(57)【要約】【課題】水素ガスを用いて金属板の還元処理を行う場合に、還元処理により発生した水蒸気によって再び金属板が酸化することを防止する。【解決手段】反応炉２の入口開口２１から出口開口２２に通過する金属板を水素雰囲気中で加熱処理することによって上記金属板に含まれる酸化物を還元すると共に、還元反応によって発生した水蒸気を炉内から排出するために、上記反応炉２内部に上記出口開口２２側から上記入口開口２１側に向く炉内ガス流Ｎを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口開口から出口開口に通過する金属板を水素雰囲気中で加熱処理することによって前記金属板に含まれる酸化物を還元処理する反応炉と、
前記反応炉に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、
前記水素ガス供給手段により前記反応炉に供給された前記水素ガスが前記出口開口側から前記入口開口側へと流れるような炉内ガス流を形成するガス流形成手段と
を備えることを特徴とする連続式加熱炉。
【請求項２】
前記水素ガス供給手段は、前記酸化物の還元反応が起こる還元反応領域よりも前記出口開口側から、前記反応炉に水素ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の連続式加熱炉。
【請求項３】
前記ガス流形成手段は、前記酸化物の還元反応が起こる還元反応領域よりも前記入口開口側の圧力に対して、前記還元反応領域よりもが前記出口開口側の圧力が相対的に高くなるように、前記反応炉内の上流と下流とで圧力差を形成することにより、前記炉内ガス流を形成することを特徴とする請求項１または２記載の連続式加熱炉。
【請求項４】
前記ガス流形成手段は、前記反応炉内の前記炉内ガス流の前記出口開口側に向かう方向の流体抵抗を高めるために、前記水素ガスの供給位置よりも前記出口開口側における前記反応炉内の最小断面積を、前記水素ガスの供給位置よりも前記入口開口側における前記反応炉内の最小断面積よりも、相対的に小さくすることを特徴とする請求項３記載の連続式加熱炉。
【請求項５】
前記ガス流形成手段は、前記酸化物の還元反応が起こる還元反応領域よりも前記入口開口側で前記反応炉に接続される炉内ガス吸引装置であることを特徴とする請求項３記載の連続式加熱炉。
【請求項６】
前記反応炉の内部の露点を計測する露点計または前記反応炉の内部の水素濃度を計測する水素濃度計またはこれら両者を備え、
前記水素ガス供給手段は、前記露点計または前記水素濃度計の少なくとも一方の計測結果に基づいて前記水素ガスの供給量を設定する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の連続式加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続式加熱炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、粉末圧延法により、ステンレス鋼を帯状の基材とするクラッドシートを製造する場合には、帯状の基材の表面に対して付着されたロウ材組成を有する粉末を焼結処理または溶融処理して帯状の基材表面に対して固着させる加熱処理を行う。
周知のように、ステンレス鋼に対して異種金属材料を固着させるためには、帯状の基材の表面及び異種金属材料に含まれる酸化物（不動態被膜）を除去することが好ましい。このため、上述の焼結処理または溶融処理は、帯状の基材及びロウ材組成を有する粉末が同時に還元処理されるように、水素雰囲気中で行われる。
例えば、特許文献１には、加熱されたステンレス鋼に対して、水素ガスを吹き付けることによって、ステンレス鋼を還元処理する熱処理装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７８６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述のように、帯状のステンレス鋼の基材や基材表面に固着されたロウ材組成を有する粉末が還元処理されると、同時に水素と酸素が反応して水蒸気が発生する。
ステンレス鋼やニッケルロウ材に含まれるクロム（Ｃｒ）は、水との反応により酸化され易い金属である。つまり、帯状の基材及びロウ材に含まれる酸化物を還元処理しても、それによって発生した水蒸気により、クロム（Ｃｒ）が再び酸化してしまう。
