KR102328963B1

KR102328963B1 - 시일 장치

Info

Publication number: KR102328963B1
Application number: KR1020197029970A
Authority: KR
Inventors: 타카시 도이; 쇼지 가사이; 테루히코 도베; 타쿠미 고야마
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2021-11-18
Also published as: EP3611275A1; TW201842195A; WO2018190140A1; EP3611275A4; JP2018178188A; EP3611275B1; US11401575B2; TWI666328B; CN110494572A; JP6756295B2; KR20190126866A; CN110494572B; US20200040425A1

Abstract

높은 시일성을 유지할 수 있는 시일 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 강대가 통판하는 열 처리 설비 내에 있어서, 상기 강대의 상측에 배치되고, 상기 강대에 접촉 가능한 회전 댐퍼와, 상기 회전 댐퍼에 대향하는 위치에서, 상기 강대의 하측에 배치되는 롤을 구비하고, 상기 회전 댐퍼와 상기 롤의 대향부 사이에 강대를 통판시키는 시일 장치에 있어서, 한 쌍의 회전 댐퍼 및 롤이 2개 상기 열 처리 설비 내에 통판 방향으로 직렬로 배치되고, 상기 직렬로 배치된 상기 한 쌍의 회전 댐퍼 및 롤끼리로 구분되어지는 공간 내에, 불활성 가스가 공급되는 시일 장치.

Description

시일 장치

본 발명은, 예를 들면 강판 등의 강대의 열 처리 설비 내에 설치하는 시일 장치에 관한 것이다. 특히, 화학 기상 증착(이하, CVD라고 칭함) 처리로를 구비한 연속 침규(siliconizing) 처리 설비에서, 고규소 강판(6.5％ Si 강)을 제조하는 열 처리로 내에 설치하는 시일 장치에 관한 것이다.

종래, 금속 재료의 가열로, 또는 열 처리로에서는, 로 내의 분위기를 특정 상태로 유지하고, 열 처리재의 외관상의 성능의 향상, 혹은 재질의 개선을 도모하는 것이 행해지고 있다. 열 처리를 특정의 로 내 분위기에서 행하고, 재질의 개선을 도모하는 것으로서, 예를 들면, CVD 처리로를 구비한 연속 침규 처리 설비에서, 고규소 강판(6.5％ Si 강)을 얻는 방법이, 예를 들면 특허문헌 1에 기재되어 있다.

연속 침규 처리 설비는, 도 1에 나타내는 바와 같은 침규 처리 설비(100)가 터널 형상의 공간을 형성하는 내화물의 로벽으로 이루어지는 로 본체(1)에 의해 구성되어 있다. 재질 개선되는 강대(강판)(S)는 가열로(A)-CVD 처리로(B)-확산 처리로(C)-냉각로(D)의 순서로 로 내를 롤(2)로 지지되어 연속적으로 통과한다. 그 때, 강대(S)는 가열로(A)에 있어서 무산화성 분위기 중에서 CVD 처리 온도까지 가열된 후, CVD 처리로(B)에 유도된다. 이 CVD 처리로(B)에는 SiCl₄를 함유하는 반응 가스가 공급되고, 분사 노즐(3)로부터 강대(S)의 표면에 반응 가스가 분사되어, 침규 처리가 이루어진다. 이어서, 강대(S)는 확산 처리로(C)에 유도되고, 여기에서 소정의 온도로 균열 보존 유지되어 Si의 확산 처리가 이루어진다. 이러한 처리의 후, 냉각로(D)에서 상온 혹은 적당한 온도까지 냉각되어, 코일에 권취된다.

연속 침규 처리 설비와 같은 열 처리로에서는, 각 로 내의 분위기를 특정 상태로 유지하기 위해, 재료의 출입구 등을 시일하는 것이 필요하다. 즉, 가열로(A)와 CVD 처리로(B)의 사이 및, CVD 처리로(B)와 확산 처리로(C)의 사이의 시일을 확실하게 행하지 않으면 안된다. 이 때문에, 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 로 사이에 시일 장치(4)가 형성되어 있다.

이와 같은, 시일 장치에 의한 시일성의 향상에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 2에, 경질재의 회전 댐퍼 및 롤과, 상기 회전 댐퍼의 상방에 접촉하여 로 내를 시일하는 승강 댐퍼를 구비하고, 회전 댐퍼와 롤의 축 사이 거리를 고정하여, 회전 댐퍼와 롤의 반경의 합계가 회전 댐퍼와 롤의 축 사이 거리보다도 작아지는 부분을 회전 댐퍼에 형성한 시일 장치가 기재되어 있다. 이에 따라, 강판 등의 강대와의 극간을 매우 미소한 것으로 하여, 고(高)시일성이 얻어지는 것으로 하고 있다.

