JP4115622B2 - 溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ送給性の優れた溶接用鋼ワイヤを製造するための溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接用鋼ワイヤを製造する一般的な方法は、▲１▼熱延鋼線材（原線）のスケールを除去する工程、▲２▼２〜５ｍｍ径までローラダイスあるいは孔型ダイスで伸線する工程（一次伸線）、▲３▼焼鈍工程、▲４▼酸洗工程、▲５▼めっき工程、▲６▼最終サイズ径まで伸線する工程（仕上げ伸線）、▲７▼スプール巻またはペイルパックに装填する巻取り工程によって行われる。
これらの方法によって製造された溶接用鋼ワイヤは、溶接の自動化、溶接ロボットの普及やコンジットケーブルの長尺化等に伴って、ワイヤの送給性および溶接作業性の向上要求が一層高まっている。
【０００３】
長さ６〜２０ｍの長尺のコンジットケーブルを使用し、かつ狭隘な現場での溶接においては、コンジットケーブルをＳ字あるいはＪ字状に曲げて使用されることが多々ある。この場合、コンジットケーブル内のコンジットチューブと内部を通過するワイヤとの接触摩擦部が増えて送給抵抗が増加し、また、ワイヤ送給ローラで溶接ワイヤがスリップしてワイヤ送給性が悪くなる。そのため、特公昭６３−２１５９５号公報のように、ワイヤの表面に亀裂により生じた横溝（線状の亀裂）が分布し、該ワイヤ表面に液体潤滑剤を有する送給性の優れた溶接用鋼ワイヤが開示されいる。
しかし、特公昭６３−２１５９５号公報の方式にあっては、焼鈍工程▲３▼がバッチ式であるため連続生産できず、生産能率が悪くコスト高になる。
【０００４】
焼鈍工程▲３▼を連続化してワイヤ送給性の優れた溶接用鋼ワイヤを製造する方法が、特公平３−１６２３７号公報で提案されている。図４に該公報記載の連続焼鈍炉を示す。焼鈍炉(32)は、その入口側から炭酸塩水溶液塗布室(33)、乾燥室(34)、焼鈍室(35)、そして出口側の水冷室(41)から構成されている。
焼鈍室(35)には、焼鈍炉(32)内に雰囲気ガスを供給するガス供給パイプ(36)、排出するガス排出パイプ(37)、圧力計(38)、炉外大気への雰囲気ガス排出パイプ(39)が配置されている。
【０００５】
前記連続焼鈍炉を用いて溶接用ワイヤの焼鈍を行うに際し、まず焼鈍開始前に雰囲気ガス供給パイプ(36)から不活性ガスを焼鈍室(35)内に供給して初期雰囲気を作り、ガス供給バルブ(36)を閉める。炉内雰囲気は所定の温度に保持されており、炉内圧力は圧力計(38)の指示により開閉する電磁バルブを有する排出パイプ(39)によって適宜ガスが排出される。
【０００６】
このような構成の焼鈍炉(32)を用いた送給性の優れた溶接用鋼ワイヤの焼鈍は、所定径に伸線されたワイヤをコイラー（図示せず）でループ状にして、チェーンコンベア(22)で横置き搬送される。次いで、炭酸塩水溶液塗布室(33)で、ワイヤ表層部の粒界酸化促進剤の炭酸塩水溶液(42)をループ状ワイヤの上方から散布してワイヤ表面に塗布して、ローラコンベア(40)で乾燥室(34)に搬送した後に水分を取る。また、炭酸塩水溶液(42)を散布することによって形成される液カーテンで、焼鈍炉内雰囲気ガスを炉外大気と遮断している。
【０００７】
次に、焼鈍室(35)で所定の温度で焼鈍されワイヤ表層部に粒界酸化層を形成した後、水冷室(41)で水(43)を上方から散布してワイヤを冷却し、次の酸洗、めっきおよび仕上げ伸線工程へ搬送されて溶接用鋼ワイヤが製造される。
なお、水冷室(41)で水(43)を散布することによって形成される水のカーテンで、焼鈍炉内雰囲気ガスを炉外大気と遮断している。
【０００８】
しかし、前述の特公平３−１６２３７号公報に提案されている連続焼鈍炉(32)では、雰囲気ガスをガス供給パイプ(36)から常温のまま直接焼鈍室(35)へ供給しているため、焼鈍室(35)の温度コントロールが困難となり、製品ワイヤ表面に線状の亀裂が均一に生成されない場合がある。またエネルギーコストが高くなる。さらに、焼鈍室(35)で焼鈍されたワイヤは、高温のままの状態で水冷室(41)の水(43)散布によって急冷される。したがって、ワイヤが焼き入れされて硬くなって仕上げ伸線工程で断線する場合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ワイヤ送給性の優れた溶接用鋼ワイヤを高能率に製造することを第１の目的とし、溶接用鋼ワイヤ表面に線状の亀裂を均一に生成させることを第２の目的とし、エネルギーコストを低くすることを第３の目的とし、後工程の仕上げ伸線工程で断線を生じさせないようにすることを第４の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉は、焼鈍炉(1)は底部にループ状ワイヤ(2)を搬送するコンベア(22)を設けたトンネル炉で、該焼鈍炉(1)の入口および出口は液体シャワー(10,12)による遮蔽構造とし、前記焼鈍炉(1)の入口と出口との間は入口から順次加熱帯(5)、均熱帯(6)、除冷帯(7)および急冷帯(8)で構成し、加熱帯(5)および均熱帯(6)には炉内加熱手段(14)を設け、除冷帯 (7) は焼鈍炉内雰囲気ガスの予熱用ガス管 (17) を設ける。
