JP2010242153A - Cooling device - Google Patents

Cooling device Download PDF

Info

Publication number
JP2010242153A
JP2010242153A JP2009091106A JP2009091106A JP2010242153A JP 2010242153 A JP2010242153 A JP 2010242153A JP 2009091106 A JP2009091106 A JP 2009091106A JP 2009091106 A JP2009091106 A JP 2009091106A JP 2010242153 A JP2010242153 A JP 2010242153A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spiral
cooling
cooling water
steel pipe
cooling device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009091106A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumio Kaneda
文男 金田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NICHIDEN KOSHUHA KK
Original Assignee
NICHIDEN KOSHUHA KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NICHIDEN KOSHUHA KK filed Critical NICHIDEN KOSHUHA KK
Priority to JP2009091106A priority Critical patent/JP2010242153A/en
Publication of JP2010242153A publication Critical patent/JP2010242153A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency-induction hardening apparatus with which objective material can efficiently be cooled with a little volume of cooling liquid by improving the holes for discharging the cooling liquid, such as cooling water. <P>SOLUTION: A cooling device 2 is provided with a jacket 8 which is relatively shiftable to the steel tube 7 for supporting a plurality of nozzles 11 on the surface faced to a steel tube 7, and a water-supplying device 9 for supplying the cooling water into the plurality of nozzles 11. Each of the plurality of nozzles 11 is formed by setting a spiral-shaped member in the inner part of an outer-coating tube. At the tip-end part of the outer-coating tube, an outlet hole of cooling water is arranged, and at the other-end of the outer-coating tube, an inlet hole of cooling water is arranged, and the diameter of the outlet hole is made to be smaller than the outer diameter of the spiral-shaped member. The cooling water supplied into the jacket 8 with the water supplying device 9, is entered into the inner part of the nozzle 11, and after giving a spiral-movement with the spiral-shaped member, the cooling water is spread and discharged as the drill-state from the outlet hole of the nozzle 11 and hit to the steel tube 7 to cool the steel tube 7. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、焼入れ、焼鈍等といった熱処理に好適に用いられる冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling device suitably used for heat treatment such as quenching and annealing.

鋼製の部材を目的に応じた特性に調整するために熱処理を行うことが、広く産業界において行われている。熱処理においては、一般に、鋼製部材を所定の高温に加熱し、次に、加熱されたその鋼製部材を冷却する。   It is widely performed in the industry to perform a heat treatment in order to adjust a steel member to characteristics according to the purpose. In the heat treatment, generally, a steel member is heated to a predetermined high temperature, and then the heated steel member is cooled.

例えば、小型で軽量である鋼製の構造部品の寿命を長くするために、当該構造部品に表面硬化処理が施されることがある。従来、表面硬化処理を実現するために種々の方法が知られている。そのうちの1つの方法として高周波焼入れが知られている。この高周波焼入れは、焼入れの対象である鋼製のワークに高周波を付与して誘導熱を生じさせて該ワークを所定相を呈するまで加熱し、この加熱されたワークを所定の冷却速度で急速に冷却することによって該ワークの表面を硬化させることである。   For example, in order to extend the life of a small and light steel structural component, the structural component may be subjected to surface hardening treatment. Conventionally, various methods are known for realizing surface hardening treatment. Induction hardening is known as one of them. In this induction hardening, a high frequency is applied to a steel workpiece to be quenched to generate induction heat to heat the workpiece until it exhibits a predetermined phase, and the heated workpiece is rapidly cooled at a predetermined cooling rate. The surface of the workpiece is hardened by cooling.

熱が伝わる現象を考えたとき、温度が均一化する方向に熱エネルギが移動する現象が熱伝導である。他方、固体表面とそれに接触する流体との間で熱が移動する現象が熱伝達である。上記の高周波焼入れで用いられる冷却処理は、一定の流速で冷却水を固体表面に連続して当てる(すなわち接触させる)ことによって熱移動を実現する方法であり、強制対流熱伝達に属する現象を利用した冷却方法である。   When considering a phenomenon in which heat is transmitted, heat conduction is a phenomenon in which thermal energy moves in a direction in which the temperature becomes uniform. On the other hand, heat transfer is a phenomenon in which heat moves between a solid surface and a fluid in contact therewith. The cooling treatment used in the induction hardening described above is a method for realizing heat transfer by continuously applying (that is, contacting) cooling water to a solid surface at a constant flow rate, and utilizes a phenomenon belonging to forced convection heat transfer. Cooling method.

高周波誘導加熱を利用すれば、構造部品を短時間に所定の焼入れ温度まで昇温させることができ、それ故、熱処理後の組織が微細で延性及び靭性に優れた機械的性質を得ることができる。しかも、構造部品の一部分のみを硬化させることができ、熱歪みが少なく素材の性質を有効に引き出すことができる。   If high-frequency induction heating is used, the structural part can be heated to a predetermined quenching temperature in a short time, and therefore, the mechanical properties having a fine structure after heat treatment and excellent ductility and toughness can be obtained. . In addition, only a part of the structural component can be cured, and the properties of the material can be effectively extracted with little thermal distortion.

また、高周波を用いた加熱によればワーク全体を加熱する必要がなく、熱効率に優れ、省エネルギが得られる。また、昇温が迅速であり、作業時間が短くて済み、熱処理後の表面は酸化スケールが少なく表面清浄化のための後工程を省略でき、それらの結果、コスト削減を達成できる。さらに、熱を誘導発生させるためにコイルに印加する高周波の周波数や出力の変更が容易であり、加熱コイルや冷却システムを適宜に組合せることができ、それ故、焼入れシステム全体のシステム設計の自由度が高い。   Moreover, according to the heating using a high frequency, it is not necessary to heat the whole workpiece | work, it is excellent in thermal efficiency and energy saving is obtained. In addition, the temperature can be raised quickly, the working time can be shortened, the surface after heat treatment has little oxide scale, and the post-process for surface cleaning can be omitted. As a result, cost reduction can be achieved. Furthermore, it is easy to change the frequency and output of the high frequency applied to the coil in order to generate heat, and the heating coil and cooling system can be combined as appropriate, so the system design of the entire quenching system is free. High degree.

以上のように、高周波焼入れは多くの利点を有しており広い産業分野で活用されている。例えば、従来、引用文献1によれば、ワークとしての電縫鋼管11,12を高周波誘導加熱コイル30によって所定温度まで加熱し、次に、冷却水室43の内周面に設けた複数の噴射穴44から電縫鋼管12へ向けて冷却水45を噴射して該電縫鋼管11,12を該冷却水温度まで冷却することにより、該電縫鋼管11,12に焼入れ処理を施すようにした高周波焼入れ装置が知られている。   As described above, induction hardening has many advantages and is used in a wide range of industrial fields. For example, conventionally, according to the cited document 1, the ERW steel pipes 11 and 12 as workpieces are heated to a predetermined temperature by the high frequency induction heating coil 30, and then a plurality of injections provided on the inner peripheral surface of the cooling water chamber 43. The ERW steel pipes 11 and 12 are quenched by injecting the cooling water 45 from the holes 44 toward the ERW steel pipes 12 to cool the ERW steel pipes 11 and 12 to the cooling water temperature. Induction hardening devices are known.

また、引用文献2によれば、フラットスプレーノズル4cを用いて冷却装置を構成し、進行方向の下流側で広がる形状の放射状態の冷却水をフラットスプレーノズル4cの全体から放射することにした高周波焼入れ装置が知られている。この装置において、フラットスプレーノズル4cを構成する個々の噴射穴からは冷却水が直線状に噴射するものと考えられる。   Further, according to the cited document 2, the cooling device is configured by using the flat spray nozzle 4c, and the high-frequency radiation which is radiated from the entire flat spray nozzle 4c is radiated cooling water having a shape spreading on the downstream side in the traveling direction. A quenching device is known. In this apparatus, it is considered that the cooling water is sprayed linearly from the individual spray holes constituting the flat spray nozzle 4c.

また、引用文献3によれば、ジャケット12,13の内部にリング状でスリット状の噴射口15を設け、その噴射口15からワーク10へ向けて冷却液を逆円錐状でフィルム状に吹き付ける冷却方法が開示されている。   Further, according to the cited document 3, a ring-shaped slit-shaped injection port 15 is provided inside the jackets 12, 13, and the cooling liquid is sprayed in a film shape from the injection port 15 toward the work 10 in an inverted conical shape. A method is disclosed.

特開平7−054048号公報(第2−4頁、図1−2)JP-A-7-054048 (page 2-4, FIG. 1-2) 特開平8−253817号公報(第7頁、図9)JP-A-8-253817 (page 7, FIG. 9) 実願平2−083528号(実開平4−040752号)のCD−ROM(第4頁、第2図)CD-ROM (4th page, Fig. 2) of Japanese Utility Model Application No. 2-083528 (Japanese Utility Model Application Publication No. 4-040752)

上記の従来の各高周波焼入れ装置においては、加熱されたワークを冷却する冷却部において、多数の穴のそれぞれから冷却液、例えば冷却水を直線状、すなわち断面径が均一であるビーム状、に噴出してそれらをワークに当てて、該ワークを冷却していた。すなわち、従来の冷却部においては、冷却液をワークに複数の小穴からシャワー状に当てることによって該ワークの冷却を行っていた。   In each of the conventional induction hardening apparatuses described above, in the cooling section that cools the heated workpiece, a cooling liquid, for example, cooling water, is ejected from each of the numerous holes into a linear shape, that is, a beam shape having a uniform cross-sectional diameter. Then, they were put on the work and the work was cooled. That is, in the conventional cooling unit, the workpiece is cooled by applying the coolant to the workpiece in a shower shape from a plurality of small holes.

ところで、高温に加熱されたワークに冷却水を当てると、ワークの表面に蒸気膜が生成される。この蒸気膜は熱伝達率が低いので、何等の措置も講じないと、冷却ムラ、焼入れ硬度の不足、ワークの曲がり等といった不都合が生じるおそれがある。近年では、焼入れのための処理速度の高速化が要求されている。例えば、自動車に使用されるドアインパクトビーム(ドア衝撃梁)用の高張力鋼の鋼管の焼入れ処理に関して見れば、従来の一般的な処理速度は60mm/secであったところ、現在では300mm/sec程度の速度に達している。このように焼入れの処理速度が高速になると、蒸気膜の発生に伴った上記の不都合はより一層顕著になる。   By the way, when cooling water is applied to a workpiece heated to a high temperature, a vapor film is generated on the surface of the workpiece. Since this vapor film has a low heat transfer coefficient, there is a possibility that inconveniences such as uneven cooling, insufficient quenching hardness, bending of the workpiece, etc. will occur if no measures are taken. In recent years, it has been required to increase the processing speed for quenching. For example, regarding the quenching treatment of high-tensile steel pipes for door impact beams (door impact beams) used in automobiles, the conventional general processing speed was 60 mm / sec, but is now 300 mm / sec. Has reached the speed of about. As described above, when the quenching processing speed is increased, the above-described inconvenience associated with the generation of the vapor film becomes more remarkable.

上記の蒸気膜の発生にもかかわらずワークを効率良く冷却させるためには、蒸気膜の発生を抑制するか、冷却水を蒸気膜を突き破ってワークに到達させることが有効である。そしてこれらのためには、冷却水の速度を十分に大きくすることが必要である。冷却水をワークにシャワー状に供給することにした従来の場合、所定の圧力の下でワークに当たる冷却水の流速を十分に大きくするためには、放出用の多数の穴へ冷却水を多量に供給することが必要である。   In order to efficiently cool the workpiece in spite of the generation of the vapor film, it is effective to suppress the generation of the vapor film or allow the cooling water to penetrate the vapor film and reach the workpiece. For these reasons, it is necessary to sufficiently increase the speed of the cooling water. In the conventional case where the cooling water is supplied to the work in a shower form, in order to sufficiently increase the flow speed of the cooling water hitting the work under a predetermined pressure, a large amount of cooling water is supplied to the numerous holes for discharge. It is necessary to supply.

しかしながら、複数の単純な小径の穴から冷却水を放出させる構造のシャワー方式の冷却装置において、穴の径や穴間の距離(いわゆるピッチ)の調整によって液体に関して所望の流速を得ることは非常に困難であった。   However, in a shower-type cooling device having a structure in which cooling water is discharged from a plurality of simple small-diameter holes, it is very difficult to obtain a desired flow velocity with respect to the liquid by adjusting the hole diameter and the distance between holes (so-called pitch). It was difficult.

以下、焼入れ、焼鈍等といった熱処理に際して用いられる冷却装置の一般的な特性を挙げると共に、冷却装置の1つの従来例を挙げて従来の問題点を説明する。   Hereinafter, the general characteristics of the cooling device used for heat treatment such as quenching and annealing will be described, and the conventional problems will be described by giving one conventional example of the cooling device.

(A)一般的な冷却装置に関する説明
以下の説明では、熱処理として高周波焼入れを行う場合を例示するものとする。
(a)寸法及び材質
まず、焼入れの対象物であるワークとして、外径φ31.8mm〜φ25.4mm、板厚1.4mm〜2.8mmの鋼管、特に外径φ31.8mmで板厚2.0mmの鋼管を焼入れ処理することを考える。この鋼管は高張力鋼によって製造されるものとする。このワークは、自動車のドアインパクトビームとして好適な鋼管である。
(A) Description of General Cooling Device In the following description, a case where induction hardening is performed as heat treatment is illustrated.
(A) Dimensions and Material First, as a workpiece to be quenched, a steel pipe having an outer diameter of 31.8 mm to 25.4 mm and a thickness of 1.4 mm to 2.8 mm, particularly an outer diameter of 31.8 mm and a thickness of 2. Consider hardening a 0 mm steel pipe. This steel pipe shall be manufactured with high-tensile steel. This work is a steel pipe suitable as an automobile door impact beam.

(b)ワークの搬送速度
従来の多くの焼入れ処理では、ワークを搬送しながら高周波加熱及び冷却処理を行うが、その際のワークの搬送速度は60mm/sec程度であった。しかしながら、最近では300mm/secの高速の搬送速度に達することがある。
(B) Workpiece transport speed In many conventional quenching processes, high-frequency heating and cooling processes are performed while transporting a work, and the work transport speed at that time was about 60 mm / sec. However, recently, a high conveyance speed of 300 mm / sec may be reached.

(c)急速水冷却
本明細書において、焼入れ処理における「急速水冷却」とは、赤熱された鋼管に一定の流速を持った冷却水を鋼管の外表面に中断することなく供給して、鋼管の外表面の温度を冷却水の温度近くに保持し、熱伝導により鋼管全体の温度を冷却水温度近くまで下げて、鋼管を焼入れすることである。なお、冷却媒体は冷却水に限られない液体であるが、説明を理解し易くするために以下の説明では、冷却媒体を冷却水と考えて説明する。
(C) Rapid water cooling In this specification, “rapid water cooling” in the quenching process refers to supplying a cooling water having a constant flow rate to a red-heated steel pipe on the outer surface of the steel pipe without interruption. The temperature of the outer surface of the steel pipe is kept close to the temperature of the cooling water, the temperature of the entire steel pipe is lowered to near the temperature of the cooling water by heat conduction, and the steel pipe is quenched. In addition, although a cooling medium is a liquid which is not restricted to cooling water, in order to make description easy to understand, the following description considers a cooling medium as cooling water.

