JPS62240722A - 圧延後の棒線材を直接冷却し復熱させる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、棒線鋼材が圧延時に保有する熱を有効利用し
直接熱処理する装置に係り、当該棒線材の表層部組織な
俄善し、特に低温用棒線材の製造に適した装置に関する
ものである。

（従来の技術） 棒線鋼材の直接表面焼入では、熱間圧延に引き続いて、
水噴射冷却により棒線材の表層部を＾「重変態温度以上
からベイナイト変態温度以下まで急冷する方法が知られ
ている。すなわち冷却装置において棒線材表面の熱伝達
率を棒線材の半径方向熱伝達率より大きくなるようにし
て冷却する。そして、急冷後、棒線材に高圧空気を吹き
付けて水切りし、冷却装置と巻取機あるいは冷却床との
間を大気中で搬送されながら高温中心部からの熱伝導で
表層部を復熱するものである。このような手段として１
例えば特公昭５６−４８５６６が知られている。

通常、冷却装置はタンデムに配置された複数の冷却ユニ
ット（冷却箱）からなっている。各冷却箱は環状の順噴
射ノズルまたは逆噴射ノズルを備えており、ノズルから
冷却水を棒線材に高圧て噴射する。また、冷却箱列の途
中に上記水切り装置が配置されている例もある。

第１図は代表的な冷却装置の構成を示す説明図である。

冷却装置３は複数の冷却箱７と水切袋は１１を構成する
冷却水、逆噴射装置１２から形成され、仕上圧延ａｌに
続いて設けられている。２１は巻取機を示すが、冷却床
にかえて設置されることもある。

第２図は、第１図に示すような圧延後の直接熱処理装置
により表面焼入れを行なった場合の棒鋼表面および中心
部の温度履歴を示す図表である。

冷却装置３は複数の冷却箱７からなり、個々の冷却箱は
それぞれ水量調節弁を介して冷却水供給本管に接続され
ている。各冷却箱７は環状の順噴射ノズルまたは逆噴射
ノズル（いずれも図示しない）を備えている。冷却箱７
を貫通して走行する棒線材Ｍはノズルにより周囲から冷
却水か噴射され、冷却される。１２は冷却水逆噴射装置
を示し、最後尾の冷却箱の形状を冷却水か逆噴射てきる
構造にして水切り性を付加したものとしている。１３は
続いて設けた空気吹付装置であり、これにて完全に棒線
材の表面の水を除去せしめる。　１１はこのような二つ
の装置の組合せからなる水切装置を示し、冷却装置３と
ともに焼入ゾーン４を形成する。続く巻取機までの気中
冷却ラインをここでは復熱ゾーン５としている。冷却に
有効な冷却ライン長しは、冷却袋２１３と冷却水逆噴射
装置１２を含む長さで表わされる。

冷却装置３て冷却され、水切袋Ｗ１１１に入った棒線材
Ｍは、まず冷却水逆噴射装置１２において棒線材Ｍに付
着して同伴された冷却水が逆噴射で吹き払われる。引き
続き、空気吹付は装置１３において残留付着水が高圧空
気で吹き飛ばされ、棒線材の表面は乾燥される。

仕上圧延機１の出側と水切装置１１の出側および巻取機
２１の入側にそれぞれ仕上温度検出器１４、焼入終了温
度検出器１５および復熱温度検出器１７が配置されてい
る。温度検出器１４，１５．１７は非接触式温度計、た
とえば放射温度計である。

図中■は仕上圧延機ｌの出側における温度測定点を示し
、■は水切装置１１の出側における温度測定点を示し、
■は巻取機（または冷却床）の入側における温度測定点
を示している。

このような装置を用いて圧延後の棒線材に所望の熱処理
を行ない、製品に所要の機械的性質を与えるために、シ
ミュレーションや経験を通じて急冷長さを調整し、水切
り直後棒線材の表面温度を測定すると共に、冷却装置の
出側から十分離れた位置でも棒線材温度を測定し、それ
ぞれの位置で目標温度になるように、冷却水量を調整し
て冷却速度を制御していた。

