JP5086244B2 - 焼きなまし部材を回分操業式に熱処理する方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼きなまし部材を回分操業式に熱処理する方法であって、焼きなまし部材は焼きなまし室内で洗浄ガスによる洗浄若しくは除去の後に保護ガス下で所定の熱処理温度に加熱され、この場合に保護ガスは汚れの除去量に依存した種々の量で焼きなまし室を通して供給されるようになっている形式のものに関する。

金属帯材若しくは金属線材は再結晶のために、不活性ガス若しくは保護ガス下で熱処理されるようになっており、不活性ガス若しくは保護ガスは特に金属帯材若しくは金属線材、つまり焼きなまし部材の表面の空気中酸素による酸化を阻止しようとするものである。この場合に、焼きなまし室内の空気は不燃性のガス、例えば窒素によって焼きなまし室から追い出され、これによって焼きなまし室内のガス若しくは気体の酸素割合は最大許容値まで降下させられ、次いで熱処理を保護ガス、例えば窒素若しくは水素下で行うようになっている。焼きなまし室内へ供給される保護ガスの量は、経済的な理由から、気化若しくは蒸発する汚れのその都度の量、つまり汚れ気化量若しくは汚れ蒸発量に依存して制御されるようになっている。蒸発する汚れの量は、焼きなまし部材の表面温度の上昇に伴ってまず急速に増大し、次いで単位時間当たりの最大発生量（最大気化量若しくは最大蒸発量）の領域の経過の後には、焼きなまし部材の表面温度の上昇にもかかわらず降下する。蒸発段階にわたり蒸発する汚れ量の推移（経過）は、蒸発する汚れの大量発生時には、焼きなまし室を通して導かれる保護ガスの最大の供給流を規定しており、この場合に、蒸発する汚れ発生量の減少及び保護ガス内の汚れの希薄化の増大に伴って、焼きなまし室内に必要な保護ガス量は減少され、熱処理の終了時点では焼きなまし処理の妨げにならない程度の汚れ残留量若しくは不純物残留量しか焼きなまし室内に存在しなくなり、その結果、焼きなまし部材の冷却に際して温度による容積減少は焼きなまし室内の所定の最小圧力の維持のために補償されている。このように焼きなまし室内に必要な保護ガス量を蒸発過程に適合させてあるにもかかわらず、チャージ毎（回分毎若しくは装填毎）に使用される保護ガス量は減少させられないままである。

本発明の課題は、焼きなまし部材の熱処理のための冒頭に述べた形式の方法を改善して、保護ガスのチャージ毎（回分操業毎）に必要な量を減少させるようにすることである。

前記課題を解決するために、本発明に基づく方法では、焼きなまし部材の蒸発する汚れの大量発生の後に、つまり焼きなまし部材の汚れの除去量の大量発生の後に焼きなまし室から導き出されて所定の残留含有量でしか汚れ若しくは不純物が含まれていない保護ガスを、汚れの含まれていない保護ガス、つまり新鮮な保護ガスが焼きなまし室内へ導入される前に、後続のチャージ、例えば次のチャージの焼きなまし部材の熱処理の際に該焼きなまし部材の蒸発する汚れの大量発生時に焼きなまし室内へ供給するようになっており、換言すれば、蒸発する汚れの大量発生の後に焼きなまし室から導き出されて所定の残留含有量でしか汚れ若しくは不純物が含まれていない保護ガスを、後続のチャージの焼きなまし部材の熱処理の際に焼きなまし室内へ供給し、次いで新鮮な保護ガスを焼きなまし室内へ導入するようになっている。

