JP2021091960A - 熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】還元雰囲気中でも、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製の断熱材の劣化を抑制できる、金属ストリップを光輝焼鈍するための熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置１は、金属ストリップ３を加熱する加熱帯１２と、加熱帯１２の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材１７と、加熱帯１２に還元性ガスを供給するガス供給部９，２８，２８ａとを備え、金属ストリップ３が光輝性を有することを可能にする上限露点と、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、露点が保たれるように、金属ストリップ３を還元雰囲気中で光輝焼鈍する。
【選択図】図６
【解決手段】熱処理装置１は、金属ストリップ３を加熱する加熱帯１２と、加熱帯１２の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材１７と、加熱帯１２に還元性ガスを供給するガス供給部９，２８，２８ａとを備え、金属ストリップ３が光輝性を有することを可能にする上限露点と、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、露点が保たれるように、金属ストリップ３を還元雰囲気中で光輝焼鈍する。
【選択図】図６
Description
この発明は、金属ストリップを光輝焼鈍するための熱処理装置に関する。
冷間圧延で生じた金属ストリップの内部応力を除去するために、金属ストリップの光輝焼鈍を還元雰囲気中で行う熱処理装置が知られている。
特許文献１は、低温保持帯が鋼板からなるマッフル構造を有する溶融メッキ用連続焼鈍炉であり、金属ストリップが水平方向に搬送されるいわゆる横型炉を開示する。特許文献２は、炉内が耐火レンガで内張りされた金属ストリップの横型光輝連続焼鈍炉を開示する。特許文献３は、炉内の断熱材がセラミックファイバーで構成されたニッケルメッキ薄鋼板の製造設備を開示する。
特許文献１では、炉体のマッフル構造が鋼板からなるため、高温での加熱によって変形が生じる。特に横型炉の場合、天井が鋼板で製作されている区間が長いため、自重によって天井が垂れ下がり、形状的なゆがみが大きくなり、炉内の気流に乱れが生じて炉内の温度分布が悪くなる。特許文献２では、耐火レンガの変形は起こりにくいが、耐火レンガの重量が大きいため、組立や保守や交換のときの作業性が劣り、焼鈍炉の重量も重くなるので、焼鈍炉を耐荷重性のある場所に設置する必要がある。
特許文献３では、約８００℃で鋼板の焼鈍とニッケルメッキの拡散処理とを非還元雰囲気中で行うので、セラミックファイバーが使用されている。セラミックファイバーは、軽量であり作業性に優れているが、ＳｉＯ２を含むため、高温の還元雰囲気中では、ＳｉＯ２の還元が起こり、ＳｉＯ２がＳｉに変化する。そのため、セラミックファイバーの崩壊が起こり、セラミックファイバーの保守や交換を頻繁に行う必要がある。セラミックファイバーが崩壊するときには、粉塵が発生し、粉塵が金属ストリップの上に落下する。特に、横型炉の場合、天井の面積が大きくなるため、粉塵の落下量が多くなり、金属ストリップの品質が低下する。
そこで、この発明の課題は、還元雰囲気中でも、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製の断熱材の劣化を抑制できる、金属ストリップを光輝焼鈍するための熱処理装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る熱処理装置は、
金属ストリップを加熱する加熱帯と、
前記加熱帯の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材と、
前記加熱帯に還元性ガスを供給するガス供給部とを備え、
前記金属ストリップが光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、露点が保たれるように、前記金属ストリップを還元雰囲気中で光輝焼鈍することを特徴とする。
金属ストリップを加熱する加熱帯と、
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前記金属ストリップが光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、露点が保たれるように、前記金属ストリップを還元雰囲気中で光輝焼鈍することを特徴とする。
上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る熱処理装置は、
金属ストリップを還元雰囲気中で光輝焼鈍するための熱処理装置であって、前記熱処理装置は、
前記金属ストリップを加熱する加熱帯と、前記加熱帯に対して前記金属ストリップの搬送方向下流側に設けられる冷却帯とを有する炉体と、
前記加熱帯の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材と、
前記炉体内に還元性ガスを供給するガス供給部と、
前記加熱帯における雰囲気の露点を測定する露点測定部と、
前記露点を調整する露点調整部とを備え、
前記露点測定部で測定された前記露点に基づいて、前記金属ストリップが光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、前記露点が保たれるように、前記露点調整部が制御されることを特徴とする。
金属ストリップを還元雰囲気中で光輝焼鈍するための熱処理装置であって、前記熱処理装置は、
