(57)【要約】【課題】  冷却速度の制御幅を広げることができる熱間圧延線材の直接熱処理方法と装置を提供する。【解決手段】  冷媒100でルーズコイル状の熱間圧延線材200を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法である。この冷却は、ルーズコイル状の熱間圧延線材200を、貯留した冷媒に浸漬されることなく冷媒流に曝して行う。冷媒外に曝された熱間圧延線材200に直接冷媒流を供給することにより、冷媒中から噴流を供給する従来の熱処理方法に比べて、冷却速度の制御幅をより広範囲とすることができる。それに伴い、気液混合水などを冷媒としながら、溶融鉛並みの冷却速度で熱処理したり、熱処理工程の長手方向に冷却条件の異なる複数の冷却ゾーンを設けることができる。【選択図】  図１
2007056300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒でルーズコイル状の熱間圧延線材を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法であって、
前記熱間圧延線材は、貯留した冷媒に浸漬されることなく冷媒流に曝されて冷却されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項２】
冷媒でルーズコイル状の熱間圧延線材を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法であって、
前記熱間圧延線材は、貯留した冷媒の液面から部分的に露出した状態で、その冷媒の液面の外側から噴射される冷媒流に曝されて冷却されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項３】
冷媒でルーズコイル状の熱間圧延線材を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法であって、
前記熱間圧延線材は、貯留した冷媒に浸漬された状態で、冷媒の液面の外側から噴射される冷媒流に曝されて冷却されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項４】
貯留した冷媒の液面から浸漬された熱間圧延線材までの最大距離が6cm以下であることを特徴とする請求項３に記載の熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項５】
前記熱間圧延線材が冷媒流に曝されて冷却される冷却ゾーンを複数形成し、各冷却ゾーンの冷却条件が異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項６】
冷媒槽と、冷媒槽内でルーズコイル状の熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段とを有する熱間圧延線材の直接熱処理装置であって、
前記搬送手段は、熱間圧延線材を冷媒槽内で冷媒に浸漬されない状態で搬送し、
その熱間圧延線材に冷媒流を供給する冷媒供給手段を有することを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【請求項７】
冷媒槽と、冷媒槽内でルーズコイル状の熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段とを有する熱間圧延線材の直接熱処理装置であって、
前記搬送手段は、熱間圧延線材を冷媒槽内に貯留した冷媒の液面から部分的に露出した状態で搬送し、
その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有することを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【請求項８】
冷媒槽と、冷媒槽内でルーズコイル状の熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段とを有する熱間圧延線材の直接熱処理装置であって、
前記搬送手段は、熱間圧延線材を冷媒槽内に貯留した冷媒に浸漬された状態で搬送し、
その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有することを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【請求項９】
前記冷媒槽、搬送手段および冷媒供給手段を有する冷却ゾーンを熱処理工程の長手方向に複数有することを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延線材の直接熱処理方法および装置に関するものである。特に、冷却速度の制御幅を広くでき、かつ熱処理ラインの長手方向に冷却速度の異なる複数の冷却ゾーンを形成できる熱間圧延線材の直接熱処理方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延線材を一旦リング状に巻き取り、このリングの中心を一定ピッチずらしたルーズコイル状にして、沸騰水又は温水を冷媒に用いる鋼線の直接熱処理方法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。これは、図10に示すように、所定温度に制御された冷媒100を冷媒槽10に貯留し、この冷媒100中にレーイングヘッド40から供給したルーズコイル状の熱間圧延線材200を浸漬し、冷媒槽内のコンベア12により同線材200を搬送しながら熱処理を行う技術である。その際、冷媒槽10内で冷媒100に浸漬されたノズル32から沸騰水や気液混合流の噴流を噴射し、冷媒槽10中の冷媒100を流動させて冷媒温度のばらつきを緩和すると共に、線材200の冷却むらを抑制するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭60-228619号公報
