JPH06279842A - プラズマ連続鋼板還元装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマガス化（原子・イオン状態）した還
元ガスを、スケールの付いた鋼板の表面に噴射し、該還
元ガスのもつ活性な還元性を利用して、鋼板のスケール
を除去することにより、従来の酸洗装置のように場所を
取ったり、廃液を発生させることのない、コンパクトで
安全な装置を提供する。 【構成】 本発明では、上記課題を解決するため、酸洗
液による酸洗処理に代え、内部を作動ガスで充填し、外
気が混入しないようにした雰囲気炉と、該雰囲気炉内に
おいて連続的に走行する鋼板に対面しプラズマガスを噴
射するプラズマ発生装置と、プラズマ発生装置用電源
と、プラズマガスを噴射され熱くなった鋼板を冷却する
冷却装置と、作動ガスを循環するために循環装置を備え
た作動ガス循環炉と、作動ガス中の水分を除去するため
の凝縮器と、冷却装置に供給するガスを冷やすための冷
却器からなるプラズマ連続鋼板還元装置を提供するもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製鉄プロセスにおける
鋼板表面のスケール除去に適用されるプラズマ連続鋼板
還元装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋼板のスケール除去は、鋼板表面
の酸化層を酸洗液で酸洗洗浄することにより行われてき
た。この酸洗液を用いた酸洗洗浄について、図６により
説明する。長さ数１０ｍの酸洗槽２２には、酸洗液２３
が入れられており、その中をスケールの付いた鋼板２１
が走行する。走行中に鋼板表面のスケールは、酸洗液２
３により除去される。酸洗後、スケール除去された鋼板
２１は、さらに冷水スプレー槽２４および温水槽２５を
通り、鋼板表面に付着した酸洗液を洗浄・除去した後、
ドライヤ２６で乾燥される。

【０００３】一方、酸洗液２３は、酸洗能力低下に伴
い、廃液として回収され、新しい酸洗液と交換される。
酸洗能力が低下し、廃液として回収された酸洗液は図示
されていない処理装置により処理されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の酸洗では、鋼板
のスケール除去速度が遅いため、数１０ｍにおよぶ長い
酸洗装置が必要で、また鋼板に付着した酸洗液を洗浄・
除去するため、冷水スプレーや温水槽が必要となり、設
備が広い設置面積を専有している。

【０００５】酸洗液は酸洗処理の実施に伴い、酸洗能力
低下をきたし、一定条件のもとに新しい酸洗液と交換す
る必要がある。その結果、廃液が発生するため、回収・
処理装置が別途必要であり、必要設備設置面積が広くな
り、また公害防止上の対策が必要であった。

【０００６】また上述した焼鈍，酸洗の他には、鋼板を
窒化する方法としてのバッチ式の低圧下でのイオン窒化
法や、鋼板を浸炭する方法としてのバッチ式の低温下で
のイオン浸炭法等があるが、これらの方法はいずれもそ
の処理に時間がかかると共にその装置も大型なものにな
り問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するため、酸洗液による酸洗処理に代え、内部を作
動ガスで充填し、外気が混入しないようにした雰囲気炉
と、該雰囲気炉内において連続的に走行する鋼板に対面
しプラズマガスを噴射するプラズマ発生装置と、プラズ
マガスが噴射され熱くなった鋼板を冷却する冷却装置
と、作動ガスを循環するために循環装置を備えた作動ガ
ス循環路と、作動ガス中の水分を除去するための凝縮器
と、冷却装置に供給するガスを冷やすための冷却器とか
らなることを特徴とする。

【０００８】また、上記構成において、プラズマと鋼板
との間に電場を印加する電場印加手段を設けたことを特
徴とする。

【０００９】

【作用】本発明のプラズマ連続鋼板還元装置では、還元
ガスを含んだ作動ガスで充填された雰囲気炉内に、プラ
ズマ発生装置を設置し、該作動ガスをプラズマガス化し
ている。

【００１０】プラズマガス中の還元ガスは原子・イオン
状態で存在する。原子・イオン状態の還元ガスと酸素の
結合力は、ほとんどの金属と酸素との結合力より強いた
め、原子・イオン状態の還元ガスは強い還元性を示す。

【００１１】このプラズマガスを、搬送されてくるスケ
ールの付いた鋼板に噴射することにより、プラズマガス
中の原子・イオン化された還元ガスが鋼板表面のスケー
ルと反応し、スケール中の酸素を奪い、スケール即ち金
属酸化物を還元・除去する。

【００１２】尚、作動ガスは、循環使用すると共に、脱
スケール後の鋼板の冷却用ガスとしても使用される。

【００１３】プラズマ発生装置で解離、電離されたガス
は、電子と反応の活性なイオンに分かれる。鋼板表面を
改質するのはイオンであり、そのイオンをより多く鋼板
に到達させ鋼板表面と反応させるために、鋼板とプラズ
マに電場を印加する。

【００１４】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。

【００１５】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
に係るプラズマ連続鋼板還元装置の構成図である。ま
た、図２は本発明の実施例に使用するプラズマ連続鋼板
還元装置の細部を説明するための構成図および電源との
配線図を示している。