前記金属ストリップを加熱する加熱帯と、前記加熱帯に対して前記金属ストリップの搬送方向下流側に設けられる冷却帯とを有する炉体と、
前記加熱帯の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材と、
前記炉体内に還元性ガスを供給するガス供給部と、
前記加熱帯における雰囲気の露点を測定する露点測定部と、
前記露点を調整する露点調整部とを備え、
前記露点測定部で測定された前記露点に基づいて、前記金属ストリップが光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、前記露点が保たれるように、前記露点調整部が制御されることを特徴とする。
炉内の雰囲気における水分が少ないほど、金属ストリップ表面の酸化が抑制されるため金属ストリップの光輝性には有利であるが、炉内壁の断熱材として軽量なセラミックファイバーを用いようとすると、断熱材に含まれるＳｉＯ２を還元させる方向に働くため断熱材には不利である。そこで、本願の発明者らは、光輝性維持とＳｉＯ２の還元防止とを両立させることができる適正範囲の露点（すなわち水分量）が存在することに着目して、この発明に至った。
この発明によれば、加熱帯での雰囲気の露点（すなわち水分量）が、上限露点および下限露点の間で保たれることにより、還元雰囲気中での水分量が、金属ストリップの光輝性維持および断熱材に含まれるＳｉＯ２の還元防止に対して適切になる。その結果、金属ストリップが光輝性を有することができるとともに、断熱材に含まれるＳｉＯ２の還元による断熱材の劣化を防止できる。
以下、図面を参照しながら、この発明に係る熱処理装置１の実施の形態を説明する。
〔第１実施形態〕
図１を参照しながら、第１実施形態に係る熱処理装置１を説明する。図１は、第１実施形態に係る熱処理装置１の模式的断面図である。
図１を参照しながら、第１実施形態に係る熱処理装置１を説明する。図１は、第１実施形態に係る熱処理装置１の模式的断面図である。
図１に示すように、金属ストリップ３を連続的に光輝焼鈍する光輝焼鈍炉（熱処理装置）１は、炉体１０と、ガス供給部９，２８と、露点測定部２２と、露点調整部２４，２７と、制御部２０とを備える。図１に示した光輝焼鈍炉（熱処理装置）１は、炉体が横方向（水平方向）に延在する横型炉である。横型炉は、金属ストリップ３を搬送する搬送機構を簡易にでき、熱処理装置１の高さが高くなることを抑制できる。
金属ストリップ３は、図１において、左から右に水平に搬送される。金属ストリップ３は、例えば、Ｃｒを含むステンレス材からなる。Ｃｒを含むステンレス材は、例えば、オーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３０４やフェライト系のステンレスのＳＵＳ４３０である。
炉体１０は、鋼製の箱体からなり、加熱帯１２と冷却帯１４とを有する。加熱帯１２は、横方向（水平方向）に延在して、金属ストリップ３の搬送方向上流側（金属ストリップ３の入側）に設けられる。加熱帯１２は、加熱部１６によって加熱される。加熱部１６は、例えば、電熱ヒーターである。制御部２０は、図示しない温度測定部によって測定された温度に基づいて、加熱帯１２が所定の焼鈍温度（ここでは、焼鈍における加熱工程および冷却工程のうちの加熱工程での温度をいう。）になるように制御する。本願での焼鈍温度は、加熱帯１２における炉内雰囲気温度を指している。例えば一般的なステンレス材では、光輝焼鈍に適した焼鈍温度は、８００℃から１２５０℃の温度範囲であり、制御部２０は、焼鈍温度が前記温度範囲内に収まるように加熱部１６を制御する。
冷却帯１４は、金属ストリップ３の搬送方向下流側（金属ストリップ３の出側）に設けられる。冷却帯１４では、焼鈍であるが故に主に放冷で冷却するため、加熱手段や断熱材１７が配設されない。しかしながら、冷却帯１４は、場合によっては何らかの冷却手段を備えることもできる。
炉体１０の側壁や天井部や床部といった炉壁の内面（炉内壁）には、断熱材１７が取り付けられている。断熱材１７は、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である。断熱材１７は、例えば、セラミックファイバー製のボードやブランケットを、炉壁に取り付けられた多数の棒状のスタッドに突き刺してワッシャー状の金具で押さえることによって保持する構成にすることができる。断熱材１７は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）及びＳｉＯ２（シリカ）を主成分とする繊維であり、例えば、Ａｌ２Ｏ３の含有量が３０〜６０質量％及びＳｉＯ２の含有量が４０〜７０質量％のアルミナ−シリカ質のセラミックファイバーである。
光輝焼鈍炉１の炉体１０の内部は、還元性の雰囲気ガスで満たされる。入口シールロール１３および出口シールロール１５が、炉体１０の入口開口および出口開口のそれぞれに配設されている。入口シールロール１３および出口シールロール１５は、炉体１０の内部を大気圧よりもわずかに高圧に保つことによって、炉体１０内への外気の侵入を防止する。しかしながら、入口シールロール１３および出口シールロール１５で金属ストリップ３を挟んでいても、入口シールロール１３では、微量の水分が、金属ストリップ３の表面に付着した状態で、外気から炉体１０の内部に持ち込まれる。また、出口シールロール１５では、同様の形態で、微量の雰囲気ガスが炉内から流出する。そのため、加熱帯１２での雰囲気の露点（水分量）の測定および調整を常時行うことが必要となる。
