JP4988096B2 - 制御雰囲気下で操作する熱処理エンクロージャを安全にする方法及びそれに用いるプラント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御雰囲気下で操作する熱処理エンクロージャを安全にする方法に関し、特に、高水素含有量を有する雰囲気下で操作する熱処理エンクロージャを安全にする方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、熱処理プラント、特に連続的熱処理又はメタルストリップ被覆用竪型炉の分野で見られるエンクロージャのような熱処理プラントに関する。
【０００３】
【従来の技術】
例えば、焼きなましや被覆用炉のような連続的熱処理炉は、一又はそれ以上の下記領域：すなわち、予備加熱，加熱，均熱，徐冷及び急冷の各領域から成っている。
【０００４】
これら領域のそれぞれにより、的確な加熱速度及び冷却速度で、また、処理される材料に対応する冶金的処理サイクルにより制限される的確な期間ストリップを加熱したり、その温度を維持又は冷却することが可能になる。
【０００５】
近年開発された新しい品質の鋼は、新しい加熱速度及び冷却速度で規定される新しい処理サイクルを必要としている。
【０００６】
これら新しいサイクルによって要求される高冷却速度は、できるだけ高いガス／ストリップ交換度を得るために、ストリップに吹き付けられる冷却ガスの圧力を増加させることにより、又は吹き付けを幾何学的にを最適化することによって得られる。現在使用される低水素含有量の装置は、冷却で達成され得る最大の速度が、厚さ０．８ｍｍのストリップでは、約毎秒６０℃であって、それ以上の寸法では、ファンにより吸収されるパワー及びプラントのコストが大きくなり、また、過剰なガス吹き付け速度がストリップの状態を不安定にすることを示している。これらの冷却速度を達成するには、ラインの速度を制限することも可能であるが、これは同時にその製造を制限し、また、この技術を不利にする。
【０００７】
冷却領域での性能を高めるには、１００％までの高水素含有雰囲気の使用が必要であり、それにより、厚さ０．８ｍｍのストリップに対して、約８０〜２００℃／秒あるいはそれ以上の冷却速度を生み出すことができる交換度の大幅アップが得られる。これらの冷却速度は、公称のラインスピードで得られる処理サイクルに適合する。
【０００８】
水素パーセント濃度がそのような値まで増加することが可能な制御方法は、このガスの性質（特に、このガスの爆発特性）により、大きな問題を提起する。殊に、ストリップの入り口及び出口領域で空気と接触することが、プラントの操業安全性に大きなリスク伴うそのような雰囲気をライン全体に適用することは不可能である。従って、高水素含有量で操作する領域を急冷領域に限定することが必要であり、また、この領域を、低減された水素含有量が処理工程にとって充分であるラインの隣接する領域から分離し、ラインの安全操業を保証することが必要である。
【０００９】
このラインの操業安全性は、以下の場合、保証されねばならない。即ち、
−ラインの公称操業の間又は安定作業の間；
−ラインスピード又はストリップフォーマットが変化する間、又は、例えば、ライン停止あるいはストリップ破損の様な事故が起きた時。
【００１０】
これら種々のライン操作条件により、チャンバ内の圧力変化、即ち大量の水素を含む雰囲気の大きな膨張又は収縮により増幅される変化が生じ、これが、ある雰囲気が一つのチャンバから他のチャンバへ流れる原因となる。これは、雰囲気の組成内容を変え、高水素含有領域が制御されない場合には、大きな危険性を伴うかもしれない。
【００１１】
そのような冷却速度又は加熱速度勾配を得ることを可能にする操作方法は、本出願人により提出されたフランス特許出願第２７４６１１２号の主題要件を形成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主題を形成する方法及びそのような方法を実施するプラントによりもたらされる解決方法は、これら安全問題に対する回答を提供し、一方、雰囲気交換制御に関する要求をも満足させる。