JPS63290225A - 線条材の冷却洗浄装置 - 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、金属線条材を始めとする各種線条材の冷却洗
浄を行なうための改善された新しい冷却装置の提供に関
する。

（従来の技術） 各種線条材の周面に冷却水その他の冷却流体を吹き付け
ることによって、その冷却洗浄を行なうことはいうまで
もなく公知の技術である。例えば金属線条材の伸線加工
に当り、連続する長尺の線条体を定速で一方向に移動さ
せ、加熱装置を出た線条材周面に冷却液を噴射させて、
その冷却、焼入を行なうとともに、この間適宜の引張り
加工を付与して、望性変形を介しその外径寸法、更には
形状を規制する等であり、この際その冷却内容の適否は
製品品質に大きな影響を与えるものである。

一般的にはかかる線条材の冷却に当っては、その線条材
の周面に対し、均一に同一円周上を冷却開始し、かつ短
時間で所定温度に冷却する必要があり、従来は第７図お
よび第８図に例示するような環状ノズルによる線条材１
本通しの冷却装置が用いられている。即ち両図において
その概要を説示すると、線条材（図例では金属線条材の
場合を示す）　１は、図示矢印のように一方向に定速移
動され、加熱コイルその他による加熱装置２２を出た直
後において、冷却装置２によって冷却される状態を示し
ているが、冷却装置２は、その中心に線条材１が遊挿さ
れる通孔１３が開設された中空ディスク状の冷却液室３
が装置主体とされ、同液室３が線条材ｌの周側をめぐる
とともに、線条材１の出口側には通孔１３と同心の冷却
筒６が、前記通孔１３と連通し、かつ通孔１３と同じく
線条材ｌの遊挿される筒状流路７とともに形成され、こ
のさい通孔１３の一端が冷却液室３の内周面に続く勾配
面１４とされ、これと対応する冷却筒６の一端が平行す
る勾配面１５とされることによって、両勾配面１４゜１
５により線条材ｌの周面を囲む環状ノズル５が、前記冷
却液室３と連通状にかつその両勾配面１４゜１５の線条
材１に対する角度を、線条材進行方向に向って９０度以
下として形成されるのである。冷却液室３の周側には、
室中心に向って直角指向状にかつ２本以上の冷却液供給
管４が円周等分位置に挿設され、更に冷却液室３の線条
材進行方向と反対側の他端には、冷却液の加熱装置２２
側への流出を阻止するためのエアシール部材１２が連結
付設される。同部材１２は中空ディスク状の主体中心に
、前後に通孔１１，１０を備えたエア噴出室８が形成さ
れ、通孔１０は部材１２に螺合したガイドプレー［６に
設けられる。エア噴出室８の周側に設けた通孔１７がエ
ア供給管９に連通されることによって、外部からニアコ
ンプレッサ、バルブ等を介して、その供給量、圧力の可
調整とされたシール用加圧エアが供給可能とされ、エア
シール部材１２と冷却装置２の結合は、取付フランジ１
８．１９およびボルト、ナツト等の締結具２０等によっ
て行なわれる。この冷却方式によれば、例えば加熱装置
２２によって７００℃〜１０００℃程度に加熱された線
条材１は、図示省略しであるが輻射温度計等で測温され
た後、エアシール部材１２を通過するとともに、次いで
冷却装置２を通過することにより、冷却液室３内に旋回
性を有することなく直向流として供給された冷却液の、
環状ノズル５よりの噴射を全周面に受け、更に冷却液が
充満して流出する筒状流路７を通過することによって、
その温度下降による形状の固定化、更に焼入処理を受け
ることになる。このさい使用される冷却液としては、例
えば油、水、高分子系焼入液等であり、エアシール部材
１２のエアシールによる加熱装置２２側への冷却液のは
ね返り飛散や流出の防止、また冷却液供給量の増大等に
よって、安定かつ正確な形状固定化と迅速な冷却処理が
得られるようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来技術による線条材１の冷却方式については
、以下の点において解決の必要とされる問題点が内在す
る。第９図は冷却装置２における環状ノズル５から冷却
筒６の筒状流路７に亘る噴出冷却液の流れを、ノズル５
における勾配面１４から線条材ｌの外周面に沿って流れ
る最内ＨＡ、その外側でノズル５の中央部分から筒状流
路７の中央部を占めて流れる中間ＪＩＢ、ノズル５にお
ける勾配面１５から筒状流路７のり［側に沿って流れる
最外層Ｃの３層に分けて示したものであるが、環状ノズ
ル５における開口端隙間が５龍以上と大きい場合、前記
３層における冷却液流れの内、勾配面１４に沿って加熱
された線条材１の外周面に接して流動する最内層Ａの冷
却液は最も高温化されている線条材１の表面に当り、そ
のまま同表面に沿って進行方向に流れる間に、線条材１
の熱を奪って冷却を行なうことになるが、その外側を流
れる中間ＮＢや、更にその外側を流れる最外ＮＣにおけ
る冷却液は、線条材１の外表に対しては、各層Ａ、Ｂ、
Ｃが略同−圧力であるため、最内層Ａを破ることができ
ず、最内層Ａが乱流になった場合にのみ接触する程度に
止まり、最内層Ａからの熱を吸収する程度の間接的な働
きしかしないのであり、従ってこの冷却方式による冷却
能力は、線条材１の外表面を流れる最内層Ａにおける冷
却液の奪熱力（当該冷却液の種類、濃度、温度、流速等
が関与する）により決定されてしまうので、環状ノズル
５の開口端隙間を大きくしたり、あるいはその供給圧力
を上昇させて流量を多くしても、冷却能力増大の効果は
実質的にはほとんどないのである。

