JPS60417B2 - 高温被処理材の冷却方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温被処理材の冷却方法に関する。

以下本発明を主として鋼管の焼入処理における冷却を例
として説明する。通常「高温に加熱（鋼管の場合、一般
に変態点以上）された被処理材を複数列配置された冷却
へツダーで連続的に外面から冷却する際に、鋼管の紬雀
化、厚肉化、搬送速度の高速化に伴ない、該冷却へッダ
ー列の中間に支持ロール、ピンチロールまたは鋼管回転
用ロール等が複数個設置される。

該冷却へッダーより噴射された冷却水は、該支持、ピン
チまたは鋼管回転用ロール等によってさえぎられ、該ロ
ール背後に（鋼管搬送方向約０．３ｍ及至０．６肌の長
さにわたって）冷却水の流れが乱されたり、冷却水が流
れない部分、すなわち、死角部が生ずる。

時に、高速度で搬送しながら冷却する際には、第１段冷
却へッダー群を該被処理材が通過しても完全に冷却が終
了しないまま該死角部を通り第２段冷却へッダーに入る
。このような過程を何回か繰返し冷却が終了する。この
ような場合、該死角部において該被処理材は不均一に冷
却されて焼入れむらが生じたり「 あるいは、被処理材
表面が復熱し、一時的に暁戻される場合さえある。

また、死角部では円周方向で冷却が不均一となるため形
状不良の原因となる。特に、高速度搬送冷却の際に該死
角部が存在すると、該被処理材の材質、形状に著しい悪
影響を及ぼす。したがって、該死角部を解消し円周方向
で均一にかつ連続的に冷却することが必要となる。その
ため、冷却設備的には該死角部に補助冷却ノズルを設け
、冷却水を噴射し、均一に冷却を行なう必要が生ずる。
前述の通り、前記支持ロール等の背後（鋼管の進行方向
側）の該補助冷却ノズルの設置空間は設備構造上非常に
狭いのが通常であるから、補助／ズルを多数列（側面か
ら見て）配列することは困難であるので、噴射された冷
却液が広く拡がる、所謂、噴射角の大きなノズルを採用
し１列及至２列の、好ましくは１列のノズル列で死角部
を冷却する必要がある。例えば、第１図に示す如く、鋼
管５と円心円上に、かつ１列に多数ノズル１２を配置し
たりング状補助冷却へッダ−１３を台枠１４に設けたピ
ンチロール３及び支持ロール４背後の死角部の中央に設
け、噴射角８を以て左右対称に噴射させて死角部を冷却
する場合、鋼管搬送方向とは逆方向の流れが生じる。

該補助冷却ノズルを設置した連続外面冷却設備において
、主冷却ノズルおよび補助冷却ノズル共既に放水されつ
つある状態の中に加熱された鋼管を通過させると、鋼管
の先端が支持ロール軸近傍に達すると、前記補助ノズル
からの逆方向の流れの冷却液が鋼管の先端から侵入し始
める。

管内に冷却液が侵入すると鋼管の下部内面が外面より先
に徐冷（Ｐｒｅ−Ｃｏｏｌｉｎｇ）され、その部分の焼
入開始温度が変態点Ａ３以下に低下し、材質不良や形状
不良を発生させる原因ともなる。

あるいは、管内を伝って加熱設備側に逆流した冷却液に
よって加熱設備を損傷させるなどの不都合が生ずる。本
発明は、上述の諸欠点をなくし、良好なる材質、形状を
確保し、生産性の高い高速連続外面冷却設備を提供する
ことを目的としている。

前述の通り、死角部での不均一冷却は補助冷却ノズルか
らの搬送方向と逆方向の流れに起因する鋼管先端からの
冷却水の浸入は、補助冷却ノズルの噴射タイミングをコ
ントロールすることによって防止可能であることを確め
た。

補助冷却ノズルの噴射角は「次式の関係から決定される
。

８≠公ａｎ‐１（Ｌ／が） ０：ノズルの噴射角 Ｌ：死角部の長さ Ｈ：ノズル先端から鋼管表面までの距離 本発明者等の実験によれば、冷却館や冷却へツダー製作
上の制約から、日は７仇舷から１７０肋に選ぶべきであ
り、前記した通りＬは０．３肌から０．６肌であるから
、噴射角８は６００から１３０ｏ位が適当である。

