JP2010070804A

JP2010070804A - バッチ式熱処理炉

Info

Publication number: JP2010070804A
Application number: JP2008239514A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishimoto; 崇石本; Takaya Ochiai; 孝哉落合; Kenji Shimizu; 健司清水; Masato Ogawa; 正人小川
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-18
Also published as: JP5326454B2

Abstract

【課題】加熱室内の雰囲気制御が容易であり、圧延材処理の場合に前酸洗を省略できるとともに、圧延材及び伸線材の両処理品に対して後酸洗性の良好な処理済品を得ることができるバッチ式熱処理炉を提供する。
【解決手段】不活性ガス雰囲気中で処理品の加熱を行う加熱室２の一端部に設けた処理品の出入口３に、真空パージ室と冷却室を兼ねた真空パージ兼冷却室５を連結し、真空パージ兼冷却室５には不活性ガス導入管３６と酸化性ガス導入管３７を接続し、真空パージ兼冷却室５を経て加熱室２内に送入され加熱処理された処理品Ｗに対して、該処理品の種類に応じて真空パージ兼冷却室５における不活性ガス雰囲気中での冷却と酸化性ガス雰囲気中での冷却の一方を選択して、前記処理品の冷却を行うように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、コイル状に巻回された線材や棒材等の鋼材からなる処理品を熱処理するバッチ式熱処理炉に関する。

熱間圧延により得られた線材や棒材(以下、圧延材という)は、伸線加工等の二次加工に先立って、加工性改善のために焼鈍処理され、また上記圧延材に伸線加工を施して得た線材(以下、伸線材という)を、さらに細径化のための伸線加工を施す場合は、同様に加工性改善のためさらに焼鈍処理される。

上記の焼鈍処理対象の処理品のうち、圧延材には熱間圧延に起因する圧延スケールが表面に形成されているため、この圧延スケールを焼鈍後に脱スケール容易のものとする熱処理装置として、処理品を還元性雰囲気中で加熱後、酸化性雰囲気中で処理品表面を酸化させ、その後大気中などで急速冷却する熱処理装置が提案されている（たとえば特許文献１参照。）。
特開平７−４１８６７号公報

ところが上記特許文献に記載の装置は、還元性雰囲気中で処理品の加熱を行うものであり、処理品に脱浸炭が生じないように、たとえば吸熱型ガス等を調整して、ＣＯおよびＣＯ_２濃度の比率によって決まるＰＦ値（ポテンシャルファクター）を常時炉温や鋼種に応じて変更する雰囲気制御を行う必要があった。また、上記特許文献に記載の装置では、圧延材を処理する場合には、後酸洗性を確保するために熱処理前に前酸洗を行う必要があった。

そこで本件出願に係る発明者らは、種々実験を重ねた結果、圧延材からなる処理品の加熱及び冷却を不活性ガス雰囲気中で行うことにより、炉内雰囲気の制御が炉温・鋼種の制約を受けずに容易であり焼鈍後の脱スケール性の良好な処理済品が得られることを見出した。また、圧延材からなる処理品の加熱及び冷却を不活性ガス雰囲気中で行うことにより、前酸洗を省略しても、焼鈍後の脱スケール性の良好な処理済品が得られることを見出した。これは、不活性雰囲気での冷却により、ウスタイト（ＦｅＯ）のマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）化を防止できるからである。しかし、処理品が前記伸線材からなる場合は、伸線材の表面に付着している潤滑剤が、上記の不活性ガス雰囲気中での加熱によって伸線材表面で炭化して、後酸洗工程においても除去されず、後続の伸線工程の支障となるという新たな問題点が見出された。

この発明は上記の点にかんがみてなされたもので、加熱室内の雰囲気制御が容易であり、圧延材の処理の場合に前酸洗を省略できるとともに、圧延材及び伸線材の両処理品に対して後酸洗性の良好な処理済品を得ることができるバッチ式熱処理炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためにこの発明のバッチ式熱処理炉は、不活性ガス雰囲気中で処理品の加熱を行う加熱室の一端部に設けた処理品の出入口に、真空パージ室と冷却室を兼ねた真空パージ兼冷却室を連結し、前記真空パージ兼冷却室には不活性ガス導入管と酸化性ガス導入管を接続し、前記真空パージ兼冷却室を経て前記加熱室内に送入され加熱処理された処理品に対して、該処理品の種類に応じて前記真空パージ兼冷却室における不活性ガス雰囲気中での冷却と酸化性ガス雰囲気中での冷却の一方を選択して、前記処理品の冷却を行うように構成されていることを特徴とする。

