JP2008110367A - コイル状線材の徐冷方法及びその徐冷設備 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な設備で、均一な温度分布で長時間徐冷が可能なコイル状線材の冷却方法及び冷却設備を提供する。
【解決手段】熱間圧延後にコイル形状に成形された線材を、強制冷却して所定の温度に温度降下させた後に、搬送路に沿って搬送しながら自然放冷させる。このとき、幅方向の温度偏差が所定範囲に収まるように、コイル状線材の搬送速度を、段階的に減速しながら搬送する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱間圧延された線材をコイル状（巻線形状）に成形した後における当該コイル状の線材の冷却に係り、特に自然放冷による徐冷の方法及びその設備に関する。

コイル状の線材を製造する場合には、たとえば特許文献１に記載されているように、熱間圧延された線材を順次レイングヘッドでコイル状に成形しながら、コンベア（搬送路）上に載置し、そのコンベアで上記コイル状の線材を搬送しながら当該線材に対して冷却を施して、集束設備に集束する。
ここで、線材の材質は、搬送中の冷却によって決まるため、コンベア（搬送路）上において均一かつ所望の冷却パターンで線材を冷却することが重要となる。

そして、特許文献１では、搬送方向に段階的な温度勾配を持った包囲雰囲気内で線材を搬送すると共に、包囲雰囲気内の過熱を防止するために外気吹込制御と、コイル状線材両側の重なり密度が高い端部部分の放冷を促進する冷媒吹き付け制御と、線材コイルの過冷却部を熱補償する熱補償制御とを備えることで、コイル状の線材の全長に亘り幅方向で均一な温度の冷却となるようにしている。

また、高強度材への要望からは、ベイナイト組織を主体とした高強度鋼線も求められており、その冷却パターンとしては、圧延後ベイナイト化温度域まで一気に強制的に冷却し、続いて、ベイナイト化が十分に進行するまでその温度域で長時間保持することが必要である。この場合も、ベイナイト化温度域が軟質材の徐冷開始温度よりも低いということを違いがあるものの、上述のような冷却パターンで冷却する必要がある。
特公昭６０−４５２５２号公報

しかしながら、上記従来技術の冷却設備では、コイル状線材の幅方向の重なり密度の違いによる大きな温度偏差を解消するために、外気吹込設備、冷媒吹き付け設備、熱補償制御などの付帯設備を多く必要としており、設備が複雑なものになるなど経済性に課題がある。
なお、必要とする十分な徐冷時間（自然放冷の時間）を確保しようとするほど、上記のような処理を施さなければコイル幅方向の温度偏差が大きくなる傾向にある（図２参照）。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、簡易な冷却設備で、均一な温度分布で長時間徐冷が可能なコイル状線材の冷却方法及び冷却設備を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、熱間圧延後にコイル形状に成形された線材を、徐冷用搬送路に沿って搬送しながら自然放冷させるコイル状線材の徐冷方法において、
上記徐冷用搬送路での線材の搬送速度を、上流から下流に向けて段階的に減速しながら搬送することを特徴とするものである。
また、請求項２に記載した発明は、熱間圧延後にコイル形状に成形された線材が載置されて、自然放冷させながら当該線材を搬送する搬送路を備えたコイル状線材の徐冷設備において、
上記搬送路による搬送速度を、上流から下流側に向けて段階的に減速することを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した構成に対し、上記搬送路は、搬送方向に沿って複数の搬送路に分割され、各搬送路の搬送速度を、相対的に上流側よりも下流側が遅くなるように設定したことを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した構成に対し、隣り合う搬送路について上流側の搬送路の尾端部よりも下流側の搬送路の先端部が低くなるように、当該隣り合う搬送路間に段差を設けたことを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項３又は請求項４に記載した構成に対し、対象とする線材の線径に応じて上記搬送速度の減速度合を変更し、上記線径が小さいほど上記減速度合を大きくすることを特徴とするものである。

本発明によれば、冷却における自然放冷時の搬送速度を、段階的に順次減速することで、積極的に部分的な冷却や加熱制御を実施しなくても、幅方向について均一な冷却となり、均一な温度分布での長時間の徐冷を実現出来る。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る熱間圧延以降の設備を示す概略構成図である。
（構成）
まず構成について説明すると、熱間圧延機１で所定の線径に熱間圧延された鋼線（線材）は、連続してレイングヘッド２に送られ、順次、レイングヘッド２でコイル形状（巻線形状）に成形されて冷却設備３に供給され、冷却設備３で冷却された後に集束装置４に集束される。