【特許文献２】特開平6-207224号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術では、通常、冷媒槽の大きさは決まっており、鋼線の冷却速度の調整は鋼線を冷媒に浸漬する時間、つまり鋼線の搬送速度で調整している。しかし、この搬送速度の変化による冷却速度の調整には種々の限界がある。
【０００５】
(1)冷媒中に鋼線を浸漬して通過させる冷媒浸漬式では、冷却速度のコントロール範囲が狭いという問題がある。冷媒浸漬式では、最低冷却速度が冷媒中の冷却速度と等しくなり、それ以上に冷却速度を下げることができない。そのため、冷却速度を下げることに関して限界がある。一方、この冷媒浸漬式において、ノズルから沸騰水を噴射するなどして、冷媒の強制対流による攪拌を行っても、冷却速度を溶融鉛並に到達させることは困難であり、冷却速度を上げることにも制約がある。
【０００６】
(2)冷媒浸漬式では、冷媒槽の大きさによって冷却できる線材径に制限がある。鋼線は、その線径によって冷却速度が変化するため、線径に応じた冷却速度の調整が必要になる。しかし、冷却槽の長さが一定のため、鋼線の搬送速度を変えて冷却速度を調整する方法では、冷却できる線材径が制約される。そのため、太径の線材でも十分な速度で冷却しようとすれば、太径の線材になればなるほど、より長い冷却槽が必要になる。
【０００７】
(3)冷媒浸漬式では、線材の冷却速度を冷媒槽の長手方向に可変することが実質的に不可能である。上述したように、冷媒浸漬式では、冷却速度のコントロール範囲が狭い。その上、冷媒中に配されたノズルから気液混合温水などを噴出し、冷媒の強制対流を行ったとしても、ノズルの配置方向や配置密度あるいは気液混合流の噴出流量などによって冷却速度が変わるため、これらの冷却条件を変えて冷却速度をきめ細やかに制御することは難しい。そのため、復熱ゾーンや急冷ゾーンなど、冷媒槽の長手方向に冷却速度が異なる複数の冷却ゾーンを設けることは事実上不可能である。
【０００８】
(4)鋼線を均一に冷却することが難しい。冷媒内で鋼線に噴流を吹き付けたり鋼線の下方からエアを噴射する場合、特に直径7mm以下の細径線材では、噴流やエアの吹き付けにより線材が浮き上がり、鋼線搬送トラブルの原因となったり、冷却速度のバラツキによってルーズコイル状の鋼線が変形する現象が発生しやすい。また、亜共析や過共析組成といった共析成分のように単一組織に変態しないような組成では、共析変態中にルーズコイル状の鋼線が反り上がる現象が顕著で、やはり鋼線搬送トラブルの原因になっている。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、冷却速度の制御幅を広げることができる熱間圧延線材の直接熱処理方法と装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、線材の冷却速度を冷媒槽の長手方向に可変することが可能な熱間圧延線材の直接熱処理方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、冷媒槽に貯留した冷媒内で噴流を生じさせるのではなく、その冷媒外から熱間圧延線材に冷媒流を供給することで上記の目的を達成する。
【００１２】
本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、大別すると、熱間圧延線材を冷媒に浸漬しないタイプと、部分的に浸漬するタイプと、完全に浸漬するタイプの３つがある。いずれも冷媒でルーズコイル状の熱間圧延線材を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法である。そして、各タイプの各々は、下記の構成を有することを特徴とする。
【００１３】
非浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、ルーズコイル状の熱間圧延線材を、貯留した冷媒に浸漬されることなく冷媒流に曝して冷却する。
【００１４】
部分浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、ルーズコイル状の熱間圧延線材を、貯留した冷媒の液面から部分的に露出した状態で、その冷媒の液面の外側から供給される冷媒流に曝して冷却する。
【００１５】
完全浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、ルーズコイル状の熱間圧延線材を、貯留した冷媒に浸漬された状態で、冷媒の液面の外側から供給される冷媒流に曝して冷却する。
【００１６】
本発明方法のうち、非浸漬タイプおよび部分浸漬タイプの熱処理方法では、大気などの冷媒外に曝されたまたは部分的に冷媒から露出した熱間圧延線材に直接冷媒流を供給することにより、冷媒流の温度を直接的に線材に伝達しやすく、冷媒中から噴流を供給する従来の熱処理方法に比べて、冷却速度の制御幅をより広範囲とすることができる。特に、非浸漬タイプおよび部分浸漬タイプによれば、冷却速度を早くすることと遅くすることの両方に冷却速度の制御範囲を拡げることができる。具体的には、13mmφ線材の場合、従来の熱処理方法では、冷却速度の制御幅が10〜20℃／sec程度にあるのに対し、本発明方法では、冷却速度の制御幅を0.05℃／sec〜50.0℃／sec程度とすることができる。線径が大きくなる(小さくなる)ほど、冷却速度の上限が低く(高く)なる。
【００１７】
また、完全浸漬タイプであっても、冷却速度を遅くすることに関しては従来法と大きな差異はないが、冷却速度を早くすることに関しては、冷媒外からの冷媒流による冷却を実質的に非浸漬タイプや部分浸漬タイプに遜色ない程度とすることができ、やはり冷媒中から噴流を供給する従来の熱処理方法に比べて、冷却速度の制御幅をより広範囲とすることができる。具体的には、13mmφ線材の場合、冷却速度の制御幅を5.0℃／sec〜40.0℃／sec程度とすることができる。なお、完全浸漬タイプの場合、線材が冷媒中に確実に浸漬されるため、冷媒に触れないところが部分的に生じることがない。
【００１８】
