JPS6345451B2 - - Google Patents

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JPS6345451B2
JPS6345451B2 JP28116785A JP28116785A JPS6345451B2 JP S6345451 B2 JPS6345451 B2 JP S6345451B2 JP 28116785 A JP28116785 A JP 28116785A JP 28116785 A JP28116785 A JP 28116785A JP S6345451 B2 JPS6345451 B2 JP S6345451B2
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JP
Japan
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cooling
rod
wire
cooling water
wire rod
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JP28116785A
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JPS62139827A (ja
Inventor
Norio Yasuzawa
Koichi Hasegawa
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Publication date
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Priority to US06/924,816 priority patent/US4786338A/en
Priority to AU64661/86A priority patent/AU587652B2/en
Publication of JPS62139827A publication Critical patent/JPS62139827A/ja
Publication of JPS6345451B2 publication Critical patent/JPS6345451B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B45/00Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling
    • B21B45/0209Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0224Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for wire, rods, rounds, bars
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • C21D9/5732Continuous furnaces for strip or wire with cooling of wires; of rods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product

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  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は鋼棒線材を管状通路に通しながら冷
却水を供給して冷却し、焼入・焼戻する装置に関
する。
(従来の技術) 棒線鋼材の直接表面焼入では、熱間圧延に引き
続いて、水噴射冷却により棒線材の表層部をAr3
変態温度以上からマルテンサイト変態温度以下ま
で急冷する。すなわち、棒線材表面の熱伝達率
αsと棒線材内径方向熱伝達率αiの関係が、αs>αi
となるように冷却する。最終圧延後、急冷開始ま
での時間は、オーステナイト結晶粒度の粗大化等
を防ぐために、極力短くする必要があるので、棒
線材は急冷装置に入ると同時に冷却される。従つ
て、急冷開始位置はサイズに関係なく、いつも同
じ位置となる。一方、急冷終了位置は、棒線材表
面から所望の深さがマルテンサイト変態温度以下
になるまでの時間で決まるのでサイズによつて変
化する。
従つて、急冷終了時点での水切りはサイズによ
つて、変わるのでその対応は作業が複雑になり困
難であつた。また、急冷後水切りされた棒線材は
水冷装置と巻取機との間を大気中で搬送されなが
ら高温中心部からの熱伝導で表層部を復熱する。
一方、溶接性および延性を改善するには、Cお
よびMnの含有量を少なくしなければならない。
また、合金元素の含有は素材コスト高となるの
で、必要最小限に留めなければならない。このよ
うな成分系の合金鋼の焼入時間すなわち急冷時間
は短くしなければならない。
上記のような棒線材の冷却に用いられる水冷装
置は、タンデムに配置された複数の冷却ユニツト
(冷却箱)からなつている。各冷却ユニツトは環
