JP5633101B2 - 連続式熱処理炉 - Google Patents

Description

この発明は、コイル状に巻回された線材や棒材等の鋼材からなる処理品を熱処理する連続式熱処理炉に関する。

熱間圧延により得られた線材や棒材(以下、圧延材という)は、伸線加工等の二次加工に先立って、加工性改善のために焼鈍処理され、また上記圧延材に伸線加工を施して得た線材(以下、伸線材という)を、さらに細径化のための伸線加工を施す場合は、同様に加工性改善のためさらに焼鈍処理される。

上記の焼鈍処理対象の処理品のうち、圧延材には熱間圧延に起因する圧延スケールが表面に形成されているため、この圧延スケールを焼鈍後に脱スケール容易のものとする熱処理装置として、処理品を還元性雰囲気中で加熱後、酸化性雰囲気中で処理品表面を酸化させ、その後大気中などで急速冷却する熱処理装置が提案されている（たとえば特許文献１参照。）。
特開平７−３４１３９号公報

ところが上記特許文献に記載の装置は、還元性雰囲気中で処理品の加熱を行うものであり、処理品に脱浸炭が生じないように、たとえば吸熱型ガス等を調整して、ＣＯおよびＣＯ_２濃度の比率によって決まるＰＦ値（ポテンシャルファクター）を常時炉温や鋼種に応じて変更する雰囲気制御を行う必要があった。また、上記特許文献に記載の装置では、圧延材を処理する場合には、後酸洗性を確保するために熱処理前に前酸洗を行う必要があった。

そこで本件出願に係る発明者らは、種々実験を重ねた結果、圧延材からなる処理品の加熱及び冷却を不活性ガス雰囲気中で行うことにより、炉内雰囲気の制御が炉温・鋼種の制約を受けずに容易であり焼鈍後の脱スケール性の良好な処理済品が得られることを見出した。また、圧延材からなる処理品の加熱及び冷却を不活性ガス雰囲気中で行うことにより、前酸洗を省略しても、焼鈍後の脱スケール性の良好な処理済品が得られることを見出した。これは、不活性雰囲気での冷却により、ウスタイト（ＦｅＯ）のマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）化を防止できるからである。しかし、処理品が前記伸線材からなる場合は、伸線材の表面に付着している潤滑剤が、上記の不活性ガス雰囲気中での加熱によって伸線材表面で炭化して、後酸洗工程においても除去されず、後続の伸線工程の支障となるという新たな問題点が見出された。

この発明は上記の点にかんがみてなされたもので、加熱室内の雰囲気制御が容易であり、圧延材の処理の場合に前酸洗を省略できるとともに、圧延材及び伸線材の両処理品に対して後酸洗性の良好な処理済品を得ることができる連続式熱処理炉を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためにこの発明の連続式熱処理炉は、一端部に前室をそなえ不活性ガス雰囲気中で処理品の加熱を行う加熱室の他端部に、不活性ガス雰囲気中で前記処理品の冷却を行う第１冷却室と、真空パージ室と、酸化性ガス雰囲気中で前記処理品の冷却を行う第２冷却室とを、この順に連結し、前記前室を経て前記加熱室内に送入され加熱処理された前記処理品に対して、前記処理品が圧延材である場合は、前記第１冷却室において、加熱室から移送された前記処理品を冷却し、冷却後の前記処理品は、前記真空パージ室を経て前記第２冷却室内を冷却処理することなく通過させて炉外へ抽出し、前記処理品が伸線材である場合は、加熱処理後の前記処理品は、前記第１冷却室において冷却することなく前記第１冷却室及び前記真空パージ室を経て前記第２冷却室へと移送し、前記第２冷却室において前記処理品を冷却し、冷却後の前記処理品は、前記第２冷却室から炉外へ抽出することで、前記処理品の冷却を行うように構成されていることを特徴とする連続式熱処理炉。

上記構成の連続式熱処理炉によれば、前室を経て加熱室内に送入された処理品に対して、加熱室においてはたとえばＮ_２などの不活性ガス雰囲気中で加熱処理されるので、処理品は脱浸炭されることがなく、還元性雰囲気時におけるような炉温・鋼種に伴う雰囲気制御に比べて、加熱室内の雰囲気制御は遥かに容易なものとなる。そして加熱室内は不活性ガス雰囲気であるため、処理品が圧延材である場合に、前酸洗の省略によりその表面に形成されていた圧延スケールは酸化・還元されることなく昇温し、処理品が伸線材である場合にその表面に付着していた潤滑剤も酸化・還元されることなく炭化物状態となって昇温し、いずれも冷却工程に送られる。

