KR20050042201A - 금속 스트립의 연속적 열처리 과정 중 분위기 조절 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립을 챔버내의 가열구역과 냉각구역에 통과시키는 단계, 질소와 제1 보호가스 분위기보다 더 많은 제2수소를 포함하는 조정된 제2 보호가스가 있는 냉각구역을 제외한 챔버내에 질소와 제1수소를 포함하는 제1 보호가스 분위기를 형성하는 단계, 질소를 챔버내로 도입시키는 단계, 상기 냉각구역으로 제2 보호가스 분위기보다 더 많은 제3수소를 함유하고 있는 보호가스를 주입시키는 단계, 상기 제1 보호가스 분위기를 가지고 있는 챔버의 한 구역과 상기 냉각구역 사이의 가스 교환을 형성하는 단계 그리고 상기 질소의 도입 유량과 상기 보호가스의 주입 유량을 조절하는 단계를 포함하는 금속 스트립을 열처리를 하는 방법에 관한 것이다.

Description

금속 스트립의 연속적 열처리 과정 중 분위기 조절 방법 {Atmosphere Control During Continuous Heat Treatment of Metal Strips}

본 발명은 대기압보다 높은 압력을 가지는 열처리 챔버안에서,

- 금속 스트립을 챔버의 적어도 하나의 가열구역에 통과시키는 단계,

- 상기 스트립을 챔버의 적어도 하나의 냉각구역에 통과시키는 단계, 및

- 질소와 제1 보호가스 성분보다 더 많은 제2수소 및/또는 헬륨을 포함하는 조정된 제2 보호가스가 있는 적어도 하나의 냉각 구역을 제외하고, 챔버 내에 질소와 제1수소 및/또는 헬륨을 포함하는 제1 보호가스 분위기를 형성하는 단계를 포함하는 금속 스트립을 열처리 하는 방법에 관한 것이다.

연속적으로 이동하는 스트립이나 시트를 처리하는 노(爐)(furnaces)에 관해서는 오래전부터 알려져 있다. 예를 들어 이러한 노들은 금속 스트립의 연속적인 어닐링 또는 연속적인 아연도금 그리고 스트립이 보호가스 분위기하에서 처리되는 다른 형태의 설비를 위해서 사용된다.

이러한 노들은 바람직하게는 온도유지구역을 구비한 하나 이상의 가열구역과 가능하게는 과-시효(over-ageing) 또는 등화구역에 의해 분리되는 하나 이상의 냉각구역을 포함할 수 있다.

이동하는 시트를 산화작용으로부터 보호하기 위하여, 질소가스나 혹은 질소와 소량의 수소 및/또는 헬륨의 혼합가스인 분위기 가스로 상기 시트를 보호하는 방법이 알려져 있다. 동시에 이 분위기 가스는 노의 챔버안의 기압을 대기압보다 좀 더 높게 유지시킨다.

고온의 스트립과 수소가스 혹은 헬륨가스 사이의 열전달을 향상시키기 위하여, 급속냉각구역이나 담금질 구역에서, 나머지 구역의 분위기에서 보다 수소 및/또는 헬륨의 함량이 상당히 더 높은 질소와 수소 및/또는 헬륨의 혼합물을 함유하는 보호가스 분위기를 조절하는 것이 이미 제안되었다(예를 들어 JP-55-1969, FR-A-2375334, EP-B-0 795 616 및 EP-B-0 815 268 참조).

이러한 설비들은 가능한 한 가스가 통과할 수 없도록 챔버의 냉각구역과 나머지 구역 사이의 엄격한 구분을 요구하며, 이는 상기 냉각구역의 입구와 출구를 밀폐할 수 있는 복잡하고 값비싼 장치를 필요로 한다. 이러한 장치들은 일반적으로 스트립이 손상될 위험을 감수하고 지나가야만 하는 구역과 불활성 가스가 주입되는 에어로크 사이를 밀폐하는 장치를 포함한다. 또한, 모든 이러한 설비들은 혼합가스가 각각의 구역으로 도입되기 전에 한편으론 수소 및/또는 헬륨을, 다른 한편으론 질소를 여러가지 필요한 비율로 혼합하는 하나 이상의 혼합기가 제공되어야 한다. 그러므로 상기 혼합기로 인하여 설비 전체의 비용 상승과 설비의 상당한 부피 증가를 초래한다.

