(57)【要約】【課題】不活性ガス（通常は窒素）および水素の混合物が存在する雰囲気内にある連続金属細長片熱処理ラインにおいて、爆発性雰囲気が形成される危険性を低減する。【解決手段】連続金属細長片加熱処理ラインの炉内に爆発的雰囲気が形成される危険性を制限するためのシステムであって、該ラインの区間は、不活性ガスと水素の混合物からなる雰囲気下にあり、該雰囲気の水素含有量は、５〜１００容量％であり、該システムは、急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えており、以下を含むシステムとする。  炉の急速加熱区間の入口および急速冷却区間の出口に設けられており、不活性ガス下で保持され、炉の加熱が正常に作動しているとき、チャンバー内部の圧力が大気圧より高いチャンバー；金属細長片が大気からチャンバーに入るときに通る入口装置；金属細長片が不活性ガス下のチャンバーから炉の加熱区間に入るときに通る、ガステイクオフに装着された大気分離入口装置；金属細長片が炉の急速冷却区間を出るときに通る、ガステイクオフに装着された大気分離出口装置；および金属細長片がチャンバーを出て大気中に行くときに通る出口装置。【選択図】なし
2009541598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続金属細長片加熱処理ラインの炉内に爆発的雰囲気が形成される危険性を制限するためのシステムであって、該ラインの区間は、不活性ガスと水素の混合物からなる雰囲気下にあり、該雰囲気の水素含有量は、５〜１００容量％であり、該システムは、急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えており、以下を含むことを特徴とするシステム。
炉の急速加熱区間の入口および急速冷却区間の出口に設けられており、不活性ガス下で保持され、炉の加熱が正常に作動しているとき、チャンバー（９）内部の圧力が大気圧より高いチャンバー（９）；
金属細長片が大気からチャンバー（９）に入るときに通る入口装置（１０）；
金属細長片が不活性ガス下のチャンバー（９）から炉の加熱区間に入るときに通る、ガステイクオフ（１４）に装着された大気分離入口装置（１１）；
金属細長片が炉の急速冷却区間を出るときに通る、ガステイクオフ（１４）に装着された大気分離出口装置（１３）；および
金属細長片がチャンバー（９）を出て大気中に行くときに通る出口装置（１２）。
【請求項２】
炉の加熱が正常に作動しているときの、不活性ガス下に保持されるチャンバー（９）内の相対圧力は、少なくとも２０ｄａＰａである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
炉の加熱が正常に作動しているときの、不活性ガス下に保持されるチャンバー（９）内の相対圧力は、炉（２）内の気圧と同じ、または大きい請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
不活性ガスが窒素である請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
金属細長片がチャンバー（９）に入るときに通る入口装置（１０）と金属細長片が炉の急速加熱区間に入るときに通る大気分離入口装置（１１）との間の距離、および、金属細長片が炉の急速冷却区間を出るときに通る大気分離出口装置（１３）と金属細長片がチャンバー（９）から出るときに通る出口装置（１２）との間の距離（Ｈ）は、加熱が突然に停止することによって炉内が低圧になった場合にチャンバー（９）内に生じたエアプルーム（２０）の長さ（Ｐ）よりも大きくする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
所定の瞬間においてチャンバー（９）内に生じるエアプルーム（２０）の長さ（Ｐ）は、空気と雰囲気（不活性ガス＋Ｈ2）の混合物が炉内に存在しているならば、ＵＥＬ（爆発する上限値）に相当する空気の等濃度に等しい不活性ガス中の空気の等濃度によって規定される該プルーム包絡腺（Ｃ２）の中心線の長さとする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
チャンバー（９）の容量は、空気と雰囲気（不活性ガス＋Ｈ2）の混合物が炉内に存在しているならば、炉内の圧力が再び大気圧に等しくなるときまでに流入する空気の流速が、チャンバー容量内の不活性ガス中の空気濃度を、ＵＥＬに相当する空気濃度に等しくする容量（Ｖ）と同じ、あるいは大きい請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
