鋼材の冷却方法

【目的】本発明は、音波を利用して熱間圧延直後の高温鋼材の冷却を行う方式において、該音波を有効に活用することができる鋼材の冷却方法を提供することを目的とする。
【構成】超低周波数発振器から発信される１０〜２０Ｈｚの音波を共鳴器内で共鳴させて得られた音響エネルギーにより圧延直後の高温鋼材を冷却するに際し、前記共鳴器の端部幅方向中央部に切欠状開口を設け、該開口内を前記鋼材を通過させて該鋼材を冷却することを特徴とする鋼材の冷却方法。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音波を用いて熱間圧延直後の高温鋼材の冷却を行う方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱間圧延直後の高温鋼材を冷却する方法として、従来より、空気、ミスト、水等を吹きつける方法、ソルトや鉛等の金属浴に浸漬する方法、温水、冷水、油等の液体に浸漬する方法、流動攪拌法等が一般に行われている。また、ばね鋼や高炭素鋼線材の調整冷却には、例えば特公昭４２−１５４６３号公報に開示されている衝風冷却方式が採用されている。しかしながら、この方式では多量の空気を鋼材に吹きつけるため、ブロワーおよび附帯配管設備等が必要であり、設備の大型化、複雑化をきたし、投資額とランニングコストが非常に高くなるという問題を有するのみならず、均一冷却性に課題があった。
【０００３】これらの冷却装置の代替として、２０Ｈｚ以下の超低周波数の音波を共鳴させて得られる音響エネルギーの利用が考えられており、この方式は音源への投入エネルギーを、共鳴器で粒子速度を増幅することにより、投入エネルギーを約２〜１０倍に増幅して利用できるので、省エネルギーが図れ、かつ設備をコンパクトに構成することができる等の優れた点があるものの、工業的規模で十分な性能を発揮できずに未だ実用化されるには至っていない。
【０００４】特に、線材の冷却に際して、非同心リング状線材全体に音波を供給して冷却を行う場合、リング重なり密度の大きい部分は流動抵抗が大きくなり粒子速度が大幅に減衰するが、小さな部分はほとんど減衰されないので冷却バラツキが助長されるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の音波を利用して熱間圧延直後の高温鋼材の冷却を行う方式において、該音波を有効に活用することができる鋼材の冷却方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
（１）超低周波数発振器から発信される１０〜２０Ｈｚの音波を共鳴器内で共鳴させて得られた音響エネルギーにより圧延直後の高温鋼材を冷却するに際し、前記共鳴器の端部幅方向中央部に切欠状開口を設け、該開口内を前記鋼材を通過させて該鋼材を冷却することを特徴とする鋼材の冷却方法。
【０００７】（２）超低周波数発振器から発信される１０〜２０Ｈｚの音波を共鳴器内で共鳴させて得られた音響エネルギーにより圧延直後の非同心リング状に巻取られた高温鋼線材を冷却するに際し、前記共鳴器を前記鋼線材非同心リングの幅方向端部に向くようにリングに対して平行または斜めに配置し、共鳴器の端部幅方向中央部には切欠状開口を設け、該開口内を鋼線材非同心リングの幅方向端部側部分を通過させて該鋼線材を冷却することを特徴とする鋼材の冷却方法。
【０００８】（３）共鳴器端部の内側断面積（Ａ）と切欠状開口内を通過する鋼材または鋼線材の投影面積（ａ）の比（ａ／Ａ）が０．９以下であること特徴とする前項１または２記載の鋼材の冷却方法。
以下、本発明による熱間圧延直後の高温鋼材冷却の態様について説明する。図１および図２は、本発明を直進する線材・棒鋼等の鋼材の冷却に適用した場合の実施態様を示すもので、図１は横断面図、図２は同じく平面図である。また図３乃至図６は本発明を非同心リング状線材の冷却に適用した場合の実施態様を示すもので、図３は横断面図、図４は同じく平面図である。また図５および図６は他の実例を示すもので、図５は横断面図、図６は平面図である。さらに図７は本発明における粒子速度比とａ／Ａとの関係を示すグラフである。図８は共鳴器内の粒子速度分布を示す図である。図１乃至図６において、１は超低周波数音波発振器、２は該超低周波数音波発振器１に連続する共鳴器、３はその先端に設けた切欠部、４は該切欠部３を通過する鋼材、５は該鋼材４の搬送ローラ、６はガイドである。また図３乃至図６において７はリング状線材である。
【０００９】本発明により熱間圧延直後の高温鋼材の冷却を行うには、超低周波数音波発振器１から１０〜２０Ｈｚの超低周波数音波を発信させ、該音波を共鳴器２により共鳴・増幅させ、得られた高速反復空気流を、共鳴器２の開口部あるいは角度を付けた開口端等の共鳴器内に位置する鋼材４またはリング状線材７に供給して冷却を行う。
【００１０】このとき、本発明においては、共鳴器２内を鋼材４が通過する部分の共鳴器２の断面積Ａと、共鳴器２内の鋼材４またはリング状線材７の占有投影面積ａとの比をａ／Ａ≦０．９の関係を満足するようにしたことを特徴とする。その理由は、共鳴器の開口端部の鋼材の占有率が大きくなると、開口部での粒子（空気流）の流出抵抗が大きくなって共鳴器内での共鳴効果が減少し、供給空気流速以下になるからであり、その限界点が０．９である。いいかえれば音波発振器に投入するエネルギーのみで得られる冷却能より大きくできる領域である。なお、共鳴器による増幅効果を有効に利用して、鋼材の搬送ライン長を短くするためには、最大粒子速度に近いａ／Ａ≦０．２が望ましい。また、共鳴器端部に鋼材を通過させる切欠状開口を設けた理由は、図８で示すように共鳴器２内で得られた高速反復空気流の粒子速度は開口端附近で最大になり、共鳴器２外では急激に低下し、冷却能を悪化させるため、開口端より発振器側へ冷却能への影響が少ない領域に鋼材を通過させるために設けた。また、この切欠による音波の増幅への影響は無視できる。
