JPH05331547A - 鋼材の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼材表面に拘束用部材による疵を生じさせる
ことなく長尺鋼材の冷却処理を行うこと 【構成】 長尺の鋼材の長手方向複数箇所を拘束する複
数の拘束装置を備え、鋼材全長を同時に冷却する熱処理
装置であって、少なくとも、鋼材長手方向中央部以外を
拘束する拘束装置が、鋼材の収縮に追従して無駆動で鋼
材長手方向にスライド移動するスライド追従機構を備
え、拘束部での材料の滑りを生じないようにした。ま
た、拘束装置を構成する鋼材拘束部材に、その鋼材当接
面に冷媒を供給し得る冷媒供給機構を設け、鋼材拘束部
材が当接する鋼材部分にも冷媒を当て長手方向で硬度む
らのない鋼材が得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は軌条等の鋼材の熱処理
装置に関するものである。

【従来技術】

【０００２】圧延直後の鋼材の冷却処理等においては、
所望の組織及び硬度を得るために冷却速度を厳密に管理
することが重要であり、設定通りの冷却速度を得るため
には被熱処理材と冷却ノズルの相対位置関係を正確に保
つ必要がある。このため、特に断面非対称鋼材の冷却処
理や断面不均一冷却処理では、被熱処理材を強固に拘束
して、被熱処理材の冷却ノズルに対する位置関係を正確
に保つようにする方法が採られる。

【０００３】しかし、長尺の鋼材、例えば長さ２５ｍの
軌条の全長を同時に８００℃から５００℃まで冷却した
場合、軌条は長手方向で１０５ｍｍ程度収縮する。した
がって、長尺の鋼材を長手方向で拘束したまま冷却する
と、上記の収縮により拘束部で材料の滑りが生じ、被熱
処理材の表面に所謂スベリ疵が発生して製品欠陥とな
る。このような問題に対し特開昭５７−２０７１１８号
では、長尺鋼管の焼入装置における拘束部でのスベリ疵
の発生を防止するための装置として、一方向にのみ回転
可能なクランプロールを備えた拘束装置が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この装置は、熱処理の
対象が線対称形状の鋼管であり、特別に偏冷却等の悪条
件が加わらない限り、大きく曲がることはない。したが
って、クランプ装置に多大な剛性が求められることはな
く、長手方向の寸法変化に対応できることが主要件とな
り、自ら機動性が発揮できるものであれば事足りる。し
かしながら、レールは軸線回りの非対称度合いが著し
く、その熱処理装置は冷却時の大きな曲げ応力に抗し得
るものでなければならない。このため、熱処理装置は高
剛性を有する必要があり、この結果、大掛かりなものと
ならざるを得ず、重量も嵩むことになる。また、かかる
装置においても、冷却されたレールの軸方向への伸縮を
阻害せず機動性が発揮できるものでなければならない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明装置は、長尺の鋼材の長手方向複数箇所
を拘束する複数の拘束装置を備え、鋼材全長を同時に冷
却する熱処理装置であって、少なくとも、鋼材長手方向
中央部以外を拘束する拘束装置が、鋼材の収縮に追従し
て無駆動で鋼材長手方向にスライド移動するスライド追
従機構を備えたことを特徴とする鋼材の熱処理装置であ
る。また、拘束装置を構成する鋼材拘束部材は、その鋼
材当接面に冷媒を供給し得る冷媒供給機構を備えること
ができる。

【０００６】

【作用】鋼材が熱処理装置内の冷却処理位置で支持され
た状態で、拘束装置を構成する鋼材拘束部材で鋼材を拘
束する。冷媒の吹き付けにより鋼材の長手方向全長を一
斉に冷却すると鋼材は長手方向で収縮するが、鋼材長手
方向中央部以外を拘束する各拘束装置は、鋼材を拘束し
たまま鋼材収縮に追従して鋼材長手方向にスライド移動
する。したがって、拘束部で材料の滑りが生じることは
なく、鋼材に拘束用部材によるスベリ疵が生じることが
ない。

【０００７】また、拘束装置の鋼材拘束部材が、その鋼
材当接面に冷媒を供給し得る冷媒供給機構を備えた装置
では、鋼材拘束部材の鋼材当接面に空気やスチーム等の
冷媒が供給され、鋼材拘束部材が当接した鋼材面が冷却
される。本発明装置における鋼材の冷却処理は、鋼材周
囲の冷媒噴射ノズルから冷媒を噴射することにより行わ
れるが、鋼材拘束部材が当接している鋼材部分は同部材
で覆れるため保熱状態となり、他の部分と品質（硬度）
が異なるおそれがある。この点、鋼材拘束部材に冷媒供
給機構を設けた装置では、鋼材拘束部材が当接する鋼材
部分にも冷媒が当るため、長手方向で硬度むらのない鋼
材を得ることができる。

