JP2022056002A - 線材コイル用の積載治具およびこれを用いた線材コイルの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多段積みされた線材コイルにおける熱処理時のガス流れを改善して、線材コイル内外の温度差を縮小することができる線材コイル用の積載治具を提供する。【解決手段】線材コイル用の積載治具１は、下側線材コイルＷ１が載置される第１の載置板２と、第１の載置板２の上方に位置し上側線材コイルＷ２が載置される第２の載置板３と、これら載置板の間に介在し、第２の載置板３を支持する第１の支柱４と、下側線材コイルＷ１の上端を閉塞する第１の蓋体８と、上側線材コイルＷ２の上端を閉塞する第２の蓋体９と、第１の載置板２を板厚方向に貫通し、第１の載置板２の下方からの上向きのガス流を下側線材コイルＷ１の内径穴Ｗ１ａに導く第１のガス流路１１と、第１の支柱４の内部に軸方向に沿って形成された流路２６を含んで構成され、ガス流を上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａに導く第２のガス流路１３と、を備えている。【選択図】 図２

Description

この発明は、縦積みされた線材コイルを熱処理する際に用いられる線材コイル用の積載治具およびこれを用いた線材コイルの熱処理方法に関する。

線材をコイル状に巻回した線材コイルの熱処理においては、加熱用もしくは冷却用のガスがコイルの外周に沿って流れ、線材コイルを形成する線材間の隙間を流れるガスはごく僅かである。このためガスが当たる線材コイルの表層部とガスが当たらない内部での温度差が大きくなり、球状化率の悪化や脱炭量の増加といった品質上の問題が生じ易い。

線材コイル内外での温度差縮小の為、昇温・冷却速度を遅くしたり、均熱時間を延長することも考えられるが、この場合には処理時間の延長やランニングコストの増加が問題となる。また、大気冷却時の冷却速度が遅い場合には難酸洗性スケールが生じやすく酸洗性が低下する。

線材コイル内外での温度差を縮小させるための手段として、下記特許文献１では、線材コイルの上端を閉塞する閉塞板（蓋部）を設けることで、線材コイルの内径穴の下方から上向きに吹き込んだガスを、線材コイルの内径側から外径側に外向きに流通させ、線材コイルを短時間で且つ均一に加熱する点が開示されている。しかしながら特許文献１に記載のものは線材コイルの多段積みを行わないことを前提としたものであり、特許文献１には多段積みされた線材コイルを均一に加熱（冷却）するための具体的な構成は開示されていない。

特許２９１３７２７号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、多段積みされた線材コイルにおける熱処理時のガス流れを改善して、線材コイル内外の温度差を縮小することができる線材コイル用の積載治具およびこれを用いた線材コイルの熱処理方法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明に想到した。
この発明の第１の局面の線材コイル用の積載治具は、次のように規定される。即ち、
複数の線材コイルを上下方向に縦積みした状態で保持する線材コイル用の積載治具であって、
下側線材コイルが載置される第１の載置板と、
前記第１の載置板の上方に位置し上側線材コイルが載置される第２の載置板と、
これら載置板の間に介在し、前記第２の載置板を支持する第１の支柱と、
前記下側線材コイルの上端を閉塞する第１の蓋体と、
前記上側線材コイルの上端を閉塞する第２の蓋体と、
前記第１の載置板を板厚方向に貫通し、前記第１の載置板の下方からの上向きのガス流を前記下側線材コイルの内径穴に導く第１のガス流路と、
前記第１の支柱の内部に軸方向に沿って形成された流路を含んで構成され、前記ガス流を前記上側線材コイルの内径穴に導く第２のガス流路と、
を備えている。

このように規定される第１の局面の線材コイル用の積載治具によれば、第１のガス流路により下側線材コイルの内径穴にガス流を導くことができ、また第２のガス流路により上側線材コイルの内径穴にガス流を導くことができる。即ち、縦積みされたそれぞれの線材コイルの内径穴にガス流を導くことができる。
それぞれの線材コイルの内径穴内に送り込まれたガスは、線材コイルの内径穴の上端部からの流出が蓋体によって阻止され、線材コイルを構成する線材の隙間を通って、内径側から外径側に流通することとなる。このように第１の局面の線材コイル用の積載治具では、多段積みされた何れの線材コイルにおいても熱処理時のガス流れが改善され、コイル内外の温度差を縮小することができる。