【００１１】次に、本発明において、超低周波数音波を１０〜２０Ｈｚに選定した理由を説明する。その理由は共鳴器は波長の１／４長さが必要となるため周波数１０Ｈｚ未満にすると共鳴器が大きくなり実用的でなくなり、また２０Ｈｚ超では可聴域となり、騒音問題を生じるとともに、共鳴効果を減少させるからであり、同時に、１０〜２０Ｈｚの範囲は回折現象を十分期待できる範囲でもあるからである。
【００１２】
【実施例】図１および図２は、本発明を直進移動する線材・棒鋼等の鋼材の冷却に適用した場合を示すもので、図１は横断面図、図２は平面図である。この場合は、共鳴器の端部に切欠状開口を設け、該部分、すなわち共鳴器内を鋼材が通過するようにして粒子速度の低下を防止して冷却能の低下を防止するように構成している。
【００１３】図３および図４は、本発明を水平に移動する非同心リング状線材の冷却に適用した場合を示すもので、図３は横断面図、図４は平面図である０この場合は、共鳴器の開口端部に角度をつけ、該部分、すなわち共鳴器内をリングの重なり密度の大きな部分を通過させ、リングの重なり密度の小さな部分は共鳴器外を通過させることによって非同心リング状線材内の冷却バラツキを低減するように構成している。
【００１４】図５および図６は、図３および図４と同様に本発明を、水平に移動する非同心リング状線材の冷却に適用した場合を示すもので、共鳴器の開口端部に、線材が通過する切欠部を設け、該部分、すなわち共鳴器内をリングの重なり密度の大きな部分を通過させ、リングの重なり密度の小さな部分は共鳴器外を通過させることによって非同心リング状線材内の冷却バラツキを低減するようにしたものである。
【００１５】本発明の図５、図６の具体例を以下に示す。仕上圧延機で圧延された表１に示す成分の高炭素鋼を素材とし、線径１０ｍｍφと１６ｍｍφの線材をレーイングヘッドで非同心リング状に形成し、線材がオーステナイト領域にある間に表２に示す音響条件で冷却した。その時の８００〜６００℃までの冷却速度（Ｖｓ），冷却速度バラツキ（σ_Vs），および変動率（＝σ_Vs／Ｖｓ）を調査した結果を表−２に示す。
【００１６】表２から明らかなように、本発明によれば８００〜６００℃までの同一冷却速度条件で変動率を３０〜５０％低減し、機械的強度バラツキの少ない線材を得ることができる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は１０〜２０Ｈｚの超低周波数の音波を使用し、該音波を共鳴・増幅させ、得られた高速反復空気流の粒子速度を利用して鋼材を冷却するものであり、しかもその際、共鳴器２の開口端より音波発振器側へ鋼材４が通過する貫通口を設けた冷却、およびリング状線材７の重なり密度の大きな部分を共鳴器内を通過させることによって少ない投入エネルギーで効率の良い冷却を行うことができ、生産性の向上を図るとともに、品質のバラツキを改善することができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明を、直進する線材・棒鋼等の鋼材の冷却に適用した場合を示す横断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視図である。
【図２】本発明を、図１と同一の冷却に適用した場合を示す平面図である。
【図３】本発明を、非同心リング状線材の冷却に適用した場合を示す横断面図である。
【図４】図３と同一の冷却に適用した場合を示す平面図である。
【図５】本発明を、非同心リング状線材の冷却に適用した場合の他の実例を示す横断面図である。
【図６】図５と同一の冷却に適用した場合を示す平面図である。
【図７】共鳴器の開口部に占める鋼材の占有比率と粒子速度比の関係を示すグラフである。
【図８】共鳴器内外の粒子速度分布を示す図である。
【符号の説明】
１超低周波数音波発信器
２共鳴器
３切欠状開口
４鋼材
５搬送ローラ
６ガイド
７リング状線材

【特許請求の範囲】
【請求項１】超低周波数発振器から発信される１０〜２０Ｈｚの音波を共鳴器内で共鳴させて得られた音響エネルギーにより圧延直後の高温鋼材を冷却するに際し、前記共鳴器の端部幅方向中央部に切欠状開口を設け、該開口内を前記鋼材を通過させて該鋼材を冷却することを特徴とする鋼材の冷却方法。
【請求項２】超低周波数発振器から発信される１０〜２０Ｈｚの音波を共鳴器内で共鳴させて得られた音響エネルギーにより圧延直後の非同心リング状に巻取られた高温鋼線材を冷却するに際し、前記共鳴器を前記鋼線材非同心リングの幅方向端部に向くようにリングに対して平行または斜めに配置し、共鳴器の端部幅方向中央部には切欠状開口を設け、該開口内を鋼線材非同心リングの幅方向端部側部分を通過させて該鋼線材を冷却することを特徴とする鋼材の冷却方法。
【請求項３】共鳴器端部の内側断面積（Ａ）と切欠状開口内を通過する鋼材または鋼線材の投影面積（ａ）の比（ａ／Ａ）が０．９以下であること特徴とする請求項１または２記載の鋼材の冷却方法。

【図１】