JP4851712B2 - 鋼ワイヤをパテンティングするための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、
鋼のオーステナイト化温度まで少なくとも１つの鋼ワイヤの温度を上昇させ、
少なくとも１つの冷却液カーテンを通して前記の少なくとも１つの鋼ワイヤを移動させることによって、前記オーステナイト化温度に達した前記の少なくとも１つの鋼ワイヤを液体媒体中で急冷却し、前記少なくとも１つの冷却液カーテン中で、該冷却液は、前記少なくとも１つの移動する鋼ワイヤに対してほぼ横方向に配向された乱流を示し、得られる冷却温度は、オーステナイト化温度より低く、マルテンサイト変態温度より高い温度にあり、
パーライト変態の終了時まで前記の少なくとも１つ鋼ワイヤをパーライト変態温度に等温維持することを含む、少なくとも１つの鋼ワイヤをパテンティングするための方法および装置に関する。

変態を得る目的で鋼ワイヤを急冷するようになっているワイヤ用の冷却浴が長い間、知られていた。
例えば、オーステナイト温度にされたワイヤを、オーステナイトの実質的に完全な変態を確保するためにワイヤが多かれ少なかれ等温に維持されるパーライト形成帯域へ等温急冷、すなわち、急速冷却することを含む鋼ワイヤのパテンティングを引用することが可能である。
冷却すべきワイヤが浸漬される鉛浴または溶融塩浴を使用する方法が知られている。これらの方法は、非常に効果的であるが、環境に対する毒性および危険性の理由で、現在、容認可能ではない。

また、水性浴を使用する方法も知られている。このような水浴における浸漬中、層流の非乱流では、冷却すべきワイヤのまわりすべてに、蒸気膜が形成する（例えば、ヨーロッパ特許第Ａ−０２１６４３４号参照）。この蒸気膜は断熱性であり、従って、冷却を減速する。

また、冷却の強さおよび速度を賢明に制御し、ならびにワイヤのパーライト変態中、ワイヤをできるだけ等温状態に維持するために、ワイヤを幾つかの層流水浴に通すことが提案されており、各場合、冷却すべきワイヤのまわりに蒸気膜が形成し、種々の水性浴間に空気による冷却が交互に生じ、この冷却中、蒸気膜が消失する（例えば、ヨーロッパ特許第Ｂ−０５２４６８９号参照）。このような方法は、鋼ワイヤが必要温度に何時達したか、およびパーライト変態中、鋼ワイヤをほぼ同じ適切な温度に如何に維持するかを正しく定めるために、適用したり算出したりするのに技術的に非常に困難であるという欠点を有している。

また、パテンティングすべきワイヤを、冷却液体浴に通すことにより冷却し、次いで、ワイヤが必要温度に達するとすぐに、ワイヤを浴から取り出し、冷却浴の上方で移動することができる温度維持室に入れるための対策がなされてきた(ベルギー特許第Ａ−８３８７９６号参照)。この室では、鋼のパーライト変態が起こる。また、高価な或いは毒性の液体、例えば、溶融塩の使用を必要とする層流浴で浸漬が行なわれる。冷却液としての水は、浴に通りながら冷却すべきワイヤのまわりに蒸気膜の形成を回避することが可能でないので、この方法では適用不可能である。
なお、従来技術によるこれらの液体浴すべては、多量のエネルギ消費する液体圧送装置を必要とする。

最後に、３つの次々の工程で冷却される鋼ワイヤをパテンティングするための方法が知られている。第１工程で、液体ジェットを高圧でワイヤに噴霧し、第２工程で、外部エネルギを加えてわずかなガス相加熱を行い、第３工程で、ワイヤを加熱により調整された温度に等温維持する(ベルギー特許第Ａ−８３２３９１号参照)。従って、非常に厚い横断面を有するワイヤに特に適しているこの方法は、パーライト変態のために維持すべき温度を調整することができ、且つ水ジェットを高圧下にすることができるために、複雑な設備を必要とし、且つエネルギ消費を必要とする。

