JP5326454B2 - Batch type heat treatment furnace - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、コイル状に巻回された線材や棒材等の鋼材からなる処理品を熱処理するバッチ式熱処理炉に関する。 The present invention relates to a batch-type heat treatment furnace that heat-treats a processed product made of a steel material such as a wire rod or a rod wound in a coil shape.
熱間圧延により得られた線材や棒材(以下、圧延材という)は、伸線加工等の二次加工に先立って、加工性改善のために焼鈍処理され、また上記圧延材に伸線加工を施して得た線材(以下、伸線材という)を、さらに細径化のための伸線加工を施す場合は、同様に加工性改善のためさらに焼鈍処理される。 Prior to secondary processing such as wire drawing, wire rods and rods obtained by hot rolling (hereinafter referred to as rolled material) are annealed to improve workability, and the rolled material is drawn. In the case where the wire obtained by applying the wire (hereinafter referred to as a wire drawing material) is further subjected to wire drawing for further reducing the diameter, it is similarly annealed for improving workability.
上記の焼鈍処理対象の処理品のうち、圧延材には熱間圧延に起因する圧延スケールが表面に形成されているため、この圧延スケールを焼鈍後に脱スケール容易のものとする熱処理装置として、処理品を還元性雰囲気中で加熱後、酸化性雰囲気中で処理品表面を酸化させ、その後大気中などで急速冷却する熱処理装置が提案されている(たとえば特許文献1参照。)。
ところが上記特許文献に記載の装置は、還元性雰囲気中で処理品の加熱を行うものであり、処理品に脱浸炭が生じないように、たとえば吸熱型ガス等を調整して、COおよびCO2濃度の比率によって決まるPF値(ポテンシャルファクター)を常時炉温や鋼種に応じて変更する雰囲気制御を行う必要があった。また、上記特許文献に記載の装置では、圧延材を処理する場合には、後酸洗性を確保するために熱処理前に前酸洗を行う必要があった。 However, the apparatus described in the above-mentioned patent document heats a processed product in a reducing atmosphere. For example, an endothermic gas is adjusted so that decarburization does not occur in the processed product, so that CO and CO 2 are adjusted. It was necessary to perform atmospheric control in which the PF value (potential factor) determined by the concentration ratio was constantly changed according to the furnace temperature and the steel type. Moreover, in the apparatus described in the said patent document, when processing a rolling material, in order to ensure post pickling property, it was necessary to perform pre pickling before heat processing.
そこで本件出願に係る発明者らは、種々実験を重ねた結果、圧延材からなる処理品の加熱及び冷却を不活性ガス雰囲気中で行うことにより、炉内雰囲気の制御が炉温・鋼種の制約を受けずに容易であり焼鈍後の脱スケール性の良好な処理済品が得られることを見出した。また、圧延材からなる処理品の加熱及び冷却を不活性ガス雰囲気中で行うことにより、前酸洗を省略しても、焼鈍後の脱スケール性の良好な処理済品が得られることを見出した。これは、不活性雰囲気での冷却により、ウスタイト(FeO)のマグネタイト(Fe3O4)化を防止できるからである。しかし、処理品が前記伸線材からなる場合は、伸線材の表面に付着している潤滑剤が、上記の不活性ガス雰囲気中での加熱によって伸線材表面で炭化して、後酸洗工程においても除去されず、後続の伸線工程の支障となるという新たな問題点が見出された。 Accordingly, the inventors of the present application have conducted various experiments, and as a result, heating and cooling of the processed product made of the rolled material is performed in an inert gas atmosphere, so that the control of the furnace atmosphere is limited by the furnace temperature and the steel type. It has been found that a processed product that is easy to be processed and has good descalability after annealing can be obtained. In addition, by performing heating and cooling of the processed product made of the rolled material in an inert gas atmosphere, it has been found that a processed product with good descaling property after annealing can be obtained even if pre- pickling is omitted. It was. This is because it is possible to prevent wustite (FeO) from becoming magnetite (Fe 3 O 4 ) by cooling in an inert atmosphere. However, when the processed product is made of the wire drawing material, the lubricant adhering to the surface of the wire drawing material is carbonized on the surface of the wire drawing material by heating in the above inert gas atmosphere, and in the post pickling step Was found to be a problem in the subsequent wire drawing process.