これらの要求は、熱処理プラントの操作を最適化することを可能にし、また、このラインの公称の操作時、又はそのスピード若しくは処理されるストリップのフォーマットに変化があった時、あるいは、例えばライン停止やストリップ破損の様な製造の事故があった時に制御された雰囲気（特に水素）の消費量を低減することを可能にする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、ガス雰囲気下で作業する熱処理エンクロージャを安全にするための方法であって、前記エンクロージャは、複数のガイドローラによって上流チャンバから下流チャンバへ移動するメタルストリップを急冷するためのチャンバを有し、前記ストリップは、少なくとも一つの圧力バランシングダクト及び種々のチャンバ間に配置された複数のガスロックによって、急冷エンクロージャ内に閉じ込められ、また、ダクトを用いて、前記ガスロック中を流れるガスの流量をコントロールすることにより、チャンバ間のガス雰囲気の圧力のバランスを保つことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる特徴及び利点は、本発明の具体例を示す添付図面を参照して説明される以下の記載から明らかにされるが、本発明はこれらに限定されるものではない。図面中、
−図１は、本発明の方法を実施する熱処理プラントの第一の具体例の側断面図（a sectional view in side elevation）である；
−図２は、本発明の方法を実施する熱処理プラントの第二の具体例の側断面図である；
−図３は、本発明の方法を実施する熱処理プラントの第三の具体例の側断面図である；
−図４は、本発明の方法を実施する熱処理プラントの第四の具体例の側断面図である；
−図５は、本発明の方法を実施する熱処理プラントの第五の具体例の縦方向の断面図である；
−図６は、本発明の方法を実施する熱処理プラントの第六の具体例の側断面図である；
−図７は、本発明の方法を実施する熱処理プラントの第七の具体例の側断面図である；また
−図８は、図７に類似した本発明の一変形を示す断面図である。
【００１５】
【実施例】
本発明の主題を構成する方法を実施する熱処理プラントの第一の具体例（図１参照）によれば、このプラントは、ガイドローラ３を経て上流チャンバ２から下流チャンバ７へ移動するメタルストリップ１の連続的処理用竪型炉を含有する。
【００１６】
急冷チャンバ５は、このストリップにガスを吹付けるための最新式の冷却装置（図示せず）を備えている。
【００１７】
急冷チャンバ５は、ガスロック，フラップを備えたガスロック，ローラを備えたガスロック，ガスカーテン，又は周知技術による他の装置の様な密封装置４ａ及び４ｂにより、上流チャンバ２及び下流チャンバ７から分離されている。
【００１８】
本発明の一つの特長は、熱処理、特に急速冷却の様な熱処理を受けさせたいストリップの一部分をダクト６内に閉じ込めることにある。このダクト６は急冷チャンバ５内に位置し、高水素含有量の制御雰囲気で満たされている。
【００１９】
本発明のその他の特長によれば、冷却チャンバ５内に配置されるダクト６はまた、圧力をバランスさせるように、チャンバ２及び７間の連通が確保される。
【００２０】
高含有量、特に、高水素含有量のチャンバ５内の圧力は、ガスロック４ａ及び４ｂを通り抜けるこの雰囲気の漏れ速度を制御することにより維持することができる。
【００２１】
この高水素含有量の漏れは、チャンバ２及び７の雰囲気中に希釈され、これらチャンバにとって水素補充として機能する。
【００２２】
従って、雰囲気の注入は、炉のこの部分では領域５を補充するのに限定され、領域２及び７は、ガスロック４ａ及び４ｂのコントロールされた漏洩速度によって補充される。
【００２３】
チャンバ２，５，６及び７の水素の圧力及び含有量は、センサにより監視され、各チャンバのそれぞれの雰囲気の圧力と組成を所望値に保持するように、雰囲気補充量を調節する調節装置により調整される。
【００２４】
本発明の方法を実施する熱処理プラントの第二の具体例（図２参照）によれば、このプラントは、コントロールされたガス雰囲気に曝される急冷チャンバ５が、メタルストリップの上昇流（ascending run ）及び下降流（descending run）の両者を組み合わせて有するという事実により、図１に示されるプラントと異なる。
【００２５】
