JPH0347914A - 制御雰囲気下の連続炉における金属の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業の利用分野） 本発明は、制御雰囲気下の細長い処理帯域において、金
属片を連続的に長平方向に通過させることによる、連続
炉における金属の熱処理に関し、前記処理帯域は、そこ
での前記制御雰囲気が窒素及び水素、場合によっては一
酸化炭素のような還元性化学物質を有している高い温度
の上流部分と、窒素の導入によって本質的に形成される
雰囲気下にある下流部分とを有する。

（従来技術） 金属片の焼鈍に本質的に用いられるこの種の制御雰囲気
は、今日まで次の要領で生産されている。

炭化水素と空気との不完全燃焼を確実に行い、場合によ
っては精製後に、水素と一酸化炭素を含む燃焼ガスを製
造する発熱式発生器を用い、水素と一酸化炭素の景は、
発生器内に導入される空気／炭化水素の比によるもの。

例としては、そのよ３− うな発熱雰囲気は、５〜１０％の一酸化炭素と６〜１２
％の水素を含むことができる。

又は窒素と水素のような工業用の純ガスから合成雰囲気
が製造される。窒素は、低温精留によって製造され、非
常に小量の不純物しか含まない。

例えば、水蒸気及び酸素の不純物の総量は、一般に１０
νｐｍより低い。この高純度の窒素に、水素又は炭化水
素又は水素と炭化水素又はメタノールが。

金属片を処理するための還元雰囲気、場合によっては非
脱炭雰囲気を製造するように添加される。

この第２の方法は、処理雰囲気を完全に制御するという
利点を有するが、比較的コストが高い低温工業の窒素を
使用し、したがって一般に気密性でない連続炉に適用す
るのに不適当という欠点もある。このことは、例えば冷
却帯域の出口に窒素の栓をつくり出すことによって導入
ガス流量を減らす試みがされた理由であり、窒素の栓は
、冷却帯域を通る導入空気の上昇を防止することができ
、それにより導入ガスの全流量の著しい減少を保証する
。全流量の大きな減少にもかかわらず、工業４− 用純ガスは、発熱式発生器での製造と比較して経済的に
興味があるというにはなお遠いものであることが見出さ
れている。

これは、このことが可能であると確認されたある種の応
用において、低温工業の窒素を、吸着又は選択的透過の
技術による空気分離で製造される窒素によって置き換え
ることが提案された理由であり、前記技術は、ある製造
条件では低温工業の窒素と比較して実質的にコストを低
減する方に導く。しかしながらこの方法は、吸着によっ
て製造される窒素が通常は０．５〜５％の残存酸素を含
み、一方透過によって製造される窒素中の残存酸素は一
般に３％を超え、１０％に達することもあるので、酸素
不純物を犠牲にしているものである。

この酸素不純物は、熱処理用に適当な雰囲気を調製する
のに直接粗製窒素を用いることを非常に困難にしている
。実際には、窒素とメタノールから調製された雰囲気の
製造用にのみ、選択的透過方法により製造された窒素を
用いることが提案され、このことは“Ｊｏｕｒｎａｌ　
ｏｆ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｉｎｇ”第２巻、第１号、
３５の河、Ｋｏｓｔｅｌｊｔｚ他著″窒素とメタノール
を基礎とした雰囲気による熱処理方法″及び本出願人に
よる米国特許第４，２１９，４０６号、ヨーロッパ特許
出願公開第２１３，０１１号に記載されている。酸素と
メタノールの残存物を有する窒素から調製されたそのよ
うな雰囲気は、ある種の応用、例えば鋼の焼入れ前の加
熱、浸炭窒化及び浸炭に理論的には実際に使用すること
ができる。しかしながら、酸素の残存景をもった窒素が
工業的ベースで使用されたのは最後に述へた浸炭の分野
だけであり、それは浸炭に必要なほぼ９００℃という高
温のためで、この温度は、基本的雰囲気を形成するよう
に同時に導入される炭化水素のような化学物質と、窒素
によって運ばれる残存酸素との反応を促進するからであ
る。

吸着又は透過によって製造された酸素の残存斌をもった
窒素を、酸素の完全な除去に導くのに十分な水素の対応
策と酸素とを接触的に反応させることによって精製する
ことは予測されていた。しかし比較的コストが高いこの
方法は、低温工業の窒素のコストに近い製造コス１へを
もたらし、吸着又は透過による窒素の製造が、低温工業
の窒素の製造のように融通性、簡便性という利点を持た
ないだけに一層純窒素を調製するこの方法が不利になる
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、処理雰囲気の費用を実質的に低減することを
可能にし、冷却帯域と同様に高温処理帯域でも酸素を含
むべきでないという前記雰囲気に要求される性質を提供
する連続炉における金属処理方法を目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明による方法は、高温の上流部分においては雰囲気
を構成する窒素が、５％を超えない、好ましくは０．５
％以上の残存酸素含有量を有し、透過又は吸着技術によ
る空気分離によって典型的に調製される窒素を導入する
ことによって供給されること、及び前記処理雰囲気中の
還元性化学物質が、窒素とともに導入された酸素を除去
するのに少くとも十分な電だけいつでも存在し、一方、
冷一 却の下流部分に導入される窒素が、実質的に酸素を含ま
ない、導入に先立って調製されるようなものであること
を特徴としている。