일본공개특허공보 소63-24038호 일본공개특허공보 평7-268490호

그러나, 특허문헌 2와 같은 시일 장치의 경우, 1000도 이상의 고온에서의 열 처리가 되면, 회전 댐퍼의 바로 아래에 있는 로 내 롤이 편심해 버린다. 그 결과, 강대와 회전 댐퍼의 극간이 커져, 로 내 분위기 가스의 리크 경로가 되어 버린다. 또한, 회전 댐퍼나 로 내 롤의 주변에 근접하고 있는 내화물(파이버)은, CVD 처리에 이용하는 SiCl₄의 영향으로 열화하여, 두께 감소나 기공율의 저하가 발생한다. 그 때문에, 회전 댐퍼나 로 내 롤의 주변에도 극간이 발생하여, 여기가 리크 경로가 될 수 있다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 높은 시일성을 유지할 수 있는 시일 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 가열로(A)와 CVD 처리로(B)의 사이 및, CVD 처리로(B)와 확산 처리로(C)의 사이의 시일성에 대해서 예의 검토했다. 그 결과, 특허문헌 2와 같은 회전 댐퍼와 롤로 강대를 상하로 끼움으로써 시일성을 얻는 시일 장치에 있어서, 2개의 회전 댐퍼를 직렬 배치하고, 그 회전 댐퍼 사이에 N₂ 등의 불활성 가스를 투입함으로써, 높은 시일성을 확보할 수 있다는 인식을 얻었다.

본 발명은, 이와 같은 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 이하를 요지로 하는 것이다.

[1] 강대가 통판하는 열 처리 설비 내에 있어서, 상기 강대의 상측에 배치되고, 상기 강대에 접촉 가능한 회전 댐퍼와, 상기 회전 댐퍼에 대향하는 위치에서, 상기 강대의 하측에 배치되는 롤을 구비하고, 상기 회전 댐퍼와 상기 롤의 대향부 사이에 강대를 통판시키는 시일 장치에 있어서, 한 쌍의 회전 댐퍼 및 롤이 2개 상기 열 처리 설비 내에 통판 방향에 직렬로 배치되고, 상기 직렬로 배치된 상기 한 쌍의 회전 댐퍼 및 롤끼리로 구분되어지는 공간 내에, 불활성 가스가 공급되는 시일 장치.

[2] 상기 회전 댐퍼는, 상기 강대를 향하여 불활성 가스를 분출시키는 구멍을 강대 폭방향으로 갖는 [1]에 기재된 시일 장치.

[3] 상기 불활성 가스의 압력은, 상기 공간 내의 압력이 5㎜H₂O∼100㎜H₂O가 되도록 설정되는 [1] 또는 [2]에 기재된 시일 장치.

[4] 상기 열 처리 설비 내에 있어서의 CVD 처리로 내에 형성되는 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 시일 장치.

[5] 상기 열 처리 설비 내의 강대 통판 방향 상류측 및 하류측에 각각 형성되는 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 시일 장치.

본 발명에 의하면, 소정의 공간 내에 불활성 가스를 투입하기 때문에, 시일성이 향상한다. 따라서, 로 내 분위기 가스의 역류를 저감할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 시일성의 향상에 의해, 각 기기의 교환 빈도나 보수 빈도를 저감할 수 있다.

도 1은, 연속 침규 처리 설비의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태인 시일 장치의 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태인 시일 장치의 확대도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시 형태를 나타내는 시일 장치의 도면이다.
도 5는, 본 발명의 시일 장치를 이용한 경우와, 종래의 시일 장치를 이용한 경우에 있어서의, 결함 발생률을 비교하는 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 시일 장치를 이용한 경우와, 종래의 시일 장치를 이용한 경우에 있어서의, 회전 댐퍼의 교환 주기를 비교하는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

도 2는, 본 발명의 일 실시 형태인 시일 장치를 나타내는 도면이다. 본 발명의 시일 장치(4)는, 침규 처리 설비(열 처리 설비)(100)에 있어서의 로 본체(1) 내에 형성되어 있고, 한 쌍의 회전 댐퍼(5) 및 롤(6)을 2개 구비한다.

