JP6792563B2 - 反応制御のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、連続亜鉛めっき又は焼きなましラインにおいて輸送される鋼ストリップ上の表面反応を制御するための装置及び方法に関する。
高強度鋼グレードは、一般にケイ素、マンガン、及びクロムのような元素を高含有量（それぞれ典型的には０．５〜２重量％、１．５〜６重量％、及び０．３〜１重量％）で含む。高強度鋼グレードを被覆することは難しい。なぜなら、それらの元素の酸化物層が亜鉛めっき浴における浸漬に先行する焼きなまし時に形成されるためである。この酸化物層は、浴中に沈められるときに鋼表面のぬれ性を害する。結果として、被覆で覆われていない領域及び被覆の劣った付着が得られる。
鋼ストリップの表面品質、従って表面のぬれ性は、焼きなまし炉を通る雰囲気を調節することによって改良されることができることが良く知られている。例えば、特許ＵＳ８６３６８５４は、異なる雰囲気を有する三つの領域に分割された焼きなまし炉を開示する。第一領域では、ストリップは、少なくとも２％のＨ２を含有する還元雰囲気において７５０℃を越える温度まで加熱される。酸化条件下で操作する第二領域では、鉄表面は、酸化鉄層に変換され、還元条件下で操作する第三領域では、予め形成された酸化物層は、還元される。この方法、及びこの方法を実施するために使用される炉は、以下のようにまとめられることができる幾つかの欠点を有する：
− 鉄表面の酸化前の還元雰囲気は、合金化元素の外部酸化の危険を高める。これは、特に酸化が７５０℃のような高温で起こるときに当てはまる。なぜならマンガンのような元素は、６００℃を越えると有意に酸化を開始するからである。
− 酸化領域、即ち第二領域は、特定のケーシングを全く持たない炉の内側に位置される。それは、酸化室が耐えなければならない高温、並びに様々な領域に分離するために使用されることができる最終的な装置のために多くの技術的な問題を生じる。さらに、酸化区域が主要な炉の内側にあるとき、表面を見ることができないのでシートの酸化状態を制御することは極めて難しい。それゆえ、測定システムは、設置されることができない。
− 鉄表面の酸化前の還元雰囲気は、合金化元素の外部酸化の危険を高める。これは、特に酸化が７５０℃のような高温で起こるときに当てはまる。なぜならマンガンのような元素は、６００℃を越えると有意に酸化を開始するからである。
− 酸化領域、即ち第二領域は、特定のケーシングを全く持たない炉の内側に位置される。それは、酸化室が耐えなければならない高温、並びに様々な領域に分離するために使用されることができる最終的な装置のために多くの技術的な問題を生じる。さらに、酸化区域が主要な炉の内側にあるとき、表面を見ることができないのでシートの酸化状態を制御することは極めて難しい。それゆえ、測定システムは、設置されることができない。
分離されたケーシングに位置される幾つかの領域を含む炉が存在する。一例として、特許ＵＳ４１８３９８３は、三つの物理的に分離された区域を有する炉を開示する。燃料−空気の比率が調整されて燃焼から生じるガスの必要な還元特性を与える第一直接燃焼領域がある。６％未満の水素を有する低還元雰囲気を有する第二領域があり、最後にストリップが還元条件下で冷却される第三領域がある。上で示すように、第一領域での加熱時に使用される還元条件は、合金化された鋼のために適切でない。さらに、燃料−空気の比率を調整することによって操作する直接燃焼炉は、表面反応を制御するパラメータの微調整を可能にしない。
本発明は、第一区域、第二区域、及び第三区域を連続的に含む炉を通って走行する鋼ストリップ上の表面反応を制御するための方法であって、第二区域及び第三区域における雰囲気が、それぞれ酸化及び還元するものであり、第一区域において、雰囲気が、酸化鉄層を潜在的に形成するために酸化するものであり、前記雰囲気が、２％未満のＨ２含有量、０．１％未満のＯ２含有量、０．０３％より高い、好ましくは０．０３５％より高い、Ｈ２ＯもしくはＣＯ２、又はＨ２Ｏ＋ＣＯ２の含有量を有し、上記の百分率は、体積で表示されるものに関する。