この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、
第１の局面で規定の線材コイル用の積載治具において、前記第１の蓋体を前記第１の支柱の軸方向に沿って移動可能に設け、前記第１の蓋体を前記下側線材コイルの上端に載置する。
このように規定される第２の局面の線材コイル用の積載治具によれば、荷崩れ等で下側線材コイルの上端の位置が変化した場合でも、第１の蓋体がそれに追従するため、下側線材コイルの上端を閉塞する状態が良好に維持される。

この発明の第３の局面は次のように規定される。即ち、
第１または第２の局面で規定の線材コイル用の積載治具において、前記第１の支柱の上方且つ前記上側線材コイルの内径穴内に第２の支柱が設けられ、前記第２の支柱に形成された開口を通じて、前記ガス流が前記上側線材コイルの内径穴に導かれる。
このように規定される第３の局面の線材コイル用の積載治具によれば、第２の支柱により上側線材コイルの荷崩れが抑制されるとともに、第２の支柱に形成された開口により上側線材コイルの内径穴へのガス流の吹き出し方向を制御することができる。

この発明の第４の局面は次のように規定される。即ち、
第１～第３のいずれかの局面で規定の線材コイル用の積載治具を用いた線材コイルの熱処理方法であって、
前記積載治具の第１の載置板および第２の載置板に、蓋体により上端が閉塞された線材コイルがそれぞれ載置されて成る縦積みコイル体に対し、前記縦積みコイル体の下方から上向きのガス流を供給して、
前記ガス流を、前記第１のガス流路を通じて前記下側線材コイルの内径穴に、また前記第２のガス流路を通じて前記上側線材コイルの内径穴にそれぞれ導入する。
このように規定される線材コイルの熱処理方法によれば、第１の局面と同等の効果を奏する。

本発明の一実施形態の線材コイル用の積載治具を示した斜視図である。 図１の線材コイル用の積載治具の縦断面図である。 図２のIII-III断面図である。 同実施形態の線材コイル用の積載治具を用いた縦積みコイル体を熱処理するための熱処理炉の構成を示した図である。 図４の熱処理炉における熱処理室の断面図である。 同縦積みコイル体を冷却するための冷却装置の構成を示した図である。

次に本発明の一実施形態の線材コイル用の積載治具を図面に基づいて詳しく説明する。図１は本実施形態の線材コイル用の積載治具を示した斜視図、図２は線材コイル用の積載治具の縦断面図である。
図１，２において、１は線材をコイル状に巻回した被熱物としての線材コイルを上下方向に２段積みした状態で保持する線材コイル用の積載治具で、下側線材コイルＷ１が載置される第１の載置板２と、上側線材コイルＷ２が載置される第２の載置板３と、これら載置板２，３の間に位置する第１の支柱４と、第２の載置板３の上方に位置する第２の支柱６と、下側線材コイルＷ１の上端を閉塞する第１の蓋体８と、上側線材コイルＷ２の上端を閉塞する第２の蓋体９と、を含んで構成されている。

第１の載置板２は、円板状をなしており、その中心部には、周方向に延びる平面視円弧状の４つの穴１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄで構成された第１の貫通穴１０と、貫通穴１０の内側に位置する平面視円形の第２の貫通穴１２とが形成されている。これら第１の貫通穴１０および第２の貫通穴１２は、図３に示すように、平面視において、第１の載置板２上に載置された下側線材コイルＷ１のコイル内周面よりも内側に形成されている。

本例において、第１の貫通穴１０は第１の載置板２の下方からの上向きのガス流を下側線材コイルＷ１の内径穴Ｗ１ａに導く第１のガス流路１１を構成する。また、第２の貫通穴１２は前記ガス流を上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａに導く第２のガス流路１３の一部を構成する。
なお、第１の載置板２における第１の貫通穴１０と第２の貫通穴１２の間の部位は、第１の支柱４を支持する支柱支持部１５とされている（図２参照）。

第１の支柱４は、第１の載置板２と第２の載置板３との間に介在し、第２の載置板３を支持するとともに、下側線材コイルＷ１の荷崩れ等による変形を抑制する。第１の支柱４の下端部は、第１の載置板２の支柱支持部１５に一体的に接合されている。一方、第１の支柱４の上端部では、その上端面と外周面１７とが交わる隅角部が周方向に亘って切り欠かれており、設置姿勢において上方に位置する細径部１８と、それに続く上向きの段差面１９が形成されている。この段差面１９は、図２に示すように、第２の載置板３の下面と接し、第２の載置板３を支持する。