(d)冷却所要時間
上記の材料から成り上記の寸法を有した鋼管を所定相状態を呈するまで加熱、例えば950℃まで加熱し、その外表面を瞬時に冷却水の温度まで降下させ、鋼管全体を冷却水温度近くまで下げるのに要する時間は、一般的な熱伝導率計算から、約1.4秒である。
(D) Time required for cooling The steel pipe made of the above material and having the above dimensions is heated until it exhibits a predetermined phase state, for example, heated to 950 ° C., and its outer surface is instantaneously lowered to the temperature of the cooling water, and the entire steel pipe The time required to lower the temperature to near the cooling water temperature is about 1.4 seconds from a general heat conductivity calculation.

(e)冷却水放出用の穴の径
一般的に冷却装置は、ジャケット等といった構造物に冷却水放出用の穴を複数設け、これらの穴から放出した冷却水をワークへ当てることにより、ワークの冷却を行っている。風呂等で使用するシャワーの穴径は0.5mm程度の細径である。水道水には不純物が含まれておらず、目詰まりを生じる心配はない。これに対し、本発明のように赤熱した金属を冷却する場合には、冷却水を循環させて使用するが、冷却時に金属から剥離する酸化被膜等の金属片が冷却水に混入する。冷却水の循環系統にはフィルタが設けられ、混入物による目詰まりを最小限に抑える対策が採られるが、それでも尚、穴径を小さくすることには限界がある。また、穴加工に際しての経済的な面から見ても穴径を小さくすることに関して限界がある。これらの事情から、冷却水放出用の穴の径は一般的に直径でφ2.0mm程度である。
(E) Diameter of cooling water discharge hole Generally, a cooling device is provided with a plurality of cooling water discharge holes in a structure such as a jacket, and the cooling water discharged from these holes is applied to the work. The cooling is done. The hole diameter of a shower used in a bath or the like is a small diameter of about 0.5 mm. Tap water does not contain impurities and there is no worry of clogging. On the other hand, when cooling the red hot metal as in the present invention, the cooling water is circulated and used, but metal pieces such as an oxide film peeled off from the metal during cooling are mixed in the cooling water. Although the cooling water circulation system is provided with a filter and measures are taken to minimize clogging due to contaminants, there is still a limit to reducing the hole diameter. In addition, there is a limit to reducing the hole diameter from the economical aspect in drilling. From these circumstances, the diameter of the cooling water discharge hole is generally about φ2.0 mm in diameter.

(f)蒸気膜に対抗するための冷却水流速及び流量
冷却水が気体化する温度は圧力に依存するが、鋼管表面の温度が冷却水の気体化する温度よりも高いときは、冷却水が鋼管の表面に接触した瞬間に気体化し、冷却水と鋼管表面との間に気体(水蒸気)が入り込む。水蒸気は対流現象を起こさず、鋼管表面に長い時間留まるため、鋼管表面から冷却水に至る熱伝達係数が低くなる。また、水蒸気の熱伝達率は水の1/10程度と低い。これらのため、蒸気膜が発生したときの冷却水と鋼管表面との熱交換は十分に行われなくなる。特に、冷却水の流速が遅いと、加熱された鋼管の表面に冷却水をかけた瞬間に、鋼管と冷却水との間に蒸気膜が発生し、冷却効率が悪くなり、焼入れが不十分になるおそれがある。
(F) Cooling water flow velocity and flow rate to counter the vapor film The temperature at which the cooling water is gasified depends on the pressure, but when the temperature of the steel pipe surface is higher than the temperature at which the cooling water is gasified, the cooling water Gasification occurs at the moment of contact with the surface of the steel pipe, and gas (water vapor) enters between the cooling water and the surface of the steel pipe. Since water vapor does not cause a convection phenomenon and stays on the steel pipe surface for a long time, the heat transfer coefficient from the steel pipe surface to the cooling water becomes low. Moreover, the heat transfer coefficient of water vapor is as low as about 1/10 of water. For these reasons, heat exchange between the cooling water and the steel pipe surface when a vapor film is generated is not sufficiently performed. In particular, when the flow rate of cooling water is slow, a vapor film is generated between the steel pipe and the cooling water at the moment when the cooling water is applied to the surface of the heated steel pipe, resulting in poor cooling efficiency and insufficient quenching. There is a risk.

一般的に、冷却水の流速を速くすると蒸気膜の発生を抑制することができるし、蒸気膜が発生したとしてもその蒸気膜を突き破ることができる。950℃に赤熱された鋼管に対して蒸気膜の発生の抑制等を実現できる流速は、本発明者の実験により、少なくとも15m/secであることが分かった。   Generally, when the flow rate of cooling water is increased, the generation of a vapor film can be suppressed, and even if a vapor film is generated, the vapor film can be broken through. It has been found by experiments of the present inventor that the flow rate at which the suppression of the generation of a vapor film or the like can be realized for a steel tube heated to 950 ° C. is at least 15 m / sec.

この流速を得るための水圧は、少なくとも約3kg/cm必要である。このときの直径φ2.0mmの1個の穴を通る流量は、少なくとも約3L(リッター)/min=50cc/secである。 The water pressure to obtain this flow rate should be at least about 3 kg / cm 2 . At this time, the flow rate through one hole having a diameter of 2.0 mm is at least about 3 L (liter) / min = 50 cc / sec.

1個の穴から出る流量は、水圧、配管抵抗(すなわち穴の長さ)に依存するが、通常のジャケットの冷却水放出穴の板厚(すなわち長さ)は、約2〜3mmである。板厚2mmと3mmとの流量変化は数%程度である。   The flow rate from one hole depends on the water pressure and pipe resistance (i.e., the length of the hole), but the thickness (i.e., length) of the cooling water discharge hole of a normal jacket is about 2 to 3 mm. The flow rate change between the plate thicknesses of 2 mm and 3 mm is about several percent.

(B)高周波焼入れ装置で用いる冷却装置の従来の一例の特性
(a)冷却装置の従来例
まず、従来例を説明すれば、図11は従来のシャワー方式の冷却装置の一例を示している。(a)は正面図であり、(b)は断面図である。この冷却装置52は、鋼管57の搬送路を取り囲むジャケット58と、ジャケット58の内部に冷却水を供給する通水管59とを有している。ジャケット58のうち鋼管57の搬送路に対向する面である内面には、複数の単純な貫通穴61が鋼管7の搬送路に対して斜め方向に設けられている。穴61に関しては、鋼管57の搬送方向Aに沿って16個で1列の穴が、円周方向で12列設けられているものとし、従って穴61の総数は192個である。
(B) Characteristics of Conventional Example of Cooling Device Used in Induction Hardening Device (a) Conventional Example of Cooling Device First, a conventional example will be described. FIG. 11 shows an example of a conventional shower type cooling device. (A) is a front view, (b) is sectional drawing. The cooling device 52 includes a jacket 58 that surrounds the conveyance path of the steel pipe 57, and a water flow pipe 59 that supplies cooling water to the inside of the jacket 58. A plurality of simple through holes 61 are provided in an oblique direction with respect to the conveyance path of the steel pipe 7 on the inner surface of the jacket 58 which is a surface facing the conveyance path of the steel pipe 57. Regarding the holes 61, it is assumed that 16 holes in one row along the conveying direction A of the steel pipe 57 are provided in 12 rows in the circumferential direction, and therefore the total number of holes 61 is 192.

ジャケット58の内部に供給された冷却水は、複数の穴61の個々から鋼管57の搬送路へ向けて放出される。こうして放出された冷却水が鋼管57に当って該鋼管7が冷却されて焼入れ処理される。穴61の穴径は、上記の一般的な説明の通り、φ2.0mm程度である。   The cooling water supplied to the inside of the jacket 58 is discharged from each of the plurality of holes 61 toward the conveyance path of the steel pipe 57. The cooling water thus discharged hits the steel pipe 57, and the steel pipe 7 is cooled and quenched. The hole diameter of the hole 61 is about φ2.0 mm as described above in general.

図12は、図11の冷却装置52によって冷却水が供給される部分の鋼管57aを展開状態で示している。この部分の搬送方向Aに沿った長さLaは63.9mmである。この部分の円周方向の長さLbは、鋼管の直径がφ31.8mmであるので、99.9mmである。そして、鋼管の板厚tは2.0mmである。   FIG. 12 shows the steel pipe 57a in a developed state where the cooling water is supplied by the cooling device 52 of FIG. The length La along the conveyance direction A of this portion is 63.9 mm. The circumferential length Lb of this portion is 99.9 mm because the diameter of the steel pipe is 31.8 mm. And the plate | board thickness t of a steel pipe is 2.0 mm.

(b)鋼管57の材料特性に基づいて計算した必要冷却水量
以下、図11に示す従来の冷却装置52を用いて直径φ31.8mmで、板厚2.0mmの鋼管を焼入れするのに必要な冷却水の水量を鋼管57の材料特性に基づいて求める。
(ア)まず、冷却水が当る鋼管表面の体積V1は、図12において、
V1=La×Lb×t
=63.9×99.9×2.0
=12.767(cm
である。
(B) Required cooling water amount calculated based on the material characteristics of the steel pipe 57 Hereinafter, it is necessary to quench a steel pipe having a diameter of 31.8 mm and a thickness of 2.0 mm using the conventional cooling device 52 shown in FIG. The amount of cooling water is determined based on the material characteristics of the steel pipe 57.
(A) First, the volume V1 of the steel pipe surface to which the cooling water hits is shown in FIG.
V1 = La × Lb × t
= 63.9 × 99.9 × 2.0
= 12.767 (cm 3 )
It is.

(イ)次に、鋼管の比重G1は7.9であり、比熱H1は0.15であり、鋼管の加熱温度T1は950℃であるので、冷却のために必要となる熱量N1は、
N1=V1×G1×H1×T1
=12.767×7.9×0.15×950
=14,372cal
である。
(A) Next, since the specific gravity G1 of the steel pipe is 7.9, the specific heat H1 is 0.15, and the heating temperature T1 of the steel pipe is 950 ° C., the amount of heat N1 required for cooling is
N1 = V1 × G1 × H1 × T1
= 12.767 × 7.9 × 0.15 × 950
= 14,372 cal
It is.

(ウ)次に、0℃の冷却水の上昇温度T2を10℃と設定する。上昇温度T2の設定を高く設定するに従い、必要流量は少なくなるが、急冷条件が満たされなくなり、焼入れが不十分になる。T2=10℃の上昇温度設定値は経験に基づいた数値である。     (C) Next, the rising temperature T2 of the cooling water at 0 ° C. is set to 10 ° C. As the temperature rise T2 is set higher, the required flow rate decreases, but the rapid cooling condition is not satisfied and quenching becomes insufficient. The rising temperature set value of T2 = 10 ° C. is a numerical value based on experience.

(エ)次に、焼入れ可能温度(すなわち常温)までの急冷がなされるのに要する時間t1は、上記した一般的な説明の通り、1.4秒である。     (D) Next, the time t1 required for rapid cooling to a quenchable temperature (that is, normal temperature) is 1.4 seconds as described above.

(オ)次に、冷却水の流速が15m/secであるときの熱伝達率は100%である。     (E) Next, the heat transfer rate when the flow rate of the cooling water is 15 m / sec is 100%.

(カ)上記(ア)〜(オ)の5項目の条件下で、必要となる冷却水流量Q1は、
Q1=N1/t1/T2
=14,372/1.4/10
=1,027cc/sec
=61.62L/min
である。
(F) The required cooling water flow rate Q1 under the above five conditions (a) to (e) is:
Q1 = N1 / t1 / T2
= 14,372 / 1.4 / 10
= 1,027cc / sec
= 61.62L / min
It is.

(c)冷却水放出穴61の冷却能力
(ア)鋼管57のうち冷却水によって冷却される部分の表面積をSA57とすると、これは図12に示す鋼管表面部分57aの面積のことであり、
SA57=(鋼管57の外径)×π×(搬送方向Aに沿った長さLa)
=31.8×π×63.9
=6380mm
である。
(C) Cooling capacity of the cooling water discharge hole 61 (A) If the surface area of the portion of the steel pipe 57 that is cooled by the cooling water is SA57, this is the area of the steel pipe surface portion 57a shown in FIG.
SA57 = (outer diameter of steel pipe 57) × π × (length La along conveyance direction A)
= 31.8 × π × 63.9
= 6380mm 2
It is.

(イ)ジャケット58の穴61を通した冷却水による冷却面積をRA61とすると、
RA61=(穴61の穴径/2)×π×(穴数)
=(2/2)×π×192
=603mm
である。
(A) If the cooling area by the cooling water through the hole 61 of the jacket 58 is RA61,
RA61 = (hole diameter of hole 61/2) 2 × π × (number of holes)
= (2/2) 2 × π × 192
= 603mm 2
It is.

(ウ)以上より、穴61による鋼管57に対する冷却面積率RAR61は、
RAR61=RA61/SA57
=603/6380
=0.095
(C) From the above, the cooling area ratio RAR61 for the steel pipe 57 by the hole 61 is
RAR61 = RA61 / SA57
= 603/6380
= 0.095

(d)蒸気膜の問題を解消するために必要な冷却水の全体流量
上記「冷却装置に関する一般的な説明」欄(A)の「蒸気膜に対抗するための冷却水流速及び流量」欄(f)で説明したように、一般的な冷却装置においてワークの表面に蒸気膜を発生させない又は蒸気膜を突き破るのに必要な冷却水の流量は、水圧3kg/cmのときに、冷却水放出用の1個の穴に対して3L/minである。
従って、図11の冷却装置52において鋼管57の周囲に蒸気膜を発生させない又は蒸気膜を突き破るのに必要な冷却水の全流量FR52は、
FR52=流量×穴数
=3L/min×192
=576L/min・・・・・・・(F1)
である。
(D) Overall flow rate of cooling water necessary for solving the problem of the vapor film “Cooling water flow velocity and flow rate to counter the vapor film” column in the “General description of cooling device” column (A) above ( As explained in f), in a general cooling device, the cooling water flow rate is 3 kg / cm 2 when the flow rate of cooling water required for generating or breaking through the steam film on the work surface is 3 kg / cm 2. 3 L / min for a single hole.
Therefore, the total flow rate FR52 of the cooling water necessary for not generating or piercing the steam film around the steel pipe 57 in the cooling device 52 of FIG.
FR52 = flow rate x number of holes
= 3L / min x 192
= 576L / min ... (F1)
It is.

(e)ジャケット58の全ての穴61から噴出される冷却水によって冷却される鋼管57の面積について:
(ア)図11の冷却水放出用穴61から放出された冷却水は、図12に描かれているように鋼管表面57aにドット状、すなわち島状に当る。冷却水は鋼管57に対して斜めに放出されるので、上記のドット形状は実際には真円ではなくて楕円又は長円となるが、図では真円として描いている。
(E) Regarding the area of the steel pipe 57 cooled by the cooling water ejected from all the holes 61 of the jacket 58:
(A) The cooling water discharged from the cooling water discharge hole 61 in FIG. 11 hits the steel pipe surface 57a in a dot shape, that is, an island shape, as depicted in FIG. Since the cooling water is discharged obliquely with respect to the steel pipe 57, the above dot shape is actually not an exact circle but an ellipse or an ellipse, but is depicted as a perfect circle in the figure.