【０００８】

【実施例】図１および図２は本発明を軌条の熱処理装置
に適用した場合の一実施例を示すもので、熱処理装置内
の拘束装置のみを部分的に示したものである。図１に示
すように、拘束装置１ａ、１ｂは熱処理装置長手方向に
沿って適当な間隔をおいて複数配置され、長尺の軌条Ａ
の長手方向複数箇所を拘束できるようにしている。この
実施例では、軌条長手方向中央部を拘束する拘束装置１
ａが固定式であり、他の拘束装置１ｂが、鋼材長手方向
にスライド移動可能なスライド追従機構を備えている。
このように、軌条長手方向中央部を拘束する拘束装置１
ａを固定式とすることにより、冷却時に軌条がその長手
方向中央部に向って収縮することになる。このため、収
縮に伴う拘束装置１ｂのスライド移動量を小さくするこ
とができ、後述する拘束装置原位置復帰用のシリンダ装
置７のストロークを短くすることができる。

【０００９】図２は各拘束装置１ｂの構造を示すもの
で、各拘束装置１ｂは、基台Ｘ上を軌条長手方向スライ
ド可能なスライド台２と、このスライド台２上に設けら
れる軌条支持部３と、スライド台２上に軌条長手方向を
横断する方向に旋回可能に支持され、前記軌条支持部３
との間で軌条足部の両側をクランプする１対のクランプ
アーム４と、この各クランプアーム４を旋回させるため
のシリンダ装置５等から構成されている。

【００１０】前記１対のクランプアーム４は各長手方向
中間部で屈曲した形状をしており、その先端部が軌条を
拘束すべきクランプ部４１を構成している。このクラン
プアーム４は軌条支持位置を挾んで対向するようにして
スライド台２上に配され、その屈曲部を介して上下方向
回動可能に枢支６されている。この１対のクランプアー
ム４は、そのクランプ部４１と軌条支持部３との間で軌
条両側の足先部をクランプする。前記シリンダ装置５
は、その本体がスライド台２上に支持され、その作動ロ
ッド５１が前記クランプアーム４の後端に連結されてい
る。

【００１１】このような構成の各拘束装置１ｂは、スラ
イド台２が基台Ｘ上をスライドすることで、軌条長手方
向移動可能である。また、各拘束装置１ｂに対して、軌
条の収縮に追従してスライド移動した装置を原位置に復
帰させるためのシリンダ装置７が付設されており、各シ
リンダ装置７の作動ロッド７１がスライド台２に連結さ
れている。このシリンダ装置７は、軌条冷却時にはフリ
ーの状態にされ、軌条収縮に伴う拘束装置１ｂの軌条長
手方向でのスライド移動を妨げない。

【００１２】一方、軌条長手方向中央部を拘束する拘束
装置１ａは、クランプアーム４およびシリンダ装置５の
構成は上記の拘束装置１ｂと同一であるが、拘束装置１
ｂのように移動式ではなく基台上に定置・固定されてい
る。なお、場合によっては、この軌条長手方向中央部を
拘束する拘束装置１ａについても、拘束装置１ｂと同様
に軌条長手方向でスライド移動可能な構成にしてもよ
い。

【００１３】また、図３および図４に示すように、本実
施例では拘束装置１ａ、１ｂを構成するクランプアーム
４のクランプ部４１が、その軌条当接面に冷媒を供給し
得る冷媒供給機構を備えており、クランプ部４１で拘束
された軌条足先部の部分の冷却を行えるようになってい
る。すなわち、軌条足部を拘束するクランプ部４１に
は、クランプ部４１の軌条当接面４１０に開口する複数
の冷媒供給孔８が形成され、さらに、クランプ部４１の
前記軌条当接面４１０には、前記各冷媒供給孔８から複
数方向に延びる溝９が形成されている。この実施例で
は、軌条当接面４１０に溝９が格子状に形成され、各溝
９の交差部に冷媒供給孔８の開口が位置している。そし
て、各冷媒供給孔８には図示しない供給管を通じて冷媒
が供給されるようになっている。なお、その他図面にお
いて、１３は軌条に冷媒を噴射する冷媒噴射ヘッダーで
あ。