上記冷却設備３は、上流側の強制冷却ゾーンＺ１と、それに続く自然放冷ゾーンＺ２との２つに区分されると共に、上記レイングヘッド２から送られてくるコイル状の線材１０を載置して搬送するコンベア（搬送路）５〜８を備える。そのコンベア５〜８は、搬送方向に沿って並ぶ、それぞれ独立して駆動可能な４つのコンベアから構成される。なお、本実施形態のコンベア５〜８はローラコンベアとする。
ここで、以下の説明では、４つのコンベア５〜８を便宜上、上流側（熱間圧延機１側）から第１コンベア５、第２コンベア６、第３コンベア７、及び第４コンベア８と呼ぶことにする。

上記４つのコンベア５〜８の設置関係は、隣り合うコンベアについて、上流側のコンベアの尾端部よりも下流側のコンベアの先端部が下方に位置されて段差が付くように設置されている。例えば、第１コンベア５の高さよりも第２コンベア６の高さが低く設定され、第２コンベア６の高さよりも第３コンベア７の高さが低く設定され、第３コンベア７の高さよりも第４コンベア８の高さが低く設定されている。

そして、上記第１コンベア５が、上記強制冷却ゾーンＺ１に配置されている。その第１コンベア５の下方には、冷風ブロアなどからなる衝風冷却装置１１が配置されている。そして、当該衝風冷却装置１１からの冷風が上記搬送中のコイル状の線材１０に供給されることで、所定の温度パターンで急冷が行われる。つまり、第１コンベア５の搬送速度、冷風の温度及び吹き付け量を調整することで、第２コンベア６に移行するまでに、ベイナイト化温度域まで一気に冷却するように設定されている。

また、第２コンベア６〜第４コンベア８が自然放冷ゾーンＺ２に配置されていて、送られてきたコイル状の線材１０は、第２コンベア６〜第４コンベア８で搬送されながら自然放冷によって徐々に冷却されるようになっている。
また、第１コンベア５の搬送速度Ｖ１、第２コンベア６の搬送速度Ｖ２、第３コンベア７の搬送速度Ｖ３、第４コンベア８の搬送速度Ｖ４は、下記の関係のように、上流側よりも下流側のコンベアの搬送速度の方が遅くなるように減速の設定がなされて、段階的に下流側に向けて搬送速度が減速している。その各減速率は例えば同じ比に設定する。なお、各コンベアの駆動部は、コントローラ１２からの速度指令に基づき回転速度が個別に制御される。
記 Ｖ１ ＞ Ｖ２ ＞ Ｖ３ ＞ Ｖ４
上記減速比の選定は、自然放冷終了時の幅方向温度偏差が許容範囲、例えば３０℃以下に収まるように、実験結果などから行う。

（作用効果）
次に、上記冷却設備３による作用効果について説明する。
上記冷却設備３では、熱間圧延機１で連続して熱間圧延された線材が、レイングヘッド２に送られ、順次、レイングヘッド２で巻線形状（コイル形状）に成形され、そのコイル状線材１０が、さらに冷却設備３における強制冷却ゾーンＺ１において、第１コンベア５にて所定の搬送速度で搬送されながら衝風によって強制冷却されて所定の温度、たとえばベイナイト化温度領域まで一気に温度降下する。このため、第１コンベア５は、一気に温度降下可能な所定の搬送速度で駆動される。

続いて、ベイトナイト化温度域となったコイル状線材１０を、ベイナイト化が十分に進行するまでその温度域で長時間保持するため、自然放冷ゾーンＺ２において、第２〜第４コンベア６，７，８で搬送されつつ自然放冷が行われる。
このようにある程度長い時間だけ自然放冷を行う必要がある。このため、強制冷却ゾーンＺ１の第１コンベア５よりも、第２〜第４コンベア６，７，８の搬送速度は遅くなるように設定される。
ここで、幅方向中央部に対して幅方向端部側の重なり密度が高い関係から、自然放冷した場合に、中央部に比較して端部側は温度降下の割合が低い。特に搬送されるコイル状の線材１０が密に並ぶ程顕著となる。

このため、第１コンベア５の搬送速度に対して、単に第２〜第４コンベア６，７，８の搬送速度を一気に遅らせた場合を想定すると、第１コンベア５から第２コンベア６に載り移る際に、コイル状の線材１０の重なりが増加し、さらにその重なりが増加した状態のまま、つまり、自然放冷中、幅方向の重なり密度に殆ど変化が無い状態で自然放冷されるために、自然放冷が終了した状態では、幅方向中央部と幅方向端部側との温度差が大きなものとなってしまう。このため、別途、幅方向の温度差を改善するために低温部を部分的に加熱したり、高温部を部分的に冷却したりする必要がある。