本発明の目的は、前述の欠点を解消し、ワイヤのパテンティングにわたって厳密な制御を達成する簡単で安価な方法および装置を開発することである。

この問題は、本発明によれば、液体媒体中の冷却により、等温維持中に維持されるべき前記パーライト変態温度を前述の冷却温度として得るように定められる次々に現れるカーテンの数を調整することを含み、
前述の等温維持が、液体媒体中の冷却のすぐ後に続く、少なくとも１つワイヤをパテンティングする方法により解決される。

この方法は、熱交換がさほど有利ではない膜であるワイヤのまわりの蒸気膜が形成する可能性なしに、冷却液とワイヤとの接触が直接的であるという利点をもたらす。ワイヤの移動速度をワイヤの移動方向に対して横方向の各カーテンの流速と組み合わせれば、冷却液はワイヤのまわりに蒸気膜を形成する時間がなく、液体／鋼ワイヤの熱交換が優れているままである。同時に、この方法は、必要なカーテンの数の簡単な決定により任意の必要な温度で冷却を止めることができるという利点をもたらす。これは、ほとんどの場合に回避すべきである鋼におけるマルテンサイトの出現を引起す過剰の急速冷却を回避することが必要であるような鋼ワイヤのパテンティングの場合に特に重要である。この目的で、ワイヤの移動速度および冷却液の流速ならびに冷却すべきワイヤの直径に応じて通過されるべきカーテンの数の簡単な調整を行なうだけで十分ある。この調整は、過剰のカーテンを停止し、或いは必要とされる温度に達するのに必要なカーテンを始動するだけで十分であるので、簡単である。最後に、本発明により液体媒体中での冷却により温度を調整することができれば、この方法は、ワイヤの温度についての制御ロスの危険性を伴うガス状媒体中のいずれの冷却または加熱を防ぐことが可能である。

本発明の一実施形態によれば、この方法は、上昇乱流における底部から前述のカーテンを噴出することを含んでいる。冷却液は、連続的な、従って、非常に乱流の間欠泉のように圧力下で噴出される。有利には、上昇乱流カーテンは頂部を有しており、この方法はまた、前記頂部からの、および各上昇乱流カーテンの少なくとも一方の側における、前記少なくとも１つの鋼ワイヤが通る乱流の液体落下部を含む。従って、この種類の間欠泉が生じられると、ワイヤは３つの次々の乱流の液流を通ることができ、これらの液流のうちの１つは上昇し、他の２つは降下する。これにより続いて起こる冷却を非常に効果的にする。

本発明の改良実施形態によれば、この方法は、加圧ガスの気泡を上方に案内されるようにして冷却液に噴入し、前記上昇乱流で噴霧された前記カーテンの形態で前記冷却液を前記気泡により同伴することを含む。好ましくは、鋼に対して不活性であるガス、詳細には、空気が使用される。加圧空気の気泡は冷却液を同伴し、同時にその流れを乱流にし、それにより必要な直接熱交換を促進する。また、空気の気泡による上方噴出は、いずれの高価なエネルギ消費をも必要とせず、冷却液を圧送するためのいずれの装置をも回避することが可能である。

冷却液は任意の適当な液体、水、液状塩、ポリマー、オイルであることができ、特には、水であるのがよい。何故なら、従来技術における水の使用により生じる欠点すべては本発明による方法により解消することができるからである。
従って、この方法は制御および調整容易である簡単な方法であり、非汚染性および安価な物質、すなわち、圧縮空気および冷却水のみを消費することが可能である。
本発明による方法に関する他の詳細は請求項に示されている。

また、本発明はこれによる方法を実施するための装置に関する。このような装置は、
前記少なくとも１つの鋼ワイヤをオーステナイト化するための炉と、
前記少なくとも１つの鋼ワイヤを移動するように駆動する手段と、
前記少なくとも１つの移動するワイヤをオーステナイト化温度より低く、マルテンサイト変態温度より高い前記冷却温度まで液体媒体中で冷却するために、前記少なくとも１つの移動するワイヤに対してほぼ横方向に配向された乱流を有する冷却液の少なくとも１つのカーテンを噴出する手段と、
前記パーライト変態温度に達したワイヤ用の温度維持室と、を備えている。

本発明によれば、この装置は、また、
冷却温度として、前記パーライト変態温度に達するために、前記少なくとも１つの移動するワイヤが通る次々の冷却液カーテンの数を調整する手段と、
前記少なくとも１つのワイヤの移動に対して最も下流に位置されたカーテンからの出口に直に配置された温度維持室と、を備えている。

本発明による装置の一実施形態によれば、この装置は、前記少なくとも１つの移動するワイヤの下方に配置された冷却液体を収容するタンクと、前述の液体カーテンを上昇乱流で噴出する手段とを備えている。もちろん、タンクを移動するワイヤの上方に配置することも可能であり、また冷却液カーテンを上から落下させたり噴出したりすることも可能である。
本発明の改良実施形態によれば、温度維持室は、運転状態の冷却液カーテンの数に応じてタンクの上方で水平に移動することができるように設けられている。
本発明による装置に関する他の詳細は請求項に示されている。
本発明の他の詳細は添付図面を参照して非限定的に以下に示す説明から現れてくるであろう。

添付図面を参照して本発明を説明する。種々の図面において、同じまたは類似した要素には、同じ参照番号が付されている。種々の図の説明について、水冷却装置に言及されている。この説明はなお、任意の他の冷却液による冷却に適用可能である。
図１および図２は冷却水２を収容しているタンク１を示している。このタンクの上方において、１つまたはそれ以上の鋼ワイヤ３が矢印４で示す移動方向に移動し、これらのワイヤは、好ましくは、１５ｍｍ未満の直径の横断面を有している。移動の普通の駆動手段が参照番号２３、２４により概略的に示されている。水を、入口５を通して供給し、溢流部６によって排出することができる。図示のタンクでは、水柱高さはほぼ７５０Ｈ₂Ｏｍｍ（７３５０Ｐａ）に等しい。溢流部６は、冷却水を循環状態にするように、熱交換器(図示せず)によって下側入口５′と連通されることができる。

また、タンクはゆすぎ水カーテンを噴出する手段を備えている。これらの噴出手段は、互いに且つワイヤの移動方向と平行なタンクの底部に配置された空気供給導管７〜９を備えている。これらの導管の各々は、タンクの対応する開口部を通しておよび継手１０〜１２によって分配導管１３に連結されており、この分配導管１３には、ファン１４によって加圧空気が供給される。各継手１０〜１２には、導管７における加圧空気の供給量を調整し且つ要求に応じてこれらの継手を運転状態にしたり運転状態から解除したりすることを可能にする閉鎖弁２２が設けられている。

図示の例では、空気供給導管７〜９は、有孔であり、従って、圧力空気の気泡をタンクの水の中に供給する。各導管７〜９の上方において、２つのガイド板１５、１６が、側部から側部にタンクを通るようにタンクの長さ方向壁部３８、３９によって支持されている。これらのガイド板は、水位の上方に位置されたそれらの頂端部では、互いに接近しており、かくして、細い出口スロットを形成している。ガイド板１５、１６は、それらの空気供給導管よりわずかに低く位置されたそれらの底端部で、それらの頂部におけるものよりかなり大きい離隔を有している。かくして、ガイド板は、一種のルーフを形成しており、このルーフの２つの面の間で、気泡が強制的に上方に案内される。水柱よりほんのわずかに大きい空気圧では、例えば、図示の場合、約１０００Ｈ₂Ｏｍｍ（９８０６Ｐａ）の圧力では、空気の気泡は、上昇中、タンク内の水を同伴し、乱流水カーテン１７を上方に追い出す。水カーテンは、その頂部では、２つに分かれ、２つの乱流水落下部１８、１９を形成することができ、冷却されるべきワイヤはまた、これらの水落下部を通らなければならない。

対のガイド板１５、１６は、２つの隣接したカーテンの水落下部が交差することができるように、次々に十分に間を詰めて配置されるのがよい。このように、ワイヤは水の中を連続的に通るが、ワイヤのまわりに水蒸気の膜が形成する可能性が決してない。
幾つかの場合には、容器を頂部の近くで閉鎖するカバー２０を考えることができ、このカバー２０は、水落下部１８、１９の方向を配向するためのそらせ板２１を有している。

