JP4443667B2 - 連続式焼結炉およびその運転方法 - Google Patents
連続式焼結炉およびその運転方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4443667B2 JP4443667B2 JP11424999A JP11424999A JP4443667B2 JP 4443667 B2 JP4443667 B2 JP 4443667B2 JP 11424999 A JP11424999 A JP 11424999A JP 11424999 A JP11424999 A JP 11424999A JP 4443667 B2 JP4443667 B2 JP 4443667B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintering
- sintered
- gas
- chamber
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属を加熱処理し焼結させる連続式焼結炉およびその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素鋼（Fe-C、Fe-C-Cu）の粉末冶金製品であるタイミングベルトプーリ、カムシャフトプーリ・スプロケットなどの輸送機械部品などは、例えば鉄粉、炭素粉末、およびワックス（ステアリン酸亜鉛など）を混合しプレス成形した後、焼結炉中で焼結する方法によって製造されている。
上記プレス成形品（被焼結品）を焼結炉中で焼結する際には、炉内温度、炉内雰囲気を最適化することによって、被焼結品からのワックスの除去、被焼結品の表面酸化物の還元除去、炭素含有量の調整、および硬さ等の品質調整が行われる。
【０００３】
図６は、上記被焼結品を焼結するために用いられる連続式焼結炉の一例を示すもので、ここに示す連続式焼結炉１０は、被焼結品Ｓの搬入口２および搬出口８を備えたマッフルを内蔵する焼結炉本体１と、被焼結品Ｓを焼結炉本体１内で搬入口２から搬出口８に向けて搬送する搬送手段９と、被焼結品Ｓ表面の酸化物を還元する水素を焼結炉本体１内に供給する水素供給手段となる[水素+窒素]ガス供給管路２３'と、水素により被焼結品Ｓ表面の酸化物が還元される際に生成する水を低減させるプロパンガスなどの炭化水素ガスを焼結炉本体１内に供給する炭化水素供給手段となる[炭化水素+窒素]ガス供給管路２２'を備えて構成されている。
【０００４】
焼結炉本体１は、搬送手段９により搬送される被焼結品Ｓを予備的に加熱する予熱室３と、予熱室３を経た被焼結品Ｓを焼結する焼結室４と、焼結室４を経た被焼結品Ｓを冷却する第１および第２の水冷室５、６と、カーテン室７を備えている。
【０００５】
[水素+窒素]ガス供給管路２３'は、第１水冷室５と第２水冷室６の間の位置に接続され、図示せぬ供給源から供給された[水素+窒素]ガスを上記接続位置から焼結炉本体１内に供給することができるようになっている。
[炭化水素+窒素]ガス供給管路２２'は、焼結室４と第１水冷室５の間の位置に接続され、図示せぬ供給源から供給された[炭化水素+窒素]ガスを上記接続位置から焼結炉本体１内に供給することができるようになっている。
【０００６】
上記焼結炉１０は、次のようにして使用することができる。
[水素+窒素]ガス供給管路２３'を通して[水素+窒素]ガスを焼結炉本体１内に供給するとともに、[炭化水素+窒素]ガス供給管路２２'を通して[炭化水素+窒素]ガスを一定流量で焼結炉本体１内に供給する。
供給管路２３'を通して焼結炉本体１内に供給された[水素+窒素]ガスの大部分は搬入口２方向に向かって流れ、他部は搬出口８方向に向かって流れる。また供給管路２２'を通して焼結炉本体１内に供給された[炭化水素+窒素]ガスは主に搬入口２方向に向かって流れる。
【０００７】
次いで、被焼結品Ｓを搬入口２を通して焼結炉本体１内に搬入する。搬入された被焼結品Ｓは、搬送手段９によって予熱室３内に搬入され、ここで加熱されワックスが蒸発除去された後、焼結室４内に搬入され、さらに加熱され焼結処理される。
このようにして得られた焼結品は、第１および第２の水冷室５、６において冷却され、カーテン室７を経て搬出口８から搬出される。
続いて、搬入口２を通して順次新たな被焼結品を焼結炉本体１内に搬入し、上記操作と同様にしてこれら被焼結品に順次焼結処理を施す。
【０００８】
焼結室４における加熱処理の際には、被焼結品Ｓの表面酸化物は、上記[水素+窒素]ガス供給管路２３'を通して焼結炉本体１内に供給された水素によって還元される。この還元反応の際には酸化物中の酸素と上記水素が化合し水が生成する。
生成した水分は被焼結品Ｓ中の炭素と反応して一酸化炭素と水素を生成する。この際、被焼結品Ｓは脱炭され炭素含有量が低下する。
上記脱炭量は上記炭化水素（プロパンなど）ガスの供給によって低く抑えられる。これは、炭化水素ガスと上記水が反応し水の量が少なくなり、上記脱炭反応が抑制されるためである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記操作によって複数の被焼結品Ｓを連続的に焼結処理する際には、被焼結品Ｓの形状、大きさ等によって、焼結炉本体１内において上記表面酸化物の還元反応により生じる水分量が増減するため、上記脱炭量が増減し、得られる焼結品中の炭素含有量が大きく変動し品質が不安定となることがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、焼結品の品質を高く維持することが可能な連続式焼結炉およびその運転方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、炉内の水分濃度と、脱炭による被焼結品の炭素含有量減少量とを比較検討することによって、この水分量が炭素含有量減少に大きな影響を及ぼすことを見いだし、これに基づいて本発明を完成するに至った。
本発明では、被焼結品を焼結する焼結室と被焼結品搬出入用の搬出および搬入口を備えた焼結炉本体と、被焼結品を焼結炉本体内で搬入口から搬出口に向けて搬送する搬送手段を備えた連続式焼結炉を用い、被焼結品の表面酸化物を還元する水素と、被焼結品などの酸化を防止する不活性ガスと、水素により前記酸化物が還元される際に生成する水を低減させる炭化水素ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給しつつ被焼結品を焼結室内で焼結するに際し、
前記焼結室の中央部よりも搬入口側のガス中の酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づいて焼結室内の水分濃度を算出し、この水分濃度に基づいて、焼結室内の水分露点温度を算出し、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように炭化水素ガスの供給量を調節することを上記課題の解決手段とした。
前記焼結室内の水素濃度を検出し、前記酸素濃度および水素濃度に基づいて焼結室内の水分濃度を算出し、この水分濃度に基づいて、焼結室内の水分露点温度を算出し、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように炭化水素ガスの供給量を調節することも可能である。
また、本発明の連続式焼結炉は、被焼結品を焼結する焼結室と被焼結品搬出入用の搬出および搬入口を備えた焼結炉本体と、被焼結品を焼結炉本体内で搬入口から搬出口に向けて搬送する搬送手段と、被焼結品の表面酸化物を還元する水素を搬出口側から焼結炉本体内に供給する水素供給手段と、不活性ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給する不活性ガス供給手段と、水素により前記酸化物が還元される際に生成する水を低減させる炭化水素ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給する炭化水素供給手段と、焼結室の中央部よりも搬入口側のガス中の酸素濃度を検出して水分濃度を算出し、この水分濃度から焼結室内の水分露点温度を算出する演算手段と、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように焼結炉本体内への炭化水素ガスの供給量を制御する制御部を備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の連続式焼結炉の一実施形態を示すもので、ここに示す連続式焼結炉４０は、被焼結品Ｓを焼結する焼結室４と搬入、搬出口２、８を備えた筒状の焼結炉本体１と、被焼結品Ｓを焼結炉本体１内で搬入口２から搬出口８に向けて搬送する搬送手段９と、被焼結品Ｓの酸化を防止する不活性ガスである窒素と被焼結品Ｓ表面の酸化物を還元する水素とを焼結炉本体１内に供給する水素供給手段となる[水素+窒素]ガス供給管路１２と、水素により被焼結品Ｓ表面の酸化物が還元される際に生成する水を還元するプロパンガスなどの炭化水素ガスを焼結炉本体１内に供給する炭化水素供給手段となる[炭化水素+窒素]ガス供給管路１１と、焼結室４内の水分濃度を検出する水分濃度検出手段である酸素分圧計２６と、この酸素分圧計２６からの信号に基づいて、前記炭化水素の焼結炉本体１内への供給量を制御する制御部１５を備えて構成されている。
