かかる酸素
分圧計を用いて操炉内の炉気を測定することにより得ら
れる起電力を、実測EMFとして計測すると共に、該実測E
MFを、前記関係式を用いて、補正された理論EMFとして
換算し、更に該補正された理論EMFから理論演算により
操炉内の炉気特性を求めて、目標とする炉気特性と比較
するか、或いは該補正された理論EMFと、該目標とする
炉気特性から理論演算により求められる理論EMFとを比
較する工程とを、含み、かかる比較結果に基づいて、炉
気中のカーボンポテンシャルを制御するようにしたこと
を、その特徴とするものである。(Solution) In order to solve such a problem, according to the present invention, an oxygen partial pressure gauge that detects an oxygen partial pressure based on an electromotive force generated by the principle of an oxygen concentration cell is used. A method for operating a reducing atmosphere furnace for controlling a carbon potential, comprising the steps of: (a) measuring a sample furnace gas having a known characteristic by using the oxygen partial pressure gauge, thereby actually outputting the sample furnace gas from the oxygen partial pressure gauge; While measuring the electromotive force as output EMF,
Calculating an electromotive force theoretically generated based on the furnace gas characteristics as a theoretical EMF, and obtaining a relational expression between the output EMF and the theoretical EMF as a linear function; and (b) operating using the oxygen partial pressure gauge. The electromotive force obtained by measuring the furnace air in the furnace is measured as an actually measured EMF, and the measured EMF is measured.
The MF is converted into a corrected theoretical EMF using the above relational expression, and the furnace air characteristics in the furnace are further obtained from the corrected theoretical EMF by theoretical calculation, and compared with the target furnace air characteristics. Or a step of comparing the corrected theoretical EMF with a theoretical EMF obtained by theoretical calculation from the target furnace air characteristics, and based on the comparison result, the carbon potential in the furnace air The feature is that it is controlled.
（具体的構成・作用） このような本発明は、前述の如き問題点に鑑み、本発
明者らが、酸素分圧計を用いての炉気測定の実験を、各
種条件下に繰り返し行ない、該酸素分圧計から出力され
る起電力（出力EMF）および該起電力から算出される演
算CPをそれぞれ求める一方、実際の炉気特性から求めら
れる真のCPおよび該CPから逆算される酸素分圧計にて出
力されるべき起電力（理論EMF）をそれぞれ求めて、そ
れらを詳細に比較、検討した結果、出力EMFと理論EMFと
の間に、或る特定の関係を見い出し得たことに基づい
て、かかる知見をもとに、更なる検討を加えることによ
り、完成されるに至ったものである。(Specific configuration and operation) In view of the above-described problems, the present invention repeatedly performs experiments of furnace gas measurement using an oxygen partial pressure gauge under various conditions, and The electromotive force (output EMF) output from the oxygen partial pressure gauge and the calculation CP calculated from the electromotive force are obtained, respectively, while the true CP obtained from the actual furnace characteristics and the oxygen partial pressure meter calculated backward from the CP are obtained. Based on finding the specific electromotive force (theoretical EMF) that is to be output and comparing them and examining them in detail, based on finding out a specific relationship between the output EMF and the theoretical EMF, Based on such findings, further investigations have been completed.
すなわち、還元性雰囲気炉の操炉に際して、従来の如
く、出力EMFから算出される演算CPと、真のCPとを、比
較することによって得られる関係を用い、かかる関係か
ら求められる補正量を加味して、操炉時に酸素分圧計の
実測EMFから求められるCP値を、目標とする炉気特性と
比較することとすると、かかる補正量は、CPの大きさの
みならず、雰囲気の温度によっても強い影響を受けて変
化することとなるが、出力EMFと理論EMFとを直接に比較
すると、それらの差の大きさは、起電力の大きさに強く
影響され、雰囲気の温度には殆ど影響されないという、
極めて特徴ある事実が見い出され得たのであり、それ
故、かかる出力EMFと理論EMFとを比較することによって
得られる関係を用い、かかる関係から求められる補正量
を加味して、操炉時における酸素分圧計の実測EMFを、
目標とする炉気特性と比較するようにすれば、補正量の
大きさに対する雰囲気温度の影響が回避され得ることと
なり、以て炉気中のカーボンポテンシャルの容易な且つ
高精度な制御が可能となるのである。That is, when operating the reducing atmosphere furnace, as in the conventional case, the relationship obtained by comparing the calculated CP calculated from the output EMF with the true CP is used, and the correction amount obtained from the relationship is added. Then, when comparing the CP value obtained from the measured EMF of the oxygen partial pressure gauge during furnace operation with the target furnace air characteristics, such a correction amount depends not only on the magnitude of the CP but also on the temperature of the atmosphere. Although it changes under the strong influence, when the output EMF and the theoretical EMF are directly compared, the magnitude of the difference is strongly influenced by the magnitude of the electromotive force and hardly influenced by the temperature of the atmosphere. That
Extremely characteristic facts could be found, therefore, using the relationship obtained by comparing the output EMF and the theoretical EMF, taking into account the correction amount obtained from the relationship, the oxygen Actual EMF of the partial pressure gauge
By comparing with the target furnace characteristics, the influence of the ambient temperature on the magnitude of the correction amount can be avoided, and thus the carbon potential in the furnace can be easily and accurately controlled. It becomes.