【００１６】図１，図２に示すように第１の実施例に係
るプラズマ連続鋼板還元装置は、内部を作動ガスで充填
し、外気が混入しないようにした雰囲気炉１と、該雰囲
気炉内１において連続的に走行するスケールの付いた鋼
板７に対面しプラズマガス１０を噴射するプラズマ発生
装置２と、プラズマガス１０が噴射され熱せられたスケ
ール除去後の鋼板８を冷却する冷却装置３と、作動ガス
９としての冷却ガス１１を循環する循環装置（図示せ
ず）を備えた作動ガス循環路６と、作動ガス中の水分を
除去するための凝縮器４と、上記冷却装置３に供給する
ガスを冷やすための冷却器５とから構成されている。

【００１７】上記構成において、図１に示すように、ス
ケールが付着した鋼板７は、図示されていない搬送装置
により、雰囲気炉１に設けられたシール装置（図示省
略）を介して炉内に導かれる。雰囲気炉１に導かれた鋼
板７は雰囲気炉１内に設置された１対のプラズマ発生装
置２の間を走行する。

【００１８】この時、プラズマ発生装置２では、図２に
示す通り、陰極１２と陽極１３との間に、直流電源１４
から供給される電流により放電１５を発生させ、該放電
１５により、アルゴンガスに還元ガスとして水素を添加
した作動ガス９にエネルギーを与え、プラズマガス１０
を発生させている。

【００１９】プラズマ発生装置２で放電プラズマ化する
と、水素分子は水素原子になり、さらに水素原子は水素
イオンと電子とに分割され、原子・イオン状態で存在
し、大気圧プラズマでは、２７００Ｋでも、水素の半数
は原子状態にある。原子・イオン状態の水素と酸素の配
合力は、ほとんどの金属と酸素の結合力より強いため、
金属酸化物を容易に還元することができる。

【００２０】該プラズマガス１０は、図１で示す一対の
プラズマ発生装置２からスケールの付いた鋼板７の上下
両面に噴射されている。該プラズマガス１０には、還元
ガス（実施例では、アルゴンガスに還元ガスとして水素
を添加したが、窒素ガスに水素を添加しても同じ効果を
得られる。）が含まれており、この還元ガスにより、ス
ケールが付着した鋼板７は急速に還元され、スケールは
除去される。

【００２１】プラズマガス化して噴射されたプラズマガ
ス１０は、還元反応後、図示されないガス循環装置によ
り、作動ガス循環路６に導かれる。

【００２２】プラズマガス１０が噴射され熱せられたス
ケール除去後の鋼板８は、雰囲気炉１内で、プラズマ発
生装置２の後段に設置された一対の冷却装置３に導かれ
る。

【００２３】当該冷却装置３からは、冷却器５で冷却さ
れた作動ガス（冷却ガス１１）が、スケール除去後の鋼
板８の上下両面に噴射され、該鋼板８を冷却する。冷却
されたスケール除去後の鋼板８は、図示されていない搬
送装置により、雰囲気炉１から出て、次工程に送られ
る。

【００２４】冷却に使用された冷却ガス１１は、プラズ
マガス化して噴射されたガスと同様図示されないガス循
環装置により、作動ガス循環路６に導かれる。

【００２５】ところで、作動ガス循環路６に導かれた作
動ガスは、凝縮器４に導かれ、そこでスケール除去時生
成し混入した水分が除かれた後、プラズマ発生装置２に
送られ、再びプラズマガス化して還元に使用される。

【００２６】凝縮器４で脱水された作動ガスの一部は冷
却器５に導かれ、冷却された後、冷却装置３に導かれ、
再び冷却ガス１１として使用される。

【００２７】以上本発明の実施例を具体的に説明した
が、本発明により、鋼板のスケール除去装置はコンパク
ト化され、また作動ガスは循環再利用が可能な上、廃液
なども発生することなく、鋼板のスケール除去を行う事
が可能になった。

【００２８】尚、本発明における還元ガス、作動ガスは
上記実施例に限定されるものではなく、プラズマガス化
により活性化が図れる還元ガスをプラズマガス化し、ス
ケールのついた鋼板に噴射すれば、同じような効果を得
ることが可能であり、又、還元ガス、冷却用ガスを各々
独立の循環系路とし、使用ガスを異ったガスで構成して
も同じ効果が得られるものである。

【００２９】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
に係るプラズマ連続鋼板還元装置の構成図である。また
図４は電場印加電源と搬送ロールの取付けを表わす図、
及び図５は電場印加用電源とプラズマ発生装置の取付け
を表わす図を示している。

【００３０】図３〜図５に示すように、第２の実施例に
係るプラズマ連続鋼板還元装置は、前述した実施例１の
装置において、プラズマと鋼板との間に電場を印加する
手段としての電場印加用電源１０７を設けている。