上記構成のバッチ式熱処理炉によれば、真空パージ兼冷却室を経て加熱室内に送入された処理品に対して、加熱室においてはたとえばＮ_２などの不活性ガス雰囲気中で加熱処理されるので、処理品は脱浸炭されることがなく、還元性雰囲気時におけるような炉温・鋼種に伴う雰囲気制御に比べて、加熱室内の雰囲気制御は遥かに容易なものとなる。そして加熱室内は不活性ガス雰囲気であるため、処理品が圧延材である場合に、前酸洗の省略によりその表面に形成されていた圧延スケールは酸化・還元されることなく昇温し、処理品が伸線材である場合にその表面に付着していた潤滑剤も酸化・還元されることなく炭化物状態となって昇温し、いずれも冷却工程に送られる。

また真空パージ兼冷却室内は、不活性ガス導入管による不活性ガスの導入あるいは酸化性ガス導入管による大気などの酸化性ガスの導入により、不活性ガス雰囲気と酸化性ガス雰囲気のいずれかに切替えることができるので、加熱室における加熱処理が終了した処理品に対して、該処理品が圧延材である場合は真空パージ兼冷却室内を不活性ガス雰囲気とし、加熱室から移送された処理品を冷却することにより、前記圧延スケールは酸化・還元されることなく降温し、圧延スケール中のウスタイト（ＦｅＯ）が硬質で酸洗性が悪いマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）へ変態する現象は阻止され、後酸洗による脱スケールが容易となり、前酸洗の省略が可能となるとともに、上記冷却として冷却速度が８℃／分以上、さらに好ましくは１０℃／分以上である急速冷却をおこなうことにより、圧延スケールには地鉄表面に達する多くの亀裂が生じ、後酸洗による脱スケールが一層容易となる。また処理品が伸線材である場合は、真空パージ兼冷却室内を酸化性ガス雰囲気として処理品を冷却すれば、伸線材の表面に固着していた炭化物は酸化され、後酸洗を容易にすることができる。なおこのときの冷却は、徐冷による伸線材表面部におけるウスタイト層のマグネタイト化を避けるため、冷却速度８℃／分以上の急速冷却とするのが好ましい。

以上説明したようにこの発明によれば、加熱室内の雰囲気制御が容易であり、圧延材の処理の場合に前酸洗を省略できるとともに、圧延材及び伸線材の両処理品に対して後酸洗性の良好な処理済品を得ることができるバッチ式熱処理炉が得られるとともに、圧延材及び伸線材用に別個の専用の熱処理炉を設ける必要はないので、設備費及び設置スペースが少なくて済む。

以下図１及び図２に示す一例により、この発明の実施の形態を説明する。図１はバッチ式熱処理炉１の全体を示し、加熱室２の一端部に設けた処理品Ｗの出入口３に、扉室４を介して、真空パージ室と冷却室を兼ねた真空パージ兼冷却室５を連結してある。

６は加熱室２の出入口３に対向して開口する真空パージ兼冷却室５の一端部の出入口、７は同じく他端部の出入口で、バッチ式熱処理炉１の処理品Ｗの送入・抽出口に相当するものである。８，９，１０は各出入口を開閉する扉で、扉８，９は扉室４内において駆動装置１１，１２により昇降駆動され、扉１０は駆動装置１３により昇降駆動される。１４は炉内全長にわたって設けた処理品Ｗ移送用のハースローラ、１５は炉外に設けた横行式の送入抽出テーブルである。

加熱室２は、不活性ガス雰囲気中で処理品Ｗの加熱を行うものであり、この例では不活性ガスとしてＮ_２ガスを用い、Ｎ_２ガス発生装置（Ｎ_２ガスボンベ）２１からＮ_２ガスが配管２２を経て加熱室２内に供給されるようになっており、２３は配管２２に設けた開閉弁である。また２４はラジアントチューブバーナ式のヒータ、２５は撹拌用のファンである。