この加熱室における加熱処理が終了した処理品に対しては、該処理品が圧延材である場合はＮ_２などの不活性ガス雰囲気の第１冷却室において、加熱室から移送された処理品を冷却することにより、前記圧延スケールは酸化・還元されることなく降温し、圧延スケール中のウスタイト（ＦｅＯ）が硬質で酸洗性が悪いマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）へ変態する現象は阻止され、後酸洗による脱スケールが容易となり、前酸洗の省略が可能となるとともに、上記冷却として冷却速度が８℃／分以上、さらに好ましくは１０℃／分以上である急速冷却をおこなうことにより、圧延スケールには地鉄表面に達する多くの亀裂が生じ、後酸洗による脱スケールが一層容易となる。冷却後の処理品は、真空パージ室を経て第２冷却室内を冷却処理することなく通過させ炉外へ抽出する。

また処理品が伸線材である場合は、加熱処理後の処理材品は、第１冷却室において冷却することなく該第１冷却室及び真空パージ室を経て第２冷却室内へと移送し、酸化性ガス雰囲気の第２冷却室において処理品を冷却すれば、伸線材の表面に固着していた炭化物は酸化され、後酸洗を容易にすることができる。なおこのときの冷却は、徐冷による伸線材表面部におけるウスタイト層のマグネタイト化を避けるため、冷却速度８℃／分以上の急速冷却とするのが好ましい。冷却後の処理品は、第２冷却室から炉外へ抽出する。

以上説明したようにこの発明によれば、加熱室内の雰囲気制御が容易であり、圧延材の処理の場合に前酸洗を省略できるとともに、圧延材及び伸線材の両処理品に対して後酸洗性の良好な処理済品を得ることができる連続式熱処理炉が得られるとともに、圧延材及び伸線材用に別個の専用の熱処理炉を設ける必要はないので、設備費及び設置スペースが少なくて済む。

以下図１に示す一例により、この発明の実施の形態を説明する。図１は連続式熱処理炉１の全体を示し、一端部に前室２をそなえた加熱室３の他端部に、第１冷却室４と、真空パージ室５と、第２冷却室６とを連結してある。７は炉内全長にわたって設けた処理品Ｗ移送用のハースローラ、８は前室２の入口外側に設けた送入テーブル、９は第２冷却室６の出口外側に設けた抽出テーブルである。

加熱室３は、不活性ガス雰囲気中で処理品Ｗの加熱を行うものであり、この例では不活性ガスとしてＮ_２ガスを用い、Ｎ_２ガス発生装置（Ｎ_２ガスボンベ）１１からＮ_２ガスが配管１２を経て加熱室３内に供給されるようになっており、１３は配管１２に設けた開閉弁である。加熱室３内には、図示しないラジアントチューブバーナ式のヒータが設けてあり、１４は撹拌用のファンである。１５は加熱室３の入口１６の扉、１７は出口１８の扉で、第１冷却室４との間の仕切扉を構成するものである。

加熱室３の入口１６の前側に扉室１９を介して設けられた前室２は、気密式の扉をそなえ、処理品Ｗを加熱室３内へ送入するのに先立って該前室内をＮ_２ガス雰囲気にガスパージするためのパージ室であり、この例では加熱室３内と前室２とを連通させる連通管２１に、開閉弁２２を設けて、パージ用ガス導入手段としてある。

また加熱室３の出口１８の後側に設けた第１冷却室４は、不活性ガス雰囲気中で処理品Ｗの冷却を行うものであり、Ｎ_２ガス発生装置１１に接続された不活性ガス導入管２３が接続されており、２４はこの導入管に設けた開閉弁である。そして第１冷却室４の炉殻の底部には冷却風吹付用のブロワ２５が設けてあり、該炉殻の側壁部内側には、図示しない雰囲気ガス冷却用の熱交換器から成る冷却器が設けられている。

一方、第１冷却室４の後側に設けた真空パージ室５は、気密式の扉をそなえ、第１冷却室４からの処理品Ｗの送出時に該パージ室内をＮ_２ガス雰囲気にパージするためのものであり、Ｎ_２ガス発生装置１１に接続された不活性ガス導入管２６と、真空ポンプ２７に至る排気管２８が接続されており、２９，３０はこれらの管路に設けた開閉弁である。

