JP2005538253A - 金属帯類の連続加熱処理中の雰囲気制御 - Google Patents

Abstract

本発明は、以下を含んでなる金属帯加熱処理の方法に関する。それは、加熱ゾーン及び冷却ゾーンを通してチャンバの中の該帯を走行させる事、そして該チャンバ内に窒素及び第一の水素含有量を含んでいる第一の保護ガス雰囲気を、そこでは窒素及び第一より高い第二の水素含有量を含んでいる第二の保護ガス雰囲気が調整される冷却ゾーンを除いて、構築する事、該チャンバに窒素を導入する事、前記冷却ゾーンに於いて前記第二の含有量より高い第三の水素含有量を含んでいる保護ガスを注入する事、前記第一の保護ガス雰囲気を有するチャンバの一つのゾーンと前記冷却ゾーンとの間のガス交換を作り出す事、及び前記導入及び前記注入の流量を制御する事、である。

Description

本発明は、大気圧より大きい圧力を有する加熱処理チャンバ（chamber）内部での、以下の工程を含んでなる金属製の帯（strip）類の加熱処理の方法に関する。
− チャンバの少なくとも一つの加熱ゾーンを通して該帯を走行させる工程、
− チャンバの少なくとも一つの冷却ゾーンを通して該帯を移動させる工程、及び
− チャンバ内に窒素並びに第一の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる第一の保護ガス雰囲気を構築する工程。
但し、少なくとも一つの冷却ゾーンは除かれ、そこでは、窒素並びに前記第一の含有量より多い第二の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる第二の保護ガス雰囲気が調整される。

連続に移動する帯又は板を処理する加熱炉類は、長い間知られている。例えば、これらは、該帯が保護雰囲気下で処理される別タイプの設備と同様に、鋼帯の連続アニール又は連続亜鉛めっき用で用いられる。

これらの加熱炉は、一つ以上の冷却ゾーンと同様に、好ましくは温度保持ゾーンを有する、場合によっては、過時効（over-aging）又は均熱化（equalisation）ゾーンにより分離される、一つ以上の加熱ゾーンを含んでいてよい。

いかなる酸化に対しも移動する板を保護する為に、窒素又は窒素と少量の水素及び／又はヘリウムとの混合物であってよい雰囲気ガスを用いて、それを保護する方法は既知である。同時に、この雰囲気ガスは、加熱炉のチャンバ内で、大気圧よりわずかに大きい圧力を保持している。

高温での該帯と水素ガス又はヘリウムガスとの間での十分な伝熱を考慮すると、急冷又はクエンチング（quenching）ゾーンに於いて、その囲い（enclosure）のその他で優勢な（prevailing）雰囲気の保護ガスと比較して、かなりの水素及び／又はヘリウム含有量を有する窒素と水素及び／又はヘリウムの混合物を含んでいる保護ガス雰囲気を調整する用意は、既にされている（例えば、特公昭５５−１９６９号公報、仏国特許出願公開第２３７５３３４号明細書（FR-A-2375334）、欧州特許第０ ７９５ ６１６号明細書（EP-B-0 795 616）及び欧州特許第０ ８１５ ２６８号明細書（EP-B-0 815 268）を参照。）。

これらの設備は、冷却ゾーンとチャンバのその他との間で、できる限り不透性の厳密な仕切りを必要とし、その結果、このゾーンの出入り口で複雑且つ高価なシーリングデバイスの適用を必要とする。これらのデバイスは、一般的には、該帯を損傷するリスクを伴って、その間を該帯が通らねばならないシール、及び不活性ガスが注入されるエアーロックを、含んでなる。更に、すべてのこれらの設備は、一方で水素及び／又はヘリウム並びに他方で窒素が、設備の各々のゾーンにガス混合物を導入する前に、種々の所要割合で混合される、一台以上のミキサーを必ず備えてなければならない。その結果、そこでは、設備の総コストも増加し、そしてそれらのミキサーがある事により装置の大幅な容積（bulk）が追加となる。

