JP4636798B2 - ステンレス鋼処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス鋼を熱処理する方法に関する。

欧州特許第０，８０４，６２２号明細書は、慣用的技術に関して極めて有利なステンレス鋼熱処理方法を教示している。

この初期の明細書は、帯状材料、シート、ワイヤー、又は棒のように、パイプ、チューブ、帯状材料、又はワイヤー状材料の形のステンレス鋼を、それら材料を圧延した後、約９００℃より高い温度で炉又はオーブンで熱処理することに関する。本発明によれば、炉に配備されたバーナーは、液体又はガス状燃料を用いて作動させ、それら燃料を、少なくとも８５体積％の酸素及び最大１０体積％の窒素を含有するガスを利用して燃焼させる。

この既知の発明は、燃焼工程中、本質的に水及び二酸化炭素を含有する煙道ガスを発生する。煙道ガスから前記材料へ放射される熱量は、酸化剤として空気を用いた燃焼工程の生成物である煙道ガスから放射される熱よりも遥かに大きい。放射により伝達される熱は、そのような熱処理方法で伝達される主要な熱である。

この大きな熱移動は、炉中の材料を加熱するのにかかる時間を著しく短くし、それにより、与えられた炉中へ前記材料を供給する速度を著しく増大することができる。

更に、加熱された材料表面に形成される酸化物スケールは薄くなり、そのスケールが、従来法の空気を基にした煙道ガスを用いて炉中で材料を加熱した場合に形成されるスケールの構造とは異なった構造を有することにより、一層容易に処理することができる。酸洗い時間、即ち、次の酸及び／又は電解質浴中に材料が滞留する時間は、酸化物スケールが薄くなることにより短くすることができる。

その特許による方法を用いて、このように薄い酸化物スケールが形成され、それは炉中で比較的輝いたままになっている。

この方法の一つの欠点は、材料の比較的輝いた表面が、さもなければ酸素ガスを基にした炉雰囲気中での放射線成分により達成できるような大きな熱移動を妨げることである。この従来の公報による方法を実施すると、伝達される熱は３０〜１５０ｋＷ／ｍ^２の程度である。

本発明は、この問題を解決し、放射線による熱の移動を増大する。

従って、本発明は、帯、シート、ワイヤー、又は棒のように、素材、パイプ、チューブ、帯、又はワイヤー状の材料形態のステンレス鋼を、それら材料を圧延した後、約９００℃より高い温度で熱処理炉中で熱処理する方法に関し、ここで本発明は、予熱段階、及び最終加熱段階を含み、前記予熱段階ではバーナーの炎を材料の表面の方へ向け、前記材料に衝突させ、前記予熱段階のバーナーを液体又はガス状燃料により作動させ、ガス状酸素を含有する酸化用ガスを利用してその燃料を燃焼させ、前記予熱段階中の前記材料の滞留時間を、前記材料の表面に少なくとも或る程度の酸化を起こさせるのに充分な長さであるようにし、前記材料を、次の最終加熱段階で、液体又はガス状燃料及び酸化用ガスにより作動させる炉中に配置したバーナーにより、更に加熱することを特徴とする。

次に、本発明を、一つには図面に示したその例としての態様に関連して一層詳細に記述する。

本発明は、帯、シート、ワイヤー、又は棒のように、素材、パイプ、チューブ、帯、又はワイヤー状の材料形態のステンレス鋼を、それら材料を圧延した後、約９００℃より高い温度で熱処理炉中で熱処理する方法に関する。この場合、それら素材は、４００ｍｍまでの厚さを持っていてもよい。

本発明の方法は、予熱段階と最終加熱段階を互いに連続した炉中に有する。予熱段階では、バーナーの炎を材料の表面の方へ向け、それら炎が前記表面に衝突するようにする。

予熱段階に存在するバーナーは、液体又はガス状燃料で作動させ、それは酸素ガスを含む燃焼ガスを利用して燃焼させる。これは非常に高度の熱移動、即ち、５００〜１５００ｋＷ／ｍ^２の程度の熱移動を与える結果になる。

予熱段階中の材料の滞留時間は、少なくとも或る程度、材料の表面を酸化するのに充分な長さにする。次にその材料を、続く最終加熱段階で、液体又はガス状燃料及び酸化用ガスで作動させる炉内設置バーナーにより更に加熱する。

材料の表面は、その表面上に局部的に生じた非常に高い温度の結果として酸化され、それと共に炎中の反応物が反応して、炎中の遊離酸素及び酸素ラジカルが鋼表面の鉄及びクロムを酸化して酸化物層を形成すると同時に熱を発生する。このようにして形成された酸化物の層は、酸化されていないか、又は比較的光り輝いた表面の場合と比較して、一層大きな表面排出係数（emission factor）を与える結果になる。排出係数が大きくなる程、炉雰囲気と材料との間の熱収率（heat yield）が高くなる結果になる。

このことは、材料を、その表面に酸化物層が得られるように予め加熱すると、その材料は最終加熱段階で、一層高い熱収率により一層迅速に放射線により加熱されることを意味し、そのことは、酸化されていない又は比較的輝いた材料を炉に供給した場合の前記従来法の特許公報に関する場合とは明確に異なるものである。