図３は鋼ワイヤパテンティング装置を概略的に示している。この装置は、例えば特許出願第ＷＯ０１／７３１４１号に述べられているように、ワイヤの冷却に伴って、ワイヤを加熱するためのユニットを備えている。ここでは、加熱ユニットは、ワイヤ２６の層が移動方向２７に連続的に通る流動床オーブン２５よりなる。これらのワイヤはオーステナイト化温度、例えば、ほぼ９５０℃でこのオーブンから出て、次いで温度均等化装置２８を通り、この温度均等化装置２８では、図示の場合、オーブン２５からの燃焼ガスを導管２９を通して再循環することにより得られたワイヤ温度が維持される。カーバイド(セメンタイト)の溶解をこの装置２８において行い、次いでワイヤを本発明による冷却装置３０に通す。
加熱ユニットおよび温度均等化装置は、本発明によれば不可欠ではなく、オーステナイト化温度でワイヤを得るための任意の適当な方法で配置されることができることが理解されるであろう。

例えば図１および図２に示されるように配置された冷却装置３０は、ワイヤのいずれの方向転換を必要とすることなしに、ワイヤ２６の層が通る幾つかの乱流上昇水カーテンの形成を可能にする。図示の例では、タンクは２０個のカーテンの形成を可能にするが、１０個のカーテンだけを運転状態にした。
鋼の冷却中、等温で通されることができるように、ＴＴＴ（変態、温度、時間）曲線と称される周知である鋼の変態Ｓ字曲線に入る前に可能であるなら、必要とされる品質に対応する製品の温度に急速に達することが非常に重要である。図示のワイヤをパテンティングするとき、これらのワイヤを初めの１０個のカーテンによりオーステナイト化温度より低くマルテンサイト温度より高い温度、詳細には、５００℃と６８０℃との間、例えば、約５８０℃まで急速に冷却する。
この温度では、ワイヤは、Ｓ字曲線を通るために、Ｓ字曲線のノーズ部に面して、すなわち、最小の温置時間に対応する温度に位置されており、それにより鋼の構造に影響する外乱を回避することができる。

図３による実施の形態では、ワイヤ用の温度維持室３１が設けられており、この温度維持室３１は、例えばベルギー特許第ＢＥ−Ａ−８３８７９６号に記載のように、水平に移動することが可能である。ここでは、室３１はローラ３３によってテーブル３２に支持されている。この室の入口３４は、ワイヤの移動方向に見て、運転状態にされた最後の水カーテンのすぐ背後までタンク３０およびワイヤの層の上方に導かれる。そこで、戻りローラ３５、３６により、ワイヤ層は、例えば、電気要素３７によって、最後の水カーテンを通過した後のワイヤが達する温度、例えば、５８０℃に維持される室１３に通される。このとき、ワイヤの移動速度および水カーテンとの熱交換により得られる急速な冷却を考慮に入れると、鋼は好ましくはまだ、いわゆるパーライト変態Ｓ字曲線に達していない。鋼は変態の開始時に、場合により、例えば６００℃までの温度のわずかな自発的上昇を伴って、等温状でこれらの曲線を通ることができ、これは、いずれの冷却液との接触もなく、ガス状媒体における冷却または加熱のいずれの中間工程もない。

このように、水カーテンにより得られた急速な冷却は、運転状態にされたカーテンの数に応じて達成される必要温度で停止された。例えば、処理すべきワイヤがもっと小さい或いはもっと大きい直径を有するなら、或いは何らかな理由で、ワイヤの移動がもっと遅いか或いはもっと速いなら、運転状態にされるカーテンの数を減らすから増やすことで十分である。
本発明は、前述の実施形態に何ら限定されず、また添付の特許請求の範囲を逸脱することなしに多くの変更例を行うことができることがわかるはずである。

本発明によるパテンティング方法に使用されるべき鋼ワイヤ冷却装置の長さ方向断面図である。 図１の頂部の平面図である。 本発明による方法を実施する鋼ワイヤパテンティング装置の概略図である。