ガス供給部は、ガス供給装置９および第２調節弁２８を備え、ガス供給配管５を介して、還元性ガスを炉体１０内に、言い換えると還元性ガスを加熱帯１２に供給する。ガス供給装置９は、例えば、ガスボンベである。還元性ガスは、水素ガスを含むガスであり、例えば、水素ガスおよび窒素ガスが３：１で混合されたガスである。ガス供給配管５に設けられた第２調節弁２８の開度を調整することにより、還元性ガスの供給量が制御される。第２調節弁２８の開度は、制御部２０によって制御される。還元性ガスの供給により、入口シールロール１３および出口シールロール１５から漏洩した分が補充される。なお、図１に示した光輝焼鈍炉１では、ガス供給配管５を、冷却帯１４の上流側に配置する構成としているが、還元性ガスの供給位置は特に限定されない。ガス供給配管５から供給された還元性ガスは、雰囲気ガスとして、加熱帯１２を含む炉体１０内の全体を拡散したあと、炉体１０の外に出て行く。
従来、ガス供給装置９から供給される還元性ガスは、低露点（すなわち低水分量）のもの、例えば、ＪＩＳ水素１級で露点が−７０℃のものであった。しかしながら、本願では、除湿装置２５や加湿装置２６を備える露点調整部２４によって、炉内の雰囲気の露点が調整可能であるので、ガス供給装置９から供給される還元性ガスは、必ずしも低露点（すなわち低水分量）である必要はない。すなわち、ガス供給装置９から供給される還元性ガスとして、従来のＪＩＳ水素１級よりも多くの水分量を含むもの、例えば、ＪＩＳ水素２級で露点が−６０℃相当のものも使用可能である。
露点測定部２２は、露点測定配管６を介して、炉体１０の加熱帯１２における雰囲気（以下、「雰囲気ガス」ということがある。）の露点を測定する。露点測定部２２は、例えば、静電容量式露点計や鏡面冷却式露点計である。露点の測定データは、制御部２０に送られて、制御部２０のメモリ部に保存される。なお、図１に示した光輝焼鈍炉１では、露点測定配管６を、加熱帯１２の下流側に配置する構成としているが、露点の測定位置は特に限定されない。
露点調整部は、露点調整装置２４および第１調節弁２７を備え、加熱帯１２における雰囲気の露点を調整する。露点調整装置２４は、除湿装置２５および加湿装置２６の少なくとも一方を備える。これにより、ガス供給部９，２８によって供給される還元性ガスの露点と、目標とする雰囲気の露点とに応じて、加熱帯１２における雰囲気の露点を適宜に調整できる。
露点調整装置２４は、加熱帯１２の搬送方向上流側に配設された入側配管７を通じて雰囲気の一部を抜き出し、抜き出した雰囲気の露点すなわち水分量を調整した後、加熱帯１２の搬送方向下流側に配設された出側配管８を通じて炉体１０内に戻す。雰囲気ガスが露点調整装置２４および炉体１０の間を循環することによって、加熱帯１２における雰囲気の露点が、所定の露点に保たれる。
露点調整装置２４（すなわち除湿装置２５および加湿装置２６）は、制御部２０によって制御される。入側配管７に設けられた第１調節弁２７の開度を調整することにより、雰囲気ガスの循環量が制御される。第１調節弁２７の開度は、制御部２０によって制御される。
除湿装置２５は、雰囲気中に含まれる水分の除去（雰囲気の除湿）を行い、雰囲気の露点を低下させる働きを有する。除湿装置２５は、例えば、吸着剤が充填された吸着塔および脱離塔を有する。吸着剤は、モレキュラーシーブ（分子ふるい）などの合成ゼオライト、天然ゼオライト、活性炭、シリカゲル、アルミナ、活性アルミナなどである。吸着剤を用いた除湿は、除湿後の雰囲気の露点を容易に所定の露点に制御できるとともに、得られる雰囲気が極めて清浄である。
加湿装置２６は、水蒸気または液相の水と、雰囲気とを混合した水分含有ガスを生成し、当該水分含有ガスを炉体１０内に送り込むことによって、雰囲気への水分の付加（雰囲気の加湿）を行い、雰囲気の露点を上昇させる働きを有する。加湿装置２６は、例えば、雰囲気を容器に貯留された水の中を通過させるバブリング式、雰囲気に対して水蒸気を霧状に噴射するスプレーノズル式、高い水蒸気透過性を有する中空糸膜を利用した膜交換式などである。
制御部２０は、露点測定部２２と、露点調整装置２４と、第１調節弁２７と、第２調節弁２８と、加熱部１６とに電気的に接続されている。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリ部を含むコンピュータなどを用いて構成することができる。
制御部２０は、露点測定部２２と、露点調整装置２４と、第１調節弁２７と、第２調節弁２８と、加熱部１６とに電気的に接続されている。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリ部を含むコンピュータなどを用いて構成することができる。
制御部２０は、露点測定部２２で測定された露点に基づいて、ガス供給部９，２８と露点調整部２４，２７とを制御する。すなわち、制御部２０は、第２調節弁２８の開度を制御することによって、ガス供給装置９から供給される還元性ガスの供給量を制御する。また、制御部２０は、第１調節弁２７の開度を制御することによって、露点調整装置２４による雰囲気ガスの循環量を制御する。これにより、光輝焼鈍（熱処理）の自動化が可能になる。
制御部２０は、露点調整装置２４における除湿装置２５または加湿装置２６が作動するように制御する。制御部２０は、除湿装置２５が作動するように制御すると、雰囲気中に含まれる水分が除去されることによって、雰囲気の露点すなわち水分量が低下する。制御部２０は、加湿装置２６が作動するように制御すると、雰囲気中に含まれる水分が増加することによって、雰囲気の露点すなわち水分量が上昇する。これにより、光輝焼鈍（熱処理）の自動化が可能になる。
〔第１実施形態の他の態様〕
前述のように、入口シールロール１３によって金属ストリップ３を挟むシール構成にしていても、微量の水分が、金属ストリップ３の表面に付着した状態で、外気から炉体１０の内部に持ち込まれるため、雰囲気の露点（水分量）が上昇していく。そこで、露点が極めて低い水素ガスを還元性ガスとして用いることにより、雰囲気中に含まれる水分を希釈して、雰囲気の露点を下げることができる。また、露点が極めて低い水素ガスを還元性ガスとして用いても、第２調節弁２８によって還元性ガスの流量を減らすことによって、雰囲気の露点を上げることができる。さらに、何らかの手段によって、微量の水分が外気から炉体１０の内部に持ち込まれることを防止できたとき、露点が高めの水素ガスを還元性ガスとして用いることにより、雰囲気中に含まれる水分を増加させて、雰囲気の露点を上げることができる。
