KR20080023289A - 어닐할 제품의 배치방식 열처리를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보호가스 하에서 세정가스로 공기를 세정(배기)한 후에 가열챔버에서 가열되는, 어닐할 제품의 배치방식 열처리를 위한 방법을 기술하는 것으로서, 상기 보호가스는 불순물의 발생에 따라 상이한 분량으로 가열챔버를 통해 수송된다. 보호가스의 경제적인 사용을 가능하게 하기 위하여, 불순물의 주 발생 이후에 가열챔버로부터 회수되고 또한 잔량의 불순물이 적재되는 보호가스가, 불순물이 비-적재된 보호가스가 가열챔버에 도입되기 전에 후속 배치의 불순물들의 주 발생 동안에 선택적인 중간 저장 이후에 가열챔버 내로 수송되는 것을 제안한다.

Description

어닐할 제품의 배치방식 열처리를 위한 방법{method for the batch heat-treatment of annealing product}

본 발명은 보호가스 하에서 세정가스(또는 배기가스; scavenging gas)로 공기를 세정(배기)한 후에 가열챔버에서 가열되는, 어닐(anneal)할 제품의 배치방식 열처리를 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 보호가스는 상이한 분량의 불순물의 발생에 따라 가열챔버로 수송된다.

금속 스트립과 와이어들은 재결정화를 위해 보호가스 하에서 열처리를 받게 되는데, 가스는 특히 대기중의 산소에 의해 어닐링 제품의 표면에 산화과정이 발생하는 것을 방지하여야만 한다. 질소 또는 수소와 같은 보호가스 하에서 열처리가 수행되기 전에 산소 함유량이 허용가능한 최대량까지 감소되기 전까지 처음에 공기는 비-가연성 가스, 바람직하게는 질소에 의해 가열챔버에서 세정된다. 통상적으로 어닐링 제품에 윤활제 잔여물이 부착되기 때문에, 처리온도로 어닐링 제품을 가열하는 중에 증기상(vaporization phase) 동안에 상기 불순물이 증발하여, 증발된 불순물들은 가열챔버를 통해 수송되는 보호가스에 의해 희석되어 세정된다. 경제적인 이유로, 가열챔버를 통해 수송되는 보호가스의 량은 증발되어 얻은 불순물의 량에 따라서 제어된다. 증발된 불순물의 량은 어닐링 제품의 표면온도의 상승과 함께 급 격히 증가하고, 뒤 이어서 표면온도의 상승과는 상관없이 불순물의 대부분의 분량이 증발된 후에 다시 감소하게 된다. 증기상 동안에 증발된 불순물 량의 증가는 증발하는 불순물의 주 발생 동안에 가열챔버를 통한 보호가스의 가장 큰 분량의 흐름을 결정하고, 열처리의 말미 무렵에 어닐린 제품의 처리에 더 이상 영향을 미치지 않는 분량의 불순물 잔여량이 가열챔버에 남을 때까지 가열챔버를 통해 수송되는 보호가스의 분량이 증발하는 불순물의 감소의 증진과 보호가스에서 불순물 희석의 증진과 함께 감소될 수 있어서, 어닐링 제품의 냉각 동안에 가열챔버에서 규정된 최소압력을 유지하기 위하여 열-유도에 의한 체적적 감소를 보상할 필요만 있다. 가열챔버를 통해 증기상으로 수송되는 보호가스의 분량의 이러한 조정에도 불구하고, 각 배치(batch)에 사용되게 되는 보호가스의 량은 비교적 많다.

그러므로, 본 발명은 각 배치에 필요로 하는 보호가스의 분량을 감소시킬 수 있도록, 어닐링 제품의 열처리를 위한 상기 종류의 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 본 발명에 의해 다음과 같이 달성된다. 불순물의 주 발생 이후에 가열챔버로부터 회수되고 또한 잔량의 불순물이 적재되는 보호가스가, 비-적재된(non-loaded) 보호가스가 가열챔버에 도입되기 전에 후속 배치의 불순물들의 주 발생 동안에 선택적으로 중간 저장 이후에 가열챔버 내로 수송된다.