一方、本発明熱間圧延線材の直接熱処理装置は、大別すると、熱間圧延線材を冷媒に浸漬しないタイプと、部分的に浸漬するタイプと、完全に浸漬するタイプの３つがある。いずれも、冷媒槽と、冷媒槽内でルーズコイル状の熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段とを有する熱間圧延線材の直接熱処理装置である。そして、各タイプの各々は、下記の構成を有することを特徴とする。
【００１９】
非浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理装置は、前記搬送手段で熱間圧延線材を冷媒槽内で冷媒に浸漬されない状態で搬送する。そして、その熱間圧延線材に冷媒流を供給する冷媒供給手段を有する。
【００２０】
部分浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理装置は、前記搬送手段で熱間圧延線材を冷媒槽内に貯留した冷媒の液面から部分的に露出した状態で搬送する。そして、その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有する。
【００２１】
完全浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理装置は、前記搬送手段で熱間圧延線材を冷媒槽内に貯留した冷媒に浸漬した状態で搬送する。そして、その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有する。
【００２２】
本発明装置のうち、非浸漬タイプおよび部分浸漬タイプの熱処理装置では、冷媒供給手段を用いることで、大気などの冷媒外に曝されたまたは部分的に冷媒から露出した熱間圧延線材に直接冷媒流を供給することができる。それに伴って冷媒中から噴流を供給する従来の熱処理装置に比べて、冷却速度の制御幅をより広範囲とすることができる。
【００２３】
また、完全浸漬タイプであっても、冷却速度を遅くすることに関しては従来法と大きな差異はないが、冷却速度を早くすることに関しては、冷媒供給手段を用いることで、冷媒外からの冷媒流による冷却を実質的に非浸漬タイプや部分浸漬タイプに遜色ない程度とすることができる。そのため、冷媒中から噴流を供給する従来の熱処理装置に比べて、冷却速度の制御幅をより広範囲とすることができる。
【００２４】
この熱処理方法または装置において、冷媒には、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に空気などの気体を混合した気液混合冷媒を用いることができる。冷媒温度は、85℃以上100℃以下とし、より好ましくは90℃以上95℃以下に制御される。この冷却により、熱間圧延線材は、オーステナイトから実質的にパーライトよりなる組織に変態される。熱間圧延線材の冷却に利用された冷媒は、冷媒槽から排出されて温度調整槽に戻され、温度調整がなされた後、再度冷媒槽へと供給される。その後、同様に冷媒は温度調整槽と冷媒槽との間で循環される。
【００２５】
通常、温度調整槽で所定の温度に温度調整された冷媒は、冷媒供給手段により、冷媒槽内を搬送される熱間圧延線材に冷媒流として供給される。
【００２６】
温度調整槽は、冷媒槽から排出された冷媒を所定の温度に調整する機能を有する。例えば、冷媒槽と同等以上の容量をもつ容器と、冷媒温度を調整する熱交換手段とを有するものが利用できる。この温度調整槽により、上述したように、冷媒温度を85℃以上100℃以下、より好ましくは90℃以上95℃以下に制御する。温度調整槽で所定温度に調整された冷媒は、冷媒供給手段にて冷媒槽へ供給される。
【００２７】
冷媒供給手段は、冷媒流を熱間圧延線材に供給できる構成であれば良い。例えば、冷媒供給手段は、温度調整槽から冷媒槽へと冷媒を送るポンプと、冷媒を冷媒槽内の熱間圧延線材に噴射するノズルとを有するものが利用できる。その他、冷媒を噴射するノズルの代わりに、単に冷媒流の供給口を有し、この供給口から滝のように冷媒槽内に冷媒流を供給し、その滝内に熱間圧延線材をくぐらせるようにして冷却しても良い。
【００２８】
その際、ノズルや供給口は、搬送される熱間圧延線材の上部に設けることが好適である。非浸漬タイプの場合、上部から冷媒流を供給することで、熱間圧延線材にかかった冷媒は重力で同線材の表面に沿って下方側に自然落下し、線材の全周に冷媒が行き渡ることで、効果的な冷却を行うことができる。部分浸漬タイプや浸漬タイプの場合であっても、冷媒外から供給される冷媒流の勢いが冷媒に浸漬された鋼線部分にも及ぶため、非浸漬タイプと同様に効果的な冷却を行なうことができる。特に、部分浸漬タイプや浸漬タイプの場合、冷媒槽に貯留する冷媒と異なる温度の冷媒流を供給する場合に、効果的な冷却速度の制御を行うことができる。
【００２９】
もちろん、非浸漬タイプの場合は、冷媒に浸漬しない線材の下方から冷媒流を供給しても良い。また、部分浸漬タイプおよび浸漬タイプの場合は、上方から冷媒流を供給することに加えて、冷媒に浸漬している線材の下方、つまり冷媒内からも冷媒流を供給しても良い。その際、下方からの冷媒流により線材が浮き上がらないように冷媒流の流量を調整することが好ましい。
【００３０】
また、冷媒供給手段は、熱間圧延線材の重なりの少ない箇所よりも多い箇所に冷媒を供給するように構成されていることが好ましい。例えば、熱間圧延線材の重なりの多い箇所にノズルや供給口を向けて構成することや、この重なりの多い箇所に向けられたノズルや供給口の数を線材の重なりが少ない箇所に向けられたノズルや供給口の数より多くすることなどが挙げられる。このような冷媒供給手段を用いることで、線材の重なりの多い箇所と少ない箇所における冷却むらを抑制することができる。
【００３１】
また、冷媒供給手段は、液体の冷媒に気体を所定の混合率で混合可能に構成されていることが望ましい。例えば、ノズルに対して気体を供給する気体冷媒供給手段を接続することが挙げられる。液体冷媒に所定の混合率で気体を混合することで、冷媒の冷却能力を変化させ、より一層精度の高い冷媒温度制御を可能にすることができる。線材の重なりの多い箇所と少ない箇所とで気体の混合率の異なる冷媒を供給しても良い。