この配置構成は、ガスロック４ａ及び４ｂの上流及び下流の圧力が同一（ガスコラムの同一空間）であるように、同じ高さに置かれなければならないことを意味する。その冷却装置は、一又は二方の流れに分配されるか、あるいはストリップの第二の流れに沿って、異なる又は補助の加熱−冷却装置が適応される。
【００２６】
ガスロック４ａ及び４ｂで限定されたチャンバ５内のガス圧力を釣り合わすために、バランシングダクト８が、プラントに追加される。
【００２７】
熱処理プラントの第一の具体例に類似する方法において、ダクト６は、閉じ込められたチャンバ５を囲み、その周りにチャンバ２及びチャンバ７の両者にリンクされる包囲層を形成する。従って、このダクト６は、これらチャンバ内での雰囲気を連通させ、圧力を釣り合わせるのに役に立つ。
【００２８】
図２においては、高水素含量を有する領域が封止され、また、ガスロック４ａ及び４ｂの両側は、バランシングダクト６及び８によって同一の圧力であることが分かる。この配置は、領域５と隣接する領域２及び７の間のガス流量を制限する。これは、これらの領域間のガス流源を制限するのであって、従って、補充ガス、特に水素ガスの流速は、このバランスを維持するために必要である。
【００２９】
チャンバ５と隣接するチャンバ２及び７間の雰囲気の分離による改善は、一層高い水素含有量をチャンバ５に使用することが可能となり、その結果、従来技術で得られるものより遥かに高い交換度及び冷却速度が得られる。
【００３０】
プラントのほぼ中央で且つダクト８の上部に位置する部分９は、ストリップに吹付けるための装置（管状材料，制御バルブ等）を設置するために特に確保される。もし、構造が許せば、この部分は省略され、チャンバ５は図３に示される様に製造されるであろう。
【００３１】
本発明の方法を実施する熱処理プラントの第三の具体例（図４参照）によれば、このプラントは、ガイドローラ３を経て上流チャンバ２から下流チャンバ７に移動するメタルストリップ１の連続的処理用竪型炉を含有する。
【００３２】
符号５で示される急冷チャンバは、ガスをストリップに吹付ける最新式の冷却装置（図示せず）を備えている。
【００３３】
急冷チャンバ５は、ガスロック，フラップを備えたガスロック，ローラを備えたガスロック，ガスカーテンの様な密封装置４ａ及び４ｂ、あるいは周知技術による他の装置により上流チャンバ２及び下流チャンバ７から分離されている。
【００３４】
図４に示される様に、密封ガスロック４ａ及び４ｂは、急冷チャンバ５のそれぞれ水平方向の上流及び下流に位置し、それにより、ほぼ水平方向に隣接するチャンバ２及び７を連絡させるダクト６を形成することが可能になる。その結果、先の具体例の場合の様に、これらチャンバ内でガス圧力を釣り合わせることができる。
【００３５】
同様に、ガスロック４ａ及び４ｂ間の連通、チャンバ５の低部の間の連通は、バランシングダクト８により達成される。
【００３６】
第二の具体例の場合の様に、またガスをストリップに吹付けるための部材の構造が許せば、ストリップの上昇流及び下降流は、図３に示される様に、単一のチャンバに結合することができる。
【００３７】
本発明の主題の方法による熱処理プラントの第四の具体例（図５参照）によれば、このプラントは、冷却チャンバ内の高水素含有雰囲気を安全にするための手段を含む。この目的のために、このプラントは、処理ラインのチャンバ内の種々の地点間の圧力を釣り合わせるための三つのダクトを含有する。
【００３８】
高水素含有チャンバ５に、隔離用ガスロック４ａ及び４ｂで同じ圧力を保つように、第一のバランシングダクト８が取付けられる。第二のバランシングダクト１０は、ガスロックの圧力を同レベルに保つために用いられる。
【００３９】
最後に、第三のバランシングダクト６は、上流及び下流チャンバ２及び７の圧力を同レベルに保持させることができ、また、ガスロック及び高水素含有チャンバ５の圧力状態を乱すことなく、これら上流及び下流領域間のガスの流れの自由な循環を得ることができる。
【００４０】
種々のチャンバ内の圧力及び含有物、特に水素は、連続的に測定され、その中の水素の圧力と含有量を一定に保つように、これら種々のチャンバに適切な雰囲気の補充が行なわれる。雰囲気の引出しは、その中の雰囲気を乱す二領域の間の渦流を排出させるような、それらの各々の領域か圧力−バランシングダクト内でなされる。
【００４１】