본 발명은 다음과 같은 사실을 기반으로 한다. 적재가 한정적이고 또한 충분한 희석효과가 보장되는 한은, 불순물의 주 발생 동안에 이와 같은 불순물들이 적재된 보호가스가 가열챔버를 통해 수송될 수 있어서, 상대적으로 고순도의 보호가스가 어닐링 제품의 열처리 말미에만 필요하게 된다. 이러한 이유로, 불순물들의 주 발생 이후에 가열챔버로부터 회수되고 또한 잔여 불순물이 적재되는 후속 배치(following batch)의 보호가스가 불순물의 주 발생 동안에 가열챔버 내로 다시 수송될 수 있어서, 어닐링 제품의 처리에 영향을 주지 않고서, 선행배치로부터 보호가스중 폐기분량 중 상당 부분을 다시 사용할 수 있고 또한 선행기술에서 필요한 비-적재된 보호가스의 일부를 대체할 수 있다. 비-적재된 보호가스는, 통상적인 열처리에서 존재하듯이, 열처리의 말미에 실질적으로 불순물로부터 자유로운 보호가스 분위기를 허용하는 정도로만 사용되게 된다. 배치의 열처리 동안에 빠져나가고 또한 후속배치의 열처리를 위해 제한된 잔여 함유량의 분순물들이 적재되는 보호가스의 사용을 가능하게 하기 위하여, 가열챔버로부터 빠져나온 가스는, 타임-스태크방식의 관련 충전(time-staggered manner concerning charging)으로 동작하는 다른 병렬(parallel) 가열챔버로 도입될 수 있다. 그러나, 가열챔버로부터 빠져나온 보호가스를 일시적으로 저장하는 것이 가능하다는 것을 알아야 하는데, 이는 단지 하나의 단일 가열챔버가 제공되었을 때 본 발명에 따라 보호가스의 안내를 보장하고 또한 시간적인 관점에서 여러 개의 가열챔버들의 충전을 서로 간에 독립적으로 한다.

유사하게, 세정공정의 말미 무렵에 잔여량의 산소가 여전히 적재되어 있는 세정가스(scavenging gas)를 다음 배치 동안에 사용할 수 있다. 다음 배치 동안에 잔여 불순물이 적재되어 있는 상기 세정가스의 사용을 위해서는, 상기 세정가스가 보호가스로 사용될 수 있는지 여부에 따르게 된다. 질소가 세정 및 보호가스로서 사용되면, 가열챔버로부터 빠져나온 세정가스는, 잔여 함유량의 산소에 의해 상대적으로 낮게 오염된 경우에 세정 공정에 뒤이은 열처리 동안에 가열챔버 내로 도입될 수 있는데, 이는 세정과 열처리를 위해 상이한 가스들이 사용되는 경우에는 가능치 않다.

불순물의 발생이 표면 불순물을 가지는 어닐링 제품의 열처리 동안에 증기상의 방출부(discharge section)에서 점근적으로 감소하기 때문에, 가열챔버로부터 빠져나와 일시적으로 저장된 보호가스에 대해 평균 오염을 얻을 수 있는데, 상기 오염은 증기상 동안에 가열챔버에서 상태를 고려하여 상향으로 제한되어야만 한다. 단순한 방식으로 규정된 상한값을 유지할 수 있도록 하기 위하여, 불순물들이 적재된 보호 또는 세정가스의 불순물 백분율이 상한 임계값 아래에 들어가기만 하면 보호 또는 세정가스를 일시적으로 저장할 수 있는데, 상기 임계값은 중간 보호 또는 세정가스의 오염물의 평균 백분율 위 10%에 있다.

본 발명에 따른 방법을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 방법에 다른 어닐링 제품의 열처리를 위한 장치의 개략적인 블록도.

도 2는 처리시간 동안 어닐링 제품의 그 표면과 그 내부의 온도곡선과 증발되는 불순물의 발생 백분율을 보여주는 도면.