【００１２】
焼結炉本体１は、搬送手段９により搬送される被焼結品Ｓを予備的に加熱する予熱室３と、予熱室３を経た被焼結品Ｓを焼結する焼結室４と、焼結室４を経た被焼結品Ｓを冷却する第１および第２の水冷室５、６と、カーテン室７を備えている。
【００１３】
予熱室３は、電気ヒータ等のヒータを備え、被焼結品を加熱することができるように構成されている。
また、予熱室３は、バーナの燃焼排ガスによる対流型の加熱を行うことができるように構成することもできる。この場合、予熱室３は、[プロパン+空気]ガス等の燃焼ガスを完全燃焼比率０．７前後の不完全燃焼域で燃焼させ、燃焼排ガスにより予熱室３内を酸化が強く促進されない雰囲気として加熱を行うことができるように構成することができる。
【００１４】
[炭化水素+窒素]ガス供給管路１１は、図示せぬ供給源から供給されたプロパンなどの炭化水素ガスを導く管路１６と、図示せぬ供給源から供給された窒素ガスを導く管路１７と、これら管路１６、１７からの炭化水素と窒素を焼結炉本体１内に供給する管路２２からなるものである。
管路２２は、焼結室４とその下流側に位置する第１水冷室５の間に接続され、この接続位置から焼結炉本体１内に[炭化水素+窒素]ガスを送り込むことができるようになっている。
【００１５】
[水素+窒素]ガス供給管路１２は、第１供給管路１３と、第２供給管路１４からなるものである。
第１供給管路１３は、上記管路１７内の窒素ガスを導く管路１８と、図示せぬ供給源から供給された水素ガスを導く管路１９と、これら管路１８，１９からの窒素ガスおよび水素ガスを焼結炉本体１内に供給する管路２３からなるものである。
管路２３は、第１水冷室５とその下流側に位置する第２水冷室６の間に接続され、この接続位置から焼結炉本体１内に[水素+窒素]ガスを送り込むことができるようになっている。
【００１６】
第２供給管路１４は、図示せぬ供給源から供給された窒素ガスを導く管路２０と、図示せぬ供給源から供給された水素ガスを導く管路２１と、これら管路２０、２１からの窒素ガスおよび水素ガスを焼結炉本体１内に供給する管路２４からなるものである。
管路２４は、上記管路２３に接続され、管路２３を通して焼結炉本体１内に[水素+窒素]ガスを送り込むことができるようになっている。
【００１７】
管路１６には、管路１６内を流れるガスの流量を調節する流量調節器１６ａが設けられている。また、管路１７，１８、１９には、流量調節器１７ａ、１８ａ、１９ａが設けられている。また管路２０、２１には電磁バルブ２０ａ、２１ａが設けられている。流量調節器１６ａ、電磁バルブ２０ａ，２１ａは制御部１５に接続されている。
【００１８】
酸素分圧計２６は、焼結室４内のガス中に含まれる水分量を検出するためのもので、管路２５を通して導かれた焼結室４内のガスの酸素分圧を測定し、測定値に応じた検出信号を出力することができるようにされている。なお符号２５ａは焼結室４内のガスを酸素分圧計２６に送り込むポンプを示す。
【００１９】
焼結室４内のガスを酸素分圧計２６に導く管路２５の焼結室４への接続位置は、焼結室４の中央部よりも搬入口側となっている。これは、焼結室４内の水分濃度が中央部より搬入口側において比較的高くなると考えられるためである。
焼結室４内の水分濃度が中央部より搬入口側において高くなるのは、後述する焼結過程において、焼結室４の搬出口側から導入された水素が焼結室４中央の被焼結品中の酸化物と化合することで水が生成し、この水が上記管路２３、２４から供給されたガスとともに焼結室４の搬入口側に向かって流れるためである。
【００２０】
制御部１５は、演算器２７と、調節計２８を有するものである。
演算器２７は、酸素分圧計２６からの信号と、予め入力された焼結室４内の水素濃度の予想値を用い、化学平衡式［２Ｈ2＋Ｏ2＝２Ｈ2Ｏ］に基づいて焼結室４内の水分濃度を算出し、さらにこの水分濃度に基づいて当該温度における水分露点温度を算出し、この水分露点温度に基づいた信号を調節計２８に出力することができるようになっている。
調節計２８は、演算器２７からの信号に基づいて、上記流量調節器１６ａを調節し、管路１６内における炭化水素の流量を任意の値に調節することができるようになっている。また調節計２８は電磁バルブ２０ａ，２１ａを開閉することができるようになっている。
【００２１】
なお、焼結室４に酸素分圧計２６のセンサ部を取り付けることにより焼結室４内ガスの酸素分圧を測定することもでき、この場合、管路２５は不要となる。
【００２２】
上記連続式焼結炉を使用するには、例えば次のようにする。
制御部１５の調節計２８を、酸素分圧計２６からの信号によって算出された焼結室４内の水分露点温度が予め定められた設定範囲上限値を越えた場合に信号を流量調節器１６ａに出力し、管路１６，２２を通して焼結炉本体１内に供給される炭化水素流量を増加させ、かつ上記水分露点温度が設定範囲下限値未満となった場合に炭化水素流量を減少させるように設定しておく。
また、調節計２８は、流量調節器１６ａが管路１６内の炭化水素ガスの流量を最大限に高めてもなお焼結室４内水分露点温度が上記上限値を越える場合に、バルブ２０ａ，２１ａを開き、[水素+窒素]ガスを第２供給管路１４から焼結炉本体１内に供給し、かつ水分露点温度が上記設定範囲下限値未満となったときに電磁バルブ２０ａ，２１ａを閉じ[水素+窒素]ガスの供給を停止するように設定しておく。
上記設定範囲は、被焼結品に要求される炭素濃度に応じて焼結室４内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃の範囲内となるように適宜選択される。
【００２３】
この方法では、[水素+窒素]ガスを第１供給管路１３を通して一定流量で焼結炉本体１内に供給するとともに、焼結室４内の水分露点温度を調節する[炭化水素+窒素]ガスを供給管路１１を通して焼結炉本体１内に供給する。
【００２４】
ここで用いる水素は、焼結室４内を還元性雰囲気に維持し、焼結接合を阻害する被焼結品Ｓの金属粉末表面の酸化物を還元し、高品質、高強度の焼結品を得るためのものである。
また、炭化水素は、上記水素によって、被焼結品Ｓや、炉壁、搬送手段等の炉材の表面酸化物が還元される際に生成した水分（生成水）を分解除去し、炉内雰囲気の立ち上げ時間を短縮するとともに、被焼結品Ｓの脱炭反応を抑え焼結品の品質低下を防ぐためのものである。
また供給管路１１、１２から供給される窒素ガスは、焼結炉本体１内に流入するガスの焼結炉本体１内における拡散を促し、上記生成水の分解を効率的に行わせるために使用されるものである。
【００２５】
[水素+窒素]ガス供給管路１３を通して炉内に供給された[水素+窒素]ガスの大部分は搬入口２の方向へ流れ、残りの部分は搬出口８の方向へ流れる。
[炭化水素+窒素]ガス供給管路１１を通して炉内に供給された[炭化水素+窒素]ガスは、主として搬入口２方向へ流れる。
【００２６】
次いで、被焼結品Ｓを搬入口２を通して焼結炉本体１内に搬入する。
被焼結品Ｓとしては、鉄粉等の金属粉末、炭素粉末、およびワックス（ステアリン酸亜鉛など）等を混合しプレス成形したものを用いることができる。
焼結炉本体１内に搬入された被焼結品Ｓは、予熱室３内で例えば５００〜７００℃まで加熱され、ここでワックスが蒸発除去される。
【００２７】
予熱室３として、輻射加熱式のものを使用した場合には、[水素+窒素]ガスなどを室内に導入し予熱室３内を還元性雰囲気としつつヒータにより被焼結品を加熱する。
予熱室３として、バーナの燃焼排ガスによる対流型加熱式のものを使用した場合には、[プロパン+空気]ガス等の燃焼ガスを完全燃焼比率０．７前後の不完全燃焼域で燃焼させ、燃焼排ガスにより予熱室３内を酸化が進行しにくい雰囲気として被焼結品を加熱する。
【００２８】
予熱室３内でワックスが蒸発除去された被焼結品Ｓは焼結室４に送られ、例えば１１００〜１１５０℃の温度条件下で、上記[水素+窒素]ガスに由来する水素を含む雰囲気中に３０〜６０分間置かれ、焼結される。
この際、被焼結品表面の酸化物は、焼結室４内の水素によって還元され、上記酸化物と水素との反応により水が生成する。
【００２９】
焼結室４を経た被焼結品Ｓは、水冷室５、６内に搬入され、ここで冷却された後、カーテン室７を経て搬出口８を通して外部に搬出される。
次いで、搬入口２を通して順次新たな被焼結品を炉内に導入し、上記操作と同様にしてこれら被焼結品に焼結処理を施す。
焼結炉本体１内において上記還元反応に関与する表面酸化物量は、被焼結品の形状、大きさ等に応じたものとなるため、還元反応によって生じる水分量は被焼結品ごとに大きく異なる。
【００３０】
本実施形態の運転方法では、制御部１５によって、次に示すガス流量調節が行われ、前記炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量が、焼結室内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃となるように調節される。
炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室４内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節するのは、この水分露点温度が−６０℃未満となると、すす発生等により焼結品の品質低下を招き、−３５℃を越えると、上記脱炭反応が促進され焼結品の炭素含有量低下による品質低下が起こりやすくなるためである。
焼結室４内の水分露点温度は−５５〜−４０℃とするのが好ましい。
【００３１】
演算器２７において算出された焼結室４内水分露点温度が上記設定範囲上限値を越えると、流量調節器１６ａによって管路１６、２２から焼結炉本体１内に供給される炭化水素ガスの流量が高められる。
流量調節器１６ａが炭化水素ガスの流量を最大に高めてもなお焼結室４内水分露点温度が上記上限値を越える場合には、バルブ２０ａ，２１ａが開状態となり、第２供給管路１４からの[水素+窒素]ガス供給が加わり、これによって第１供給管路１３のみの場合に比較して[水素+窒素]ガスの供給量が高められる。
【００３２】
焼結炉本体１内に供給される炭化水素、窒素、水素ガスの流量が高められることによって、焼結室４内において、多量の水分、二酸化炭素を含むガスが搬入口側に押し流される。また炭化水素による水の還元反応が促進される。このため、焼結室４内の水分濃度は低下する。
焼結室４内の水分濃度の低下により上記脱炭反応が抑制され、被焼結品の炭素含有量の低下が抑止され、焼結品の品質低下が防止される。
【００３３】
また、演算器２７において算出された焼結室４内水分露点温度が上記設定範囲下限値未満となった場合には、電磁バルブ２０ａ，２１ａが閉止し、第１供給管路１３のみによって[水素+窒素]ガス供給が行われるようになり、これによって[水素+窒素]ガス流量が低下する。
また流量調節器１６ａによって管路１６を通して焼結炉本体１内に供給される炭化水素の流量が低下する。このため、炭化水素による上記生成水の還元量が減少し焼結室４内の水分濃度が上昇する。
【００３４】
なお、一般に、炭化水素濃度がある程度以上に高まると、炭化水素の自己熱分解によるすすの発生が起こりやすくなるが、本実施形態の方法では、調節計２８を、上記炭化水素ガス供給量が一定以上にならないように最大流量を設定しておくことで、焼結室４内における炭化水素濃度を減少させ、すす発生を防ぐことができる。
【００３５】
また、予熱室３として、バーナの燃焼排ガスによる対流型加熱式のものを使用した場合には、異なる形状、大きさの複数の被焼結品を連続的に焼結させる際に、これら被焼結品の熱容量の違いによって、予熱室３内の被焼結品に与えられる熱量が変動し、予熱室３内の酸化性ガスの流れに乱れが生じ、その一部が焼結室４内に流入し、焼結室４内のガス組成に影響を与えることがある。
本実施形態の方法では、このように焼結室４内に酸化性ガスが流入したときにおいても、酸素分圧計２６がこれを検出し、検出信号を制御部１５に出力し、これに基づいてバルブ２０ａ，２１ａが開状態となり第２供給管路１４から[水素+窒素]ガスが焼結室４内に導入され、上記予熱室３からの流入ガスが搬入口方向に押し流され、焼結室４内雰囲気が適正に保たれる。
【００３６】
また、本実施形態の運転方法の具体例としては、次の方法を挙げることができる。以下の説明では、第１供給管路１３をＬ系統１３、第２供給管路１４をＨ系統１４という。また以下の例では、炭化水素としてプロパンを使用した場合を想定した。またＬ系統１３の管路１８を流れる窒素ガス流量をＬ２とし、管路１９を流れる水素ガス流量をＬ３とする。またＨ系統１４の管路２０を流れる窒素ガス流量をＨ２とし、管路２１を流れる水素ガス流量をＨ３とする。（Ｌ２＜Ｈ２、Ｌ３＜Ｌ３とする。）
【００３７】
図２は、本具体例に用いられる焼結炉本体１へのガス供給量を調節するプログラムのフローチャートを示すものである。
上記過程で焼結処理を行うに際して、管路１６を通して供給される炭化水素の流量Ｑ１が予め定められた上限値（ＨＨ１）と下限値（ＬＬ１）との間にある場合には、演算器２７において、酸素分圧計２６からの信号に基づいて算出された焼結室４内の酸素分圧Ｏ１と、予め入力された焼結室４内の水素濃度の予想値とから上記化学平衡式を用いて焼結室４内の水分量Ｗ１を算出する。
【００３８】
得られた結果に基づいて、上述の過程に従い、流量調節器１６ａを用いて管路１６内を流れる炭化水素の流量を、焼結室４内の水分量Ｗ１と、予め定められた設定値水分量ＷＳとの差が所定の値以下となるようにＰＩＤ制御することによって、焼結室４内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃となるように[炭化水素+窒素]ガス、[水素+窒素]ガスの供給を行う。なお電磁バルブ２０ａ，２１ａは閉止しＨ系統１４からのガス供給を停止しておく。
【００３９】
炭化水素の流量Ｑ１が上記上限値ＨＨ１を越えてもなお水分量Ｗ１が降下しない場合には、調節計２８からの信号により電磁バルブ２０ａ，２１ａを開き、Ｈ系統１４を通して[水素+窒素]ガスを焼結炉本体１内に導入する。
これによって、焼結炉本体１内に供給される窒素ガス流量は、Ｈ２だけ増加する。また焼結炉本体１内に供給される水素ガス流量は、Ｈ３だけ増加する。
この際、水分、炭化水素、二酸化炭素を含む焼結室４内ガスは予熱室３方向に押し流され、焼結室４内の水分濃度が低下するとともに、炭化水素濃度が低下し炭化水素の自己熱分解によるすすの発生が抑止される。
【００４０】
また、炭化水素の流量Ｑ１が下限値ＬＬ１未満となった場合には、電磁バルブ２０ａ，２１ａを閉じ、Ｈ系統１４からの[水素+窒素]ガス供給を停止し、Ｌ系統１３を用いて[水素+窒素]ガスの供給を行うようにする。
【００４１】
本実施形態の運転方法では、炭化水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室４内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節するので、焼結室４内の水分が関与して起こる脱炭反応により被焼結品中の炭素含有量が低下するのを防ぐことができる。
また、予熱室３内の酸化性ガスの一部が焼結室４内に流入した場合には、焼結室４に流入するガス流量を大きくし、この酸化性ガスを押し流し、焼結室４内を還元性雰囲気に保ち、被焼結品の表面酸化物の還元反応の効率を高く維持することができる。
従って、焼結品の品質低下を防止することができる。
【００４２】
また、一般に、焼結炉の運転休止中には、焼結炉本体１内壁をなす炉材が空気に晒された状態とされるため炉材表面が酸化する。
このため、運転再開に先立って、シーズニング操作、すなわち被焼結品を投入せず炭化水素、水素等の雰囲気ガスのみを焼結炉本体１に流して空運転を行ない、炉材表面の酸化物除去を行う必要があった。
これに対し本実施形態の運転方法では、運転再開時に炉材表面に多量の酸化物が存在し、この酸化物を原料として焼結炉本体１内に多量の水分が生成した場合でも、上記過程に従って直ちに焼結室４内の水分濃度が低下するため、シーズニング操作を行うことなく焼結品の品質低下を防ぐことができる。従って、生産効率の向上を図ることができる。
【００４３】
図３は、本発明の連続式焼結炉の他の実施形態を示すもので、ここに示す焼結炉５０は、水素分圧計３０を有する点で図１に示す焼結炉と異なる。
水素分圧計３０は、焼結室４内のガス中の水素濃度を検出するためのもので、管路２９を通して導入された焼結室４内ガスの水素濃度に応じた信号を演算器２７に出力できるようになっている。
水素分圧計３０としては、気体熱伝導式、熱線型半導体式分圧計を用いることができる。本実施形態の連続式焼結炉では、酸素分圧計２６および水素分圧計３０が水分濃度検出手段に相当する。
【００４４】
この焼結炉５０では、酸素分圧計２６，水素分圧計３０によって、焼結室４内の酸素濃度および水素濃度が算出される。
次いで、演算器２７において、これら酸素濃度および水素濃度を用い、化学平衡式［２Ｈ2＋Ｏ2＝２Ｈ2Ｏ］に基づいて焼結室４内の水分濃度が算出され、さらにこの水分濃度に基づいて当該温度における水分露点温度が算出され、この水分露点温度に応じた信号が調節計２８に出力される。
調節計２８は、炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節する。
【００４５】
本実施形態の運転方法では、焼結室４内の酸素濃度および水素濃度を実測し、これに基づいて焼結室４内の水分濃度を算出するので、より正確な水分量測定が可能となる。
従って、焼結室４内の水分濃度を高い精度で所定の範囲内に維持することができ、焼結品の品質低下を確実に防ぐことができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、水分濃度検出手段として、酸素分圧計２６、または酸素分圧計２６と水素分圧計３０を用いたが、これに限らず、露点計を用いることもできる。