状で、棒線材の搬送方向に対して順向直接噴射ノ
ズルまたは逆向直接噴射ノズルを備えており、ノ
ズルから冷却水を棒線材に高圧で直接噴射する。
また、冷却ユニツト列の途中に上記水切り装置が
配置されている。
なお、棒線材の外周を均一に冷却する装置とし
て、実公昭53−19122号公報に連続冷却用ジヤケ
ツトが開示されている。この装置では、棒線材を
管状通路に通しながら、旋回流れを形成するよう
に通路内周面に対して接触方向にノズルから冷却
水を供給して棒線材を冷却する。
(発明が解決しようとする問題点) 上記従来の冷却装置では、棒線材に冷却水を直
接噴射し、また管状通路内に冷却水を充満して棒
線材を冷却する。このため、次のような問題があ
つた。
(1) 多量の冷却水を必要とする。
(2) 棒線材が冷却装置を出たのちの水切りが容易
でない。
(3) 水切りが十分でないため、復熱温度のバラツ
キが大きい。
(4) 冷却装置内における棒線材の搬送抵抗が大き
い。
(問題点を解決するための手段) この発明の鋼棒線材の冷却装置は、管状通路に
ノズルから冷却水が供給される複数の冷却ユニツ
トが、仕上圧延機に続いてタンデムに配置されて
いる。そして、棒線材表面温度の高い上流側に配
置された冷却ユニツト列のノズルが棒線材の表面
に向う直接噴射ノズルよりなり、表面温度が低下
する残り下流側の冷却ユニツト列のノズルが通路
内周面の接線方向に向つている旋回流ノズルより
なつている。
棒線材表面から所望の深さが所定温度以下(た
とえば、マルテンサイト変態温度)で急冷が終了
する冷却ユニツトの少なくとも2段上流側の冷却
ユニツトまでのノズルは直接噴射ノズルとするの
が望ましい。そして、残りの冷却ユニツト列のノ
ズルは旋回流ノズルとする。棒線材の表面温度が
約600℃以下になれば、冷却ユニツトのノズルは
旋回流ノズルを用いる。直接噴射ノズルの冷却ユ
ニツトを何段用いるかは、棒線材の直径により決
める。なお、この発明の冷却装置により処理する
棒線材の直径は19〜120mmである。
(作用) 上流側の冷却ユニツトでは、冷却水が棒線材表
面に直接衝突するようにノズルから管状通路に大
量の冷却水が供給される。冷却水は棒線材の表面
において広い面積でよどみ、棒線材表面に直接接
して蒸気膜の形成を防ぐ。この結果、棒線材表面
と冷却水との間の熱伝達率は高くなり、高い冷却
能で棒線材は冷却される。
下流側の冷却ユニツトでは、ノズルから噴射さ
れた冷却水は、棒線材の周面を旋回しながら棒線
材と共に冷却部出側に向つて移動する。この間、
冷却水は棒線材表面に沿つて旋回しながら棒線材
を冷却する。棒線材の表面温度が約600℃以下に
なれば、核沸騰伝熱となつて熱伝達率は非常に大
きくなる。したがつて、浸漬旋回流による冷却で
も十分に急冷することができる。また、噴射され
た冷却水は棒線材表面に点状には衝突せず、旋回
流れて包むので、棒線材は均一に冷却される。ノ
ズルから噴射された冷却水は環状になつており、
中心部は空洞になつているので、冷却水は棒線材
の表面に集中し、棒線材の搬送抵抗、特に棒線材
の先端の搬送抵抗は小さい。棒線材が冷却ユニツ
トを出ると、棒線材に随伴する冷却水層は遠心力
により棒線材の表面から離れ、冷却水は容易に流
出する。すなわち、サイズによつて急冷終了位置
が変化しても、旋回流ノズルの使用領域なので、
冷却と同時に水切りも行なわれ、直ちに復熱す
る。
(実施例) 第1図はこの発明の冷却装置の概略を示してい
る。図面に示すように、仕上圧延機1に続いて冷
却装置3および巻取機21が配置されている。
冷却装置3は急冷ゾーン4と焼入れ、復熱兼用
ゾーン5とに分かれており、一列に並ぶ複数の冷
却ユニツト23および31よりなつている。急冷
ゾーン4のうちの上流側4段の冷却ユニツト23
は環状の直接噴射ノズルを、また5段以降の冷却
ユニツト31は旋回流ノズルをそれぞれ備えてい
る。冷却ユニツト23および31を貫通して走行
する棒線材Mはノズルにより周囲から冷却水が供
給され、冷却される。
冷却ユニツト23および31列のほぼ中央、すな
わち急冷ゾーン4と焼入れ、復熱兼用ゾーン5と
の間に水切り装置11が配置されている。水切り
装置11は冷却水逆噴射装置12と、これの出側
に隣接する空気吹付け装置13とからなつてい
る。急冷ゾーン4で冷却され、水切り装置11に
入つた棒線材Mは、まず冷却水逆噴射装置12に
おいて棒線材Mに付着した冷却水が冷却水の逆噴
射で吹き払われる。引き続き、空気吹付け装置1
3において残留付着水が高圧空気で吹き飛ばされ
て棒線材表面は乾燥される。
なお、水切り装置11の出側および巻取機21
の入側にそれぞれ焼入終了温度検出器15および
復熱温度検出器17が配置されている。これら温
度検出器15,17の測定結果に基づき、各冷却
ユニツト23および31の供給する冷却水量を調
節し、棒線材Mを所要の冷却速度で冷却する。
第2図は前記環状の直接噴射ノズルを備えた冷
却ユニツト23の詳細を示している。図面に示す
ように、冷却ユニツト23は噴射部24と冷却部
29とからなつている。噴射部23は、ケーシン
グ25の内部に環状スリツトよりなる直接噴射ノ