本発明の目的は、該帯の効果的な冷却を可能にし、そしてシンプルで且つ妥当なコストである保護ガスの雰囲気下、金属製の帯類の加熱処理の方法を開発する事により、それらの問題を解決する事である。

それらの問題は、本発明に準じて、最初に記述された様な方法により解決されている。尚、その方法は、以下の工程を含んでなる。
− チャンバに窒素を少なくとも一回導入する工程、
− 前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンに、前記第二の含有量より多い第三の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる保護ガスを少なくとも一回注入する工程、
− 保護ガスの前記第一の雰囲気を有するチャンバの少なくとも一つのゾーンと前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンとの間でガス交換を行う工程、及び
− ゾーン間でのガス交換、チャンバでの圧力、及び前記第一並びに第二の保護ガス雰囲気で得られる水素及び／又はヘリウム含有量に従って、前記少なくとも一回の導入及び前記少なくとも一回の注入での流量を制御する工程。

前記方法は、それどころかゾーン間でのガス交換が求められるので、チャンバでのゾーン間のいかなる密封仕切りシステムを必要としない利点を提示しており、そして、その方法は、異なるガスがチャンバに導入される前に、それらのプレミキシング（pre-mixing）を行わない。併せて、総レベルがこのタイプの設備で通常用いられるレベルのままであるので、水素及び／又はヘリウムガスの追加消費量は無い。加えて、水素及び／又はヘリウムガスは、冷却ゾーンで更に大きい割合で保持される。尚、それは、冷却の効率を改善し、そしてシール及びカバー（sheath）での空気の偶然の流入（stray entry）によるいかなる酸化をも低減する。

窒素ガスは、導入段階では、純ガスのみならず窒素ガスとして市販されている工業用ガスも意味し、そして、窒素ガスは、他の元素、特に水素又はヘリウムを少量の割合で含んでいてよい。

好都合には、前記第三の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる保護ガスは、水素ガス又はヘリウムガスである。水素ガス又はヘリウムガスは、純ガスのみならず水素又はヘリウムガスとして市販されている工業用ガスも意味するが、少量の割合での元素を含む事が可能である。その保護ガスは、直接的には工業的プロセスに由来するが二種の元素のミキシングがない状態での、水素及び窒素を含んでいるガスも含み得る。例えば、７５％Ｈ₂並びに２５％のＮ₂を含んでいる製品にアンモニアＮＨ₃を分解する事により、その様なガスを得る事は、可能である。

本発明に準じた方法での好都合な実施態様によれば、それは、前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンに於いて、保護ガスを再循環回路に吸気する事（induction）、そのガスの冷却、及び前記回路からこの少なくとも一つのゾーンでの循環にそのガスを戻す事を、含んでなる。

前記流量制御による、本発明に準じた方法での改良された実施態様によれば、それは、前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンに於いて、この冷却ゾーン以外のチャンバの圧力より大きい圧力を保持する事を含んでなる。

本発明の他の実施態様は、添付の請求項で示される。

本発明の他の詳細及び特異点は、本発明に準じた方法の変形を実施する設備に関して、以下に示された記述から、限定されずにそして添付図を参照して明らかになるだろう。

鋼板を移動させる連続アニール用の加熱炉は、一般には、製品の移動方向に於いて、以下のセクションから構成され、それらは、予備加熱、加熱、温度保持、ガス噴射による冷却、過時効又は均熱化、及び最終冷却である。

単一の図は、温度保持セクション２、急冷セクション３、及び過時効セクション４を有する加熱炉１の中央部だけを示す。その他残りのセクションは、図の判読を簡略化する為に省略されている。金属板５は、矢印の方向に、これらのセクションを通って移動する。