このように、水素ガスを用いて金属板に含まれる酸化物を還元する場合には、還元の際に発生した水蒸気がクロム（Ｃｒ）を含んでいる金属板に触れると、再び金属板に含まれているクロム（Ｃｒ）が酸化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、水素ガスを用いて金属板の還元処理を行う連続式加熱炉を使用する場合に、還元処理により連続式加熱炉内で発生した水蒸気によって再び金属板が酸化することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、入口開口から出口開口に通過する金属板を水素雰囲気で加熱処理することによって上記金属板に含まれる酸化物を還元する反応炉と、上記反応炉に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、上記水素ガス供給手段により上記反応炉に供給された上記水素ガスが上記出口開口側から上記入口開口側へと流れるような炉内ガス流を形成するガス流形成手段とを備えるという構成を採用する。
【０００７】
本発明においては、ガス流形成手段によって、還元処理が行われる反応炉の出口開口側から入口開口側に向けて炉内にガス流が形成される。
この結果、還元処理によって発生した水蒸気は、炉内ガス流と共に反応炉の出口開口側から入口開口側に流れる。金属板に対する還元処理は、反応炉の出口開口側に向かうにつれて進むことから、上記炉内ガス流によって水蒸気が入口開口側に流れることによって、還元処理が進んだ領域における水蒸気濃度を低減させ、還元処理が進んだ金属板に含まれるクロム（Ｃｒ）と水蒸気が反応しクロム（Ｃｒ）が酸化することを防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水素ガスを用いて金属板の還元処理を行う場合に、還元処理により発生した水蒸気によって再び金属板に含まれるクロム（Ｃｒ）が酸化することを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態における連続式加熱炉の概略構成を模式的に示す側断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態における連続式加熱炉の概略構成を模式的に示す側断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における連続式加熱炉の変形例における概略構成を模式的に示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る連続式加熱炉及び水素還元方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１１】
（第１実施形態）
本実施形態の連続式加熱炉１は、例えば、ステンレス鋼からなる帯状の基材Ｘ（金属板）の表裏面に対してクラッド層（ロウ材層）を形成するものであり、帯状の基材Ｘの表裏面に付着されたロウ材組成を有する粉末を焼結処理または溶融処理して当該帯状の基材Ｘの表裏面にクラッド層として固着させるものである。
【００１２】
この連続式加熱炉１は、図１に示すように、搬送部２ａ、加熱部２ｂ及び冷却部２ｃにて構成された反応炉２と、水素ガス供給装置３（水素ガス供給手段）と、カーテン４（ガス流形成手段）と、露点計５と、水素濃度計６とを備えており、連続加熱炉１の上流側と下流側には搬送ローラ２ｄが設置されている。
【００１３】
搬送部２ａは、帯状の基材Ｘが通過する搬送室２ａ１と、搬送室２ａ１内に配置された搬送ローラ２ａ２とを有する。搬送ローラ２ａ２は、帯状の基材Ｘの搬送を行う駆動ローラである。なお、搬送ローラ２ａ２は、配置位置が図１に示す配置に限られるものではなく、また駆動ローラではなく従動ローラであっても良い。
【００１４】
加熱部２ｂは、帯状の基材Ｘが通過する加熱室２ｂ１と、加熱室２ｂ１内を通過する帯状の基材Ｘを加熱するために加熱室２ｂ１の外周に配置されたヒータ２ｂ２とを有する。具体的には、加熱室２ｂ１内では、ヒータ２ｂ２によって加熱室２ｂ１の外壁が直接的に加熱され、その結果、加熱室２ｂ１の外壁からの輻射により間接的に帯状の基材Ｘが加熱され、帯状の基材Ｘの表裏面に付着されたロウ材組成を有する粉末が焼結処理または溶融処理される。