炉とチャンバー（９）の間の雰囲気を分離するための装置（１１、１３）は、金属細長片の両側に配置された２セットの２つのローラーまたはフラップを含有し、炉（２）とチャンバー（９）の間で雰囲気を交換することなく、該雰囲気が炉（２）からテイクオフ（１４）に流れ、また、チャンバー（９）からテイクオフ（１４）に流れるように、該雰囲気は２セットの２つのローラーおよび／またはフラップの間にあるテイクオフ（１４）で抽出される請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
入口装置と出口装置（１０、１２）および雰囲気分離装置（１１、１３）は、これらの装置の上流および下流での気圧が等しくなるように、同じ高さである請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
圧力のバランスをとり、雰囲気分離装置（１１、１３）で必要とされるオフテイク速度の低減を補助するために、炉の下部で上昇枝と下降枝の雰囲気が互いに交換できるように、炉の上昇枝と下降枝の間であって、炉の下部にリンキングトンネル（１５）を設ける請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
チャンバー（９）に窒素を注入するための１または２以上の箇所（１６）、および窒素を炉（２）に注入するための１または２以上の箇所（１８）を設ける請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
各チャンバーの間に雰囲気分離装置（１１、１３）を有する連続したチャンバー（９）を含む請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
２つのチャンバー（９ａ、９ｂ）を含み、そのうちの１つは炉の入口、他方は炉の出口に設けられた請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
金属細長片の破損あるいは加熱の緊急な停止が検出されるとすぐに、いくつかの箇所において、炉（２）およびチャンバー（９）、および／または冷却交換機バイパス回路および／またはファンから再循環フローを停止する装置に、不活性ガス、特に窒素の注入を行うことにより、炉（２）およびチャンバー（９）内で達した低圧レベルを制限し、また、炉内に爆発的雰囲気を形成する危険性を制限することを可能にする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
ファンからの再循環フローを停止する装置には、バルブまたはフラップを停止する制御装置、および／またはファンのモーターへの供給に関与する周波数レギュレータを介した電気ブレーキが含まれる請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速加熱区間および急速冷却区間を備えた連続金属細長片熱処理ラインの区間になされた改良に関する。
【０００２】
“急速加熱および急速冷却”の用語は、少なくとも１００℃／秒の温度勾配をもつ加熱または冷却の意味で用いる。
【０００３】
本発明の目的は、特には、不活性ガス（通常は窒素）および水素の混合物が存在する雰囲気内にある連続金属細長片熱処理ラインにおいて、爆発性雰囲気が形成される危険性を低減することである。
【背景技術】
【０００４】
本発明の技術分野を的確に定めるため、添付した図１を最初に参照する。図１は、急速加熱区間および急速冷却区間を備えた公知の連続金属細長片熱処理ラインの１例の模式図である。
【０００５】
図１は、炉２を通過していく金属細長片１を示しており、炉２の内部は保護雰囲気下となっており、金属細長片１は、デフレクターローラー３上を通過していく。炉は、入口装置７および出口装置８によって封鎖されている。金属細長片１が炉２の中を移動する間、金属細長片は、その両側に配置された加熱手段５および冷却手段６に連続して曝される。
【０００６】
炉２の内部の保護雰囲気は、高温加熱／冷却サイクルの間、金属細長片が酸化されることを防ぐ目的で設けられる。保護雰囲気は、通常は不活性ガス、特に窒素および水素の混合物からなり、金属細長片の表面に存在する酸化物を低減させる還元機能を有する。その水素含有量は、４％以上である。対流冷却の効率を高めるために、高い水素含有量、多くの場合、２０〜７５％の水素含有量を含む雰囲気が、冷却区間の多くの連続ラインにおいて使用されている。ステンレス鋼に対する金属細長片の光輝焼きなましラインでは、要求される表面特性を得るため、９５％までの水素含有量が使用されている。
【０００７】
炉内の圧力は、炉内への空気、より正確には酸素の流入を防ぐため、大気圧より高くなっている。炉内における酸素の存在は、爆発的雰囲気が形成される危険性を避けるという安全上の理由から、排除する必要がある。酸素の存在は、金属細長片に酸化物を形成させるので、表面品質上の理由からも排除する必要がある。
【０００８】