この場合には、焼結室４内ガスの水分露点温度を直接測定し、測定値に基づいて、上述のように調節計２８によって炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃となるように調節する。
【００４７】
また、水分濃度検出手段としては、Ｏ2センサを用いることもできる。Ｏ2センサとしては、ジルコニアＯ2センサ等の固体電解質センサや、半導体センサなどを用いることができる。Ｏ2センサは水分濃度変動が速い場合でも比較的高精度の検出が可能となるため、焼結室４内においてガス組成が頻繁に変動する場合でも検出精度を高めることができる。
またこのほか、水分濃度検出手段としては、Ｈ2Ｏセンサを用いることも可能である。Ｈ2Ｏセンサとしては、鏡面式センサ、セラミック湿度センサなどを用いることができる。
また、上記実施形態では、不活性ガスとして窒素を用いたが、これに限らず、アルゴン等を使用することもできる。
【００４８】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す焼結炉を用いて焼結処理を行った。
焼結炉としては、下記諸元のものを使用した。
【００４９】
焼結炉本体、１内の水分濃度を変動させるため、図示せぬ供給管路から２〜３％の水分を含む窒素ガスを焼結炉本体１内に供給し、その供給量を２〜４Ｌ／ｍｉｎの範囲で増減させた。
この際、焼結室４内の酸素濃度を酸素分圧計２６によって検出し、これに基づいてガス供給量を調節した。すなわち、酸素分圧計２６からの信号に基づいて演算器２７において算出された焼結室４内水分露点温度が−４２±０．３℃となるように炭化水素供給量を調節した。
図示せぬ水分濃度測定装置を用いて焼結室４内ガスの露点温度を実測した結果を図４中実線で示す。
【００５０】
（実施例２）
酸素分圧計２６に代えて露点計を用いた連続式焼結炉を用い、ガス供給量調節を、この露点計の測定値に基づいて行うこと以外は実施例１と同様にして焼結処理を行った。
図示せぬ水分濃度測定装置を用いて焼結室４内ガスの露点温度を実測した結果を図４中破線で示す。
【００５１】
（比較例）
プロパンガス添加量を一定量とすること以外は実施例１と同様にして焼結処理を行った。
図示せぬ水分濃度測定装置を用いて焼結室４内ガスの露点温度を実測した結果を図５に示す。
【００５２】
図４および図５に示すように、上記各試験の結果、比較例の方法では、焼結室４内の水分露点温度がおよそ−１０〜−５０℃の間で変動した。
これに対し、実施例１の方法では、およそ±０．３℃の範囲で焼結室４内露点温度を保つことができた。また実施例２の方法では、およそ±３℃の範囲で焼結室４内露点温度を保つことができた。
従って、実施例の方法は、比較例に比べ焼結室４内の水分露点温度を狭い範囲に保つことができたことがわかる。
特に、焼結室４内の酸素分圧を測定しこれに基づいてガス供給量を調節する実施例１の方法では、より精度の高い水分量調節を行うことができたことがわかる。
【００５３】
（実施例３）
実施例１に示した方法に準じて、鉄粉と、炭素粉末と、ステアリン酸亜鉛を９８．３：０．８：０．９（重量比）の割合で混合し円板状（厚さ１０ｍｍ、直径２７ｍｍ）にプレス成形して得た被焼結品を焼結処理した。
得られた焼結品の各特性を測定した結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１より、焼結室４内露点温度を−６０〜−３５℃とすることによって、炭素含有量が高く、引張強度、硬度等の特性に優れた焼結品を得ることができたことがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炭化水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節するので、焼結室内の水分が関与して起こる脱炭反応により被焼結品中の炭素含有量が低下するのを防ぎ、焼結品の品質低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の連続式焼結炉の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】 焼結炉本体１へのガス供給量を調節するプログラムの一例のフローチャートである。
【図３】 本発明の連続式焼結炉の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】 試験結果を示すグラフである。
【図５】 試験結果を示すグラフである。
【図６】 従来の連続式焼結炉の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・焼結炉本体、２・・・搬入口、８・・・搬出口、９・・・搬送手段
１１・・・[炭化水素+窒素]ガス供給管路（炭化水素供給手段）
１２・・・[水素+窒素]ガス供給管路（水素供給手段）
１５・・・制御部
２６・・・酸素分圧計（水分濃度検出手段）
３０・・・水素分圧計（水分濃度検出手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属を加熱処理し焼結させる連続式焼結炉およびその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素鋼（Fe-C、Fe-C-Cu）の粉末冶金製品であるタイミングベルトプーリ、カムシャフトプーリ・スプロケットなどの輸送機械部品などは、例えば鉄粉、炭素粉末、およびワックス（ステアリン酸亜鉛など）を混合しプレス成形した後、焼結炉中で焼結する方法によって製造されている。
上記プレス成形品（被焼結品）を焼結炉中で焼結する際には、炉内温度、炉内雰囲気を最適化することによって、被焼結品からのワックスの除去、被焼結品の表面酸化物の還元除去、炭素含有量の調整、および硬さ等の品質調整が行われる。
【０００３】
図６は、上記被焼結品を焼結するために用いられる連続式焼結炉の一例を示すもので、ここに示す連続式焼結炉１０は、被焼結品Ｓの搬入口２および搬出口８を備えたマッフルを内蔵する焼結炉本体１と、被焼結品Ｓを焼結炉本体１内で搬入口２から搬出口８に向けて搬送する搬送手段９と、被焼結品Ｓ表面の酸化物を還元する水素を焼結炉本体１内に供給する水素供給手段となる[水素+窒素]ガス供給管路２３'と、水素により被焼結品Ｓ表面の酸化物が還元される際に生成する水を低減させるプロパンガスなどの炭化水素ガスを焼結炉本体１内に供給する炭化水素供給手段となる[炭化水素+窒素]ガス供給管路２２'を備えて構成されている。
【０００４】
焼結炉本体１は、搬送手段９により搬送される被焼結品Ｓを予備的に加熱する予熱室３と、予熱室３を経た被焼結品Ｓを焼結する焼結室４と、焼結室４を経た被焼結品Ｓを冷却する第１および第２の水冷室５、６と、カーテン室７を備えている。
【０００５】
[水素+窒素]ガス供給管路２３'は、第１水冷室５と第２水冷室６の間の位置に接続され、図示せぬ供給源から供給された[水素+窒素]ガスを上記接続位置から焼結炉本体１内に供給することができるようになっている。
[炭化水素+窒素]ガス供給管路２２'は、焼結室４と第１水冷室５の間の位置に接続され、図示せぬ供給源から供給された[炭化水素+窒素]ガスを上記接続位置から焼結炉本体１内に供給することができるようになっている。
【０００６】
上記焼結炉１０は、次のようにして使用することができる。
[水素+窒素]ガス供給管路２３'を通して[水素+窒素]ガスを焼結炉本体１内に供給するとともに、[炭化水素+窒素]ガス供給管路２２'を通して[炭化水素+窒素]ガスを一定流量で焼結炉本体１内に供給する。
供給管路２３'を通して焼結炉本体１内に供給された[水素+窒素]ガスの大部分は搬入口２方向に向かって流れ、他部は搬出口８方向に向かって流れる。また供給管路２２'を通して焼結炉本体１内に供給された[炭化水素+窒素]ガスは主に搬入口２方向に向かって流れる。
【０００７】
次いで、被焼結品Ｓを搬入口２を通して焼結炉本体１内に搬入する。搬入された被焼結品Ｓは、搬送手段９によって予熱室３内に搬入され、ここで加熱されワックスが蒸発除去された後、焼結室４内に搬入され、さらに加熱され焼結処理される。
このようにして得られた焼結品は、第１および第２の水冷室５、６において冷却され、カーテン室７を経て搬出口８から搬出される。
続いて、搬入口２を通して順次新たな被焼結品を焼結炉本体１内に搬入し、上記操作と同様にしてこれら被焼結品に順次焼結処理を施す。
【０００８】
焼結室４における加熱処理の際には、被焼結品Ｓの表面酸化物は、上記[水素+窒素]ガス供給管路２３'を通して焼結炉本体１内に供給された水素によって還元される。この還元反応の際には酸化物中の酸素と上記水素が化合し水が生成する。
生成した水分は被焼結品Ｓ中の炭素と反応して一酸化炭素と水素を生成する。この際、被焼結品Ｓは脱炭され炭素含有量が低下する。