회전 댐퍼(5)는 강대(S)의 상측에 배치된다. 회전 댐퍼(5)는 로 본체(1) 내를 횡단하는 방향, 즉 강대 길이 방향으로 회전 가능하게 형성되어 있다. 회전 댐퍼(5)의 형상에 대해서는 특별히 제한되지 않지만, 도 2에 나타내는 바와 같이, 반경 방향으로 절결한 부분이 형성되어 있는 바와 같은, 극간 조정을 할 수 있는 바와 같은 형상이면 좋다. 회전 댐퍼(5)의 상방에는 승강 댐퍼(7)가 형성되어 있고, 로 본체(1)의 천정부에 있어서 상하동 가능하게 형성되어 있다. 승강 댐퍼(7)의 상승에 의해 회전 댐퍼(5)는 회전 가능해짐과 함께, 승강 댐퍼(7)를 하강시킴으로써 회전 댐퍼(5)의 회전 동작이 적절히 제어된다. 이 때문에, 열 처리되는 강대(S)의 두께에 따른 거리가 되도록 회전 댐퍼(5)의 절결 위치를 선택하고, 승강 댐퍼(7)를 하강시켜 회전 댐퍼(5)가 회전하지 않도록 고정함으로써, 강대(S)에 대한 시일성이 적절히 조작된다.

롤(6)은 회전 댐퍼(5)에 대향하는 위치에서, 강대(S)의 하측에 배치된다. 롤(6)은 강대(S)를 강대 폭방향으로 지지하는 지지 롤이며, 강대(S)는, 회전 댐퍼(5) 및 롤(6)의 대향부 사이를 통판한다. 또한, 로 본체(1)의 상부(床部)로부터, 시일벽인 구분판(8)이 기립되어 있고, 회전 댐퍼(5)에 대향하는 위치에서 롤(6)에 접하고 있다.

본 발명에서는, 한 쌍의 회전 댐퍼(5) 및 롤(6)이 2개 통판 방향에 직렬로 배치된다. 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 회전 댐퍼(5) 및 롤(6)이, 통판 방향으로 직렬로 2조(組) 배치된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 직렬로 배치된 한 쌍의 회전 댐퍼(5) 및 롤(6)끼리로 구분되어지는 공간(9) 내에, 불활성 가스가 공급된다. 공간(9) 내를 불활성 가스로 채움으로써, 로 내 압력보다도 고압으로 유지할 수 있기 때문에, 시일성이 향상하고, 로 내 분위기 가스가 다른 로에 역류하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 일정한 시일성을 유지할 수 있기 때문에, 회전 댐퍼나 로 내 롤의 주변에 근접해 있는 내화물(파이버)은, CVD 처리에 이용하는 SiCl₄의 영향으로 열화한다는 것과 같은 것을 저감할 수 있다. 따라서, 로 내 롤 등의 각 기기의 교환 빈도, 주변의 내화물의 보수 빈도를 저감하는 것이 가능하다.

공간(9) 내에 공급되는 불활성 가스로서는 특별히 제한되지 않지만, N₂인 것이 바람직하다. 또한, 불활성 가스의 공급 방법에 대해서도 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 로 본체(1)의 측벽에 불활성 가스의 공급구를 형성(도시하지 않음), 공급구로부터 공간(9) 내에 불활성 가스를 공급하면 좋다.

본 발명에서는, 회전 댐퍼(5)는, 강대(S)를 향하여 불활성 가스를 분출시키는 구멍(10)을 강대 폭방향으로 갖는 것이 바람직하다. 회전 댐퍼(5)의 구멍(10)으로부터 강대(S)를 향하여 불활성 가스를 분출함으로써, 회전 댐퍼(5)와 강대(S)의 사이를 불활성 가스의 커텐으로 차단할 수 있다. 그 결과, 보다 높은 시일성을 얻을 수 있다.

불활성 가스를 분출하는 구멍(10)의 배열에 대해서는, 강대 폭방향으로 복수 배열되어 있으면 좋다. 구멍(10)의 배치에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 직렬, 지그재그, 다열 배치 등을 들 수 있다. 또한, 도 3은, 다열 배치의 예이다. 또한, 구멍(10)의 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 둥근 구멍, 타원(폭방향으로 길다), 슬릿 구멍 등을 들 수 있다. 또한, 회전 댐퍼(5)로의 불활성 가스의 공급 방법에 대해서도 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 회전 댐퍼(5)의 회전 축부(도시하지 않음)로부터 불활성 가스를 공급하고, 축부로부터 회전 댐퍼(5) 본체에 형성된 구멍을 통하여 불활성 가스가 분출되면 좋다.