前述のように、入口シールロール１３によって金属ストリップ３を挟むシール構成にしていても、微量の水分が、金属ストリップ３の表面に付着した状態で、外気から炉体１０の内部に持ち込まれるため、雰囲気の露点（水分量）が上昇していく。そこで、露点が極めて低い水素ガスを還元性ガスとして用いることにより、雰囲気中に含まれる水分を希釈して、雰囲気の露点を下げることができる。また、露点が極めて低い水素ガスを還元性ガスとして用いても、第２調節弁２８によって還元性ガスの流量を減らすことによって、雰囲気の露点を上げることができる。さらに、何らかの手段によって、微量の水分が外気から炉体１０の内部に持ち込まれることを防止できたとき、露点が高めの水素ガスを還元性ガスとして用いることにより、雰囲気中に含まれる水分を増加させて、雰囲気の露点を上げることができる。
したがって、図１に示した除湿装置２５や加湿装置２６を用いることなく、加熱帯１２における雰囲気の露点を調整することが可能になる。すなわち、図４に示すように、制御部２０は、露点測定部２２で測定した雰囲気の露点に基づいて、第２調節弁２８を制御して、ガス供給装置９によって供給される還元性ガスの流量を調節することによって、加熱帯１２を含む炉体１０における雰囲気の露点を調整できる。これにより、光輝焼鈍（熱処理）の自動化が可能になる。ここで、外気から炉体１０の内部に持ち込まれる水分量に応じて、露点が極めて低い水素ガスまたは露点が高めの水素ガスが、ガス供給装置９から供給される還元性ガスとして用いられる。このように、ガス供給装置９および第２調節弁２８は、露点調整装置２４ａとして働く。これにより、簡易な構成によって露点調整装置２４ａを構成できる。
〔雰囲気の露点の制御〕
上述したように、炉体１０の加熱帯１２における雰囲気中の水分が少ないほど、金属ストリップ３の表面の酸化が抑制されるため金属ストリップ３の光輝性には有利であるが、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２を還元させる方向に働くため断熱材１７には不利である。そこで、本願の発明者らは、光輝性維持とＳｉＯ２の還元防止とを両立させることができる適正範囲の露点（すなわち水分量）が存在することに着目して、この発明に至った。
上述したように、炉体１０の加熱帯１２における雰囲気中の水分が少ないほど、金属ストリップ３の表面の酸化が抑制されるため金属ストリップ３の光輝性には有利であるが、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２を還元させる方向に働くため断熱材１７には不利である。そこで、本願の発明者らは、光輝性維持とＳｉＯ２の還元防止とを両立させることができる適正範囲の露点（すなわち水分量）が存在することに着目して、この発明に至った。
図２を参照しながら、加熱帯１２における雰囲気の露点の制御を説明する。図２は、温度と雰囲気の露点との関係を模式的に説明する図である。図２において、横軸が加熱帯１２における焼鈍温度およびＳｉＯ２の酸化−還元の平衡温度を示し、縦軸が加熱帯１２における雰囲気の露点を示す。図２において、Ａは−３０℃の露点を示す直線であり、ＳはＳｉＯ２の酸化−還元の平衡曲線を示す。平衡曲線Ｓよりも露点が高いとＳｉＯ２が酸化され、平衡曲線Ｓよりも露点が低いとＳｉＯ２が還元される。そして、直線Ａが焼鈍温度８００℃および１２５０℃と交わる交点が、それぞれａおよびｂであり、平衡曲線Ｓが平衡温度８００℃および１２５０℃と交わる交点が、それぞれｃおよびｄである。これらの温度および交点は、例えば、ステンレス材の焼鈍に対応している。
雰囲気の露点は、雰囲気中に含まれる水分の水分量に対応している。例えば、露点が−３０℃なら水分量が約３３８（ｇ／ｍ３）、露点が−３５℃なら水分量が約２０３（ｇ／ｍ３）、露点が−４０℃なら水分量が約１１９（ｇ／ｍ３）、露点が−４５℃なら水分量が約６８（ｇ／ｍ３）、露点が−５０℃なら水分量が約３８（ｇ／ｍ３）、露点が−５５℃なら水分量が約２１（ｇ／ｍ３）、露点が−６０℃なら水分量が約１１（ｇ／ｍ３）、露点が−６５℃なら水分量が約５．６（ｇ／ｍ３）、露点が−７０℃なら水分量が約２．７（ｇ／ｍ３）である。したがって、雰囲気の露点が低くなるに従って、雰囲気中に含まれる水分の水分量が少なくなる。
金属ストリップ３の表面が酸化されると、金属ストリップ３の表面には、酸化皮膜が形成される。金属ストリップ３が、Ｃｒを含むステンレス材である場合、ＣｒおよびＦｅが酸素と化合した酸化皮膜が形成される。金属ストリップ３の表面酸化の抑制には、雰囲気の露点ができるだけ低いこと、すなわち雰囲気中に含まれる水分の水分量ができるだけ少ないことが望ましいと言われてきた。
しかしながら、実際の熱処理工程では、金属ストリップ３の表面に形成される酸化皮膜の厚みが、或る厚みよりも薄くなると、金属ストリップ３の光輝性に及ぼす影響が少なくなることが解っている。よって、雰囲気の上限露点を−３０℃以下にすることによって、金属ストリップ３における酸化皮膜の形成が抑制されて、金属ストリップ３が或る程度以上の光輝性を有し、製品上の問題はほとんど無い。図２における直線Ａは、金属ストリップ３における酸化皮膜の形成を抑制する最上限の露点を示している。そして、交点ａは８００℃での最上限の露点であり、交点ｂは１２５０℃での最上限の露点である。
