JP5097707B2 - 金属線材のスケール除去方法と装置 - Google Patents
金属線材のスケール除去方法と装置Info
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Description
本発明は、鋼線等の金属線材の伸線工程で発生したスケールを、研掃剤を混ぜた高圧流体により除去する金属線材のスケール除去方法と装置に関する。
例えば、鋼線の熱間伸線工程では高温に加熱するため、表面にミルスケール（黒皮）やこれを含むスケール（酸化皮膜）が生じる。現在、このスケールを除去する方法として、伸線ダイスに入る前にリング状のピーリング刃で削ぎ落とすという方法がある。
また、現在スケール除去は、酸のプールに金属線材を漬け込んで、スケールを溶かして除去する、酸洗処理も多くなっている。
特開２００１−３２０４２号公報
しかし、従来のメカニカルピーリングでは、一定時間でピーリング刃が磨耗し交換が必要となる。この時、刃の形状がリング状であるがゆえに、いったん線材を切断し刃を交換した後、線材を溶着するという手順を取らざるを得ない。この時、この溶着部の電気抵抗が変化するなど、線材が品質的に不安定なものとなる。そして何よりも大変工数がかかるため、タイムロスも大きくコスト高となる。またスケールが剥離しきれず残ってしまう場合もあり、これが伸線ダイスの焼付けの原因ともなっている。また、従来の酸洗処理では、使用後の酸の処理が面倒であり、コストがかかるとともに、環境にも好ましくないものである。
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、簡単な方法及び装置で、延伸された金属線材の表面の酸化皮膜等を確実に除去することができる金属線材のスケール除去方法と装置を提供することを目的とする。
本発明は、金属線材の伸線工程中に線材表面に生じたスケールの除去方法であって、高圧の液体を噴射する混合ノズルにより、液体中に研掃剤を混ぜたスラリーを高圧流体に乗せ、前記金属線材表面に向けて噴射し、この高圧噴射された液体中の前記研掃剤を前記金属線材表面のスケールに衝突させ、前記スケールを除去する金属線材のスケール除去方法である。
前記研掃剤としては、粒径約４０μｍ〜約８００μｍの球状微粒子を使用するものである。前記研掃剤の球状粒子は、球状ジルコンビーズの他、球状ジルコニアビーズや球状ステンレスビーズ等を使用することができる。
前記研掃剤を混ぜた液体は、水に水溶性切削油を混合した液体であり、この液体中で前記研掃剤を混ぜた高圧水を前記金属線材表面に向けて噴射するものである。
またこの発明は、金属線材の伸線工程中に載置され、前記金属線材表面に生じたスケールを除去する金属線材のスケール除去装置であって、前記金属線材が内部を通過する液体収容槽を設け、前記液体収容槽中を前記金属線材が通過可能に設けられ、前記金属線に向けて高圧の液体を噴射する混合ノズルと、この混合ノズルへ高圧の液体を供給する高圧ポンプと、液体中に研掃剤を混ぜたスラリーを前記混合ノズルに供給するスラリー供給装置とを備え、前記混合ノズルにより前記高圧の液体に前記研掃剤のスラリーを乗せて噴射し、前記金属線材表面のスケールに前記研掃剤を衝突させて除去する金属線材のスケール除去装置である。
さらに、前記研掃剤が混ざった前記液体を回収して前記液体と前記研掃剤を分離するセパレータを設け、前記セパレータから前記スラリー状の研掃剤を前記混合ノズルに供給するとともに、前記セパレータから前記液体成分を回収しさらに前記研掃剤を分離するフィルタ装置等の分離回収装置を備えたものである。前記スラリー供給装置は、前記セパレータと共用されるものである。
前記分離回収装置は、前記研掃剤が混ざった前記液体中の前記除去したスケールを分離回収するマグネット等のスケール分離装置を備えたものである。さらに、前記分離回収装置は、前記研掃剤が混ざった前記液体中の前記研掃剤を分離するフィルタや沈殿槽を備え、前記研掃剤及び前記スケールを除いた前記液体を前記高圧ポンプへ供給するものである。