セクション２及び４に於いて、金属板は、リターンローラ６で向きを変える事により垂直に移動させられる。冷却セクション３に於いて、雰囲気ガス用の強力（intense）な再循環システムが、用いられる。このシステムは、図解された実施例に於いて、金属板の各側に位置された、金属板にガスを噴射する二つの器（vessel）７、８及び９、１０を各々含んでいる二つの順に続く冷却ゾーンを含んでおり、これらの器は、金属板にガスを吹き付けるノズル又はスロットを備えている。再循環システムは、対応する器に接続された供給管１９〜２２と同様に吸気管１１〜１４も含んでおり、１５〜１８にファン及び熱交換器を備えている。

各種のセクション３及び４と同様に２及び３は、接続トンネル（tunnel）２３又は２４、好ましくはくびれ（contraction）２５又は２６を有するトンネルにより、相互に接続される。これらのトンネルは、密閉される事は不可能であり、そして、それ故に、本発明に準じて、セクション間でのガス交換を可能にするに違いない。ガイドローラ、例えばローラ２７は、これらのトンネル又はくびれに備えられ得るが、それらのローラは、いかなる状態でもそれらを密閉する事を果たし得ない。

セクション２及び４は、図解された実施例に於いて、純窒素ガスを供給する供給源２８から、雰囲気ガスが供給される。この供給源は、バルブ３２及び３３を用いて、導管２９、３０及び３１により、各種のセクションに接続される。流量は、供給源２８で又は、例えば、バルブ３２及び３３を用いて、調整され得る。

セクション３は、図解された実施例に於いて、純水素ガスを供給する供給源３４から、雰囲気ガスが供給される。この供給源は、バルブ３８及び３９を用いて、導管３５〜３７により、冷却セクション３の器７〜１０に接続される。流量は、供給源３４又は、例えば、バルブ３８及び３９を用いて、調整され得る。導管３５〜３７は、該器以外のポイントで、例えば直接冷却セクションに又は好都合には再循環回路に、即ち相当するファンの一次側に、保護ガスを導入し得る。

破線で描写される様に、供給源２８から、例えば、バルブ４１を有する導管４０を用いて、セクション３に窒素ガスを供給する事も、想定され得る。

この加熱炉の機能は、以下の通りである。
加熱炉のセクション２及び４に於いて、純窒素ガスは、供給源２８から注入され、流量は、好ましくはこれらのチャンバで優勢であるべき圧力に対して統御される（slaved)。圧力が、可能な最大限まで、チャンバ内への外気の浸入を阻止する為に、大気圧より大きい事は、より好ましい。

これらのセクションに於いて、１〜３mbar、例えば略１．５mbarの圧力を得る用意も、され得る。

冷却セクションに於いて、純水素は、供給源３４から注入される。

各々のセクションに於いて、既知の器具は、注入ガス量、圧力及び水素レベルを測定する為に備えられている。

チャンバ内に導入された窒素及び水素流量の総量は、チャンバサイズに準じて、好都合には、略４００〜１０００Ｎｍ³／ｈである。

冷却セクション３の強力な再循環システムは、加熱炉のチャンバに導入される総雰囲気ガス流量の１０００〜５０００倍の流量を有している。それ故に、チャンバ（Ｎ₂＋Ｈ₂）に注入及び／又は導入される流量と再循環される流量との間での高比率を考慮すると、再循環容量に注入される水素のミキシングは瞬時である。

冷却セクションへの水素の注入流量を制御する事により、所要のＨ₂含有量を、例えば、５〜２５容量％の規模で、又は場合によっては５０容量％でも、素早く調整する事は、可能である。例えば、冷却セクションに水素を注入する事は、チャンバを窒素で満たした後可能である。冷却セクションに、所要の割合で、窒素（導管４０を通して）及び水素（導管３６及び３７を通して）を別々に注入する事も、セクション２及び４への窒素の導入と時を同じくして、可能であり、次いで、上記に示された様に、ミキシングは、再循環システムにより瞬時である。

冷却セクションでの水素の流量又はこのセクションでの水素及び窒素の個々の流量は、所要の圧力、好ましくはその他の区域の圧力よりも大きく、そして例えば３mbarに等しい圧力に準じて、及び加熱炉のその他で要求される平均水素レベルに準じて、決定されそして統御され得る。