【００３１】図３，図５に示すように第２の実施例に係
るプラズマ連続鋼板還元装置は、内部を作動ガスで充填
し、外気が混入しないようにした雰囲気炉１０３と、該
雰囲気炉内１０３において連続的に走行する鋼板１０１
に対面しプラズマガス１０６を噴射するプラズマ発生装
置１０５と、プラズマガス１０６が噴射され熱せられた
スケール除去後の鋼板を冷却する冷却装置１０８と、作
動ガスとしての冷却ガス１０９を循環する循環装置を備
えた作動ガス循環路（図示せず）と、作動ガス中の水分
を除去するための凝縮器（図示せず）と、冷却装置１０
８に供給するガスを冷やすための冷却器（図示せず）
と、プラズマガス１０６と鋼板１０１との間に電場を印
加する電場印加電源１０７とから構成されている。

【００３２】上記構成において、図３に示すように、鋼
板１０１は、搬送ロール１０２を通して還元雰囲気炉１
０３に入る。還元雰囲気炉１０３と搬送ロール１０２と
は絶縁材１０４により、電気的に絶縁されている。この
還元雰囲気炉１０３内で走行する鋼板１０１は、プラズ
マ発生装置１０５より発生したプラズマガス１０６によ
り、還元・窒化・浸炭等の表面処理が施される。

【００３３】その際、電場印加用電源１０７によりプラ
ズマ発生装置１０５と搬送ロール１０２との間、すなわ
ちプラズマガス１０６と鋼板１０１との間に電場を印加
する。その後、表面処理された鋼板は、ガス冷却装置１
０８から吹き出る冷却ガス１０９により冷却され、搬送
ロール１１０を通して還元雰囲気炉１０３の外に搬送さ
れる。

【００３４】図４において、図３中の搬送ロール１０２
と還元雰囲気炉１０３及び電場印加用電源１０７の取り
付け方法を示す。ここで搬送ロール１０２は、ベアリン
グ１１１に支持されて駆動モータ１１２によって駆動さ
れる。このベアリング１１１は、還元雰囲気炉１０３と
絶縁材１０４によって電気的に絶縁されている。電場印
加用電源１０７の電極の一方は駆動モータ１１２のケー
シングに接続している。

【００３５】図５においては、図３中のプラズマ発生装
置１０５と電場印加電源１０７の取り付けの方法を示
す。ここで、電場印加電源１０７の電極の一方を、プラ
ズマ発生装置１０５を構成する陽極１１３、あるいは陰
極１１４のいずれかに取り付けるようにしている。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のプラズマ連
続鋼板還元装置によれば、プラズマガス化した還元ガス
の活性が強く、ほとんどの金属酸化物より酸素と結合し
易く、酸洗では除去しにくい金属酸化物も還元可能な
上、還元速度が速く、また酸洗液等が付着しないため、
冷水スプレー槽や温水槽、ドライヤなどが不要になり、
装置がコンパクトになる。

【００３７】また、作動ガス循環再利用が可能で、酸洗
液の場合のような、廃液が発生することもなく、清潔で
安全な装置になる。

【００３８】また、プラズマガスと鋼板との間に電場を
印加する電場印加用手段を設けたので、処理速度が速く
なり、また従来より装置をコンパクトにすることができ
る。さらに、印加する電場の強さを制御することによ
り、鋼板の搬送速度・プラズマ出力とは独立に鋼板表面
上の窒化、浸炭層などの厚みを制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるプラズマ連続鋼板還元
装置の構成図である。

【図２】本発明の実施例で使用したプラズマ発生装置の
構成図および電源配線図である。

【図３】本発明の一実施例としての装置の構成図であ
る。

【図４】電場印加電源と搬送ロールとの取付けを示す図
である。

【図５】電場印加電源とプラズマ発生装置との取付けを
示す図である。

【図６】従来からスケール除去手段として行われている
酸洗液による酸洗装置の構成図である。

【符号の説明】

１，１０３ 雰囲気炉 ２，１０５ プラズマ発生装置 ３，１０８ 冷却装置 ４ 凝縮器 ５ 冷却器 ６ 作動ガス循環路（循環装置を含む） ７ スケールの付いた鋼板 ８ スケールが除去された鋼板 ９ 作動ガス １０，１０６ プラズマガス（作動ガスがプラズマ化さ
れたもの） １１，１０９ 冷却ガス（冷却用に使用する作動ガス）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三原 一正 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を作動ガスで充填し、外気が混入し
   ないようにした雰囲気炉と、該雰囲気炉内において連続
   的に走行する鋼板に対面しプラズマガスを噴射するプラ
   ズマ発生装置と、プラズマガスが噴射され熱くなった鋼
   板を冷却する冷却装置と、作動ガスを循環するために循
   環装置を備えた作動ガス循環路と、作動ガス中の水分を
   除去するための凝縮器と、冷却装置に供給するガスを冷
   やすための冷却器とからなることを特徴とするプラズマ
   連続鋼板還元装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ連続鋼板還元装
   置において、プラズマと鋼板との間に電場を印加する電
   場印加手段を設けたことを特徴とするプラズマ連続鋼板
   還元装置。