したがって高温帯域では、水素及び−酸化炭素のような
還元性物質の十分な斌を元の場所で加えるか、製造する
ことによって、窒素とともに導入された酸素のほぼ瞬間
的で、はぼ完全な除去を水蒸気及び二酸化炭素への変換
により、また必要ならば、Ｈ２／　Ｈ２０及びＣｏ　／
　ＣＯ□の比が、処理の間に材料片を酸化させずに要求
される処理効果が得られる適当な限界内にあるように、
前記還元性物質の十分な量を維持することにより達成す
ることが可能である。これとは逆に、温度が実質的によ
り低く、窒素によって運ばれる残存酸素と場合によって
は存在する還元性物質との間の即時の反応を起すには、
どんな場合でも不十分である冷却帯域では、工業用の純
窒素、すなわち実際に酸素を含まない窒素が使われるが
、その窒素は、処理帯域内に導入される全ガス流量の２
％ないし３０％の流量を有するのみである。したがって
炉の冷却帯域に８ おける脱酸素された窒素のわずかな流量の尋人は空気の
流入を防止し、性能を落すことなしに操業費用を低減で
きる高温での純度の低い窒素を用いることを可能にして
いる。

一実施態様によれば、冷却帯域の下流部分に導入される
窒素は、低温精留による空気分離技術によって調製され
る。

他の実施態様によれば、冷却帯域の下流部分に導入され
る窒素は、酸素の残存物をもった粗製窒素を製造するよ
うに透過又は吸着による空気分離技術によって調製され
、残存酸素は、該酸素を確実に除去するのに少くとも十
分な量の添加水素との接触反応によって除去される。

本発明は、以下の実施例によってさらに説明されるであ
ろう。

（実施例） 実施例１：炭素含有量の低い（５０，３％）鋼管の焼鈍 細長い熱処理帯域を構成する連続炉において、合計１２
０ｍ／ｈｒのガス流量が導入され、その内訳は次のよう
に示すことができる。

はぼ９００℃の温度にある高温帯域に関しては、残存酸
素含有量０．５％の窒素７６ｒｒｔ’／ｈｒ、及び炉内
でのクラッキングにより水素約２１．３留／ｈｒと一酸
化炭素約１０．７ｒｎ”／ｈｒを与えるメタノール１８
．ｌｌＱ／ｈｒからなる混合物１０８　ｍ　／　ｈｒ　
（全流量の９０％）が導入され、酸素は、水蒸気及び二
酸化炭素を形成するように、直ちに還元性物質と結合さ
れる。炉の高温帯域でなされた測定は、次のような処理
雰囲気の組成を決定することができる。

Ｈ２＝１９．５％ ＣＯ□＝０．３％ Ｃｏ　＝　９．５％ Ｈ２Ｃ）＝　０．６％ ０２（５ｖｐｍ Ｈ２／Ｈ２０及びＣｏ／Ｃｏ□の比は、処理雰囲気が金
属に対して酸化をしないというようなものである。

冷却帯域の下流部分では、１０　ｖｐｍ以下の酸素を含
む低温精留によって製造された窒素からなる１２ｍ／ｈ
ｒ（全流量の１０％）が、いかなる空気の侵入も防ぐた
めに導入される。

失巖貫Ｉ：磁性鉄板の脱炭焼鈍 このような焼鈍は、はぼ８００℃の温度の連続炉におい
て行われる。

合計１００ｒｎ’／ｈｒの流量が炉内に導入され、前記
流量の内訳は次のようである。

高温帯域に関しては、残存酸素含有量３％の窒素６８ｍ
／ｈｒ及び炉内でのクラッキングにより水素約１１．３
ｒｎ’／ｈｒと一酸化炭素約５．７ｒｎ’／ｈｒを製造
するメタノールＩｏＱ／ｈｒからなる混合物８５ｒｎ’
／ｈｒ（全流量の８５％）が導入される。残存酸素は、
磁性鉄板の脱炭剤である水蒸気及び二酸化炭素を形成す
るように、直ちに還元性物質と結合される。炉の高温帯
域に関してなされた測定は、水蒸気含有板が、金属の脱
炭を確実に行うのに十分であり、Ｈ２／Ｈ２０及びＣＯ
／　Ｃｏ□の比が、脱炭を妨げる高温帯域におけるいか
なる酸化に対しても金属を保護するのに十分残っている
ことを確認できる。