本発明は次のような認識に基づいており、すなわち保護ガスの高い純度は焼きなまし部材の熱処理の最終段階でのみ必要であり、つまり、所定の限度内で汚れ若しくは不純物の含まれた保護ガス（所定の残留含有量でしか汚れ若しくは不純物が含まれていない保護ガス）、換言すれば所定限度内の汚れ若しくは不純物でしか負荷されていない保護ガスを、焼きなまし部材の蒸発する汚れの大量発生時には焼きなまし室内へ供給してよく、この場合に保護ガス内に含有される汚れ若しくは不純物の上限値は適切に規定され、これによって保護ガスの十分な純度を保証することになる。このような理由から、焼きなまし部材の蒸発する汚れの大量発生の後に焼きなまし室から導き出されて所定の限度内でしか残留汚れが含まれていない保護ガスは、後続のチャージの焼きなまし部材の熱処理の際に該焼きなまし部材から蒸発する汚れの大量発生時に、再び焼きなまし室内へ供給され、その結果、先行のチャージの焼きなまし部材の処理の際に使用された後に一般的に廃棄されている保護ガス量の大部分は、焼きなまし部材の処理を妨げることなしに再利用されて、一般的に使用されている量よりも少ない量の新鮮な保護ガスを投入するようになっている。新鮮な保護ガスは、熱処理の終了段階で従来の熱処理法において達成されている程度に汚れのほとんど含まれない保護ガス雰囲気を可能にする量だけしか使用されなくなっている。一回のチャージ（先行のチャージ）の焼きなまし部材の熱処理に際して所定の限度内の濃度の残留汚れで負荷されていて、つまり所定の限度内の濃度の残留汚れが含まれていて焼きなまし室から排出される保護ガスを、後続のチャージ若しくは別のチャージ（後行のチャージ）の焼きなまし部材の熱処理に使用するために、１つの実施態様では、先行のチャージの焼きなまし室から排出される、つまり導き出される保護ガスは、該先行のチャージに対して平行して、しかしながら時間的にずらして行われる後行のチャージ（別のチャージ若しくは後続のチャージ）の焼きなまし部材の焼きなまし室内に導入されるようになっている。もちろん別の可能な実施態様では、焼きなまし室から排出される保護ガスを一時的に貯蔵するようになっており、このことは、唯一の焼きなまし室しか設けられていない場合における本発明の方法（保護ガス供給）の実施を保証し、かつ複数の焼きなまし室への互いに時間的に拘束されないチャージ若しくは装填を可能にしている。

別の実施態様では、洗浄過程の最終段階でまだ残留酸素を含む洗浄ガスは、後続のチャージの焼きなまし部材の処理中に利用され、この場合に、後続のチャージの焼きなまし部材の処理中における汚れ若しくは不純物、つまり例えば残留酸素の含まれる洗浄ガスの利用は、該洗浄ガスが保護ガスとしても用いられているか否かに依存している。例えば窒素を洗浄兼保護ガスとして用いてある場合には、焼きなまし室から排出される洗浄ガス、つまり窒素ガスは、汚れが相応に減少した状態で、つまり残留する酸素の含有量が所定の値を下回った状態で、後続のチャージの焼きなまし部材の熱処理の際の洗浄過程中に焼きなまし室内へ導入され、このことは洗浄と熱処理とにとって異なるガスでは不可能である。

表面に汚れのある焼きなまし部材の熱処理に際して蒸発過程の終了段階では蒸発する汚れの発生量は漸近的に減少するので、焼きなまし室から導き出されて貯蔵された洗浄ガス若しくは保護ガスは汚れの平均値を有しており、汚れの平均値（平均汚れ含有量）は焼きなまし室内の蒸発過程中の状況に依存している。洗浄ガス若しくは保護ガス内の汚れ含有量の所定の上限値は容易に維持される。焼きなまし室から導き出される洗浄ガス若しくは保護ガスは、汚れの含有量が所定の上限値を下回った場合に貯蔵されるようになっており、上限値は、貯蔵された洗浄ガス若しくは保護ガスは汚れ含有量の平均値より１０％高くなっている。

次に図示の実施例に基づく本発明の方法を詳細に説明する。図面において、
図１は、本発明の方法を実施するための装置の該略図であり、
図２は、焼きなまし部材の表面及び内部の温度(Temperatur)並びに蒸発する汚れの発生量(Abdampfmenge)の、処理時間(Zeit)にわたる推移を示す線図であり、
図３は、処理時間中の保護ガスの需要量を示すグラフである。