도1은 보호 가스 분위기에서 금속 시트의 연속적인 어닐링을 위한 노를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 목적은 스트립을 효과적으로 냉각시키는 보호가스 분위기하에서 금속 스트립을 열처리하는 간단하고 저렴한 방법을 개발함으로써 이러한 문제점을 해결하는 것이다.

이러한 문제점들은 본 발명의 방법에 의해 해결된다. 상기한 기술분야의 본 방법은:

- 챔버 내로 질소를 적어도 1회 이상 도입시키는 단계,

- 상기 제2 보호가스보다 더 많은 제3수소 및/또는 헬륨을 포함하는 보호가스를 상기 제2 보호가스를 가지는 적어도 하나의 냉각구역으로 적어도 1회 이상 주입시키는 단계,

- 상기 제1 보호가스 분위기를 가지는 챔버의 적어도 하나의 구역과 상기 제2 보호가스 분위기를 가지는 적어도 하나의 냉각구역 사이에서 가스를 교환하는 단계, 및

- 각 구역들 사이의 가스 교환에 따른 상기 적어도 1회 이상의 도입 유량 및 상기 적어도 1회 이상의 주입 유량, 챔버의 압력 및 상기 제1,2 보호가스 분위기에서 얻어지는 수소 및/또는 헬륨의 함량을 조절하는 단계를 포함한다.

이 방법은 오히려 각 구역 사이의 가스 교환을 추구하므로 챔버의 각 구역 사이를 밀폐하는 분리 시스템이 필요치 않은 이점과 챔버안으로 가스가 주입되기 전에 다른 가스들과 미리 혼합되지 않아도 되는 이점이 있다. 또한, 수소 및/또는 헬륨의 총 양이 이러한 형태의 설비에 일반적으로 사용되는 정도로 유지되기 때문에, 수소 및/또는 헬륨의 부가적인 소비는 필요치 않다. 게다가, 수소 및/또는 헬륨 가스는 냉각구역에 더 많은 비율로 존재하여, 냉각 효율을 향샹시키고 챔버내로 우연히 유입된 공기로 인한 산화반응을 감소시킬 수 있다.

서두의 단계에서, 질소 가스는 순수 가스 뿐만 아니라 질소 가스로 판매되는 공업용 가스도 의미하며 다른 성분들, 특히 수소나 헬륨을 소량 함유할 수도 있다.

바람직하게는, 상기 제3수소 및/또는 헬륨 성분을 포함하는 보호가스는 수소 가스 또는 헬륨 가스이다. 수소 가스 또는 헬륨 가스는 순수 가스 뿐만 아니라 수소 가스 또는 헬륨 가스로 판매되는 공업용 가스를 의미하며 소량의 다른 성분을 포함 할 수 있다. 또한 상기 보호가스는 공업적 과정에서 직접 생산되어 서로 혼합되지 않은 수소 및 질소를 함유하는 가스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 암모니아(NH3)를 75%의 수소(H2)와 25%의 질소(N2)를 포함하는 결과물로 분해함으로써 그러한 가스를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 구현형태에 따르면, 상기 방법은 제2 보호가스 분위기를 가지는 적어도 하나의 냉각 구역에서, 보호가스를 재순환 회선으로 유도하고, 냉각하며 상기 회선으로부터 적어도 하나의 냉각 구역으로 환원하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 보다 개선된 구현형태에 따르면, 상기의 유량 조절을 통해서, 상기 제2 보호가스를 가지는 적어도 하나의 냉각구역에서 이 냉각구역 외부의 챔버의 압력보다 더 큰 압력을 유지하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 구현형태는 부가된 청구항에 기술되어 있다.

본 발명의 다른 세부사항과 특이점은, 본 발명에 따른 여러가지 방법을 수행하는 설비에 대한 첨부된 도면을 참조한 아래의 비한정적인 설명에서 나타날 것이다.

이동하는 금속 시트의 연속적인 어닐링을 위한 노는 일반적으로 금속 시트의 진행 방향에 따라 다음의 구역들, 예열구역, 가열구역, 온도유지구역, 가스 분사에 의한 냉각구역, 과-시효구역 혹은 등화구역 그리고 최종 냉각구역으로 이루어진다.

도1은 온도유지구역(2), 급속냉각구역(3) 및 과-시효구역(4)을 구비한 노(1)의 중심부분만을 도시한 것이다. 다른 부분들은 도면의 단순화를 위하여 생략하였다. 금속시트(5)는 화살표 방향으로 이러한 구역들을 지나 이동한다.