上記脱炭量は上記炭化水素（プロパンなど）ガスの供給によって低く抑えられる。これは、炭化水素ガスと上記水が反応し水の量が少なくなり、上記脱炭反応が抑制されるためである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記操作によって複数の被焼結品Ｓを連続的に焼結処理する際には、被焼結品Ｓの形状、大きさ等によって、焼結炉本体１内において上記表面酸化物の還元反応により生じる水分量が増減するため、上記脱炭量が増減し、得られる焼結品中の炭素含有量が大きく変動し品質が不安定となることがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、焼結品の品質を高く維持することが可能な連続式焼結炉およびその運転方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、炉内の水分濃度と、脱炭による被焼結品の炭素含有量減少量とを比較検討することによって、この水分量が炭素含有量減少に大きな影響を及ぼすことを見いだし、これに基づいて本発明を完成するに至った。
本発明では、被焼結品を焼結する焼結室と被焼結品搬出入用の搬出および搬入口を備えた焼結炉本体と、被焼結品を焼結炉本体内で搬入口から搬出口に向けて搬送する搬送手段を備えた連続式焼結炉を用い、被焼結品の表面酸化物を還元する水素と、被焼結品などの酸化を防止する不活性ガスと、水素により前記酸化物が還元される際に生成する水を低減させる炭化水素ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給しつつ被焼結品を焼結室内で焼結するに際し、
前記焼結室の中央部よりも搬入口側のガス中の酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づいて焼結室内の水分濃度を算出し、この水分濃度に基づいて、焼結室内の水分露点温度を算出し、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように炭化水素ガスの供給量を調節することを上記課題の解決手段とした。
前記焼結室内の水素濃度を検出し、前記酸素濃度および水素濃度に基づいて焼結室内の水分濃度を算出し、この水分濃度に基づいて、焼結室内の水分露点温度を算出し、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように炭化水素ガスの供給量を調節することも可能である。
また、本発明の連続式焼結炉は、被焼結品を焼結する焼結室と被焼結品搬出入用の搬出および搬入口を備えた焼結炉本体と、被焼結品を焼結炉本体内で搬入口から搬出口に向けて搬送する搬送手段と、被焼結品の表面酸化物を還元する水素を搬出口側から焼結炉本体内に供給する水素供給手段と、不活性ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給する不活性ガス供給手段と、水素により前記酸化物が還元される際に生成する水を低減させる炭化水素ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給する炭化水素供給手段と、焼結室の中央部よりも搬入口側のガス中の酸素濃度を検出して水分濃度を算出し、この水分濃度から焼結室内の水分露点温度を算出する演算手段と、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように焼結炉本体内への炭化水素ガスの供給量を制御する制御部を備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の連続式焼結炉の一実施形態を示すもので、ここに示す連続式焼結炉４０は、被焼結品Ｓを焼結する焼結室４と搬入、搬出口２、８を備えた筒状の焼結炉本体１と、被焼結品Ｓを焼結炉本体１内で搬入口２から搬出口８に向けて搬送する搬送手段９と、被焼結品Ｓの酸化を防止する不活性ガスである窒素と被焼結品Ｓ表面の酸化物を還元する水素とを焼結炉本体１内に供給する水素供給手段となる[水素+窒素]ガス供給管路１２と、水素により被焼結品Ｓ表面の酸化物が還元される際に生成する水を還元するプロパンガスなどの炭化水素ガスを焼結炉本体１内に供給する炭化水素供給手段となる[炭化水素+窒素]ガス供給管路１１と、焼結室４内の水分濃度を検出する水分濃度検出手段である酸素分圧計２６と、この酸素分圧計２６からの信号に基づいて、前記炭化水素の焼結炉本体１内への供給量を制御する制御部１５を備えて構成されている。
【００１２】
焼結炉本体１は、搬送手段９により搬送される被焼結品Ｓを予備的に加熱する予熱室３と、予熱室３を経た被焼結品Ｓを焼結する焼結室４と、焼結室４を経た被焼結品Ｓを冷却する第１および第２の水冷室５、６と、カーテン室７を備えている。
【００１３】
予熱室３は、電気ヒータ等のヒータを備え、被焼結品を加熱することができるように構成されている。
また、予熱室３は、バーナの燃焼排ガスによる対流型の加熱を行うことができるように構成することもできる。この場合、予熱室３は、[プロパン+空気]ガス等の燃焼ガスを完全燃焼比率０．７前後の不完全燃焼域で燃焼させ、燃焼排ガスにより予熱室３内を酸化が強く促進されない雰囲気として加熱を行うことができるように構成することができる。
【００１４】
[炭化水素+窒素]ガス供給管路１１は、図示せぬ供給源から供給されたプロパンなどの炭化水素ガスを導く管路１６と、図示せぬ供給源から供給された窒素ガスを導く管路１７と、これら管路１６、１７からの炭化水素と窒素を焼結炉本体１内に供給する管路２２からなるものである。
管路２２は、焼結室４とその下流側に位置する第１水冷室５の間に接続され、この接続位置から焼結炉本体１内に[炭化水素+窒素]ガスを送り込むことができるようになっている。
【００１５】
[水素+窒素]ガス供給管路１２は、第１供給管路１３と、第２供給管路１４からなるものである。
第１供給管路１３は、上記管路１７内の窒素ガスを導く管路１８と、図示せぬ供給源から供給された水素ガスを導く管路１９と、これら管路１８，１９からの窒素ガスおよび水素ガスを焼結炉本体１内に供給する管路２３からなるものである。
管路２３は、第１水冷室５とその下流側に位置する第２水冷室６の間に接続され、この接続位置から焼結炉本体１内に[水素+窒素]ガスを送り込むことができるようになっている。
【００１６】
第２供給管路１４は、図示せぬ供給源から供給された窒素ガスを導く管路２０と、図示せぬ供給源から供給された水素ガスを導く管路２１と、これら管路２０、２１からの窒素ガスおよび水素ガスを焼結炉本体１内に供給する管路２４からなるものである。
管路２４は、上記管路２３に接続され、管路２３を通して焼結炉本体１内に[水素+窒素]ガスを送り込むことができるようになっている。
【００１７】
管路１６には、管路１６内を流れるガスの流量を調節する流量調節器１６ａが設けられている。また、管路１７，１８、１９には、流量調節器１７ａ、１８ａ、１９ａが設けられている。また管路２０、２１には電磁バルブ２０ａ、２１ａが設けられている。流量調節器１６ａ、電磁バルブ２０ａ，２１ａは制御部１５に接続されている。
【００１８】
酸素分圧計２６は、焼結室４内のガス中に含まれる水分量を検出するためのもので、管路２５を通して導かれた焼結室４内のガスの酸素分圧を測定し、測定値に応じた検出信号を出力することができるようにされている。なお符号２５ａは焼結室４内のガスを酸素分圧計２６に送り込むポンプを示す。
【００１９】
焼結室４内のガスを酸素分圧計２６に導く管路２５の焼結室４への接続位置は、焼結室４の中央部よりも搬入口側となっている。これは、焼結室４内の水分濃度が中央部より搬入口側において比較的高くなると考えられるためである。
焼結室４内の水分濃度が中央部より搬入口側において高くなるのは、後述する焼結過程において、焼結室４の搬出口側から導入された水素が焼結室４中央の被焼結品中の酸化物と化合することで水が生成し、この水が上記管路２３、２４から供給されたガスとともに焼結室４の搬入口側に向かって流れるためである。
【００２０】
制御部１５は、演算器２７と、調節計２８を有するものである。
演算器２７は、酸素分圧計２６からの信号と、予め入力された焼結室４内の水素濃度の予想値を用い、化学平衡式［２Ｈ2＋Ｏ2＝２Ｈ2Ｏ］に基づいて焼結室４内の水分濃度を算出し、さらにこの水分濃度に基づいて当該温度における水分露点温度を算出し、この水分露点温度に基づいた信号を調節計２８に出力することができるようになっている。
調節計２８は、演算器２７からの信号に基づいて、上記流量調節器１６ａを調節し、管路１６内における炭化水素の流量を任意の値に調節することができるようになっている。また調節計２８は電磁バルブ２０ａ，２１ａを開閉することができるようになっている。
【００２１】
なお、焼結室４に酸素分圧計２６のセンサ部を取り付けることにより焼結室４内ガスの酸素分圧を測定することもでき、この場合、管路２５は不要となる。
【００２２】
上記連続式焼結炉を使用するには、例えば次のようにする。
制御部１５の調節計２８を、酸素分圧計２６からの信号によって算出された焼結室４内の水分露点温度が予め定められた設定範囲上限値を越えた場合に信号を流量調節器１６ａに出力し、管路１６，２２を通して焼結炉本体１内に供給される炭化水素流量を増加させ、かつ上記水分露点温度が設定範囲下限値未満となった場合に炭化水素流量を減少させるように設定しておく。