【００３２】
一方、冷媒槽は容器状のものが好適に利用できる。例えば、底面と両側面、両端面を有し、上部が開口した形状の冷媒槽を用いることができる。本発明方法または装置で用いる冷媒槽は、非浸漬タイプの場合、冷媒を貯留する必要はない。つまり、底面が実質的に抜けている構造の冷媒槽でも良い。部分浸漬タイプや完全浸漬タイプの場合、冷媒槽に貯留する冷媒温度をある程度調整する加熱手段を備えるものが好ましい。この加熱手段の設定温度は、後述するように複数の冷却ゾーンを設けた場合、各冷却ゾーンで同じでも良いし異なっても良い。完全浸漬タイプの場合、貯留した冷媒の液面から熱間圧延線材までの最大距離が6cm以下となるように冷媒の液面位置を制御して熱処理することが好ましい。熱間圧延線材までの最大距離が6cm以下であれば冷媒への浸漬深さが浅いため、冷媒外、つまり冷媒の液面の外からの供給される冷媒流による流動作用が十分に線材に及ぼされ、効果的な冷却を行うことができる。
【００３３】
冷媒槽を構成するいずれかの面には、冷媒の排出口が形成され、排出口から排出された冷媒は、温度調整槽に供給されて、所定の温度に調整される。例えば、冷媒槽の上流側端面や底面に排出口を形成することが挙げられる。冷媒槽のうち、熱間圧延線材が投入される上流側に冷媒の排出口を設けることで、線材に接して温度上昇した冷媒を効率的に冷媒槽外へ排出することができる。
【００３４】
また、特に浸漬タイプの場合、冷媒槽の底面に排出口を設けることで、冷媒槽底部に滞留する低温冷媒を排出することができる。底面の排出口は、冷媒温度上昇の生じやすい箇所がそれ以外の箇所よりも冷媒排出量を多くなるように構成されていることが好ましい。例えば、冷媒槽における上流側から2m付近が鋼線の変態発熱などにより冷媒の温度が上昇しやすい場合、この温度が上昇しやすい箇所における底部排出口の面積を他の箇所よりも局部的に大きくすることが挙げられる。このような構成により、冷媒の温度上昇が生じやすい箇所の冷媒を効率的に排出させ、より効果的な冷却を可能にする。
【００３５】
このような冷媒槽には、熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段が内装されている。この搬送手段には、非浸漬タイプの場合、冷媒に浸漬することなく搬送可能なコンベアが、部分浸漬タイプ或いは完全浸漬タイプの場合、冷媒中に線材の少なくとも一部が浸漬された状態で駆動可能なコンベアが挙げられる。通常、この搬送手段は、冷媒槽への導入部と排出部が傾斜して構成され、導入部と排出部の中間が水平に構成されている。その際、導入部の傾斜角度は、水平面に対して60°以内であることが好ましい。搬送手段における導入部の傾斜を抑えることで、線材が搬送手段上からずれて搬送トラブルとなることを抑制することができる。この傾きのより好ましい値は45°以下である。
【００３６】
以上のような冷媒槽、搬送手段および冷媒供給手段を有する冷却ゾーンを熱処理工程の長手方向に複数設けることが好ましい。冷却ゾーンを複数箇所設けることで、各冷却ゾーンごとに異なる条件で熱処理を行うことができる。また、各冷却ゾーンの間などを復熱ゾーンとし、一旦冷却ゾーンで冷却された線材を復熱ゾーンで復熱することもできる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明方法及び装置によれば、非浸漬タイプおよび部分浸漬タイプの熱処理方法の場合、大気などの冷媒外に曝されたまたは部分的に冷媒から露出した熱間圧延線材に直接冷媒流を供給することにより、冷媒中から噴流を供給する従来の熱処理方法に比べて、冷却速度の制御幅をより広範囲とすることができる。完全浸漬タイプの場合、冷媒外からの冷媒流による冷却を実質的に非浸漬タイプや部分浸漬タイプと遜色ない程度とすることができ、同様に冷却速度の制御幅を広げることができる。それに伴い、次の効果を奏することができる。
【００３８】
(1)溶融鉛並みの冷却速度で熱処理することが可能になる。
(2)熱処理工程の長手方向に冷却条件の異なる複数の冷却ゾーンを設けることができる。例えば、冷却速度の速い急冷ゾーンを設けたり、一旦冷却された線材を復熱する復熱ゾーンを設けたりすることが容易にできる。
(3)太い線材であっても、その線径に適した冷却速度を冷却槽の長さを長くすることなく得ることができる。
(4)適正な冷却速度を得ると共に冷却のばらつきも低減でき、機械的特性に優れた鋼線を得ることができる。特に、線材の高強度化や機械的性能のコントロールが実施し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００４０】
（実施例1：非浸漬タイプ）
図１は本発明熱処理装置の概略構成図である。この装置は、冷媒槽10と、冷媒槽10から排出された冷媒の温度調整を行なう温度調整槽20と、温度調整槽20の冷媒を冷媒槽10へ供給する冷媒供給手段30とを有する。冷媒供給手段30は、ポンプ31とノズル32を有する。この冷媒槽10の上流にはレーイングヘッド40が設けられ、同ヘッド40から送り出される熱間圧延線材200を冷媒槽10の冷媒100中に浸漬して熱処理を行う。
【００４１】
冷媒槽10は、上部が開口した容器状の槽で、両端面、両側面、底面から構成されている。このうち、底面の上流側に冷媒の排出口11が形成されている。また、冷媒槽10には、冷媒槽10の内部に導入された冷媒の温度をある程度調整可能な加熱手段が設けられている。
【００４２】
また、冷媒槽10の内部には、熱間圧延線材200を搬送するコンベア12が配されている。このコンベア12はレーイングヘッド40から冷媒槽10の間および冷媒槽10の下流側に設けられた各水平コンベア50A,50Bにつながっており、同ヘッド40から送り出された熱間圧延線材200を冷媒槽10の冷媒中に導入して熱処理を行わせ、その後、冷媒槽10外へと線材を送り出す。本例では、冷媒槽10内において、前段は上流側が高く下流側が低い傾斜を持ち、中段は水平で、後段は上流側が低く下流側が高い傾斜を持ったコンベア12を用いた。この前段と後段の傾斜角度は20°である。
