JPH0322450B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は熱間圧延工程に引き続いて高温線材
を冷却する方法、特に中心がずれるようにして重
なり合つた高温線材リングの連続群をコンベアで
搬送しながら冷媒を供給して冷却する方法に関す
る。

（従来の技術） 熱間圧延に引き続いて高温線材を急冷あるいは
徐冷して熱処理する方法として、空気、ミスト、
水などを吹き付ける方法、ソルトや鉛などの金属
浴への浸漬法、温水、冷水、油などの液体への浸
漬法、あるいは特開昭57−9826号に示されるよう
な流動撹拌状態の温液体中への浸漬法等がある。
これら方法はそれぞれ用途に応じて用いられ、そ
の大部分が単一機能ながら優れた特徴を持つてい
る。しかし、近年の鉄鋼製造技術の一傾向である
多品種小ロツト生産に対応するには、複数の冷却
装置を設置しなければならず、製造プロセスの複
雑化や設備コストの上昇を招く。

これらの対策として、日本金属学会会報第25巻
第６号（1986）P.559に紹介されているような多
機能熱処理システムを生むに至つた。このシステ
ムの特徴は10℃／ｓ以下の冷却速度に対しては空
冷方式、それ以上には浸漬方式を採用するもの
で、その設備は上下２ライン構造とし、浸漬ライ
ンには流動撹拌状態で冷却するための冷媒循環装
置等を持つている。また、空冷ラインには保温カ
バー、ブロワーを附設し、所望の冷却速度２〜
100℃／ｓが得られるように設計されている。

また、特開昭60−248824号公報には、気泡を水
中に多数分散させた気水混相流体による熱処理方
法が提案されているが、冷媒の基本形が液体であ
ることから冷却速度調整には限界がみられる。な
お、特開昭57−140834号公報や上述の特開昭60−
248824号公報において界面活性剤の添加の例が見
られるが、これらは、いずれも沸騰曲線で定義さ
れる膜沸騰伝熱から遷移沸騰（核沸騰）伝熱への
移行温度を低下させるために添加されている。

しかし、ばね鋼や高炭素鋼線材の調整冷却、特
にばね鋼においては沸点近傍の熱水で浸漬冷却す
れば、冷却速度が速すぎて過冷組織を発生する
し、単なる大気の自然放冷であれば冷却速度の不
均一を生じ、冷却速度の遅くなる部位でフエライ
ト脱炭を発生する問題を生じる。このことから、
熱水での浸漬冷却と大気での自然放冷の中間の冷
却速度を得る手段として一般に風をかける衝風冷
却方式がとられている。

上記衝風冷却方式では、レイングヘツドでコイ
リングされ、非同心円状の線材リングが連続的に
コンベア上に乗せられて冷却される時の各線材リ
ングの重なり程度は、線材リング中心から両側部
にわたつて変化するので、衝風量を線材リングの
重なり程度に応じて変化させる等の対策を講じて
いる。

非同心円の線材リング状に形成した線材をコン
ベア上で搬送しながら冷却するに際し、線材リン
グの両端は線材と線材の重なり密度が大きく線材
リング中央の単一線材状部位に比べて冷媒が十分
触れず冷却が弱くなる欠点がある。

また、均質パテンテイングのための冷却方法と
して、気体と温水との強撹拌状態の流体冷媒中で
の浸漬冷却法がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前記衝風冷却方式において、従来では
線材リングの重なり部に下方から風をかけてお
り、均一冷却は難しく、１線材リング内の冷却速
度バラツキは熱水での浸漬冷却処理材に比べて大
きくなる。したがつて、引張り強さ等の機械的性
質のバラツキが大きくなり、二次加工時の工具摩
耗、寸法精度に悪影響を及ぼすほか矯直時の曲り
発生の原因にもなる等の問題があつた。

また、前記気体と温水との強撹拌状態の流体冷
媒中で浸漬冷却する方法では、冷媒が強撹拌状態
にあるので、5.5mmφ付近の細径線材はコンベア
に乗せられて通材される過程で揺動を起し、搬送
時のトラブルを引起したり、部分的にスケール剥
離を起し、二次加工前のメカニカルデスケーリン
グや酸洗時の肌荒れの原因となる。さらには、多
量の空気を吹き込むため、ブロラー等のランニン
グコストおよびそれらの冷媒循環装置を必要と
し、設備の大型化、複雑化につながるほか、設備
コストも非常に高くなる問題があつた。