図１に示してあるように、焼きなまし部材、例えば金属帯材若しくは金属線材の熱処理のために焼きなまし室１を設けてあり、焼きなまし室は焼きなまし部材を回分式（バッチ式）に供給されるようになっている。例えば半球天井式若しくはアーチ天井式の加熱炉によって形成された焼きなまし室１は、従来の形式で保護ガス供給管路２及び保護ガス排出管路３に接続されている。さらに排ガス管路４を設けてあり、該排ガス管路は図示の実施例ではコンプレッサ６を介して貯蔵部５に接続されている。貯蔵部５は圧力調節のための装置８を介して管路７によって焼きなまし室１に接続されている。

焼きなまし部材を各焼きなまし室１内で洗浄ガスによる洗浄の後に保護ガス雰囲気下で加熱すると、図２に示すように焼きなまし部材表面の温度推移Ｔ_１が生じる。特性線Ｔ_２は焼きなまし部材内部の温度推移（温度経過）を表している。焼きなまし部材の表面加熱に基づき、焼きなまし部材表面に付着する潤滑剤残留物は蒸発し、蒸発段階１０における蒸発する汚れの発生量を表す特性線９で示してあるように、蒸発する汚れの発生量はまず急激に増大し、次いで表面の洗浄に伴って降下して、次第に無視できる値に近づく。このことは、汚れの大量発生の領域では、焼きなまし室へ供給すべき保護ガスの大きな量を、汚れの洗浄若しくは除去、ひいては希釈のために必要としていることを意味している。図３には各時点で必要な保護ガス量を、階段状に延びる特性線１１によって示してある。特性線の区分ａは、蒸発する汚れの大量発生時の保護ガスの最大の需要量（必要量）を示している。保護ガス供給管路２からの汚れていない新鮮な保護ガスによってだけでは、大量発生時に蒸発する汚れを薄めて洗浄することはできないので、貯蔵部５からの保護ガスを投入するようになっており、該保護ガスは汚れをわずかに含んでいるものである。汚れの大量発生時に投入された保護ガスは、焼きなまし室１から導き出されて廃棄され若しくは燃え尽され、つまり焼却される。区分ａに続く区分ｂ及びｃでは、焼きなまし室１には保護ガス供給管路２からの新鮮な保護ガスを供給して、焼きなまし室１内の保護ガス雰囲気を浄化し、熱処理を終了し、次いで冷却段階を導入するようになっている。特性線９の降下区分で示すように汚れの発生量の減少並びに新鮮な保護ガスの供給に伴って、保護ガス内の汚れ含有率は減少するので、わずかしか汚されておらず、つまり蒸発したわずかな汚れしか含んでおらず焼きなまし室１から導き出される保護ガスは、次のチャージの熱処理の際の汚れの大量発生時に再び使用するために一時的に貯蔵される。このために、焼きなまし室から導き出される保護ガスは、管路４を介してコンプレッサ６に供給されて、貯蔵部５内に貯蔵されるようになっている。蒸発段階１０の経過中の汚れの発生量は減少するので、貯蔵部５内では、保護ガスの汚れの含有量の平均値が生じるようになっている。平均値を所定の限界値若しくは所定の許容最大値以下に保つために、焼きなまし室１からの排ガス管路４を介したガス取り出しは、取り出される保護ガス内の汚れの含有量が所定の上限値ｍを下回った場合に行われるようになっており、所定の上限値は、貯蔵部５内に一時的に貯蔵される保護ガス内の汚れの平均含有量より１０％高い値である。貯蔵部５からの汚れを含有する保護ガスは、後続のチャージの焼きなまし部材のための蒸発過程１０の開始段階で、つまり特性線１１の区分ｄ，ａの領域で用いられる。取り出される保護ガス内の汚れの含有量の上限値ｍを蒸発過程１０中の時点ｔで達成すると、該保護ガスは図３にハッチングで示す量で貯蔵部５内に一時的に貯蔵される。

保護ガスとして可燃性の保護ガス（気体）、例えば水素を用いると、保護ガスによっては焼きなまし室内の空気は各焼きなまし過程の前に洗浄されず、むしろ不燃性の洗浄ガスを用いることになる。このような洗浄ガスの使用は図３に特性線１２によって示してある。さらに図３に特性線１３によって示してあるように、可燃性の保護ガスは焼きなまし室１の換気の前に、若しくは冷却段階の終了時点で不燃性の洗浄ガスによって洗浄されるようになっている。図１に洗浄ガス供給管路を符号１４で示してある。洗浄ガスの排出は管路１５によって行なわれるようになっている。