なお、加熱部２ｂは、帯状の基材Ｘの表裏面に付着されたロウ材組成を有する粉末を焼結処理または溶融処理させるために必要であれば、帯状の基材Ｘの進行方向に直列して複数配列される。本実施形態の連続式加熱炉１においては、図１に示すように、２つの加熱部２ｂが配列されているが、２つ以上の加熱部２ｂを配列することも可能である。
【００１５】
冷却部２ｃは、帯状の基材Ｘが通過する冷却室２ｃ１と、冷却室２ｃ１を囲むように配置され、冷却室２ｃ１内を通過する帯状の基材Ｘを冷却する水冷ジャケット２ｃ２とを有する。具体的には、冷却部２ｃでは、水冷ジャケット２ｃ２によって冷却室２ｃ１の外壁が直接的に冷却され、その結果、冷却室２ｃ１の外壁からの輻射により間接的に帯状の基材Ｘが冷却され、帯状の基材Ｘの表裏面に付着され、焼結処理または溶融処理されたロウ材組成を有する粉末層部が冷やされて、焼結または溶融後に凝固することでクラッド層を形成し、帯状の基材Ｘに固着される。
なお、冷却部２ｃは、帯状の基材Ｘの表裏面に付着されたロウ材組成を有する粉末を焼結処理後または溶融処理後の冷却させるために必要であれば、帯状の基材Ｘの進行方向に直列して複数配列される。本実施形態の連続式加熱炉１においては、図１に示すように、２つの冷却部２ｃが配列されているが、２つ以上の冷却部２ｃを配列することも可能である。
【００１６】
本実施形態では、上流側（入口開口２１側）から下流側（出口開口２２側）に向かうにつれて、加熱部２ｂ、搬送部２ａ、加熱部２ｂ、冷却部２ｃ、搬送部２ａ、冷却部２ｃの順に配置されている。そして、搬送室２ａ１、加熱室２ｂ１及び冷却室２ｃ１の外壁によって、反応炉２（図の斜線部分）が構成されている。
【００１７】
反応炉２内では、入口開口２１から出口開口２２に通過する帯状の基材Ｘを加熱処理した後に冷却し、帯状の基材Ｘの表裏面に付着したロウ材組成を有する粉末を焼結処理または溶融処理させることで、帯状の基材Ｘの表裏面に対してクラッド層の形成が行われる。また、本実施形態において反応炉２内では、上記加熱処理を水素雰囲気中で行い、これによってロウ材組成を有する粉末の焼結処理または溶融処理と同時に帯状の基材Ｘとロウ材組成を有する粉末に含まれる酸化物の還元処理が行われる。
【００１８】
搬送ローラ２ｄは、搬送ローラ２ａ２と同じく、帯状の基材Ｘの搬送を行う駆動ローラであり、反応炉２の外部に複数設けられている。本実施形態においては、搬送ローラ２ｄは、入口開口２１の外側と出口開口２２の外側とにそれぞれ１つずつ設けられている。なお、搬送ローラ２ｄは、配置位置が図１に示す配置に限られるものではなく、また駆動ローラではなく従動ローラであっても良い。
【００１９】
水素ガス供給装置３は、反応炉２に水素ガスＧを供給するものであり、帯状の基材Ｘに含まれる酸化物の還元反応が起こる還元反応領域の下流側に位置する搬送室２ａ１に接続されている。ここで、本実施形態において還元反応領域は、下流側（出口開口２２側）に位置する加熱室２ｂ１から、上流側（入口開口２１側）に位置する冷却室２ｃ１の間である（図１参照）。なお、還元反応領域では、反応炉２において最も温度が高く、ロウ材組成を有する粉末の焼結処理または溶融処理が行われているので、加熱部２ｂと冷却部２ｃとの間に搬送部２ａを設けて帯状の基材Ｘに搬送ローラ２ａ２を接触させることはできない。
【００２０】
また、本実施形態において水素ガス供給装置３は、露点計５の計測結果と水素濃度計６の計測結果とに基づいて反応炉２への水素ガスＧの供給量を調節する。
具体的には、水素ガス供給装置３は、露点及び水素濃度と水素ガスＧの適正供給量とが関連付けられたテーブルを予め記憶しており、当該テーブルに基づいて反応炉２への水素ガスＧの供給量を調節する。
なお、ここで言う水素ガスＧの適正供給量とは、還元反応領域における還元反応が十分に進む量で、かつ還元処理に用いられない無効ガスを出さない量の範囲で設定される供給量である。
【００２１】
カーテン４は、反応炉２において、水素ガス供給装置３から供給された水素ガスＧの供給位置に対して、出口開口２２側の反応炉内を帯状の基材Ｘが通過する開口部断面積を入口開口２１側よりも、相対的に小さくするために設置し、出口開口２２側から入口開口２１側に向く炉内ガス流Ｎを形成するものである。
このカーテン４は、図１に示すように、帯状の基材Ｘに押されることによって容易に撓むシート部材であり、出口開口２２に設けられている。