入口装置７および出口装置８は、漏れ速度を減少させ、それによって、炉による雰囲気の消費を減少させるために、炉の開いた入口および出口の部分を制限することを可能にする。これらの装置は、通常、ローラーまたはフラップを備えたロックチャンバーである。これらの装置は、ある程度の封鎖をするだけであるため、これらの装置近くの炉外に出ていく雰囲気ガスの量を制限し、炉による雰囲気の消費を低減するために、炉内の圧力はできるだけ低くしなければならない。
【０００９】
炉内の圧力を大気圧よりも高くすることにより、金属細長片のフォーマットの変化、熱サイクルの変化またはライン速度の変化、あるいは、例えば、非常の停止または金属細長片の破損のような事故のときに起こる大気の収縮による圧力の変動を軽減することも可能になる。炉が減圧下にあると、入口装置７および出口装置８を通って空気が炉内に流入する。炉内の高い水素含有量を含む雰囲気中における酸素の存在は、炉内に爆発的雰囲気を形成する高い危険性を招くことになる。爆発的雰囲気と、爆発着火点（炉内のホットスポット）が同時に存在すると、爆発着火点が金属細長片上だけであっても、爆発する危険性が増大する。
【００１０】
電気抵抗加熱区間または裸火炎バーナーや放射ガス管のような燃焼装置を備えた従来の炉においては、加熱区間の大きな容量およびその高い熱容量は、バッファーとして機能し、炉が低圧になることを防いでいる。
【００１１】
従来技術である従来の炉においては、出願人の特許であるＦＲ  ２  ８０９  ４１８から引用した図２に示すように、区間２によって、水素含有量が低い加熱区間１と、水素含有量が高い急速冷却区間３が分離されている。区間２に設けられたテイクオフ５は、この区間の圧力を区間１と区間３の圧力よりも少し低く維持することを可能にしている。これにより、区間１と区間３から区間２に向かって、大気の流れが発生する。急速冷却区間３の雰囲気収縮によって起こる該区間の大幅な減圧により、区間２から区間３への雰囲気の流れが生じ、区間２が低圧となる。次いで、区間２が低圧になると、区間１から区間２への大気の流れが生じる。この区間１に含まれる雰囲気の大容量によって、炉内を正圧に維持しつつ、区間２と区間３における低圧を補正することが可能となり、それにより、空気の流入を防ぎ、爆発的雰囲気の形成を防いでいる。さらに、金属細長片が炉に入るときに通る入口装置７ａと、金属細長片が区間２に入るときに通る入口装置７ｂとの間の長い距離は、装置７ａを通じて炉に空気が流入する場合に、水素含有量が高い区間３に空気が流入する危険性を低減するのに役立っている。
【００１２】
図２に示した従来の連続ラインの例では、ゆっくりした冷却または最終的な冷却前の均熱処理を行うための、水素含有量が低い区間４は、水素含有量が高い急速冷却区間３の下流に配置されている。加熱区間１のように、この区間４は、区間３が雰囲気収縮する際において、バッファー容量として作用する。
【００１３】
同じく特許ＦＲ  ２  ８０９  ４１８から引用した図３に示すように、水素含有量が高い冷却区間３の下流に区間４がない、他の連続ラインの例では、金属細長片が炉を出るときに通る出口装置８ｂが加熱区間側に配置されている。出口装置８ｂは、バッファー容量として作用し、装置８ａと８ｂの間の距離は、空気が装置８ｂを通って炉内に流入する場合に、水素含有量が高い区間３に空気が流入する危険性を低減するために、大きくなっている。
【００１４】
図２、３に示すように、連続ラインに大きなバッファー容量を設けることによって、冷却区間に雰囲気収縮が起きた場合に低圧となる危険性がなく、炉内の圧力を約２０ｄａＰａまで、相対圧力（すなわち、大気圧と比較して）を制御することが可能である。
【００１５】
従来技術における、ステンレス鋼の金属細長片の光輝焼きなましラインでは、炉の構成は図４に示す通りである。
【００１６】
図４は、水素含有量が高い（通常９５％）保護雰囲気がある炉２の中を、金属細長片１が、デフレクターローラー３上を通って移動することを示している。炉は、入口装置７と出口装置８によって封鎖されている。金属細長片１が炉２の中を移動する間、金属細長片は、その両側に配置された加熱手段５および冷却手段６に連続して曝される。ステンレス鋼の光輝焼きなましでは、要求される表面品質を阻害する金属細長片温度以上で、金属細長片がローラーと接触しないようにするため、金属細長片は垂直方向に設けられた同一枝部内で加熱および冷却されることが必要である。この例では、加熱および冷却手段は、下降枝部内に配置され、他の例では、上昇枝部内に配置される。
【００１７】
従来技術における光輝焼きなましラインは、通例、成形された抵抗加熱要素からなる放射ヒーター５を備えている。放射ヒーターを１つの垂直方向に設けられた枝部に設置したときの応力および、焼きなまし温度において金属細長片の強度と両立できるようにするために限定された枝部の最大高さのため、成形された抵抗加熱要素の低い出力密度は、低い速度で移動する低効率のラインをもたらすことになる。
【００１８】