そこで、この発明は上記欠点を改善するもの
で、熱間圧延線材を全長にわたり均一に、かつ広
い範囲の冷却速度で冷却することができる線材の
冷却方法を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明の線材の冷却方法は、中心がずれるよ
うにして重なり合つた高温線材リングの連続群を
コンベア上に形成し、前記線材リング群をコンベ
アで搬送しながら冷媒を供給して冷却する方法に
おいて、前記冷媒が泡沫であり、線材リングの重
なり密度の大きい部分に重なり密度の小さい部分
よりも泡沫を多く供給する。ここで泡沫とは、水
中以外に存在する単一気泡の集団であつて、液体
の薄い膜で隔てられた気泡の集りを示すものであ
る。したがつて、従来公知の水中に気体を吹き込
んで得られる気泡が水に分散された状態の気水混
相流体とは本質的に異なるものである。上記泡沫
は界面活性剤または水溶性ポリマーの少なくとも
一つを含む水溶液の薄膜により形成されたもので
ある。

線材リング群を形成するには、従来行われてい
るように巻取機のレイングヘツドから搬送コンベ
ア上に線材リング状に送り出す。

泡沫の生成は送気法、撹拌法、振とう法、沸騰
法、減圧法、溶解度減少法などによる。送気法で
は発泡剤を含む水溶液中に空気、N₂などの不活
性ガス、あるいは還元性ガスなどを吹き込む。線
材リングへ泡沫を供給するには、たとえば噴射ノ
ズルが用いられる。泡沫噴射ノズルは線材リング
に対して上、下いずれの側に配置してもよいし、
また焼入用冷水供給ノズルを兼用してもよい。線
材リングの重なり密度の大きい部分に他の部分よ
りも泡沫を多く供給するには、たとえば線材リン
グの重なり密度の大きい部分に集中配置した泡沫
噴射ノズルから泡沫を供給する。また、線材リン
グの重なり密度の大きい部分に他の部分よりも水
分の多い泡沫を供給するようにしてもよい。

泡沫中の水分量は、発泡剤を含む水溶液中にお
ける発泡剤と水分との割合、発泡剤の種類や濃
度、あるいは発泡剤を含む水溶液に吹き込む空気
量などによつてコントロールされる。

泡沫中の下限含水量は0.01ｇ／100ml（泡沫100
ml中に0.01ｇの水を含むことの意味）が望まし
い。これは、泡沫の中に高温線材を浸漬して連続
冷却できる限界の水分量である。いいかえれば、
泡沫中水分量が0.01ｇ／100ml未満になると、冷
却速度に与える泡沫としての役割がほとんどなく
なる水分量である。また、発泡剤を含む水溶液の
温度を常温以下まで低下せしめて泡沫を生成さ
せ、その泡沫で冷却した時に得られる冷却速度が
丁度従来の風で冷却して得られる冷却速度をクリ
アーする水分量である。また、泡沫中の上限含水
量は80ｇ／100mlであることが望ましい。これは
従来の多機能システムにおいて、強撹拌状態の冷
媒に浸漬して得られる冷却速度10〜30℃／secを
クリアーするのに必要な含水量に若干の余裕をも
つて選んだ水分量である。

前述のように泡沫は、界面活性剤や水溶性ボリ
マーを含む水溶液からつくられる。

ここにいう界面活性剤とは、気液表面に吸着し
て表面活性を低下させる水可溶性の有機系化合物
のことであり、より具体的には、脂肪酸塩類、高
級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸
エステル塩類、脂肪族アミンおよび脂肪族アマイ
ドの硫酸塩類、脂肪アルコールリン酸エステル塩
類、２塩基性脂肪酸エステルのスルホン塩類、脂
肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリルスル
ホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタリンスルホ
ン酸塩類等のアニオン活性剤、また脂肪族アミン
塩類、第４級アンモニウム塩類、アルキルビリジ
ニウム塩類等のカチオン系活性剤、またポリオキ
シエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチ
レンアルキルフエノールエーテル類、ポリオキシ
エチレンアルキルエステル類、ソルビタンアキル
エステル類ポリオキシソルビタンアルキルエステ
ル類等の非イオン系活性剤、あるいはアルキルベ
タイン、アルキルジメチルアミンオキサイド、ア
ルキルアラニン等の両性活性剤等が主だつた物と
して挙げられるが、これに限定されるものではな
い。

泡沫を生成する際、これら界面活性剤の１種あ
るいは２種以上の混合物を水に対し0.001〜40％
になるよう加え使用することが好ましい。

また、水溶性ポリマーとしては天然、合成、半
合成の水可溶性ポリマーが有り、具体的にはコー
ンスターチ、デンプン類、ふのり、寒天、アルギ
ン酸ソーダ、アラビアゴム、トラガントゴム、ト
ロロアロイ、こんにやく、にかわ、カゼイン、ゼ
ラチン、卵白、血しようタンパク、プルラン、デ
キストリン、カルボキシデンプン、ブリテシユゴ
ム、ヂアルデヒドデンプン、カチオンデンプン、
ビスコース、メチルセルロース、エチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエ
チルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエ
チレングリコール、ポリアルキレングリコール、
ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニ
ルピロリドン、水溶性アルキツドポリビニルエー
テル、ポリマレイン酸共重合体、ポリエチレンイ
ミン、サボニン等が主だつた物として挙げられる
が、これに限定されるものではない。