光輝性を有するステンレス材の金属ストリップ３を商品化する場合には、雰囲気の上限露点を−３０℃以下に調整するのが適している。ステンレス材において、光輝性の度合いがより高い金属ストリップ３を得るためには、雰囲気の上限露点を−４５℃以下に調整すればよい。光輝性の度合いがさらに高い金属ストリップ３を得るためには、雰囲気の上限露点を−６５℃（図中の直線Ｘ）以下に調整すればよい。したがって、ステンレス材において、光輝焼鈍される金属ストリップ３の光輝性の度合いに応じて、金属ストリップ３が光輝性を有することを可能にする上限露点は、−３０℃から−６５℃の範囲に設定される。当該構成によれば、所望とする光輝性を有する金属ストリップ３を得ることができる。
炉壁の内面（炉内壁）には、セラミックファイバー製の断熱材１７が配設される。従来、横型の光輝焼鈍炉１において、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）を高純度で含有する高純度アルミナ質のレンガをアーチ積み構造で用いると、炉内温度を昇降するときのレンガの膨張・収縮によって、粉塵が発生して、金属ストリップ３の品質が低下するという問題がある。
本願の横型の光輝焼鈍炉１では、断熱材１７としてＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製を用いることによって、粉塵の発生を抑制して、高品質の金属ストリップ３を得ることを可能にする。しかしながら、セラミックファイバーに含まれるＳｉＯ２の耐還元性は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）よりも低く、高還元性の雰囲気中でセラミックファイバーを使用すると、ＳｉＯ２の還元によってセラミックファイバーが劣化して脆くなり、粉塵が発生すると考えられる。
本発明では、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製の断熱材１７が、高還元性の雰囲気中でも使用可能となるように、本願の発明者らは、ＳｉＯ２の酸化−還元特性（熱力学的特性）に着目した。図２に示すように、ＳｉＯ２の酸化−還元の平衡曲線Ｓを境にして、平衡曲線Ｓよりも上側が、ＳｉＯ２が酸化状態を保つ領域であり、平衡曲線Ｓよりも下側が、ＳｉＯ２が還元される領域である。
ＳｉＯ２の酸化−還元の平衡曲線Ｓが平衡温度８００℃と交わる交点ｃでの露点は、約−９５℃であり、平衡温度１２５０℃と交わる交点ｄでの露点は、約−６０℃である。当該露点は、例えばステンレス材の光輝焼鈍に適した８００℃から１２５０℃の平衡温度において、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点である。したがって、加熱帯１２の焼鈍温度が８００℃から１２５０℃の範囲であるとき、制御部２０は、雰囲気の露点が平衡曲線Ｓを下回らないように制御することによって、ＳｉＯ２を還元させないようにできる。これにより、セラミックファイバー製の断熱材１７の劣化で粉塵が発生することを防止して、高品質の金属ストリップ３を得ることができる。
加熱帯１２の焼鈍温度が８００℃から１２５０℃の場合（例えば、金属ストリップ３がステンレス材の場合）、雰囲気の露点が、図２において交点ａ、ｂ、ｄおよびｃで囲まれた領域内に保たれるように、制御部２０は露点調整部２４，２７を制御する。これにより、金属ストリップ３が光輝性を有することができるとともに、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元による断熱材１７の劣化を防止できる。
〔第２実施形態〕
図５を参照しながら、第２実施形態に係る熱処理装置１を説明する。図５は、第２実施形態に係る熱処理装置１の模式的断面図である。
図５を参照しながら、第２実施形態に係る熱処理装置１を説明する。図５は、第２実施形態に係る熱処理装置１の模式的断面図である。
図５に示すように、第２実施形態に係る光輝焼鈍炉（熱処理装置）１は、炉体１０と、ガス供給部９と、露点測定部２２と、露点調整部２４，２７ａ，２８ａとを備える。図１に示す第１実施形態に係る光輝焼鈍炉（熱処理装置）１との比較で、第２実施形態に係る光輝焼鈍炉（熱処理装置）１は、例えばコンピュータなどの制御部２０が省略されている。したがって、光輝焼鈍炉（熱処理装置）１の操作を行う操作者が、制御部２０の代わりとなる。
操作者は、露点測定部２２で測定された露点に基づいて、第２調節弁（露点調整部）２８ａおよび第１調節弁（露点調整部）２７ａの少なくとも一方を手動で制御できる。すなわち、操作者は、露点測定部２２で測定された露点をモニターなどを介して目視によって取得することができる。また、操作者は、測定された露点に基づいて、第２調節弁（露点調整部）２８ａを手動で制御することによって、ガス供給装置９から供給される還元性ガスの供給量を制御できる。また、操作者は、測定された露点に基づいて、第１調節弁（露点調整部）２７ａを制御することによって、露点調整装置２４による雰囲気ガスの循環量を制御できる。
また、露点調整装置２４における除湿装置２５が作動するように操作者が制御することによって、雰囲気中に含まれる水分が除去されて、雰囲気の露点すなわち水分量が低下する。また、露点調整装置２４における加湿装置２６が作動するように操作者が制御することによって、雰囲気中に含まれる水分が増加することによって、雰囲気の露点すなわち水分量が上昇する。
これにより、加熱帯１２での雰囲気の露点（すなわち水分量）が、上限露点および下限露点の間で保たれることにより、還元雰囲気中での水分量が、金属ストリップ３の光輝性維持および断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元防止に対して適切になる。その結果、金属ストリップ３が光輝性を有することができるとともに、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元による断熱材１７の劣化を防止できる。
〔第２実施形態の他の態様〕
