JPH07275919A - 線材の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 線材を非同心円状のルーズコイルとして冷却
するに際し、搬送方向と交差する方向の均一冷却を可能
とする。 【構成】 コイルの搬送方向と交差する方向の中央部の
溶融塩噴射量１に対して、該コイルの重なり部の溶融塩
噴射量を１．２乃至３の比率にするとともに、中央部の
噴射溶融塩温度に対し、重なり部の噴射溶融塩温度を５
乃至１０℃低くして噴射することを特徴とする線材の冷
却方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼線材の冷却方法、特
に圧延直後の線材を非同心円状のルーズコイルとして熱
処理する際に該コイルの搬送方向に交差する方向の鋼線
材の温度分布を均一に冷却する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延により製造される硬質の鋼線材
は、良好な強度、靭性を保持させるためには熱処理を施
す必要がある。従来、この熱処理の方式として鉛パテン
ティングが一般的であったが、本発明者らはそれと同等
以上の熱処理を線材の圧延顕熱を利用して実現する目的
の直接熱処理方法を、特開平６−４１６４７号公報にて
開示した。これは、図８に示すごとく圧延直後のＡｒ₃
点以上の温度を有する鋼線材を巻取機で非同心円状のル
ーズコイルとして搬送コンベア上に供給載置して溶融塩
浴槽に浸漬し熱処理するのに先立ち、線材コイルを溶融
塩浴中に導入する直前の浴面上方にて該コイル上下方向
または上方向から溶融塩を噴射して急冷した後、引き続
き溶融塩槽内で温度保定し熱処理するものであるが、そ
の際のコイルの搬送方向に交差する方向の鋼線材の温度
分布を均一に冷却する方法に関しては言及していない。

【０００３】従来、冷却媒体として溶融塩を用いた場
合、例えば、特開昭５６−３８４２６号公報に示される
ごとく、浸漬冷却法を用いていたため、線材ルーズコイ
ルの搬送方向に交差する方向の均一冷却方法については
提案されていなかった。他の冷却媒体を用いた場合にお
いては、線材ルーズコイルの搬送方向に交差する方向の
均一冷却方法については、例えば特開昭５４−１１２３
１２号公報では空気等の流体を吹き付けて線材ルーズコ
イルを冷却するに際し、該コイルの搬送方向に交差する
方向の線材の密度分布に応じて、流体吐出ノズルの個数
を設定する方法について提案がなされている。また、特
開平１−１４７０２１号公報では水を噴射して冷却する
に際し、コイルの搬送方向に交差する方向の中央部の噴
射冷却水量１に対して重なり部の噴射冷却水量を３以上
の比率にして冷却する方法の提案がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように空気や水
を媒体とした冷却方式においては、従来、線材ルーズコ
イルの搬送方向に交差する方向の均一冷却方法について
の提案がなされておりいずれの場合も中央部に対して重
なり部の冷却媒体噴射量を多くするものである。この方
法は、本発明の溶融塩を噴射して冷却する場合も同様に
応用できるが、以下に述べる問題がある。

【０００５】すなわち、線材ルーズコイルの搬送方向に
交差する方向の均一冷却を行うためには、該方向の冷却
能力を一定にする必要があるが、この時の抜熱による冷
却媒体の温度上昇はコイルの搬送方向に交差する方向で
一定にはならないため、コイルの搬送方向に交差する方
向の中央部に対して重なり部の冷却媒体噴射量を多くし
たのみでは本発明の目的を十分満足することができない
ことが実験により判明した。その理由は、鉛パテンティ
ング以上の材質を備え、かつ、線材ルーズコイルの搬送
方向に交差する方向の高い均一度を有する鋼線材を得る
ための冷却パターンは周知の恒温変態型を採用し、初期
に急冷した後、変態目標温度に保定するものであり、冷
却媒体温度を略変態目標温度に設定する必要があるため
である。