【００４３】
一方、温度調整槽20は、冷媒槽10と同等以上の容量を有して、上部が開口した槽である。この調整槽20は、丁度冷媒槽10の下方に位置され、冷媒槽10の排出口11からの冷媒100を調整槽20の一端側で受けられるように配置されている。また、調整槽20の他端側には、配管を介してポンプ31が接続され、このポンプ31の駆動により調整槽20内の冷媒を冷媒槽10側へ環流している。そして、図示していないが、温度調整槽20内の冷媒を所定の温度に調整するための熱交換器が、温度調整槽20に設けられている。
【００４４】
調整槽20から所定温度に調整されて送られて来た冷媒は、冷媒槽10の底面に対向して配されたノズル32から噴射される。ノズル32は、冷媒槽内でコンベア12上に対向して配置され、調整槽20からの温水に空気を所定の比率で混合して噴射できるように構成されている。つまり、熱間圧延線材200に対してほぼ上方から冷媒100を供給することで、同線材200のピッチなどに乱れが生じて搬送トラブルが生じることを抑制している。
【００４５】
また、ノズル32は、冷媒槽10の幅方向に間隔をあけて配置されており、ルーズコイル状の熱間圧延線材200における重なりの多い箇所に対して重点的に冷媒を供給できるようにされている。ここでは、図2、図3に示すように、線材の搬送方向に沿った3本のノズル32を平行に配置している。各ノズルは、熱間圧延線材200の重なりの多い箇所ほど冷媒の噴射口が多く、他の箇所よりも多くの冷媒を供給できるようにしている。
【００４６】
そして、図1や図3に示すように、ノズル32から供給された冷媒100は、冷媒槽10の底部にある程度は貯留するが、貯留した冷媒100の液面はコンベア12の下方に位置している。つまり、熱間圧延線材200は貯留した冷媒100に浸漬されない状態にコンベア12上に保持され、専らノズル32から供給される冷媒流により冷却される。線材200に接触した冷媒100は、重力により下方に落下しようとするため、線材200の外周全域に行き渡らせることが可能であり、むらなく線材200の冷却を効率的に行うことができる。そのため、貯留した冷媒100中に配置したノズル32から噴流を線材200に噴射することで冷却を行っていた従来の冷却方法に比べて、冷却速度の制御範囲を大きく拡げることができる（図10）。
【００４７】
このような装置において、図示しない圧延ラインから送られて来た熱間圧延線材200はレーイングヘッド40で一旦巻き取ってリング状にし、このリングの中心が所定のピッチでずれたルーズコイル状にして水平コンベア50Aへと供給する。
【００４８】
水平コンベア50A上の熱間圧延線材200は冷媒槽10内のコンベア12へと送られてノズル32から供給される冷媒流に接触されて冷却される。この冷却により、熱間圧延線材200は、オーステナイトから実質的にパーライトよりなる組織に変態される。
【００４９】
そして、熱処理された線材200は、冷媒槽10から送り出されて水平コンベア50Bで搬送されたのち、次工程へと供給される。
【００５０】
このような装置によれば、熱間圧延線材200が冷媒100に浸漬されない状態で冷媒流により冷却されるため、従来に比べて冷却速度の制御範囲を拡げることができる。それに伴い、線材の機械的特性の改善を実現することができる。
【００５１】
その他、変形例としては、図4に示すように、ノズル32をコンベア12の下方にも配置し、熱間圧延線材200の下方からも冷媒流を噴射できるように構成しても良い。この場合、上下から冷媒流を熱間圧延線材200に浴びせることができ、効率的な冷却が期待できる。ただし、線材200の下方から冷媒流を噴射するため、その冷媒流に押し上げられて線材200がコンベア12上で暴れない程度の勢いで冷媒流を噴射することが好ましい。
【００５２】
（実施例2：部分浸漬タイプ）
次に、部分浸漬タイプの本発明装置を図5に基づいて説明する。
実施例1では、冷媒槽内において、コンベアで搬送される熱間圧延線材が冷媒に浸漬されず、専らノズルから供給される冷媒流によって冷却されているが、本例では、熱間圧延線材200の一部が冷媒100に浸漬されている点が異なる。それ以外の構成は実施例1と同様であるため説明を省略する。
【００５３】
つまり、図5に示すように、実施例1よりも多くの冷媒100が冷媒槽10に貯留され、その冷媒100の液面が熱間圧延線材200の厚さ方向のほぼ中間に位置している。このように部分的に線材200を浸漬させるには、ノズル32からの冷媒供給量と冷媒槽10における排出口からの冷媒排出量のバランスを調整することで容易に実現できる。そして、このような部分浸漬状態の熱間圧延線材200であっても、熱間圧延線材200は実質的にノズル32から供給される冷媒流により冷却されるため、実施例１と同程度の冷却速度の温度幅を実現することができる。
【００５４】
（実施例3：完全浸漬タイプ）
次に、完全浸漬タイプの本発明装置を図6に基づいて説明する。
実施例2では、冷媒槽内において、コンベアで搬送される熱間圧延線材の一部が冷媒に浸漬されていたが、本例では、熱間圧延線材200の全てが冷媒に浸漬されている点が異なる。
【００５５】
つまり、図6に示すように、実施例2よりも多くの冷媒100が冷媒槽10に貯留され、その冷媒10の液面が熱間圧延線材200の上部に位置している。本例では、貯留された冷媒10の液面とルーズコイル状の熱間圧延線材200との最大距離が3cmとなるような冷媒貯留量とした。本例の場合も、冷媒貯留量の調整は、ノズル32からの冷媒供給量と冷媒槽10における排出口からの冷媒排出量のバランスを調整することで行う。
【００５６】
このような完全浸漬状態の熱間圧延線材200であっても、冷媒100中への浸漬深さが浅いため、冷媒外から供給される冷媒流の勢いが熱間圧延線材200の全体に十分におよび、ノズル32から供給される冷媒流により熱間圧延線材200を冷却している状態と極めて近似した冷却状態を得ることができる。特に、冷却速度を早くすることについては、実施例１や実施例２と遜色ない程度の調整幅を得ることができる。