ズル26が形成されている。直接噴射ノズル26
は上流側に倒れるように傾斜して、棒線材Mに向
つている。ケーシング25の外周寄りは、噴射さ
れる冷却水の貯溜部となつており、給水口27に
つながつている。
冷却部29は円筒状をしており、上記ケーシン
グ25から水平に延び、先端は大気に開放されて
いる。
直接噴射ノズル23から噴射された冷却水は、
冷却部29の通路30に充満し、棒線材Mは冷却
水に浸漬した状態で冷却される。
第3図および第4図は前記旋回流ノズルを備え
た冷却ユニツトの詳細を示している。これら図面
に示すように、冷却ユニツト31は噴射部32と
冷却部39とからなつている。
噴射部32は、ケーシング33の内部に環状の
ノズルブロツク34を備えている。ノズルブロツ
ク34には8本の旋回流ノズル35が設けられて
おり、各ノズル35はノズルブロツク34の内周
面に対して接線方向に開口している。ケーシング
33には冷却水供給管37が接続されている。ケ
ーシング33の外周寄りは、噴射される冷却水の
貯溜部となつている。ノズルブロツク34の肉厚
は噴流方向を決めるのに3mm以上が望ましい。
冷却部39は円筒状をしており、上記ケーシン
グ33から水平に延び、先端は大気に開放されて
いる。旋回流ノズル35の数は一般に2〜8個で
あるが、通路40が細い場合には数が少なくても
十分である。旋回流ノズル35はスリツト状でも
孔状でも良い。
管状通路40の内径をD、棒線材Mの直径をd
とすると、棒線材がない状態を基準にして冷却水
層の適正な厚みδは、 δ≧(1.2〜1.6)(D−d)/2 である。δ(D−d)/2であると、円周方向
の水量密度分布が不均一となる。また、δ>(D
−d)/2であると、冷却水量が増加すると共に
棒線材の搬送抵抗が大きくなる。なお、一般に
d/D0.3〜0.8であるが、水量を減少させるに
はd/Dを大きくするとよい。冷却水の供給量を
調整して、旋回流速および水層の厚みを制御す
る。
冷却水の供給圧力は1.2Kg/cm2abs以上であるこ
とが望ましい。供給圧力が1.2Kg/cm2abs未満であ
ると、通路40内に一定の安定した冷却水層を形
成することができない。ノズル35から通路先端
の排水部までの距離が大きくなるほど、供給圧力
を増加する必要がある。
冷却水供給管37に設けた絞り弁(図示しな
い)により流量を調節して厚みを調節する。冷却
水は棒線材Mの周面を旋回しながら冷却Mと共に
冷却部40出側に向つて移動する。棒線材Mが冷
却部40を出ると、棒線材Mに随伴する冷却水は
遠心力により棒線材Mの表面から離れ、冷却水は
冷却部40から流出する。
(発明の効果) この発明によれば、棒線材表面温度の低下する
下流側で棒線材の周りに冷却水層を形成するよう
にして冷却水を供給するので、冷却水は少量です
む。また、棒線材が冷却装置を出たのちの水切り
が容易であり、水切りが十分に行なわれ、復熱温
度のバラツキが小さい。さらに冷却装置内におけ
る冷却の搬送抵抗が小さい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法を実施する冷却装置の
概略図、第2図は直接噴射ノズルを備えた冷却ユ
ニツトの断面図、第3図は旋回流ノズルを備えた
冷却ユニツトの断面図、および第4図は第3図の
−線に沿う断面図である。 1……仕上圧延機、3……冷却装置、4……急
冷ゾーン、5……焼入れ、復熱兼用ゾーン、7…
…冷却ユニツト、11……水切り装置、12……
冷却水逆噴射装置、13……空気吹付け装置、2
1……巻取機、23,31……冷却ユニツト、2
6,35……ノズル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 管状通路にノズルから冷却水が供給される複
    数の冷却ユニツトが仕上圧延機に続いてタンデム
    に配置された冷却装置において、棒線材表面温度
    の高い上流側に配置された冷却ユニツト列のノズ
    ルが棒線材の表面に向う直接噴射ノズルよりな
    り、表面温度が低下する残り下流側の冷却ユニツ
    ト列のノズルが通路内周面の接線方向に向つてい
    る旋回流ノズルよりなることを特徴とする鋼棒線
    材の冷却装置。
JP28116785A 1985-10-31 1985-12-16 鋼棒線材の冷却装置 Granted JPS62139827A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28116785A JPS62139827A (ja) 1985-12-16 1985-12-16 鋼棒線材の冷却装置
CA000521775A CA1265421A (en) 1985-10-31 1986-10-30 Method and apparatus for cooling rolled steels
US06/924,816 US4786338A (en) 1985-10-31 1986-10-30 Method for cooling rolled steels
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