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を参考までに付記した。以下も同様である。
本発明は上記構成により、製造ラインを連続化でき、高能率に溶接用鋼ワイヤを製造できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
前記加熱帯(5) および均熱帯(6) は、焼鈍炉内雰囲気ガスを置換できるガス供給口(18,19) を設けている。これにより、ワイヤ表層の鉄酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ₃ Ｏ₅ ）の皮膜（外部酸化層）の生成が少なく、次工程の酸洗が容易でめっき付着性も良好であり、生産性が向上する。
【００１２】
徐冷帯(7) は、焼鈍炉内雰囲気ガスの予熱用のガス管(17)を設けている。これにより、徐冷帯(7) で加熱帯(5) および均熱帯(6) に供給する焼鈍炉内雰囲気ガスが予熱されて供給されるので、加熱帯(5) および均熱帯(6) の温度コントロールが容易となり、ワイヤ表層部の粒界酸化層を均一に形成することができる。したがって、仕上げ伸線後のワイヤ表面に線状の亀裂を均一に生成することができ、溶接時のワイヤ送給性が極めて良好となる。
また、徐冷帯(7) の雰囲気温度を下げることができるので、ワイヤ温度を徐々に下げることができる。
【００１３】
急冷帯(8) は、鋼ワイヤ急冷用の冷却ガス供給口(29)を設けている。これにより、徐冷帯(7) で徐々に冷却されていたワイヤは急冷され低温となるので、次工程の水冷室(9) での液体シャワー(12)によるワイヤへの焼きが入らず軟らかいため、仕上げ伸線で断線が生じることがない。さらに、焼鈍炉の長さを短くできる。
【００１４】
入口側液体シャワー(10)はワイヤ表面処理剤を含む液体である。これにより、加熱帯(5) で水分を取った後に残留したワイヤ表面処理剤が、均熱帯(6) でワイヤ表面の粒界酸化層生成の触媒として働き、ワイヤ表面に均一に粒界酸化層を形成する。したがって、仕上げ伸線後のワイヤ表面に線状の亀裂を均一に生成することができ、溶接時のワイヤ送給性が極めて良好となる。
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例で説明する。
【００１５】
【実施例】
図１に本発明の一実施例を示す。図において焼鈍炉(1) は、基礎(24)に設けられた架台(25)の上に、底部にループ状ワイヤ(2) を搬送するコンベア(22)を設けたトンネル炉で、焼鈍炉(1) 入口から液体シャワー室(4) 、加熱帯(5) 、均熱帯(6) 、徐冷帯(7) 、急冷帯(8) および水冷室(9) から構成されている。
焼鈍の前工程は、熱延原線を酸洗および１次伸線（図示せず）した後、コイラー(3) でワイヤ(2) をループ状にしてコンベア(22)で焼鈍炉(1) 内へ搬送する。
【００１６】
焼鈍炉(1) 入口の液体シャワー室(4) には、金属炭酸塩等の表面処理剤を含む液体の受け槽(11)およびシャワー液調整器(13)が設けられており、液体の受け槽(11)には上方向に表面処理剤を含む液体を噴出させる装置、シャワー液調整器(13)には入口側液体シャワー(10)によって表面処理剤を含む液体を散液する量を調整する機構を備えている。これらによってワイヤ(2) 表面に均一に表面処理剤を含む液体を均一に塗布する。また、入口側液体シャワー(10)によって形成される液カーテンにより、焼鈍炉内を炉外大気と遮蔽する。
また、液体シャワー室(4) 下流には、焼鈍炉内雰囲気ガス排気用の排気ダクト(20)が設けられている。
【００１７】
続いて加熱帯(5) 、均熱帯(6) には複数の炉内加熱用のバーナ(14)が設けられており、炉内を搬送されるワイヤ(2) を加熱して所定の温度（約６００〜９００℃）および時間（約３〜１５分）焼鈍する。
炉内雰囲気ガスは非酸化性のガスを使用するが、ランニングコスト、安全性から窒素ガスを用いるのが好ましい。窒素ガスは窒素貯槽タンク(15)から配管(16)を通って、徐冷帯(7) に導かれフィン付き冷却チューブ(17)内で約１５０℃に予熱され、加熱帯(5) および均熱帯(6) へガス供給口(18,19) から炉内へと供給される。これによって、焼鈍されるワイヤ表面の外部酸化層が少なくなると共に、加熱帯(5) および均熱帯(6) の温度コントロールが容易となって、ワイヤ表層部の粒界酸化層を均一に形成することができる。
【００１８】
徐冷帯(7) で窒素ガスはフィン付き冷却チューブ(17)を介して予熱されるが、徐冷帯(7) の雰囲気温度はフィン付き冷却チューブ(17)内の窒素ガスによって冷却される。これによって、ワイヤ(2) は徐々に冷却される。
【００１９】