測定値： １−Ｉ２＝９．５％ １ Ｃｏ　　＝５．０％ Ｈ２０＝３．５％ Ｃｏ２＝１．５％ ０２　　（５ｖｐｍ 冷却帯域に関しては、低温工学の窒素１５ｍ’／ｈｒ（
全流量の１５％）が、ブルーイングなしに脱炭焼鈍でき
るように導入される。低温工学による窒素を使用する事
実は、磁性鉄板を構成する鉄のいかなる酸化も防止し、
炉の出口における緩衝剤を形成するような本質的役割を
果たしている。

場合によって・は、水蒸気が、反対に材料片のブルーイ
ングを生じるように冷却帯域に加えられることもある。

失廠桝菱：鋼管の焼鈍 銅の焼鈍は、はぼ６５０℃の温度の連続炉において行わ
れる。

合計１８０　ｍ’　／　ｈｒの流量が炉内に導入され、
前記流量の内訳は次のようである。

高温帯域では、残存酸素含有量０．５％の窒素１６５ｒ
ｒｉ’／ｈｒ及び水素５ｒｎ’／ｈｒからなる混合物１
７０ｍ”／ｈｒ１２ （全流量の９５％）が加えられる。炉の酸素との反応に
よって、水蒸気約１．７ｍ／ｈｒが形成され、そのとき
なお水素約３．３ｍ／ｈｒが残る。このようにして、銅
を酸化しないように酸素はほとんど瞬時に除かれる。水
蒸気の存在は、水素の含有量を考慮すれば有害な効果を
もたない。

残存酸素含有量０．５％を有する透過又は吸着により製
造された粗製窒素に、接触反応によって確実に酸素を除
去するのに少くとも十分な窒素を加えて得られる窒素、
水蒸気及び水素の混合物１０ｒｒｒ／ｈｒ（全流量の５
％）が、冷却帯域に加えられる。

実施例４：５００℃における青銅片の焼鈍実施例３にお
けるのと同一条件で行われた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御雰囲気下の細長い処理帯域において金属片を連
   続的に長手方向に通過させ、前記処理帯域は、該帯域で
   の前記制御雰囲気が、窒素及び水素、場合によっては一
   酸化炭素のような還元性化学物質を有している高温の上
   流部分と、窒素の導入によって本質的に形成される雰囲
   気下にある冷却用下流部分とを有する金属の熱処理方法
   において、高温の上流部分においては雰囲気を構成する
   窒素が、５％を超えない残存酸素含有量をもった窒素を
   導入することによって供給され、前記還元性化学物質が
   、窒素とともに導入された酸素を除去するのに少くとも
   十分な量だけいつでも存在すること、及び冷却の下流部
   分に導入される窒素が、実質的に酸素を含まない、導入
   に先立って調製される種類のものであることを特徴とす
   る金属の熱処理方法。 ２、高温の上流部分における雰囲気を構成する酸素の残
   存含有量が０．５％より大きく、透過又は吸着技術によ
   る空気分離によって得られることを特徴とする請求項１
   記載の金属の熱処理方法。 ３、冷却の下流部分に導入される窒素が、低温精留によ
   る空気分離技術によって調製されることを特徴とする請
   求項１又は２記載の金属の熱処理方法。 ４、冷却の下流部分に導入される窒素が、残存酸素をも
   った粗製窒素を製造するように透過又は吸着による空気
   分離技術によって調製され、残存酸素は、該残存酸素を
   確実に除去するのに少くとも十分な量の添加水素との接
   触反応によって除去されることを特徴とする請求項１又
   ２記載の金属の熱処理方法。 ５、処理帯域の冷却の下流部分に導入される窒素流量が
   、前記処理帯域内に導入される全ガス流量の２％と２５
   ％との間に含まれることを特徴とする請求項１ないし４
   のいずれか１項に記載の金属の熱処理方法。 ６、金属片の焼鈍を行う請求項１ないし５のいずれか１
   項に記載の金属の熱処理方法。 ７、高い温度にある処理帯域の上流部分において、焼鈍
   処理雰囲気が、前記処理雰囲気に還元性を保証するＨ＿
   ２／Ｈ＿２Ｏ及びＣＯ／ＣＯ＿２含有比を有するように
   、残存酸素をもった窒素及びクラッキングにより水素と
   一酸化炭素を製造するメタノールの導入によって鋼片の
   焼鈍を行う請求項６記載の金属の熱処理方法。 ８、高い温度にある処理帯域の上流部分において、還元
   性物質との反応により脱炭を確実に行うのに十分な量の
   水蒸気及び二酸化炭素を与える残存酸素をもった窒素の
   導入によって磁性片の脱炭焼鈍を行い、一方Ｈ＿２／Ｈ
   ＿２Ｏ及びＣＯ／ＣＯ＿２含有比が、高い温度の前記上
   流部分における金属の酸化を防止するのに十分な比を維
   持する請求項６記載の金属の熱処理方法。 ９、高温処理帯域において、残存酸素及び水素をもった
   窒素の導入により、３５０℃と７００℃との間の温度で
   銅又は青銅の焼鈍を行う請求項６記載の金属の熱処理方
   法。