特定の好ましい実施形態のよれば、本発明による方法は、以下の特徴の少なくとも一つ又は好適な組み合わせをさらに開示する：
− 第一区域における露点が、制御され、−５０〜−１５℃、好ましくは−３０〜−１５℃の範囲である。；
− ストリップが、第一区域において６００〜７５０℃、好ましくは６５０〜７５０℃、より好ましくは６５０〜７００℃に加熱される；
− ＣＯ＋ＣＯ２の濃度が、第一区域で制御され、２体積％未満に維持される；
− 第二区域において、酸化剤媒体と不活性ガスの混合物が注入され、前記酸化剤媒体が、酸素であり、混合物中の酸素の濃度が、０．１〜５体積％、好ましくは０．５〜２体積％である；
− 混合物が、ストリップの各側について５０〜３００Ｎｍ３／ｈの範囲の流量で注入される；
− 第二区域において、ストリップの温度が、５００〜７００℃に維持される；
− 第二区域におけるストリップの滞留時間が、１〜１０秒である；
− 第三区域において、ストリップが、７５０〜８７０℃の温度まで加熱される；
− 第三区域において、Ｈ２の濃度が３〜３０体積％、好ましくは５〜２０体積％に調整される；
− 第三区域において、露点が−５０〜−５℃、好ましくは−２０〜−１０℃に制御される。
− 第一区域における露点が、制御され、−５０〜−１５℃、好ましくは−３０〜−１５℃の範囲である。；
− ストリップが、第一区域において６００〜７５０℃、好ましくは６５０〜７５０℃、より好ましくは６５０〜７００℃に加熱される；
− ＣＯ＋ＣＯ２の濃度が、第一区域で制御され、２体積％未満に維持される；
− 第二区域において、酸化剤媒体と不活性ガスの混合物が注入され、前記酸化剤媒体が、酸素であり、混合物中の酸素の濃度が、０．１〜５体積％、好ましくは０．５〜２体積％である；
− 混合物が、ストリップの各側について５０〜３００Ｎｍ３／ｈの範囲の流量で注入される；
− 第二区域において、ストリップの温度が、５００〜７００℃に維持される；
− 第二区域におけるストリップの滞留時間が、１〜１０秒である；
− 第三区域において、ストリップが、７５０〜８７０℃の温度まで加熱される；
− 第三区域において、Ｈ２の濃度が３〜３０体積％、好ましくは５〜２０体積％に調整される；
− 第三区域において、露点が−５０〜−５℃、好ましくは−２０〜−１０℃に制御される。
本発明はまた、上記の方法を実施するための炉に関し、前記炉は、区別されるケーシング中にそれぞれ位置される、第一区域、第二区域、及び第三区域を含み、各区域は、制御手段を与えられ、第一区域は、露点、Ｈ２含有量、及びＣＯ含有量を制御するための手段を与えられている。
特定の実施形態によれば、炉の第一区域は、抵抗加熱、誘導加熱又は放射管加熱器を含む。
本発明は、例示的図面に基づいて以下により詳細に記載されるだろう。本発明は、例示的な実施形態に限定されない。ここに記載されかつ／又は示された全ての特徴は、本発明の実施形態において単独で使用されるか、又は異なる組み合わせで組み合わせられることができる。本発明の様々な実施形態の特徴及び利点は、以下に示す添付図面を参照して以下の詳細な記述を読むことによって明らかになるだろう。
本発明は、合金化された鋼に対して最適なぬれ性を得るために調整された工程パラメータを有する方法を提供することを目的とする。この目的のため、炉が特別に開発された。この炉は、各々が雰囲気を注意深く制御するための手段を含む分離したケーシングに位置される異なる区域を有する。炉は、０．１％より高い割合でＭｇ及びＳｉを添加した様々な割合でＺｎ、Ａｌ、又はそれらの二つの組み合わせを含む液体金属によって被覆されるべき鋼シートを焼きなますように作られている。本発明による炉はまた、溶融亜鉛めっき設備なしで連続焼きなましラインで使用されることができる。
図１に示すように、この炉は、効果的な封止装置によって分離される三つの良く規定された区域を含む。良く規定されたとは、各区域がそれ自身の断熱、加熱要素（もし必要なら）、及び制御手段を有するケーシングに位置されることを意味し、制御手段は、露点、水素含有量、酸素含有量、一酸化炭素含有量、及び温度を制御するための手段である。