本発明の極めて好ましい態様により、予熱段階で用いられる酸化用ガスは、少なくとも８５体積％の酸素を含むようにする。これにより、一般に二酸化炭素及び水からなる煙道ガスの発生と同時に、酸化が促進される。この煙道ガスは、前記特許文献に記載されているように、大きな放射線収率を与える。

更に極めて好ましい態様に従い、最終炉加熱段階で用いられる酸化用ガスも、少なくとも８５体積％の酸素を含有するようにする。

このことは、最終加熱段階での材料の加熱が、前記酸化物層によって与えられる一層大きな放射線収率により、前記特許文献で教示されている方法の場合よりも、更に一層早いことを意味する。

従って、本発明は、加熱時間を更に一層短くすることができる。

図１は、本発明の方法を実施するための装置を模式的に例示している。図１は、予熱段階１及び最終加熱段階２を示している。参照番号３は、一つ以上の後の段階、例えば、冷却段階、酸洗い段階等を示している。予熱段階にはバーナー４が含まれている。図１には示されていないが、勿論最終加熱段階もバーナーを有する。予熱段階１及び最終加熱段階２は、生成物が両方の段階を通過するように操作されるのが最も多い。生成物は図１では金属シート６として例示されている。しかし、本発明は、前記予熱段階及び前記最終加熱段階に生成物を入れる場合及びそこから生成物を取り出す場合にも適用することができる。

上で述べたように、バーナーの炎５は、予熱段階中の材料６の表面の方へ向けられ、それら炎が本発明に従い、図１に例示するように、材料の表面に衝突するようにする。

一つの好ましい態様により、それら炎は二つの方向から与え、図１に例示するようにそれらが材料の両面に衝突するようにする。

図２は、原理的に相対的温度曲線を示すグラフであり、この場合、温度を時間に対してプロットし、異なった材料加熱操作を行なっている。曲線は、アニーリング炉又はオーブン中でのステンレス鋼帯の材料温度に関する。

破線は、予熱段階のない慣用的炉での材料の温度を示し、この場合、バーナーは酸化用ガスとして空気を用い、液体又はガス状燃料を燃焼している。

点線は予熱段階のない炉中での材料の温度を示し、この場合、バーナーは、８５体積％の酸素を含有する酸化用ガスを用いて液体又はガス状燃料を燃焼している。即ち、前記特許による方法である。

実線は、予熱段階を含む炉中での材料の温度を示し、この場合、バーナーは、予熱段階及び最終加熱段階の両方で８５体積％の酸素を含有する酸化用ガスを用いて液体又はガス状燃料を燃焼している。時間０から時間Ｔ１まで、予熱段階での温度上昇が行われる。然る後、最終加熱段階での温度上昇が行われる。従って、予熱段階は最終加熱段階よりも遥かに短い。

一つの好ましい態様に従い、予熱段階で材料は１５０〜１０００℃の温度に加熱される。

最終加熱段階では、材料は１３００℃の温度まで加熱することができる。

本発明の更に別の態様に従い、予熱段階で材料を０．１〜６０秒の時間維持する。

図２から明らかなように、酸化用ガスとして空気を用いた慣用的炉の場合と比較して、ほぼ半分の時間で材料を最終的温度へ持って行く。本発明による方法を適用した場合、材料を加熱するのにかかる時間は、前の既知の特許による方法を適用した場合にかかる時間と比較して、ほぼ５０％短くなっている。

従って、本発明は、初めの所で述べた問題を解決する方法を与えている。

本発明をその多くの態様に関連して上で述べてきたが、炉の設計、バーナーの配列、予熱段階の時間は、関連する用途に適合させるようにすることは、当業者には明らかであろう。更に、予熱段階及び最終加熱段階は、唯一つの装置で組合せることができる。

従って、本発明は、特許請求の範囲以内で修正及び変更を行うことができるので、前記態様に限定されるものではないと考えられるであろう。

図１は、工程の一部分の模式的図である。 図２は、炉中の温度と時間との関連を示すグラフである。

符号の説明

１ 予熱段階
２ 最終加熱段階
４ バーナー
５ 炎
６ 金属シート

Claims (4)

1. 圧延されたステンレス鋼を、９００℃より高い温度で熱処理炉中で熱処理する方法において、予熱段階（１）及び最終加熱段階（２）を有し、前記予熱段階ではバーナー（４）からの炎（５）を材料（６）の表面の方へ向け、前記材料（６）の表面に衝突させ、前記予熱段階（１）に配置されたバーナーを液体又はガス状燃料により作動させ、ガス状酸素を含有する酸化用ガスを利用してその燃料を燃焼させ、前記予熱段階（１）中で、前記材料（６）を、１０００℃までの温度で０．１〜６０秒の時間保持して前記材料（６）の表面に酸化を起こさせ、前記材料（６）を、続く最終加熱段階（２）中で、液体又はガス状燃料及び酸化用ガスにより作動させる炉内配置バーナーにより更に加熱する熱処理方法であって、
   予熱段階（１）中の酸化用ガスが、少なくとも８５体積％の酸素を含むようにさせる、
   ことを特徴とする熱処理方法。
2. 最終加熱段階（２）中の酸化用ガスが、少なくとも８５体積％の酸素を含むようにさせる、請求項１に記載の方法。
3. 炎（５）を二つの方向に向け、材料（６）の両面に衝突するようにする、請求項１または２に記載の方法。
4. 最終加熱段階（２）で、材料（６）を１３００℃の温度まで加熱する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。

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