この発明は上記の点にかんがみてなされたもので、加熱室内の雰囲気制御が容易であり、圧延材の処理の場合に前酸洗を省略できるとともに、圧延材及び伸線材の両処理品に対して後酸洗性の良好な処理済品を得ることができるバッチ式熱処理炉を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is easy to control the atmosphere in the heating chamber. In the case of processing a rolled material, pre-acid pickling can be omitted, and both the processed material of the rolled material and the drawn material can be used. Another object of the present invention is to provide a batch-type heat treatment furnace capable of obtaining a processed product having good post-pickling properties.
上記目的を達成するためにこの発明のバッチ式熱処理炉は、不活性ガス雰囲気中で処理品の加熱を行う加熱室の一端部に設けた処理品の出入口に、真空パージ室と冷却室を兼ねた真空パージ兼冷却室を連結し、前記真空パージ兼冷却室には不活性ガス導入管と酸化性ガス導入管を接続し、前記真空パージ兼冷却室を経て前記加熱室内に送入され加熱処理された処理品に対して、該処理品の種類に応じて前記真空パージ兼冷却室における不活性ガス雰囲気中での冷却と酸化性ガス雰囲気中での冷却の一方を選択して、前記処理品の冷却を行うように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the batch type heat treatment furnace of the present invention serves as a vacuum purge chamber and a cooling chamber at the inlet / outlet of the processed product provided at one end of the heating chamber for heating the processed product in an inert gas atmosphere. The vacuum purge / cooling chamber is connected, and an inert gas introduction tube and an oxidizing gas introduction tube are connected to the vacuum purge / cooling chamber, and are fed into the heating chamber through the vacuum purge / cooling chamber and subjected to heat treatment. With respect to the treated product, one of cooling in an inert gas atmosphere and cooling in an oxidizing gas atmosphere in the vacuum purge and cooling chamber is selected according to the type of the treated product, and the treated product is selected. It is comprised so that cooling may be performed.
上記構成のバッチ式熱処理炉によれば、真空パージ兼冷却室を経て加熱室内に送入された処理品に対して、加熱室においてはたとえばN2などの不活性ガス雰囲気中で加熱処理されるので、処理品は脱浸炭されることがなく、還元性雰囲気時におけるような炉温・鋼種に伴う雰囲気制御に比べて、加熱室内の雰囲気制御は遥かに容易なものとなる。そして加熱室内は不活性ガス雰囲気であるため、処理品が圧延材である場合に、前酸洗の省略によりその表面に形成されていた圧延スケールは酸化・還元されることなく昇温し、処理品が伸線材である場合にその表面に付着していた潤滑剤も酸化・還元されることなく炭化物状態となって昇温し、いずれも冷却工程に送られる。 According to the batch-type heat treatment furnace having the above-described configuration, the processed product sent into the heating chamber through the vacuum purge / cooling chamber is heated in an inert gas atmosphere such as N 2 in the heating chamber. Therefore, the treated product is not decarburized, and the atmosphere control in the heating chamber is much easier than the atmosphere control associated with the furnace temperature and the steel type as in a reducing atmosphere. And since the inside of the heating chamber is an inert gas atmosphere, when the processed product is a rolled material, the temperature of the rolled scale formed on the surface by omitting the pre-acid pickling is raised without being oxidized and reduced, and the processing is performed. When the product is a wire drawing material, the lubricant adhering to the surface of the product is heated to a carbide state without being oxidized or reduced, and both are sent to the cooling process.
また真空パージ兼冷却室内は、不活性ガス導入管による不活性ガスの導入あるいは酸化性ガス導入管による大気などの酸化性ガスの導入により、不活性ガス雰囲気と酸化性ガス雰囲気のいずれかに切替えることができるので、加熱室における加熱処理が終了した処理品に対して、該処理品が圧延材である場合は真空パージ兼冷却室内を不活性ガス雰囲気とし、加熱室から移送された処理品を冷却することにより、前記圧延スケールは酸化・還元されることなく降温し、圧延スケール中のウスタイト(FeO)が硬質で酸洗性が悪いマグネタイト(Fe3O4)へ変態する現象は阻止され、後酸洗による脱スケールが容易となり、前酸洗の省略が可能となるとともに、上記冷却として冷却速度が8℃/分以上、さらに好ましくは10℃/分以上である急速冷却をおこなうことにより、圧延スケールには地鉄表面に達する多くの亀裂が生じ、後酸洗による脱スケールが一層容易となる。また処理品が伸線材である場合は、真空パージ兼冷却室内を酸化性ガス雰囲気として処理品を冷却すれば、伸線材の表面に固着していた炭化物は酸化され、後酸洗を容易にすることができる。なおこのときの冷却は、徐冷による伸線材表面部におけるウスタイト層のマグネタイト化を避けるため、冷却速度8℃/分以上の急速冷却とするのが好ましい。 The vacuum purge / cooling chamber is switched between an inert gas atmosphere and an oxidizing gas atmosphere by introducing an inert gas through an inert gas introduction pipe or introducing an oxidizing gas such as the atmosphere through an oxidizing gas introduction pipe. Therefore, when the processed product is a rolled material, the processed product transferred from the heating chamber is treated as an inert gas atmosphere when the processed product is a rolled material. By cooling, the rolling scale cools down without being oxidized / reduced, and the phenomenon that the wustite (FeO) in the rolling scale is transformed into magnetite (Fe 3 O 4 ) that is hard and has poor pickling properties is prevented, Descaling by post pickling becomes easy, and it is possible to omit pre pickling, and the cooling rate for the cooling is 8 ° C./min or more, more preferably 10 ° C./min or less. By performing the above rapid cooling, many cracks that reach the surface of the base iron are generated in the rolling scale, and descaling by post-acid picking becomes easier. If the processed product is a wire drawing material, the carbide fixed to the surface of the wire drawing material is oxidized and the post-pickling is facilitated by cooling the processed product with an oxidizing gas atmosphere in the vacuum purge / cooling chamber. be able to. The cooling at this time is preferably rapid cooling at a cooling rate of 8 ° C./min or more in order to avoid magnetite formation of the wustite layer on the surface of the wire drawing material due to gradual cooling.