第一区域は、加熱要素及びローラーを含む従来の加熱区域である。それは、当業者に良く知られた技術で設計される。この区域では、合金化元素の外部酸化の危険を制限し、ある場合において酸化Ｆｅを形成することを潜在的に開始するためにわずかに酸化する雰囲気を持つことが必須である。この目的のため、Ｈ２含有量は、２％未満であり、Ｏ２レベルは、０．１％未満であるが、この雰囲気をわずかに酸化するものにさせるためには、Ｈ２ＯもしくはＣＯ２含有量又はＨ２ＯとＣＯ２（Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２）の合計は、０．０３％より多く、好ましくは０．０３５％より多い。雰囲気は、Ｈ２、露点、及びＣＯに関して制御され、残りは、不活性ガスである。それは、上で示したように２％未満のＨ２含有量、−５０〜−１５℃、好ましくは−３０〜−１５℃の露点で制御される。それらの目標値は、所定割合の水素を有するＨ２＋Ｎ２の混合物を注入することによって、及びもし必要なら蒸気の最終的な注入によって調整される。ＣＯ及びＣＯ２（ＣＯ＋ＣＯ２）の合計は、区域における燃焼を避けるために２％未満に維持される。ストリップは、６００〜７５０℃、好ましくは６５０〜７５０℃、より好ましくは６５０〜７００℃の温度に加熱され、前記温度は、高温計によって測定される。
第二区域では、Ｏ２＋Ｎ２混合物は、鋼シートの表面上に制御された酸化鉄層を形成するために注入される。Ｏ２の濃度は、０．１〜５％の範囲であるが、好ましくは０．５〜２％である。この区域は、１つ又は２つの曲げローラーを使用してＵ形状のような様々な形状を有することができ、又はいかなるローラーもなしで真直ぐであることができる。この室の長さは、１〜１０秒のストリップの滞留時間を持つように計算される。この室は、もし必要なら加熱要素を含むことができるが、それは、断熱される。主に酸素に基づくが、ＣＯ２を含むこともできる酸化剤媒体は、文献ＥＰ１５１６２３４１に記載されているような特別な装置によってこの室に注入されることができる。この雰囲気は、各側に別個に注入される。それは新しいか又は循環されることができ、冷却又は加熱されることができる。好ましくは、注入された流れは、ファンによって循環される。室からの反応した雰囲気は、ファンによって吸引され、酸化剤含有量は、望ましい酸化剤含有量に従って幾らかの空気を加える装置によって調整される。この不活性ガス＋酸化剤の混合物の温度は、加熱要素によって好ましくは５００〜７００℃の範囲に調整され、ストリップの各側で規定された流れで最終的に注入される。注入された体積は、室サイズに依存するが、典型的には２メートル幅の室に対して一つの側あたり５０Ｎｍ３／ｈより多く、好ましくは１００〜３００Ｎｍ３／ｈである。第二区域における雰囲気パラメータを制御するための手段の一例が図２に与えられている。炉の第一及び第三部分における酸化剤の逃避を最小にするために、封止システムは、二対間で雰囲気の注入及び抽出を有する二対のローラーから構成されることが好ましい。この区域は、それ自身の完全なケーシングを持つので、走行するシート上の酸化物厚さを測定するためにストリップの各側に装置を設置することが容易である。制御手段は、酸化物厚さが均一であるかどうかをチェックするための走査システムをさらに含むことができる。
炉の第三区域は、第一区域と同様であり、所望の温度、好ましくは７５０〜８７０℃にストリップを加熱する目的を持つ。この区域における雰囲気は、第二室に形成された酸化鉄を還元することができるガスから構成される。従来の実施法は、不活性ガスと混合されたＨ２を使用することである。Ｈ２の濃度は、目的とする還元動力学に依存して、３〜３０％、好ましくは５〜２０％に調整可能である。この区域における露点は、高強度鋼が処理されるとき、−５０〜−５℃（好ましい範囲は、−２０〜−１０℃）に制御される。この区域における不活性ガス＋Ｈ２ガスの入って来る流れと出て行く流れの制御は、各区域における圧力、Ｈ２含有量、及び露点の測定、並びに雰囲気を逃避させ、最終的な希釈を促すための様々な弁の開放に基づく。最後に、この区域の雰囲気は、対のローラー又はバッフル板のようなダンパーなどによって冷却区域である炉の第四区域から分離され、この雰囲気と次の区域の雰囲気の交換を制限する。