【００１４】このような装置によれば、熱処理装置内に
軌条Ａが装入され、軌条支持部３上に支持された状態
で、各拘束装置１ａ、１ｂの１対のクランプアーム４が
シリンダ装置５により旋回し、クランプ部４１と軌条支
持部３との間で軌条両側の足先部をクランプする。軌条
Ａの長手方向全長を一斉に冷却すると、軌条Ａは図１に
示すように長手方向で収縮するが、拘束装置１ｂは軌条
Ａを拘束したまま軌条の収縮に追従して軌条長手方向に
無駆動でスライド移動する。したがって、クランプ部４
１で材料の滑りが生じることはなく、軌条足先部に拘束
用部材たるクランプアーム４によるスベリ疵が生じるこ
とがない。

【００１５】また、各クランプ部４１の冷媒供給孔８に
は供給管を通じて冷媒（空気、スチーム等）が供給さ
れ、この冷媒は溝９に沿って流れることにより、クラン
プ部４１が当接する軌条足先部の被拘束部を冷却する。
これにより、軌条長手方向全長を冷却むらを生じること
なく均一に冷却することができる。冷却処理が完了する
と、クランプアーム４が開放され、軌条Ａが熱処理装置
外に搬出され、しかる後、軌条収縮に追従してスライド
移動した各拘束装置４がシリンダ装置７により駆動さ
れ、冷却処理前の原位置に移動・復帰する。

【００１６】図５ないし図７は、本発明を軌条熱処理装
置に適用した場合のより具体的な実施例を示すものであ
る。この軌条熱処理装置は、軌条延伸方向に軌条を搬送
する搬送装置１０と、この搬送装置に隣接して平行に設
けられる冷却装置１１と、前記搬送装置１０と冷却装置
１１間で軌条を転回させながら搬送する複数の転回・搬
送装置１２とからなっている。

【００１７】前記冷却装置１１は、上下昇降可能な軌条
頭頂部冷却用および軌条頭側部冷却用の各冷媒噴射ヘッ
ダー１３ａおよび１３ｂと、装置の長手方向で適宜間隔
をおいて設けられる複数の前記拘束装置１と、軌条支持
位置の下方に配される軌条足裏部冷却用の冷媒噴射ヘッ
ダー１３ｃ等から構成されている。前記各冷媒噴射ヘッ
ダー１３ａ，１３ｂ，１３ｃはそれぞれ冷媒噴射ノズル
を備えている。冷却装置１３の上部には架台１４が設け
られ、この架台１４に昇降装置１５（シリンダ装置）を
介して昇降枠１６が上下昇降可能に保持されている。前
記軌条頭頂部冷却用および軌条頭側部冷却用の各冷媒噴
射ヘッダー１３ａおよび１３ｂは、前記昇降枠１６に取
付け固定されている。

【００１８】前記拘束装置１はいずれも図２に示される
構造を有しており、冷却装置長手方向の４箇所（通常、
１．５〜５ｍ程度の間隔）に配置されている。なお、こ
の実施例では、鋼材長手中央部を拘束する拘束装置がな
いため、いずれの拘束装置１も図２に示すようなスライ
ド追従機構を備えているが、図１に示す実施例と同様
に、軌条長手方向中央部を拘束する拘束装置を設け、こ
の拘束装置を固定式としてもよい。各拘束装置１を支持
する基台Ｘは、装置下部に配置された支持枠１７に設け
られている。この支持枠１７は後述するオシレーション
機構１８を構成するもので、レール１９上を転動する走
行ローラ２０により装置長手方向で進退できるように構
成されている。

【００１９】前記軌条足裏部冷却用の冷媒噴射ヘッダー
１３ｃは、拘束装置１による軌条支持位置の下方に配置
され、各転回・搬送装置１２の配置部において不連続部
を有している。前記搬送装置１０は軌条をその延伸方向
に搬送する装置であって、前記冷却装置１１の側方にこ
れと平行に配されている。この搬送装置１０は複数のテ
ーブルローラ２１を有している。

【００２０】前記転回・搬送装置１２は、軌条を保持す
べき断面Ｌ字状の受面２２０を備えた保持体２２を有し
ており、本実施例では搬送装置１０と冷却装置１１との
間の３ヵ所に適当な間隔をおいて設けられている。図７
は転回・搬送装置１２の具体的な構造を示すもので、こ
の転回・搬送装置１２は、リフター２３により昇降自在
な昇降台２４と、この昇降台２４に対して搬送装置１０
と冷却装置１１間で移動可能に設けられた台車２５と、
この台車２５を駆動させるためのシリンダ装置２６と、
前記台車２５の先端部に回動可能に枢着２７された前記
保持体２２と、この保持体２２を回動駆動させるシリン
ダ装置２８とから構成されている。なお、図において２
９は前記台車の走行ローラ、２６０は前記シリンダ装置
２６の作動ロッド、２８０は前記シリンダ装置２８の作
動ロッドを示している。