図１に示す急冷帯(8) のＡ−Ａ断面図を図２に示す。急冷帯(8) では、炉内雰囲気ガスを、ガスの吸込み口(30)から循環ファン(31)で吸引して、循環用ダクト(26)から熱交換器(28)に送り、炉内雰囲気ガスを冷却した後循環用ダクト(27)を通り、冷却ガス供給口(29)からワイヤ(2) のループ重なり部両端に吹付けられる。炉内雰囲気ガスを循環させているので、炉外大気とは完全に遮断されている。これによって、冷却されにくいワイヤの重なり部も含め約２００℃までワイヤ(2) が均一に冷却され、ワイヤ(2) への焼きが入らず仕上げ伸線で断線が生じない。
【００２０】
水冷室(9) では液体（水）シャワー(12)が上方向より散水され、ワイヤ(2) を冷却するとともに、散水によって形成される水カーテンにより炉内を炉外大気と遮蔽する。更に、液体シャワー(12)の上流位置には炉内雰囲気ガス排気用の排気ダクト(21)が設けられている。
【００２１】
図３に、焼鈍されるワイヤのヒートパターンの一例を示す。コイラーでループ状にされたワイヤ(2) は、液体シャワー室５にて表面処理剤を塗布された後、約４０℃で加熱帯(5) へ搬送される。加熱帯(5) では４分間で８００℃まで加熱される。その後、均熱帯(6) で８００℃に保たれたまま、５分間の焼鈍時間を経て、徐冷帯(7) に搬送され３分間で６００℃に冷却される。続いて急冷帯(8) で均一に２００℃まで１分程度で冷却される。最後に水冷室(9) で水冷され焼鈍工程が完了する。
【００２２】
焼鈍されたワイヤ(2) はコンベア(22)で次工程の酸洗工程(23)へ搬送され、めっき後、仕上げ伸線でワイヤ表面に線状の亀裂を均一に生成し、送給性の優れた溶接用鋼ワイヤとなる。
なお、本発明の溶接用ワイヤの連続焼鈍炉は、入口側液体シャワー(10)と出口側液体シャワー(12)による遮蔽を行わず、炉内雰囲気を大気とした焼鈍にも適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉によれば、ワイヤ送給性の優れた溶接用鋼ワイヤを低コスト、高能率に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉の一実施例を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す。
【図３】本発明の溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉を用いて焼鈍した場合のヒートパターンの一例を示す。
【図４】従来の溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉を示す。
【符号の説明】
１，３２：焼鈍炉 ２：ワイヤ
３：コイラー ４：液体シャワー室
５：加熱帯 ６：均熱帯
７：徐冷帯 ８：急冷帯
９：水冷室 １０：入口側の液体シャワー
１１：液体の受け槽 １２：出口側の液体シャワー
１３：シャワー液調整器 １４：炉内加熱手段（バーナー）
１５：窒素貯槽タンク １６：配管
１７：予熱用のガス管（フィン付き冷却チューブ）
１８，１９：ガス供給口 ２０，２１：排気ダクト
２２：コンベア ２３：酸洗工程
２４：基礎 ２５：架台
２６，２７：循環用ダクト ２８：熱交換機
２９：冷却ガス供給口 ３０：ガス吸い込み口
３１：循環ファン ３３：炭酸塩水溶液塗布量
３４：乾燥室 ３５：焼鈍室
３６：雰囲気ガス供給パイプ ３７：ガス排出パイプ
３８：圧力計 ３９：排出パイプ
４０：ローラコンベア ４１：水冷室

Claims (4)

1. 溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉において、焼鈍炉は底部にループ状ワイヤを搬送するコンベアを設けたトンネル炉で、該焼鈍炉の入口および出口は液体シャワーによる遮蔽構造とし、前記焼鈍炉の入口と出口との間は入口から順次加熱帯、均熱帯、除冷帯および急冷帯で構成し、加熱帯および均熱帯には炉内加熱手段を設け、除冷帯は焼鈍炉内雰囲気ガスの予熱用ガス管が設けられていることを特徴とする溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉。
2. 加熱帯および均熱帯は焼鈍炉内雰囲気ガスを置換できるガス供給口を設けたことを特徴とする請求項１記載の溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉。
3. 急冷帯は炉内雰囲気ガスの吸込み口および該雰囲気ガスを循環させて鋼ワイヤ急冷用の冷却ガス供給口を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉。
4. 入口側液体シャワーはワイヤ表面処理剤を含む液体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶接用鋼ワイヤの連続焼鈍炉。

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