KR19990063933A - 열처리된 이중층 또는 다중층 금속 박판으로부터 벌집형상체를제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 두 개의 층 특히, 알루미늄과 압연 결합된 강으로 구성된 적어도 하나의 금속 박판(1)으로부터 벌집형상체를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 금속 박판(1)은 성형되어진 구조물이 적어도 부분적으로 제공되며, 벌집형상체 내부로 적층되거나 감겨져 있으며, 성형 단계 이전에 상기 박판 내부에 발생된 저항열로 열처리된다. 상기 열처리는 바람직하게 유도 코일(6)에 의해 이루어진다. 이러한 방식으로, 냉간 성형의 가능성은 증가되며 이에 필요한 산화층은 한정된 대기(10) 내에서 발생될 수 있다. 본 발명은 에너지 및 장치 비용을 감소시키고 효율이 증대되어진 고품질의 벌집형상체의 제조를 가능하게 한다.

Description

열처리된 이중층 또는 다중층 금속 박판으로부터 벌집형상체를 제조하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 바람직하게 자동차에 결합되는 벌집형상체 특히, 배기 가스 정화 시스템내의 촉매 변환기용 지지체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 벌집형상체의 구성은 예를 들어 EP 0454 712 B1에 기술되어 있는데, 흐름에 영향을 끼치고 촉매 변환기의 효과를 개선시키기 위한 횡단 미세구조물로 기술되어 있다. 벌집형상체는 적어도 부분적으로 구조화된 금속 시이트로부터 감겨있거나, 적층하거나 서로 엇갈리게 구성되어 있으며, 상기 금속 시이트의 구조물은 배기 가스가 통과할 수 있는 채널을 형성한다. 상기 이유로, 주요 구조물은 채널의 크기를 결정한다. 종래 기술에서와 같이, 미세구조물은 주요 구조물보다 더 작은 치수의 구조물이며, 바람직하게 상기 미세구조물은 벌집형상체내의 채널의 방향에 대해 수직으로 배열된다. 상기 방식으로 배열된 미세구조물을 제조하기 위해서는, 필요한 냉간 성형을 위해 상기 금속 박판의 종방향을 따라서 또는 상기 금속 박판에 대해 직각으로 금속 박판 밴드를 구성하는 것이 필요하며, 금속 박판 밴드 폭의 큰 변화없이 냉간 성형이 필요하다.

금속 벌집형상체 제조에 요구되는, 두 개 이상의 층으로 구성된 금속 박판 은 EP 0 159 468 및 US 5366139호에 기술되어 있다. 상기 적층 방식으로 구성된 금속 박판은 소정의 합금 성분으로부터 압연될 수 있으며, 알루미늄으로 압연 결합된 강 시이트가 바람직하게 사용된다. 압연된 이후에 상기 박판을 균일하게 어닐링 하는 것이 가능하며, 금속 벌집형상체의 제조에 적합한 고온의 부식 저항 재료가 생성된다. 그러나, 균일한 어닐링은 에너지 관점에서 비용이 많이 들며, 압연 공정의 비용을 증가시킨다.

균일하게 어닐링되지 못한 압연-결합된 금속 박판으로부터 벌집형상체를 제조하고 그 후 경우에 따라 연속적인 납땜 공정으로 균일한 어닐링을 제공하는 방법이 이전부터 제안되어져 왔다. 이러한 변형예는 에너지 소모 관점에서 덜 소모되나 열처리되지 않은 압연결합된 박판에 의해 금속 시이트를 구성하는 단계를 더 필요로 한다. 그러나, 임의의 제조 단계 특히, 미세구조물의 제조 단계는 압연 결합된 금속 박판이 파열됨 없이(1% 이하) 냉간 성형되어야 하나, 냉간 성형되어질 압연 결합 재료의 그 가능성이 떨어짐으로서 문제점이 발생한다.

최근에, 벌집형상체의 제조 방법은 상기 벌집형상체의 전 부분이 아닌 단부에서만 납땜되었으므로 열처리 공정이 요구된다. 따라서, 예를 들어 WO 89/07 488 호에 기술된 벌집형상체 또는 나선형 또는 S자형의 벌집형상체가 단단하게 결합되며, 그 내부의 단부는 금속 박판을 완전히 가열할 필요없이 외장 파이프상에 간단히 용접되거나 납땜된다. 상기 제조 공정으로 인해, 금속 박판이 균일하게 어닐링되지 않았거나 또는 충분하게 두꺼운 산소층이 부족하여 열처리되지 않았다면, 이후에 촉매 작용으로 피복하여 부착하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 압연 공정의 종결부 또는 필요한 벌집형상체를 제조하는 공정의 종결부에 어닐링이 필요없으며, 대신에 공정 기술 및 에너지 사용에 있어서는 실제적인 제조 공정으로 통합된 열처리를 가능하게 하는 벌집형상체의 제조 공정을 제공하는 것이다. 대응 장치가 또한 제공된다.