そして、カーテン４は、出口開口２２を塞いで開口部の断面積を狭くし、これによって反応炉２の出口開口２２側の圧力を反応炉２の入口開口２１側の圧力よりも相対的に高めることにより炉内ガス流Ｎを形成する。
つまり、本実施形態においてカーテン４は、水素ガスＧの供給位置よりも出口開口２２側に配置されて出口開口２２側の流体抵抗を入口開口２１側よりも高めることによって、炉内ガス流Ｎを形成する。
【００２２】
なお、出口開口２２における帯状の基材Ｘは、冷却部２ｃを通過しているものの、数百度の高温である。このため、カーテン４としては、帯状の基材Ｘと触れた際に損傷が生じない耐熱材料で形成することが好ましい。例えば、カーテン４は、ステンレス箔によって形成することができる。
【００２３】
露点計５は、反応炉２の内部の露点を計測するものであり、本実施形態においては図１に示すように、上流側（入口開口２１側）に位置する搬送室２ａ１に配置されている。
そして、このような露点計５は、水素ガス供給装置３と電気的に接続されており、計測した露点を示す信号（計測結果）を出力する。
【００２４】
水素濃度計６は、反応炉２の内部の水素濃度を計測するものであり、本実施形態においては図１に示すように、上流側（入口開口２１側）に位置する搬送室２ａ１に配置されている。
そして、このような水素濃度計６は、水素ガス供給装置３と電気的に接続されており、計測した水素濃度を示す信号（計測結果）を出力する。
【００２５】
次に、このように構成された本実施形態の連続式加熱炉１の動作（水素還元方法）について説明する。
なお、本実施形態の連続式加熱炉１においては、帯状の基材Ｘが、入口開口２１側の搬送ローラ２ｄにて搬送されて、反応炉２の入口開口２１から連続的に反応炉２の内部に取り込まれ、出口開口２２側の搬送ローラ２ｄにて搬送されて、反応炉２の出口開口２２から連続的に反応炉２の外部に排出される。
【００２６】
反応炉２の入口開口２１から反応炉２の内部に取り込まれた帯状の基材Ｘは、搬送ローラ２ａ２にて搬送されつつ、加熱室２ｂ２内で加熱処理される。これによって、帯状の基材Ｘの表裏面に付着されたロウ材組成を有する粉末が焼結処理または溶融処理される。
続いて、帯状の基材Ｘは、冷却室２ｃ１内で冷却処理される。焼結処理または溶融処理されたロウ材組成を有する粉末部は、冷却処理によって、帯状の基材Ｘの表裏面にクラッド層として固着形成される。
【００２７】
一方、反応炉２の内部には、水素ガス供給装置３から水素ガスＧが供給され、水素ガスＧで満たされる。このため、帯状の基材Ｘの温度が最も高温になる領域で、還元反応が進行する。
より詳細には、当該還元処理によって、帯状の基材Ｘ及びロウ材組成を有する粉末に含まれる酸化物（特に、クロム酸化物）の還元反応が進行する。
このため、帯状の基材Ｘに対して良好に固着されたクラッド層を有するクラッドシートが製造される。
【００２８】
また、反応炉２の出口開口２２にカーテン４が設けられているため、反応炉２の内部の出口開口２２側の圧力が高まり、出口開口２２側から入口開口２１側に流れる水素ガスＧ及び還元反応により発生した水蒸気等の炉内ガス流Ｎが形成される。つまり、本実施形態の連続式加熱炉１及び水素還元方法では、還元反応領域にて反応炉２の出口開口２２側から入口開口２１側に向けて炉内ガス流Ｎが形成される。
この結果、還元処理によって発生した水蒸気は、炉内ガス流Ｎと共に反応炉２の出口開口２２側から入口開口２１側に向かって流れる。帯状の基材Ｘ及びロウ材組成を有する粉末に対する還元処理は、反応炉２の出口開口２２側に寄るに連れて進むことから、炉内ガス流Ｎによって水蒸気が入口開口２１側に流れることによって、還元処理が進行中の領域及び還元処理が完了した領域における水蒸気濃度を低減させ、還元処理が進んだ帯状の基材Ｘが水蒸気との反応によって酸化されることを防ぐことができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態の連続式加熱炉１及び水素還元方法によれば、還元処理が進んだ帯状の基材Ｘが水蒸気と酸化反応することを防ぐことができ、還元処理により発生した水蒸気によって再び帯状の基材Ｘが酸化することを防止することが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態の連続式加熱炉１においては、出口開口２２にカーテン４を設置することによって炉内ガス流Ｎを形成する構成を採用している。このため、簡易な構成で炉内ガス流Ｎを形成することができる。