(イ)鋼管57の表面に直接に当る冷却水の断面積÷鋼管57の表面積=ジャケット58による「冷却面積」である。
(ウ)この冷却面積とは別に、鋼管57の表面に冷却水を直接かけると、熱伝導により、冷却水の当り面を中心として放射状に冷却される「実質冷却面積」が存在する(図13の符号E参照)。図13において斜線を施した円形部分は、鋼管57の外表面の冷却水当り面の直下の温度が冷却水温度に近くなったときの鋼管57の外表面の温度が冷却水温度に近くなる範囲を示している。つまり、冷却開始直後の鋼管57の外表面におけるφ2mmの穴の冷却範囲と、時間経過と共に鋼管57の内表面の冷却範囲が同じ形状のφ2mmになったときの鋼管57の外表面の冷却範囲を示している。
(A) The sectional area of the cooling water directly hitting the surface of the steel pipe 57 / the surface area of the steel pipe 57 = the “cooling area” of the jacket 58.
(C) In addition to this cooling area, when cooling water is directly applied to the surface of the steel pipe 57, there is a “substantially cooling area” that is cooled radially by the heat conduction around the contact surface of the cooling water (FIG. 13). (See symbol E). In FIG. 13, the hatched circular portion indicates the range in which the temperature of the outer surface of the steel pipe 57 approaches the cooling water temperature when the temperature immediately below the surface of the outer surface of the steel pipe 57 that contacts the cooling water is close to the cooling water temperature. Is shown. That is, the cooling range of the outer surface of the steel pipe 57 when the cooling range of the φ2 mm hole on the outer surface of the steel pipe 57 immediately after the start of cooling and the cooling range of the inner surface of the steel pipe 57 become the same shape φ2 mm as time passes. Show.

(エ)鋼管57が実質的に冷却される面積について考える。
(i)時間の経過に応じた熱伝導範囲TCは板厚方向に熱伝導が進むと考えると、
TC=(穴径2mm)+(放射状に広がる距離2mm)+(2mm)
=φ6mm
となる。
(ii)φ6mmの断面積は28.3mmであるので、ジャケット58による実質冷却面積SRA58は、
SRA58=28.3×192
=5433mm
である。
(iii)従って、ジャケット58による実質冷却面積率RSRA58は、
RSRA58=実質冷却面積(SRA58)/冷却される鋼管57表面積(SA1)
=5433/6380
=0.85
である。
(D) Consider the area where the steel pipe 57 is substantially cooled.
(I) Considering that the heat conduction range TC according to the passage of time is that heat conduction proceeds in the thickness direction,
TC = (hole diameter 2 mm) + (radially extending distance 2 mm) + (2 mm)
= Φ6mm
It becomes.
(Ii) Since the sectional area of φ6 mm is 28.3 mm 2 , the substantial cooling area SRA58 by the jacket 58 is
SRA58 = 28.3 × 192
= 5433mm 2
It is.
(Iii) Therefore, the effective cooling area ratio RSRA58 by the jacket 58 is
RSRA58 = substantially cooled area (SRA58) / cooled steel pipe 57 surface area (SA1)
= 5433/6380
= 0.85
It is.

(iv)ところで、図14は、複数の実質冷却面積Eの相互の位置関係に関連して、鋼管57における板厚方向で冷却が不十分になる部分を示している。図14において符号W1で示すように、鋼管57の板厚方向では冷却不十分の部分が全体に対して21.5%存在する。W1で示す範囲(すなわち湾曲線R2で囲まれた範囲)は、冷却方向が板厚分より多いため、熱伝導計算では、冷却不十分領域が21.5%より多くなるが、計算を簡略化するために、21.5%とする。当り径φ2mmに対応したW2で示す範囲は、板厚分が十分に冷却される範囲である。         (Iv) By the way, FIG. 14 shows a portion where the cooling is insufficient in the thickness direction of the steel pipe 57 in relation to the mutual positional relationship of the plurality of substantial cooling areas E. As indicated by reference sign W1 in FIG. 14, there are 21.5% of the portion where the cooling is insufficient in the thickness direction of the steel pipe 57. In the range indicated by W1 (ie, the range surrounded by the curved line R2), the cooling direction is more than the thickness of the plate, and therefore in the heat conduction calculation, the insufficient cooling region is more than 21.5%, but the calculation is simplified. Therefore, the content is set to 21.5%. The range indicated by W2 corresponding to the contact diameter φ2 mm is a range in which the plate thickness is sufficiently cooled.

(iii)従って、最終的な実質冷却面積率RSRA58は、
RSRA58
=(実質冷却面積SRA58×冷却充分領域)/(冷却される鋼管表面積SA1)
=5433×0.785/6380
=0.67
となる。
参考までに、冷却不十分領域である21.5%の部分を完全に冷却するためには、熱伝導計算から、板厚分を冷却するのに要する冷却時間の約2倍強の時間が必要になる。
(Iii) Therefore, the final effective cooling area ratio RSRA58 is
RSRA58
= (Substantially cooled area SRA58 × cooling sufficient area) / (steel pipe surface area SA1 to be cooled)
= 5433 × 0.785 / 6380
= 0.67
It becomes.
For reference, in order to completely cool the 21.5% portion, which is an insufficiently cooled region, it takes about twice as long as the cooling time required to cool the plate thickness from the heat conduction calculation. become.

(f)「蒸気膜の問題を解消するために必要な冷却水の全体流量576L/min」(上記(d)欄参照)に対する冷却装置52の現状
上記(d)欄で説明したように、鋼管57の表面に発生する蒸気膜を抑制したり、蒸気膜を突き破るためには、総量で576L/minの冷却水の流量が必要である。しかしながら、このような多量の冷却水を冷却処理後に回収して再使用するための循環設備を構築するのには多額の設備費が必要となる。また、鋼管57に当って跳ね返る冷却水を処理するための機構を構築することが非常に難しい。
(F) Current state of cooling device 52 with respect to “total cooling water flow rate of 576 L / min necessary to eliminate vapor film problem” (see column (d) above) As described in column (d) above, the steel pipe In order to suppress the vapor film generated on the surface of 57 or break through the vapor film, a flow rate of cooling water of 576 L / min in total is required. However, a large amount of equipment costs are required to construct a circulation facility for recovering and reusing such a large amount of cooling water after the cooling treatment. Moreover, it is very difficult to construct a mechanism for treating the cooling water that bounces off the steel pipe 57.

これらのため、現状の冷却装置では、冷却水の水圧を下げ、冷却水の流量を150L/min程度に減少させた状態で焼入れ処理を行っていた。このときの冷却水の水圧は約0.5kg/cmであり、流速は約5.7m/secである。このように、冷却水の水圧及び流量を低減したため、冷却水についての熱伝達率が低下し、鋼管57を急速に冷却するための条件が不十分になり、その結果、焼入硬度の不足や、焼入れ後の鋼管57の曲がり等が頻繁に発生していた。 For these reasons, in the current cooling apparatus, the quenching process is performed in a state where the water pressure of the cooling water is lowered and the flow rate of the cooling water is reduced to about 150 L / min. The water pressure of the cooling water at this time is about 0.5 kg / cm 2 , and the flow rate is about 5.7 m / sec. Thus, since the water pressure and flow rate of the cooling water were reduced, the heat transfer rate for the cooling water was lowered, and the conditions for rapidly cooling the steel pipe 57 became insufficient, resulting in insufficient quenching hardness and The bending of the steel pipe 57 after quenching frequently occurred.

(g)理想的な冷却ジャケット
従来の冷却装置のように複数の貫通穴を並べて設け、それらの穴から鋼管へ冷却水をシャワー状に供給する構成の冷却装置を考えたとき、十分な焼入れ処理を行うことができる理想的な冷却ジャケットは次のように構成できる。
(G) Ideal cooling jacket When considering a cooling device with a structure in which a plurality of through-holes are arranged side by side as in the conventional cooling device and cooling water is supplied to the steel pipe in a shower form from these holes, sufficient quenching treatment An ideal cooling jacket that can perform the following can be configured as follows.

すなわち、図15において、冷却水放出用の穴61のピッチ(すなわち穴と穴との間隔)P61を2mmに設定する。この設定は、上記(e)(エ)(ii)で求めた実質冷却面積SRA58に基づいて決められている。   That is, in FIG. 15, the pitch (that is, the distance between the holes) P61 of the cooling water discharge holes 61 is set to 2 mm. This setting is determined based on the actual cooling area SRA58 obtained in (e), (d) and (ii) above.

図12において、鋼管57の周長Lbは99.9mmであり、鋼管57が冷却される長さLaは63.9mmであるので、上記のように穴61のピッチを2mmに設定すれば、穴61の総数N61は、
N61=(Lb/2)×(La/2)
=(99,9/2)×(63.9/2)
=1600
である。
In FIG. 12, the circumferential length Lb of the steel pipe 57 is 99.9 mm, and the length La by which the steel pipe 57 is cooled is 63.9 mm. Therefore, if the pitch of the holes 61 is set to 2 mm as described above, The total number N61 of 61 is
N61 = (Lb / 2) × (La / 2)
= (99, 9/2) x (63.9 / 2)
= 1600
It is.

上記(B)(b)(カ)において、鋼管57の材料特性に基づいて計算した必要冷却水量Q1は61.62L/minであった。また、穴61の総数は上記の通り1600個である。従って、穴61の1個当りの必要流量Q1/N61は、
(Q1/N61)=61.62/1600
=0.0385L/min
である。
In the above (B), (b) and (f), the required cooling water amount Q1 calculated based on the material characteristics of the steel pipe 57 was 61.62 L / min. The total number of holes 61 is 1600 as described above. Therefore, the required flow rate Q1 / N61 per hole 61 is
(Q1 / N61) = 61.62 / 1600
= 0.0385 L / min
It is.

上記(A)(f)で説明したように、一般的な冷却装置において、φ2.0mmの複数の穴から冷却水を放出したときに、蒸気膜の問題を解消するために必要である1個の穴からの流量は3.0L/minであった。従って、上記の0.0385L/minの流量を実現できる穴61の穴径をXとすれば、
X:2=0.0385:3.0
であり、よって、
X=0.23mm
である。すなわち、穴61の必要である穴径は0.23mmである。このときの実質的な冷却可能外径RDはRD=φ4.23mmである。
As described in the above (A) and (f), in a general cooling device, when cooling water is discharged from a plurality of holes of φ2.0 mm, one piece necessary for solving the problem of the vapor film The flow rate from the hole was 3.0 L / min. Therefore, if the hole diameter of the hole 61 that can realize the flow rate of 0.0385 L / min is X,
X: 2 = 0.0385: 3.0
And therefore
X = 0.23mm
It is. That is, the required hole diameter of the hole 61 is 0.23 mm. The substantial coolable outer diameter RD at this time is RD = φ4.23 mm.

以上のようにして、理想的な穴数=1600個及び穴径=φ0.23mmが求められる。このような穴は、通常、レーザ加工によって製作可能ではあるが、製作コストが非常に高くなる。また、穴径が小さいので、冷却水の循環再利用を行った場合に穴の目詰まりの問題が発生する。従って、図15に示す理想的な構成は、事実上製作することが困難である。   As described above, an ideal number of holes = 1600 and a hole diameter = φ0.23 mm are obtained. Such a hole can usually be manufactured by laser processing, but the manufacturing cost becomes very high. Moreover, since the hole diameter is small, the problem of clogging of the hole occurs when the cooling water is circulated and reused. Therefore, the ideal configuration shown in FIG. 15 is practically difficult to manufacture.

本発明は、従来装置における上記の問題点を解消するために成されたものであって、冷却水等といった冷却液を放出するための穴を改善することにより、少量の冷却液でワークを効率良く冷却することができる焼入れ装置用の冷却装置を提供することを目的とする。   The present invention is made in order to solve the above-mentioned problems in the conventional apparatus, and improves the hole for discharging the cooling liquid such as cooling water, so that the work can be efficiently performed with a small amount of the cooling liquid. It is an object of the present invention to provide a cooling device for a quenching device that can be cooled well.

本発明に係る冷却装置は、加熱された対象物に冷却液を接触させて該対象物を冷却する冷却装置において、前記対象物に対して相対的に移動可能であり、前記対象物に対向する面に複数のノズルを支持した支持体と、前記複数のノズルに前記冷却液を供給する冷却液供給手段とを有し、前記複数のノズルの少なくとも1つは、内部が空間であり、前記冷却液を放出する出口穴を先端に有し、前記冷却液を受け入れる入口穴を他端に有した外被管と、該外被管の内部に設けられた螺旋形状部材とを有し、該螺旋形状部材の外周面には螺旋状の面である螺旋面が少なくとも1つ設けられており、該螺旋面は前記外被管の内周面に対向しており、前記出口穴の直径は前記螺旋形状部材の外径よりも小さくなっており、前記冷却液供給手段によって供給された冷却液は、前記入口穴を通って前記外被管の内部に入り、前記螺旋面に沿って流れた後に前記出口穴から錐状に広がって放出されることを特徴とする。   The cooling device according to the present invention is a cooling device that cools a target object by bringing a coolant into contact with the heated target object, and is movable relative to the target object and faces the target object. A support that supports a plurality of nozzles on a surface, and a coolant supply means that supplies the coolant to the plurality of nozzles, wherein at least one of the plurality of nozzles has a space inside, and the cooling An outer tube having an outlet hole for discharging the liquid at the tip and an inlet hole for receiving the cooling liquid at the other end; and a spiral-shaped member provided inside the outer tube; At least one spiral surface which is a spiral surface is provided on the outer peripheral surface of the shape member, the spiral surface is opposed to the inner peripheral surface of the jacket tube, and the diameter of the outlet hole is the spiral. It is smaller than the outer diameter of the shape member and is supplied by the coolant supply means. Cooling liquid, the through inlet hole enters the inside of the outer casing tube, characterized in the that emitted from the exit hole spreads conical After flowing along the helical surface.

本発明の冷却装置は、焼入れ装置、焼鈍装置等といった熱処理装置に好適に用いられる冷却装置であり、対象物に冷却液を当てる(すなわち接触させる)ことによりその対象物を冷却する方式の冷却装置である。冷却液は、例えば冷却水である。冷却水は常温、すなわち加熱及び冷却されない温度に設定することができる。冷却水の温度は、必要に応じて常温以外の温度に設定しても良い。   The cooling device of the present invention is a cooling device that is suitably used for a heat treatment device such as a quenching device or an annealing device, and is a cooling device that cools an object by applying a coolant to the object (that is, contacting it). It is. The cooling liquid is, for example, cooling water. The cooling water can be set to room temperature, that is, a temperature at which heating and cooling are not performed. The temperature of the cooling water may be set to a temperature other than room temperature as necessary.