第１の支柱４は中空の円筒体であり、その内部には軸方向に沿って延びる流路２６を備えている。この流路２６は、第１の載置板２の第２の貫通穴１２と連通して、ガス流を上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａに導く第２のガス流路１３の一部を構成する。この第２のガス流路１３を流通するガス流は、その途中で下側線材コイルＷ１の内径穴Ｗ１ａ内に流出することなく、上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａ内に送られる。

第１の蓋体８は、下側線材コイルＷ１の上端に載置され、下側線材コイルＷ１の上端を閉塞する。第１の蓋体８は、略円板状をなし、その周縁には荷崩れ等による下側線材コイルＷ１の変形を抑制するための折れ曲がり部３０が形成されている。
また第１の蓋体８の中心部には円形の貫通穴３２が形成されている。貫通穴３２は第１の支柱４の外周面１７の径よりも僅かに大きく形成されており、第１の蓋体８は、貫通穴３２を挿通する第１の支柱４の外周面１７にて案内され、第１の支柱４の軸方向に沿って移動可能とされている。

第２の載置板３は、円板状をなしており、その中心部に円形の貫通穴３４が形成されている。貫通穴３４は第１の支柱４の細径部１８に対して僅かに大きく形成されており、貫通穴３４と第１の支柱４の細径部１８とが嵌合した状態で、第２の載置板３は貫通穴３４周りの縁部が第１の支柱４の段差面１９にて支持される。

第２の支柱６は、上側線材コイルＷ２の荷崩れ等による変形を抑制するとともに、内径穴Ｗ２ａへのガス流の吹き出し方向を制御するもので、第１の支柱４の上方且つ上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａ内にて第１の支柱４と同心状に配置されている。
第２の支柱６は、第１の支柱４の上端開口２１の周りに間隔を隔てて立設された複数の柱状部材３８と、これら柱状部材３８の上端を連結する連結板３９から成る。本例では、第１の支柱４の内部流路２６を流通したガスが第２の支柱６の内部に導入され、隣接する柱状部材３８との間に形成された開口４０を通して、上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａ内に流出する。本例では、第２の支柱６の内部空間４１および開口４０も第２のガス流路１３の一部を構成する。

第２の蓋体９は、上側線材コイルＷ２の上端に載置され、上側線材コイルＷ２の上端を閉塞する。第１の蓋体８と同様に、略円板状をなし、その周縁には折れ曲がり部３０が形成されている。折れ曲がり部３０は上側線材コイルＷ２の変形を抑制するほか、搬送時に蓋体９が上側線材コイルＷ２から落下することを防止することができる。

本例では、このように構成された積載治具１を用い、線材コイルＷ１とＷ２とが縦積みされた縦積みコイル体４４が組み立てられる。縦積みコイル体４４は、例えば以下に示すような熱処理炉および冷却装置を使用することで、線材コイル内外の温度差を縮小させた熱処理を実現することができる。

次に縦積みコイル体４４の熱処理に使用される熱処理炉および冷却装置について説明する。図４において、５０は縦積みコイル体４４を焼鈍処理するバッチ式の熱処理炉である。加熱炉５０では、縦積みコイル体４４に対する加熱→均熱→冷却の各工程が実施される。その後、加熱炉５０から抽出された縦積みコイル体４４に対して、後述の冷却装置８０を用いて大気冷却（急冷）の工程が実施される。
なお、縦積みコイル体４４の冷却工程は、必要に応じて変更が可能である。例えば、加熱炉５０での冷却を省略して後述の冷却装置８０のみで実施してもよいし、あるいは、加熱炉５０のみで実施し後述の冷却装置８０での冷却を省略してもよい。

加熱炉５０は、図中左端の装入抽出テーブル５２と、熱処理室５４とを備えている。熱処理室５４は図中左前側に開口５４ａが形成されており、開口５４ａを通じて縦積みコイル体４４の装入および抽出が行われる。開口５４ａは扉５５によって閉塞可能とされている。扉５５は、ワイヤーを介してプーリ５６に懸吊され、プーリ５６の回転により昇降する。

熱処理室５４は、６つの縦積みコイル体４４－１，４４－２，・・，４４－６が収容可能とされており、各縦積みコイル体４４が収容される６つのゾーンに仮想的に区画されている。各ゾーンには搬送手段としてのローラ５７が配設されている。