備えたものである。
備えたものである。
本発明の金属線材のスケール除去方法と装置により、金属線材の表面に形成されたスケールを除去する装置として、安価で効率の良いものとして提供することができる。さらに、本発明の金属線材のスケール除去方法と装置により、スケール除去作業において、これまで一定時間ごとに行わざるを得なかった刃の交換作業という大変手数のかかる工程がなくなり、飛躍的に製造効率がよくなる。また、研掃剤を球状にすることにより、ワイヤーブラシのように線材に傷が残ることもないので、品質的にも安定した線材を供給することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図１、図２を基にして説明する。この実施の形態の金属線材のスケール除去装置は、金属線材１０の伸線工程中に載置され、鋼線等の金属線材１０の表面に生じた酸化皮膜等のスケールを除去するものである。このスケール除去装置は、金属線材１０が内部を通過する液体収容槽１２を有し、液体収容槽１２内には、金属線材１０に向けて高圧の液体を噴射する混合ノズル１４と、混合ノズル１４へ高圧の液体を供給する高圧ポンプ１６を備えている。高圧ポンプ１６は、例えば５〜３０ＭＰａ程度の高圧流体を発生させる。高圧ポンプ１６には複数本、例えば３乃至４本の高圧ホース１８が接続され、高圧ホース１８は、液体収容槽１２の上方に配置された混合ノズル１４に繋がれている。混合ノズル１４では、流速が音速に近い流速に加速される。
液体収容槽１２の上方には、混合ノズル１４が位置し、その上方にセパレータであるサイクロンセパレータ２０が位置している。サイクロンセパレータ２０は、研掃剤の分離装置であってスラリー供給装置でもある。即ち、サイクロンセパレータ２０は、研掃剤の混ざった水から研掃剤と水を分離し、研掃剤を集めて、水中に研掃剤が混ざったスラリーを形成し、混合ノズル１４に供給するスラリー供給装置を兼ねるロート状の収容部２０ａを有し、収容部２０ａの下端の孔がホース２２を介して混合ノズル１４に接続されている。また、収容部２０ａには液体収容槽１２の下層の液体を供給する供給ホース２４が接続されている。さらに、サイクロンセパレータ２０で分離された液体成分を、後述するホイール型フィルタ４０に送り出す送出ホース２６が、各サイクロンセパレータ２０の収容部２０ａの上部に接続されている。供給ホース２４及び送出ホース２６は、各々サイクロンセパレータ２０から所定間隔離れた位置で１本の供給ホース２４ａと、液体成分を回収する１本の送出ホース２６ａに各々まとめられている。
液体収容槽１２は、上層収容部１２ａと下層収容部１２ｂにより構成されている。上層収容部１２ａには、金属線材１０が通過する一対の挿通孔１３が液密に形成され、挿通孔１３の両側にはガイドローラ２８が各々設けられている。金属線材１０の挿通位置の下方には、角錐状に下方に傾斜した斜面部１５が形成され、斜面部１５の下端部に透孔が形成され、液体がこの透孔から下方に流れ落ちるように形成されている。この透孔の周囲にはスケール分離装置である磁石３０が配置され、磁性体成分のスケールを吸着除去可能に設けられている。そして、磁石３０の下方に、下層収容槽１２ｂが位置している。下層収容部１２ｂ底面には、水中ポンプ３２が配置され、サイクロンセパレータ２０へ液体を供給する供給ホース２４ａが接続されている。また、下層収容部１２ｂ内の中央部にも水中ポンプ３４が設けられ、下層収容部１２ｂ内の液体を吸引しホース３６を経て下層へ循環させるようにしている。
混合ノズル１４は、上層収容部１２ａ内の金属線材１０に対して、９０°間隔で４カ所に配置され、金属線材１０の挿通方向に所定距離互いにずれて配置されている。また、混合ノズル１４の金属線材１０に対する角度は、金属線材１０の送り速度により適宜設定し得るが、３０°〜１５０°の範囲で適宜調整する。また、混合ノズル１４を３箇所に配置する場合、１２０°間隔で配置すればよく、配置個数及び間隔は適宜設定し得る。金属線材１０から混合ノズル１４までの距離は、ノズル径φ＝Ｄとした場合、２０Ｄ〜２００Ｄが最も効果的である。また、金属線材１０の進行方向に対して逆行するように角度をつけて噴射すると、当接面積が増え相対速度が上がり効率が良くなるので、金属線材１０の引き速度により適宜ノズル角度を調整する。