상기 목적을 해결하기 위해서는, 적어도 두 개의 층으로부터 구성된 하나 이상의 금속 박판 특히, 알루미늄으로 압연 결합된 강으로부터 벌집형상체를 제조하기 위한 공정이 제공되며, 상기 금속 박판 은 성형되어진 구조물이 적어도 부분적으로 제공되며, 벌집형상체 내부로 적층되거나 감겨져 있으며, 성형 단계 이전에 상기 박판 내부에 발생된 저항열로 열처리된다. 반면에, 본 발명에서 반드시 균일하게 어닐링될 필요가 없는 열처리는 상기 단계에서 냉간 성형되어질 충분한 출력을 얻기 위해 금속 박판 이 벌집형 구조 및 적절한 구조로 성형되기 이전에 이루어지는 것이 중요하다. 또한, 금속 박판이 그 자체로 발생된 저항 열에 의해 가열되는 것이 중요하다. 상기 공정은 에너지 관점에서 매우 바람직하며, 열 손실은 매우 적게 유지된다. 전류가 금속 박판 내에서 흐를 때 저항열이 발생한다. 이는 금속 박판 에 전압을 가하거나 유도 코일에 의해 와류를 발생시킴으로써 얻어진다. 저항열에 의한 가열은 신속하게 가열되어 특히 바람직하며, 그 결과 연속 공정에서 편향 장치없이 비교적 짧은 열처리 영역만을 요하며, 불연속 공정에서 열처리 단계에 비교적 짧은 시간 주기를 갖는다.

연속 공정에서, 금속 박판이 통과되어질 유도 코일에 의한 가열은 특히 적합하다. 박판의 각각의 단면상의 불연속 공정에 있어, 박판 내에 강한 전류를 발생하기 위한 단면에 전압의 인가는 특히 적합하다.

공기에 둘러싸인 박판 표면의 비제어식 반응을 방지하기 위해, 대기가 제한되어 있는 챔버 내에 열처리를 시행하는 것이 유용하다. 공지되어진 것처럼, 산화물 표면내의 과다한 산화물 또는 질화물 결합은 연속적인 피복물의 부착에 바람직하지 못하며, 금속 박판의 완만하고 균일한 산화를 위해 추가되는 소량의 산소 부분에 비활성 가스 특히, 아르곤과 같은 영족 기체(noble gas)로 이루어진 제한된 대기로 챔버를 채우는 것이 바람직하다. 산소의 분압은 표준 압력 이하이며, 바람직하게 몇 millibar 이다. 박판이 열처리 단계시에 최대 온도로 도달함에 따라, 비활성 가스는 기판상에 질소 형성의 위험이 없는 임의의 온도에 이르기까지 질소로 대체될 수 있다. 전술한 바와 같이, 금속 박판이 추가의 제조 공정을 필요로 하지 않으므로 금속 박판을 꼭 완전히 균질화 할 필요는 없으며, 벌집형상체가 차량의 배기 가스 촉매 변환 장치로서 이후에 사용될 때, 피복 공정시 미처 도달하지 않은 온도라 하더라도 배기 공정중 빈번하게 도달되는 우세 온도로 인한 피복의 하소(calcining)로 인해 균일하게 된다.

벌집형상체에서 외장 파이프에 S자 형상 또는 나선형의 금속 시이트가 결합 기술로 상기 단부만이 고정된다. 상기 단부는 결합 과정을 단순화하고 개선시킴으로써 산화물이 없을 때 바람직하다. 본 발명에 따라, 열처리 단계동안 둘러싼 대기에 차폐되거나 냉각되어질 재킷 파이프에 고정되어질 금속 박판 표면 단면인 경우에 바람직하며, 상기 단면은 산화되지 않는다. 이는 연속 공정에서 클램프를 이동시킴으로써 이루어지며, 상기 박판은 비 산화 영역에서 절단되거나 적층된다. 비연속 공정에서, 상기 박판은 먼저 소정의 길이로 절단되고 전류를 도전하는데 제공되는 고정기와 상기 박판의 단부를 제어한다. 상기 고정기는 금속 박판 단면의 단부면을 덮고 냉각하여, 박판이 드러나 있는 영역에서만 산화가 일어나도록 한다. 상기 열처리된 부품은 벌집형상체를 형성하기 위해 성형되며 적층된다.