Claims (9)

1. 鋼のオーステナイト化温度まで少なくとも１つの鋼ワイヤを加熱し、
   加圧ガスの気泡を上方に案内されるようにして冷却液に噴入し、上向き乱流により、少なくとも１つの冷却液カーテンの形態で前記冷却液を前記気泡により同伴し、
   前記少なくとも１つの鋼ワイヤを前記少なくとも１つの冷却液カーテンに通すことによって、オーステナイト化温度まで達した前記少なくとも１つの鋼ワイヤを急速冷却し、
   前記上向き乱流を示す前記少なくとも１つの冷却液カーテンは、オーステナイト化温度より低く、マルテンサイト変態温度より高い温度に前記少なくとも１つの鋼ワイヤを冷却する冷却温度を得ながら、前記の少なくとも１つの移動する鋼ワイヤの移動方向に対してほぼ横方向に配向され、
   次々に現れる冷却液カーテンの数を調整し、該次々に現れる冷却液カーテンの数は、前記少なくとも１つの鋼ワイヤを等温状態に維持する工程中に維持すべきパーライト変態温度を冷却温度として、前記鋼ワイヤの前記冷却液中での冷却によって得るように決定され、
   パーライト変態の終了時までパーライト変態温度で前記少なくとも１つの鋼ワイヤを等温状態に維持する工程を行う、少なくとも１つの鋼ワイヤをパテンティングする方法において、
   前記少なくとも１つの鋼ワイヤを等温状態に維持する工程を、前記鋼ワイヤの前記冷却液中での冷却工程直後に行うことを特徴とする少なくとも１つの鋼ワイヤをパテンティングする方法。
2. 前記上向き乱流冷却液カーテンは頂部を有しており、前記少なくとも１つの鋼ワイヤを前記上向き乱流冷却液カーテンの各々の前記頂部から落下する冷却液に通す工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ２つの前記次々に現れる上向き乱流冷却液カーテンの頂部から落下する乱流冷却液は、前記の少なくとも１つの鋼ワイヤが通るところで少なくとも部分的に交差することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 冷却液は水であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. パテンティングすべきワイヤは直径が１５ｍｍ未満の横断面を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. ガスの気泡の圧力は冷却液により形成された液柱より大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの鋼ワイヤをオーステナイト化するための炉と、
   前記少なくとも１つの鋼ワイヤを移動するように駆動する手段と、
   前記少なくとも１つの冷却液カーテンを形成するように前記気泡により上向きに同伴される前記冷却液を案内するガイド板と、を含み、
   前記少なくとも１つの冷却液カーテンの上向き乱流は、オーステナイト化温度より低く、マルテンサイト変態温度より高い冷却温度まで冷却液カーテン中で前記の移動する少なくとも１つの鋼ワイヤを冷却するように、前記少なくとも１つの移動する鋼ワイヤに対してほぼ横方向に配向され、
   冷却液および前記加圧ガスの気泡を上方に案内されるようにして冷却液に噴入し、少なくとも１つの冷却液カーテンの形態で前記冷却液を前記気泡により同伴する手段を収容するタンクをさらに含み、該タンクは、前記の移動する少なくとも１つの鋼ワイヤの下方に配置されており、
   前記冷却温度として、前記パーライト変態温度に達するために前記少なくとも１つの移動する鋼ワイヤが通る次々に現れる冷却液カーテンの数を調整する手段と、
   前記パーライト変態温度に達した鋼ワイヤのための温度維持室、とをさらに含み、
   前記温度維持室は、前記少なくとも１つのワイヤの移動に対して最も下流に位置する少なくとも１つの冷却液カーテンからの出口に直に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法を実施するための装置。
8. 前記少なくとも１つの鋼ワイヤが通る少なくとも１つの乱流液体落下部を形成するように前記上向き乱流冷却液カーテンをそらせるそらせ板手段を前記少なくとも１つの移動する鋼ワイヤの上方にさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 温度維持室は、運転状態の冷却液カーテンの数に応じてタンクの上方で水平に移動することができるように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の装置。

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