熱処理室５４には、室内のガスを加熱する加熱手段としてのラジアントチューブバーナ６８が複数設けられており、室内の各ゾーンが所定の温度設定となるようラジアントチューブバーナ６８の出力が制御される。また、熱処理室５４は図示を省略するガス供給配管を備えており、室内には窒素ガスやＲＸガスなどの還元性ガスが適宜供給可能とされている。

図５は、縦積みコイル体４４の搬送方向と直交する方向での熱処理室５４の断面図で、室内に縦積みコイル体４４が装入された状態を示している。
熱処理室５４には、ラジアントチューブバーナ６８のほか、縦積みコイル体４４にガスを吹き込むためのガス循環装置７０が設けられている。

ガス循環装置７０は、ダクト７２と、ダクト７２内部に収容された循環ファン７４と、循環ファン７４を回転駆動させる駆動モータ７５を備えている。ダクト７２は同図で示すように折れ曲がり形状をなし、その一端部には縦積みコイル体４４の直下において上向きに開口したガス吹出口７２ａが形成されている。一方、ダクト７２の他端部には下向きのガス吸込口７２ｂが形成されている。循環ファン７４は、このガス吸込口７２ｂの直上位置に配置されている。また、７７は温度センサである。本例では温度センサ７７と接続された制御部（図示省略）により、温度センサ７７で検出されたガスの温度が予め設定された目標雰囲気温度と一致するように、ラジアントチューブバーナ６８の燃焼が制御される。

このように構成された熱処理室５４では、ガス循環装置７０の循環ファン７４を回転させることで、ラジアントチューブバーナ６８で加熱されたガスがガス吸込口７２ｂを通じてダクト７２内に吸引され、ダクト７２のガス吹出口７２ａから上向きに吹き出される。
そして上向きのガス流の一部が縦積みコイル体４４の第１のガス流路１１を通って下側線材コイルＷ１の内径穴Ｗ１ａ内に送られる。下側線材コイルＷ１の内径穴Ｗ１ａ内に送られたガスは、内径穴Ｗ１ａの上端部からの流出が第１の蓋体８により阻止され、下側線材コイルＷ１を構成する線材の隙間を通って、矢印で示すように内径側から外径側に流通することとなり、線材コイルの内外の温度差を最小に保ちながら、下側線材コイルＷ１が短時間で所定の加熱温度にまで加熱される。

同様に、上向きのガス流の他の一部が縦積みコイル体４４の第２のガス流路１３を通って上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａ内に送られる。上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａ内に送られたガスは、内径穴Ｗ２ａの上端部からの流出が第２の蓋体９により阻止され、上側線材コイルＷ２を構成する線材の隙間を通って、矢印で示すように内径側から外径側に流通することとなり、線材コイルの内外の温度差を最小に保ちながら、上側線材コイルＷ２もまた短時間で所定の加熱温度にまで加熱される。

加熱炉５０では、加熱に続いて、均熱および冷却が行われる。冷却の工程においても加熱の工程と同様に線材コイルＷ１，Ｗ２を構成する線材の隙間を通って、所定温度のガスが内径側から外径側に流通することとなり、線材コイルの内外の温度差を最小に保ちながら、下側線材コイルＷ１および上側線材コイルＷ２の冷却が行われる。

図６は、縦積みコイル体４４を冷却するための冷却装置８０の構成を示した図で、処理室８１内に縦積みコイル体４４が装入された状態を示している。同図において、８２は縦積みコイル体４４に対して上向きの冷風（大気）を供給するブロア装置で、ブロア装置８２のガス吹出口８２ａは、縦積みコイル体４４の直下に配置されている。８４は処理室８１の側壁上部に形成されたガス排出用の配管である。

このように構成された本例の冷却装置８０では、加熱されていない大気が冷却用のガスとして、ガス吸込口８２ｂから取り込まれ、ブロア装置８２のガス吹出口８２ａから上向きに吹き出される。
そして上向きのガス流の一部が縦積みコイル体４４の第１のガス流路１１を通って下側線材コイルＷ１の内径穴Ｗ１ａ内に送られ、また上向きのガス流の他の一部が縦積みコイル体４４の第２のガス流路１３を通って上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａ内に送られることから、この冷却の工程においても加熱の工程と同様に線材コイルＷ１，Ｗ２を構成する線材の隙間を通って、冷却用のガスが内径側から外径側に流通することとなり、線材コイルの内外の温度差を最小に保ちながら、下側線材コイルＷ１および上側線材コイルＷ２の冷却が行われる。なお、冷却に用いられたガスは、ガス排出用の配管８４を通じて室外に排出される。