前記支持体は、例えば対象物を包囲するように配置されるジャケットである。ジャケットは対象物を環状に包囲する内部空間を有しており、その内部空間内部に冷却液が保有される。そして、ジャケットの内周面に前記複数のノズルが設けられ、これらのノズルから冷却液が放出される。   The support is, for example, a jacket arranged so as to surround an object. The jacket has an internal space that surrounds the object in an annular shape, and a coolant is held inside the internal space. And the said some nozzle is provided in the internal peripheral surface of a jacket, and a cooling fluid is discharge | released from these nozzles.

本発明に係る冷却装置によれば、冷却液をノズルの出口穴から錐状に広げた状態で対象物に当てることにしたので、直線状の冷却液を放出する構成であるシャワー方式に比べて、少ない量の冷却液で対象物の所望の領域を正確に冷却できる。   According to the cooling device of the present invention, since the cooling liquid is applied to the object in a conical shape from the outlet hole of the nozzle, compared to the shower system that is configured to discharge the linear cooling liquid. The desired area of the object can be accurately cooled with a small amount of the coolant.

しかも、本発明では、冷却液に螺旋運動を付与することにより冷却穴を出口穴から放出することにしたので、冷却液の流速を安定して速く維持でき、蒸気膜の発生を抑制できる。また、蒸気膜が発生したとしても、冷却液はそれを突き破って対象物を正確に冷却できる。   In addition, in the present invention, since the cooling hole is discharged from the outlet hole by imparting a spiral motion to the cooling liquid, the flow speed of the cooling liquid can be maintained stably and quickly, and the generation of a vapor film can be suppressed. Further, even if a vapor film is generated, the coolant can break through it and cool the object accurately.

さらに、螺旋形状部材の螺旋形状の螺旋角度を適宜に変化させることにより、冷却液の放出角度を希望に応じて変化させることができ、対象物の特性に応じて冷却能力を適宜に選定できる。   Furthermore, by appropriately changing the helical angle of the helical member, the cooling liquid discharge angle can be changed as desired, and the cooling capacity can be appropriately selected according to the characteristics of the object.

本発明に係る冷却装置において、前記螺旋形状部材の外周縁は前記外被管の内周面に接触することが望ましい。外周縁とは、螺旋形状部材の最も外側に在る外縁線のことである。この外縁線も螺旋を描いている。螺旋形状部材の外周縁が外被管の内周面に接触していれば、外被管と螺旋面との間に形成される螺旋状空間を隙間無く正確に区画形成できるので、外被管の内部に供給された冷却液に乱れの無い安定した螺旋運動を付与でき、その結果、外被管の出口穴から流量及び流速の安定した冷却液を放出できる。   In the cooling device according to the present invention, it is preferable that an outer peripheral edge of the spiral-shaped member is in contact with an inner peripheral surface of the jacket tube. The outer peripheral edge is an outer edge line existing on the outermost side of the helical member. This outer edge line also draws a spiral. If the outer peripheral edge of the spiral-shaped member is in contact with the inner peripheral surface of the outer tube, the helical space formed between the outer tube and the helical surface can be accurately defined without a gap. A stable spiral motion without any disturbance can be imparted to the coolant supplied to the inside of the tube, and as a result, a coolant having a stable flow rate and flow rate can be discharged from the outlet hole of the jacket tube.

本発明に係る冷却装置において、前記螺旋形状部材は棒状の部材とすることができ、自身の中心軸線を中心とする円周方向に並んだ複数の螺旋面を自身の外周面に有することができる。複数の螺旋面を設けることにより、外被管の出口穴から流量及び流速の安定した冷却液を放出できる。   In the cooling device according to the present invention, the spiral-shaped member can be a rod-shaped member, and can have a plurality of spiral surfaces arranged in a circumferential direction around its center axis on its outer peripheral surface. . By providing a plurality of spiral surfaces, a coolant having a stable flow rate and flow velocity can be discharged from the outlet hole of the jacket tube.

本発明に係る冷却装置において、前記螺旋面は平らな平面とすることができる。こうすれば、螺旋形状部材を容易に作製できる。また、前記螺旋面は前記螺旋形状部材の中心軸線へ向かって湾曲している湾曲面とすることができる。こうすれば、外被管と螺旋面との間に形成される螺旋形状の空間における螺旋形状部材の軸線と直角な断面内の面積を増大することができ、外被管の出口穴から放出される冷却液の流量を増加させることができる。   In the cooling device according to the present invention, the spiral surface may be a flat plane. In this way, the helical member can be easily manufactured. The spiral surface may be a curved surface that is curved toward the central axis of the spiral-shaped member. In this way, the area in the cross section perpendicular to the axis of the helical member in the helical space formed between the outer tube and the helical surface can be increased and discharged from the outlet hole of the outer tube. The flow rate of the coolant can be increased.

本発明に係る冷却装置においては、前記螺旋面の面内に溝を設けることができる。この構成によれば、螺旋面と外被管内周面との間に形成された螺旋状空間と、溝と外被管内周面との間に形成された螺旋状空間との両方の空間によって冷却液に螺旋運動を付与できる。この構成によれば、溝の大きさ及び形状により、冷却液の流量及び流速を細かく調整できる。   In the cooling device according to the present invention, a groove can be provided in the surface of the spiral surface. According to this configuration, cooling is performed by both the spiral space formed between the spiral surface and the inner peripheral surface of the outer tube and the spiral space formed between the groove and the inner peripheral surface of the outer tube. A spiral motion can be imparted to the liquid. According to this configuration, the flow rate and flow rate of the coolant can be finely adjusted depending on the size and shape of the groove.

本発明に係る冷却装置において、前記螺旋面の螺旋角度は、前記対象物の表面上の冷却液当り面の中心点から外周縁までの全面に冷却液を分布させることができる螺旋角度とすることができる。この構成により、冷却液による対象物に対する冷却能力を高めることができる。もちろん、必要があれば、意図的に冷却液当り面の一部分に冷却液を当てることもできる。なお、螺旋角度とは、螺旋面の外縁線の接線と螺旋の中心線(すなわち螺旋形状部材の中心線)との成す角度のことである。   In the cooling device according to the present invention, the spiral angle of the spiral surface is a spiral angle capable of distributing the coolant over the entire surface from the center point to the outer peripheral edge of the coolant contact surface on the surface of the object. Can do. With this configuration, it is possible to increase the cooling capacity of the object by the coolant. Of course, if necessary, the coolant can be intentionally applied to a portion of the coolant contact surface. The spiral angle is an angle formed between the tangent line of the outer edge line of the spiral surface and the center line of the spiral (that is, the center line of the spiral member).

本発明に係る冷却装置において螺旋形状部材の製造方法は特定の方法に限定されないが、例えば次の方法を採用できる。すなわち、棒状の芯材を用意し、該芯材の外周面に螺旋予定面を形成する。芯材は、水流の衝撃による摩耗を少なくするために、高強度の鋼等といった金属によって形成されることが好ましい。芯材を自身の中心軸線を中心として捩ることにより、螺旋予定面が中心軸線を中心として螺旋形状に捻じ曲がり、これにより螺旋面が形成される。このような螺旋面の形成方法は、非常に容易に実現でき、しかも螺旋角度を高精度に調整できる。   In the cooling device according to the present invention, the manufacturing method of the spiral member is not limited to a specific method, but for example, the following method can be adopted. That is, a rod-shaped core material is prepared, and a predetermined spiral surface is formed on the outer peripheral surface of the core material. The core material is preferably formed of a metal such as high-strength steel in order to reduce wear due to the impact of water flow. By twisting the core material about its own central axis, the planned spiral surface is twisted into a spiral shape around the central axis, thereby forming a spiral surface. Such a method of forming a spiral surface can be realized very easily, and the spiral angle can be adjusted with high accuracy.

この螺旋形状部材の製造方法によれば、螺旋予定面が1つであるときは、中心軸線の周りに1つ(すなわち1条)の螺旋面が形成される。そして、螺旋予定面がn個(nは正の整数)であるときn個(n条)の螺旋面が形成される。   According to this method for manufacturing a spiral-shaped member, when there is one planned spiral surface, one (that is, one) spiral surface is formed around the central axis. Then, when there are n spiral planned surfaces (n is a positive integer), n (n strips) spiral surfaces are formed.

螺旋予定面は、例えば、図9(a)に示すように、円柱形状の棒状の芯材の側面に形成されていて芯材の中心軸線方向に延びる長方形状の平面16とすることができる。平面16は1つの平面であるので、この平面16を捩って形成される螺旋面は1条である。また、図9(b)に示すように、四角柱状の棒材の4つの外周面17(いずれも平らな平面)を螺旋予定面とすることもできる。これらの4つの面17を捩って形成される螺旋面は4条である。   For example, as shown in FIG. 9A, the planned spiral surface may be a rectangular flat surface 16 that is formed on the side surface of a cylindrical rod-shaped core member and extends in the central axis direction of the core member. Since the flat surface 16 is one flat surface, the spiral surface formed by twisting the flat surface 16 is one line. Moreover, as shown in FIG.9 (b), the four outer peripheral surfaces 17 (all are flat planes) of a square-column-shaped rod can also be made into a spiral planned surface. There are four spiral surfaces formed by twisting these four surfaces 17.

また、図9(c)に示すように、芯材の中心軸線X0へ向かって湾曲する4つの湾曲面18を螺旋予定面とすることもできる。これらの4つの面18を捩って形成される螺旋面は4条である。さらには、図9(d)に示すように、芯材の中心軸線X0へ向かって湾曲する2つの互いに表裏の関係にある湾曲面19を螺旋予定面とすることもできる。これらの2つの面19を捩って形成される螺旋面は4条である。   Moreover, as shown in FIG.9 (c), the four curved surfaces 18 which curve toward the center axis line X0 of a core material can also be made into a helical plan surface. There are four spiral surfaces formed by twisting these four surfaces 18. Furthermore, as shown in FIG. 9 (d), two curved surfaces 19 that are curved toward the central axis X0 of the core material and that are in a relation of the front and back can be used as the predetermined spiral surfaces. There are four spiral surfaces formed by twisting these two surfaces 19.

本発明に係る冷却装置において、前記複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に沿って異なる位置に設けられていることが好ましい。この構成により、対象物に対する冷却液の当り面を対象物の移動方向に関して増加させることができ、そのため、冷却液による対象物に対する冷却効果を高めることができる。   In the cooling device according to the present invention, it is preferable that the plurality of nozzles are provided at different positions along a moving direction of the object relative to the support. With this configuration, the contact surface of the coolant with respect to the object can be increased with respect to the moving direction of the object, and therefore the cooling effect on the object with the coolant can be enhanced.

本発明に係る冷却装置において、前記複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に直角な平面内において、前記対象物の移動路を中心として異なる角度位置に設けられていることが好ましい。この構成により、対象物に対する冷却液の当り面を対象物の移動方向と直角の方向に関して増加させることができ、そのため、冷却液による対象物に対する冷却効果を高めることができる。   In the cooling device according to the present invention, the plurality of nozzles may be provided at different angular positions around the moving path of the object in a plane perpendicular to the moving direction of the object with respect to the support. preferable. With this configuration, the contact surface of the coolant with respect to the object can be increased in the direction perpendicular to the moving direction of the object, and therefore the cooling effect on the object with the coolant can be enhanced.

本発明に係る冷却装置において、前記複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に沿って異なる位置に設けることができる。そして、当該複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に直角な平面内において、前記対象物の移動路を中心として異なる角度位置に設けることができる。しかも、これらの複数のノズルにおいて、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に沿って互いに隣接しているノズル群内に属するノズル同士は、前記対象物の移動路を中心とした角度位置に関して互いにずれて配置することができる。
この構成により、対象物の表面上における冷却液の当り面の分布密度を高めることができ、それ故、冷却効率を高めることができる。
In the cooling device according to the present invention, the plurality of nozzles may be provided at different positions along a moving direction of the object relative to the support. The plurality of nozzles can be provided at different angular positions around the moving path of the object in a plane perpendicular to the moving direction of the object with respect to the support. Moreover, among these nozzles, the nozzles belonging to the nozzle group adjacent to each other along the moving direction of the object with respect to the support are mutually in relation to the angular position around the moving path of the object. It can be displaced.
With this configuration, it is possible to increase the distribution density of the contact surface of the cooling liquid on the surface of the object, and therefore it is possible to increase the cooling efficiency.

本発明に係る冷却装置において、前記対象物は加熱された鋼管とすることができ、前記冷却液は加熱及び冷却されない平常の温度である常温以下の水とすることができる。この態様に係る本発明によれば、少ない流量の水によって鋼管を効率良く冷却できるので、コスト低減に大きく貢献できる。   In the cooling device according to the present invention, the object may be a heated steel pipe, and the coolant may be water at room temperature or lower, which is a normal temperature that is not heated and cooled. According to this aspect of the present invention, the steel pipe can be efficiently cooled with a small amount of water, which can greatly contribute to cost reduction.

本発明に係る冷却装置によれば、冷却液を出口穴から錐状に広げた状態で対象物に当てることにしたので、直線状の冷却液を放出する構成であるシャワー方式に比べて、少ない量の冷却液で対象物の所望の領域を正確に冷却できる。   According to the cooling device according to the present invention, since the cooling liquid is applied to the object in a conical shape from the outlet hole, it is less than the shower method that is configured to discharge the linear cooling liquid. The desired area of the object can be accurately cooled with an amount of coolant.

さらに、冷却液に螺旋運動を付与することにより冷却穴を出口穴から放出することにしたので、冷却液の流速を安定して速く維持でき、蒸気膜の発生を抑制できる。また、蒸気膜が発生したとしても、冷却液はそれを突き破って対象物を正確に冷却できる。   Furthermore, since the cooling hole is discharged from the outlet hole by imparting a spiral motion to the cooling liquid, the flow rate of the cooling liquid can be stably and rapidly maintained, and the generation of a vapor film can be suppressed. Further, even if a vapor film is generated, the coolant can break through it and cool the object accurately.

さらに、螺旋形状部材の螺旋面の螺旋角度を適宜に変化させることにより、冷却液の放出角度を希望に応じて変化させることができ、対象物の特性に応じて冷却能力を適宜に選定できる。   Furthermore, by appropriately changing the helix angle of the helical surface of the helical member, the discharge angle of the cooling liquid can be changed as desired, and the cooling capacity can be appropriately selected according to the characteristics of the object.