また真空パージ兼冷却室５は、図２に示すように炉殻３１内に、処理品Ｗの頂部及び側部を包囲するトンネル状の隔壁３２を設け、隔壁３２の頂部に雰囲気ガス循環用の送風機３３を設けるとともに、炉殻３１と隔壁３２との間に形成した雰囲気ガスの循環路３４に、雰囲気ガス冷却用の熱交換器から成る冷却器３５を設けてある。

そして真空パージ兼冷却室５（の炉殻３１）には、図１に示すように、冷却雰囲気形成用として、Ｎ_２ガス発生装置２１に接続された不活性ガス導入管３６と、端部が炉外に開口する酸化性ガス導入管３７（この例では酸化性ガスとして大気を用いている）が接続されており、３８，３９はこれらの導入管に設けた開閉弁である。また４１は真空パージ兼冷却室５に接続され真空ポンプ４２に至る排気管、４３は開閉弁である。

上記構成のバッチ式熱処理炉１の熱処理対象である処理品Ｗは、低〜高炭素鋼材（特殊鋼を含む）からなる線材を、図２にも示すようにコイル状に巻回してなり、この線材が、熱間圧延により得られた熱間圧延線材からなる場合（以下圧延材という）と、この熱間圧延線材に伸線加工を施して得た線材あるいはこれにさらに高次の伸線加工を施して得た線材からなる場合（以下、伸線材という）の、二種類の処理品Ｗを熱処理対象としている。

次に上記処理品Ｗを焼鈍処理する工程を説明すると、先ず処理品Ｗは送入抽出テーブル１５上から１トレイずつ真空パージ兼冷却室５を経て加熱室２内に送入する。このとき加熱室２内が前工程（バッチ処理）によりＮ_２ガス雰囲気にあるときは、処理品Ｗを送入した真空パージ兼冷却室５内は真空ポンプ４２の運転により一旦真空としたのち開閉弁３８の開閉操作によりＮ_２ガスで復圧後、扉９，８を開いて加熱室２内へ処理品Ｗを送入する。

所定個数の処理品Ｗが加熱室２内に送入されたら、加熱室２内をＮ_２ガス雰囲気（不活性ガス雰囲気）に維持しながら処理品Ｗの加熱処理を行う。このとき加熱室２内が所定の炉圧で所定の低露点及び低酸素濃度雰囲気が維持されるよう、図示しない制御装置による開閉弁２３の開閉制御により、加熱室２内への低露点のＮ_２ガスの供給量を制御する。

処理品Ｗの鋼種、および低温焼鈍，軟化焼鈍，球状化焼鈍等の焼鈍の種類に応じて、処理品Ｗを昇温後所定の温度で所定時間保持する加熱処理を行う。この加熱はＮ_２ガス雰囲気中で行われるため、処理品Ｗが圧延材からなる場合は、前酸洗の省略によりその表面に形成されていた熱間圧延に起因する圧延スケールは酸化・還元されることなく昇温し、また処理品Ｗが伸線材からなる場合は、その表面に付着していた潤滑剤は酸化・還元されることなく昇温して炭化物状態となる。

加熱室２内における加熱処理後の処理品Ｗは、Ｎ_２ガス雰囲気の真空パージ兼冷却室５内へ移送する。そして処理品Ｗが圧延材からなる場合は、上記Ｎ_２ガス雰囲気の同室内で処理品Ｗを冷却処理する。これによって処理品Ｗの前記圧延スケールは酸化・還元されることなく降温し、大気などの酸化性ガス雰囲気中で冷却した場合のように圧延スケール中のウスタイト（ＦｅＯ）が硬質で酸洗性が悪いマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）へ変態する現象は阻止され、後酸洗による脱スケールが容易となるので、処理品Ｗの前酸洗は省略可能となる。そしてこの冷却処理として、冷却速度が８℃／分以上、好ましくは１０℃／分以上の急速冷却を行うことにより、圧延スケールは地鉄表面に達する多くの亀裂が生じ、熱処理後の後酸洗による脱スケールが一層容易となる。