これに対して、本実施形態では、搬送速度を一気に下げないで順次、搬送速度を順次段階的に減速することで、自然放冷中において、コイルの重なり具合が段階的に増加するように重なり密度が段階的に変化することになることで、長時間の徐冷の経過につれてコイル状の線材１０の重なりによる幅方向の温度偏差が徐々に累積するように調整される。このため、たとえ同じ徐冷時間としても、一気に搬送速度を減速した場合に比べて、自然放冷終了時における幅方向の温度偏差を小さく抑えることが出来る。なお、この効果を発揮させるためには、自然放冷ゾーンＺ２のコンベアは、温度の均一化という観点からは、実現可能な範囲で多くの数に分けた方が好ましく、最低でも３つ以上に分けることが好ましい。

この結果、本実施形態では、別途、部分的な加熱は冷却を施す必要は無くなり、冷却設備３が簡易かつ経済的なものにすることが出来る。
ここで、後述の実施例のように、従来例であれば、自然放冷の時間を長くすればするほど幅方向の温度偏差は大きくなってしまうが、本発明に基づいて搬送速度の順次減速を行えば、自然放冷の時間を長くするほど温度偏差を抑えるように調整することも可能となる。すなわち、特別な加熱装置などが無くても、必要な自然放冷の時間を確保しつつ、逆に温度偏差を小さく抑えることが可能となる。

また、本実施形態では、搬送速度を段階的に減速させ、搬送速度が切り替わる際に、段差を設けてコイル状線材１０の移動を行うことで、段差部分を落下する際にコイル状の線材１０のほぐれを起こさせることで幅方向の温度偏差を幾分でも解消させ、また、搬送速度が切り替わる際における線材１０の重なり具合（密度）が変化する際のコイル状線材１０の絡まり発生を当該段差部分で防止している。

また、各コンベアを切り替える際の減速度合を、供給する線材の線径に応じて変化するように調整する。その調整は、線径が小さくなるほど、各コンベア間の減度度合が大きくなるように調整する。
例えば、コントローラ１２において、基準とする線径について、自然放冷終了時の幅方向の温度偏差が許容温度偏差とするための各コンベア乗り換え時の基準とする減速率（（上流側速度−下流側速度）／上流側速度）を設定しておき、供給される線材の線径と基準の線径との偏差（若しくは比）に所定のゲインを掛けたものを基準の減速率に乗算してコンベアを乗り換える際に減速率を算出し、その算出した減速率となる各コンベアの搬送速度を求めて各コンベアの駆動部に駆動指令を供給する。

なお、各コンベア間の減速度合は一定でも良いし、異なっていても良い。
ここで、上記実施形態では、各コンベア間に段差を設けているが、設けなくても良い。段差を設けた方が上述のように効果が高い。
また、コンベア５〜８間に段差を設ける場合も各コンベアに下流側（尾端側）が高くなるような若干の勾配を設けても良い。

（実施例）
次に、上記冷却設備３を使用して、第２〜第４コンベア６，７，８の搬送速度を変更し、自然放冷ゾーンを通過した後の幅方向の温度分布（温度偏差の状況）を求めてみた。
表１は、各例における、強制冷却時の第１コンベア５の搬送速度を基準とした、第２〜第４コンベア６，７，８の搬送速度を示したものである。

そして、下記のような条件で、自然放冷ゾーンを通過した後の幅方向の温度分布の結果は、図２のようになった。
実験条件は、次の通りである。
なお、設備条件は上記実施形態のものとする。
各搬送路の長さ：８０ｍ
衝風の条件
風量：９５０００Ｎｍ^３／ｈｒ
冷却空気の温度：３２℃
線材の線径：１２．５ ｍｍ
線材のコイル径：１２００ｍｍ

図２から分かるように、従来例１のように、強制冷却ゾーンＺ１の第１コンベア５の搬送速度から一気に３０％減速して、そのままの搬送速度で徐冷を行った場合には、自然放冷を終了した状態では、幅方向に約６５℃の温度偏差が発生している。
更に、自然放冷時間（徐冷時間）を長くするために従来例２のように、第１コンベア５の搬送速度から５０％減速して、そのままの搬送速度で徐冷を行った場合には、自然放冷を終了した状態では、幅方向の温度偏差が約９０℃と増大している。すなわち、従来例では、自然放冷の時間を長くするほど幅方向の温度偏差が大きくなることが分かる。