図２および図３に記載されたラインとは異なり、従来技術における光輝焼きなましラインは、金属細長片の破損の結果起こる雰囲気の収縮を補正するための、水素含有量が低いバッファー容量を設けていない。しかしながら、使用された加熱手段の高い熱慣性とラインの低い生産効率は、雰囲気収縮の減少を意味している。光輝焼きなましラインにおいて、空気が炉内に流入する危険性を調整するためには、炉内の相対圧力を約６０〜７０ｄａＰａに上昇させる。
【００１９】
“遅い”加熱手段を備えた従来のラインにおいて爆発的雰囲気が形成される危険性を低減するための解決案が、なぜ急速加熱および冷却手段、例えば、時間関数として絶対値で１００℃／秒以上の温度勾配（正または負）で作動するもの、を備えた炉には適当でないのかを説明する。
【００２０】
急速加熱区間、例えば、縦方向フローまたは横方向フロー誘導加熱ユニットを備えた連続金属細長片加熱処理ラインで使用する炉は、同一のライン処理能力に対して、電気抵抗加熱要素または裸火炎バーナーまたは放射ガス管等の燃焼装置を備えた加熱区間を有する炉に比較してサイズが小さい。したがって、誘導加熱区間に含まれるＮ2／Ｈ2雰囲気の容量は、従来の加熱区間に含まれるものよりもずっと小さい。この雰囲気が小容量であるため、従来の炉におけるように、雰囲気収縮の場合に、バッファー容量として作用することが妨げられる。
【００２１】
さらに、誘導加熱区間の環境は、従来の加熱区間に比べて“低い温度”である。従来の加熱区間では、放射または対流交換には、高温の環境が要求される。同様に、誘導加熱区間は、非常に低い熱慣性によって特徴付けられ、加熱の開始および停止は、実質的に即時に行われる。これと比較して、従来の加熱区間は、高い熱慣性を有している。その原因は、高温に上昇された多量の材料、炉を開始するときに加熱装置の温度を上げるために必要な時間あるいは、炉を停止するときに冷却するために必要な時間によるものである。その結果、従来の加熱区間とは異なり、急速誘導加熱区間は、加熱を停止した後、急速誘導加熱区間の雰囲気の冷却を中和し、炉内の減圧レベルを限定するために、少しの熱を供給する。
【００２２】
高効率の連続金属細長片加熱処理ラインは、高い金属細長片移動速度、例えば、１００〜８００ｍ／分で行われ、通例、数メガワットの高い加熱パワーレベルが設置されている。金属細長片を急速に冷却するため、このラインには、水素が多い（例えば、３０〜１００％水素を含む）窒素／水素混合物からなる雰囲気内に急速対流冷却区間が備えられている。この冷却区間には、クーリングボックスを通る気体の流れを作るために、モーターで稼働する遠心ファンが備えられている。金属細長片との交換を行った後、熱風は再循環して上記ファンの取り入れ口に入り、再び金属細長片に吹き付けられる前に、水交換機を通って冷却される。冷却区間の高い効率とこれらラインの高い生産効率のためには、金属細長片に吹き付けるための大容量の雰囲気が必要であり、したがって、通例、高い公称インペラ回転速度で作動する高パワーのモーター駆動ファンを使用することが必要である。
【００２３】
誘導加熱を有する高効率のラインにおいては、例えば、金属細長片の破損あるいは非常時の停止による、加熱の突然の停止は、ほとんど即時に阻止された金属細長片に熱を供給することになる。金属細長片の移動が停止あるいは加熱が停止したことをラインコントロールシステムが検出すると、すぐに上記ファンは停止する。しかしながら、その機械的慣性のために、モーター駆動ファンが停止するには数分を要する。誘導加熱のほとんど即時の停止と冷却の停止との間の遅れは、冷却回路を循環するＨ2／Ｎ2雰囲気の流れを非常に急速に冷却することになる。その理由は、水交換機で交換されるパワーは、誘導加熱によって供給されるパワーと同等だからである。加熱が停止した直後に雰囲気を非常に急速に冷却すると、雰囲気の相当な収縮を招くことになる。これは、冷却区間およびほとんど即座に炉全体を、大きく低圧にする原因となる。
【００２４】
加熱が突然停止して炉が低圧になり、炉が元の雰囲気圧に戻る時までに経過する時間は、Ｔで表示される。
【００２５】
さらに、急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えた連続ラインの場合、炉内が達する低圧レベルは、以下の組み合わせで明確に説明される。
・電気抵抗加熱要素または燃焼装置を使用した従来の加熱区間と比べて誘導加熱区間がコンパクトであることによる低容量の炉；
・冷却区間の雰囲気の冷却を阻止するために、加熱を停止した後、わずかな加熱をする“クールな”加熱区間；
・必要とされる交換容量を得るために、冷却区間に再循環する雰囲気の高い流速、すなわち、炉の小さな雰囲気容量の非常に急速な冷却；および
・大きなライン容量を理由として設置された高熱出力、すなわち、誘導加熱が急に停止したときに、炉内の小容量の雰囲気を非常に急速に冷却するために利用できる高い冷蔵能力。
【００２６】