より具体的には、かかる本発明手法に従い、所定の還
元性雰囲気炉を、その炉気中のカーボンポテンシャルを
制御することにより、操炉するに際しては、先ず、炉気
特性の計測に使用する酸素分圧計を用いて、特性既知の
標本炉気の測定が行なわれる。More specifically, according to the method of the present invention, when a predetermined reducing atmosphere furnace is operated by controlling the carbon potential in the furnace air, first, oxygen used for measurement of furnace characteristics is used. Using a partial pressure gauge, measurement of a sample furnace gas with known properties is performed.
そこにおいて、かかる酸素分圧計としては、ジルコニ
ア等の高温において酸素イオン伝導性のある固体電解質
を用いて、電気化学反応を利用した酸素濃淡電池の原理
により、被測定ガス中の酸素濃度（酸素分圧）に応じた
起電力を出力するようにした、公知の各種構造のものが
用いられる。そして、そのような酸素分圧計を用いて、
標本炉気の測定が行なわれ、実際に出力される起電力
（出力EMF）が計測されるのである。The oxygen partial pressure gauge uses a solid electrolyte such as zirconia, which has oxygen ion conductivity at high temperature, and uses the principle of an oxygen concentration cell utilizing an electrochemical reaction to measure the oxygen concentration (oxygen content) in the gas to be measured. Pressure) is used. And with such an oxygen partial pressure gauge,
The sample furnace air is measured, and the electromotive force (output EMF) actually output is measured.
また、かかる標本炉気としては、酸素分圧計による測
定時における特性、即ちカーボンポテンシャルが既知の
ものが用いられる。なお、通常は、かかる標本炉気とし
て、通常の操業時における炉気が採用され、酸素分圧計
による測定と同時に、炉気中のカーボンポテンシャルを
該酸素分圧計よりも正確に測定し得る別の間接測定器、
例えばCO2計や露点計、抵抗式カーボンポテンシャル計
等を用いて、該露気中のカーボンポテンシャルを直接的
乃至は間接的に測定することにより、その特性が既知と
されることとなる。Further, as the sample furnace gas, one having a known property at the time of measurement by an oxygen partial pressure gauge, that is, a carbon potential is used. In addition, usually, furnace air during normal operation is adopted as the sample furnace gas, and simultaneously with the measurement by the oxygen partial pressure meter, another carbon potential in the furnace air can be measured more accurately than the oxygen partial pressure gauge. Indirect measuring instrument,
For example, by directly or indirectly measuring the carbon potential in the air using a CO 2 meter, a dew point meter, a resistance type carbon potential meter, or the like, the characteristics are known.
次いで、かかる標本炉気における既知特性、即ちカー
ボンポテンシャルから、該特性の炉気を酸素分圧計にて
測定した場合に出力されるべき起電力（理論EMF）が算
出される。なお、かかる理論EMFの算出は、一般に、下
記に示される、公知の化学平衡反応式（１）およびネル
ンストの式（２）に基づいて、為されることとなる。Next, the electromotive force (theoretical EMF) to be output when the furnace gas having the characteristics is measured by the oxygen partial pressure gauge is calculated from the known characteristics of the sample furnace gas, that is, the carbon potential. The calculation of the theoretical EMF is generally performed based on the known chemical equilibrium reaction formula (1) and Nernst formula (2) shown below.