また、調節計２８は、流量調節器１６ａが管路１６内の炭化水素ガスの流量を最大限に高めてもなお焼結室４内水分露点温度が上記上限値を越える場合に、バルブ２０ａ，２１ａを開き、[水素+窒素]ガスを第２供給管路１４から焼結炉本体１内に供給し、かつ水分露点温度が上記設定範囲下限値未満となったときに電磁バルブ２０ａ，２１ａを閉じ[水素+窒素]ガスの供給を停止するように設定しておく。
上記設定範囲は、被焼結品に要求される炭素濃度に応じて焼結室４内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃の範囲内となるように適宜選択される。
【００２３】
この方法では、[水素+窒素]ガスを第１供給管路１３を通して一定流量で焼結炉本体１内に供給するとともに、焼結室４内の水分露点温度を調節する[炭化水素+窒素]ガスを供給管路１１を通して焼結炉本体１内に供給する。
【００２４】
ここで用いる水素は、焼結室４内を還元性雰囲気に維持し、焼結接合を阻害する被焼結品Ｓの金属粉末表面の酸化物を還元し、高品質、高強度の焼結品を得るためのものである。
また、炭化水素は、上記水素によって、被焼結品Ｓや、炉壁、搬送手段等の炉材の表面酸化物が還元される際に生成した水分（生成水）を分解除去し、炉内雰囲気の立ち上げ時間を短縮するとともに、被焼結品Ｓの脱炭反応を抑え焼結品の品質低下を防ぐためのものである。
また供給管路１１、１２から供給される窒素ガスは、焼結炉本体１内に流入するガスの焼結炉本体１内における拡散を促し、上記生成水の分解を効率的に行わせるために使用されるものである。
【００２５】
[水素+窒素]ガス供給管路１３を通して炉内に供給された[水素+窒素]ガスの大部分は搬入口２の方向へ流れ、残りの部分は搬出口８の方向へ流れる。
[炭化水素+窒素]ガス供給管路１１を通して炉内に供給された[炭化水素+窒素]ガスは、主として搬入口２方向へ流れる。
【００２６】
次いで、被焼結品Ｓを搬入口２を通して焼結炉本体１内に搬入する。
被焼結品Ｓとしては、鉄粉等の金属粉末、炭素粉末、およびワックス（ステアリン酸亜鉛など）等を混合しプレス成形したものを用いることができる。
焼結炉本体１内に搬入された被焼結品Ｓは、予熱室３内で例えば５００〜７００℃まで加熱され、ここでワックスが蒸発除去される。
【００２７】
予熱室３として、輻射加熱式のものを使用した場合には、[水素+窒素]ガスなどを室内に導入し予熱室３内を還元性雰囲気としつつヒータにより被焼結品を加熱する。
予熱室３として、バーナの燃焼排ガスによる対流型加熱式のものを使用した場合には、[プロパン+空気]ガス等の燃焼ガスを完全燃焼比率０．７前後の不完全燃焼域で燃焼させ、燃焼排ガスにより予熱室３内を酸化が進行しにくい雰囲気として被焼結品を加熱する。
【００２８】
予熱室３内でワックスが蒸発除去された被焼結品Ｓは焼結室４に送られ、例えば１１００〜１１５０℃の温度条件下で、上記[水素+窒素]ガスに由来する水素を含む雰囲気中に３０〜６０分間置かれ、焼結される。
この際、被焼結品表面の酸化物は、焼結室４内の水素によって還元され、上記酸化物と水素との反応により水が生成する。
【００２９】
焼結室４を経た被焼結品Ｓは、水冷室５、６内に搬入され、ここで冷却された後、カーテン室７を経て搬出口８を通して外部に搬出される。
次いで、搬入口２を通して順次新たな被焼結品を炉内に導入し、上記操作と同様にしてこれら被焼結品に焼結処理を施す。
焼結炉本体１内において上記還元反応に関与する表面酸化物量は、被焼結品の形状、大きさ等に応じたものとなるため、還元反応によって生じる水分量は被焼結品ごとに大きく異なる。
【００３０】
本実施形態の運転方法では、制御部１５によって、次に示すガス流量調節が行われ、前記炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量が、焼結室内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃となるように調節される。
炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室４内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節するのは、この水分露点温度が−６０℃未満となると、すす発生等により焼結品の品質低下を招き、−３５℃を越えると、上記脱炭反応が促進され焼結品の炭素含有量低下による品質低下が起こりやすくなるためである。
焼結室４内の水分露点温度は−５５〜−４０℃とするのが好ましい。
【００３１】
演算器２７において算出された焼結室４内水分露点温度が上記設定範囲上限値を越えると、流量調節器１６ａによって管路１６、２２から焼結炉本体１内に供給される炭化水素ガスの流量が高められる。
流量調節器１６ａが炭化水素ガスの流量を最大に高めてもなお焼結室４内水分露点温度が上記上限値を越える場合には、バルブ２０ａ，２１ａが開状態となり、第２供給管路１４からの[水素+窒素]ガス供給が加わり、これによって第１供給管路１３のみの場合に比較して[水素+窒素]ガスの供給量が高められる。
【００３２】
焼結炉本体１内に供給される炭化水素、窒素、水素ガスの流量が高められることによって、焼結室４内において、多量の水分、二酸化炭素を含むガスが搬入口側に押し流される。また炭化水素による水の還元反応が促進される。このため、焼結室４内の水分濃度は低下する。
焼結室４内の水分濃度の低下により上記脱炭反応が抑制され、被焼結品の炭素含有量の低下が抑止され、焼結品の品質低下が防止される。
【００３３】
また、演算器２７において算出された焼結室４内水分露点温度が上記設定範囲下限値未満となった場合には、電磁バルブ２０ａ，２１ａが閉止し、第１供給管路１３のみによって[水素+窒素]ガス供給が行われるようになり、これによって[水素+窒素]ガス流量が低下する。
また流量調節器１６ａによって管路１６を通して焼結炉本体１内に供給される炭化水素の流量が低下する。このため、炭化水素による上記生成水の還元量が減少し焼結室４内の水分濃度が上昇する。
【００３４】
なお、一般に、炭化水素濃度がある程度以上に高まると、炭化水素の自己熱分解によるすすの発生が起こりやすくなるが、本実施形態の方法では、調節計２８を、上記炭化水素ガス供給量が一定以上にならないように最大流量を設定しておくことで、焼結室４内における炭化水素濃度を減少させ、すす発生を防ぐことができる。
【００３５】
また、予熱室３として、バーナの燃焼排ガスによる対流型加熱式のものを使用した場合には、異なる形状、大きさの複数の被焼結品を連続的に焼結させる際に、これら被焼結品の熱容量の違いによって、予熱室３内の被焼結品に与えられる熱量が変動し、予熱室３内の酸化性ガスの流れに乱れが生じ、その一部が焼結室４内に流入し、焼結室４内のガス組成に影響を与えることがある。
本実施形態の方法では、このように焼結室４内に酸化性ガスが流入したときにおいても、酸素分圧計２６がこれを検出し、検出信号を制御部１５に出力し、これに基づいてバルブ２０ａ，２１ａが開状態となり第２供給管路１４から[水素+窒素]ガスが焼結室４内に導入され、上記予熱室３からの流入ガスが搬入口方向に押し流され、焼結室４内雰囲気が適正に保たれる。
【００３６】
また、本実施形態の運転方法の具体例としては、次の方法を挙げることができる。以下の説明では、第１供給管路１３をＬ系統１３、第２供給管路１４をＨ系統１４という。また以下の例では、炭化水素としてプロパンを使用した場合を想定した。またＬ系統１３の管路１８を流れる窒素ガス流量をＬ２とし、管路１９を流れる水素ガス流量をＬ３とする。またＨ系統１４の管路２０を流れる窒素ガス流量をＨ２とし、管路２１を流れる水素ガス流量をＨ３とする。（Ｌ２＜Ｈ２、Ｌ３＜Ｌ３とする。）
【００３７】
図２は、本具体例に用いられる焼結炉本体１へのガス供給量を調節するプログラムのフローチャートを示すものである。
上記過程で焼結処理を行うに際して、管路１６を通して供給される炭化水素の流量Ｑ１が予め定められた上限値（ＨＨ１）と下限値（ＬＬ１）との間にある場合には、演算器２７において、酸素分圧計２６からの信号に基づいて算出された焼結室４内の酸素分圧Ｏ１と、予め入力された焼結室４内の水素濃度の予想値とから上記化学平衡式を用いて焼結室４内の水分量Ｗ１を算出する。
【００３８】
得られた結果に基づいて、上述の過程に従い、流量調節器１６ａを用いて管路１６内を流れる炭化水素の流量を、焼結室４内の水分量Ｗ１と、予め定められた設定値水分量ＷＳとの差が所定の値以下となるようにＰＩＤ制御することによって、焼結室４内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃となるように[炭化水素+窒素]ガス、[水素+窒素]ガスの供給を行う。なお電磁バルブ２０ａ，２１ａは閉止しＨ系統１４からのガス供給を停止しておく。
【００３９】
炭化水素の流量Ｑ１が上記上限値ＨＨ１を越えてもなお水分量Ｗ１が降下しない場合には、調節計２８からの信号により電磁バルブ２０ａ，２１ａを開き、Ｈ系統１４を通して[水素+窒素]ガスを焼結炉本体１内に導入する。
これによって、焼結炉本体１内に供給される窒素ガス流量は、Ｈ２だけ増加する。また焼結炉本体１内に供給される水素ガス流量は、Ｈ３だけ増加する。