泡沫生成に際しては、これら水溶性ポリマーの
１種あるいは２種以上を水に対し0.01〜30％に成
るよう加え使用することが好ましい。

以上述べた界面活性剤と水溶性ポリマーは任意
の割合で混合して使用してもよい。また泡沫の性
状や安定性を改善するため、界面活性剤水溶液あ
るいは界面活性剤と水溶性ポリマーの混合液に適
量のキレート剤、ビルダー、高級アルコール等を
加えてもよい。

キレート剤としては、たとえばジヒドロキシエ
チルグリシン、ヒドロキシエチルイミノ２酢酸、
ニトリロ３酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジア
ミン３酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、ジエ
チレントリアミン５酢酸等のアミノカルボン酸
塩、クエン酸ソーダ、グルコン酸ソーダ、酒石酸
ソーダ等のオキシカルボン酸、ポリカルボン酸、
ヒドロキシエタンジホスホン酸、ニトリロトリス
メチレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラメ
チレンホン酸等のホスホン酸類あるいはトリポリ
リン酸ソーダ、ピロリン酸ソーダ等の縮合リン酸
塩等が有り、１種または２種以上を0.001〜20％
使用するのが好ましい。

また、高級アルコールは炭素数が６〜36の１級
及び２級のアルコールが好ましく、ヘキサノー
ル、オクタノール、ラウリルアルコール、ミリス
チルアルコール、セチルアルコール、ステアリル
アルコール、オレイルアルコール、炭素数が18、
24、36等のゲルベアルコール等の１種または２種
以上を界面活性剤に対し0.5〜30％加えてもよい。

その他、ビルダー、たとえば珪酸ソーダ、硫酸
ソーダ、炭酸ソーダ等を上記配合物に対し0.1〜
30％加えてもよい。

通常、発泡剤を含む水溶液の温度は０℃〜100
℃の間までで使用されるが、常温で使用して泡沫
中の水分量をコントロールして所望の冷却速度を
得る方法が省エネルギー上望ましい。また、吹込
気体の温度も予熱して使用することも可能であ
る。

（作 用） 線材リング群に供給された泡沫は、リング間に
侵入して線材表面に付着する。線材表面に付着し
た泡沫薄膜の水溶液は線材の保有熱により蒸発
し、沸騰伝熱および放射伝熱の組合せにより冷却
される。

泡沫中の界面活性剤は、気液表面に吸着して表
面張力を低下させるとともに、表面粘度を増加し
て泡沫形成時の発泡性、泡沫径の大小あるいは均
一性、安定性などを改善する。また、泡沫中の水
溶性ポリマーは気液表面の表面粘性あるいは表面
粘弾性を向上させ、安定な泡沫を形成する。

線材リングの重なり密度の大きい部分は重なり
密度の小さい部分よりも泡沫が多く供給されるの
で、泡沫はリング周辺を十分に包囲している。し
たがつて、線材リングの重なり密度の高い所で泡
沫中水溶液の蒸発速度が早くなり抜熱量が多くな
つても、泡沫は十分に補給されるので泡沫が消滅
することはない。この結果、重なり密度の大きい
部分も重なり密度の小さい部分と同様に冷却さ
れ、線材は全長にわたつて一様に冷却される。

泡沫中の水分量により泡沫の冷却能は変化し、
また水分量は広い範囲にわたつて調整することが
できる。したがつて、１基の冷却設備において線
材の冷却速度も広い範囲（冷却水による冷却から
大気での自然放冷などに相当する範囲、たとえば
線径10mmの場合で１〜120℃／sec）にわたり制御
される。

（実施例） 第１図および第２図はそれぞれこの発明の実施
例を示すもので、第１図はコンベア上を線材リン
グ群が搬送されている状態を示す平面図および第
２図は冷却設備の縦断面図である。

熱間圧延された線材は、巻取機のレイングヘツ
ド（図示しない）からコンベア１上にリング状に
送り出され、コンベア１上に線材リング群Ｓが形
成される。線材リング群Ｓは側端寄りＡにおいて
線材リングが他の部分Ｂよりも密に重なり合つて
いる。

コンベア１はチヤンネル２内に収容されてお
り、両側方にサイドガイド３が設けられている。
コンベア１の直下にはヘツダ５が配置されてお
り、ヘツダ５の両端寄りにはそれぞれ泡沫噴射ノ
ズル６が取り付けられている。泡沫噴射ノズル６
は線材リング群Ｓの両端部Ａを指向している。ま
た、ヘツダ５には発泡剤を含む水溶液を貯えた水
溶液タンク８およびエアタンク９が発泡器１０に
接続されて供給管７を介して接続されている。