噴射角１３０ｏ以上になるとスプレー分布の不均一と冷
却が弱められる。好ましくは９００以内になるような設
置が望しし、。補助冷却ノズル１２からの冷却スプレー
が、外面冷却すべき鋼管の中空部に侵入することを防ぎ
、また死角部に存在する鋼管が冷却されないことに起因
する材質特性の不均一さの生成を防止するためには〜補
助冷却ノズル直下に鋼管の頭端が到達するタイミングと
、冷却液供Ｖ給開閉弁９が開かれ、補助冷却ノズル１２
からの冷却液スプレーが、第１図Ａに示すような定常状
態になるタイミングとが一致することが望ましい。

上に述べた、鋼管の頭端が補助冷却ノズル直下に到達す
るタイミングと、補助冷却ノズルからの冷却液スプレー
が定常状態になるタイミングとを一致させることは、本
願発明の第２図に示すシステムによって可能になる。

即ち、鋼管５が加熱炉１から抽出された以降、補助冷却
ノズル１２以前の任意の位置で鋼管の頭端を検出器２で
検出するとともに、たとえばピンチロール３の作動部の
直径と回転数とから鋼管５の軸方向速度を図示しない演
算器で演算算出し、さらにこれらからどの時刻に鋼管の
頭端が補助冷却ノズル１２の直下に到達するかを演算算
出する。

一方、冷却液供給開閉弁９が作動してからどれほどの時
間経過（時間遅れ）後に補助冷却ノズル１２からの冷却
液スプレーが第１図Ａに示すような定常状態になるかは
、補助冷却ノズルへの冷却液供給配管経路および冷却液
の供給圧力が定まると、一定値として予定できる。

上述の、冷却液供給開閉弁９を“開”に作動せしめて、
補助冷却ノズル１２からの冷却液スプレーが定常状態に
なるまでの遅延時間と、検出器２による鋼管頭端の検出
タイミングと、鋼管の搬送速度とから予定される鋼管頭
端が補助冷却ノズル１２直下に到達するタイミングとか
ら冷却液供給開閉弁９を“開’’に作動させるタイミン
グを演算算出し、信号を発し、冷却液供給開閉弁９を“
開”に作動せしめる。

鋼管頭端の検出端２による検出から冷却液供給開閉弁９
を‘‘開’’に作動せしめるまでの時間設定はタイマー
によってもよい。

かくして、鋼管５の頭端が、補助冷却ノズル１２の直下
に到達したときに、補助冷却ノズル１２からの冷却液ス
プレーが第１図Ａに示す如き定常状態になっている。

上述の如きシステムであるから冷却液供給開閉弁９は、
できるだけ短時間で安定した噴射流（スプレー）が得ら
れるように、補助冷却へッダー供給孔の近くに取付ける
のが望ましい。

たとえば、補助冷却液供給開閉弁９を“開”に作動せし
めるタイミングは、該被処理材の搬送速度が４〜４５肌
／ｍｈの範囲において、補助冷却液噴射流の時間遅れが
約０．９砂であるとすると、該処理材の先端が、該ロー
ルの中心軸前後±２０比舷位の範囲内に達した時に、該
補助冷却液供給弁を開く。

当然、噴射開始タイミングは、搬送速度が早い場合には
、該ロールの中心軸前で、遅い場合には該ロール中心軸
通過後に開くことになる。前述の通り、該補助冷却ノズ
ルは、中実円錐「中実角錐もしくは中実楕円錐型等いず
れでも良く、鋼管中心軸に垂直な平面内の同○円上に等
間隔に多数（８個以上１針固位で十分である）配列し、
流量密度は２で／ｍｉｎ・め以上好ましくは４め′ｍｉ
ｎ・力以上（噴射圧は主冷却へッダーとほぼ同じが好ま
しい）になるように決めれば主冷却ゾーンと大差ない冷
却を確保することができる。以下、本発明を実施例によ
って説明する。第２図に示す如き、複数段の主冷却へッ
ダーをもった冷却設備において、所定温度に加熱されて
加熱炉１を出た鋼管５は、第１段冷却へッダー６の直前
に設置された高温鋼管５先端の通過信号検出器２によっ
て、高温鋼管先端が通過したことを検出し、あらかじめ
鋼管搬送速度によって設定された補助冷却ノズル用冷却
液供給開閉弁９を開くタイミングに従って作動するタイ
マー８に信号を送り、該鋼管５の先端が該ロール４の中
心軸前後に達した時に該開閉弁９を作動させて開き冷却
液供聯合管７から冷却液を導入し、補助冷却ノズル１２
より補助冷却スプレー１１の噴射開始を行なう。