本発明に係る冷却装置の使用例である高周波焼入れ装置を示す図である。It is a figure which shows the induction hardening apparatus which is the usage example of the cooling device which concerns on this invention. 本発明に係る冷却装置の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the cooling device which concerns on this invention. 図2の(a),(b),(c),(d)の各位置における断面図である。It is sectional drawing in each position of (a), (b), (c), (d) of FIG. 冷却液である水を放出するための放出ユニットであるノズルの一例を示す図であり、(a)は一方から見た断面図、(b)は全体の側面断面図、(c)は他方から見た端面図である。It is a figure which shows an example of the nozzle which is a discharge | release unit for discharging | emitting the water which is a cooling liquid, (a) is sectional drawing seen from one side, (b) is whole side sectional drawing, (c) is from the other side FIG. ノズルの構成要件である螺旋形状部材の主要部品である芯材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the core material which is the main components of the helical member which is a structural requirement of a nozzle. ノズルから放出された冷却水が対象物である鋼管に当ったときに形成される冷却水の当り面を示す図であり、(a)は中央部に冷却水が行き渡らない状態を示し、(b)は当り面の全域に冷却水が分布した状態を示している。It is a figure which shows the contact surface of the cooling water formed when the cooling water discharged | emitted from the nozzle hits the steel pipe which is a target object, (a) shows the state where a cooling water does not spread in the center part, (b ) Shows a state in which cooling water is distributed over the entire contact surface. 図2の(a),(b),(c),(d)の各位置における冷却水の当り面を示す展開図である。FIG. 3 is a development view showing cooling water contact surfaces at positions (a), (b), (c), and (d) in FIG. 2. 冷却水の実質的な冷却面積を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the substantial cooling area of a cooling water. 図5に示した主要部品の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the main components shown in FIG. 図9に示した主要部品を捩り加工した後に外被管内に収納した状態を示す図である。It is a figure which shows the state accommodated in the jacket pipe, after twisting the main components shown in FIG. 従来の冷却装置の一例を示す図であり、(a)は正面図を示し、(b)は断面図を示している。It is a figure which shows an example of the conventional cooling device, (a) shows the front view, (b) has shown sectional drawing. 図11に示す従来の冷却装置によって対象物である鋼管の表面に形成される冷却水の当り面を示す鋼管の展開図である。It is an expanded view of the steel pipe which shows the contact surface of the cooling water formed in the surface of the steel pipe which is a target object with the conventional cooling device shown in FIG. 図12の冷却水の当り面に基づいた実質的な冷却面積を示す鋼管の展開図である。FIG. 13 is a development view of a steel pipe showing a substantial cooling area based on a contact surface of the cooling water in FIG. 12. 従来の冷却装置において冷却対象物である鋼管の板厚方向で冷却が不十分となる領域が発生した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the area | region where cooling becomes inadequate in the plate | board thickness direction of the steel pipe which is a cooling target in the conventional cooling device generate | occur | produced. 従来の冷却装置で採用される冷却水の噴出穴の構造についての理想的な構造を示す図である。It is a figure which shows the ideal structure about the structure of the ejection hole of the cooling water employ | adopted with the conventional cooling device.

現在、自動車の衝突時における乗員への損傷を軽減するために、引張り強度の高い鋼管を自動車の各ドアに装着することが行われている。引張り強度の高い鋼管は、例えば、高張力鋼によって形成された鋼管に焼入れ処理を施すことによって形成される。具体的には、例えば、高張力鋼の帯鋼から高周波電縫管製造装置によって電縫管を製造し、次に、高周波焼入れ装置によって電縫管の板厚方向に均一な焼入れを行う。   At present, in order to reduce damage to passengers at the time of automobile collision, a steel pipe having high tensile strength is attached to each door of the automobile. A steel pipe having a high tensile strength is formed, for example, by subjecting a steel pipe made of high-tensile steel to a quenching process. Specifically, for example, an electric resistance welded tube is manufactured from a high-strength steel band steel using a high frequency electric resistance welded tube manufacturing apparatus, and then the electric resistance welded apparatus is uniformly quenched in the thickness direction of the electric resistance welded tube.

より具体的な方法としては、例えば、
(1)高周波電縫管製造装置に高周波焼入れ装置をオンライン(すなわち連続的又は直結的)に設置し、長さの長い電縫管の製造から焼入れ処理までを連続的に行い、最終的に電縫管を最終製品の長さに切断する方法、
(2)電縫管製造装置によって定尺(例えば、5.5m)の電縫管を予め製造し、別の場所において(すなわちオフラインで)高周波焼入れ装置によって焼入れを行い、その後に焼入れ処理後の電縫管を最終製品の長さに切断する方法、又は
(3)最終製品の長さの電縫管を電縫管製造装置によって製造するか、または、電縫管製造装置によって定尺(例えば5.5m)に製造した電縫管をオフラインで最終製品の長さに切断した後、それらを数珠つなぎにしてあたかも無限長の電縫管を連続して加熱及び冷却する方法等が考えられる。
As a more specific method, for example,
(1) An induction hardening device is installed on-line (that is, continuously or directly connected) to the high-frequency electric resistance welded tube manufacturing apparatus, and the process from the manufacture of the long length of the electric resistance welded tube to the quenching process is performed continuously. A method of cutting the sewing tube into the length of the final product,
(2) A fixed-size (for example, 5.5 m) ERW pipe is manufactured in advance by an ERW pipe manufacturing apparatus, and is quenched by an induction hardening apparatus in another place (that is, off-line). A method of cutting the ERW tube into the length of the final product, or (3) the ERW tube of the length of the final product is manufactured by the ERW tube manufacturing apparatus, A method is conceivable in which the ERW pipe manufactured in 5.5 m) is cut off-line to the length of the final product, and then the ERW pipe is continuously heated and cooled as if it were connected in a daisy chain.

本実施形態では、上記(3)の方法に係る高周波焼入れ装置に本発明を適用するものとする。この方法は、処理能力が高く生産コストも安くなるため、大量生産に向いている方法である。   In the present embodiment, the present invention is applied to the induction hardening apparatus according to the method (3). This method is suitable for mass production because of its high processing capacity and low production costs.

図1は上記(3)の方法を実現できる高周波焼入れ装置の全体構成を示している。図1において上下方向は鉛直方向であり、左右方向及び紙面を貫通する方向が水平方向である。全体を符号21で示す高周波焼入れ装置は、鋼管早送り機構22及び鋼管搬送機構23を含む鋼管搬送装置を有している。この鋼管搬送装置は複数の鋼管7を軸方向に並べて支持及び搬送できる支持搬送装置、例えばローラコンベヤ、ベルトコンベヤ等(図示せず)を有している。この支持搬送装置によって規定される鋼管7の搬送路を鎖線Cで示すことにする。鎖線Cは鋼管7の中心軸線も併せて示している。また、鋼管7の搬送方向を矢印Aで示すことにする。   FIG. 1 shows an overall configuration of an induction hardening apparatus that can realize the method (3). In FIG. 1, the vertical direction is the vertical direction, and the horizontal direction is the horizontal direction. The induction hardening apparatus denoted as a whole by reference numeral 21 has a steel pipe transport device including a steel pipe rapid feed mechanism 22 and a steel pipe transport mechanism 23. This steel pipe transport device has a support transport device that can support and transport a plurality of steel pipes 7 in the axial direction, for example, a roller conveyor, a belt conveyor, etc. (not shown). A conveyance path of the steel pipe 7 defined by the support conveyance device is indicated by a chain line C. A chain line C also indicates the central axis of the steel pipe 7. Further, the conveying direction of the steel pipe 7 is indicated by an arrow A.

鋼管早送り機構22は鋼管搬送機構23に比べて鋼管7を速く搬送する。そのため、それらの機構間では鋼管7の間に空間Sは発生せず、それ以降の鋼管搬送路上でも鋼管7同士の間に空間は生じない。すなわち、複数の鋼管7はそれらの軸方向へ、いわゆる数珠繋ぎ状に中断無く連続して搬送される。   The steel pipe rapid feed mechanism 22 transports the steel pipe 7 faster than the steel pipe transport mechanism 23. Therefore, no space S is generated between the steel pipes 7 between these mechanisms, and no space is generated between the steel pipes 7 even on the subsequent steel pipe conveyance path. That is, the plurality of steel pipes 7 are continuously transported in the axial direction in a so-called beaded manner without interruption.

高周波焼入れ装置21は、鋼管回転機構24a,24b,24cと、加熱処理装置1と、冷却装置2と、払出し機構28とを有している。鋼管回転機構24a,24b,24c、高周波加熱装置1、冷却装置2、及び払出し機構28は、いずれも、鋼管7の搬送路C上に配置されている。   The induction hardening device 21 includes steel pipe rotating mechanisms 24 a, 24 b, 24 c, a heat treatment device 1, a cooling device 2, and a payout mechanism 28. The steel pipe rotating mechanisms 24 a, 24 b, 24 c, the high-frequency heating device 1, the cooling device 2, and the payout mechanism 28 are all arranged on the conveyance path C of the steel pipe 7.

この高周波焼入れ装置21においては、鋼管早送り機構22及び鋼管搬送機構23によって鋼管7を鋼管搬送路Cに沿って隙間無く連続して搬送する。搬送される鋼管7は、鋼管回転機構24a,24b,24cによってそれら自身の中心軸を中心として回転させられながら、高周波加熱装置1及び冷却装置2へ送り込まれる。   In the induction hardening device 21, the steel pipe 7 is continuously transported along the steel pipe transport path C by the steel pipe fast-forward mechanism 22 and the steel pipe transport mechanism 23 without a gap. The steel pipe 7 to be conveyed is fed into the high-frequency heating device 1 and the cooling device 2 while being rotated about its own central axis by the steel pipe rotating mechanisms 24a, 24b, and 24c.

高周波加熱装置1は、各鋼管7を所定の相領域まで加熱する。例えば、鋼管7の半径方向の板厚全体を950℃程度まで急速に加熱する。加熱された鋼管7は次に、冷却装置2によって急速に冷却され、これにより、各鋼管7が焼入れ処理される。本実施形態では、冷却液として冷却水を用いて、鋼管を水冷することによって焼入れするものとする。冷却水の温度は常温とする。常温とは、加熱及び冷却されない平常の温度である。焼入れの際の鋼管の搬送速度は300mm/sec程度の高速度である。鋼管の冷却後、払出し機構28によって鋼管7を搬送路Cの外部へ払い出す。さらに、該鋼管7の引張り強度を全数又は所定の抜き取り数だけ測定し、さらに曲がり寸法を測定し、それらが所定の許容寸法に収まったものを製品として搬出する。   The high frequency heating apparatus 1 heats each steel pipe 7 to a predetermined phase region. For example, the entire plate thickness in the radial direction of the steel pipe 7 is rapidly heated to about 950 ° C. The heated steel pipe 7 is then rapidly cooled by the cooling device 2, whereby each steel pipe 7 is quenched. In the present embodiment, it is assumed that quenching is performed by cooling the steel pipe with water using cooling water as the cooling liquid. Cooling water temperature is normal temperature. The normal temperature is a normal temperature that is not heated and cooled. The steel pipe conveyance speed during quenching is as high as about 300 mm / sec. After cooling the steel pipe, the steel pipe 7 is paid out to the outside of the conveyance path C by the pay-out mechanism 28. Furthermore, the tensile strength of the steel pipe 7 is measured by the total number or a predetermined number of extractions, the bending dimensions are further measured, and those that fall within the predetermined allowable dimensions are carried out as products.

鋼管7の外径は、通常、φ31.8mm〜φ25.4mmであり、板厚は1.4mm〜2.8mmである。多くの場合、鋼管の外径はφ31.8mmである。鋼管の板厚及び長さは、自動車の車種に応じた種々の値に設定される。本実施形態では、ドアインパクトビームに使用される鋼管、例えば、直径D=φ31.8mm、板厚t=2.0mm、長さの高張力鋼を焼入れするものとする。   The outer diameter of the steel pipe 7 is usually φ31.8 mm to φ25.4 mm, and the plate thickness is 1.4 mm to 2.8 mm. In many cases, the outer diameter of the steel pipe is φ31.8 mm. The plate thickness and length of the steel pipe are set to various values according to the type of vehicle. In this embodiment, a steel pipe used for the door impact beam, for example, a high-tensile steel with a diameter D = φ31.8 mm, a plate thickness t = 2.0 mm, and a length is quenched.

高周波加熱装置1は、搬送される鋼管7に高周波勢力を注入することにより、電磁誘導現象を利用して鋼管7を加熱する。本実施形態では、鋼管7を温度950℃まで加熱して、鋼管7の内部に所定の相変化を起こさせる。   The high-frequency heating device 1 heats the steel pipe 7 using an electromagnetic induction phenomenon by injecting a high-frequency force into the steel pipe 7 to be conveyed. In the present embodiment, the steel pipe 7 is heated to a temperature of 950 ° C., and a predetermined phase change is caused inside the steel pipe 7.

鋼管7の搬送方向Aに関して高周波加熱装置1の下流側(図1の右側)に設置された冷却装置2は、図2に示すように、鋼管7の搬送路Cを取り囲む支持体としてのジャケット8と、ジャケット8の内部に冷却液、本実施形態では冷却水を供給する冷却液供給手段としての給水装置9とを有している。ジャケット8のうち鋼管7の搬送路Cに対向する面である内面には、複数のノズル(すなわち冷却水放出ユニット)11が並べて設けられている。   The cooling device 2 installed on the downstream side (right side in FIG. 1) of the high-frequency heating device 1 with respect to the conveyance direction A of the steel pipe 7 is a jacket 8 as a support surrounding the conveyance path C of the steel pipe 7 as shown in FIG. And a water supply device 9 as a coolant supply means for supplying coolant, in this embodiment, coolant, in the inside of the jacket 8. A plurality of nozzles (i.e., cooling water discharge units) 11 are provided side by side on the inner surface of the jacket 8 that faces the conveyance path C of the steel pipe 7.

ジャケット8は鋼管7の搬送路Cを包囲する内部空間を有しており、ジャケット8の当該内部空間に供給された冷却水は、複数のノズル11の個々から所定の圧力で鋼管7の搬送路Cへ向けて放出される。こうして放出された冷却水が鋼管7に当たって(すなわち接触して)該鋼管7の外表面を瞬時に冷却水の温度まで下げることにより、該鋼管7が焼入れ処理される。鋼管全体を冷却水温度近くまで下げるのに要する時間は、一般的な熱伝導率計算から、約1.4秒である。鋼管7を冷却した後の冷却水は給水装置9へ回収され、再び冷却処理に供される。冷却水の回収路には必要に応じて、塵、ゴミ等を除去するためのフィルタが設けられる。   The jacket 8 has an internal space surrounding the conveyance path C of the steel pipe 7, and the cooling water supplied to the internal space of the jacket 8 is conveyed from the plurality of nozzles 11 by a predetermined pressure to the conveyance path of the steel pipe 7. Released towards C. The cooling water thus discharged strikes the steel pipe 7 (that is, comes into contact with it) and instantaneously lowers the outer surface of the steel pipe 7 to the temperature of the cooling water, thereby quenching the steel pipe 7. The time required to lower the entire steel pipe to near the cooling water temperature is about 1.4 seconds from a general heat conductivity calculation. The cooling water after cooling the steel pipe 7 is collected into the water supply device 9 and again subjected to the cooling process. A filter for removing dust, dust and the like is provided in the cooling water recovery path as necessary.