以上のように本実施形態の積載治具１によれば、多段積みされた下側線材コイルＷ１および上側線材コイルＷ２におけるガス流れが改善され、熱処理時のコイル内外の温度差を縮小することができる。よって本実施形態の積載治具１によれば、温度差縮小のために昇温速度・冷却速度を敢えて遅くする必要なく、急速加熱・急速冷却が実現可能となり、熱処理時間を短くしランニングコストの低減を図ることができる。また急速冷却をすることで難酸洗性スケールの生成が抑えられ酸洗性を向上させることができる。

また本実施形態の線材コイル用の積載治具１では、第１の蓋体８が第１の支柱４の軸方向に沿って移動可能に設けられ、下側線材コイルＷ１の上端に載置されているため、荷崩れ等で下側線材コイルＷ１の上端の位置が変化した場合でも、第１の蓋体８がそれに追従して、下側線材コイルＷ１の上端を閉塞する状態を維持することができる。

また本実施形態の線材コイル用の積載治具１では、第１の支柱４の上方且つ上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａ内に第２の支柱６が設けられ、第２の支柱６に形成された開口４０を通じて、ガス流を上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａに導いている。
このようにすることで、第２の支柱６が上側線材コイルＷ２の荷崩れ等による変形を抑制するとともに、第２の支柱６に形成された開口４０により上側線材コイルＷ２の内径穴Ｗ２ａへのガス流の吹き出し方向を制御することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまでも一例示である。例えばガス流を通過させるため第１の載置板に形成される第１の貫通穴および第２の貫通穴の形状や大きさは、上記実施形態に限定されるものではなく適宜変更可能である。また上側線材コイルの内径穴内に設けられる第２の支柱の形状や大きさも適宜変更可能であり、場合によっては第２の支柱を設けない構成を採用することも可能である等、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において様々変更を加えた形態で実施可能である。

１ 線材コイル用の積載治具
２ 第１の載置板
３ 第２の載置板
４ 第１の支柱
６ 第２の支柱
８ 第１の蓋体
９ 第２の蓋体
１１ 第１のガス流路
１３ 第２のガス流路
２６ 流路
４０ 開口
４４ 縦積みコイル体
Ｗ１ 下側線材コイル
Ｗ２ 上側線材コイル
Ｗ１ａ，Ｗ１ｂ 内径穴

Claims (4)

1. 複数の線材コイルを上下方向に縦積みした状態で保持する線材コイル用の積載治具であって、
   下側線材コイルが載置される第１の載置板と、
   前記第１の載置板の上方に位置し上側線材コイルが載置される第２の載置板と、
   これら載置板の間に介在し、前記第２の載置板を支持する第１の支柱と、
   前記下側線材コイルの上端を閉塞する第１の蓋体と、
   前記上側線材コイルの上端を閉塞する第２の蓋体と、
   前記第１の載置板を板厚方向に貫通し、前記第１の載置板の下方からの上向きのガス流を前記下側線材コイルの内径穴に導く第１のガス流路と、
   前記第１の支柱の内部に軸方向に沿って形成された流路を含んで構成され、前記ガス流を前記上側線材コイルの内径穴に導く第２のガス流路と、
   を備えていることを特徴とする線材コイル用の積載治具。
2. 前記第１の蓋体は前記第１の支柱の軸方向に沿って移動可能に設けられ、前記下側線材コイルの上端に載置されていることを特徴とする請求項１に記載の線材コイル用の積載治具。
3. 前記第１の支柱の上方且つ前記上側線材コイルの内径穴内に第２の支柱が設けられ、前記第２の支柱に形成された開口を通じて、前記ガス流が前記上側線材コイルの内径穴に導かれることを特徴とする線材コイル用の積載治具。
4. 請求項１～３の何れかに記載の線材コイル用の積載治具を用いた線材コイルの熱処理方法であって、
   前記積載治具の第１の載置板および第２の載置板に、蓋体により上端が閉塞された線材コイルがそれぞれ載置されて成る縦積みコイル体に対し、前記縦積みコイル体の下方から上向きのガス流を供給して、
   前記ガス流を、前記第１のガス流路を通じて前記下側線材コイルの内径穴に、また前記第２のガス流路を通じて前記上側線材コイルの内径穴にそれぞれ導入することを特徴とする線材コイルの熱処理方法。

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