これに対し、本発明１のように、強制冷却ゾーンＺ１の第１コンベア５の搬送速度に対して、１０％の割合で段階的に減速した場合には、自然放冷を終了した状態では、幅方向の温度偏差が約４０℃となっており、幅方向中央部の温度がほぼ同じである従来例１と比べて温度偏差が約２５℃改善されていることが分かる。なお、この場合には、自然放冷時間は、従来例１に比べ、若干本発明１の方が短い。

また、本発明２のように、強制冷却ゾーンＺ１の第１コンベア５の搬送速度に対して、２０％の割合で段階的に減速した場合には、自然放冷を終了した状態では、幅方向の温度偏差が約３０℃となっており、本発明１よりも自然徐冷時間が長くなるにも関わらず、幅方向の温度偏差を小さくすることが出来る。
さらに、本発明３のように、強制冷却ゾーンＺ１の第１コンベア５の搬送速度に対して、３０％の割合で段階的に減速した場合には、自然放冷を終了した状態では、幅方向の温度偏差が約１５℃となっており、本発明２よりもさらに自然徐冷時間が長くなるにも関わらず、幅方向の温度偏差をさらに小さくしてより均一化することが出来る。

このように、本実施形態では、要求される自然放冷の時間に応じて、当該自然放冷の時間を長くすると、従来例と異なり幅方向の温度偏差をさらに小さくしてより均一化することが出来る。
このように、本実施形態では、要求される自然放冷の時間、及び許容される幅方向の温度偏差に応じて、減速する回数及び減速比を選定すれば、別途、部分加熱や部分冷却することなく、自然放冷によって均一な温度分布での長時間の徐冷を実現することができることが分かる。
なお、上記実施例では、強制冷却時の第１コンベア５の搬送速度を基準で減速率を設定した場合を例示しているが、前段のコンベアとの間の減速率であっても良いし、各段での減速率を適宜異ならしても良い。

次に、上記実験条件下において、線径及び減速率を替えて実験を行い、自然放冷終了時の幅方向での温度偏差が３０℃以下となる境界条件について求めてみたところ、図３のような結果を得た。図３において、速度比とは、（減速後速度／減速前速度）である。
この図３から分かるように、温度偏差を一定の範囲に収めるには、線径が小さいほど減速度合を全体として大きく設定する必要がある。このように、線径に応じて減速度合を変更するように制御することが好ましい。

本発明に基づく実施形態に係る設備概要を説明する図である。 幅方向の温度分布を示す図である。 線径と温度偏差を所定温度以下とするために必要な速度比との関係を説明する図である。

符号の説明

１ 熱間圧延機
２ レイングヘッド
３ 冷却設備
４ 集束装置
５ 第１コンベア
６ 第２ンベア
７ 第３コンベア
８ 第４コンベア
１０ コイル状線材
１１ 衝風冷却装置
１２ コントローラ
Ｚ１ 上記強制冷却ゾーン
Ｚ２ 自然放冷ゾーン

Claims (5)

1. 熱間圧延後にコイル形状に成形された線材を、徐冷用搬送路に沿って搬送しながら自然放冷させるコイル状線材の徐冷方法において、
   上記徐冷用搬送路での線材の搬送速度を、上流から下流に向けて段階的に減速しながら搬送することを特徴とするコイル状線材の徐冷方法。
2. 熱間圧延後にコイル形状に成形された線材が載置されて、自然放冷させながら当該線材を搬送する搬送路を備えたコイル状線材の徐冷設備において、
   上記搬送路による搬送速度を、上流から下流側に向けて段階的に減速することを特徴とするコイル状線材の徐冷設備。
3. 上記搬送路は、搬送方向に沿って複数の搬送路に分割され、各搬送路の搬送速度を、相対的に上流側よりも下流側が遅くなるように設定したことを特徴とする請求項２に記載した線材の徐冷設備。
4. 隣り合う搬送路について上流側の搬送路の尾端部よりも下流側の搬送路の先端部が低くなるように、当該隣り合う搬送路間に段差を設けたことを特徴とする請求項３に記載したコイル状線材の徐冷設備。
5. 対象とする線材の線径に応じて上記搬送速度の減速度合を変更し、上記線径が小さいほど上記減速度合を大きくすることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載したコイル状線材の徐冷設備。

Images