急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えた連続金属細長片加熱処理ラインにおいては、加熱が停止した後に得られる相対低圧は、非常に高いレベルに達しうる。この低圧を補填し、また、炉が低圧になることを防ぐために必要とされる炉内の公称動作圧力の増加は、産業工場で達成することができない。その理由は、入口装置および出口装置で起こる雰囲気の多くの漏れ、すなわち、これらの装置付近にある炉外の爆発的雰囲気の大容量の形成および、ラインの生産コストの上昇につながる雰囲気の過剰な消費（これは設備の収益性を低下させることになる）となる実質的危険性のためである。
【００２７】
したがって、高い水素含有量をもつ急速冷却区間を備えた高効率の誘導炉は、電気抵抗加熱要素または燃焼装置を装備した大きな加熱区間を備えた従来のラインに比べて、ラインが急に停止したときに、炉雰囲気の爆発の危険性が非常に増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は、炉内において、爆発的雰囲気が形成される危険性を制限するため、この技術上の問題点に対する解決方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、連続金属細長片加熱処理ラインの炉内に爆発的雰囲気が形成される危険性を制限するためのシステムであって、該ラインの区間は、不活性ガスと水素の混合物からなる雰囲気下にあり、該雰囲気の水素含有量は、５〜１００容量％であり、該システムは、急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えており、以下を含むことを特徴とするシステム。
炉の急速加熱区間の入口および急速冷却区間の出口に設けられており、不活性ガス下で保持され、炉の加熱が正常に作動しているとき、チャンバー内部の圧力が大気圧より高いチャンバー；
金属細長片が大気からチャンバーに入るときに通る入口装置；
金属細長片が不活性ガス下のチャンバーから炉の加熱区間に入るときに通る、ガステイクオフに装着された大気分離入口装置；
金属細長片が炉の急速冷却区間を出るときに通る、ガステイクオフに装着された大気分離出口装置；および
金属細長片がチャンバーを出て大気中に行くときに通る出口装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
炉の加熱が正常に作動しているときの、不活性ガス下に保持されるチャンバー内の相対圧力は、少なくとも２０ｄａＰａであることが好ましい。チャンバー内の相対圧力は、一般に、炉内の気圧と同じ、またはわずかに（例えば、２ｄａＰａ）大きい。
【００３１】
不活性ガスは、窒素にすることができる。
【００３２】
金属細長片がチャンバーに入るときに通る入口装置と金属細長片が炉の急速加熱区間に入るときに通る大気分離入口装置との間の距離、および、金属細長片が炉の急速冷却区間を出るときに通る大気分離出口装置と金属細長片がチャンバーから出るときに通る出口装置との間の距離は、加熱が突然に停止することによって炉内が低圧になった場合にチャンバー内に生じたエアプルームの長さよりも大きくするのが好ましい。
所定の瞬間においてチャンバー内に生じるエアプルームの長さは、空気と雰囲気（不活性ガス＋Ｈ2）の混合物が炉内に存在しているならば、ＵＥＬ（爆発する上限値）に相当する空気の等濃度に等しい不活性ガス中の空気の等濃度によって規定される該プルーム包絡腺の中心線の長さとすることが好ましい。
【００３３】
チャンバーの容量は、空気と雰囲気（不活性ガス＋Ｈ2）の混合物が炉内に存在しているならば、炉内の圧力が再び大気圧に等しくなるときまでに流入する空気の流速が、チャンバー容量内の不活性ガス中の空気濃度を、ＵＥＬに相当する空気濃度に等しくする容量と同じ、あるいは大きいことが好ましい。
【００３４】
炉とチャンバーの間の雰囲気を分離するための装置は、金属細長片の両側に配置された２セットの２つのローラーまたはフラップを含有し、炉とチャンバーの間で雰囲気を交換することなく、該雰囲気が炉からテイクオフに流れ、また、チャンバーからテイクオフに流れるように、該雰囲気は２セットの２つのローラーおよび／またはフラップの間にあるテイクオフで抽出される。
【００３５】
入口装置と出口装置および雰囲気分離装置は、これらの装置の上流および下流での気圧が等しくなるように、同じ高さであることが好ましい。
【００３６】
炉の上昇枝と下降枝の間であって、炉の下部にリンキングトンネルを設けることができる。それにより、炉の下部で上昇枝と下降枝の雰囲気が互いに交換できるようになり、その結果、圧力のバランスをとり、雰囲気分離装置で必要とされるオフテイク速度の低減を補助する。
【００３７】
チャンバーに窒素を注入するための１または２以上の箇所、および不活性ガス、特に窒素を炉に注入するための１または２以上の箇所を設ける。
【００３８】
該システムには、各チャンバーの間に雰囲気分離装置を有する連続したチャンバーを含めることができる。
【００３９】
該システムには、１つは炉の入口、他方は炉の出口に設けた２つの分離したチャンバーを含めることができる。