高水素含有チャンバから抜出された雰囲気ガスは、ラインの外側で処理されるか、又は低水素含有雰囲気を作り出すために窒素を注入した後、このライン中にそのまま使用されても良い。この方法によれば、ラインの全水素消費量が大幅に低減できる。
【００４２】
本発明の方法による熱処理プラントの第五の具体例（図６参照）によれば、このプラントは、その設計は図５に示されるプラント（三つの圧力−バランシングダクトを有する）と類似であるが、高水素含有チャンバから抜き出される雰囲気を再循環させることができる手段を含有する点において相違する。
【００４３】
先ず、パイプ１１ａ及び１１ｂは、好ましくはガスロック４ａ及び４ｂの近くに位置している高水素含有雰囲気を抜き出すための地点に接続されている。抜出装置、例えば、ファン１２ａ及び１２ｂは、前記雰囲気を運び、それを第二のパイプ１６ａ及び１６ｂを経由してプラントの外に排出するための領域１３ａ又は１３ｂのいずれか、あるいは、その水素含有量が上流領域２及び下流領域７の水素含有量に相当する値まで下げられた雰囲気を得るため、ガス補充混合物でそれを希釈するための領域１４ａ，１４ｂに送り、その領域内の１５ａ及び１５ｂに希釈されたガスの噴射地点が設けられる。
【００４４】
これらのガス再循環手段は、チャンバ５及び隣接チャンバ２，７間の雰囲気の交換を制限するために、チャンバ５、又はガスロック４ａ及び４ｂの種々の地点で高水素含有雰囲気の流れを集めるように適合できることが理解されよう。
【００４５】
これらの再循環手段により、高水素含有雰囲気の流れを上流及び下流領域の雰囲気に相当する値まで希釈するように、それらを回収することもできる。
【００４６】
これらの回収された流れは、それらの圧力を一定に保ち、また、プラント中に注入されるべき補充の雰囲気を制限するため、種々の地点でプラントの上流又は下流領域中に注入されることができ、かくして、このプラントを安全にし、一方でラインの全水素消費量の低減に寄与する。
【００４７】
これらの再循環手段により、一方で高水素含有チャンバ５の雰囲気が隣接するチャンバの雰囲気から分離されることが保証され、他方、抜き出された流れを回収することが可能となる。
【００４８】
この様にして、ラインの一時的操作状態間でも、急速冷却チャンバ５を一定の圧力に保つことが可能となる。抜き出された流れを再注入することにより、一方では、ライン製造制御装置により届けられるべき補充の流れを、また他方では、前記ラインの操作中のこの雰囲気の製造コストをそれぞれ制限することが可能となる。
【００４９】
これらの再循環手段により、また、雰囲気混合制御装置を、水素急冷領域５への注入並びに抜出手段１３ａ，１３ｂ及び混合手段１４ａ，１４ｂと置き換えることにより、ラインに適合した前記装置を省略することができ、それにより以下のことが可能となる：
−領域の種々の地点から抜き取られた流れの回収；
−プラントの他の領域中へ再注入するために、それらを低水素含有量に希釈すること。
【００５０】
それ故、急冷領域５中の雰囲気の分離は、その種々の領域から抜き出された流れが失われることなく達成される。これはプラントの操業コストを制限する。
【００５１】
本発明の主題要件を構成する方法に従って実施される熱処理プラントの第六の具体例（図７参照）によれば、このプラントは、全体的に先のプラントに類似しているが、それが一つの単一圧力−バランシングチャンバ１７を有しているという事実により区別される。
【００５２】
ガスロック４ａ及び４ｂ並びにそれらのバランシングダクト６は、このバランシングチャンバ１７を構成するように充分拡張され、そのバランシングチャンバ１７は、一方では、ガスロック１９ａ及び１９ｂにより高水素含有チャンバ５から分離され、他方では、ガスロック１８ａにより上流チャンバ２から、またガスロック１８ｂにより下流チャンバ７からそれぞれ分離される。圧力バランシングダクト６は、これら上流又は下流チャンバを連結する。雰囲気の抜出し、希釈及び再注入手段は、第六の具体例に示されるように、図式的に１２，１３，１４，１５及び１６で示される。
【００５３】
チャンバ１７の容量によって、チャンバ５と上流チャンバ２及び下流チャンバ７間の圧力変化を低減させることができ、また、雰囲気の注入又は抜出手段により、これら圧力変化を補正することが可能になる。
【００５４】