図６に示すように、制御部２０に加えてさらに露点調整装置２４（除湿装置２５および加湿装置２６）が省略されており、ガス供給装置９および第２調節弁（露点調整部）２８ａを露点調整装置２４ａとすることもできる。これにより、露点調整装置２４ａを簡易に構成できる。操作者は、露点測定部２２で測定した雰囲気の露点に基づいて、露点調整装置２４ａを制御できる。すなわち、操作者は、露点測定部２２で測定された露点をモニターなどを介して目視によって取得することができる。また、操作者は、測定された露点に基づいて、第２調節弁（露点調整部）２８ａを手動で制御することによって、ガス供給装置９によって供給される還元性ガスの流量を制御できる。
図６に示すように、制御部２０に加えてさらに露点調整装置２４（除湿装置２５および加湿装置２６）が省略されており、ガス供給装置９および第２調節弁（露点調整部）２８ａを露点調整装置２４ａとすることもできる。これにより、露点調整装置２４ａを簡易に構成できる。操作者は、露点測定部２２で測定した雰囲気の露点に基づいて、露点調整装置２４ａを制御できる。すなわち、操作者は、露点測定部２２で測定された露点をモニターなどを介して目視によって取得することができる。また、操作者は、測定された露点に基づいて、第２調節弁（露点調整部）２８ａを手動で制御することによって、ガス供給装置９によって供給される還元性ガスの流量を制御できる。
これにより、加熱帯１２での雰囲気の露点（すなわち水分量）が、上限露点および下限露点の間で保たれることにより、還元雰囲気中での水分量が、金属ストリップ３の光輝性維持および断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元防止に対して適切になる。その結果、金属ストリップ３が光輝性を有することができるとともに、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元による断熱材１７の劣化を防止できる。
なお、第２実施形態における手動での制御は、操作者が常時に連続して行う必要はなく、操作者がときどきまたは定期的に露点の監視を行い、異常が無ければ、操作者が特に制御を行わない場合も含む。
この発明の具体的な実施の形態や数値について説明したが、この発明は、上記実施形態や数値に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
操作者は、制御部２０の代わりとして、露点測定部２２で測定された露点の取得、および、露点測定部２２で測定された露点に基づいて、上限露点と下限露点との間で露点が保たれるように露点調整部２７ａ，２８ａの制御、の少なくとも一方を行うことができる。
光輝焼鈍炉（熱処理装置）１は、炉体１０が縦方向（垂直方向）に延在する縦型炉にすることもできる。
光輝焼鈍炉（熱処理装置）１において、加熱帯１２の搬送方向上流側に入口シール帯を設けて、入口シールロール１３を入口シール帯に配設することもできる。冷却帯１４の搬送方向下流側に出口シール帯を設けて、出口シールロール１５を出口シール帯に配設することもできる。加熱帯１２は、入口シール帯、予熱帯および均熱帯（いずれも図示せず）などで構成されてもよい。冷却帯１４は、出口シール帯、急冷帯および徐冷帯（いずれも図示せず）などで構成されてもよい。
図１に示した光輝焼鈍炉１では、除湿装置２５および加湿装置２６の両方を備えているが、除湿装置２５および加湿装置２６のいずれか一方を備える構成にすることもできる。
図３では、ステンレス材におけるＣｒ成分が酸化したＣｒ２Ｏ３（酸化クロム）の酸化−還元の平衡曲線Ｃを示している。上記実施形態では、上限露点を−３０℃として説明したが、雰囲気の露点がＣｒ２Ｏ３の酸化−還元の平衡曲線Ｃを上回らないように制御することによって、ステンレス材の酸化が防止できるとも考えられる。したがって、ステンレス材の場合、雰囲気の露点が、図３における交点ｅ、ｆ、ｄおよびｃで囲まれた領域内に保たれるように、制御部２０は露点調整部２４，２４ａを制御してもよい。
還元雰囲気中で光輝焼鈍される金属ストリップ３は、上述したステンレス材以外にも、ニッケルやチタンや銅のような純金属、低膨張合金、磁性合金、耐熱合金あるいは耐蝕合金などの各種金属材料にも適用可能である。
この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。
この発明の一態様に係る熱処理装置１は、
金属ストリップ３を加熱する加熱帯１２と、
前記加熱帯１２の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材１７と、
前記加熱帯１２に還元性ガスを供給するガス供給部９，２８，２８ａとを備え、
前記金属ストリップ３が光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材１７に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、露点が保たれるように、前記金属ストリップ３を還元雰囲気中で光輝焼鈍することを特徴とする。
金属ストリップ３を加熱する加熱帯１２と、
前記加熱帯１２の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材１７と、
前記加熱帯１２に還元性ガスを供給するガス供給部９，２８，２８ａとを備え、
前記金属ストリップ３が光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材１７に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、露点が保たれるように、前記金属ストリップ３を還元雰囲気中で光輝焼鈍することを特徴とする。
