JPH0452211A - 金属体表面の熱処理方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、金属体を加熱するとともに該金属体表面の
酸化膜を還元する金属体表面の熱処理方法に関する。

［従来の技術］ 従来から金属体、例えば鋼板の表面処理の加熱源として
燃焼ガスを用いた輻射管方式が使用されている。

輻射管方式は間接加熱であるため、効率か悪く、また輻
射管は破損が多く、整備費も高い。このため直火方式に
よるガス燃焼による還元バーナーか検討され、使用され
てでいる。たとえば、特開昭６０−７７９２９号公報の
「銅帯の直火還元加熱方法」、あるいは特開昭６２−５
２３１０の「直火還元加熱バーナー」などかある。

しかし、直火方式還元バーナーは燃焼排ガスの未燃分に
よる還元のため、 ■　還元領域が狭い、 ■　高温を必要とする還元に不向きである、■　鋼板が
ある程度高温に加熱されたのちに還元作用か生じるため
、還元に時間を要する、という問題があった。

［発明が解決しようとする課ｊｌ］ この発明は以上のような点に鑑みて、効率良く、短時間
に鋼板等の金属体を所要温度に加熱するとともに、その
表面を還元することができる金属体表面の熱処理方法を
提供するものである。

［課題を解決するための手段］ この発明の金属体表面の熱処理方法は、プラズマトーチ
に作動ガスとともに還元性ガスを供給し、還元性ガスの
プラズマジェットにより金属体を加熱するとともに、該
金属体表面の酸化膜を還元する。

以下、この発明を更に詳細に説明する。

−船釣に、物体の加熱は次の式（１）で表わされる。

ｄθ３ 物体の昇温速度を　　　とすると ｄｔ ｄθｇＡ ＝α・□（θ、−０Ｓ）　　　・・・（１）ｄｔ　　　
　　ＣＷ θｆ：熱源温度（”Ｃ） θ３：物体温度（”Ｃ） ｔ：時間（ｈ） α：熱伝達係数（ｋｃａｌ／ｍ２ｈｔ　）Ａ：物体の有
効受熱面積（ｍ２） Ｃ：物体の比熱（ｋｃａｌ／Ｊ−℃） Ｗ：物体の比重（ｋｇ） 受熱面積Ａ、比熱Ｃ１重［ＩＷは物体によって決まり、
自由度はない。したかりて、 くする必要があるが、熱伝達係数αは、高温領域では輻
射伝熱によって支配されるから、次の式％式％（２） したかって、熱伝達係数αを大きくするには、加熱源の
温度θ、を大きくする必要かあることかわｄθ、 かる。すなわち、Ａ−温速度□を大きくするにｄｔ は加熱源の温度ｏｆを大きくすればよい。

また、金属体表面の還元メカニズムは金属体温度の上昇
とプラズマイオンＨ“による反応と劣えらね、金属体表
面の還元にとって金属体温度の−Ｆ昇は不可欠である。

上記のような点から、発明者等は加熱源として温度が高
いプラズマトーチを用い、プラズマトーチの作動ガスは
アルゴンガスな用い、加熱・還元ガスとしては水素ガス
、メタンガス、−酸化炭素ガス等を用い、金属体として
鋼板を用いてその表面の還元実験を行った。

実験結果を第１図および第２図に示す。

第１図によれば、プラズマトーチは直火方式還几バーナ
ーの約１７２程度の短時間で所定温度（７００℃）レベ
ルに到達していることがゎがる。また、第２図から明ら
かなように、鋼板表面の初期酸化膜厚５００人を最終酸
化膜厚２００人（還元Ｊｉ３００人）にまで還元可能で
ある。第１図および第２図は水素ガスのデータであるが
、メタンガス、−酸化炭素ガスでも同様な結果である。

還元反応が短時間に起っている理由は、直火方式還元バ
ーナーでは鋼板がある温度に達してから未燃の還元性ガ
ス（水素ガス、メタンガス等）が作用して鋼板表面が還
元するのに対して、プラズマトーチはプラズマ化した高
温の水素ガス等が、直接鋼板の表面に当たるため加熱と
還元がほぼ同時に起っているためと推定される。特に昇
温か速いのは、プラズマトーチから吹き出す高温のプラ
ズマジェットによる輻射伝熱の熱伝達係数が大きく、直
火方式還元バーナーより短時間になっていると思われる
。