本実施形態では、鋼管7の搬送方向Aに沿った4個所の異なった位置(a),(b),(c),(d)にノズル11を設けている。各位置には、図3(a)〜(d)に示すように、円周方向に8個のノズル11が設けられている。鋼管7の搬送方向Aに関して互いに隣接する位置にあるノズル11、例えば、図3の(a)と(b)、(b)と(c)、及び(c)と(d)のノズル11の円周方向に沿った設置位置は互いに角度的にずらせてある。本実施形態では、図3の(a)と(b)、(b)と(c)、及び(c)と(d)の各位置間で45°/2=22.5°だけ、設置角度をずらせてある。   In this embodiment, the nozzles 11 are provided at four different positions (a), (b), (c), and (d) along the conveying direction A of the steel pipe 7. At each position, as shown in FIGS. 3A to 3D, eight nozzles 11 are provided in the circumferential direction. Nozzles 11 at positions adjacent to each other in the conveying direction A of the steel pipe 7, for example, the circles of the nozzles 11 in FIGS. 3 (a) and (b), (b) and (c), and (c) and (d). The installation positions along the circumferential direction are angularly shifted from each other. In the present embodiment, the installation angle is 45 ° / 2 = 22.5 ° between the positions (a) and (b), (b) and (c), and (c) and (d) in FIG. Is shifted.

個々のノズル11は、図4(a)〜(c)に示すように構成されている。図4(b)はノズル11の全体の断面図であり、図4(a)は冷却水が供給される側から見た断面図であり、図4(c)は冷却水が放出される側から見た端面図である。これらの図に示されているように、ノズル11は、円筒形状の外被管14の内部に螺旋形状部材15を嵌め込むことによって形成されている。外被管14及び螺旋形状部材15は金属によって形成されている。螺旋形状部材15は外被管14に回転しないように固着されている。   Each nozzle 11 is configured as shown in FIGS. 4B is a cross-sectional view of the entire nozzle 11, FIG. 4A is a cross-sectional view seen from the side to which the cooling water is supplied, and FIG. 4C is the side from which the cooling water is discharged. It is the end view seen from. As shown in these drawings, the nozzle 11 is formed by fitting a spiral-shaped member 15 into a cylindrical outer tube 14. The outer tube 14 and the helical member 15 are made of metal. The helical member 15 is fixed to the outer tube 14 so as not to rotate.

螺旋形状部材15は、図5に示すような芯材31を、それ自身の中心軸線X0を中心として矢印Jで示すように捩り加工を施すことによって形成されている。芯材31は、概ね断面正方形状で四角柱の金属材料によって形成されており、4つの長方形状の側面32を有している。そして、それらの側面32の中央に断面四角形状の溝33が軸線X0に沿って形成されている。溝の断面形状は四角に限られず、三角形、円形、楕円、長円でも良い。   The spiral-shaped member 15 is formed by twisting a core material 31 as shown in FIG. 5 as indicated by an arrow J around its own central axis X0. The core material 31 is formed of a quadrangular column-shaped metal material having a substantially square cross section, and has four rectangular side surfaces 32. A groove 33 having a quadrangular cross section is formed in the center of the side surface 32 along the axis X0. The cross-sectional shape of the groove is not limited to a square, and may be a triangle, a circle, an ellipse, or an ellipse.

芯材31を捩ることにより、側面32及び溝33の両方が軸線X0を中心として螺旋状に曲げられる。側面32が螺旋状に曲げられることによって形成された面が螺旋面であり、溝33が螺旋状に曲げられることによって形成された溝が螺旋溝である。本実施形態では側面32が螺旋予定面、すなわち捩られて螺旋面となる面、になっている。   By twisting the core material 31, both the side surface 32 and the groove 33 are bent in a spiral shape about the axis X0. A surface formed by bending the side surface 32 in a spiral shape is a spiral surface, and a groove formed by bending the groove 33 in a spiral shape is a spiral groove. In the present embodiment, the side surface 32 is a predetermined spiral surface, that is, a surface that is twisted to become a spiral surface.

側面32を捩ることによって形成された螺旋面の外縁線は、図5の芯材31の側面32の外縁線32aが捩られることによって形成された螺旋線に相当する。この螺旋線が図4の螺旋形状部材15の中心軸線X1、すなわちノズル11の中心軸線X1と成す角度θ1を螺旋面の螺旋角度ということにする。また、溝33を捩ることによって形成された螺旋溝の外縁線がノズル11の中心軸線X1と成す角度θ2を螺旋溝の螺旋角度ということにする。   The outer edge line of the spiral surface formed by twisting the side surface 32 corresponds to the spiral line formed by twisting the outer edge line 32a of the side surface 32 of the core member 31 in FIG. The angle θ1 formed by the spiral line with the central axis line X1 of the spiral-shaped member 15 in FIG. 4, that is, the central axis line X1 of the nozzle 11, is referred to as the spiral angle of the spiral surface. Further, an angle θ2 formed by an outer edge line of the spiral groove formed by twisting the groove 33 and the central axis X1 of the nozzle 11 is referred to as a spiral angle of the spiral groove.

外被管14の冷却水出口側の壁の中央には、冷却水を放出するための小さな径の穴12が出口穴として設けられている。出口穴12の径は、例えばφ2.0mmである。外被管14の冷却水入口側は、冷却水を取り込むため大きな径の穴13が入口穴として設けられている。入口穴13から所定の圧力下で取り込まれた冷却水は、螺旋形状部材15の螺旋面と外被管14の内周面との間、及び螺旋形状部材15の螺旋溝と外被管14の内周面との間を流れるときに螺旋運動、すなわち回転エネルギを付与され、その後、出口穴12から外部へ放出される。この螺旋運動のため、冷却水は放射角度αで錐状、具体的には円錐状に広がりながら出口穴12から放出される。   A small-diameter hole 12 for discharging cooling water is provided as an outlet hole in the center of the wall on the cooling water outlet side of the jacket tube 14. The diameter of the outlet hole 12 is, for example, φ2.0 mm. On the cooling water inlet side of the jacket tube 14, a large-diameter hole 13 is provided as an inlet hole for taking in the cooling water. The cooling water taken from the inlet hole 13 under a predetermined pressure is between the spiral surface of the spiral-shaped member 15 and the inner peripheral surface of the jacket tube 14 and between the spiral groove of the spiral-shaped member 15 and the jacket tube 14. When flowing between the inner peripheral surfaces, a spiral motion, that is, rotational energy is applied, and then, it is discharged from the outlet hole 12 to the outside. Due to this spiral motion, the cooling water is discharged from the outlet hole 12 while spreading in a cone shape, specifically a conical shape at a radiation angle α.

螺旋形状部材15の外周縁、すなわち螺旋面の外縁線(すなわち、図5の外縁線32aが捩られた線)は、外被管14の内周面に接触していても良く、接触していなくてそれらの間に隙間がある状態でも良い。螺旋面の外縁線を外被管14の内周面に接触させるか、あるいは接触させないかの設定や、螺旋面の螺旋角度θ1及び螺旋溝の螺旋角度θ2の値の設定や、螺旋形状部材15の長さLの設定は、出口穴12から放出される冷却水の放出角度αをどのくらいの大きさにするかや、放出角度αのうちの全ての角度範囲内に冷却水を分布させるかや、あるいは放出角度αのうちの中央部分の所定角度範囲内には冷却水が放出されないような放出を行うか、等といった希望条件に応じて適宜に設定する。なお、本実施形態では、放出角度α=30°で、そのα角度内の全ての角度領域内に冷却水を分布させることにした。   The outer peripheral edge of the spiral-shaped member 15, that is, the outer edge line of the spiral surface (that is, the line in which the outer edge line 32 a in FIG. 5 is twisted) may be in contact with the inner peripheral surface of the jacket tube 14. There may be no gap between them. The setting of whether or not the outer peripheral line of the spiral surface is in contact with the inner peripheral surface of the jacket tube 14, the setting of the spiral angle θ1 of the spiral surface and the spiral angle θ2 of the spiral groove, and the spiral-shaped member 15 The length L is set according to how large the discharge angle α of the cooling water discharged from the outlet hole 12 is, or whether the cooling water is distributed within the entire angle range of the discharge angle α. Alternatively, the discharge angle α is appropriately set according to desired conditions such as whether or not to discharge the cooling water within a predetermined angle range of the central portion. In this embodiment, the discharge angle α = 30 °, and the cooling water is distributed in all angle regions within the α angle.

螺旋面の螺旋角度θ1若しくは螺旋溝の螺旋角度θ2が大き過ぎたり、又は螺旋形状部材15の長さLが長過ぎたりすると、図6(a)に示すように、冷却水が当らない領域(空白領域)Y1が中央部分に生じ、冷却水が当る領域(斜線領域)Y2がその周辺に環状に生じることがある。この場合には、冷却水が行き渡らない中央部分において冷却が不十分になるおそれがある。このときには、螺旋角度θ1又はθ2を小さくしたり、又は螺旋形状部材15の長さLを短くすることにより、図6(b)に斜線で示すように、断面内の中央部分も含めた全領域(Y2)に冷却水を分散させることができ、この結果、効率の良い冷却処理を行うことができる。   If the spiral angle θ1 of the spiral surface or the spiral angle θ2 of the spiral groove is too large, or if the length L of the spiral-shaped member 15 is too long, as shown in FIG. There is a case where a blank area Y1 is generated in the central portion and an area (shaded area) Y2 where the cooling water hits is formed in an annular shape around the area. In this case, there is a possibility that the cooling is insufficient in the central portion where the cooling water does not spread. At this time, by reducing the spiral angle θ1 or θ2, or by shortening the length L of the spiral-shaped member 15, the entire region including the central portion in the cross section as shown by the oblique lines in FIG. Cooling water can be dispersed in (Y2), and as a result, efficient cooling treatment can be performed.

場合によっては、冷却水が当らない領域Y1を意図的に発生させたい場合もある。このような場合には、螺旋面の螺旋角度θ1、螺旋溝の螺旋角度θ2、及び螺旋形状部材15の長さLを適宜に調整することにより、その状態を実現できる。また、螺旋溝の断面形状又は断面積を適宜に変化させることにより、冷却水の放出状態を変化させることができる。   In some cases, it may be desired to intentionally generate a region Y1 that is not exposed to cooling water. In such a case, the state can be realized by appropriately adjusting the spiral angle θ1 of the spiral surface, the spiral angle θ2 of the spiral groove, and the length L of the spiral-shaped member 15. Moreover, the discharge state of the cooling water can be changed by appropriately changing the cross-sectional shape or cross-sectional area of the spiral groove.

図2において、ジャケット8のうちノズル11が設けられている内周面は、鋼管7の搬送方向Aに関して上流側の径が小さく、下流側の径が大きくなるように、円錐状に変化している。すなわち、ジャケット8の内周面は、搬送方向Aに関して下流側へ向かうに従って鋼管7の搬送路から遠ざかる方向へ傾斜している。このため、各ノズル11から放出された冷却水は鋼管7とジャケット8との間に滞留することなくジャケット8の外部へ確実に排出される。   In FIG. 2, the inner peripheral surface of the jacket 8 where the nozzle 11 is provided changes in a conical shape so that the diameter on the upstream side is small and the diameter on the downstream side is large in the transport direction A of the steel pipe 7. Yes. That is, the inner peripheral surface of the jacket 8 is inclined in a direction away from the conveyance path of the steel pipe 7 toward the downstream side in the conveyance direction A. For this reason, the cooling water discharged from each nozzle 11 is reliably discharged outside the jacket 8 without staying between the steel pipe 7 and the jacket 8.

また、ジャケット8の内周面が円錐状に広がっていることにより、複数のノズル11の各々から円錐状に出て鋼管7に当る冷却水の当り面の面積は、鋼管7の搬送方向Aの上流側から下流側に向かって大きくなる。さらに、複数のノズル11は、鋼管7の搬送方向Aに沿って4個所の異なった位置(a),(b),(c),(d)に設けられている。そして、さらに、搬送方向Aに沿って互いに隣接した位置に置かれた複数のノズル11に関しては、図3において(a)と(b)、(b)と(c)、(c)と(d)のそれぞれに描いたように、鋼管7の円周方向に沿った角度位置が22.5°ずつ、ずらせてある。   Further, since the inner peripheral surface of the jacket 8 spreads out in a conical shape, the area of the contact surface of the cooling water that comes out conically from each of the plurality of nozzles 11 and hits the steel pipe 7 is in the conveying direction A of the steel pipe 7. It increases from the upstream side toward the downstream side. Further, the plurality of nozzles 11 are provided at four different positions (a), (b), (c), and (d) along the conveying direction A of the steel pipe 7. Further, regarding the plurality of nozzles 11 placed at positions adjacent to each other along the transport direction A, in FIG. 3, (a) and (b), (b) and (c), (c) and (d ), The angular position along the circumferential direction of the steel pipe 7 is shifted by 22.5 °.

従って、鋼管7のうち冷却水があたる部分を図7のように展開すると、(a)、(b)、(c)、(d)の各位置に対応して、それぞれ、鋼管7の表面上の(a1)、(b1)、(c1)、(d1)の各位置に冷却水の当り面が形成される。各当り面の形状は、実際には、ジャケット8の内周面が傾斜していることから真円ではなく、楕円又は長円になるが、近似的に円形として表示している。   Accordingly, when the portion of the steel pipe 7 that is exposed to the cooling water is developed as shown in FIG. 7, the surface of the steel pipe 7 is respectively corresponding to the positions (a), (b), (c), and (d). (A1), (b1), (c1), and a contact surface of cooling water is formed in each position of (d1). Actually, the shape of each contact surface is not a perfect circle but an ellipse or an ellipse because the inner peripheral surface of the jacket 8 is inclined, but is approximately displayed as a circle.

図7に示す通り、冷却水の当り面は、鋼管7の搬送方向Aに従って徐々に大きくなっている。本実施形態では、最も上流側の当り面の当り径はφa=12mmであり、それよりも下流側の当り径φb,φc,φdは、それぞれ、φb=13mm,φc=16mm,φd=20mmであった。各ノズル11から噴射される冷却水の流量は同じであるので、当り面の面積が小さい上流側では冷却水の流量密度が高く、下流側へ向かうに従って流量密度が低くなっている。この結果、高温でジャケット8に進入する鋼管7に、当初は高密度の冷却水をかけることができ、さらに、鋼管7の温度がある程度下がった後は、低密度の冷却水を鋼管7に広い範囲で長時間かけることができる。こうして、少量の冷却水により鋼管7を効率良く冷却できる。   As shown in FIG. 7, the contact surface of the cooling water gradually increases in accordance with the conveying direction A of the steel pipe 7. In this embodiment, the contact diameter of the most upstream contact surface is φa = 12 mm, and the contact diameters φb, φc, and φd on the downstream side are φb = 13 mm, φc = 16 mm, and φd = 20 mm, respectively. there were. Since the flow rate of the cooling water ejected from each nozzle 11 is the same, the flow rate density of the cooling water is high on the upstream side where the area of the contact surface is small, and the flow rate density decreases toward the downstream side. As a result, the steel pipe 7 entering the jacket 8 at a high temperature can be initially poured with high-density cooling water. Further, after the temperature of the steel pipe 7 has dropped to some extent, the low-density cooling water is widened to the steel pipe 7. Can take a long time in range. Thus, the steel pipe 7 can be efficiently cooled with a small amount of cooling water.