또한, 구멍(10)으로부터 분출되는 불활성 가스의 압력이 지나치게 높거나, 온도가 지나치게 낮거나 한 경우에는, 1000도 이상의 고온에서 열처리되는 강대에 변형 등의 악영향을 줄 우려가 있다. 이 때문에, 회전 댐퍼(5)의 구멍으로부터 강대로 분사되는 불활성 가스의 압력은, 100㎜H₂0 이하, 온도는 1000도 이상으로 하는 것이 바람직하다.

불활성 가스의 압력으로서는, 공간(9) 내의 압력이 5㎜H₂0∼100㎜H₂0가 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 공간(9) 내의 압력이 5㎜H₂0 미만에서는, 압력이 지나치게 낮아 제어가 어렵다. 한편, 공간(9) 내의 압력이 100㎜H₂0 초과에서는, 회전 댐퍼(5)와 강대(S) 사이에 극간이 있는 점에서, 압력을 보존 유지하는 것이 어렵다. 보다 바람직하게는, 10㎜H₂0∼50㎜H₂0이다.

본 발명의 시일 장치(4)는, 침규 처리 설비 내(100) 내에 있어서의 CVD 처리로(B) 내에 형성되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, CVD 처리로(B)에는 SiCl₄를 함유하는 반응 가스가 공급되고, 분사 노즐(3)로부터 강대(S)의 표면에 반응 가스가 분사됨으로써, 침규 처리가 이루어진다. 이 CVD 처리로(B)에 있어서의 분위기 가스 중에는, 염화철(가스)이 침규 처리시의 부산물로서 포함되어 있다. 이 염화철(가스)을 포함하는 CVD 처리로 중의 분위기 가스가 역류하면, 가열로(A)나 확산 열 처리로(C) 내에서 냉각되고, 1100℃를 하회하면 응집화하여, 강대(S)에 부착함으로써, 제품의 외관을 악화시켜, 결함 발생률이 증가한다. 따라서, CVD 처리로(B)에 본 발명의 시일 장치를 형성함으로써, 높은 시일성을 유지할 수 있고, CVD 처리로(B) 내의 분위기 가스의 역류를 방지할 수 있다. 그 결과, 염화철 부착에 의한 수율 악화를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 시일 장치(4)는, 강대 통판 방향의 상류측 및 하류측에 각각 형성되는 것이 바람직하다. 상류측 및 하류측에 각각 시일 장치를 형성함으로써, 로 내 분위기 가스가 다른 로에 역류하는 것을 방지할 수 있다. 더욱 바람직하게는, CVD 처리로(B) 내의 강대 통판 방향 상류측 및 하류측에, 각각 시일 장치(4)를 형성하는 것이 바람직하다(도 4 참조). 도 4에 나타내는 바와 같이, 침규 처리 전후의 위치에 본 발명의 시일 장치(4)를 형성함으로써, CVD 처리로(B) 내의 분위기 가스의 역류를 보다 방지할 수 있음과 함께, 염화철 부착에 의한 수율 악화를 보다 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 시일 장치(4)의 설치수에 대해서는 특별히 제한되지 않지만, 설비상의 제약이나 메인터넌스의 점에서, 2∼3개 정도인 것이 바람직하다.

회전 댐퍼(5)에 대해서는, 예를 들면, 경질재이면 좋다. 형상 등에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 로 본체(1)의 천정부에 매몰되는 상태에서 회동 가능하게 형성되고, 둘레면의 일부가 로 본체(1) 내에 노출되어 있으면 좋다. 또한, 회전 댐퍼(5)는, 롤(6)의 수직인 상방으로 평행하도록 형성되어 있으면 좋다.

또한, 극간을 매우 미소하게 할 수 있어, 완전한 시일 상태를 실현할 수 있다는 점에서, 특허문헌 2와 같이, 회전 댐퍼(5)와 롤(6)의 축 사이 거리를 고정하고, 회전 댐퍼(5)와 롤(6)의 반경의 합계가 회전 댐퍼(5)와 롤(6)의 축 사이 거리보다도 작아지는 부분을 회전 댐퍼에 형성하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 승강 댐퍼(7)에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 회전 댐퍼(5)의 상부로 평행하게 접촉 분리되는 댐판 형상의 세라믹스 파이버로 이루어지고, 로 본체(1)의 천정부를 상하동 가능하게 형성되어 있으면 좋다.