온도유지구역(2)과 과-시효구역(4)에서, 금속시트는 회전롤러(6)를 회전함으로써 수직으로 이동하게 된다. 냉각구역(3)에서는, 분위기 가스를 위한 강한 재순환 시스템이 사용된다. 이러한 시스템은 도면에 도시된 바와 같이, 금속 시트의 양 옆에 위치하여 금속 시트에 가스를 분출하는 2개의 용기(7,8,9,10)를 각각 구비한 2개의 연속적인 냉각 구역을 포함한다. 상기 용기는 금속 시트에 가스를 분출하기 위한 노즐이나 구멍을 구비하고 있다. 재순환 시스템은 또한 팬과 열교환기 부분(15-18)에 제공된 유도관(11-14)과 대응되는 용기에 연결된 폐기관(19-22)을 포함한다.

서로 다른 구역들(2와 3, 3과 4)은 바람직하게는 좁은부분(25 또는 26)을 가지는 연결터널(23 또는 24)에 의해 서로 연결된다. 본 발명에 따르면, 상기 터널은 밀폐될 수 없어 각 구역사이에서 가스 교환이 이루어진다. 가이드 롤러 예컨대 롤러(27)는 상기 터널이나 좁은부분에 제공될 수 있지만, 이를 밀폐할 수는 없다.

온도유지구역(2)과 과-시효구역(4)은 도면에 도시된 바와 같이, 순수한 질소 가스의 공급원(28)으로부터 분위기 가스를 공급 받는다. 이 공급원은 관(29,30,31)을 통하여 여러 구역으로 연결되며 밸브(32,33)가 제공된다. 가스의 유량은 공급원(28)에서 또는 밸브(32,33)에 의하여 조절될 수 있다.

급속냉각구역(3)은 도면에 도시된 바와 같이, 순수한 수소 가스의 공급원(34)으로 부터 분위기 가스를 공급 받는다. 이 공급원은 관(35 내지 37)을 통하여 냉각구역(3)의 용기(7,8,9,10)에 연결되며, 밸브(38,39)가 제공된다. 가스의 유량은 공급원(34)에서 또는 밸브(38,39)에 의하여 조절될 수 있다. 관(35 내지 37)은 보호가스를 용기 외의 다른 지점, 예컨대 대응하는 팬의 상류 부분에서 직접 냉각구역으로 또는 바람직하게는 재순환 회선으로 유입할 수 있다.

점선으로 도시된 바와 같이, 예를 들어 밸브(41)가 연결된 관(40)을 통하여 질소 가스를 공급원(28)으로부터 급속냉각구역(3)으로 공급할 수도 있다.

상기 노의 작용은 다음과 같다:

노의 온도유지구역(2)과 과-시효구역(4)에서, 순수 질소가 공급원(28)으로부터 주입되고, 유량은 상기 챔버의 바람직하게는 평균적인 압력에 따른다. 외부 공기가 상기 챔버내로 유입되는 것을 최대한 방지하기 위하여 챔버내의 압력이 대기압보다 큰 것이 바람직하다.

이러한 구역(2,3)에서는 1 내지 3 mbar, 예를 들어 1.5 mba 정도의 압력을 유지하도록 조성될 수 있다.

냉각구역에는, 순수 수소가 공급원(34)로부터 주입된다.

각 구역에는 이미 알려진 기구가 주입 가스 유량, 압력 및 수소 수준을 측정하기 위해 제공된다.

챔버로 유입되는 질소 및 산소 총 유량은 챔버의 크기에 따라, 바람직하게는 약 400 내지 1000 Nm3/h 이다.

냉각구역(3)의 집중 재순환 시스템은 노의 챔버로 유입되는 총 분위기 가스 유량의 1000 내지 5000 배에 달하는 유량을 가진다. 그러므로 재순환 부피로 주입되는 수소의 순간적인 혼합이 이루어지며, 챔버 안으로 도입 또는 주입된 흐름(N2+H2)과 재순환 흐름 사이에 높은 비율을 제공한다.

냉각구역으로 유입되는 수소의 유입 유량을 조절함으로써, 예를 들어 부피대비 5% 내지 25% 혹은 심지어 50%까지 필요한 하는 수소(H2)의 양을 즉시 조절하는 것이 가능하다. 예를 들어 챔버를 질소로 가득 채운 후에 수소를 냉각구역으로 주입하는 것도 가능하다. 질소를 온도유지구역(2)과 과-시효구역(4)으로 도입시킴과 동시에, 필요한 비율로 질소(도관(40)을 통하여)와 수소(도관(36,37)을 통하여)를 각각 분리하여 냉각구역에 주입시킨 후 재순환 시스템에 의하여 순간 혼합하는 것도 가능하다.

