JP2682604B2 - 鋼線材の直接熱処理方法及び設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば、ばね、PC（プレストレストコンク
リート用）鋼線、PC鋼より線等に使用される中、高炭素
鋼線材を製造する際、熱間圧延された高温状態にある鋼
線材を冷媒により強制冷却し、高い引張り強さを有し、
かつ伸線加工性のすぐれた線材を得るための鋼線材直接
熱処理方法及び設備に係わる。

［従来の技術］ 鉛パテンチングによるものと同等で、品質にばらつき
が少なく、伸線加工性良好な中、高炭素鋼線材を製造で
きる直接熱処理方法及び設備が特開昭60−248824号公報
に開示されている。

この方法は、熱間圧延された金属組織がオーステナイ
トを呈する高温にある中、高炭素鋼線材のリング状コイ
ルを展開した形で略水平方向に移送しながら、強力な撹
乱状態にあり、かつ酸化性気泡の多数が均一に分散した
95℃以下の所定の温度に保持された気水混相流体からな
る冷媒を収容した槽中に、浸漬通過させ、微細なパーラ
イト組織へと変態させるように調整冷却して直接熱処理
する際、前記冷媒を所定の方向に流動させて線材全長に
亘って均一の冷却条件を与えて線材の直接熱処理を行う
方法である。

そしてこのような直接熱処理方法を実現する手段とし
て第４図に示す設備が開示されている。

ここに、前記設備について説明する。

熱間圧延された鋼線材１はピンチローラー２によっ
て、レイングヘッド３に引込まれ、レイングヘッド３に
よってリング状線材に変形され、水平に設置されたコン
ベア５上に非同心リング線材４として捲き落され、移動
中予備冷却され、順次コンベア５の終端より、熱処理槽
６に配置された水平コンベア７上に移され、更に傾斜コ
ンベア17上を移行し、熱処理槽外の集束機（図示せず）
により束ねられる。

この間、線材４は熱処理槽６で調整冷却を受けるので
あるが、調整冷却のため、熱処理槽６の線材搬出側に排
出用パイプ11が接続され、排出用パイプ11は熱交換器15
に接続されるとともに分路し、再び合流して温水槽14に
接続される。温水槽14は調整冷却のため、調節により一
定温度の温水に保たれ、循環ポンプ16により、その温水
供給用パイプ12は熱処理槽６の線材４の引落し部分より
上手で前記槽６に接続される。

また、熱処理槽６の下部に設けられた空気等気体供給
パイプ10より、主として水平コンベア７の長さ方向下側
で複数の上向のノズルを設けて、例えば空気を吹出し、
前記空気は近接配置される泡切断機９によって、略1mm
以上の微細な気泡に変成され、さらに撹拌機19によって
撹乱され、水平コンベア７の間から上部に上昇しつつ、
温水よりなる冷媒全体として水平コンベア７の移動方向
に流動し、このような一定温度に保持された温水とこれ
に混合される気泡の気水混相流体による冷媒によって、
いわゆるパテンチング処理ができるように構成されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記説明から理解されるように、この設備
で温水の温度制御手段とし、気水混相流体中の吹込気
体（空気、蒸気等）流量の調節、冷水と温水とを混合
して、温度を制御し、この混合された気水混相流体によ
る冷媒を循環させる手段が採られているが、気水混相流
体による冷媒の温度制御は直接熱処理線材の特性発揮に
は重要であるが、そのための冷媒温度制御方法として、
冷水と温水混合循環方式の設備は割高であること、また
操業コストも高くつくし、また別の方法として気水混相
流体による冷媒の吹込気体流量の調節によっても、ある
程度の温度制御が可能であるが、線材圧延量が過大とな
ってくると調節不可能となってくる。また、吹込気体流
量にも、冷媒の機能面から限界があって、流量過大な場
合には、気体の吹抜け、冷水塊の生成等の結果、線材冷
却の挙動が不安定となって、狙いとする線材の直接熱処
理ができなくなるという問題があり、吹込気体量を無制
限に増加させることはできない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決する目的でなされたものであ
って、冷媒温度制御手段として熱処理槽冷媒浴面に風
速を調節して強制送風する手段と、気水混相流体より
なる冷媒に吹込む気体流量の調節手段とを備え、これに
より冷媒温度を制御できる鋼線材直接熱処理する方法及
び設備を提供するものであり、設備コスト、ランニング
コストとも低廉なことを狙ったものである。