실시예 1

도 1에 나타내는 바와 같은 설비 구성을 갖는 연속 침규 처리 설비에 있어서, SiCl₄를 함유하는 처리 가스를 이용하여, 판두께 0.1㎜의 강대에 침규 처리를 실시하여, 고규소 강대(6.5mass％ Si재)를 제조했다. 그 때, 시일 장치로서는 도 2에 나타내는 본 발명의 시일 장치를 이용했다. 한 쌍의 회전 댐퍼(5) 및 롤(6)은, CVD 처리로(B) 내의 상류측 및 하류측에 각각 2쌍씩 설치했다.

회전 댐퍼(5)와 롤(6)에 의해 형성되는 공간(9)의 압력은 30㎜H₂O로 보존 유지했다. 또한, 가열로(A), CVD 처리로(B), 확산 처리로(C)의 각 로 내 압력(20㎜H₂O)보다도 고압이다.

분위기 가스의 역류에 의해 염화철이 강대 표면에 부착되는 것에 기인하는, 결함 발생률을 구했다. 결함 발생률을 구하는 방법은 이하와 같다.

＜결함 발생률＞

결함이 발생한 경우, 그 결함부의 전후 1m를 결함 길이로 하여, 1코일 내에 있어서의 이 결함 길이의 누계를 이 코일의 길이로 나눈 것을 결함 발생률로 하고, 코일마다의 결함 발생률을 10코일분으로 평균한 결과로, 비교를 행했다.

종래의 시일 장치로서, 특허문헌 2의 시일 장치를 이용한 경우(비교예)의 결함 발생률을 1로 한 경우의, 본 발명의 시일 장치를 이용한 경우의 결함 발생률에 대해서 비교한 결과를 도 5에 나타낸다.

도 5로부터, 비교예에 비하여 본 발명의 시일 장치를 이용한 경우(본 발명예)의 결함 발생률은 0.4로 감소했다. 따라서, 본 발명의 시일 장치를 이용함으로써, 시일성이 향상하여, 결함 발생률을 저감할 수 있다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 고규소 강대를 제조하고, 사용하는 회전 댐퍼의 교환 주기에 대해서 조사했다. 교환 주기는, 시일 장치 사이 압력과 전후 로대의 차압이 연속하여 5㎜H₂O 이하가 되어 버린 경우를 교환의 타이밍으로 판단했다. 종래(변경 전)의 교환 주기를 1로 하고, 본 발명의 시일 장치를 이용한 경우의 회전 댐퍼의 교환 주기에 대해서 비교한 결과를 도 6에 나타낸다.

도 6으로부터, 비교예에 비해 본 발명의 시일 장치를 이용한 경우(본 발명예)의 교환 주기는 1.5배가 되었다. 따라서, 본 발명의 시일 장치를 이용함으로써, 시일성이 향상하여, 교환 빈도를 저감할 수 있다.

1 : 로 본체
2 : 롤
3 : 분사 노즐
4 : 시일 장치
5 : 회전 댐퍼
6 : 롤
7 : 승강 댐퍼
8 : 구분판
9 : 공간
10 : 구멍
100 : 침규 처리 설비
A : 가열로
B : CVD 처리로
C : 확산 처리로
D : 냉각로
S : 강대(강판)

Claims

강대가 통판하는 열 처리 설비 내에 있어서,
상기 강대의 상측에 배치되고, 상기 강대에 접촉 가능한 회전 댐퍼와,
상기 회전 댐퍼에 대향하는 위치에서, 상기 강대의 하측에 배치되는 롤을 구비하고, 상기 회전 댐퍼와 상기 롤의 대향부 사이에 강대를 통판시키는 시일 장치에 있어서,
한 쌍의 회전 댐퍼 및 롤이 2개 상기 열 처리 설비 내에 통판 방향에 직렬로 배치되고, 상기 직렬로 배치된 상기 한 쌍의 회전 댐퍼 및 롤끼리로 구분되어지는 공간 내에, 불활성 가스가 공급되며,
상기 회전 댐퍼는, 경질재이며, 상기 강대를 향하여 불활성 가스를 분출시키는 구멍을 강대 폭방향으로 갖는 시일 장치.
제1항에 있어서,
상기 불활성 가스의 압력은, 상기 공간 내의 압력이 5㎜H₂O∼100㎜H₂O가 되도록 설정되는 시일 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열 처리 설비 내에 있어서의 CVD 처리로 내에 형성되는 시일 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열 처리 설비 내의 강대 통판 방향 상류측 및 하류측에 각각 형성되는 시일 장치.
제3항에 있어서,
상기 열 처리 설비 내의 강대 통판 방향 상류측 및 하류측에 각각 형성되는 시일 장치.