さらに、図2において、搬送方向Aに沿って互いに隣接した位置に置かれた複数のノズル11、すなわち(a)と(b)、(b)と(c)、(c)と(d)のそれぞれの隣接位置に置かれた一群(8個)のノズル11に関しては、図3に示したように、一方の位置にある一群のノズル11と他方の位置にある他の一群のノズル11との円周方向に沿った角度位置が22.5°ずつ、ずれている。   Further, in FIG. 2, a plurality of nozzles 11 placed at positions adjacent to each other along the transport direction A, that is, (a) and (b), (b) and (c), (c) and (d). With respect to the group (eight) nozzles 11 placed at the respective adjacent positions, as shown in FIG. 3, there is a group of nozzles 11 at one position and another group of nozzles 11 at the other position. The angular position along the circumferential direction is shifted by 22.5 °.

このため、図7において、互いに隣接する冷却水当り面の間、すなわち(a1)と(b1)との間、(b1)と(c1)との間、(c1)と(d1)との間で、当り面の位置が円周方向(図では搬送方向Aに直交する方向)でずれている。具体的には、一方の当り面の中心点が他方の隣接した2つの当り面の中心点間の中点に円周方向において一致するようにずれている。この結果、搬送方向Aに沿って異なる位置(a1)、(b1)、(c1)、(d1)にある各当り面の搬送方向Aに沿った間隔を狭めること、すなわち当り面の分布密度を高くすることができ、その結果、鋼管7を効率良く冷却できる。   For this reason, in FIG. 7, between adjacent cooling water contact surfaces, that is, between (a1) and (b1), between (b1) and (c1), and between (c1) and (d1). Thus, the position of the contact surface is shifted in the circumferential direction (in the drawing, the direction orthogonal to the conveyance direction A). Specifically, the center point of one contact surface is shifted so as to coincide with the midpoint between the center points of two adjacent contact surfaces in the circumferential direction. As a result, the interval along the conveyance direction A of each contact surface at different positions (a1), (b1), (c1), and (d1) along the conveyance direction A is reduced, that is, the distribution density of the contact surface is reduced. As a result, the steel pipe 7 can be efficiently cooled.

このことを図面を用いて説明すれば、次の通りである。
図7において鋼管搬送方向Aに沿って異なった位置(a1)、(b1)、(c1)、(d1)のそれぞれに在る冷却水当り面のうち外側の2つである位置(a1)及び位置(d1)に在る当り面の中心を結んだ線であるB−B線を考える。このB−B線に沿って、各位置(a1)、(b1)、(c1)、(d1)における当り面を描くと図8(a)に示す通りである。
This will be described with reference to the drawings.
In FIG. 7, the positions (a1), which are the outer two of the cooling water contact surfaces at different positions (a1), (b1), (c1), (d1) along the steel pipe conveying direction A, and Consider a line BB, which is a line connecting the centers of the contact surfaces at the position (d1). Along the BB line, the contact surfaces at the positions (a1), (b1), (c1), and (d1) are drawn as shown in FIG.

本実施形態において、位置(a1)に在る当り面の径φaは12mm、位置(b1)に在る当り面の径φbは13mm、位置(c1)に在る当り面の径φcは16mm、位置(d1)に在る当り面の径φdは20mmであった。   In the present embodiment, the diameter φa of the contact surface at the position (a1) is 12 mm, the diameter φb of the contact surface at the position (b1) is 13 mm, the diameter φc of the contact surface at the position (c1) is 16 mm, The diameter φd of the contact surface at the position (d1) was 20 mm.

鋼管7の表面に直接に当る冷却水の面積は、図8(a)に示す通り、互いに離れている。本実施形態の場合、各当り面間の間隔k1,k2,k3は、それぞれ、
k1=1.62mm,k2=1.55mm,k3=2.22mm
であった。しかしながら、実際の冷却処理においては、鋼管7の表面に冷却水を直接にかけたとき、熱伝導により、冷却水の当り面を中心として放射状に冷却される面積である実質冷却面積が存在する。各当り面についての実質冷却面積は図8(b)及び図8(c)に符号Ma,Mb,Mc,Mdで示されている。
The areas of the cooling water that directly hits the surface of the steel pipe 7 are separated from each other as shown in FIG. In the present embodiment, the distances k1, k2, and k3 between the contact surfaces are respectively
k1 = 1.62mm, k2 = 1.55mm, k3 = 2.22mm
Met. However, in the actual cooling process, when cooling water is directly applied to the surface of the steel pipe 7, there is a substantial cooling area that is a radial cooling area centering on the contact surface of the cooling water due to heat conduction. The actual cooling area for each contact surface is indicated by symbols Ma, Mb, Mc, and Md in FIGS. 8B and 8C.

図8(c)を見れば分かるとおり、実質冷却面積Ma,Mb,Mc,Mdの存在により、鋼管7は全ての断面部分において冷却水によって冷却される。すなわち、実質冷却面積率は100%であり、効率の高い冷却が行われることが分かる。   As can be seen from FIG. 8C, the steel pipe 7 is cooled by the cooling water in all cross-sectional portions due to the existence of the substantial cooling areas Ma, Mb, Mc, and Md. That is, the actual cooling area ratio is 100%, and it can be seen that highly efficient cooling is performed.

(ノズル11の冷却能力)
ノズル11は鋼管7の搬送路Cに対して傾斜しているので、鋼管7の表面には真円形状ではなく楕円形状の冷却水当り面が形成される。しかしながら、これ以降の考察では、冷却水当り面は円形状であるとして計算を行うものとする。また、冷却水の当り面の実質的な外径は各当り径φa,φb,φc,φdに対して(当り径+4mm)とすることにする。
(Cooling capacity of nozzle 11)
Since the nozzle 11 is inclined with respect to the conveyance path C of the steel pipe 7, an elliptical cooling water contact surface is formed on the surface of the steel pipe 7 instead of a perfect circle. However, in the following discussion, the calculation is performed assuming that the cooling water contact surface is circular. Further, the substantial outer diameter of the contact surface of the cooling water is set to (the contact diameter + 4 mm) with respect to each contact diameter φa, φb, φc, φd.

(ア)鋼管7のうち冷却水によって冷却される部分の表面積をSA7とすると、これは図7に示す鋼管表面部分7の面積のことであり、
SA7=(鋼管7の外径)×π×(搬送方向Aに沿った長さLa)
=31.8×π×63.9
=6380mm
である。
(A) If the surface area of the portion of the steel pipe 7 cooled by the cooling water is SA7, this is the area of the steel pipe surface portion 7 shown in FIG.
SA7 = (outer diameter of steel pipe 7) × π × (length La along conveyance direction A)
= 31.8 × π × 63.9
= 6380mm 2
It is.

(イ)ジャケット8に設けたノズル11を通った冷却水による冷却面積をRA11とすると、
RA11
=[{(当り径φa+4)/2}×π×個数]+[{(当り径φb+4)/2}×π×個数]+[{(当り径φc+4)/2}×π×個数]+[{(当り径φd+4)/2}×π×個数]
=[{(12+4)/2}×π×8]+[{(13+4)/2}×π×8]+[{(16+4)/2}×π×8]+[{(20+4)/2}×π×8]
=1607+1814+2512+3617
=9550mm
である。
(A) When the cooling area by the cooling water passing through the nozzle 11 provided in the jacket 8 is RA11,
RA11
= [{(Per diameter φa + 4) / 2} 2 × π × number] + [{(per diameter φb + 4) / 2} 2 × π × number] + [{(per diameter φc + 4) / 2} 2 × π × number ] + [{(Per diameter φd + 4) / 2} 2 × π × number]
= [{(12 + 4) / 2} 2 × π × 8] + [{(13 + 4) / 2} 2 × π × 8] + [{(16 + 4) / 2} 2 × π × 8] + [{(20 + 4 ) / 2} 2 × π × 8]
= 1607 + 1814 + 2512 + 3617
= 9550mm 2
It is.

(ウ)以上より、複数のノズル11による鋼管7に対する冷却面積率RAR11は、
RAR11=冷却面積(RA11)/鋼管冷却表面積(SA7)
=9550/6380
=1.496
である。このように、本実施形態によれば、冷却面積率は100%を超えている。
(C) From the above, the cooling area ratio RAR11 for the steel pipe 7 by the plurality of nozzles 11 is:
RAR11 = cooling area (RA11) / steel pipe cooling surface area (SA7)
= 9550/6380
= 1.496
It is. Thus, according to the present embodiment, the cooling area ratio exceeds 100%.

(蒸気膜の問題を解消するために必要な冷却水の全体流量)
「冷却装置に関する一般的な説明」欄(A)の「蒸気膜に対向するための冷却水流速及び流量」欄(f)で説明したように、一般的な冷却装置においてワークの表面に蒸気膜を発生させない又は蒸気膜を突き破るのに必要な冷却水の流量は、水圧3kg/cmのときに、冷却水噴射用の1個の穴に対して3L/minである。
従って、図2の冷却装置において鋼管7の周囲に蒸気膜を発生させない又は蒸気膜を突き破るのに必要な冷却水の全流量FR2は、
FR2=流量×穴数
=3L/min×32
=96L/min・・・・・・・(F2)
である。
(Overall flow rate of cooling water required to solve the vapor film problem)
As described in the “general description of the cooling device” column (A), the “cooling water flow velocity and flow rate for facing the vapor film” column (f), the vapor film is formed on the surface of the workpiece in the general cooling device. When the water pressure is 3 kg / cm 2 , the flow rate of the cooling water required to prevent generation of water or break through the vapor film is 3 L / min for one hole for cooling water injection.
Therefore, in the cooling device of FIG. 2, the total flow rate FR2 of the cooling water necessary for not generating or breaking through the steam pipe around the steel pipe 7 is
FR2 = flow rate x number of holes
= 3L / min × 32
= 96L / min ... (F2)
It is.

(蒸気膜の問題を解消するために必要な冷却水の全体流量)
図11に示した従来の冷却装置52において鋼管57の周囲に蒸気膜を発生させない又は蒸気膜を突き破るのに必要な冷却水の全流量FR52は、上式(F1)で求めたように、
FR52=576L/min
であった。また、図2の冷却装置2において鋼管7の周囲に蒸気膜を発生させない又は蒸気膜を突き破るのに必要な冷却水の全流量FR2は、上式(F2)で求めたように、
FR2=96L/min
である。
つまり、本実施形態の冷却装置2によれば、良好な焼入れ状態を得ることができる冷却水の流量を、従来の冷却装置52に比べて、大幅に低減できる。
(Overall flow rate of cooling water required to solve the vapor film problem)
In the conventional cooling device 52 shown in FIG. 11, the total flow rate FR52 of the cooling water necessary for generating no steam film around the steel pipe 57 or breaking through the steam film is obtained by the above formula (F1).
FR52 = 576L / min
Met. Further, in the cooling device 2 of FIG. 2, the total flow rate FR2 of the cooling water that is not generated around the steel pipe 7 or breaks through the vapor film is obtained by the above formula (F2).
FR2 = 96L / min
It is.
That is, according to the cooling device 2 of the present embodiment, the flow rate of the cooling water that can obtain a good quenching state can be significantly reduced as compared with the conventional cooling device 52.

(その他の実施形態)
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図2の実施形態では、高周波加熱装置1を用いた高周波焼入れ装置に本発明を適用したが、本発明は高周波焼入れ装置以外の焼入れ装置にも適用できる。また、本発明は、焼鈍等のような焼入れ以外の熱処理を行う際にも適用できる。
(Other embodiments)
The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims.
For example, in the embodiment of FIG. 2, the present invention is applied to an induction hardening apparatus using the induction heating apparatus 1, but the present invention can also be applied to a hardening apparatus other than the induction hardening apparatus. The present invention can also be applied when performing a heat treatment other than quenching such as annealing.

上記実施形態では、図2においてジャケット8を固定し、鋼管7を移動させた。しかしながら、鋼管7を固定状態に配置し、ジャケット8を移動させても良い。   In the above embodiment, the jacket 8 is fixed and the steel pipe 7 is moved in FIG. However, the steel pipe 7 may be arranged in a fixed state and the jacket 8 may be moved.

図2の実施形態では鋼管7の搬送方向Aに沿った4個所(a),(b),(c),(d)に複数のノズル11を設けたが、ノズル11の設置個所は3個所以下又は5個所以上としても良い。   In the embodiment of FIG. 2, a plurality of nozzles 11 are provided at four locations (a), (b), (c), and (d) along the conveyance direction A of the steel pipe 7, but the installation locations of the nozzles 11 are three locations. It is good also below or 5 places or more.

上記実施形態では、図3に示したように、鋼管7の円周方向におけるノズル11の配置角度位置を、鋼管7の搬送方向Aに沿った配置位置(a),(b),(c),(d)の間で異ならせた。しかしながら、搬送方向Aに沿って異なった位置(a),(b),(c),(d)間で、複数のノズル11の設置角度位置をずらせることなく同じにしても良い。   In the said embodiment, as shown in FIG. 3, the arrangement | positioning angle position of the nozzle 11 in the circumferential direction of the steel pipe 7 is set to the arrangement position (a), (b), (c) along the conveyance direction A of the steel pipe 7. , (D). However, the positions of the plurality of nozzles 11 may be the same among the different positions (a), (b), (c), and (d) along the transport direction A without shifting the installation angle positions.

上記実施形態では冷却液として常温の水を用いた。しかしながら、冷却液は水以外の適宜の液体としても良い。   In the above embodiment, room temperature water is used as the coolant. However, the cooling liquid may be an appropriate liquid other than water.

上記実施形態では、図5に示したように、四角柱の芯材31の側面32を螺旋予定面に設定し、この面に溝33を設け、これらの面を捩って、それぞれ、螺旋面及び螺旋溝を形成して螺旋形状部材15を作製し、この螺旋形状部材15を図4(a)に示すように外被管14の中に収納した。この構成に代えて、図9(a)に示すように、円柱形状の棒状の芯材の側面に螺旋予定面として平面16を形成し、これを捩って螺旋面を形成して螺旋形状部材を形成し、この螺旋形状部材を図10(a)に示すように、外被管14の中に収納することもできる。   In the above embodiment, as shown in FIG. 5, the side surface 32 of the quadrangular prism core material 31 is set as a planned spiral surface, the groove 33 is provided on this surface, and these surfaces are twisted to form a spiral surface. Then, a spiral groove 15 was formed to form a spiral member 15, and the spiral member 15 was accommodated in the jacket tube 14 as shown in FIG. Instead of this configuration, as shown in FIG. 9 (a), a flat surface 16 is formed as a planned spiral surface on the side surface of a cylindrical rod-shaped core member, and this is twisted to form a spiral surface to form a spiral member. And this helical member can be housed in the jacket tube 14 as shown in FIG.