上記構成によれば、加熱帯１２での雰囲気の露点（すなわち水分量）が、上限露点および下限露点の間で保たれることにより、還元雰囲気中での水分量が、金属ストリップ３の光輝性維持および断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元防止に対して適切になる。その結果、金属ストリップ３が光輝性を有することができるとともに、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元による断熱材１７の劣化を防止できる。
この発明の一態様に係る熱処理装置１は、
金属ストリップ３を還元雰囲気中で光輝焼鈍するための熱処理装置１であって、前記熱処理装置１は、
前記金属ストリップ３を加熱する加熱帯１２と、前記加熱帯１２に対して前記金属ストリップ３の搬送方向下流側に設けられる冷却帯１４とを有する炉体１０と、
前記加熱帯１２の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材１７と、
前記炉体１０内に還元性ガスを供給するガス供給部９，２８，２８ａと、
前記加熱帯１２における雰囲気の露点を測定する露点測定部２２と、
前記露点を調整する露点調整部２４，２４ａ，２７，２７ａ，２８，２８ａとを備え、
前記露点測定部２２で測定された前記露点に基づいて、前記金属ストリップ３が光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材１７に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、前記露点が保たれるように、前記露点調整部２４，２４ａ，２７，２７ａ，２８，２８ａが制御されることを特徴とする。
金属ストリップ３を還元雰囲気中で光輝焼鈍するための熱処理装置１であって、前記熱処理装置１は、
前記金属ストリップ３を加熱する加熱帯１２と、前記加熱帯１２に対して前記金属ストリップ３の搬送方向下流側に設けられる冷却帯１４とを有する炉体１０と、
前記加熱帯１２の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材１７と、
前記炉体１０内に還元性ガスを供給するガス供給部９，２８，２８ａと、
前記加熱帯１２における雰囲気の露点を測定する露点測定部２２と、
前記露点を調整する露点調整部２４，２４ａ，２７，２７ａ，２８，２８ａとを備え、
前記露点測定部２２で測定された前記露点に基づいて、前記金属ストリップ３が光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材１７に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、前記露点が保たれるように、前記露点調整部２４，２４ａ，２７，２７ａ，２８，２８ａが制御されることを特徴とする。
上記構成によれば、加熱帯１２での雰囲気の露点（すなわち水分量）が、上限露点および下限露点の間で保たれることにより、還元雰囲気中での水分量が、金属ストリップ３の光輝性維持および断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元防止に対して適切になる。その結果、金属ストリップ３が光輝性を有することができるとともに、断熱材１７に含まれるＳｉＯ２の還元による断熱材１７の劣化を防止できる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記露点調整部２４，２７，２８の制御は、制御部２０によって行われる。
前記露点調整部２４，２７，２８の制御は、制御部２０によって行われる。
上記実施形態によれば、光輝焼鈍（熱処理）の自動化が可能になる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記上限露点は、−３０℃である。
前記上限露点は、−３０℃である。
上記実施形態によれば、光輝性を有する金属ストリップ３を得ることができる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
光輝焼鈍される前記金属ストリップ３の光輝性の度合いに応じて、前記上限露点は、−３０℃から−６５℃の範囲で設定される。
光輝焼鈍される前記金属ストリップ３の光輝性の度合いに応じて、前記上限露点は、−３０℃から−６５℃の範囲で設定される。
上記実施形態によれば、所望とする光輝性を有する金属ストリップ３を得ることができる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記露点調整部２４は、除湿装置２５および加湿装置２６の少なくとも一方を備える。
前記露点調整部２４は、除湿装置２５および加湿装置２６の少なくとも一方を備える。
上記実施形態によれば、ガス供給部９，２８，２８ａによって供給される還元性ガスの露点と、目標とする雰囲気の露点とに応じて、加熱帯１２における雰囲気の露点を適宜に調整できる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記ガス供給部９，２８，２８ａは、ガス供給装置９と、前記ガス供給装置９によって供給される前記還元性ガスの流量を調節する調節弁２８，２８ａとを備え、前記ガス供給装置９および前記調節弁２８，２８ａが前記露点調整部２４，２４ａとして働く。
前記ガス供給部９，２８，２８ａは、ガス供給装置９と、前記ガス供給装置９によって供給される前記還元性ガスの流量を調節する調節弁２８，２８ａとを備え、前記ガス供給装置９および前記調節弁２８，２８ａが前記露点調整部２４，２４ａとして働く。
上記実施形態によれば、簡易な構成によって露点調整装置２４，２４ａを構成できる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記熱処理装置１は、前記炉体１０が横方向に延在する横型炉である。
前記熱処理装置１は、前記炉体１０が横方向に延在する横型炉である。