（発明が解決しようとする問題点） 棒鋼や線材の圧延において、個々の圧延条件、例えば棒
線材直径、圧延速度つまり冷却装設を通過する速度等が
種々変更されることは避けられず、それらの個々の条件
に応じた最適な冷却装置を具備することは、良好な圧延
鋼材を得るために必要なことである。特に本発明が標傍
する低温靭性のすぐれた低温用棒線材の製造においては
、極めて厳密な管理が要求されるものであり、前述の■
点、■点、■点における温度を最適値に管理することが
必要である。

たとえば、冷却長さが必要以上に長ければ、冷却時間が
長くなり、■点の復熱温度を目標範囲にいれれば、水切
り直後の０点の温度が高くなり目ＪｅＩａｉＩ囲を外れ
るし、逆に０点の温度を目標範囲にいれれば、０点の温
度は低下しすぎることになり、いづれも目標の製品を製
造することができない。また、冷却長さが必要以上に短
かければ、前記と逆の結果を招くことになり、いづれも
冷却水量や水圧のみの制御では■、■点の目標温度範囲
を満足させることができない。このような場合には、圧
延速度の増減あるいは冷却長さの７Ａ整等が考えられる
か、圧延速度の増減はミル負荷上の制約等から自由に選
択することかできないが、冷却長さを適当に選択するこ
とは比較的容易に実施できる。従来はその時々の圧延条
件に対応した適切な対応手段がないため、過去の経験か
ら冷却長さを決定して操業するほかないが、棒線材のサ
イズが多くなったり、圧延機の能力上の問題から圧延速
度が一定しない等の場合には、速やかに適切な対応がと
れず、安定した品質の造り込みが困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は熱間圧延に引き続いて水噴射冷却により棒線材
の表層部をＡｒｌ変態温度以上からベイナイト変態温度
以下まで冷却し、その後大気中搬送により当該棒線材中
心付近の高温部からの熱伝導により表層部を復熱させる
装置において、水噴射冷却を行なう冷却ラインの長さし
を棒線材の直径ｄ、圧延速度Ｖおよび冷却水量Ｑから下
記条件式により求められる長さに設定し構成することを
特徴とする圧延後の棒線材を直接冷却し復熱させる装置
である。

条件式 ％式％） 但し、Ｌ：冷却ラインの長さくｆｆ１ｍ）ｄ：棒線材の
直径（ｍ■） Ｖ：圧延速度（ｍ／５ｅｃ） Ｑ：冷却水量（ｍ３／ｈｒ） Ｋ　：　−４０００〜＋２０００の範囲で定められる補
正係数 急冷ライン前の棒鋼表面温度は加熱炉の抽出温度を制御
して通常８２０±２０℃に保持される。低温用棒線材の
製造に当って温度の測定点である■。

０点て目標棒鋼温度を得るに必要な水噴射急冷ラインの
全長りは、理論計算と実績を使用して求められた上記の
（１）式および（２）式から求められる。（１）式の巾
てｄ２・Ｖは体積速度（生産量）を表わす項で、生産量
の増加と共に急冷ライン長さＬは長くなり、また急冷ラ
インで使用する冷却水ｆｆ１Ｑを増加すれば、冷却長さ
しが短かくなることを意味するものである。

補正係数には、低温用棒鋼としての機械的強度を満足さ
せる範囲であると共に、仕上温度の変化１例えば冷却ラ
イン前の棒線材温度が８２０℃を基準温度とした場合、
それより高いか低いかによって冷却長を補正するもので
、通常は−４０００から＋　２０００の範囲で選定され
る。

また、（２）式は冷却ラインで使用する水量の上限と下
限を決定するもので、単位伝熱面積に噴射する冷却水量
すなわち水量密度を規定し、棒線材の周方向の冷却ムラ
を防止し品質バラツキを防止し、かつ過大にならない水
量で効率よ〈熱処理を行うための適正値を与えるもので
ある。

（作用） つぎに、上記のように構成された装置により棒線材を表
面焼入する方法について説明する。

棒線材に冷却水を噴射した時の棒線ぜから冷却水への熱
伝達率は棒線材半径方向内部への熱伝達率より大きくな
るように冷却される。したがって、第２図に示すように
表面温度は冷却開始から急激に低下する。第１図および
第２図に示す例は、水切装置１１を冷却装置３の最後部
に設置し。