【００４０】
本発明は、また、連続金属細長片熱処理ラインの炉内に爆発的雰囲気を形成する危険性を制限する方法であり、該ラインの区間は不活性ガスと水素の混合物からなる雰囲気下にあり、該雰囲気の水素含有量は５〜１０容量％であり、該システムは、急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えている方法において、金属細長片の破損あるいは加熱の緊急な停止が検出されるとすぐに、炉内に存在する雰囲気の冷却を制限するための１セットの対策を実行し、この対策には、いくつかの箇所において、炉およびチャンバー、および／または冷却交換機バイパス回路および／またはファンから再循環フローを停止する装置、特にバルブまたはフラップを停止するコントロール、あるいはファンのモーターへの供給に関与する周波数レギュレータを介する電気ブレーキ、への不活性ガス、特に窒素の注入が含まれることを特徴とする方法に関するものである。
【００４１】
本発明は、上述した装置とは別に、図面を参照しつつ、実施例を用いて以下に詳細に説明される他の装置を含む。これらは本発明を限定するものではない。
【００４２】
本発明は、連続金属細長片熱処理ラインの炉内に爆発的雰囲気が形成される危険性を制限するシステムであって、該ラインの区間は不活性ガス、特に窒素と水素の混合物からなる雰囲気下にあり、該雰囲気の水素含有量は５〜１００容量％であり、該システムには急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えており、以下を含むことを特徴とするシステムを提供する。
大気圧よりも高い圧力、特に少なくとも２０ｄａＰａの相対圧力で窒素下に維持されるチャンバー９；
金属細長片が大気中からチャンバー９に入るときに通る入口装置１０；
金属細長片がチャンバーから炉２に入るときに通る、ガステイクオフ１４に装着された大気分離入口装置１１；
金属細長片が炉２を出るときに通る、ガステイクオフ１４に装着された大気分離出口装置１３；および
金属細長片がチャンバー９を出て、大気中に出るときに通る出口装置１２。
【００４３】
また、本発明のシステムは、装置１０と装置１１の間、および、装置１２と装置１３の間の距離Ｈが、加熱が急に停止して、炉内が低圧になったときにチャンバー９内に生じたエアプルーム２０の長さＰより大きいことを特徴とする。
【００４４】
本発明は、チャンバー９内に生じたエアプルーム２０の瞬間Ｔにおける長さＰを、空気と雰囲気（不活性ガス＋Ｈ2）の混合物が炉内に存在しているならば、ＵＥＬ（爆発する上限値）に相当する空気の等濃度に等しい不活性ガス中の空気の等濃度によって規定される該プルーム包絡腺の中心線の長さとすることを特徴とする。別の言葉で言えば、該プルーム２０の包絡腺内の窒素中における空気濃度が上記限界値よりも上であること、一方、該プルーム２０の包絡腺周囲における空気濃度がこの限界値に未だ達していないことである。
【００４５】
また、本発明のシステムは、チャンバー９の容量が、炉の加熱が急に停止した場合、空気と雰囲気（不活性ガス＋Ｈ2）の混合物が炉内に存在しているならば、瞬間Ｔまでに流入する空気の流速が、チャンバー容量内の不活性ガス中の空気濃度を、ＵＥＬに相当する空気濃度に等しくする容量Ｖと同じ、あるいは大きいことを特徴とする。
【００４６】
該装置１１および装置１３は、高い水素含有量を有する炉と窒素下のチャンバー９の間の雰囲気を分離するためのものである。本発明の１態様においては、該装置は、２セットの２つのローラーおよび／またはフラップからなる。本発明の他の態様においては、金属細長片の両側に配置された２セットの２つのローラーまたはフラップからなる。該雰囲気は、炉２とチャンバー９の間で雰囲気交換をすることなく、炉２からテイクオフ１４に流れ、また、チャンバー９からテイクオフ１４に流れるように、２セットのローラーおよび／またはフラップの間にあるテイクオフ１４で抽出される。炉２内の圧力およびチャンバー９内の圧力は、テイクオフ１４での抽出速度を制限するために、ほとんど同じに保つ。これによって、炉２をその圧力レベルに維持するために必要なトップアップ１７の大気の量と、トップアップ１６の窒素の量はほとんど同じである。炉の加熱が正常に作動しているとき、チャンバー９内の圧力は、炉内の圧力に等しいか、またはわずかに上であることが好ましい。加熱が急に停止すると、炉は低圧になる。これにより、チャンバー９内は、不活性ガス、特には窒素の雰囲気圧力に比べて低圧になり、不活性ガスはチャンバー９から炉２内に流入する。
【００４７】
本発明の装置１０，１２および１１，１３は、煙突効果あるいはガスカラムの重量の違いによるガスの循環を避けるため、これらの装置の上流および下流の気圧が同じになるように、装置１０と１２および装置１１と１３は同じ高さとなるように装着する。
【００４８】