運転中、冷却セクションでの水素の量は、水素注入量を変化させる事により、変更され得る。冷却セクション前後での水素の量は、上流及び下流のこれらのセクションへの窒素の導入の量を変更する事により、制御され得て、そしてそれ故に、その圧力が、そこで優勢となる。例えば、圧力が、冷却ゾーン下流の圧力と比較して、このゾーン上流で増加するならば、冷却セクションにある窒素／水素の混合物は、下流区域に優先的に拡散し、そしてそこでの水素の量を増加させるであろう。

一般的には、冷却セクション以外の加熱炉のセクションに於いて、略３〜５容量％の水素の量を備える事は、可能である。

当然の事ながら、本発明は、上記に記述された実施態様に決して制限されず、そして、多くの改良が、添付の請求項の範囲から逸脱する事無く、そこになされ得る。

単一の図は、保護ガス雰囲気に於ける金属板の連続アニール用の加熱炉を図式的に描写する。

Claims (12)

1. 大気圧より大きい圧力を有する加熱処理チャンバ内部で、
   − 該チャンバの少なくとも一つの加熱ゾーンを通して金属製の帯を走行させる事、
   − 該チャンバの少なくとも一つの冷却ゾーンを通して該帯を移動させる事、及び
   − 窒素並びに第一の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる第一の保護ガス雰囲気を、そこでは窒素並びに前記第一の含有量より多い第二の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる第二の保護ガス雰囲気が調整される、少なくとも一つの冷却ゾーンを除いて、該チャンバ内に構築する事
   を含んでなる金属製の帯類の加熱処理方法であって、
   − 該チャンバへの窒素の少なくとも一つの導入、
   − 前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンへの前記第二の含有量より多い第三の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる保護ガスの少なくとも一つの注入、
   − 保護ガスの前記第一の雰囲気を有するチャンバの少なくとも一つのゾーンと前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンとの間でのガス交換、及び
   − ゾーン間での該ガス交換、該チャンバの圧力、及び前記第一並びに第二の保護ガス雰囲気で得られる該水素及び／又はヘリウム含有量に従って、前記少なくとも一つの導入及び前記少なくとも一つの注入の流量の制御
   を含む事を特徴とする、金属製の帯類の加熱処理方法。
2. 前記第三の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる保護ガスは、水素ガス又はヘリウムガスである事を特徴とする、請求項１に記載された方法。
3. 前記第三の水素含有量を含んでいる保護ガスは、いかなる事前のミキシングステップを伴わず、直接的に工業的プロセスに由来する水素及び窒素を含んでいるガスである事を特徴とする、請求項１に記載された方法。
4. 水素及び窒素を含んでいる該ガスは、アンモニアの分解ガスである事を特徴とする、請求項３に記載された方法。
5. 前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンだけを除いたチャンバへの窒素の前記少なくとも一つの導入を含む事を特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載された方法。
6. 前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンを除いたチャンバへと同時にこのゾーンにも窒素の前記少なくとも一つの導入を含む事を特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載された方法。
7. 前記第一の雰囲気は、３〜５容量％の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる事を特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載された方法。
8. 前記第二の雰囲気は、５〜２５容量％の水素及び／又はヘリウム含有量を含んでいる事を特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載された方法。
9. 該チャンバでの圧力は、１〜３mbarである事を特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載された方法。
10. 前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンに於いて、再循環回路への保護ガスの吸気、そのガスの冷却、及び前記回路からこの少なくとも一つのゾーンでの循環にそのガスを戻す事を含む事を特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載された方法。
11. 注入及び導入される雰囲気ガスの総流量は４００〜１０００Ｎm³／ｈであり、そして、再循環されるガスの流量は注入及び導入される雰囲気ガスの流量の１０００〜５０００倍である事を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載された方法。
12. 前記流量制御により、前記第二の雰囲気を有する前記少なくとも一つの冷却ゾーンに於いて、この冷却ゾーン以外のチャンバでの圧力より大きい圧力の保持を含む事を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載された方法。

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