上記のように構成された冷却設備において、水
溶液を発泡器１０内に空気と一緒に吹き込むと水
溶液は発泡し、泡沫Ｆが線材リング群Ｓの両端部
Ａに向かつて泡沫噴射ノズル６から噴出する。噴
出した泡沫Ｆは線材リング群Ｓの両端部Ａだけで
はなくチヤンネル２いつぱいに広がり、チヤンネ
ル内は泡沫Ｆで充満する。線材リング群Ｓはこの
泡沫Ｆ中に浸漬された状態となり、冷却される。

線材冷却の具体例を挙げると、水溶液は常温の
水１に陰イオン界面活性剤2.5wt％を添加した
ものであつた。この水溶液約10／minに空気約
200／minを発泡器に導いて泡沫を発生させた。
このような泡沫中に、0.4％のＣを含有する直径
9.5mmφの線材を900℃に加熱して浸漬冷却した。
その結果、線材は一様に冷却され、品質振れ、ロ
ツト振れの少ない、目標とする品質の線材を安定
に製造することができた。

第３図および第４図はそれぞれはこの発明を実
施する冷却設備の他の例を示している。なお、以
下の実施例では第２図に示す部材と同様な部材に
は同一の参照符号をつけ、その詳細な説明は省略
している。また、第２図に示した水溶液タンク、
エアタンクおよび発泡器は省略し、図示していな
い。

第３図では、ヘツダ５がチヤンネル２の直上に
配置されており、泡沫噴射ノズル６は線材リング
群Ｓの側端部Ａを指向するようにして傾斜してい
る。泡沫Ｆはサイドガイド３内だけに供給される
ようになつている。第４図では第３図の冷却設備
と同様にヘツダ５がチヤンネル２の直上に配置さ
れている。泡沫噴射ノズル６は線材リング群Ｓの
側端部Ａとサイドガイド３との間を指向してい
る。

この発明は上記実施例に限られるものではな
い。たとえば、泡沫を生成する際、空気の代わり
に、冷却線材の表面酸化防止の観点からN₂ガス
等の不活性ガスあるいは還元性ガスを使用しても
よい。

（発明の効果） この発明では、冷媒として界面活性剤や水溶性
ポリマーを含む水溶液からつくられた泡沫を用い
ているので、生成した泡沫が均一、安定化し、所
要の含水量の均一な泡沫の層を任意に作ることが
できる。これより、冷却雰囲気が制御しやすくな
り、品質振れ、ロツト振れの少ない、目標とする
品質の線材を安定に製造することができる。

この発明は、従来の風をかけて冷却する方法に
比べると、線材を全長にわたつて均一に冷却する
ことができる。また、強撹拌状態の温液体に浸漬
して冷却する従来の方法に比べると、通材抵抗が
小さく5.5mmφのような細径線材であつても通材
性は良好であり、スケールの剥離もなく、酸洗に
よる肌荒れなどの問題もない。さらに、冷媒処理
や排蒸設備、冷媒循環装置等を必要とせず、構造
簡単で設備費も非常に安価である。

また、この発明では泡沫の水分量や温度を制御
することにより広い範囲にわたり冷却速度をコン
トロールすることができる。したがつて、従来の
方法に比べて、線材の抗張力等の機械的性質を１
基の冷却設備により広範囲にわたつて調整するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコンベア上を線材リング群が搬送され
ている状態を示す平面図、第２図はこの発明を実
施するための冷却設備例を示す縦断面図、ならび
に第３図および第４図はそれぞれ冷却設備の他の
例を示す縦断面図である。 １…コンベア、２…チヤンネル、３…サイドガ
イド、５…ヘツダ、６…泡沫噴射ノズル、７…供
給管、８…水溶液タンク、９…エアタンク、１０
…発泡器、Ａ…線材リング群の側端部、Ｂ…線材
リング群の中央寄り部、Ｆ…泡沫、Ｓ…線材リン
グ群。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心がずれるようにして重なり合つた高温線
   材リングの連続群をコンベア上に形成し、前記線
   材リング群をコンベアで搬送しながら冷媒を供給
   して冷却する方法において、前記冷媒が界面活性
   剤および水溶性ポリマーの少なくとも一つを含む
   水溶液の薄膜により形成された泡沫であり、線材
   リングの重なり密度の大きい部分に重なり密度の
   小さい部分よりも泡沫を多く供給することを特徴
   とする線材の冷却方法。 ２ 線材リングの重なり密度の大きい部分に集中
   配置した泡沫噴射ノズルから泡沫を供給すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の線材の
   冷却方法。 ３ 線材リングの重なり密度の大きい部分に供給
   する泡沫の水分が重なり密度の小さい部分に供給
   するものよりも多いことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の線材の冷却方法。