【０００６】この冷却は前記の特開昭５４−１１２３１
２号公報や特開平１−１４７０２１号公報のごとき従来
の冷却方法では達成できない。すなわち、前記の特開昭
５４−１１２３１２号公報や特開平１−１４７０２１号
公報の場合のように空冷や水冷の場合は冷却媒体温度を
通常１００℃以上にはできないので、精度良く恒温変態
型の冷却パターンを実現できない。また、前記特開平６
−４１６４７号公報では恒温変態型の冷却パターンを実
現できるが、線材ルーズコイルの搬送方向に交差する方
向の均一化は明らかにされていない。本発明は、線材ル
ーズコイルを溶融塩噴射冷却を用いて熱処理を行うに際
し、該コイルの搬送方向に交差する方向の均一化の方法
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧延直後のＡ
ｒ₃ 点以上の温度を有する鋼線材を巻取機で非同心円状
のルーズコイルとして、搬送コンベア上に供給載置して
溶融塩浴槽に浸漬し熱処理するのに先立ち、線材コイル
を溶融塩浴中に浸漬する直前の浴面上方にて該コイル上
下方向または上方向から溶融塩を噴射して急冷した後、
引き続き溶融塩槽内で温度保定し熱処理するに際し、該
コイルの搬送方向と交差する方向の中央部の溶融塩噴射
量１に対して、該コイルの搬送方向と交差する方向の重
なり部の溶融塩噴射量を１．２乃至３の比率にするとと
もに、中央部の噴射溶融塩温度に対し、重なり部の噴射
溶融塩温度を５乃至１０℃低くして噴射することを特徴
とする線材の冷却方法である。

【０００８】ここに、線材ルーズコイルの搬送方向と交
差する方向の中央部とは、搬送方向と交差する方向全体
の長さ、すなわち、コイルリング径の略１／３を占める
中央部を意味し、また、コイルの重なり部とは、中央部
でない残りの両側各々略１／３の部分を意味する。以
下、本発明を図面を参照しながら具体的に説明する。

【０００９】図１は本発明の方法の実施例を説明するた
めの設備の側断面概略図を示すものであり、また、図２
は本発明の方法の実施例を説明するための溶融塩噴射設
備の冷却部分の横断面概略図である。図１および図２に
おいて、１は線材、２はレイングヘッド、３はローラコ
ンベア、４は線材１を浸漬する溶融塩浴槽である。該溶
融塩浴槽４の前半部、すなわち槽の入側から一定範囲に
わたってローラコンベア３の上面を浴面の上方に位置さ
せ、この範囲でローラコンベア３上の線材１に上下方
向、場合によっては上方向のみから溶融塩の噴流を噴射
する手段を設けて強制冷却するようにしている。

【００１０】この溶融塩噴射手段として、図２に示すよ
うに中央部用上部ノズルヘッダ６ａおよび、重なり部用
上部ノズルヘッダ６ｂを設け、図示の線材進行方向にそ
って複数個配置した上部ノズル８ａおよび８ｂとこれと
対向する下部ノズル９ａおよび９ｂを各々採用し、これ
らノズルに溶融塩を各々供給するため溶融塩ポンプ５ａ
および５ｂを設けている。１０ａおよび１０ｂは、前記
ポンプ５ａおよび５ｂと浴槽４との間に各々配置される
溶融塩クーラーであり、浴槽４内の昇温した溶融塩を吸
引し、これを所定の浴温に冷却し再度ノズルヘッダへ供
給するためのものである。

【００１１】図１および図２において圧延直後の線材１
は、巻取機のレイングヘッド２でコイル状にしてローラ
コンベア３上に落とされ非同心円状のルーズコイルとし
て搬送される。次いでローラコンベア３上の線材は溶融
塩浴槽４の領域内に入るが、溶融塩浴中に浸漬される前
に、槽の入側から一定範囲にわたって線材コイル上下方
向から、上部ノズル８ａ，８ｂおよび下部ノズル９ａ，
９ｂにより溶融塩の噴流１１ａ，１１ｂおよび１２ａ，
１２ｂを直接浴びて急冷される。その後、引き続き溶融
塩浴槽４内の溶融塩中に浸漬されて一定時間保定され熱
処理される。

【００１２】線材が槽の入側から一定範囲にわたって溶
融塩噴流を浴びて前記急冷される時のコイルの搬送方向
に交差する方向の冷却についてさらに詳しく説明する。
線材ルーズコイルは図７に示すように搬送方向に交差す
る方向の両端に向かい、線材コイルの重なり度が大とな
り、搬送方向に交差する方向単位長さ当たりの線材の質
量も増加する。これをコイル中心位置から両端に向かう
長さｘの位置での線材質量密度分布Ｍ（ｘ）として表す
と図３のようになる。

【００１３】図３において横軸はコイル搬送方向に交差
する方向に対応しており、また縦軸は中央部での線材質
量密度分布Ｍ（ｘ）を１として、その他を指数表示して
いる。線材を搬送方向に交差する方向で均一に冷却する
ためには、中央部から重なり部にわたり各部の冷却速度
が同等でなければならない。すなわち、各部の冷却能が
同等である必要があるが、搬送方向に交差する方向に冷
却媒体の流量密度を一定にすると、溶融塩による噴射冷
却の場合も周知の空冷や水冷の場合と同様、重なり度の
大きな部分が冷却能が小さくなる現象が実験により認め
られた。従って、搬送方向に交差する方向各部の冷却能
を同等にするためには、搬送方向に交差する方向に冷却
媒体の流量密度を変化させる必要がある。