一方かかる線条材ｌの冷却処理に当り、線条材１の大径
化、処理速度の高速化、高温度加熱条件に対しては、単
位時間当りの入熱量が多くなるので、より強力な冷却能
力が必要となるのであるが、第７図乃至第８図に亘って
示した従来技術では、その冷却液の全てが直接有効に冷
却に参加することができないので、自ら冷却能力に限界
があり、金属線条材に対する伸線加工において用いる冷
却処理のような場合、必要な加工条件に合致した冷却内
容を与えることが困難である点において、大きな問題点
がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の問題点を解決するために、かかる線条材
の冷却処理に当り、冷却開始点から可及的短かい距離に
おいて、急速冷却が全冷却液の効率的な冷却参加ととも
に確実かつ容易に得られるように改善したものであり、
具体的には、一方向に移動する線条材の周面をめぐって
、それぞれ線条材周面に対しその進行方向に向いて９０
°以下の角度に指向された冷却液噴出用環状ノズルの複
数個が、同心かつ進行方向に沿ってそのノズル内径を順
次大として連続状に並設されることにあり、更には複数
個の環状ノズルにおける冷却液供給圧が、線条材進行方
向に沿って順次大とされることにある。

（作　用） 本発明の前記した技術的手段によれば、第１図および第
２図に示すように、後端が閉塞されるとともに前端が開
放された円筒状の装置主体２９の、前記閉塞された後端
の中心位置に、第１図矢印で示すように図向って左から
右へ進行する線条材１の通過する通孔３０を開設し、同
通孔３０に続いて線条材１の進行方向に沿って、線条材
１の全周をめぐるとともに、それぞれが線条材１の外周
面に対し何れも９０°以下の同角度でかつ線条材１の進
行方向に向いて傾斜された複数個の環状ノズル３１，３
２．３３および３４（図例では４個のノズル例を示す）
を、相隔てるノズル隔壁３５を介してかつ各ノズル３１
〜３４のノズル内径ｄ、−ｄ、が、ｄ、　＜ｄ、＜ｄ３
＜ｄ４の関係であるように、最初のノズル３１から線条
材ｌの進行方向に沿って順次大径に、かつ連続状に並設
することにより、各環状ノズル３１〜３４に第２図で示
すようにそれぞれ専用の各冷却液供給管３１ｂ〜３４ｂ
を連通させ、通孔３０に接して装置主体２９の閉鎖され
た後端に付設したエアシール部材３８による冷却液のは
ね返り飛散、流出防止と相まって、環状ノズル３１〜３
４よりの各噴出冷却液は、その傾斜角度に従って線条材
ｌの異なる地点の各外表面に噴射されるとともに、線条
材１の進行方向に沿って流れることになるが、このさい
最前段のノズル３１から最後段のノズル３４における各
ノズル内径ｄ１〜ｄ４において、後段ノズルに至るに従
ってその内径を大としであるので、例えばノズル３３に
おいては前段のノズル３１．３２からの冷却液が配管抵
抗なく流れるだけの断面積を持つように、全体の冷却液
流れを線条材１の外周をめぐってきわめて円滑に維持す
るとこができるとともに、常に新鮮な冷却液が冷却済み
液に参加して、冷却能力の低下を防止して冷却の効率化
を実現可能であるとともに、このさい各環状ノズル３１
〜３４が各独立してかつ隣接杖に並列されていることを
利用して、最前段のノズル３１よりの冷却液より、次位
のノズル３２よりの冷却液をより高圧とすること、即ち
最前段のノズル３１における冷却液圧より順次後段の各
ノズル３２〜３４に至るに従い高圧化することにより、
例えば最前段のノズル３１から噴出されて線条材１の表
面を流れる冷却液を、次位のノズル３２から噴出される
より高圧の冷却液により除去し、またはその層流を破壊
し、ノズル３２の冷却液により強力な冷却を行なうよう
に、以下ノズル３３．３４においても同様で、冷却済み
液に代替して順次新しい冷却液による冷却を行なえ、こ
れにより各ノズル３１〜３４の並設による短距離内で、
充分強力な急速冷却を行なうことが可能であり、また後
段ノズル程高圧とすれば、後段ノズルの流速は前段より
大きくなるので、前段ノズルの冷却液を引込み、前方か
らの冷却液吹き出しを相当に押えることができ、効率的
な冷却が得られるように、単一ノズルに比し優れた冷却
作用を奏することができる。