送出ホース２６ａの出口には、ホイール型フィルタ４０が沈殿槽４２の上方に設けられ、液体中の研掃剤であるジルコンビーズを回収する受け部３８がホイール型フィルタ４０内に設けられ、ホース３９により受け部３８から研掃剤が液体収容槽１２へ戻される。さらに、沈殿槽４２によりジルコンビーズを沈殿させ、沈殿槽４２の表層部分の液体が高圧ポンプ１６へホース４４を介して循環するように構成されている。従って、この送出ホース２６，２６ａ、受け部３８，ホース３９、ホイール型フィルタ４０、沈殿槽４２が分離回収装置を構成し、沈殿槽４２はスケール分離装置も兼ねる。
この実施形態において、使用する液体は水に水溶性切削油を５０：１で混合したものである。水中に混ぜられた研掃剤は、粒径約４０μｍ〜約８００μｍ、好ましくは１００μｍ〜約４００μｍ程度で、ほぼ真球の球状粒子の球状ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）である。使用する球状ジルコンビーズは、比重が３．８、モース硬度が７程度である。球状ジルコンビーズは、比重が重く、すぐに沈降してしまうので、球状ジルコンビーズの研掃剤を水中に分散させるため、水中ポンプ３４により研掃剤を入れた水を循環させている。また、その他の攪拌装置を水槽内に設けて、水を直接攪拌してもよい。
なお、研掃剤としては、球状ジルコンのジルコンビーズの外に、高強度で靱性の高い他のジルコニア（酸化ジルコニウム：ＺｒＯ２）ビーズを用いることもできる。例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＺｒＯ２Ｙ２Ｏ３）でも良い。このイットリア安定化ジルコニアは、耐久性が高く形状も安定している。その他、球状ステンレスビーズを用いる場合もあり、これらを適宜使い分けて用いることもできる。
次に、この実施形態のスケール除去装置の動作について説明する。水中ポンプ３２から送り出された研掃剤の混合した水は、１本の供給ホース２４ａを経て個々の供給ホース２４から４箇所のサイクロンセパレータ２０に供給される。サイクロンセパレータ２０では、収容部２０ａで研掃剤入りの水がサイクロン状に渦巻き、研掃剤が収容部２０ａのロート状の内周面に沿って集まる。収容部２０ａの内周面には比重の重い研掃剤が集まり、斜面に沿って下端の小孔からスラリー状になって排出される。収容部２０ａから出た水と研掃剤のスラリーは、混合ノズル１４へホース２２を経て送出される。一方、円錐状の収容部２０ａの上方中央部には、送出ホース２６が接続され、研掃剤が周囲に振り分けられた残りの水を吸引し、ホイール型フィルタ４０に送り出している。
混合ノズル１４には、高圧ポンプ１６から高圧の水が供給され、音速に近い流速になってノズル先端から噴射される。このとき、混合ノズル１４内では、サイクロンセパレータ２０から送り込まれた研掃剤のスラリーが高圧の水に吸い込まれるよう混合し、ノズル先端から研掃剤入りの高圧噴射流が射出される。
高速で噴射された研掃剤入りの噴射流は、金属線材１０の表面のスケールに衝突し研掃剤によりスケールが研削される。この時、ジルコンビーズの研掃剤は、球形であり、鋼線等の金属線材１０を傷つけず、きれいな表面に仕上げる。特に、球状ジルコンビーズの研掃剤は、非金属であるので、金属線材１０に異種金属が付着することがなく、金属線材１０の腐食の可能性を抑える。