【００１４】発明者らの実験によれば、前記ｘの位置に
おいて冷却媒体である溶融塩流量密度Ｗ（ｘ）を図４の
記号を付した曲線で示す値とすれば、搬送方向に交差
する方向の冷却能が均一になることが判明した。図４に
おいて、横軸はコイル搬送方向に交差する方向に対応し
ており、また縦軸は中央部での溶融塩流量密度Ｗ（ｘ）
を１として、その他を指数表示している（この分布曲線
は空冷や水冷の場合に比較すると平坦である。）。ま
た、図４において、中央部に対する重なり部の溶融塩噴
射量を１．２の比率とした場合および３．０の比率とし
た場合を、各々、記号および記号を付した曲線で示
している。すなわち、これら，，の冷却媒体流量
密度分布を与えることにより、搬送方向と交差する方向
での冷却能力は各部で均一となることを示している。

【００１５】図５に図４の曲線，およびの場合
の、搬送方向と交差する方向の冷却速度を中央部の冷却
速度を１とした比とし、各々対応する記号を付した曲線
で示した。この図に示すように、冷却速度比が１／１．
５乃至１．５の範囲に含まれている。このことから、コ
イルの搬送方向と交差する方向の中央部の溶融塩噴射量
１に対して、該コイルの搬送方向と交差する方向の重な
り部の溶融塩噴射量を１．２乃至３の比率にすると、搬
送方向と交差する方向での均一な冷却能が得られること
がわかる。

【００１６】図４の流量密度曲線Ｗ（ｘ）は連続的に変
化しており、この流量密度分布を実現する目的だけから
は搬送方向に交差する方向の配管ヘッダー区分を極力多
くした方が良いが、溶融塩の配管は保温が必要である等
設備費が比較的大であり、また設備保守の点からも配管
を必要以上に複雑にすることは好ましくなく、コイルの
搬送方向と交差する方向に３分割程度にすることが望ま
しい。また、搬送方向に交差する方向で冷却媒体の流量
密度を変化させる手段としては、ノズル吐出口径または
噴射圧力またはノズル個数を変化させる方法があるが、
上述と同様の理由で設備が最も簡単となるノズル吐出口
径を変える方法が推奨される。

【００１７】以上説明したようにコイルの搬送方向と交
差する方向の中央部の溶融塩噴射量１に対して、重なり
部の溶融塩噴射量を１．２乃至３の比率にすると、コイ
ル搬送方向に交差する方向の冷却能は略均一となるが、
この時の冷却媒体の温度が問題となる。搬送方向に交差
する方向で冷却能が均一であれば各部の抜熱量は被冷却
物である線材の質量に比例するので、搬送方向に交差す
る方向で抜熱量も図３と同様な指数表示となることは明
らかである。

【００１８】ところが、抜熱して温度上昇する冷却媒体
の搬送方向に交差する方向の質量分布すなわち、流量密
度分布は図４に示すように図３の線材質量分布とは異な
り、両端部に向かっての比率上昇が少ない。そのため、
中央部に比較して、重なり部は搬送方向に交差する方向
の中心からの距離ｘの位置において、略Ｍ（ｘ）／Ｗ
（ｘ）倍の温度上昇が起こってしまう。冷却媒体の温度
上昇量の差異は通常冷却能にはそれほど大きな影響は与
えないが、特に溶融塩噴射冷却では急冷後の線材の温度
が冷却媒体温度に近づいていくので、冷却の目標温度す
なわち変態温度に大きな影響を与え、搬送方向に交差す
る方向の得られる材質の差異を生起するのである。すな
わち、変態温度を制御するために溶融塩の温度は厳密に
制御されねばならない。

【００１９】このため、上述のような溶融塩の冷却時の
温度上昇による不均一を防止する必要がある。図６に、
搬送方向と交差する方向中央部の噴射溶融塩温度に対
し、重なり部の噴射溶融塩温度を８℃低くして噴射した
場合を記号、５℃低くして噴射した場合を記号、１
０℃低くして噴射した場合を記号を付して、各々変態
温度の平均値の計算結果を中心位置との温度差で示す。
ただし、溶融塩の流量密度分布は図４のに示すものと
した。また、搬送方向に交差する方向の噴射溶融塩温度
を変化させない場合の計算結果を記号を付した曲線で
示す。