上記実施形態によれば、金属ストリップ３を搬送する搬送機構を簡易にでき、熱処理装置１の高さが高くなることを抑制できる。また、セラミックファイバーの崩壊および粉塵の発生を防止できるので、天井の面積が大きくなる横型炉においても、軽量なセラミックファイバー製の断熱材１７を用いることができる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記金属ストリップ３は、Ｃｒを含むステンレス材からなる。
前記金属ストリップ３は、Ｃｒを含むステンレス材からなる。
上記実施形態によれば、金属ストリップ３における酸化皮膜の形成が抑制されて、金属ストリップ３が光輝性を有することができる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記加熱帯１２の温度範囲が、８００℃から１２５０℃である。
前記加熱帯１２の温度範囲が、８００℃から１２５０℃である。
上記実施形態によれば、金属ストリップ３を光輝焼鈍に適した温度で加熱できる。
また、一実施形態の熱処理装置１では、
前記還元性ガスは、水素ガスを含む。
前記還元性ガスは、水素ガスを含む。
上記実施形態によれば、金属ストリップ３を還元して光輝焼鈍させることができる。
１…光輝焼鈍炉（熱処理装置）
３…金属ストリップ
５…ガス供給配管
６…露点測定配管
７…入側配管
８…出側配管
９…ガス供給装置（ガス供給部、露点調整部）
１０…炉体
１２…加熱帯
１３…入口シールロール
１４…冷却帯
１５…出口シールロール
１６…加熱部
１７…断熱材
２０…制御部
２２…露点測定部
２４…露点調整装置（露点調整部）
２４ａ…露点調整装置（露点調整部）
２５…除湿装置
２６…加湿装置
２７…第１調節弁（露点調整部）
２７ａ…第１調節弁（露点調整部）
２８…第２調節弁（ガス供給部、露点調整部）
２８ａ…第２調節弁（ガス供給部、露点調整部）
Ａ…−３０℃の露点を示す直線
Ｃ…Ｃｒ２Ｏ３の酸化−還元の平衡曲線
Ｓ…ＳｉＯ２の酸化−還元の平衡曲線
３…金属ストリップ
５…ガス供給配管
６…露点測定配管
７…入側配管
８…出側配管
９…ガス供給装置（ガス供給部、露点調整部）
１０…炉体
１２…加熱帯
１３…入口シールロール
１４…冷却帯
１５…出口シールロール
１６…加熱部
１７…断熱材
２０…制御部
２２…露点測定部
２４…露点調整装置（露点調整部）
２４ａ…露点調整装置（露点調整部）
２５…除湿装置
２６…加湿装置
２７…第１調節弁（露点調整部）
２７ａ…第１調節弁（露点調整部）
２８…第２調節弁（ガス供給部、露点調整部）
２８ａ…第２調節弁（ガス供給部、露点調整部）
Ａ…−３０℃の露点を示す直線
Ｃ…Ｃｒ２Ｏ３の酸化−還元の平衡曲線
Ｓ…ＳｉＯ２の酸化−還元の平衡曲線
Claims (11)
- 金属ストリップを加熱する加熱帯と、
前記加熱帯の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材と、
前記加熱帯に還元性ガスを供給するガス供給部とを備え、
前記金属ストリップが光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、露点が保たれるように、前記金属ストリップを還元雰囲気中で光輝焼鈍することを特徴とする、熱処理装置。 - 金属ストリップを還元雰囲気中で光輝焼鈍するための熱処理装置であって、前記熱処理装置は、
前記金属ストリップを加熱する加熱帯と、前記加熱帯に対して前記金属ストリップの搬送方向下流側に設けられる冷却帯とを有する炉体と、
前記加熱帯の炉内壁として使用されて、ＳｉＯ２を含むセラミックファイバー製である断熱材と、
前記炉体内に還元性ガスを供給するガス供給部と、
前記加熱帯における雰囲気の露点を測定する露点測定部と、
前記露点を調整する露点調整部とを備え、
前記露点測定部で測定された前記露点に基づいて、前記金属ストリップが光輝性を有することを可能にする上限露点と、前記断熱材に含まれる前記ＳｉＯ２の還元を不可にする下限露点との間で、前記露点が保たれるように、前記露点調整部が制御されることを特徴とする、熱処理装置。 - 前記露点調整部の制御は、制御部によって行われることを特徴とする、請求項２に記載の熱処理装置。
- 前記上限露点は、−３０℃であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 光輝焼鈍される前記金属ストリップの光輝性の度合いに応じて、前記上限露点は、−３０℃から−６５℃の範囲で設定されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記露点調整部は、除湿装置および加湿装置の少なくとも一方を備えることを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記ガス供給部は、ガス供給装置と、前記ガス供給装置によって供給される前記還元性ガスの流量を調節する調節弁とを備え、前記ガス供給装置および前記調節弁が前記露点調整部として働くことを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記熱処理装置は、前記炉体が横方向に延在する横型炉であることを特徴とする、請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記金属ストリップは、Ｃｒを含むステンレス材からなることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記加熱帯の温度範囲が、８００℃から１２５０℃であることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記還元性ガスは、水素ガスを含むことを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の熱処理装置。
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