この際、水分、炭化水素、二酸化炭素を含む焼結室４内ガスは予熱室３方向に押し流され、焼結室４内の水分濃度が低下するとともに、炭化水素濃度が低下し炭化水素の自己熱分解によるすすの発生が抑止される。
【００４０】
また、炭化水素の流量Ｑ１が下限値ＬＬ１未満となった場合には、電磁バルブ２０ａ，２１ａを閉じ、Ｈ系統１４からの[水素+窒素]ガス供給を停止し、Ｌ系統１３を用いて[水素+窒素]ガスの供給を行うようにする。
【００４１】
本実施形態の運転方法では、炭化水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室４内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節するので、焼結室４内の水分が関与して起こる脱炭反応により被焼結品中の炭素含有量が低下するのを防ぐことができる。
また、予熱室３内の酸化性ガスの一部が焼結室４内に流入した場合には、焼結室４に流入するガス流量を大きくし、この酸化性ガスを押し流し、焼結室４内を還元性雰囲気に保ち、被焼結品の表面酸化物の還元反応の効率を高く維持することができる。
従って、焼結品の品質低下を防止することができる。
【００４２】
また、一般に、焼結炉の運転休止中には、焼結炉本体１内壁をなす炉材が空気に晒された状態とされるため炉材表面が酸化する。
このため、運転再開に先立って、シーズニング操作、すなわち被焼結品を投入せず炭化水素、水素等の雰囲気ガスのみを焼結炉本体１に流して空運転を行ない、炉材表面の酸化物除去を行う必要があった。
これに対し本実施形態の運転方法では、運転再開時に炉材表面に多量の酸化物が存在し、この酸化物を原料として焼結炉本体１内に多量の水分が生成した場合でも、上記過程に従って直ちに焼結室４内の水分濃度が低下するため、シーズニング操作を行うことなく焼結品の品質低下を防ぐことができる。従って、生産効率の向上を図ることができる。
【００４３】
図３は、本発明の連続式焼結炉の他の実施形態を示すもので、ここに示す焼結炉５０は、水素分圧計３０を有する点で図１に示す焼結炉と異なる。
水素分圧計３０は、焼結室４内のガス中の水素濃度を検出するためのもので、管路２９を通して導入された焼結室４内ガスの水素濃度に応じた信号を演算器２７に出力できるようになっている。
水素分圧計３０としては、気体熱伝導式、熱線型半導体式分圧計を用いることができる。本実施形態の連続式焼結炉では、酸素分圧計２６および水素分圧計３０が水分濃度検出手段に相当する。
【００４４】
この焼結炉５０では、酸素分圧計２６，水素分圧計３０によって、焼結室４内の酸素濃度および水素濃度が算出される。
次いで、演算器２７において、これら酸素濃度および水素濃度を用い、化学平衡式［２Ｈ2＋Ｏ2＝２Ｈ2Ｏ］に基づいて焼結室４内の水分濃度が算出され、さらにこの水分濃度に基づいて当該温度における水分露点温度が算出され、この水分露点温度に応じた信号が調節計２８に出力される。
調節計２８は、炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節する。
【００４５】
本実施形態の運転方法では、焼結室４内の酸素濃度および水素濃度を実測し、これに基づいて焼結室４内の水分濃度を算出するので、より正確な水分量測定が可能となる。
従って、焼結室４内の水分濃度を高い精度で所定の範囲内に維持することができ、焼結品の品質低下を確実に防ぐことができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、水分濃度検出手段として、酸素分圧計２６、または酸素分圧計２６と水素分圧計３０を用いたが、これに限らず、露点計を用いることもできる。
この場合には、焼結室４内ガスの水分露点温度を直接測定し、測定値に基づいて、上述のように調節計２８によって炭化水素、窒素、水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室内の水分露点温度が常時−６０〜−３５℃となるように調節する。
【００４７】
また、水分濃度検出手段としては、Ｏ2センサを用いることもできる。Ｏ2センサとしては、ジルコニアＯ2センサ等の固体電解質センサや、半導体センサなどを用いることができる。Ｏ2センサは水分濃度変動が速い場合でも比較的高精度の検出が可能となるため、焼結室４内においてガス組成が頻繁に変動する場合でも検出精度を高めることができる。
またこのほか、水分濃度検出手段としては、Ｈ2Ｏセンサを用いることも可能である。Ｈ2Ｏセンサとしては、鏡面式センサ、セラミック湿度センサなどを用いることができる。
また、上記実施形態では、不活性ガスとして窒素を用いたが、これに限らず、アルゴン等を使用することもできる。
【００４８】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す焼結炉を用いて焼結処理を行った。
焼結炉としては、下記諸元のものを使用した。
焼結炉本体、１内の水分濃度を変動させるため、図示せぬ供給管路から２〜３％の水分を含む窒素ガスを焼結炉本体１内に供給し、その供給量を２〜４Ｌ／ｍｉｎの範囲で増減させた。
この際、焼結室４内の酸素濃度を酸素分圧計２６によって検出し、これに基づいてガス供給量を調節した。すなわち、酸素分圧計２６からの信号に基づいて演算器２７において算出された焼結室４内水分露点温度が−４２±０．３℃となるように炭化水素供給量を調節した。
図示せぬ水分濃度測定装置を用いて焼結室４内ガスの露点温度を実測した結果を図４中実線で示す。
【００５０】
（実施例２）
酸素分圧計２６に代えて露点計を用いた連続式焼結炉を用い、ガス供給量調節を、この露点計の測定値に基づいて行うこと以外は実施例１と同様にして焼結処理を行った。
図示せぬ水分濃度測定装置を用いて焼結室４内ガスの露点温度を実測した結果を図４中破線で示す。
【００５１】
（比較例）
プロパンガス添加量を一定量とすること以外は実施例１と同様にして焼結処理を行った。
図示せぬ水分濃度測定装置を用いて焼結室４内ガスの露点温度を実測した結果を図５に示す。
【００５２】
図４および図５に示すように、上記各試験の結果、比較例の方法では、焼結室４内の水分露点温度がおよそ−１０〜−５０℃の間で変動した。
これに対し、実施例１の方法では、およそ±０．３℃の範囲で焼結室４内露点温度を保つことができた。また実施例２の方法では、およそ±３℃の範囲で焼結室４内露点温度を保つことができた。
従って、実施例の方法は、比較例に比べ焼結室４内の水分露点温度を狭い範囲に保つことができたことがわかる。
特に、焼結室４内の酸素分圧を測定しこれに基づいてガス供給量を調節する実施例１の方法では、より精度の高い水分量調節を行うことができたことがわかる。
【００５３】
（実施例３）
実施例１に示した方法に準じて、鉄粉と、炭素粉末と、ステアリン酸亜鉛を９８．３：０．８：０．９（重量比）の割合で混合し円板状（厚さ１０ｍｍ、直径２７ｍｍ）にプレス成形して得た被焼結品を焼結処理した。
得られた焼結品の各特性を測定した結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
表１より、焼結室４内露点温度を−６０〜−３５℃とすることによって、炭素含有量が高く、引張強度、硬度等の特性に優れた焼結品を得ることができたことがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、炭化水素の焼結炉本体内への供給量を、焼結室内の水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように調節するので、焼結室内の水分が関与して起こる脱炭反応により被焼結品中の炭素含有量が低下するのを防ぎ、焼結品の品質低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の連続式焼結炉の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】 焼結炉本体１へのガス供給量を調節するプログラムの一例のフローチャートである。
【図３】 本発明の連続式焼結炉の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】 試験結果を示すグラフである。
【図５】 試験結果を示すグラフである。
【図６】 従来の連続式焼結炉の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・焼結炉本体、２・・・搬入口、８・・・搬出口、９・・・搬送手段
１１・・・[炭化水素+窒素]ガス供給管路（炭化水素供給手段）
１２・・・[水素+窒素]ガス供給管路（水素供給手段）
１５・・・制御部
２６・・・酸素分圧計（水分濃度検出手段）
３０・・・水素分圧計（水分濃度検出手段）
Claims (3)
- 被焼結品を焼結する焼結室と被焼結品搬出入用の搬出および搬入口を備えた焼結炉本体と、被焼結品を焼結炉本体内で搬入口から搬出口に向けて搬送する搬送手段を備えた連続式焼結炉を用い、