【００２１】このような装置によれば、保持体２２の受
面２２０により軌条を保持した状態で台車２５を移動さ
せることにより軌条の搬送が可能であり、また、シリン
ダ装置２８を作動させ保持体２２を略９０°回動させる
ことにより、受面２２０に保持された軌条を略９０°、
すなわち正立姿勢と横立姿勢間で自在に転回させること
ができる。前記保持体２２は、テーブルローラ２１や拘
束装置１との干渉を避けるため、リフター２３による昇
降台２４の昇降と台車２５の移動とにより、図５中の破
線ｘで示される軌跡に沿って移動し、軌条Ａの搬出入を
行う。

【００２２】また、本実施例では前記拘束装置１を軌条
長手方向にオシレーションさせるためのオシレーション
機構１８を有している。例えば、特公平１−１３０１２
号公報に示されるような従来の熱処理装置では、積載式
搬送装置であるトランスファ等により軌条足裏部の一部
が常にカバーされるため、この部分に冷却用の気体が当
らず、所定の冷却速度が得られないという問題がある。
そして、このような冷却速度の小さい部分が生じる結
果、軌条足裏部の品質が不均一化してしまうという欠点
があった。

【００２３】このため本実施例では、拘束装置１をオシ
レーション機構１８により軌条長手方向にオシレーショ
ン（往復移動）させ、軌条足裏部を均一な冷却速度で冷
却し、軌条足部長手方向の均一な品質を確保することが
できるようにしたものである。前記オシレーション機構
１８は、装置長手方向移動可能な前記支持枠１７と、作
動ロッドが支持枠１７の一端側に連結されたシリンダ装
置３０とからなり、シリンダ装置３０により支持枠１７
を装置長手方向で往復動させ、前記拘束装置１を軌条長
手方向にオシレーションさせることができるようにして
いる。

【００２４】なお、この実施例は軌条を拘束する拘束装
置１を軌条長手方向にオシレーションさせる構造とした
が、場合によっては軌条足裏部冷却用の冷媒噴射ヘッダ
ー１３ｃを軌条長手方向にオシレーションさせるような
構造としてもよい。また、この実施例では軌条頭頂部冷
却用の冷媒噴射ヘッダー１３ａと軌条頭側部冷却用の冷
媒噴射ヘッダー１３ｂを昇降枠１６を介して一体的に昇
降させるようにしているが、場合によっては、両冷媒噴
射ヘッダーを別々の昇降枠に取付け、それぞれ別個に昇
降させ得るような構造とすることも可能である。

【００２５】その他図面において、３１は各冷媒噴射ヘ
ッダーに空気等の冷媒を供給するための供給管、３２は
これら供給管に設けられる流量調整弁、３３は前記各供
給管３１が冷媒の供給を受ける冷媒導管である。なお、
冷媒噴射ヘッダー１３ａ，１３ｂの各供給管３１は、こ
れら冷媒噴射ヘッダーの昇降を可能とするため、その途
中に伸縮管部或いは可撓管部（図示せず）を有してい
る。

【００２６】以上のような本実施例の装置によれば、搬
送装置１０により軌条Ａが横立姿勢で圧延ラインから搬
送されてくると、図５の破線ｘに示すように転回・搬送
装置１２の保持体２２が軌条Ａの下部に移動しこれを上
方に持ち上げるとともに、冷却装置１１方向に搬送す
る。そして、この搬送途中において保持体２２を約９０
°回動させ、図５の仮想線に示すように軌条Ａを正立姿
勢に転回させる。転回・搬送装置１２は、軌条Ａを冷媒
噴射ヘッダー１３ｃの真上まで搬送し、軌条支持位置ま
で下降させる。