以上説明したようにこの発明によれば、加熱室内の雰囲気制御が容易であり、圧延材の処理の場合に前酸洗を省略できるとともに、圧延材及び伸線材の両処理品に対して後酸洗性の良好な処理済品を得ることができるバッチ式熱処理炉が得られるとともに、圧延材及び伸線材用に別個の専用の熱処理炉を設ける必要はないので、設備費及び設置スペースが少なくて済む。 As described above, according to the present invention, it is easy to control the atmosphere in the heating chamber, and in the case of processing the rolled material, it is possible to omit the pre-acid pickling, and the post-acid for both the processed material of the rolled material and the wire drawing material. A batch-type heat treatment furnace capable of obtaining processed products with good washability can be obtained, and there is no need to provide separate dedicated heat treatment furnaces for rolled material and wire drawing material. That's it.
以下図1及び図2に示す一例により、この発明の実施の形態を説明する。図1はバッチ式熱処理炉1の全体を示し、加熱室2の一端部に設けた処理品Wの出入口3に、扉室4を介して、真空パージ室と冷却室を兼ねた真空パージ兼冷却室5を連結してある。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to an example shown in FIGS. FIG. 1 shows the entire batch type heat treatment furnace 1, and a vacuum purge / cooling functioning as a vacuum purge chamber and a cooling chamber via a
6は加熱室2の出入口3に対向して開口する真空パージ兼冷却室5の一端部の出入口、7は同じく他端部の出入口で、バッチ式熱処理炉1の処理品Wの送入・抽出口に相当するものである。8,9,10は各出入口を開閉する扉で、扉8,9は扉室4内において駆動装置11,12により昇降駆動され、扉10は駆動装置13により昇降駆動される。14は炉内全長にわたって設けた処理品W移送用のハースローラ、15は炉外に設けた横行式の送入抽出テーブルである。
Reference numeral 6 denotes an inlet / outlet at one end of the vacuum purge /
加熱室2は、不活性ガス雰囲気中で処理品Wの加熱を行うものであり、この例では不活性ガスとしてN2ガスを用い、N2ガス発生装置(N2ガスボンベ)21からN2ガスが配管22を経て加熱室2内に供給されるようになっており、23は配管22に設けた開閉弁である。また24はラジアントチューブバーナ式のヒータ、25は撹拌用のファンである。
The
また真空パージ兼冷却室5は、図2に示すように炉殻31内に、処理品Wの頂部及び側部を包囲するトンネル状の隔壁32を設け、隔壁32の頂部に雰囲気ガス循環用の送風機33を設けるとともに、炉殻31と隔壁32との間に形成した雰囲気ガスの循環路34に、雰囲気ガス冷却用の熱交換器から成る冷却器35を設けてある。
Further, as shown in FIG. 2, the vacuum purge /
そして真空パージ兼冷却室5(の炉殻31)には、図1に示すように、冷却雰囲気形成用として、N2ガス発生装置21に接続された不活性ガス導入管36と、端部が炉外に開口する酸化性ガス導入管37(この例では酸化性ガスとして大気を用いている)が接続されており、38,39はこれらの導入管に設けた開閉弁である。また41は真空パージ兼冷却室5に接続され真空ポンプ42に至る排気管、43は開閉弁である。
As shown in FIG. 1, the vacuum purge / cooling chamber 5 (furnace shell 31) includes an inert
上記構成のバッチ式熱処理炉1の熱処理対象である処理品Wは、低〜高炭素鋼材(特殊鋼を含む)からなる線材を、図2にも示すようにコイル状に巻回してなり、この線材が、熱間圧延により得られた熱間圧延線材からなる場合(以下圧延材という)と、この熱間圧延線材に伸線加工を施して得た線材あるいはこれにさらに高次の伸線加工を施して得た線材からなる場合(以下、伸線材という)の、二種類の処理品Wを熱処理対象としている。 The processed product W which is the heat treatment target of the batch type heat treatment furnace 1 having the above-described configuration is formed by winding a wire made of a low to high carbon steel material (including special steel) into a coil shape as shown in FIG. When the wire is made of a hot-rolled wire obtained by hot rolling (hereinafter referred to as a rolled material), the wire obtained by drawing the hot-rolled wire or higher-order wire drawing Two types of treated products W in the case of the wire obtained by applying the above (hereinafter referred to as a wire drawing material) are heat treatment targets.