被焼結品の表面酸化物を還元する水素と、被焼結品などの酸化を防止する不活性ガスと、水素により前記酸化物が還元される際に生成する水を低減させる炭化水素ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給しつつ被焼結品を焼結室内で焼結するに際し、
前記焼結室の中央部よりも搬入口側のガス中の酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づいて焼結室内の水分濃度を算出し、この水分濃度に基づいて、焼結室内の水分露点温度を算出し、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように炭化水素ガスの供給量を調節することを特徴とする連続式焼結炉の運転方法。 - 請求項１記載の連続式焼結炉の運転方法において、前記焼結室内の水素濃度を検出し、前記酸素濃度および水素濃度に基づいて焼結室内の水分濃度を算出し、この水分濃度に基づいて、焼結室内の水分露点温度を算出し、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように炭化水素ガスの供給量を調節することを特徴とする連続式焼結炉の運転方法。
- 被焼結品を焼結する焼結室と被焼結品搬出入用の搬出および搬入口を備えた焼結炉本体と、被焼結品を焼結炉本体内で搬入口から搬出口に向けて搬送する搬送手段と、被焼結品の表面酸化物を還元する水素を搬出口側から焼結炉本体内に供給する水素供給手段と、不活性ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給する不活性ガス供給手段と、水素により前記酸化物が還元される際に生成する水を低減させる炭化水素ガスを搬出口側から焼結炉本体内に供給する炭化水素供給手段と、焼結室の中央部よりも搬入口側のガス中の酸素濃度を検出して水分濃度を算出し、この水分濃度から焼結室内の水分露点温度を算出する演算手段と、この水分露点温度が、常時−６０〜−３５℃となるように焼結炉本体内への炭化水素ガスの供給量を制御する制御部を備えたことを特徴とする連続式焼結炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11424999A JP4443667B2 (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 連続式焼結炉およびその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11424999A JP4443667B2 (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 連続式焼結炉およびその運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000309805A JP2000309805A (ja) | 2000-11-07 |
| JP4443667B2 true JP4443667B2 (ja) | 2010-03-31 |
Family
ID=14633047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11424999A Expired - Fee Related JP4443667B2 (ja) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | 連続式焼結炉およびその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4443667B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100978901B1 (ko) * | 2008-03-21 | 2010-08-31 | 가야에이엠에이 주식회사 | 고인장강도 및 고경도를 가지는 철계 소결체 제조 방법 |
| WO2009122467A1 (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-08 | ニホンハンダ株式会社 | 金属製部材の接合方法、金属製部材接合体、および、電気回路接続用バンプの製造方法 |
| WO2013046446A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 日本ピストンリング株式会社 | 冷却装置 |
-
1999
- 1999-04-21 JP JP11424999A patent/JP4443667B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000309805A (ja) | 2000-11-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5883727B2 (ja) | ガス窒化及びガス軟窒化方法 | |
| CN110914467B (zh) | 表面硬化处理装置和表面硬化处理方法 | |
| US7722728B2 (en) | Heat treatment method and heat treatment apparatus | |
| US4035200A (en) | Process for making an oxide-layer | |
| JP5209921B2 (ja) | 熱処理方法及び熱処理設備 | |
| JP2018059195A (ja) | 連続窒化処理炉および連続窒化処理方法 | |
| JP4443667B2 (ja) | 連続式焼結炉およびその運転方法 | |
| US7575643B2 (en) | Carburization treatment method | |
| JP2019060588A (ja) | 燃焼空気流量の制御方法及び連続多帯式加熱炉 | |
| JP6503122B1 (ja) | 表面硬化処理装置及び表面硬化処理方法 | |
| KR100512187B1 (ko) | 열처리로의 분위기 제어방법 및 장치 | |
| JPWO2010134436A1 (ja) | 連続焼鈍炉 | |
| WO1992005295A1 (en) | Gas carburizing process and apparatus | |
| JPH11158559A (ja) | 連続焼鈍炉の炉内雰囲気制御方法 | |
| JP4873325B2 (ja) | 加熱炉の炉内雰囲気制御方法 | |
| JPH04107256A (ja) | 浸炭炉 | |
| JP4876291B2 (ja) | 熱処理方法及び熱処理装置 | |
| JP2010255056A (ja) | 熱処理炉における炉内雰囲気の制御方法 | |
| CN1505687A (zh) | 增强在炉中处理的产品的冶金质量的方法 | |
| KR19980071377A (ko) | 열처리로의 분위기 제어방법 및 장치 | |
| EP3617637A1 (en) | Method of controlling an atmosphere in a furnace for performing sintering process | |
| JP2002220620A (ja) | 加熱炉の炉圧制御方法 | |
| KR102441323B1 (ko) | 가열 방법 및 장치 | |
| JP4092215B2 (ja) | 熱処理炉の雰囲気制御装置 | |
| JPH0699795B2 (ja) | 連続ガス浸炭方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060306 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090313 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090317 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090508 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090915 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091110 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091215 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100113 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4443667 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140122 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |