JPH0450370B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱間圧延直後の高温線材を界面活性剤
や水溶性ポリマーでつくられる泡の中に浸漬する
線材の熱処理方法に関するものである。

（従来の技術） 熱間圧延直後の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、それぞれ用途に
応じて用いられている。これらの冷却技術はその
大部分が単一機能ながら秀れた特徴を持つている
が、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。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、ばね鋼や高炭素鋼線材の調整冷却とり
わけばね鋼においては、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的に風をかける
冷却方式がとられている。しかし、レーイングヘ
ツドでコイリングされ、連続的に非同心円状の線
材リングが、コンベアに乗せられて冷却される時
の各リングの重なり程度は、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。しかし、リングの重なり部は下方から風をか
ける従来法では不十分で均一冷却は難しく、１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。従つて、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およぼすほか
矯直時の曲り発生の原因にもなる等の問題があ
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が、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ほか、多量の空気を吹
込むため、ブロワー等のライ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。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記欠点を改善するための全く新しい
冷却方法を提供するものである。すなわち、風冷
の範囲と冷媒を強撹拌状態で浸漬冷却する範囲の
冷却状態を、水に発泡剤を添加して得られる含水
量0.01ｇ〜80ｇ／100mlの泡に浸漬することによ
り得るもので、これによつて安定な状態で鋼材冷
却を行う方法を提供するものであり、更にその泡
を界面活性剤や水溶性ポリマーから作ることで、
所望の冷却速度はもとより、冷却速度のバラツキ
も他冷却方法に比べ改善するものである。

ここで泡（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
た気泡の集団を示すものである。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。

以下、本発明について図面にもとづいて詳細に
説明する。

第１図に示す設備においては、冷却槽１の底部
側内部に、細孔３を多数設けた床板４を設置し、
該床板４と冷却槽１の底板２との間に、界面活性
剤や水溶性ポリマーを含む水溶液５を貯留し、そ
の中にフイルター６を浸漬している。

このフイルター６に気体（空気）を吹き込むこ
とにより、水溶液５を発泡し、床板４の細孔３か
ら冷却槽１内に泡８が吹出し、槽内は泡で充満す
る。この泡中に線材７を浸漬して冷却することで
次の結果を得た。

すなわち、常温の水１に陰イオン界面活性剤
0.5wt％と高級アルコール0.06wt％を添加した水
溶液にフイルター６を介して空気約７／minを
吹込んで発生させた泡に、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、その冷却速度を測定した。その結果、第２図
に示すとおり泡中の水分量が増すにしたがつて冷
却速度は増加する。また、発泡剤（界面活性剤や
水溶性ポリマー）を含む水溶液温度の低い程、冷
却速度は増加することがわかる（図中、●印の実
線は40℃、△印の破線は95℃の水溶液温度）。こ
のような効果は、泡中水分の蒸発潜熱による冷却
と沸騰伝熱さらには放射伝熱の組合せによるもの
と考えられる。

したがつて、泡中の水分量や発泡剤を含む水溶
液の温度を調整することで、冷却速度を自在に制
御することができ、線材の抗張力等の機械的性質
のコントロールが可能となる。

本発明において、泡中の下限含水量0.01ｇ／
100mlとしたのは、泡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、泡中水分量が0.01ｇ／100ml未満になると、
冷却速度に与える泡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を生成させ、
その泡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、上限80ｇ／100ml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。ここで、泡中の水分量は、
発泡剤の種類や濃度、発泡剤を含む水溶液表面か
ら被冷却材までの距離、更には泡高や送気量、フ
イルターの種類等によつてコントロールされる。

線材冷却に使用する泡は界面活性剤や水溶性ポ
リマーからつくることで、安定的に連続冷却が可
能である。すなわち、泡の耐熱性、粒子径、含水
量等のコントロールが容易にできるほか、冷却速
度のバラツキは熱水での浸漬冷却より改良され
る。これは発泡剤として、界面活性剤や水溶性ポ
リマーでつくられる泡は、線材リング重なり密度
の高い部位でも、泡がコイル周囲を完全に包囲し
ているので、線材の放散熱量に対応して泡中水分
の蒸発速度が変化するためである。すなわち、線
材リングの重なり密度の高い所は、泡中水分の蒸
発速度が早くなり抜熱量が多くなる。それでも泡
が消滅しないのは、泡生成速度が十分それを補つ
ているための考えられる。