一方、処理品Ｗが伸線材からなる場合は、処理品Ｗを加熱室２から真空パージ兼冷却室５内に移送したら、同室内を真空ポンプ４２により真空排気後、開閉弁３９を開いて同室内を大気雰囲気（酸化性ガス雰囲気）とし、この大気雰囲気中で処理品Ｗの冷却を行う。これによって、処理品Ｗの表面に付着していた炭化物は酸化するため、後酸洗による除去が容易になる。そしてこの大気雰囲気中での処理品Ｗの冷却は、徐冷による伸線材表面部におけるウスタイト層のマグネタイト化を避けるために、冷却速度８℃／分以上の急速冷却とするのが好ましく、これによって硬質のマグネタイト層の形成を阻止し、後続の加工工程に支障をきたすことがない。

上記の冷却処理により、処理品Ｗが圧延材である場合も伸線材である場合も、処理品Ｗを所定の温度（好ましくは、鋼種により異なるがウスタイトの変態終了温度以下のたとえば３５０℃）まで降温させたのち、処理済品として扉１０を開いて出入口７から送入抽出テーブル１５上へ抽出する。次いで真空パージ兼冷却室５内を真空ポンプ４２により真空排気後、開閉弁３８を開いて同室内をＮ_２ガス雰囲気とし、上記と同様にして加熱室２から加熱処理後の処理品Ｗを受入れて処理品Ｗの種類（圧延材か伸線材か）に応じて上記と同様な冷却処理を行えばよい。

以上のようにバッチ式熱処理炉１においては、先ず処理品Ｗの加熱工程は、不活性ガス雰囲気の加熱室２内において行われるため、処理品は雰囲気ガスにより脱浸炭されることがなく、還元性雰囲気中での加熱時における炉温・鋼種に伴う雰囲気制御に比べて、加熱室における雰囲気制御は遙かに容易である。

また加熱処理後の処理品Ｗの冷却工程は、処理品Ｗの種類（圧延材か伸線材か）に応じて真空パージ兼冷却室５内の雰囲気として、処理品Ｗが圧延材の場合は不活性ガス雰囲気を選択し、処理品Ｗが伸線材の場合は酸化性ガス雰囲気を選択して、それぞれ冷却処理をおこなうことによって、前述のように、圧延材の場合は、前酸洗の省略により表面に形成されていた圧延スケールを後酸洗による除去が容易なものとし、伸線材の場合は表面の炭化物を酸化させ、後酸洗による除去を容易にすることができ、いずれも後酸洗性の良好な処理済品が得られ、処理品Ｗが圧延材の場合の前酸洗は省略可能となる。そしてこれらの加熱・冷却処理は、１基のバッチ式熱処理炉１によって行うことができ、圧延材及び伸線材用に別個の熱処理炉を設ける必要はないので、熱処理炉の設備費及び設置スペースは少なくて済むのである。

この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば上記の例では不活性ガスとしてＮ_２ガスを用いたが、これ以外にたとえばＡｒガスなどの不活性ガスを用いてもよく、また上記のコイル状の線材の他、多数本の棒材をラック上などに積層した形態の処理品を熱処理対象としてもよい。

この発明の実施の形態の一例を示すバッチ式熱処理炉の縦断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１…バッチ式熱処理炉、２…加熱室、３…出入口、５…真空パージ兼冷却室、８…扉、９…扉、１０…扉、２１…Ｎ_２ガス発生装置、２２…配管、２３…開閉弁、２４…ヒータ、３１…炉殻、３５…冷却器、３６…不活性ガス導入管、３７…酸化性ガス導入管、３８…開閉弁、３９…開閉弁、４１…排気管、４２…真空ポンプ、４３…開閉弁。

Claims

不活性ガス雰囲気中で処理品の加熱を行う加熱室の一端部に設けた処理品の出入口に、真空パージ室と冷却室を兼ねた真空パージ兼冷却室を連結し、前記真空パージ兼冷却室には不活性ガス導入管と酸化性ガス導入管を接続し、前記真空パージ兼冷却室を経て前記加熱室内に送入され加熱処理された処理品に対して、該処理品の種類に応じて前記真空パージ兼冷却室における不活性ガス雰囲気中での冷却と酸化性ガス雰囲気中での冷却の一方を選択して、前記処理品の冷却を行うように構成されていることを特徴とするバッチ式熱処理炉。