열처리 단계를 포함한 벌집형상체를 제조하기 위한 대응 제조 장치는 청구범위 11항에 나타나 있다. 상기 장치의 바람직한 배치는 독립항에 기술되어 있으며 도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명되어질 것이다.

도 1은 공지된 제조 조립체의 부분으로 연속적인 열처리 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 불연속 공정의 열 처리 단계를 도시한 도면.

도 1은 적층 방식으로 구성된 금속 박판 (1)으로부터 벌집형상체를 제조하기 위한 장치의 제 1 부품을 개략적으로 도시하고 있다. 박판 테이크업 장치(2)에 의해, 상기 박판은 공급 릴로부터 풀려진다. 도시되지 않은 전달 장치, 예를 들어 파형 구조물을 제조하기 위한 파형 롤러는 공급 릴로부터 금속 박판(1)을 끌어 낸다. 금속 박판(1)이 임의의 성형 장치(7)에 전달되기 이전에, 상기 박판은 금속 박판 전달 영역(8)을 따라 통과하며, 금속 박판 이외에도 적어도 하나의 유도 코일(6), 바람직하게 서로 반대로 배열된 두 개 이상의 유도 코일(6)이 배열되어 있다. 냉간 성형되어질 금속 박판의 성질인 금속 박판(1)의 내부적 성질과 또 다른 화학적 물리적 성질에 영향을 미치고 상기 표면을 특별하게 처리하기 위해서, 상기 금속 박판 전달 영역(8)은 챔버(5) 내에 위치되며, 챔버 내부와 외부로 금속 박판 (1)이 전달되며, 각각의 경우에 있어서 실링 간극(9)을 통해 전달된다. 챔버(5) 내에 바람직하게 소량의 산소 부가물인 아르곤으로 구성된 제한된 대기(10)가 위치된다. 제한된 가스 혼합물은 공급 파이프(4)에 의해 공급되며, 화학 반응과 실링 간극(9)에 의해 초래된 손실은 보정될 수 있다.

공급 릴 및 전달 장치의 임의의 기계적인 특성으로 인해, 박판의 전달은 요동없이 균일하게 전달될 수는 없다. 보정 장치(3)는 박판의 균일한 통로와 박판 상에 거의 동일한 인장 응력을 제공하는 금속 박판 전달 영역(8)의 앞 또는 뒤에 제공된다. 유도 코일(6)은 상기 금속 박판이 열처리에 적합한 온도로 통과할 수 있도록 배열되어 있다. 상기 온도는 필요에 따라, 500 내지 1000℃, 바람직하게는 600℃의 온도이며, 알루미늄의 융점보다 낮다. 특정 상황에서, 열처리는 900℃에서 수행될 수 있으며, 부분적인 균일화 및 신속한 산화는 미리 발생된다. 대체로, 금속 박판의 기계적인 안정성이 다음의 전달시에 충분하도록 산화를 가속화시키는데 충분히 높은 온도로 선택된다.

도 2는 금속 박판 단면(15)의 불연속 열처리를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 금속 박판 단면(15)은 스위치(13)에 의해 전류 또는 전압 공급원(12)에 연결된 두 개의 고정기(11)내에서 장력을 받는다. 상기 스위치(13)는 미리 정해진 시간동안 밀폐되어, 박판을 통해 전류가 흐르며 상기 박판 을 가열시킨다. 상기 고정기(11)는 둘러싸여진 대기에 대해 금속 박판 단면(15)의 단부면(14)을 차폐하고 상기 단부를 냉각하도록 배열된다. 이와 같은 방식으로 단부면(14) 상에서, 외장 파이프에 연속적인 결합을 보다 어렵게 하는 산화물층이 생성되지 않는다. 일반적으로, 불연속 열처리는 도 1에 도시되어진 도면과 유사한 방식으로, 제한된 대기를 함유하는 챔버 내에서 수행될 수 있다.

금속 박판의 전류 유도 작용에 의한 가열은 고정기(11)가 이동하는 박판을 둘러싸고 상기 박판을 따라 이동할 때 연속적으로 수행될 수 있다.

본 발명은 금속 박판상에서 수행되어질 에너지 또는 장치가 보다 고가의, 완전한 균일화 공정없이 미세구조물의 1% 이상 특히, 필요에 따라 3%의 냉간 성형으로 압연 결합된 금속 박판으로부터 벌집형상체의 제조를 가능하게 한다. 연속 촉매 활성층에 개선된 부착을 위해 금속 박판 상에 산화물층을 형성하는 것이 가능하며, 전체 벌집형상체가 완전하게 가열되지 않고 단순화된 결합 기술이 사용될 수 있다.

Claims (20)

1. 적어도 두 개의 다른 층 특히, 알루미늄과 압연 결합된 강으로 구성된 하나 이상의 금속 박판(1)에 의해 벌집형상체를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 금속 박판(1)은 성형 작업에 의해 적어도 부분적으로 구조물로 성형된 후에, 벌집형상체를 형성하기 위해 적층되거나 감겨지는 벌집형상체의 제조 방법에 있어서,

   상기 성형 작업 이전에, 상기 금속 박판(1)은 상기 박판 내에서 발생된 저항열에 의해 열처리되어짐을 특징으로 하는 벌집형상체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 저항열은 유도 코일(6)에 의해 발생됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 저항열은 상기 금속 박판에 전압(12)을 인가함으로써 발생되어짐을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항, 제 2항, 또는 제 3항에 있어서, 상기 방법은 이후의 제조 단계를 통과하는 금속 박판(1) 상에서 연속적으로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 금속 박판 (1)의 단면상에서 불연속적으로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리 단계는 제한된 대기(10) 내에서 발생됨을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 대기(10)는 비활성 가스의 대기 특히, 질소 또는 영족 기체임을 특징으로 하는 방법.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 대기(10)는 일부분의 산소 바람직하게, 표준 대기보다 낮은 산소 분압을 포함하고 있음을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 박판 표면의 단부(14)는 열처리 단계동안 상기 단부가 산화되지 않도록 둘러싸인 대기(10)에 의해 차폐되거나 냉각됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 금속 박판 (1)은 단면으로 분할되며, 열처리 단계시에 상기 단면(15)의 단부(14)가 둘러싸인 대기(10)와 접촉하지 않도록 하기 위해 고정기(11)에 고정되어 상기 고정기(11)에 의한 냉각으로 산화가 발생하는 충분한 온도까지 가열되지 못하게 함을 특징으로 하는 방법.
11. 적어도 두 개 이상의 다른 층 특히, 알루미늄과 압연 결합된 강으로 구성된 금속 박판 (1)의 열처리 장치에 있어서,

    금속 박판(1)이 전달되는 적어도 하나의 금속 박판 전달 영역(8), 및

    상기 금속 박판(1) 내에 저항열을 발생시키기 위한 적어도 하나의 장치(6,13,14,15)를 포함하고 있음을 특징으로 하는 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 장치는 금속 박판(1)으로부터 벌집형상체를 제조하기 위한 장치의 일부분이며, 상기 금속 박판(1)을 성형하기 위한 제 1 장치(7)앞에 배열됨을 특징으로 하는 장치.
13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 장치에는 챔버(5)가 제공되며, 상기 챔버 내부에는 상기 금속 박판(1)이 열처리 단계동안 위치되며 제한된 대기(10)가 발생됨을 특징으로 하는 장치.
14. 제 13항에 있어서, 상기 챔버 내부에는 비활성 가스 바람직하게, 질소 또는 영족 기체로 구성된 대기(10)가 발생됨을 특징으로 하는 장치.
15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 챔버에는 저분압의 산소가 발생되며, 바람직하게 상기 산소 분압은 표준 대기보다 낮음을 특징으로 하는 장치.
16. 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 박판 전달 영역(8) 이외에도, 상기 금속 박판이 가열되도록 적어도 하나의 유도 코일(6)이 상기 금속 박판(1) 내에 와류(eddy current)를 발생시킬 수 있도록 배열되어 있음을 특징으로 하는 장치.
17. 제 16항에 있어서, 상기 금속 박판 전달 영역(8)의 각각의 측면에 적어도 하나의 유도 코일(6)이 배열됨을 특징으로 하는 장치.
18. 제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 박판 전달 영역(8) 앞 또는 뒤에, 상기 금속 박판(1)에 작용하는 인장 응력의 전달 속도를 조절하기 위한 보정 장치(3)가 배열됨을 특징으로 하는 장치.
19. 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 박판(15) 단면에 전압(12)을 통하게 하기 위해 적어도 두 개의 고정기(11)가 제공됨을 특징으로 하는 장치.
20. 제 19항에 있어서, 상기 금속 박판(1)의 단면(14)내에서 산화되지 않도록 상기 고정기(11)가 상기 금속 박판 표면의 단면(14)을 차폐하거나 냉각하도록 형성되어 있음을 특징으로 하는 장치.