（実施例） 本発明冷却洗浄装置の適切な実施例を、第１図乃至第６
図に亘って説示する。

第１図および第２図に示した実施例においては、装置主
体２９はその中心に線条材ｌが遊挿されて通遇する通孔
３０を開設した端壁２９ａと、これに続く円形の周壁２
９ｂとから成る一端閉塞の同筒形態とされ、前記端壁２
９ａに続いて、実施例では４個のノズル隔壁３５が何れ
も線条材ｌの通過のために、その中央部分が開口された
環状壁として周壁２９ｂを横断して、かつ端壁２９ａと
平行状に定間隔下に列設される。各ノズル隔壁３５の開
口部分に続く内端は、何れも線条材１の進行方向に向い
て９０°以下の同角度に傾斜平行する傾斜壁部３５ａと
され、前記端壁２９ａの通孔３０に続く内面に、最初の
ノズル隔壁３５の傾斜壁３５ａと対応する傾斜面２９ｃ
を形成することにより、端壁２９ａと最初のノズル隔壁
３５との間に環状ノズル３１以下各ノズル隔壁３５゜３
５間に環状ノズル３２，３３．３４が順次隣接して連続
状に並設される。このさい各ノズル隔壁３５における傾
斜壁３５ａの半径方向長さを、端壁２９ａ側から順次定
寸ずつ短かいものとすることによっｔ、そのノズル内径
ｄ、＜ｄ、＜ｄ、＜ｄ、の関係とされた環状ノズル３１
，３２．３３および３４の４個が隔成されることになる
。実施例では４個のノズル例を示したが、本発明では環
状ノズルの数は２個以上自由に設定できる。また実施例
では最後段のノズル隔壁３５における傾斜壁３５ａの内
径ａＳ（実質的には最後段の環状ノズル３４のノズル外
径に相当する）も、ｄ４　＜　ｄｓの関係とされ、また
鎖線で示すようにこの最後段の傾斜壁３５ａに続いて線
条材１と平行する筒状壁３６を適宜長さの間に亘って延
長形成することもできる。各環状ノズル３１〜３４にお
ける周壁２９ｂに続く側は何れも環状にめぐる液室３１
ａ〜３４ａとされ、各液室３１ａ〜３４ａには第２図に
示すように、それぞれ専用の冷却液供給管３１ｂ〜３４
ｂが連結されるが、このさい各供給管は車中心に直角に
指向して設けられ、供給冷却後に旋回性を生じないよう
にする。

この実施例によれば、第３図に線条材１に対する冷却状
態を示すように、同図において矢印（イ）は最前段の環
状ノズル３１における冷却液の流れを示し、以下矢印（
Ｉｌ＋）は環状ノズル３２の、矢印（ハ）は環状ノズル
３３の、また矢印（ニ）は最後段の環状ノズル３４にお
ける各冷却液の流れをそれぞれ示しているが、先に作用
の項において述べたように、各ノズル３１〜３４のノズ
ル内径ｄ１〜ｄ４をｄ＋＜ｄｉ＜ｄｓ＜ｄ４の関係とし
、更には第４図において例示するように、これら各ノズ
ル３１〜３４の各冷却液供給管３１ｂ〜３４ｂに対し、
ポンプ３７′　より供給元管３８′　、各供給枝管３９
′、各開閉弁４０′および圧力計４１′による冷却液供
給手段を用いて、冷却液を加圧下に供給するとともに、
その各ノズル３１〜３４に対する供給液圧をノズル３１
＜ノズル３２〈ノズル３３〈ノズル３４のように、前段
ノズルより後段ノズルに至るに従い漸次大とすることに
より、前段ノズルからの冷却液流が配管抵抗なく流れる
断面積を持つ後段ノズル、前段ノズルからの線条材１の
表面を流れる冷却液を、より高圧の後段ノズルからの冷
却液による除去、または層流破壊することによって、常
に新しい冷却液が冷却済み液に勢力η乃至は交替して、
線条材表面を効率良くかつ強力に急速冷却することが、
確実容易に実現できるのである。