但し、 CP:炉気中のカーボンポテンシャル F(T):ガス温度によって定まる関数 Pco:炉気中のCO分圧 Po2:炉気中のO2分圧 但し、 E:酸素分圧計から出力される起電力 R:気体定数 T:絶対温度 n:イオン数 F:ファラデー常数 Po2 A:基準エア中のO2分圧 Po2 S:炉気中のO2分圧 そして、この算出された理論EMFと、前記酸素分圧計
から直接に検出された出力EMFとを比較し、以てそれら
両EMFの関係式が求められる。即ち、理論EMFは、かかる
標本炉気の測定に際して、酸素分圧計にて出力されるべ
き、誤差を殆ど含まない起電力とみなすことができるの
であり、一方、出力EMFが該理論EMFと一致しないのは、
前述の如く、炉内雰囲気が実際には化学平衡状態に達し
ていないために誤差を内在しているからである。 Where CP: Carbon potential in the furnace air F (T) : Function determined by gas temperature Pco: CO partial pressure in the furnace Po 2 : O 2 partial pressure in the furnace Where: E: electromotive force output from oxygen partial pressure gauge R: gas constant T: absolute temperature n: number of ions F: Faraday constant Po 2 A : O 2 partial pressure in reference air Po 2 S : O in furnace air 2 partial pressure Then, the calculated theoretical EMF is compared with the output EMF directly detected from the oxygen partial pressure gauge, and the relational expression between the two EMFs is obtained. That is, the theoretical EMF can be regarded as an electromotive force that should be output by the oxygen partial pressure gauge and contains almost no error when measuring the sample furnace gas, while the output EMF does not match the theoretical EMF. Is
This is because, as described above, the atmosphere in the furnace does not actually reach the chemical equilibrium state, and thus includes an error.
また、ここにおいて、注目すべきことは、上記出力EM
Fと理論EMFとの差、即ち出力EMFに内在する誤差の大き
さは、炉気の温度には殆ど影響されず、発生起電力の大
きさに強く影響されているということであり、且つそれ
ら出力EMFと理論EMFとは、起電力の大きさに関して、略
比例関係にあり、それらの関係式が、おおよそ一次関数
として表され得るということである。なお、出力EMFと
理論EMFとの間に、常に、かかる関係が成立すること
は、本発明者らの行なった多数の実験によって確認され
ているところであるが、その理由については、未だ充分
に解明されていない。What should be noted here is that the output EM
The difference between F and the theoretical EMF, that is, the magnitude of the error inherent in the output EMF, is hardly affected by the temperature of the furnace gas, but is strongly influenced by the magnitude of the generated electromotive force. The output EMF and the theoretical EMF have a substantially proportional relationship with respect to the magnitude of the electromotive force, and their relational expression can be approximately expressed as a linear function. It has been confirmed by numerous experiments performed by the present inventors that such a relationship always holds between the output EMF and the theoretical EMF, but the reason is still sufficiently clarified. It has not been.
また、かかる関係式を求めるに際しては、該関係式に
おける定数項を求めるために、起電力値が異なる二つの
炉気について、出力EMFと理論EMFとを求めることが望ま
しいが、本発明者らが検討したところ、それら出力EMF
と理論EMFとの関係を一つの条件でのみ求め、それらの
関係式を、定数項が０である一次関数として求めること
によって、有効な補正が可能であり、特に操炉時におけ
る炉内雰囲気条件の変化が少ない連続炉等では、有効で
あることが、確認されている。Further, when obtaining such a relational expression, in order to obtain a constant term in the relational expression, it is desirable to obtain an output EMF and a theoretical EMF for two furnace gases having different electromotive force values. After examination, those output EMF
And the theoretical EMF under only one condition, and by obtaining the relational expression as a linear function having a constant term of 0, effective correction is possible. It has been confirmed that the method is effective in a continuous furnace or the like where the change in the temperature is small.
そして、それ故、実際の炉の操業時において、上述の
如き操作によって、予め得られた関係式を用いて、酸素
分圧計から出力される起電力（実測EMF）を、目標とす
る炉気特性と比較し、その比較結果に基づいて、炉気中
のカーボンポテンシャルを制御することとすれば、かか
る実測EMFに内在する誤差が有利に除去され得、以て容
易な且つ高精度な制御が可能となるのである。Therefore, during the actual operation of the furnace, the electromotive force (actually measured EMF) output from the oxygen partial pressure gauge is calculated using the relational expression obtained in advance by the above-described operation. By controlling the carbon potential in the furnace air based on the comparison result, errors inherent in the actual measurement EMF can be advantageously removed, thereby enabling easy and highly accurate control. It becomes.