本発明は、図面及び前述の記載において詳細に示されかつ記載されたが、かかる図示及び記載は、説明的又は例示的なものであり、限定されないと考えられるべきである。以下の請求項の範囲内で当業者は変更及び修正を行なうことができることが理解されるだろう。特に、本発明は、上及び下に述べた異なる実施形態からのいかなる組み合わせの特徴も有するさらなる実施形態を包含する。
請求項に使用される用語は、前述の記載と一致するような最も広い合理的な解釈を持つと考えられるべきである。例えば、ある要素を導入する際の冠詞「ａ」又は「ｔｈｅ」の使用は、複数の要素を除外するものとして解釈されるべきでない。同様に、「又は」の引用は、Ａ及びＢの一つだけが意図されるということが内容又は前述の記載から明らかでない限り、「Ａ又はＢ」の引用は、「Ａ及びＢ」を除外しないものとして解釈されるべきである。
１ 焼きなまし炉
２ 第一区域
３ 第二区域
４ 第三区域
５ ストリップ又はシート
６ 封止ローラ―
２ 第一区域
３ 第二区域
４ 第三区域
５ ストリップ又はシート
６ 封止ローラ―
Claims (9)
- 封止手段によって分離された、第一区域（２）、第二区域（３）、及び第三区域（４）を連続的に含む炉（１）を通って走行する鋼ストリップ（５）上の表面反応を制御するための方法であって、第二区域（３）及び第三区域（４）における雰囲気が、それぞれ酸化及び還元するものであり、第一区域（２）において、鋼ストリップ（５）が６００〜７５０℃に加熱され、雰囲気が以下の条件を有し、わずかに酸化するものである、方法：
− ２％未満のＨ２含有量、
− ０．１％未満のＯ２含有量、
− ０．０３％より高い、Ｈ ２ ＯもしくはＣＯ２、又はＨ２Ｏ＋ＣＯ２の含有量、
− −５０〜−１５℃の範囲の制御された露点、
− ２％未満に維持されたＣＯ＋ＣＯ２の制御された濃度、但し、上記の全ての百分率は、体積で表示される。 - 第一区域（２）における露点が、−３０〜−１５℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
- ストリップ（５）が、第一区域（２）において６５０〜７５０℃に加熱される、請求項１又は２に記載の方法。
- 第二区域（３）において、酸素と窒素の混合物が、ストリップ（５）の各側上で注入され、混合物中の酸素の濃度が、０．１〜５体積％である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- 第二区域（３）において、ストリップ（５）の温度が、５００〜７００℃に維持される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
- 第二区域（３）におけるストリップ（５）の滞留時間が、１〜１０秒である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 第三区域（４）において、ストリップ（５）が、７５０〜８７０℃の温度まで加熱される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
- 第三区域（４）において、Ｈ２の濃度が、３〜３０体積％に調整される、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
- 第三区域（４）において、露点が、−５０〜−５℃に制御される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
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