次に、界面活性剤及び水溶性ポリマーの必要性
について説明する。

これは、発泡剤として界面活性剤を使用する
と、界面活性剤が気液表面に吸着し、表面張力を
低下させると共に表面粘度を増加させ、泡形成時
の発泡性、泡径の大小あるいは均一性、安定性等
を改善し、又、水溶性ポリマーを使用すると、こ
れらが主に気液表面の表面粘性あるいは表面粘弾
性を向上させ、安定な泡を形成することによるも
のである。

このように、界面活性剤や水溶性ポリマーを起
泡剤として使用すると、生成した泡が均一化、安
定化し、含水量が0.01〜80ｇ／100mlの均一な泡
の層を任意に作ることが出来る。この泡を高温線
材の冷却に用いると、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出来る。

一方、これら発泡剤を使用せず強制撹はん等の
機械力のみにより泡を形成させる方法も考えられ
るが、このようにして形成された泡は表面エネル
ギーが高く、表面粘性も低い為、泡も不均一で、
安定性が悪い。このため、線材の冷却雰囲気は一
定せず、ロツト振れ、品質の振れが生じ、目標と
する品質の線材を安定に製造することは困難であ
る。

本発明に於いて用いられる発泡剤は界面活性剤
及び水溶性ポリマーであるが、それらについて以
下に詳しく述べる。

ここに言う界面活性剤とは、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、二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、又脂肪族アミン
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、又、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
として上げられるがこれに限定されるものではな
い。

泡生成に際しては、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。

又、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、ガゼイン、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、水よう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上げられ
るがこれに限定されるものではない。

泡生成に際しては、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。又泡の性状や
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例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種又は２種以上を0.001〜20％％
使用するのが好ましい。

又、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種又は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、ビルダー例えば珪酸ソーダ、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。

（実施例） 次に第１図の冷却装置で冷却した時の実施例に
ついて詳しく説明する。

冷却槽１の床板４と底板２との間に陰イオン界
面剤0.5wt％と高級アルコール0.06wt％添加した
約95℃の水溶液５を貯留し、その中に約１〜5μ
のフイルター６が浸漬してある。このフイルター
６に７／minの空気を送り、冷却槽内を粒径１
〜３mm程度の泡８で高さ約250mmまで充満させる。
かかる準備が整つた後、約900℃に加熱した9.5mm
φの線材の束７を浸漬冷却した。ここで、冷却速
度のバラツキを小さくするため、線材の束が常に
一定の水分量約10ｇ／100mlの泡で冷却されるよ
うに、発泡剤を含む水溶液の表面から線材までの
距離を約50mmに調整すると共に、泡が完全に高温
線材を浸漬した状態に保つためにフイルターに送
る空気も一定量連続的に送つた。

その結果、本発明の泡で冷却することにより第
３図に示すの冷却曲線となり、熱水での浸漬冷
却で得るの冷却曲線と大気での自然放冷で得る
の冷却曲線の中間に容易にコントロールでき
る。

また、以上の説明において、吹き込む気体は一
般に空気を使用するが、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
性ガスも使用できる。また、本実験では一定の径
の穴を有するフイルターに空気が送入するいわゆ
る送気法により泡を生成させたが、他に撹拌法、
振とう法、沸騰法、減圧法、溶解度減少法あるい
はそれらを組合せた方法があり、本発明は泡の生
成方法を限定するものでない。又、冷却槽の外で
所望の泡を生成した後、冷却槽に送入することも
できる。

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。

（発明の効果） 以上、詳しく説明したように、本発明は線材を
冷却するための泡の水分量や温度を制御して冷却
速度をコントロールする冷却方法で、従来の風を
かけて冷却する方法に比べて均一冷却が可能であ
る。また、強撹拌状態の温液体に浸漬して冷却す
る方法に比べて、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、さ
らにスケールの剥離もなく、酸洗による肌荒れ等
の問題もない。更に、本発明は冷媒処理や排熱設
備、冷媒循環装置等を必要とせず、構造簡単で設
備費も非常に安基である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための設備例を示す
断面図であり、第２図、第３図は本発明方法によ
つて熱処理した時の冷却速度と冷却曲線を示すグ
ラフである。 １…冷却槽、２…底板、３…細孔、４…床板、
５…水溶液、６…フイルター、７…線材の束、８
…泡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水に発泡剤を添加して得られる、水中以外に
   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団である含水量0.01ｇ〜
   60ｇ／100mlの泡沫の中に高温線材を浸漬し冷却
   すること特徴とする圧延線材の熱処理方法。 ２ 発泡剤が界面活性剤または水溶性ポリマーか
   らつくられることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の圧延線材の熱処理方法。