また、そこにおいて、特に、かかる本発明手法に従え
ば、実測EMFに含まれる誤差を除去するための関係式
が、炉内温度による変数項を含まないことから、従来の
ように、各種温度下にそれぞれ関係式を求めるような煩
わしさがなく、炉の制御が極めて容易に為され得るので
あり、炉内雰囲気の温度が変化した場合は勿論、酸素分
圧計の出力特性の経時的変化や交換操作等によって補正
値を変更する場合でも、迅速な対応が採られ得ることと
なり、保守に関して必要とされる時間や費用が、極めて
有効に削減され得ることとなるのである。Further, in this case, in particular, according to the method of the present invention, since the relational expression for removing the error included in the measured EMF does not include a variable term due to the furnace temperature, as in the related art, at various temperatures. Therefore, the furnace control can be performed very easily without the troublesome calculation of the relational expressions, and when the temperature of the furnace atmosphere changes, the output characteristics of the oxygen Even when the correction value is changed by an operation or the like, a quick response can be taken, and the time and cost required for maintenance can be extremely effectively reduced.
なお、上述の如き関係式を用いての、実測EMFと目標
とする炉気特性との比較操作としては、例えば、かかる
関係式により、実測EMFを前記出力EMFとして理論EMFに
換算することによって、補正量を加味した補正EMFを求
め、該補正EMFから、公知の手法に従い、前記ネルンス
トの式（２）および化学平衡反応式（１）に基づいて、
O2分圧、更にカーボンポテンシャル（実測CP）が求めら
れ、そして、この実測CPを、目標とする炉気のカーボン
ポテンシャル（目標CP）と比較することによって、カー
ボンポテンシャルの直接的な比較操作として行なわれる
こととなる。或いはまた、かかる実測EMFと目標とする
炉気特性との比較操作は、例えば、前述の関係式によ
り、実測EMFから補正EMFを求める一方、目標CPから、前
記化学平衡反応式（１）およびネルンストの式（２）に
基づいて、O2分圧、更に理論EMFを求め、そして、これ
ら補正EMFと理論EMFとを比較することによって、起電力
値（EMF）の比較操作として行なわれることとなる。Incidentally, using the relational expression as described above, as the comparison operation between the measured EMF and the target furnace air characteristics, for example, by converting the measured EMF to the theoretical EMF as the output EMF by such a relational expression, Based on the Nernst equation (2) and the chemical equilibrium reaction equation (1), a corrected EMF in which a correction amount is added is calculated from the corrected EMF according to a known method.
The O 2 partial pressure and the carbon potential (measured CP) are determined, and the measured CP is compared with the target carbon potential of the furnace gas (target CP) to obtain a direct comparison operation of the carbon potential. Will be performed. Alternatively, the comparison operation between the actually measured EMF and the target furnace air characteristics may be performed, for example, by calculating the corrected EMF from the actually measured EMF using the above-described relational expression, and calculating the chemical equilibrium reaction equation (1) and Nernst from the target CP. By calculating the O 2 partial pressure and the theoretical EMF based on the equation (2), and comparing the corrected EMF with the theoretical EMF, the operation is performed as a comparison operation of the electromotive force value (EMF). .
（実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本
発明手法に従う、浸炭炉の操炉方法の実際について、一
具体例に基づき、詳細に説明することとするが、本発明
は、以下の実施例、更には前記構成の具体的説明の記載
によって、何等限定して解釈されるものではないこと
が、理解されるべきである。なお、本実施例において
は、浸炭炉内に供給する変成ガス（Rxガス）としてブタ
ン変成ガスを用いた、変成炉式ガス浸炭操作に対して、
本発明手法を適用したものについて、説明する。EXAMPLES Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, the actual operation of a carburizing furnace operation method according to the method of the present invention will be described in detail based on one specific example. It should be understood that the present invention should not be construed as being limited by the description of the following embodiments and the specific description of the above-described configuration. Note that, in the present embodiment, a shift furnace type gas carburizing operation using a butane shift gas as a shift gas (Rx gas) to be supplied into the carburizing furnace,
A case to which the method of the present invention is applied will be described.