また真空パージ室５の後側に設けた第２冷却室６は、酸化性ガス雰囲気中で処理品の冷却を行うものであり、この例では酸化性ガスとして大気を用いており、入口３１部および出口３２部に扉を有しない前後開口型の炉殻の底部に、第１冷却室４と同様な冷却風吹付用のブロワ３３をそなえ、第１冷却室４と同様な図示しない冷却器が炉殻の側壁部内側に設けられている。

上記構成の連続式熱処理炉１の熱処理対象である処理品Ｗは、低〜高炭素鋼材（特殊鋼を含む）からなる線材をコイル状に巻回してなり、この線材が、熱間圧延により得られた熱間圧延線材からなる場合（以下圧延材という）と、この熱間圧延線材に伸線加工を施して得た線材あるいはこれにさらに高次の伸線加工を施して得た線材からなる場合（以下、伸線材という）の、二種類の処理品Ｗを熱処理対象としている。

次に上記処理品Ｗを焼鈍処理する工程を説明すると、先ず処理品Ｗは送入テーブル８上から１トレイずつ前室２を経て加熱室３内に送入する。このとき一旦前室２内に処理品Ｗを送入したのち、前室２内のガスパージは、開閉弁２２を開いて加熱室３内のＮ_２ガスを前室２内に供給する（室内の空気は図示しない排気管から排出させる）ことにより行い、前室２内がＮ_２ガス雰囲気となったら、処理品Ｗを加熱室３内へと移送する。

加熱室３においては、室内をＮ_２ガス雰囲気（不活性ガス雰囲気）に維持しながら処理品Ｗの加熱処理を行う。このとき加熱室３内が所定の炉圧で所定の低露点及び低酸素濃度雰囲気が維持されるよう、図示しない制御装置による開閉弁１３の開閉制御により、加熱室３内への低露点のＮ_２ガスの供給量を制御する。

処理品Ｗが加熱室３内を入口１６の内側部から出口１８の内側部へ移動する間に、処理品Ｗの鋼種、および低温焼鈍，軟化焼鈍，球状化焼鈍等の焼鈍の種類に応じて、処理品Ｗを昇温後所定の温度で所定時間保持する加熱処理を行う。この加熱はＮ_２ガス雰囲気中で行われるため、処理品Ｗが圧延材からなる場合は、前酸洗の省略によりその表面に形成されていた熱間圧延に起因する圧延スケールは酸化・還元されることなく昇温し、また処理品Ｗが伸線材からなる場合は、その表面に付着していた潤滑剤は酸化・還元されることなく昇温して炭化物状態となる。

加熱室３内における加熱処理後の処理品Ｗは、処理品Ｗが圧延材からなる場合は、Ｎ_２ガス雰囲気の第１冷却室４内へ移送して、Ｎ_２ガス雰囲気の同室内で処理品Ｗを冷却処理する。これによって処理品Ｗの前記圧延スケールは酸化・還元されることなく降温し、大気などの酸化性ガス雰囲気中で冷却した場合のように圧延スケール中のウスタイト（ＦｅＯ）が硬質で酸洗性が悪いマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）へ変態する現象は阻止され、後酸洗による脱スケールが容易となるので、処理品Ｗの前酸洗は省略可能となる。そしてこの冷却処理として、冷却速度が８℃／分以上、好ましくは１０℃／分以上の急速冷却を行うことにより、圧延スケールは地鉄表面に達する多くの亀裂が生じ、熱処理後の後酸洗による脱スケールが一層容易となる。冷却後の処理品は、真空パージ室５を経て第２冷却室６内を冷却処理することなく通過させ、炉外へ抽出する。

一方、処理品Ｗが伸線材からなる場合は、加熱処理後の処理品Ｗは、第１冷却室４において冷却することなく、第１冷却室４及び真空パージ室５を経て第２冷却室６内に移送し、この第２冷却室６の大気雰囲気（酸化性ガス雰囲気）中で処理品Ｗの冷却を行う。これによって、処理品Ｗの表面に付着していた炭化物は酸化するため、後酸洗による除去が容易になる。そしてこの大気雰囲気中での処理品Ｗの冷却は、徐冷による伸線材表面部におけるウスタイト層のマグネタイト化を避けるために、冷却速度８℃／分以上の急速冷却とするのが好ましく、これによって硬質のマグネタイト層の形成を阻止し、後続の加工工程に支障をきたすことがない。冷却後の処理品は、第２冷却室６の出口３２部から炉外へ抽出する。