【００５７】
（試験例１）
上述の実施例装置（図1、図5、図6）および図10に示した比較例装置を用いて、熱間圧延線材の熱処理を行った。実施例装置では、図７(A)に示すように、上流側（レーイングヘッド40側）の第1冷却ゾーン61と下流側の第2冷却ゾーン62の２つの冷却ゾーンを持つ熱処理ラインを構成した。各冷却ゾーン61,62はそれぞれ同じタイプの実施例装置で構成され、第1冷却ゾーンでは線材を冷却し、第2冷却ゾーンでは第1冷却ゾーンよりも緩和された冷却を行う。一方、比較例装置では、図７(B)に示すように、単一の冷却ゾーン60を有する熱処理ラインを構成した。これらの熱処理ラインで用いた熱処理装置の諸条件は、次の通りである。
【００５８】
＜実施例1〜3＞
第1冷却ゾーンの冷媒槽長さ=約4m
第1冷却ゾーンの冷媒槽容量=約6m3
第2冷却ゾーンの冷媒槽長さ=約4m
第2冷却ゾーンの冷媒槽容量=約6m3
第1冷却ゾーンと第2冷却ゾーンとの間隔=約1.05m
完全浸漬タイプの冷媒液面から線材までの最大距離=3cm
【００５９】
＜比較例＞
冷媒槽長さ=約24m
冷媒槽容量=約20m3
【００６０】
具体的な熱処理条件を表1〜表４に示す。表１は非浸漬タイプの実施例装置を用いた熱処理における条件を、表２は部分浸漬タイプの実施例装置を用いた熱処理における条件を、表３は完全浸漬タイプの実施例装置を用いた熱処理における条件を、表４は比較例装置を用いた熱処理における条件を示している。また、得られた鋼線の抗張力を測定した。その測定結果も併せて表1〜表４に示す。これらの表において、各用語の意義は次の通りである。
【００６１】
鋼片加熱温度：圧延時に鋼片を加熱する温度
最終圧延温度：最終圧延機の出口における圧延材温度
巻取り温度：レーイングヘッドで巻き取る際の圧延材温度
冷媒槽温度：冷媒槽の設定温度（第1冷却ゾーン・第2冷却ゾーンで共通）
冷媒温度：温度調整槽の設定温度
流量：各冷媒槽からの全排水流量
抗張力：線材長手方向の複数位置から得た試料の抗張力を測定し、その測定値の平均値を示す。
【００６２】
【表１】
2007056300.tif 000003
【００６３】
【表２】
2007056300.tif 000004
【００６４】
【表３】
2007056300.tif 000005
【００６５】
【表４】
2007056300.tif 000006
【００６６】
以上の表から明らかなように、表１に示す非浸漬タイプの装置を用いた場合に最も抗張力の高い鋼線が得られ、以下部分浸漬タイプ、完全浸漬タイプの順に抗張力の高い鋼線が得られることがわかる。一方、比較例装置を用いた熱処理では、いずれの実施例装置を用いた熱処理と比較してもはるかに低い抗張力の鋼線であることがわかる。
【００６７】
また、線材長手方向の複数位置から得た試料の抗張力を測定した際、各試料の抗張力のばらつきを調べた。ここでは、非浸漬タイプの装置を用いた熱処理（試料No.1-1に相当）と、比較例装置を用いた熱処理（試料No.4-1に相当）により得られた鋼線の抗張力の分布を調べた。その結果を図８に示す。
【００６８】
このグラフから明らかなように、抗張力の分布の中心が、比較例装置により得られた鋼線（図８A）よりも非浸漬タイプの装置により得られた鋼線（図８B）の方が高強度側にずれており、本発明装置を用いた熱処理の優位性が確認できる。加えて、抗張力の分布幅も非浸漬タイプの装置により得られた鋼線の方が小さく、製品特性のばらつきを抑制できていることもわかる。
【００６９】
さらに、非浸漬タイプの装置を用いた熱処理（試料No.1-1に相当）と、比較例装置を用いた熱処理（試料No.4-1に相当）における線材温度と冷却時間の関係も調べた。その結果を図９のグラフに示す。
【００７０】
比較例装置を用いた熱処理では、図９(A)に示すように、冷却前段に急激に線温が低下し、冷却中段で鋼線組成に依存して生じる線温の上昇が生じる。その後、冷却後段で再度急激に線温が低下する温度履歴を示す。その際、冷却前段の線温の低下傾向（冷却速度）と冷却後段の線温の低下傾向はほぼ同等である。つまり、冷却前段と後段とで異なる冷却速度を得ることはできていない。
【００７１】
これに対し、非浸漬タイプの装置を用いた熱処理（実施例）では、図９(B)に示すように、比較例装置での熱処理の場合以上に、冷却前段で急激に線温が低下する。また、冷却中段で鋼線組成に依存して生じる線温の上昇が生じる点は比較例装置での熱処理の場合と同様であるが、その温度上昇程度が緩和されている。そして、冷却後段では、比較例装置での熱処理の場合に比べて、より緩やかに線温が低下していることがわかる。つまり、その際、冷却前段の線温の低下傾向（冷却速度）と冷却後段の線温の低下傾向は異なっており、冷却前段と後段とで異なる冷却速度を得られていることがわかる。
【００７２】
次に、完全浸漬タイプの実施例装置を用いて冷媒液面から線材までの最大距離を6.0cm、2.0cm、0.5cmとした熱処理も同様に行ったところ、いずれも比較例装置で得られた鋼線よりも抗張力に優れることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明方法および装置は、鋼線の熱処理、特に硬鋼線材やピアノ線材などの製造分野において利用することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】非浸漬タイプの本発明装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の冷媒槽における線材とノズルの配置関係を示す模式斜視図である。
【図３】図１の装置の冷媒槽における線材とノズルの配置関係を示す模式断面図である。
【図４】線材の下方にもノズルを設けた本発明装置の冷媒槽における線材とノズルの配置関係を示す模式断面図である。
【図５】部分浸漬タイプの装置の冷媒槽における線材とノズルの配置関係を示す模式断面図である。