도 3은 처리시간 동안 보호가스 발생의 필요성을 보여주는 도면.

도 1에 따라서, 금속 스트립 또는 금속 와이어 다발과 같은 어닐링 제품의 열처리를 위한 가열챔버(1)들이 제공되는데, 가열챔버들은 배치방식으로 어닐링 제품으로 충전된다. 후드형 어닐링 로들(hood-type annealing furnaces)로 형성되는 상기 가열챔버(1)들은, 예컨대 보호가스 공급라인(2)과 보호가스 방출라인(3)에 통상적이 방식으로 연결된다. 게다가, 배출가스라인(4)이 제공되는데, 이를 저장용기(5)가 실시예에 따른 압축기(6)의 도움으로 적재될 수 있다. 상기 저장용기는, 가열챔버(1)에 연결되고 또한 압력조절을 위한 장치(8)를 통해 저장용기(5)와 연결되는 라인(7)을 통해 언로드(unload)될 수 있다.

보호가스 분위기 하에서 세정가스의 도움으로 세정공정 후에 어닐링 제품이 각각의 가열챔버(1)에서 가열되면, 도 2에 따라 어닐링 제품의 표면에서 온도곡선(T₁)을 얻는다. 곡선(T₂)는 어닐링 제품의 내부에서 온도곡선을 나타낸다. 어닐링 제품의 표면 가열의 결과로, 표면에 부착되어 있는 윤활제 잔여물들이 증발되고, 증발하는 불순물들의 양은 증기상 동안에 증발하는 불순물의 양을 나타내는 곡선(9)에 따라 표면온도(T1)과 함께 강하게 증가하고, 그런 다음 표면의 청결상태가 증가함에 따라 줄어들고 그리고 최종적으로는 무시할 수 있는 잔여값에 도달한다. 이는, 증발하는 불순물의 주 발생 영역에서, 불순물들의 세정을 보장해 불순물의 희석을 보장하기 위하여 가장 큰 분량의 보호가스가 가열챔버(1)을 통해 도입되어야 한다는 것을 의미한다. 도 3은, 계단진 곡선(11)을 통해 상대적으로 필요한 분 량의 세정가스를 나타낸다. 부분 a는 증발하는 불순물의 주 발생 동안에 보호가스가 가장 필요한 것에 대응한다. 불순물의 상기 주 발생은 보호가스라인(2)으로부터의 비-적재된 보호가스에 의해 희석되어 세정될 필요가 없기 때문에, 저장용기(5)로부터의 보호가스가 사용된다. 불순물들의 주 발생으로 추가적으로 적재된 상기 선-적재(pre-loaded) 보호가스는 가열챔버(1)로부터 빠져나와 방출되거나 또는 가연성 보호가스와 연관이 있다면 연소되게 된다. 부분 a에 뒤이어, 열처리가 중단되고 냉각상(냉각단계)가 개시되면 가열챔버(1) 내에서 보호가스분위기의 개별적 세정을 보장하기 위하여 부분 b와 c 동안에 보호가스라인(2)로부터 비-적재된 보호가스가 가열챔버(1)에 공급된다. 보호가스에 증발된 불순물들의 적재는 곡선(9)의 감소 분기점에 따라 증발하는 불순물의 발생감소와 더불어 감소하기 때문에, 가열챔버(1)로부터 빠져나와 증발된 불순물들만 약간 적재된 보호가스를 후속배치에서 증발하는 불순물들의 주 발생 동안에 차후 사용을 위해 일시적으로 저장할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 상기 보호가스는 저장용기(5)를 적재하기 위한 압축기(6)에 라인(4)을 통해 공급된다. 증발된 불순물들에 의한 보호가스의 평균 적재는, 증기상(10)의 종결 동안에 감소하는 증발율로 인해 저장용기(5)에서 얻게 된다. 규정된 한계값 아래에서 이러한 평균값이 유지될 수 있도록 하기 위하여, 저장용기(5)에 일시적으로 저장되는 보호가스 중 불순물들의 평균값 위 10% 위에 있게 되는 상한 한계값(m) 아래로 회수(빠져나온) 보호가스의 적재가 떨어지면 라인(4)을 통해 가열챔버(1)로부터 가스의 회수(빠져나옴)가 시작될 수 있다. 그런 다음, 저장용기(5)로부터의 적재된 보호가스는 후속 배치의 증기상(10)의 시작 동안에 사용될 수 있다. 즉, 곡선(11)의 부분 d 및 a의 영역에서 사용될 수 있다. 회수되어야 할 보호가스의 적재를 위한 상한 한계값(m)이 시간 t₁ 에서 증기상(10) 동안에 도달하기만 하면, 도 3에서 해치로 지적된 보호가스의 분량이 저장용기(5)에 저장될 수 있다.