また、図9(b)に示すように、四角柱状の棒材の4つの外周面17を螺旋予定面に設定し、これらの面を捩って螺旋面を形成して螺旋形状部材15を作製し、この螺旋形状部材を図10(b)に示すように、外被管14の中に収納することもできる。また、図9(c)に示すように、芯材の中心軸線X0へ向かって湾曲する4つの湾曲面18を螺旋予定面に設定し、これらの面を捩って螺旋面を形成して螺旋形状部材15を作製し、この螺旋形状部材を図10(c)に示すように、外被管14の中に収納することもできる。   Further, as shown in FIG. 9 (b), the four outer peripheral surfaces 17 of the rectangular columnar bar are set as the spiral planned surfaces, and these surfaces are twisted to form a spiral surface, thereby producing a spiral-shaped member 15. In addition, the helical member can be accommodated in the jacket tube 14 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 9 (c), four curved surfaces 18 that curve toward the central axis X0 of the core material are set as planned spiral surfaces, and these surfaces are twisted to form a spiral surface to form a spiral. The shape member 15 can be produced, and this spiral shape member can be accommodated in the jacket tube 14 as shown in FIG.

さらには、図9(d)に示すように、芯材の中心軸線X0へ向かって湾曲する2つの互いに表裏の関係にある湾曲面19を螺旋予定面に設定し、これらの面を捩って螺旋面を形成して螺旋形状部材15を作製し、この螺旋形状部材を図10(d)に示すように、外被管14の中に収納することもできる。   Furthermore, as shown in FIG. 9 (d), two curved surfaces 19 that are curved toward the central axis X0 of the core material are set as the predetermined spiral surfaces, and these surfaces are twisted. It is also possible to form a spiral surface by forming a spiral surface 15 and store the spiral shape member in the jacket tube 14 as shown in FIG.

1.高周波加熱装置、 2.冷却装置、 7.鋼管(対象物)、 8.ジャケット(支持体)、 9.給水装置(冷却液供給手段)、 11.ノズル、 12.出口穴、 13.入口穴、 14.外被管、 15.螺旋形状部材、 16.平面(螺旋予定面)、 17.外周面(螺旋予定面)、 18.湾曲面(螺旋予定面)、 19.湾曲面(螺旋予定面)、 21.高周波焼入れ装置、 22.鋼管早送り機構(鋼管搬送装置)、 23.鋼管搬送機構(鋼管搬送装置)、 24a,24b,24c.鋼管回転機構、 28.払出し機構、 31.芯材、 32.側面(螺旋予定面)、 32a.外縁線(外周縁)、 33.螺旋溝、 A.鋼管の搬送方向、 φa,φb,φc,φd.冷却水の当り径、 (a1),(b1),(c1),(d1).鋼管の表面上における冷却水の当り位置、 La.鋼管の冷却領域の搬送方向の長さ、 Lb.鋼管の冷却領域の円周方向の長さ、 θ1.螺旋面の螺旋角度、 θ2.溝の螺旋角度、 α.冷却水の放出角度、 Y1.冷却水が当らない領域、 Y2.冷却水が当る領域、 Ma,Mb,Mc,Md.冷却水の実質冷却面積、 k1,k2,k3.冷却水の隣接当り面間の間隔 1. 1. a high-frequency heating device; 6. cooling device; Steel pipe (object), 8. Jacket (support), 9. 10. Water supply device (coolant supply means) Nozzle, 12. Exit hole, 13. Inlet hole, 14. 15. jacket tube, A helical member, 16. Plane (spiral plane), 17. 17. Outer peripheral surface (spiral planned surface) 18. Curved surface (spiral plane), 21. Curved surface (spiral planned surface) Induction hardening equipment, 22. Steel pipe rapid feed mechanism (steel pipe conveying device), 23. Steel pipe transport mechanism (steel pipe transport device), 24a, 24b, 24c. Steel pipe rotation mechanism, 28. Dispensing mechanism 31. Core material, 32. Side surface (spiral plane), 32a. Outer edge line (outer rim), 33. A spiral groove, A. Steel pipe transport direction, φa, φb, φc, φd. Cooling water contact diameter, (a1), (b1), (c1), (d1). Location of cooling water on the surface of the steel pipe, La. The length of the cooling direction of the steel pipe in the conveying direction, Lb. The circumferential length of the cooling region of the steel pipe, θ1. The helical angle of the helical surface, θ2. Groove spiral angle, α. Cooling water discharge angle, Y1. Area where cooling water does not hit, Y2. Region where cooling water hits, Ma, Mb, Mc, Md. The actual cooling area of the cooling water, k1, k2, k3. Distance between adjacent contact surfaces of cooling water

Claims (12)

加熱された対象物に冷却液を接触させて該対象物を冷却する冷却装置において、
前記対象物に対して相対的に移動可能であり、前記対象物に対向する面に複数のノズルを支持した支持体と、
前記複数のノズルに前記冷却液を供給する冷却液供給手段と、を有し、
前記複数のノズルの少なくとも1つは、
内部が空間であり、前記冷却液を放出する出口穴を先端に有し、前記冷却液を受け入れる入口穴を他端に有した外被管と、
該外被管の内部に設けられた螺旋形状部材と、を有し、
該螺旋形状部材の外周面には螺旋状の面である螺旋面が少なくとも1つ設けられており、該螺旋面は前記外被管の内周面に対向しており、
前記出口穴の直径は前記螺旋形状部材の外径よりも小さくなっており、
前記冷却液供給手段によって供給された冷却液は、前記入口穴を通って前記外被管の内部に入り、前記螺旋面に沿って流れた後に前記出口穴から錐状に広がって放出される
ことを特徴とする冷却装置。
In a cooling device that cools an object by bringing a coolant into contact with the heated object,
A support that is movable relative to the object and supports a plurality of nozzles on a surface facing the object;
A coolant supply means for supplying the coolant to the plurality of nozzles,
At least one of the plurality of nozzles is
An outer tube having a space inside, an outlet hole for discharging the cooling liquid at the tip, and an inlet hole for receiving the cooling liquid at the other end;
A spiral-shaped member provided inside the jacket tube,
At least one spiral surface which is a spiral surface is provided on the outer peripheral surface of the spiral-shaped member, and the spiral surface is opposed to the inner peripheral surface of the jacket tube,
The diameter of the outlet hole is smaller than the outer diameter of the helical member,
The cooling liquid supplied by the cooling liquid supply means enters the inside of the jacket pipe through the inlet hole, flows along the spiral surface, and then spreads out in a conical shape from the outlet hole. A cooling device characterized by.
前記螺旋形状部材の外周縁は前記外被管の内周面に接触することを特徴とする請求項1記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein an outer peripheral edge of the spiral-shaped member is in contact with an inner peripheral surface of the outer tube. 前記螺旋形状部材は棒状の部材であり、自身の中心軸線を中心とする円周方向に並んだ複数の螺旋面を自身の外周面に有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の冷却装置。   3. The spiral member according to claim 1, wherein the spiral member is a rod-like member, and has a plurality of spiral surfaces arranged in a circumferential direction around the central axis of the spiral member on the outer peripheral surface thereof. Cooling system. 前記螺旋面は平らな平面であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein the spiral surface is a flat plane. 前記螺旋面は前記螺旋形状部材の中心軸線へ向かって湾曲している湾曲面であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の冷却装置。   The cooling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the spiral surface is a curved surface that is curved toward a central axis of the spiral-shaped member. 前記螺旋面の面内に溝が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein a groove is provided in the surface of the spiral surface. 前記螺旋面の螺旋角度は、前記対象物の表面上の冷却液当り面の中心点から外周縁までの全面に冷却液を分布させることができる螺旋角度であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1つに記載の冷却装置。   The spiral angle of the spiral surface is a spiral angle capable of distributing the coolant over the entire surface from the center point to the outer peripheral edge of the coolant contact surface on the surface of the object. The cooling device according to claim 6. 前記螺旋形状部材は棒状の芯材を有し、該芯材の外周面には自身の中心軸線方向に延びる少なくとも1つの螺旋予定面が捩り処理の前に形成されており、該芯材に自身の中心軸線を中心とした捩り処理を施すことにより、前記螺旋予定面が前記螺旋面に形成されることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1つに記載の冷却装置。   The spiral-shaped member has a rod-shaped core material, and at least one planned spiral surface extending in the direction of the central axis of the core material is formed on the outer peripheral surface of the core material before the twisting process. The cooling device according to any one of claims 1 to 7, wherein the predetermined spiral surface is formed on the spiral surface by performing a twisting process centering on the central axis. 前記複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に沿って異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1つに記載の冷却装置。   The cooling device according to any one of claims 1 to 8, wherein the plurality of nozzles are provided at different positions along a moving direction of the object with respect to the support. 前記複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に直角な平面内において、前記対象物の移動路を中心として異なる角度位置に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1つに記載の冷却装置。   The plurality of nozzles are provided at different angular positions around a moving path of the object in a plane perpendicular to a moving direction of the object with respect to the support. Item 10. The cooling device according to any one of Items 9. 前記複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に沿って異なる位置に設けられており、
当該複数のノズルは、前記対象物の前記支持体に対する移動方向に直角な平面内において、前記対象物の移動路を中心として異なる角度位置に設けられており、
前記対象物の前記支持体に対する移動方向に沿って互いに隣接している前記複数のノズルは前記対象物の移動路を中心とした角度位置に関して互いにずれて配置されている
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1つに記載の冷却装置。
The plurality of nozzles are provided at different positions along the moving direction of the object relative to the support,
The plurality of nozzles are provided at different angular positions around the moving path of the object in a plane perpendicular to the moving direction of the object with respect to the support,
The plurality of nozzles that are adjacent to each other along a moving direction of the object with respect to the support are arranged so as to be shifted from each other with respect to an angular position about a moving path of the object. The cooling device according to any one of claims 1 to 10.
前記対象物は加熱された鋼管であり、前記冷却液は加熱及び冷却されない平常の温度である常温以下の水であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1つに記載の冷却装置。   12. The object according to claim 1, wherein the object is a heated steel pipe, and the coolant is water at room temperature or lower, which is a normal temperature that is not heated and cooled. Cooling system.
JP2009091106A 2009-04-03 2009-04-03 Cooling device Pending JP2010242153A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009091106A JP2010242153A (en) 2009-04-03 2009-04-03 Cooling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009091106A JP2010242153A (en) 2009-04-03 2009-04-03 Cooling device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010242153A true JP2010242153A (en) 2010-10-28

Family

ID=43095484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009091106A Pending JP2010242153A (en) 2009-04-03 2009-04-03 Cooling device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010242153A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102564848A (en) * 2010-12-09 2012-07-11 中国科学院金属研究所 Clamping apparatus used for cooling and quenching thermal simulation sample
JP2013238274A (en) * 2012-05-15 2013-11-28 Jtekt Corp Inner ring for radial rolling bearing and method for manufacturing the inner ring
CN105944914A (en) * 2016-06-27 2016-09-21 无锡中地钻探装备有限公司 Oil coating device for end part of drill rod
CN111733313A (en) * 2019-03-25 2020-10-02 斯凯孚公司 Quench nozzle for induction hardening system
CN114622080A (en) * 2022-03-10 2022-06-14 云南曲靖钢铁集团凤凰钢铁有限公司 Refined control smelting system for steelmaking seamless steel pipe
CN114657341A (en) * 2022-04-14 2022-06-24 西华大学 Quenching equipment and method for engine crankshaft of hydrogen energy hybrid commercial vehicle
CN115029522A (en) * 2022-03-29 2022-09-09 山东思科工业介质有限公司 Automatic platform for thermal treatment of jet cylinder sleeve
CN115679051A (en) * 2021-07-22 2023-02-03 中国石油天然气集团有限公司 Water-ring type pipe heat treatment water cooling device and water cooling method

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102564848A (en) * 2010-12-09 2012-07-11 中国科学院金属研究所 Clamping apparatus used for cooling and quenching thermal simulation sample
JP2013238274A (en) * 2012-05-15 2013-11-28 Jtekt Corp Inner ring for radial rolling bearing and method for manufacturing the inner ring
CN105944914A (en) * 2016-06-27 2016-09-21 无锡中地钻探装备有限公司 Oil coating device for end part of drill rod
CN111733313A (en) * 2019-03-25 2020-10-02 斯凯孚公司 Quench nozzle for induction hardening system
CN111733313B (en) * 2019-03-25 2024-04-09 斯凯孚公司 Quenching nozzle for induction hardening system
US11512358B2 (en) * 2019-03-25 2022-11-29 Aktiebolaget Skf Quenching nozzle for induction hardening system
CN115679051A (en) * 2021-07-22 2023-02-03 中国石油天然气集团有限公司 Water-ring type pipe heat treatment water cooling device and water cooling method
CN114622080B (en) * 2022-03-10 2023-11-24 云南曲靖钢铁集团凤凰钢铁有限公司 Fine control smelting system for steelmaking seamless steel pipe
CN114622080A (en) * 2022-03-10 2022-06-14 云南曲靖钢铁集团凤凰钢铁有限公司 Refined control smelting system for steelmaking seamless steel pipe
CN115029522A (en) * 2022-03-29 2022-09-09 山东思科工业介质有限公司 Automatic platform for thermal treatment of jet cylinder sleeve
CN115029522B (en) * 2022-03-29 2023-10-20 山东思科工业介质有限公司 Automatic platform for heat treatment of jet cylinder sleeve
CN114657341B (en) * 2022-04-14 2023-06-20 西华大学 Engine crankshaft quenching equipment and method for hydrogen energy hybrid commercial vehicle
CN114657341A (en) * 2022-04-14 2022-06-24 西华大学 Quenching equipment and method for engine crankshaft of hydrogen energy hybrid commercial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010242153A (en) Cooling device
CN101642778A (en) Laser texturing processing method on surface of roller
JP2010247218A (en) Method and equipment for manufacturing seamless steel tube
CN102876874B (en) Super high-speed quenching device for steel tube
CN102266872A (en) Steel tube cooling device
JP2007090355A (en) Cooling equipment for steel sheet and manufacturing method of steel sheet
CN106794504B (en) Steel material bending apparatus and method
CN101642849A (en) Laser texturing processing method on surface of roller
CN107739794B (en) Production line and production process for quenching and tempering heat treatment of online quenching device and steel pipe
CN106573285B (en) The manufacturing method of bending part and the thermal flexure processing unit (plant) of steel
CN102828179A (en) Inner-cooling nozzle for laser cladding
JP2017518988A (en) Effluent cooler in the production of acrylonitrile.
WO2019124241A1 (en) Cooling device and cooling method for thick steel sheet, and production equipment and production method for thick steel sheet
JP6098773B2 (en) Steel pipe quenching method, steel pipe quenching apparatus, steel pipe manufacturing method, and steel pipe manufacturing equipment
JP2008261018A (en) Method and apparatus for cooling steel pipe
CN110964894A (en) Preparation process of external thread steel pipe for anchor rod
JP6437806B2 (en) Hardened steel manufacturing method
EP3189167B1 (en) Apparatus and method for quenching rods and tubes
WO2012101932A1 (en) Nozzle for descaling steel plate, device for descaling steel plate, and method for descaling steel plate
TW201718879A (en) Method of heat treatment for metal
JP5816292B2 (en) Nozzle for tempering equipment
RU2766621C1 (en) Method for heat treatment of steel balls and device for hardening of steel balls
RU2747405C1 (en) Piercing mill and method of manufacturing seamless metal pipe using a piercing mill
JP2009256707A (en) Method and apparatus for cooling bar-like or tubular metallic material
RU2738291C1 (en) Piercing installation, mandrel bar and method for manufacturing seamless metal pipe using them