該鋼管５の先端が補助冷却ノズル直下及至１００肋位の
範囲内に達したとき安定した噴射流となり、第１段冷却
へッダー６の主冷却ノズル１０によって冷却されて送ら
れて来る鋼管５は十分な均一冷却をされながら、第２段
冷却へッダー６へと搬送される。このような冷却プロセ
スを所望の回数くり返し冷却する方法によって、前記目
的を達成することができた。このような補助冷却ノズル
を何個所設けるかは該死角部を生じさせるロールの個数
、間隔や鋼管搬送速度と冷却目的によって決まる冷却終
了温度による。

本発明による鋼管の焼入れを実施した結果、第１表およ
び第３図の如く、焼入れむらはなく、形状についても許
容範囲内に確保できた。

第３図において、１５は本発明法における鱗入後の硬度
分布、１６は従来法の競入後の硬度分布を示す。以上、
記述した本発明によって、高温に加熱された長い鋼管を
高速搬送冷却でも円周方向および長手方向ともに、材質
が均一で歪のない形状の優れた製品を冷却液による鋼管
先端からの逆流による加熱炉の損傷を防止しながら、連
続的かつ大量に燐入れることができるようになった。な
お本発明は鋼管に限らず中実円形断面の金属等の冷却に
も応用可能であり、各種類似冷却設備にも応用され得る
ものである。（※） 旧法は補助冷却へッダーなし。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは実施例において補助冷却へッダーを取付けた
状況とスプレー噴射流の噴射状況を示す。 Ｂは鋼管の同Ｄ円上に補助冷却ノズルを配列したりング
状補助冷却へッダーを示す。第２図は本発明を連続外面
冷却装置に設置した１実施例を側面から見た概略図であ
る。第３図は従来法と新法により焼入した鋼管の表面下
１豚における硬度測定結果で、従来法では、焼入れ分布
が悪く不均一であるが、新法ではほぼ均一に十分な焼入
れができていることを示す。１・・・・・・加熱炉、２
…・・・鋼管先端検出器、３・…・・ピンチロール、４
・・・・・・支持ロール、５・・・・・・鋼管、６・…
・・主冷却用リング状へッダー、７・・・・・・冷却液
供給管、８……タイマー、９・・・・・・冷却液供給開
閉弁、１０・・・・・・主冷却用リング状ノズル、１１
・・・・・・補助冷却スプレー、１２…・・・補助冷却
ノズル、１３・・…・補助冷却用リング状へツダー、１
４…・・・台枠。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼管の外面焼入装置において、支持ロール、ピンチ
   ロール、または鋼管回転用ロール等の背後に生ずる死角
   部における鋼管を冷却する補助ノズルを設けかつ、θ＝
   ２ｔａｎ＾−＾１（Ｌ／（２Ｈ）） 但し θ：ノズルからの冷却媒体の噴射角Ｌ：死角部に
   存する鋼管の長さ Ｈ：ノズル先端から鋼管外表面までの距 離 におけるＬ／２の位置或はその近傍に鋼管先端が到達す
   るときに、前記補助ノズルからの冷却水スプレーが定常
   状態となるように、冷却水供給弁を開いた時刻から冷却
   水スプレーが定常状態となるまでの遅延時間と鋼管の搬
   送速度ならびに鋼管の先端位置検出端と補助ノズルの鋼
   管軸方向距離の関係から、鋼管先端位置検出時刻から冷
   却水供給弁を“開”に作動させる時刻までの時間を算出
   し、算出結果に基づいて冷却水供給弁を作動せしめるよ
   うにしたことを特徴とする高温被処理材の冷却方法。