【図６】完全浸漬タイプの装置の冷媒槽における線材とノズルの配置関係を示す模式断面図である。
【図７】(A)は本発明装置で構成した熱処理ラインの概略平面図、(B)は比較例装置で構成した熱処理ラインの概略平面図である。
【図８】(A)は比較例装置での熱処理で得られた線材の抗張力分布を示すヒストグラム、(B)は実施例装置での熱処理で得られた線材の抗張力分布を示すヒストグラムである。
【図９】(A)は比較例装置による熱処理における線材の温度履歴を示すグラフ、(B)は実施例装置による熱処理における線材の温度履歴を示すグラフである。
【図１０】比較例装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
10  冷媒槽  11  排出口  12  コンベア
20  温度調整槽  30  冷媒供給手段  31  ポンプ  32  ノズル
40  レーイングヘッド  50A、50B  水平コンベア
60  冷却ゾーン  61  第1冷却ゾーン  62  第2冷却ゾーン
100  冷媒  200  熱間圧延線材
【図１】
2007056300.tif 000007
【図２】
2007056300.tif 000008
【図３】
2007056300.tif 000009
【図４】
2007056300.tif 000010
【図５】
2007056300.tif 000011
【図６】
2007056300.tif 000012
【図７】
2007056300.tif 000013
【図８】
2007056300.tif 000014
【図９】
2007056300.tif 000015
【図１０】
2007056300.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月19日(2006.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒でルーズコイル状の熱間圧延線材を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法であって、
前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒であり、
前記熱間圧延線材は、貯留した冷媒に浸漬されることなく冷媒流に曝されて冷却されて組織が変態されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項２】
冷媒でルーズコイル状の熱間圧延線材を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法であって、
前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒であり、
前記熱間圧延線材は、その厚さ方向の下側が貯留した冷媒に浸漬され、上側が液面から露出され、この液面から部分的に露出した状態で、その冷媒の液面の外側から噴射される冷媒流に曝されて冷却されて組織が変態されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項３】
冷媒でルーズコイル状の熱間圧延線材を冷却する熱間圧延線材の直接熱処理方法であって、
前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒であり、
前記熱間圧延線材は、貯留した冷媒に浸漬された状態で、その冷媒の液面の外側から噴射される冷媒流に曝されて冷却されて組織が変態されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項４】
貯留した冷媒の液面から浸漬された熱間圧延線材までの最大距離が6cm以下であることを特徴とする請求項３に記載の熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項５】
前記熱間圧延線材が冷媒流に曝されて冷却される冷却ゾーンを複数形成し、各冷却ゾーンの冷却条件が異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱間圧延線材の直接熱処理方法。
【請求項６】
冷媒槽と、冷媒槽内でルーズコイル状の熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段とを有する熱間圧延線材の直接熱処理装置であって、
前記搬送手段は、熱間圧延線材を冷媒槽内で冷媒に浸漬されない状態で搬送し、
その熱間圧延線材に冷媒流を供給する冷媒供給手段を有し、
前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒であり、
前記熱間圧延線材は、前記冷媒流により冷却されて組織が変態されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【請求項７】
冷媒槽と、冷媒槽内でルーズコイル状の熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段とを有する熱間圧延線材の直接熱処理装置であって、
前記搬送手段は、熱間圧延線材の厚さ方向の下側が冷媒槽内に貯留した冷媒に浸漬され、上側が液面から露出した状態で搬送し、
その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有し、
前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒であり、
前記熱間圧延線材は、前記冷媒流により冷却されて組織が変態されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【請求項８】
冷媒槽と、冷媒槽内でルーズコイル状の熱間圧延線材を熱処理工程の上流側から下流側へと搬送する搬送手段とを有する熱間圧延線材の直接熱処理装置であって、
前記搬送手段は、熱間圧延線材を冷媒槽内に貯留した冷媒に浸漬された状態で搬送し、