수소와 같은 연소성 보호가스가 보호가스로서 사용되면, 각각의 어닐링 전에 가열챔버(1)로부터 공기가 배기될 수 없다. 대신에, 비-연소성 세정가스를 사용할 필요가 있다. 도 3에서, 상기 세정가스의 사용은 곡선(12)으로 표시된다. 유사하게, 곡선(13)으로 표시된 바와 같이, 연소성 세정가스는 냉각상(냉각단계)의 말미에서 가열챔버(1)의 배출에 앞서 비-연소성 세정가스의 도움으로 배기되어야만 한다. 도 1은 참조번호 14인 세정가스 공급라인을 보여준다. 세정가스의 방출은 라인(15)을 통해 이루어진다.

본 발명은 설명한 실시예에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다. 가열챔버(1)를 충전하는 것이 타임-스태그방식으로 다음과 같이 발생하면 저장용기(5)의 제공을 생략할 수 있다. 시간 t₁ 에서부터 가열챔버(1)들 중 하나로부터 빠져나온(회수된) 보호가스의 분량은 증발하는 불순물들의 주 발생 동안에 다른 가열챔버(1)로 공급되어, 도 3의 부분 d 및 a에서 필요한 보호가스 분량이 각기 다른 가열챔버(1)에서부터 빠져나온 보호가스 분량에 의해 적어도 부분적으로 커버될 수 있다.

또한, 가열챔버(1)로부터의 세정가스들이, 분위기 산소로 공기를 세정할 때 그리고 보호가스로 보호가스를 세정할 때 결정되는 상대적으로 낮은 백분율의 불순물들을 가지면 곡선 12 및 13에 따라 사용되는 세정가스들을 부분적으로 재사용할 수 있다. 단지 비교적 낮은 정도로 적재되는 세정가스는 세정공정의 시초에 후속 배치들 중 하나 동안에 유익하게 사용될 수 있다. 만일 세정가스가 보호가스와 동일하다면, 단지 불순물로 부분적으로 적재된 세정가스는 상기에서 설명한 방식으로 보호가스 분위기 하에서 열처리 동안에 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (3)

1. 불순물의 발생에 따라서 가열챔버를 통해 상이한 분량으로 수송되는 보호가스 분위기 하에서 세정가스로 공기를 세정한 후에 가열챔버에서 규정된 처리온도까지 가열되는 어닐할 제품의 배치방식 열처리를 위한 방법에 있어서,

   불순물의 주 발생 이후에 가열챔버로부터 회수되고 또한 잔량의 불순물이 적재되는 보호가스가, 불순물이 비-적재된 보호가스가 가열챔버에 도입되기 전에 후속 배치의 불순물들의 주 발생 동안에 선택적인 중간 저장 이후에 가열챔버 내로 수송되는 것을 특징으로 하는, 어닐할 제품의 배치방식 열처리를 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 세정공정의 말미를 향해 가면서 여전히 잔여 분량의 산소가 적재되는 세정가스가 가열챔버로부터 빠져나와, 선택적으로 중간 저장 이후에 후속 배치 동안에 가열챔버 내로 수송되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보호 또는 세정가스의 불순물 백분율이 중간 보호 또는 세정가스의 평균 오염 백분율 위 10%에 놓이는 상한 임계값 아래로 떨어지면 중간 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.

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