本発明は図示の実施例に限定されるものではない。貯蔵部５を省略することもでき、この場合には、各焼きなまし室１へのチャージは時間的に次のようにずらして行われ、つまり、複数の焼きなまし室１のうちの１つの焼きなまし室（先行の焼きなまし室）において時点ｔ1から排出され保護ガスは、別の焼きなまし室（後行の焼きなまし室）内へ、それも該別の焼きなまし室内の焼きなまし部材の処理中に蒸発する汚れの大量発生時に、つまり例えば図３の特性線１１の区分ｄ，ａで供給されるようになっており、その結果、焼きなまし室（後行の焼きなまし室）において図３の特性線１１の区分ｄ，ａで必要とされる保護ガス量は少なくとも部分的に、それぞれ別の焼きなまし室（先行の焼きなまし室）から排出される保護ガス量によって補われるようになっている。

さらに特性線１２，１３に基づき使用された洗浄ガスは、該洗浄ガス内の汚れの割合、つまり空気の洗浄（空気の排除若しくは除去）の際の空気中酸素若しくは保護ガスの洗浄（保護ガスの排除若しくは除去）の際の保護ガスである汚れの割合がわずかである場合に、再び使用されるようになっていてよい。比較的わずかな汚れしか含まない洗浄ガスは、後続のチャージ中に洗浄過程の開始のために用いられると有利である。洗浄ガスが保護ガスと同じである場合には、わずかな汚れしか含んでいない洗浄ガスを、保護ガス雰囲気内での熱処理中にも前述の方法で使用することもできる。

本発明の方法を実施するための装置の該略図 焼きなまし部材の表面及び内部の温度並びに蒸発する汚れの発生量の、処理時間にわたる推移を示す線図 処理時間中の保護ガスの需要量を示すグラフ

符号の説明

１ 焼きなまし室、 ２ 保護ガス供給管路、 ３ 保護ガス排出管路、 ４ 排ガス管路、 ５ 貯蔵部、 ６ コンプレッサ、 ７ 管路、 ８ 装置、 ９ 蒸発する汚れの発生量の特性線、 １２，１３ 特性線、 Ｔ_１ 焼きなまし部材表面の温度推移の特性線、 Ｔ_２ 焼きなまし部材内部の温度推移の特性線

Claims (3)

1. 焼きなまし部材を回分操業式に熱処理する方法であって、焼きなまし部材は焼きなまし室内で洗浄ガスによる空気の洗浄の後に保護ガス下で所定の熱処理温度に加熱され、前記保護ガスは焼きなまし部材から蒸発する汚れの発生量に依存した種々の量で焼きなまし室を通して供給されるようになっている形式のものにおいて、焼きなまし部材から蒸発する汚れの最大発生量の経過後に焼きなまし室から導き出されて所定の残留含有量でしか汚れが含まれていない保護ガスを、必要に応じて一時的な貯蔵の後に、後続の回分の焼きなまし部材の熱処理の際に該焼きなまし部材から蒸発する汚れの発生が増大する間、焼きなまし室内へ供給して再利用し、次いで新鮮な保護ガスを焼きなまし室内へ導入することを特徴とする、焼きなまし部材を回分操業式に熱処理する方法。
2. 洗浄過程の終端近くでまだ残留酸素が含まれる洗浄ガスを焼きなまし室から導き出して、必要に応じて一時的な貯蔵の後に、後続の回分の焼きなまし部材の熱処理の際の洗浄過程中に焼きなまし室内へ供給して再利用する、請求項１に記載の方法。
3. 汚れが含まれる保護ガス若しくは洗浄ガスを、該保護ガス若しくは洗浄ガス内に含まれる汚れの含有量が、貯蔵部内に一時的に貯蔵される保護ガス若しくは洗浄ガスの汚れの平均含有量より１０％高い所定の上限値を下回った場合に、貯蔵部に一時的に貯蔵する、請求項１又は２に記載の方法。

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