この場合、冷媒浴面への強制送風の調節は、例えば線
材圧延の圧延ピッチ（操業）に合せて、かつ温度変動を
連続測温しながら送風の調節を行う。

以下、図面により本発明を説明する。

第１図は本発明の実施例を示し、第４図と同一部分は
同一符号で示す。熱処理槽６より若干離れた位置にレイ
ングヘッド３が設置され、レイングヘッド３の直下より
熱処理槽６の端部内側に亘って、水平方向とこれより若
干下り傾斜するコンベア５が配置され、このコンベア５
の端部下側よりはじまり、熱処理槽６の他端より外部に
亘る水平コンベア7,傾斜コンベア17が配置され、この水
平コンベア７に沿って、熱処理槽６の底部外側に気体供
給用の配管10が配置され、図示していないが、吹込まれ
る気体の流量は調節できるようにする。底部より冷媒８
中に吹込まれる気体（乾燥空気、酸化性ガス）に対して
複数の泡切断機９が動作するように配置されるととも
に、複数の撹拌機19を底部より配置して、冷媒８に撹拌
作用を与えるようにする。

20は強制送風用ブロアーで、風速を変えることができ
る構造のものである。21は浴面に有効に乾燥空気を送風
するために熱処理槽６の冷媒浴面上に設けた案内カバー
である。

また、第２図は本発明の他の実施例であって、乾燥空
気を熱処理槽６の浴面に効果的に送風するための例であ
る。風速を変えることができるブロアー20に多数の送気
口23を有する乾燥空気吹付用フード22を備えるものであ
る。

［作用］ 圧延された線材１は、レイングヘッド３で捲き落さ
れ、コンベア４より傾斜コンベア５に移り、気水混相冷
媒中を移動する。

この時、線材１は温水（冷媒）中で冷却すると、温水
と線材間で熱交換が行われる。線材温度の低下と水温上
昇、水蒸気の生成が起る。

本発明では、例えば80〜95℃の間の一定温度に冷媒を
保ち、この一定温度に保たれた気水混相流体による冷媒
中で線材表面に膜沸騰（サブクール沸騰という）を生じ
させて冷却処理を行うものである。

冷媒の沸騰温度で処理する場合はこれ以上冷媒温度が
上らないから一定温度に保持できるが、このサブクール
沸騰の場合は、処理中冷媒温度に変動を生じるので、こ
れを前記冷媒中で気泡となる気体の吹込流量を調節する
ことで水の蒸発にともなう冷媒の冷却速度を変える手段
を採るとともに、熱処理槽浴面上を風速を変えて強制送
風により、略飽和した湿り空気等雰囲気ガスの強制排
気、乾燥空気等の供給による乾燥空気等への蒸発によ
り、冷媒温度を制御する手段を採り、これを80〜95℃の
設定温度に維持するものである。

温水中に空気、もしくは水蒸気を混合した、例えば空
気を吹込み、これによって冷媒温度を95℃以下の所定温
度に保って中、高炭素鋼線材のパテンチング処理を行う
ことについては、特公昭61−21289号公報、特開昭59−2
19417号公報において開示したところであるが、前記手
段のみでは、すでに述べたように吹込気体流量過大の場
合は、気体の吹抜けが生じるので、これを補うため、冷
媒表面への強制送風速度を調節し、冷媒表面より急速な
熱排出を行うようにして、上記両手段を用いて所定の設
定温度に気水混相流体による冷媒を維持するのである。

以上、空気等気体の吹込みによって、形成した気泡に
より強力な撹拌を生じさせることにより、温度の低下を
はかるとともにマクロ的、ミクロ的に温度の均一化をは
かることができ、冷媒浴面に気体を吹付けることによっ
て、広い範囲で浴面からの水蒸気の蒸発が促進できるの
である。

また、図示していないが、蒸発して冷却された温水を
浴中へ環流させ、新たに浴面へ温水を供給し、循環させ
ることができる。

試験例１ 高炭素鋼（組成0.81％C,0.24％Si,0.51％Mn,残Fe）を
仕上圧延温度930℃、線材圧延最終速度25m/secにて直径
10.0mmに線材圧延し、リング状に捲採り、引き続いて気
水混相流体による冷媒中へ浸漬して、パテンチング処理
した。線材重量は約1000kg/把、各把間ピッチ５秒で連
続して操業を実施した。