その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有し、
前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒であり、
前記熱間圧延線材は、前記冷媒流により冷却されて組織が変態されることを特徴とする熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【請求項９】
前記冷媒槽、搬送手段および冷媒供給手段を有する冷却ゾーンを熱処理工程の長手方向に複数有することを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の熱間圧延線材の直接熱処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
非浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、ルーズコイル状の熱間圧延線材を、貯留した冷媒に浸漬されることなく冷媒流に曝して冷却して組織を変態させる。前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
部分浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、ルーズコイル状の熱間圧延線材の厚さ方向の下側を冷媒槽内に貯留した冷媒に浸漬させ、上側を液面から露出させ、このように線材が液面から部分的に露出した状態で、その冷媒の液面の外側から供給される冷媒流に曝して冷却して組織を変態させる。前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
完全浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理方法は、ルーズコイル状の熱間圧延線材を、貯留した冷媒に浸漬された状態で、その冷媒の液面の外側から供給される冷媒流に曝して冷却して組織を変態させる。前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
非浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理装置は、前記搬送手段で熱間圧延線材を冷媒槽内で冷媒に浸漬されない状態で搬送する。前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒である。そして、本発明装置は、その熱間圧延線材に冷媒流を供給する冷媒供給手段を有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
部分浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理装置は、前記搬送手段で熱間圧延線材の厚さ方向の下側が冷媒槽内に貯留した冷媒に浸漬され、上側が液面から露出した状態で搬送する。前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒である。そして、本発明装置は、その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
完全浸漬タイプの本発明熱間圧延線材の直接熱処理装置は、前記搬送手段で熱間圧延線材を冷媒槽内に貯留した冷媒に浸漬した状態で搬送する。前記冷媒は、沸騰水または温水あるいはこれらの液体冷媒に気体を混合した気液混合冷媒である。そして、本発明装置は、その熱間圧延線材に冷媒の液面の外側から冷媒流を供給する冷媒供給手段を有する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
（実施例1：非浸漬タイプ）
図１は本発明熱処理装置の概略構成図である。この装置は、冷媒槽10と、冷媒槽10から排出された冷媒の温度調整を行なう温度調整槽20と、温度調整槽20の冷媒を冷媒槽10へ供給する冷媒供給手段30とを有する。冷媒供給手段30は、ポンプ31とノズル32を有する。この冷媒槽10の上流にはレーイングヘッド40が設けられ、実施例1では、同ヘッド40から送り出される熱間圧延線材200を冷媒槽10に導入して冷媒槽10の冷媒100中に浸漬せずに熱処理を行う。後述する実施例2,3では、熱間圧延線材200を冷媒槽10の冷媒100中に浸漬して熱処理を行う。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
冷媒槽10は、上部が開口した容器状の槽で、両端面、両側面、底面から構成されている。このうち、底面の上流側に冷媒の排出口11が形成されている。また、冷媒槽10には、冷媒槽10の内部に導入された冷媒の温度をある程度調整可能な加熱手段が設けられている。この加熱手段は、後述する実施例2,3で用いる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
つまり、図6に示すように、実施例2よりも多くの冷媒100が冷媒槽10に貯留され、その冷媒100の液面が熱間圧延線材200の上部に位置している。本例では、貯留された冷媒100の液面とルーズコイル状の熱間圧延線材200との最大距離が3cmとなるような冷媒貯留量とした。本例の場合も、冷媒貯留量の調整は、ノズル32からの冷媒供給量と冷媒槽10における排出口からの冷媒排出量のバランスを調整することで行う。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
【表１】
2007056300.tif 000017
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
【表２】
2007056300.tif 000018
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
【表３】
2007056300.tif 000019