先ず、かかる浸炭炉の操業時において、相異なるカー
ボンポテンシャル条件下に、それぞれ、酸素分圧計を用
いて出力EMFを計測すると共に、CO2計を用いてCO2濃度
を計測し、該CO2濃度から、炉気中のカーボンポテンシ
ャル、更に理論EMFを算出した。その結果を下記第１表
に示す。なお、かかる測定時における炉内雰囲気のCO濃
度は、キャリヤガスとしてブタン変成ガスが用いられて
いることから、23.5％一定であり、且つ温度は、何れも
930℃であった。First, at the time of operation of such a carburizing furnace, to different carbon potential conditions, respectively, while measuring the output EMF with oxygen partial pressure gauge, a CO 2 concentration measured using a CO 2 meter, the CO 2 concentration From this, the carbon potential in the furnace air and the theoretical EMF were calculated. The results are shown in Table 1 below. Note that the CO concentration in the furnace atmosphere at the time of such measurement was constant at 23.5% because butane-modified gas was used as the carrier gas, and the temperature was
930 ° C.
次いで、これらの得られた結果から、出力EMFと理論E
MFとの関係を表す連立方程式を解くことにより、関係式
を求めた結果、下記（３）式で表される一次方程式を得
た。 Then, from these obtained results, the output EMF and the theoretical E
As a result of solving a simultaneous equation representing a relationship with the MF to obtain a relational equation, a linear equation represented by the following equation (3) was obtained.
理論EMF＝0.8765×出力EMF＋132.6 ……（３） 因みに、かかる方程式にて表される出力EMFと理論EMFと
の関係をグラフで示したものが、第１図に示されてい
る。Theoretical EMF = 0.8765 × output EMF + 132.6 (3) Incidentally, FIG. 1 shows the relationship between the output EMF and the theoretical EMF represented by the above equation in a graph.
而して、このような関係式を与える酸素分圧計を用い
て、該酸素分圧計から出力される実測EMFを、前記関係
式を用いて、目標とする炉気特性と比較し、かかる比較
結果に基づいて、実際の浸炭操作時における炉内雰囲気
中のカーボンポテンシャルの制御を、各種温度条件下に
おいて実施した。なお、かかる操作に際しては、上記
（３）式に基づいて、酸素分圧計にて実測される実測EM
Fを前記出力EMFとして前記理論EMFに換算することによ
り、補正量を加味した補正EMFを求め、そして、かかる
補正EMFから算出されるカーボンポテンシャル（測定C
P）に基づいて、該測定CPが目標とする炉気特性のカー
ボンポテンシャルに等しくなるように、炉内にエンリッ
チガスを供給することによって、炉内雰囲気中のカーボ
ンポテンシャルを制御した。かかる制御結果を、下記第
２表に示す。なお、かかる表中、鋼箔分析値とは、炉内
に配した鋼箔から求められた、炉気中の真のカーボンポ
テンシャルを示すものである。Thus, using an oxygen partial pressure gauge giving such a relational expression, an actual measurement EMF output from the oxygen partial pressure gauge is compared with a target furnace characteristic using the above relational expression, and the comparison result is obtained. Based on the above, the control of the carbon potential in the furnace atmosphere during the actual carburizing operation was performed under various temperature conditions. In addition, at the time of such an operation, based on the above equation (3), an actual measurement EM measured with an oxygen partial pressure gauge
By converting F into the theoretical EMF as the output EMF, a corrected EMF considering the correction amount is obtained, and the carbon potential (measurement C
Based on P), the carbon potential in the furnace atmosphere was controlled by supplying an enriched gas into the furnace so that the measured CP became equal to the target carbon potential of the furnace characteristics. The results of such control are shown in Table 2 below. In this table, the steel foil analysis value indicates the true carbon potential in the furnace air determined from the steel foil disposed in the furnace.
かかる第２表の結果からも、前記（３）式によって得
られた補正EMFを用いて算出された測定CPを指標とする
ことによって、各種温度条件下に、何れも、炉気中のカ
ーボンポテンシャルの制御が高精度に為され得ること
が、明らかなところである。 From the results in Table 2 as well, by using the measured CP calculated using the corrected EMF obtained by the above equation (3) as an index, the carbon potential in the furnace air under any of various temperature conditions can be obtained. It is clear that the control of can be performed with high accuracy.