棒鋼径によって急冷開始位置を変えて急冷終了位置がい
つも水切装置直前になるようにした冷却ラインの場合で
ある。

表面焼入れされた棒線材は０点で焼入終了温度が測定さ
れる。なお０点では、冷却ラインへ入る前の棒線材の温
度測定点であり、通常は仕上温度とほぼ同一である。ま
た、冷却ラインから十分離れた位置にある０点で復熱温
度が測定される。

■点、■点、■点での各温度は、あらかじめ定められる
望ましい目標値があり、それぞれその目標値を満足する
ように調整される。この場合、本発明によって冷却ライ
ンの長さくＬ）は、棒線材の直径（ｄ）、圧延速度（Ｖ
）、冷却水量（Ｑ）から導かれる適正値に設定されてい
るので、低温用棒線材の熱処理として、それらの温度条
件を満足せしめるのは極めて容易であり、バラツキの少
ない優れた品質の製品を製造することかできる。

（実施例） 第１図のように配置された装置において、３，５ｚＮｉ
鋼を処理する場合の例について示す。仕上温度０点での
棒鋼温度８２０℃、サイズｄ　：　３８１ｓφ、仕上速
度Ｖ　：　２．２ｍ／ｓ、冷却水量Ｑ　：　：１８０ｓ
３／ｈｒとして、急冷長さしを（１）式から算出した。

ここで（１）式における補正係数には伸び改善を主眼と
して、焼入深さを浅目にするため冷却ラインの長さを短
めとなるように−１５４５を採用した。その結果Ｌ　＝
　ＩＯｍと算出された。温度計１５．１７で棒鋼温度を
測定した結果、冷却水逆噴射装置１２の後端から約１．
６　ｍ離れた０点での温度は約２５０℃となり、あらか
じめ定めた目標温度範囲２３０〜２８０℃を十分満足す
ると共に、約５８ｍ　離れた０点での復熱温度も５００
°Ｃとなり、あらかじめ定めた目標値５００±５０°Ｃ
を十分満足することができた。

その結果、　３．５ＸＮｉ鋼の低温鉄筋に要求される機
械的性質、降伏強さσ３’　２４１ＯＮ／ａｍ”、伸び
Ｅ１≧２ｏｚ、衝撃値ＶＥ−＋ｇｏ≧１００Ｊｏｕｌｅ
の全てを満足する製品を安定して製造することができた
。

（発明の効果） 本発明によればサイズ変更が頻繁に行なわれても、また
圧延速度の変更があっても、その変更後の圧延速度や冷
却水量との関係て適切な必要冷却ライン長さくＬ）を求
めて対応できるので、圧延条件等の変化に対しても■点
、■点での目標温度範囲を安定してクリアーすることが
でき、優れた品質の造り込みができる。また、従来行な
われていた経験を通じての都度調整作業かなくなりオペ
レーターによるバラツキもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の構成を示す説明図、第２図
は棒線材の冷却曲線の一例を示す図表である。 ｌ・・・仕上圧延機、３・・・冷却装置、７・・・冷却
箱。 １１・・・水切り装置、１２・・・冷却水逆噴射装置、
１３・・・空気゛吹付は装置、　１４，１５．１７・・
・温度検出器、２１・・・巻取機、Ｌ・・・冷却ライン
長さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱間圧延に引き続いて水噴射冷却により棒線材の表層部
   をＡｒ＿１変態温度以上からベイナイト変態温度以下ま
   で冷却し、その後大気中搬送により当該棒線材中心付近
   の高温部からの熱伝導により表層部を復熱させる装置に
   おいて、水噴射冷却を行なう冷却ラインの長さＬを棒線
   材の直径ｄ、圧延速度Ｖおよび冷却水量Ｑから下記条件
   式により求められる長さに設定し構成することを特徴と
   する圧延後の棒線材を直接冷却し復熱させる装置。 条件式 Ｌ＝０．９・ｄ＾２・Ｖ（９．８０−０．９７・ｌｎＱ
   ）＋Ｋ・・・（１） ０．５≧（Ｑ／πｄＬ）・１０＾３≧０．２・・・（２
   ） 但し、 Ｌ：冷却ラインの長さ（ｍｍ） ｄ：棒線材の直径（ｍｍ） Ｖ：圧延速度（ｍ／ｓｅｃ） Ｑ：冷却水量（ｍ＾３／ｈｒ） Ｋ：−４０００〜＋２０００の範囲で定められる補正係
   数