【００２７】この状態で、拘束装置１の開放状態にあっ
たクランプアーム４を作動させ、図２に示すようにクラ
ンプ部４１で軌条の両足先部を拘束する。次いで、保持
体２２を冷却装置外方に退避させるとともに、昇降装置
１５により軌条頭頂部冷却用および軌条頭側部冷却用の
冷媒噴射ヘッダー１３ａおよび１３ｂを下降させて冷却
処理位置に位置させ、各冷媒噴射ヘッダー１３ａ，１３
ｂおよび１３ｃのノズルから空気等の冷媒を軌条Ａの各
部に噴射し、軌条の冷却処理を行う。そして、軌条Ａを
拘束している各拘束装置１は、この冷却に伴う軌条Ａの
収縮に追従して軌条長手方向にスライド移動する。ま
た、この冷却中、シリンダ装置３０により支持枠１７を
軌条長手方向で往復動させることにより、拘束装置１お
よびこれに拘束された軌条Ａをその長手方向でオシレ−
ションさせる。このようなオシレ−ションにより軌条足
裏部全体を均一な冷却速度で冷却することができる。

【００２８】なお、軌条頭部の熱処理に必要な所定の冷
却速度の設定は、軌条頭部と各冷媒噴射ヘッダー１３
ａ，１３ｂとの間隔、および各冷媒噴射ヘッダーから噴
射される冷媒量の調整により行われる。軌条頭部と各冷
媒噴射ヘッダーとの間隔は、昇降枠１６の高さ調整等に
より行い、また、冷媒噴射量の調整は各供給管３１に設
けられた流量調整弁３２で行う。

【００２９】また、軌条足裏部冷却用の冷媒噴射ヘッダ
ー１３ｃについても、供給管３１の流量調整弁３２によ
り冷媒噴射量の調整がなされる。軌条足裏部の冷却は、
軌条の曲り量を最小にするため、軌条頭部冷却とのバラ
ンスを考慮してなされる。また、軌条の冷却中、軌条上
方に設けられた温度検出器（図示せず）により軌条頭頂
部の温度が検出され、この温度検出に基づき所定の温度
まで冷却した時点で流量調整弁３２を閉じて冷却を停止
する。

【００３０】このような冷却処理完了後、再び保持体３
２を冷却装置８内に進入させ、保持体２２により軌条Ａ
の足部を支持し、しかる後、拘束装置１のクランプアー
ム４を開放し、保持体２２で軌条Ａを持ち上げ、軌条Ａ
を横立姿勢に転回させつつ搬送装置１０側に搬送する。
なお、この例では搬送装置１０により冷却処理前後の軌
条の搬入と搬出を行っているが、場合によっては冷却装
置１１を挾んだ反対側に搬出専用の搬送装置を設け、冷
却処理後の軌条をこの搬出専用の搬送装置側に移送する
ようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明装置によれば、
軌条等の鋼材が冷却時に長手方向で収縮した場合、拘束
装置が鋼材を拘束したまま軌条の収縮に追従して軌条長
手方向でスライド移動するため、拘束部で鋼材の滑りが
生じることなく、このためスベリ疵の発生を適切に防止
でき、加えて、拘束用ローラが鋼材長手方向を横断する
方向に旋回するため、処理の対象が軌条の場合に拘束用
ローラが軌条足先部表面と直交して接離させられるの
で、軌条足先部表面を滑ることがない。このため、長尺
の鋼材を拘束用部材による表面疵を生じさせることなく
冷却処理することができる。また、鋼材拘束部材に冷媒
供給機構を設けた装置では、鋼材拘束部材が当接する鋼
材部分にも冷媒が当るため、鋼材長手方向全長を均一な
冷却速度で冷却し、長手方向で硬度むらのない鋼材を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示す側面図

【図２】図１のＩＩ−ＩＩに沿う矢視図

【図３】クランプアームのクランプ部およびこれに設け
られた冷媒供給機構を部分的に示す正面図

【図４】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う矢視図

【図５】本発明を軌条熱処理装置に適用した場合の一実
施例を示す正面図

【図６】図５に示す装置の平面図

【図７】図５に示す装置の転回・搬送装置を示す正面図

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…拘束装置、２…スライド台、３…軌条
支持部、４…クランプアーム、５…シリンダ装置、７…
シリンダ装置、８…冷媒供給孔、９…溝、４１…クラン
プ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 謙一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺の鋼材の長手方向複数箇所を拘束す
   る複数の拘束装置を備え、鋼材全長を同時に冷却する熱
   処理装置において、少なくとも、鋼材長手方向中央部以
   外を拘束する拘束装置が、鋼材の収縮に追従して無駆動
   で鋼材長手方向にスライド移動するスライド追従機構を
   備えたことを特徴とする鋼材の熱処理装置。
2. 【請求項２】 拘束装置を構成する鋼材拘束部材が、そ
   の鋼材当接面に冷媒を供給し得る冷媒供給機構を有して
   いる請求項１に記載の鋼材の熱処理装置。