本発明の主題を形成する方法に用いられる熱処理プラントの第七の具体例（図８参照）によれば、高水素含有雰囲気下のチャンバがラインの端部に位置し、また、下流には他のチャンバが存在しなければ、このプラントは、全体で第六のプラント（図７参照）に類似するが、下流のチャンバが省略され、それを高水素濃度の領域から遠ざけるようにストリップ２１の出口がエンクロージャ２中に設置される、という事実により第六のプラントと区別される。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べられた発明は、以下の多くの利点を提供する：
−高水素含有チャンバを隣接するチャンバから分離することにより、バランシングダクトを取り付けることで、雰囲気の流れ又はこれら種々のチャンバ間の汚染を制限することが可能となる；
−ラインの操作条件が変化した時又は製造事故が起きた時、プラントの種々の地点で抜き出される流れの回収により、これらの流れがラインに再注入されることを可能にし、かくしてこのプラントにより、種々のタイプの雰囲気の消費を制限することができる；
【００５６】
−高水素含有チャンバの隔離をより良くコントロールすることができるため、５０％以上、好ましくは７５％以上のＨ₂ 濃度を用いる可能性により、交換度を改善すること及び従来技術のプラントによってはこれまで達成されなかった冷却速度を得ることができる；
−ラインの水素消費を低減させることにより得られるストリップ処理費用が低減される；
−製造事故の際のチャンバ内の圧力補正により、ラインの種々のチャンバ内の雰囲気汚染が低減される；
−種々のチャンバ内のガス／ストリップ交換度を維持することにより、ラインの種々の領域における水素濃度を維持することができ、処理されたより良い品質の製品が得られる。
−プラント上に配置される混合装置で置き換えられる中央雰囲気混合制御装置を削除することにより、領域５の密封装置から抜き出される高水素含有流れが再循環し、それらがプラントの種々の領域へ再注入される前に希釈される。
【００５７】
本発明は、もちろん、これまで記載され図示された具体例に限定されるものではなく、それらからのすべての変形を包含することが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法に用いられる熱処理プラントの第一の具体例の側断面図である。
【図２】 本発明の方法に用いられる熱処理プラントの第二の具体例の側断面図である。
【図３】 本発明の方法に用いられる熱処理プラントの第三の具体例の側断面図である。
【図４】 本発明の方法に用いられる熱処理プラントの第四の具体例の側断面図である。
【図５】 本発明の方法に用いられる熱処理プラントの第五の具体例の側断面図である。
【図６】 本発明の方法に用いられる熱処理プラントの第六の具体例の側断面図である。
【図７】 本発明の方法に用いられる熱処理プラントの第六の具体例の側断面図である。
【図８】 図７に類似する本発明の一変形を示す側断面図である。
【符号の説明】
１…メタルストリップ
２…上流チャンバ
３…ガイドローラ
４ａ，４ｂ…ガスロック
５…急冷チャンバ
６，８…バランシングダクト
７…下流チャンバ
１２ａ，１２ｂ…再循環手段（ファン）
１３ａ，１３ｂ…注入、抜出手段
１４ａ，１４ｂ…混合手段
１５ａ，１５ｂ…噴射地点
１６ａ，１６ｂ…パイプ
１７…バランシングチャンバ
１８ａ，１８ｂ…ガスロック
１９ａ，１９ｂ…ガスロック

Claims (11)

1. ガス雰囲気下で操作する熱処理エンクロージャを安全にする方法であって、
   前記エンクロージャは、複数のガイドローラ（３）によって上流チャンバ（２）から下流チャンバ（７）へ移動するメタルストリップ（１）を急速に冷却するための急速冷却チャンバ（５）を含有し、
   前記ストリップ（１）が、少なくとも一つの圧力バランシングダクト（６，８，１０）及び種々のチャンバ間におかれた複数のガスロック（４ａ，４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ）により前記急速冷却チャンバ（５）内に閉じ込められ、
   また、上記急速冷却チャンバの入口及び出口の間の圧力、及び上流チャンバと下流チャンバの間のガス雰囲気の圧力は、少なくとも１つの圧力バランシングダクト（６）により、 釣り合わされており、