上記の冷却処理により、処理品Ｗが圧延材である場合も伸線材である場合も、処理品Ｗを所定の温度（好ましくは、鋼種により異なるがウスタイトの変態終了温度以下のたとえば４００℃）まで降温させたのち、処理済品として抽出テーブル９上へ抽出する。次いで真空パージ室５内を真空ポンプ２７により真空排気後、開閉弁２９を開いて同室内をＮ_２ガス雰囲気とし、上記と同様にして加熱室３から加熱処理後の次の処理品Ｗを、処理品Ｗの種類（圧延材か伸線材か）に応じて第１冷却室４または第２冷却室６に受入れて、上記と同様な冷却処理を行えばよい。

以上のように連続式熱処理炉１においては、先ず処理品Ｗの加熱工程は、不活性ガス雰囲気の加熱室３内において行われるため、処理品は雰囲気ガスにより脱浸炭されることがなく、還元性雰囲気中での加熱時における炉温・鋼種に伴う雰囲気制御に比べて、加熱室における雰囲気制御は遙かに容易である。

また加熱処理後の処理品Ｗの冷却工程は、処理品Ｗの種類（圧延材か伸線材か）に応じて冷却時の雰囲気として、処理品Ｗが圧延材の場合は第１冷却室４の不活性ガス雰囲気を選択し、処理品Ｗが伸線材の場合は第２冷却室６の酸化性ガス雰囲気を選択して、それぞれ冷却処理をおこなうことによって、前述のように、圧延材の場合は、前酸洗の省略により表面に形成されていた圧延スケールを後酸洗による除去が容易なものとし、伸線材の場合は表面の炭化物を酸化させ、後酸洗による除去を容易にすることができ、いずれも後酸洗性の良好な処理済品が得られ、処理品Ｗが圧延材の場合の前酸洗は省略可能となる。そしてこれらの加熱・冷却処理は、１基の連続式熱処理炉１によって行うことができ、圧延材及び伸線材用に別個の熱処理炉を設ける必要はないので、熱処理炉の設備費及び設置スペースは少なくて済むのである。

この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば上記の例では不活性ガスとしてＮ_２ガスを用いたが、これ以外にたとえばＡｒガスなどの不活性ガスを用いてもよく、また上記のコイル状の線材の他、多数本の棒材をラック上などに積層した形態の処理品を熱処理対象としてもよい。また前室２は、真空パージ室５と同様な構成の真空パージ室としてもよく、第２冷却室６は、入口３１部および出口３２部に扉をそなえた構造の冷却室としてもよい。

この発明の実施の形態の一例を示す連続式熱処理炉の縦断面図である。

符号の説明

１…連続式熱処理炉、２…前室、３…加熱室、４…第１冷却室、５…真空パージ室、６…第２冷却室、７…ハースローラ、１１…Ｎ_２ガス発生装置、１２…配管、１３…開閉弁、２１…連通管、２２…開閉弁、２３…不活性ガス導入管、２４…開閉弁、２６…不活性ガス導入管、２７…真空ポンプ、２８…排気管、２９…開閉弁、３０…開閉弁。

Claims (1)

1. 一端部に前室をそなえ不活性ガス雰囲気中で処理品の加熱を行う加熱室の他端部に、不
   活性ガス雰囲気中で前記処理品の冷却を行う第１冷却室と、真空パージ室と、酸化性ガス
   雰囲気中で前記処理品の冷却を行う第２冷却室とを、この順に連結し、前記前室を経て前
   記加熱室内に送入され加熱処理された前記処理品に対して、前記処理品が圧延材である場
   合は、前記第１冷却室において、加熱室から移送された前記処理品を冷却し、冷却後の前
   記処理品は、前記真空パージ室を経て前記第２冷却室内を冷却処理することなく通過させ
   て炉外へ抽出し、前記処理品が伸線材である場合は、加熱処理後の前記処理品は、前記第
   １冷却室において冷却することなく前記第１冷却室及び前記真空パージ室を経て前記第２
   冷却室へと移送し、前記第２冷却室において前記処理品を冷却し、冷却後の前記処理品は
   、前記第２冷却室から炉外へ抽出することで、前記処理品の冷却を行うように構成されて
   いることを特徴とする連続式熱処理炉。

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