（発明の効果） 上述の説明から明らかなように、本発明手法において
は、酸素分圧計の検出値（実測EMF）に含まれる誤差の
除去操作が、炉気温度に関する変数項を含まない、理論
EMFとの一次関数にて表わされる関係式に基づいて行わ
れるところから、従来のように、各種温度条件下にそれ
ぞれ関係式を求める必要がないのであり、それ故、炉の
操業時における炉気特性の検出および制御が、各種温度
条件下において、容易に且つ迅速に為され得ることとな
るのである。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, in the method of the present invention, the operation of removing the error included in the detection value (actually measured EMF) of the oxygen partial pressure gauge does not include the variable term related to the furnace temperature.
Since it is performed based on the relational expression expressed by a linear function with the EMF, there is no need to obtain the relational expression under various temperature conditions as in the conventional case. The detection and control of the characteristics can be performed easily and quickly under various temperature conditions.
第１図は、本発明手法に従って浸炭炉のカーボンポテン
シャルを制御するに際し、標本炉気としての浸炭炉内の
雰囲気測定時に、酸素分圧計にて検出された出力EMF
と、CO2計の測定値から算出される理論EMFとの関係を表
すグラフである。FIG. 1 shows an output EMF detected by an oxygen partial pressure gauge when controlling the carbon potential of a carburizing furnace according to the method of the present invention and measuring the atmosphere in the carburizing furnace as a sample furnace gas.
7 is a graph showing the relationship between the measured values and the theoretical EMF calculated from the measured values of the CO 2 meter.
Claims (1)
基づいて酸素分圧を検出する酸素分圧計を用いて、炉気
中のカーボンポテンシャルを制御する還元性雰囲気炉の
操炉方法であって、 前記酸素分圧計を用いて、特性既知の標本炉気を測定す
ることにより、該酸素分圧計から実際に出力される起電
力を出力EMFとして計測する一方、かかる炉気特性にて
論理的に発生せしめられる起電力を理論EMFとして算出
し、それら出力EMFと理論EMFとの関係式を一次関数とし
て求める工程と、 かかる酸素分圧計を用いて操炉内の炉気を測定すること
により得られる起電力を、実測EMFとして計測すると共
に、該実測EMFを、前記関係式を用いて、補正された理
論EMFとして換算し、更に該補正された理論EMFから理論
演算により操炉内の炉気特性を求めて、目標とする炉気
特性と比較するか、或いは該補正された理論EMFと、該
目標とする炉気特性から理論演算により求められる理論
EMFとを比較する工程とを、 含み、かかる比較結果に基づいて、炉気中のカーボンポ
テンシャルを制御することを特徴とする還元性雰囲気炉
の操炉方法。1. A method for operating a reducing atmosphere furnace in which a carbon potential in a furnace is controlled by using an oxygen partial pressure gauge which detects an oxygen partial pressure based on an electromotive force generated by the principle of an oxygen concentration cell. By using the oxygen partial pressure gauge, by measuring the sample furnace air of known characteristics, the electromotive force actually output from the oxygen partial pressure gauge is measured as the output EMF, while logically based on such furnace air characteristics A step of calculating the generated electromotive force as a theoretical EMF, obtaining a relational expression between the output EMF and the theoretical EMF as a linear function, and measuring the furnace air in the furnace using the oxygen partial pressure gauge. The electromotive force is measured as an actually measured EMF, and the actually measured EMF is converted into a corrected theoretical EMF using the above relational expression. In search of goals and That the furnace gas characteristics or compared, or the theoretical EMF which is the correction, the theoretical obtained by theoretical calculation from the furnace gas properties to the target
And a method for controlling a carbon potential in the furnace air based on the result of the comparison.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1269996A JP2575507B2 (en) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | Furnace operation method of reducing atmosphere furnace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1269996A JP2575507B2 (en) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | Furnace operation method of reducing atmosphere furnace |
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|---|---|
| JPH03134117A JPH03134117A (en) | 1991-06-07 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5797266U (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-15 | ||
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1989
- 1989-10-17 JP JP1269996A patent/JP2575507B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH03134117A (en) | 1991-06-07 |
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