냉각구역에서 수소의 흐름 또는 이 구역에서 수소와 질소의 분리된 흐름은 바람직하게는 다른 구역의 압력보다 더 큰, 예를 들어 3 mbar 정도의 필요한 압력과 노의 나머지 구역에서 필요한 평균 수소 수준에 따라 결정되고 조정될 수 있다.

작동중, 냉각구역의 수소의 양은 수소 주입율을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 냉각구역 전후의 수소의 양은 각 구역의 상류와 하류의 질소의 도입율, 즉 각 구역의 평균 압력을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 냉각구역의 하류보다 상류에서 압력이 증가한다면, 냉각구역에 존재하는 질소/수소 혼합물은 바람직하게는 하류로 확산되어 하류의 수소의 양을 증가 시킬 것이다.

일반적으로, 노의 냉각구역 외의 다른 구역에서는 부피대비 3% 내지 5%의 수소를 제공할 수 있다.

본 발명은 상기된 실시예에 한정되지 않으며 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않는 한 많은 변형이 이루어 질 수 있다.

Claims (12)

1. 대기압보다 높은 압력을 가지는 열처리 챔버 안에서,

   - 금속 스트립을 챔버의 적어도 하나의 가열구역에 통과시키는 단계,

   - 상기 스트립을 챔버의 적어도 하나의 냉각구역에 통과시키는 단계, 및

   - 질소와 제1 보호가스 성분보다 더 많은 제2수소 및/또는 헬륨을 포함하는 조정된 제2 보호가스가 있는 적어도 하나의 냉각 구역을 제외하고, 챔버 내에 질소와 제1수소 및/또는 헬륨을 포함하는 제1 보호가스 분위기를 형성하는 단계를 포함하는 금속 스트립을 열처리 하는 방법에 있어서,

   - 상기 챔버 내로 질소를 적어도 1회 이상 도입시키는 단계,

   - 상기 제2 보호가스보다 더 많은 제3수소 및/또는 헬륨을 포함하는 보호가스를 상기 제2 보호가스를 가지는 적어도 하나의 냉각구역으로 적어도 1회 이상 주입시키는 단계,

   - 상기 제1 보호가스 분위기를 가지는 챔버의 적어도 하나의 구역과 상기 제2 보호가스 분위기를 가지는 적어도 하나의 냉각 구역 사이에 가스를 교환하는 단계, 및

   - 상기 구역들 사이의 가스 교환에 따른 상기 적어도 1회 이상의 도입 유량과 상기 적어도 1회 이상의 주입 유량, 챔버의 압력 및 상기 제1,2 보호 가스 분위기에서 얻어지는 수소 및/또는 헬륨 함량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제3수소 및/또는 헬륨 성분을 포함하는 보호가스는 수소가스 또는 헬륨가스인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제3수소를 포함하는 보호가스는 어떤 사전 혼합단계 없이, 공업적 생산과정으로부터 직접적으로 생산된 수소와 질소를 포함하는 가스인 것을 특징으로 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 수소와 질소를 포함하는 가스는 암모니아를 분해한 가스인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 챔버내로 질소를 적어도 1회 이상 도입시키는 단계는 상기 제2 분위기를 가지는 적어도 하나의 냉각구역 외부에서만 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 챔버내로 질소를 적어도 1회 이상 도입시키는 단계는 상기 제2 분위기를 가지는 적어도 하나의 냉각 구역 외부 및 내부에서 동시에 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 분위기는 부피 대비 3% 내지 5%의 수소 및/또는 헬륨 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2 분위기는 부피 대비 5% 내지 25%의 수소 및/또는 헬륨 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 챔버의 압력은 1 내지 3 mbar인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2 보호가스 분위기를 가지는 적어도 하나의 냉각 구역에서, 보호가스를 재순환 회선으로 유도하고, 냉각하며 상기 회선으로부터 상기 적어도 하나의 냉각 구역으로 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    도입되거나 주입되는 분위기 가스의 총 유량은 400 내지 1000 Nm3/h이고 재순환 가스의 유량은 도입되거나 주입되는 분위기 가스의 1000 내지 5000배인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 유량 조절을 통해서, 상기 제2 분위기를 가지는 적어도 하나의 냉각 구역에는 이 냉각 구역 밖의 챔버 내의 압력보다 더 큰 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.