また、直火方式還元バーナーでは、鋼板表面の還元は燃
焼排ガスによって行われており、燃焼排ガスは時々刻々
、炉中の酸素ガスと反応しながら燃焼するため、バーナ
ーからの距離によって還元域と酸化域が生ずる。これに
対して、プラズマトーチの場合、プラズマトーチ用の作
動ガス（アルゴン等不活性ガス）と加熱・還元ガス（水
素ガス、メタンガス等）しか存在しないため鋼板表面の
還元は安定的に行われる。

以上のように実験結果からプラズマトーチによって直火
方式還元バーナーの１重２程度の時間て、直火方式還元
バーナーと同等の鋼板表面の酸化膜還元が可能であるこ
とが判明した。

［実施例］ 第３図は、すべての帯域を横型炉で構成した鋼板に対す
る亜鉛めっきラインを示す。

巻戻し機１１から巻き戻された鋼板Ｓは、剪断機１２、
溶接機１３およびループカー１４を経たあと、プラズマ
トーチを備えた無酸化還元炉１５に入り、鋼板Ｓ表面の
酸化膜をプラズマトーチて還元する。

直火方式還元バーナーにより鋼板Ｓを還元する従来の方
法では、第３図に示すように無酸化還元炉１５の代わり
に無酸化炉２７および還元炉２８か上記ラインに設備さ
れることになる。

無酸化還元炉１５は、第４図に示すようにソールのため
に前室３１を設け、冷却炉１６との間にもシール装置３
３を設けている。シールは、たとえば窒素ガス等のよう
な不活性ガスを用いている。

無酸化還元炉１５において、プラズマトーチは鋼板Ｓの
上下に複数本配置されている。プラズマトーチ３５の電
極３６および作動ガスノズル３７には、第５図に示すよ
うに直流電源３９の負極および正極がそれぞれ接続され
ている。作動ガスノズル３６には作動ガス（アルゴンガ
ス等）が、また還元性ガスノズル３８には還元性ガス（
水素ガス等）が供給される。なお、プラズマトーチ３５
の先端部は冷却水　（図示しない）により冷却されてい
る。

なお、無酸化還元炉１５で還元された鋼板Ｓは、冷却炉
１６で冷却されたのち、めっき槽１７で亜鉛溶融めっき
される。めっきされた鋼板Ｓは、合金化炉１８、シェツ
トクーラー１９、冷却塔２０を経てスキンバスミル２１
てスキンバス圧延される。ついて、鋼板Ｓはレベラー２
２で矯正され、化学処理装置２３てクロメート処理など
がなされたのち、巻取り機２４に巻き取られる。

第３図に示すように、プラズマトーチによる無酸化還元
炉１５の設備長さは、直火方式還元バーナーを備えた炉
２７．２８と比較して１／２になっており、しかも所要
の還元性能を得ることかできる。

なお、本実施例では鋼板を対象としているが本発明はこ
れに限定されるものではなく、線材、棒鋼、条鋼等の鋼
材、ステンレス材、鋳鉄、非鉄金属あるいは合金材等幅
広く適用することかできるものである。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、プラズマトーチ
によって高温を達成し効率良く、短時間で金属体表面の
酸化膜を還元、除去することができる。この結果、熱効
率および生産能率の向］ニを図ることかできる。また、
設備長さは短縮されるので、設備費を削減することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼板温度の上昇速度をこの発明と従来法とを比
較して示す線図、第２図は還元ガス暴露時間と還元量と
の関係の一例を示す線図、第３図はこの発明を実施する
設備の一例であって、亜鉛めっきラインの設備構成図、
第４図は上記ライン中に設けられた無酸化還元炉の縦断
面図、および第５図は上記無酸化還元炉に取り付けられ
たプラズマトーチの先端部を示す一部断面図である。 １５・・・無酸化還元炉、１７・・・冷却炉、２７・・
・無酸化炉、２８・・・還元炉、３１−・・無酸化還元
炉の前室、３３・・・無酸化還元炉のシール装置、３５
・・・プラズマトーチ、３６・・：電極、３７・・・作
動ガスノズル、３８・・・還元性ガスノズル、３９・・
・直流電源、Ｓ・・・鋼板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラズマトーチに作動ガスとともに還元性ガスを供
   給し、還元性ガスのプラズマジエットにより金属体を加
   熱するとともに、金属体表面の酸化膜を還元することを
   特徴とした金属体表面の熱処理方法。