   上記ガスロック（４ａ，４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ）を通るガスの流れは、上記急速冷却チャンバから抜き出される上記雰囲気を排出用領域（１３，１３ａ，１３ｂ）及び／又は希釈領域（１４，１４ａ，１４ｂ）に運ぶ再循環手段（１２，１２ａ，１２ｂ）を使用することによって制御させることを特徴とする方法。
2. ガスロック（４ａ，４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ）の近くに位置する抜出し地点で、急速冷却チャンバ（５）から抜き出された雰囲気が、プラントの外に存在する排出用領域（１３，１３ａ，１３ｂ）に該雰囲気を送るパイプ（１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ）を経由して再循環されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ガスロック（４ａ，４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ）の近くに位置する抜出し地点で、急速冷却チャンバ（５）から抜き出された雰囲気が、上流チャンバ（２）と下流チャンバ（７）の水素含量に相当する値にまで減少された水素含量の雰囲気を得るためのガス補充混合物とともに、該雰囲気を希釈領域（１４，１４ａ，１４ｂ）に送るパイプ（１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ）を経由して再循環されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. プラントの上流領域（２）及び下流領域（７）の圧力を一定に保ち、かつ、プラント中に注入されるべき雰囲気補充流れを制限するために、
   再循環される流れが、該プラントの上流領域（２）又は下流領域（７）の種々の地点で注入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. チャンバ（５）及び隣接するチャンバ（２，７）間の雰囲気の交換を制限するために、
   高水素含有雰囲気の流れが、チャンバ（５）又はガスロック（４ａ，４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ）の種々の地点で集められることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. チャンバ（２，５，６，７，１７）の圧力と水素含量が調節され、かつ、
   該チャンバの雰囲気の組成及び圧力を、該チャンバに必要とされる値に維持するために、前記雰囲気の補充が調節されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 急速冷却チャンバ（５）の入口と出口の間に設けられた圧力バランシングダクト（６）と、
   上記急速冷却チャンバから抜き出される上記雰囲気を排出用領域及び／又は希釈領域に運ぶ再循環手段（１２，１２ａ，１２ｂ）とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法を実施するためのプラント。
8. 急速冷却チャンバ（５）の入口に配置されたロック（４ａ）と、急速冷却チャンバ（５）の出口に配置されたロック（４ｂ）との間に設けられた圧力バランシングダクト（８）を備えていることを特徴とする請求項７に記載のプラント。
9. ロック（４ａ）とロック（４ｂ）との間に設けられた圧力バランシングダクト（１０）を備えている ことを特徴とする請求項７又は８に記載のプラント。
10. チャンバ（２，５，６，７，１７）の圧力と水素含量をモニターするためのセンサーと、
    該チャンバの雰囲気の組成及び圧力を、該チャンバに必要とされる値に維持するための、前記雰囲気の補充を調節する装置とを備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のプラント。
11. ロック（４ａ，４ｂ）とその圧力バランシングダクト（６）が拡張されてバランシングチャンバ（１７）を形成していることを特徴とする請求項７に記載のプラント。

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