第５図および第６図に示したものは、従来の単一ノズル
による冷却方式と、本発明による３段ノズル実施例とに
よる冷却能力の比較実験結果を示したものであり、実験
内容は、第５図に示すように、先に第７．８図において
示した従来技術による単一の環状ノズル５と同ノズル５
に続く冷却筒６によるものと、第１．２図において示し
た本発明の多段ノズル形式の、但し環状ノズル３１．３
２．３３による多段ノズルと、最後段のノズル３３に続
いて筒状壁３６を設けたものとを、ともに軸方向長さ８
０１ｍの間に亘って形成し、１４０１ｍを隔てて水切板
３７をそれぞれ配置し、線条材１として鋼製線条材（３
４５Ｃ）の１５φを用い、これを高周波加熱手段により
１０００℃に加熱したものを、３ｍ／ｍｉｎの速度で連
続的に図矢印方向に移動させ、両装置におけるノズル入
口温度（Ｔｉ　＝　１０００℃）とノズル出口温度（Ｔ
ｏ℃）とを測定したものであり、冷却速度（ＣＲ）はノ
ズル通過時間をεｔ　（＃４．４ｓｅｃ）として、ＣＲ
＝（Ｔｉ　−Ｔｏ）　／ｌから求めた。第６図は両装置
による冷却結果を示したグラフ図であり、同図において
横軸は冷却水供給量Ｑ（２５℃水通水）、単位ｊ！／ｗ
ｉｎを示し、縦軸は平均冷却速度、単位’Ｃ／ｓｅｃを
示し、また○印で示した曲線は本発明装置によるもの、
Ｘ印で示した曲線は従来装置によるものを示しており、
図示で明らかなように本発明装置によるものが、従来装
置によるものに比し優れている。例えば１００℃／ｓｅ
ｅの冷却能が必要な時、従来装置では約２１０１／１ｌ
Ｉｉｎの冷却水量を必要とするに対し、本発明装置の３
段ノズル型式のものによれば、１５０４！／ｍｉｎで同
一目的が達成されるのである。即ち、このことは、ある
所要の冷却速度に対して、本発明装置は従来より少ない
冷却液流量で同一目的の達成が可能であり、冷却洗浄装
置としてそのイニシアル並びにランニングコストの両面
において著しく有利である。尚第１．２図において示し
た実施例において、装置生体２９に付設して用いるエア
シール部材３８は、先に従来技術において説示したエア
シール部材１２と全く同様であり、３９はエア噴出室、
４０．４１はその前後の通孔、４２はエア供給管、４３
は同供給管４２とエア噴出室３９とを連絡する通孔をそ
れぞれ示している。

（発明の効果） 本発明によれば、金属材料による線材、棒材、帯材、管
材等の長尺線条材の冷却、焼入、洗浄を始めとして、各
種線条材に対する所要の冷却洗浄処理を行なうものとし
て、その冷却開始点から所要温度の冷却完了までを、短
時間かつ短距離内で得られる点においてきわめて優れた
ものである。

即ち、従来の線条材外周を包囲する単一ノズルによるワ
ンスポット集中冷却方式の、有効冷却液量の非効率と限
界とを克服し、線条材進行方向に沿って順次そのノズル
内径を大とした多段ノズルの集中並設、更には各ノズル
による多段スポット集中と、各ノズルに対する冷却液圧
の順次高圧化によって、有効冷却液量の効率的な増大、
冷却液の新陳代謝的な集中、交替を可能として、強力な
冷却能力の向上が確実に得られるとともに、冷却液消費
量をも節減可能とするものであり、必要な装置自体とコ
ンパクトに納まり、設備の徒らな大型化を招来するおそ
れもなく、その利用価値大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置実施例の縦断正面図、第２図は同側
面図、第３図は同冷却状態を示すノズル要部の拡大断面
図、第４図は同冷却液供給例の説明図、第５図は従来技
術と本発明とによる冷却能力比較実験１例の説明図、第
６図は同比較結果を示すグラフ図、第７図は従来技術に
よる冷却装置例の縦断正面図、第８図は同側面図、第９
図は同冷却状態を示す要部拡大断面図である。 １−ｍ−線条材、２９−装置主体、３０−・通孔、３１
〜３４−・環状ノズル、３５−ノズル隔壁、ｄ１〜ｄオ
ー・−ノズル内径。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方向に移動する線条材の周面をめぐって、それ
   ぞれ線条材周面に対しその進行方向に向いて９０°以下
   の角度に指向された冷却液噴出用環状ノズルの複数個が
   、同心かつ進行方向に沿ってそのノズル内径を順次大と
   して連続状に並設されることを特徴とする線条材の冷却
   洗浄装置。
2. （２）複数個の環状ノズルにおける冷却液供給圧が、線
   条材進行方向に沿って順次大とされることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の線条材の冷却洗浄装置。