【００３１】
また、本実施形態の連続式加熱炉１においては、水素ガス供給装置３が、還元反応領域の下流端で、かつ、酸化反応領域の下流端が位置する箇所から反応炉２に水素ガスＧを供給する。
このため、還元処理が完了した領域および還元反応領域に対して常に水素濃度の高い（すなわち水蒸気濃度の低い）水素ガスを供給することができ、より確実に帯状の基材Ｘが酸化することを防止することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態の連続式加熱炉１においては、露点計５の計測結果と水素濃度計６の計測結果とに基づいて反応炉２への水素ガスＧの供給量を調節する。
このため、反応炉２に供給する水素ガスＧの供給量を常に還元処理に適した量に合わせることが可能となる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態の連続式加熱炉１Ａは、上記第１実施形態の連続式加熱炉１が備えるカーテン４に換えて、吸引ポンプのような炉内ガス吸引装置７（ガス流形成手段）を備えている。
この炉内ガス吸引装置７は、上記カーテン４と同様に、出口開口２２側から入口開口２１側に向く炉内ガス流Ｎを形成するものである。
【００３５】
より詳細には、炉内ガス吸引装置７は、還元反応領域よりも入口開口２１寄りで反応炉２に接続されている。
そして、炉内ガス吸引装置７は、反応炉２の内部の気体を引き抜くことによって、反応炉２の入口開口２１側の圧力を反応炉２の出口開口２２側の圧力よりも低くし、これによって炉内ガス流Ｎを形成する。
【００３６】
このような構成を採用する本実施形態の連続式加熱炉１Ａによれば、上記第１実施形態の連続式加熱炉１と同様に、入口開口２１側から出口開口２２側に流れる炉内ガス流Ｎによって、帯状の基材Ｘが酸化することを防止することが可能となる。
【００３７】
さらに、本実施形態の連続式加熱炉１Ａによれば、炉内ガス吸引装置７を用いて反応炉２から気体を強制排気することによって炉内ガス流Ｎを形成している。
このため、より確実に炉内ガス流Ｎを形成することができ、還元処理が完了した領域および還元反応領域の水蒸気濃度を低下させて帯状の基材Ｘが酸化することを防止することが可能となる。
【００３８】
なお、炉内ガス吸引装置７で吸引した気体には、水素ガス供給装置３から反応炉２に供給した水素ガスが多く残存するため、水素ガスを他の成分（例えば水蒸気）から分離し、再び反応炉２に戻しても良い。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態においては、帯状の基材Ｘがステンレス鋼である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、帯状の基材Ｘが水素を用いて還元可能であり、かつ当該還元によって発生する水蒸気によって再び酸化する金属板であれば適用することができる。
【００４１】
また、上記実施形態においては、露点計５と水素濃度計６とを備え、これらの計測結果から水素ガスＧの供給量を設定する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、露点計５及び水素濃度計６のいずれか一方のみを設置する構成を採用することもできる。
また、露点計５と水素濃度計６の配置位置も変更することが可能である。
【００４２】
また、本発明においては、上述のカーテン４と炉内ガス吸引装置７の両方を用いる構成を採用することも可能である。
また、カーテン４の配置位置は、水素ガスＧの供給位置よりも下流側であればよく、例えば、図３に示すように、冷却室２ｃの内部とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１……連続式加熱炉、２……反応炉（図の斜線部分）、３……水素ガス供給装置（水素ガス供給手段）、４……カーテン（ガス流形成手段）、５……露点計、６……水素濃度計、７……炉内ガス吸引装置（ガス流形成手段）、２１……入口開口、２２……出口開口、Ｇ……水素ガス、Ｘ……帯状の基材
【図１】
2012233238.tif 000003
【図２】
2012233238.tif 000004
【図３】
2012233238.tif 000005