設備としては第１図による強制送風設備を用いた。送
風量としては、送風を8m/secとした。

冷媒の総重量は20t、吹込ガス流量は60m³/minであ
る。また、吹込ガスは泡切断機９により切断、小径気泡
にし、冷却の安定サブクール膜沸騰を行わせる。冷媒温
度を測定し、チャートに記録して温度変化の状況を調べ
た。

第３図はこの試験結果のチャートを示す。図において
〜は処理槽中の冷媒に線材が浸漬されたタイミング
を示しており、これと同期するように処理冷媒の温度測
定結果を示している。

が本発明設備による強制送風設備を運転した場合の
冷媒温度変化を示している。

これに対し、比較例として示すは冷媒中への空気泡
吹込みのみによる場合の冷媒温度変化を示している。

冷媒温度、例えば水温は常時設定温度に維持できるこ
とが、得られる線材の特性安定の観点より望ましい。

しかし、熱間圧延線材の持つ大量のエネルギーにより
水温の上昇を招く。比較例の場合、水温は線材１把目、
２把目と上昇する。また、一把目も気泡吹込みだけでは
能力不足のため温度上昇幅が大きく、実質的には90〜94
℃で線材が処理されることを示している。

これに対し、の場合には一把内の水温上昇は小幅で
あり、また連続処理しても水温上昇は一定で、90〜91℃
の範囲で処理できることを示している。

試験例２ 第２図に示す設備は送風設備として、送気口を多数設
け、より効果的に冷却効果を向上させるように設計した
ものである。

この構成の設備により、各送気口より乾燥空気が狙い
とする冷媒界面へ到達させることができる。

本設備を用いて他は試験例１と同じ条件で圧延された
線材の連続パテンチング処理を、設定温度を87℃にして
実施したところ、水温の上昇は小さく抑えられ、実質的
には87〜89℃の範囲で操業することが可能であった。

［発明の効果］ 本発明の方法によれば、風速を調節して冷媒表面に強
制送風することと、冷媒において気泡となる気体を調節
することによって冷媒温度80〜95℃の所定の温度に保つ
ことができ、安定した鋼線材の熱処理ができる。

本発明の設備によれば、気水混相流体によるサブクー
ル沸騰による線材の直接熱処理が、従来提案の大きな設
備投資を要し、且つランニングコストのかさむ循環式の
冷媒温度制御による設備を用いず、比較的簡単な設備に
より、同等の温度制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示す。 第３図は本発明設備と従来設備の操業時における温水温
度変化チャートである。 第４図は温水温度調整用の温水槽を備える従来の設備。 １……熱間圧延鋼線材、２……ピンチローラー、３……
レイングヘッド、４……リング状線材、５……コンベ
ア、６……処理槽、７……水平コンベア、８……気水混
相冷媒、９……泡切断機、10……パイプ、11……冷媒排
出用パイプ、12……冷媒供給用パイプ、19……撹拌機、
20……ブロアー、21……案内カバー、22……乾燥空気吹
付用フード。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱間圧延され、非同心状に捲き落された鋼
   線材をコンベアで移送しながら、気水混相流体を冷媒と
   して用いる熱処理槽に浸漬させ、前記鋼線材を冷却させ
   る鋼線材の直接熱処理において、風速を調節して前記冷
   媒表面に強制送風するとともに、該冷媒において気泡と
   なる気体の供給流量を調節して気泡とすることにより、
   該冷媒を80〜95℃の所定の温度に維持して前記熱処理を
   行うことを特徴とする鋼線材の直接熱処理方法。
2. 【請求項２】熱間圧延され、非同心状に捲き落された鋼
   線材をコンベアで移送しながら、気水混相流体を冷媒と
   して用いる熱処理槽に浸漬させ、前記鋼線材を冷却させ
   る鋼線材の直接熱処理設備において、風速を調節して前
   記冷媒表面に強制送風できる手段と、冷媒である気水混
   相流体において気泡となる気体の供給装置に気体供給量
   を調節できる手段を備えることを特徴とする鋼線材の直
   接熱処理装置。