液体収容槽１２の上層収容部１２ａでは、金属線材１０の表面に衝突してスケールや水とともに研掃剤が落下し、上層収容部１２ａの斜面部１５に沿って下層収容部１２ｂに向かって落ちる。そして、上層収容部１２ａの下端の透孔の周囲に設けられた磁石３０により、磁性体成分が吸着除去される。下層収容部１２ｂでは、水と研掃剤が混じったものであり、この水を水中ポンプ３２により吸引して、サイクロンセパレータ２０に送り出され、上述の作用により、サイクロンセパレータ２０で水と研掃剤のスラリーとに分けられ、上記の通り機能する。
一方、サイクロンセパレータ２０から吸引された水は、約９０％の研掃剤が除去されたものであり、ホイール型フィルタ４０でさらに研掃剤が除去される。しかし、高圧ポンプ１６へ送る水は、ほとんど異物がない状態にしなければならないので、さらに、残りの水が沈殿槽４２に送られ、研掃剤が沈殿除去され、ホース４４を経て、高圧ポンプ１６へ水のみが送られる。
この実施形態の金属線材のスケール除去装置は、高圧ポンプ１から出た高圧処理水が混合ノズル１４から球状研掃剤とともに噴射され、高速で金属線材１０表面に衝突し、表面のスケールを瞬時に取り去ることができ、金属線材１０に悪影響を与えることがないものである。
なお、この発明の金属線材のスケール除去装置の液体収容槽１２は、上層収容部１２ａと下層収容部１２ｂに分かれたものの他、一つの収容部より構成されたものでも良い。また、1本の混合ノズル１４に対して一つの液体収容槽１２を備えたものでも良い。
１０ 金属線材
１２ 液体収容槽
１２ａ 上層収容部
１２ｂ 下層収容部
１４ 混合ノズル
１６ 高圧ポンプ
１８ 高圧ホース
２０ サイクロンセパレータ
２２ ホース
２４ 供給ホース
２６ 送出ホース
３０ 磁石
３２，３４ 水中ポンプ
４０ ホイール型フィルタ
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Claims (6)
- 金属線材の伸線工程中に線材表面に生じたスケールの除去方法において、
高圧の液体を噴射する混合ノズルにより、液体中に研掃剤を混ぜたスラリーを高圧流体に乗せ、前記金属線材表面に向けて噴射し、前記研掃剤として、粒径約４０μｍ〜約８００μｍの球状微粒子であって、球状ジルコンビーズ、球状ジルコニアビーズ、又は球状ステンレスビーズを使用し、この高圧噴射された液体中の前記研掃剤を前記金属線材表面のスケールに衝突させ、前記スケールを除去することを特徴とする金属線材のスケール除去方法。 - 前記研掃剤を混ぜた液体は、水に水溶性切削油を混合した液体であり、この液体中で前記研掃剤を混ぜた高圧水を前記金属線材表面に向けて噴射することを特徴とする請求項１の金属線材のスケール除去方法。
- 金属線材の伸線工程中に載置され、前記金属線表面に生じたスケールを除去する金属線材のスケール除去装置において、
前記金属線材が内部を通過する液体収容槽を設け、前記液体収容槽中を前記金属線材が通過可能に設けられ、前記金属線材に向けて高圧の液体を噴射する混合ノズルと、この混合ノズルへ高圧の液体を供給する高圧ポンプと、液体中に研掃剤を混ぜたスラリーを前記混合ノズルに供給するスラリー供給装置とを備え、前記混合ノズルにより前記高圧の液体に前記研掃剤のスラリーを乗せて噴射し、前記金属線材表面のスケールに前記研掃剤を衝突させて除去することを特徴とする金属線材のスケール除去装置。 - 前記研掃剤が混ざった前記液体を回収して前記液体と前記研掃剤を分離するセパレータを設け、前記セパレータから前記スラリー状の研掃剤を前記混合ノズルに供給するとともに、前記セパレータから前記液体成分を回収しさらに前記研掃剤を分離する分離回収装置を備えた請求項３記載の金属線材のスケール除去装置。
- 前記分離回収装置は、前記研掃剤が混ざった前記液体中の前記除去したスケールを分離回収するスケール分離装置を備えた請求項４記載の金属線材のスケール除去装置。
- 前記分離回収装置は、前記研掃剤が混ざった前記液体中の前記研掃剤を分離するフィルタを備え、前記研掃剤及び前記スケールを除いた前記液体を前記高圧ポンプへ供給する請求項５記載の金属線材のスケール除去装置。
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