さらに、本発明は、圧力のバランスをとり、装置１１，１３で必要とされるオフテイク速度の低減を助けるため、炉の下部で上昇枝と下降枝の雰囲気を互いに交換できるように、炉の上昇枝と下降枝の間の炉の下部にリンキングトンネル１５を含んでいる。
【００４９】
繰り返すと、炉内で達した低圧レベルを制限し、また、炉が低圧下にある時間Ｔの期間を制限するために、本発明は、また、連続金属細長片熱処理ラインの炉内に爆発的雰囲気を形成する危険性を制限する方法であり、該ラインの区間は不活性ガス、特に窒素、と水素の混合物からなる雰囲気の下にあり、該雰囲気の水素含有量は５〜１００容量％であり、該炉は、急速誘導加熱区間および急速冷却区間を備えている方法において、金属細長片の破損あるいは加熱の緊急な停止が検出されるとすぐに、炉内に存在する雰囲気の冷却を制限する１セットの対策を実行し、この対策には、いくつかの箇所において、炉２およびチャンバー９、および／または冷却交換機バイパス回路および／またはファンから再循環フローを停止する装置への不活性ガス、特に窒素の注入が含まれることを特徴とする方法に関するものである。
【００５０】
ファンからの再循環フローを停止する装置は、バルブまたはフラップを停止する制御装置とすることができ、あるいはファンのモーターへの供給に関与する周波数レギュレータを介した電気ブレーキとすることができる。
【００５１】
本発明においては、チャンバー９に窒素を注入するための１または２以上の箇所１６を設け、また、炉２に窒素を注入するための１または２以上の箇所１６を設ける。過剰な圧力下で開く装置に、１または２以上の排気箇所１９を装着して、炉内の圧力が公称の稼働数値を超えることを防止する。例えば、炉の上部に配置する。
【００５２】
本発明において、ステンレス鋼の金属細長片の光輝焼きなましラインの好適な態様としては、炉内の金属細長片の最も温度が高い箇所の高さを限定することにより、距離Ｈをプルームの長さＰと等しくなるようにする。チャンバー９の容量は、チャンバーの幅および／または長さを増大することによって得られる。
【００５３】
図６に示した本発明の他の態様においては、金属細長片の入口および出口は、チャンバー９の脇に設けられる。  
【００５４】
図７に示した本発明の他の態様においては、チャンバー９は、窒素下で、２つまたはそれ以上の連続した直列のチャンバー９としており、これらの各チャンバーの間には、雰囲気分離装置１１，１３を設けている。
【００５５】
図８に示した本発明の他の態様においては、チャンバー９は、２つのチャンバー９ａ、９ｂとしており、１つは炉の入口に配置され、他方は炉の出口に配置されている。
【００５６】
チャンバー９内のエアプルームの長さＰをいかにして決定するかについて簡潔に述べる。長さＰは、ジェット物理学の法則によって支配される。
【００５７】
図５に示した本発明の他の態様においては、窒素中にフラットなエアジェットが存在している。このフラットなエアジェットは窒素中で広がり希釈され、すなわち、該ジェットの速度およびその空気濃度は、装置１０または装置１２の入口スロットから該ジェットが出ていくと低下する。図９に示すように、エアプルームの大きさは変わりやすい。長さＰは、炉が低圧にある間、瞬間Ｔと共に増加する。
【００５８】
長さＰは、コンピュータ流体力学モデルによって決定することができる。計算されたジオメトリと低圧から始まって、チャンバーの全容量および全時間にわたって速度と濃度が計算される。長さＨは、結果に応じて変更することができ、特に、高いＨ2含有量下のチャンバーの入口における空気濃度に応じて変更することができる。
【００５９】
長さＰは、入口装置１０から伸びるプルームに対して算出される。金属細長片の移動速度に基づく抵抗のため、このプルームは、出口装置１２に生じたものより長くなるからである。出口装置１２では、金属細長片は、プルームの成長とは逆方向に移動している。
【００６０】
窒素中におけるプルームの伝達について考慮する必要がある。装置１０に生じたプルームが装置１１に達しない限り、空気は水素下の炉に入ることができない。したがって、爆発的雰囲気が形成される危険性はゼロである。
【００６１】
プルームの伝達速度をＷとした場合、炉が低圧であるときの瞬間Ｔにおいて、装置１１に空気が入ることができないプルームの長さＰmaxは、Ｔ×Ｗに等しい。この長さＰmaxは、過度の安全基準であると考えることができる。その理由は、たとえプルームが装置１１にまで達しても、水素下にある領域に入るプルーム内の空気濃度が低く保たれ、結局、Ｎ2／Ｈ2混合物中の空気濃度は危険でないからである。
【００６２】
本発明においては、瞬間Ｔにおける長さＰは、炉内に空気とＮ2／Ｈ2が存在している場合、ＵＥＬに相当する空気の等濃度に等しい窒素中の空気の等濃度によって規定される該プルーム包絡腺の中心線の長さとして規定される。
【００６３】