【００２０】これから、噴射溶融塩温度により変態温度
が影響をうけ、得られる材質に差異がでることがわか
る。従って、この差異を解消するため、本発明において
は搬送方向に交差する方向中央部の噴射溶融塩温度に対
し、重なり部の噴射溶融塩温度を５乃至１０℃低くして
噴射する。これによって冷却中の噴射溶融塩の平均温度
が搬送方向に交差する方向で略均一となり、得られる材
質も均一となる。重なり部の噴射溶融塩温度を低くする
度合いは、５℃以下では搬送方向に交差する方向の冷却
媒体温度均一化効果が十分でなくなり、また、１０℃以
上では重なり部の線材表層部の過冷を惹起するので得策
でない。

【００２１】

【実施例】図１に示した装置を用いて行った実施例の結
果、ならびに、図８に示した装置により搬送方向と交差
する方向に噴射時の溶融塩流量密度および溶融塩温度を
変えない従来法の結果と比較して表２に示す。供試材の
化学成分を表１に示す。冷却媒体としては硝酸ナトリウ
ム５０％、硝酸カリウム５０％の重量割合の混合塩を用
いた。表２において、本発明法は供試線材の線径３サイ
ズについて各々、重なり部の流量比率および溶融塩噴射
温度を変えた。線径５．５mmにつき、溶融塩噴射温度を
中央部より重なり部を８℃下げたものと５℃下げたもの
を示した。

【００２２】表２から従来法に比較して本発明法の引張
り強さのリング内バラツキが小さいことが明らかで、コ
イル搬送方向に交差する方向の冷却が均一であることを
示している。前記５．５mm線径の溶融塩噴射温度を中央
部より重なり部を５℃下げた場合は、引張り強さのリン
グ内バラツキが±５kg／mm² と若干劣っている。空冷や
水冷による冷却と比較すると、引張り強さのリング内バ
ラツキが±５kg／mm²でもかなり良好な値であるが、本
発明法の設備建設費や運転費用を考慮して該値を材質均
一の目標値として評価している。この結果から、線材コ
イル搬送方向に交差する方向の均一冷却の目的が達成さ
れることがわかる。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、線材を非同心円状のル
ーズコイルとして溶融塩噴射冷却する際の該コイルの搬
送方向に交差する方向の冷却能を均一にするとともに、
急冷後の線材温度も均一に収束するため、極めて均一な
熱処理を可能とする冷却方法を提供することができ、当
該産業分野において多大な貢献を期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の装置を説明する側断面概略
図。

【図２】本発明の実施例の設備の一部を説明する横断面
概略図。

【図３】線材の質量密度分布を示す図表。

【図４】溶融塩噴射流量密度分布を示す図表。

【図５】冷却速度比分布を示す図表。

【図６】変態平均温度差を示す図表。

【図７】線材ルーズコイルを示す平面概略図。

【図８】従来技術の例の設備を説明する側断面概略図。

【符号の説明】

１ 線材 ２ レイングヘッド ３ ローラコンベア ４ 溶融塩浴槽 ５ａ 中央部溶融塩ポンプ ５ｂ 重なり部溶融塩ポンプ ６ａ 上部中央部ノズルヘッダ ６ｂ 上部重なり部ノズルヘッダ ７ａ 下部中央部ノズルヘッダ ７ｂ 下部重なり部ノズルヘッダ ８ａ 上部中央部ノズル ８ｂ 上部重なり部ノズル ９ａ 下部中央部ノズル ９ｂ 下部重なり部ノズル １０ａ 中央部熱交換器 １０ｂ 重なり部熱交換器 １１ａ 上部中央部溶融塩噴流 １１ｂ 上部重なり部溶融塩噴流 １２ａ 下部中央部溶融塩噴流 １２ｂ 下部重なり部溶融塩噴流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延直後のＡｒ₃ 点以上の温度を有する
   鋼線材を巻取機で非同心円状のルーズコイルとして、搬
   送コンベア上に供給載置して溶融塩浴槽に浸漬し熱処理
   するのに先立ち、線材コイルを溶融塩浴中に浸漬する直
   前の浴面上方にて該コイル上下方向または上方向から溶
   融塩を噴射して急冷した後、引き続き溶融塩槽内で温度
   保定し熱処理するに際し、該コイルの搬送方向と交差す
   る方向の中央部の溶融塩噴射量１に対して、該コイルの
   搬送方向と交差する方向の重なり部の溶融塩噴射量を
   １．２乃至３の比率にするとともに、中央部の噴射溶融
   塩温度に対し、重なり部の噴射溶融塩温度を５乃至１０
   ℃低くして噴射することを特徴とする線材の冷却方法。