図１０に示すように、プルーム２０は、窒素中の連続した空気等濃度からなる。曲線Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３は、窒素中の３つの空気等濃度を表しており、Ｃ３の濃度は、Ｃ２の濃度よりも高く、Ｃ２の濃度は、Ｃ１の濃度よりも高い。本発明において、長さＰは、例えば、空気等濃度Ｃ２によって定義されるプルーム包絡腺の中心線の長さである。
【００６４】
チャンバー９が低圧である瞬間Ｔにおいて、エアプルームのＮ2への良好な拡散を保証するために、チャンバーの容量Ｖは、低圧である間、この窒素の容量に空気がごくわずか供給されるように、十分に大きくしなければならない。
【００６５】
本発明において、チャンバー９の容量は、炉内に空気とＮ2／Ｈ2が存在している場合、瞬間Ｔにおいて流入する空気の流速が、チャンバー容量内の窒素中の空気濃度を、ＵＥＬに相当する空気濃度に等しくする容量Ｖと同じ、あるいは大きい。
【００６６】
装置１０および１２を通って入る空気の容量流速Ｑは、これらの装置の圧力低下係数ξおよび該装置の出力面積Ｓによって決まる。それは等式（Ａ）で表され、式中、Ｕは装置１０および１２を通って入る空気の速度である。
2009541598.tif 000003
すなわち、Ｑ＝Ｕ×Ｓである。
【００６７】
したがって、流入する流速は、雰囲気圧力とチャンバー９内部の圧力との間の圧力変化ΔＰによって決まる。用語ρairは、空気の密度を表す。チャンバー内の時間中の圧力変化は、流入する空気の瞬間の流速および容量Ｖ内の全体の空気濃度の変化を決定するために評価する必要がある。
【００６８】
チャンバー９および炉内の全体圧力の変化は、各時間において、チャンバー９および炉内のマスバランス（流入する窒素流速と流出するガス流速の間の）およびエンタルピーバランスを行う過渡モデルを使うことによって、チャンバー９および炉内の容量温度を知ることができ、評価することができる。圧力はこれらの条件、すなわち、マス流速および温度から計算される。上記モデルで考慮される対策は、例えば、以下の通りである。
・バイパス回路は、容量に再注入された新鮮なガスの流速を用いることにより、エンタルピーバランスにおいて考慮する；
・窒素パージ容量は、マスバランスにおいて考慮する。
【００６９】
チャンバー９内の窒素中の空気濃度は、種々の計算方法を用いて定義することができる。例を挙げると、容量全体にわたって濃度が均一である完全な撹拌リアクターに対するプロセスエンジニアリングで使用されている従来の方法は、以下の通りである。
窒素中の空気濃度は、以下の等式（Ｂ）で表される。
2009541598.tif 000004
［Ａ］Tは、チャンバー９の圧力が戻る瞬間Ｔにおける、チャンバー９内の窒素中の空気の容量濃度である。
［Ａ］incomingは、装置１０および１２を介して入ってくる、チャンバー９に流入するガス中の空気濃度である。
［Ａ］0は、低圧になる前のチャンバー９内の最初の空気濃度である。
ｔgeomは、チャンバー９のジオメトリ時間であり、以下の等式（Ｃ）で表される。
ｔgeom＝Ｖ／Ｑ  （Ｃ）
Ｖはチャンバー９の容量、Ｑは装置１０および１２を介してチャンバー９に流入する容量流速である。
【００７０】
等式（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に基づいて、チャンバー内の窒素中の空気濃度の関数として、チャンバー９の容量を決定することができる。
【００７１】
チャンバー９の容量の大きさを決定するために採用したチャンバー内の窒素中の空気濃度［Ａ］Tは、例えば、炉内に空気とＮ2／Ｈ2が存在している場合、ＵＥＬに相当する空気濃度である。したがって、９５容量％のＨ2を含むＮ2／Ｈ2の雰囲気であれば、これは０．３（３０％空気）になる。［Ａ］incomingと［Ａ］0の値は、それぞれ１．０（１００％空気）および０．０（１００％窒素）になる。計算は、例えば、雰囲気圧力と、チャンバー９が低圧になるときのチャンバー９内部が達する最も高い圧力との差である圧力差ΔＰに対して行う。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来技術に係る炉の垂直断面模式図である。
【図２】従来技術に係る炉の他の態様の垂直断面模式図である。
【図３】従来技術に係る炉の他の態様の垂直断面模式図である。
【図４】従来技術に係る炉の垂直断面模式図である。
【図５】本発明に係る誘導炉の垂直断面模式図である。本発明に係る１態様を模式的に示す図である。
【図６】本発明に係る誘導炉の垂直断面模式図である。
【図７】本発明に係る誘導炉の垂直断面模式図である。
【図８】本発明に係る誘導炉の垂直断面模式図である。
【図９】連続した瞬間に相当する３つのエアプルームを示す図である。
【図１０】連続した空気の等濃度曲線を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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