次に上記処理品Wを焼鈍処理する工程を説明すると、先ず処理品Wは送入抽出テーブル15上から1トレイずつ真空パージ兼冷却室5を経て加熱室2内に送入する。このとき加熱室2内が前工程(バッチ処理)によりN2ガス雰囲気にあるときは、処理品Wを送入した真空パージ兼冷却室5内は真空ポンプ42の運転により一旦真空としたのち開閉弁38の開閉操作によりN2ガスで復圧後、扉9,8を開いて加熱室2内へ処理品Wを送入する。
Next, the process of annealing the processed product W will be described. First, the processed product W is fed into the
所定個数の処理品Wが加熱室2内に送入されたら、加熱室2内をN2ガス雰囲気(不活性ガス雰囲気)に維持しながら処理品Wの加熱処理を行う。このとき加熱室2内が所定の炉圧で所定の低露点及び低酸素濃度雰囲気が維持されるよう、図示しない制御装置による開閉弁23の開閉制御により、加熱室2内への低露点のN2ガスの供給量を制御する。
When a predetermined number of processed products W are fed into the
処理品Wの鋼種、および低温焼鈍,軟化焼鈍,球状化焼鈍等の焼鈍の種類に応じて、処理品Wを昇温後所定の温度で所定時間保持する加熱処理を行う。この加熱はN2ガス雰囲気中で行われるため、処理品Wが圧延材からなる場合は、前酸洗の省略によりその表面に形成されていた熱間圧延に起因する圧延スケールは酸化・還元されることなく昇温し、また処理品Wが伸線材からなる場合は、その表面に付着していた潤滑剤は酸化・還元されることなく昇温して炭化物状態となる。 Depending on the steel type of the processed product W and the type of annealing such as low-temperature annealing, softening annealing, spheroidizing annealing, etc., a heat treatment is performed in which the processed product W is heated and held at a predetermined temperature for a predetermined time. Since this heating is performed in an N 2 gas atmosphere, when the processed product W is made of a rolled material, the rolling scale resulting from the hot rolling formed on the surface by omitting the pre-acid pickling is oxidized and reduced. When the temperature of the processed product W is made of a wire drawing material, the lubricant adhering to the surface of the processed product W is heated to a carbide state without being oxidized or reduced.
加熱室2内における加熱処理後の処理品Wは、N2ガス雰囲気の真空パージ兼冷却室5内へ移送する。そして処理品Wが圧延材からなる場合は、上記N2ガス雰囲気の同室内で処理品Wを冷却処理する。これによって処理品Wの前記圧延スケールは酸化・還元されることなく降温し、大気などの酸化性ガス雰囲気中で冷却した場合のように圧延スケール中のウスタイト(FeO)が硬質で酸洗性が悪いマグネタイト(Fe3O4)へ変態する現象は阻止され、後酸洗による脱スケールが容易となるので、処理品Wの前酸洗は省略可能となる。そしてこの冷却処理として、冷却速度が8℃/分以上、好ましくは10℃/分以上の急速冷却を行うことにより、圧延スケールは地鉄表面に達する多くの亀裂が生じ、熱処理後の後酸洗による脱スケールが一層容易となる。
The processed product W after the heat treatment in the
一方、処理品Wが伸線材からなる場合は、処理品Wを加熱室2から真空パージ兼冷却室5内に移送したら、同室内を真空ポンプ42により真空排気後、開閉弁39を開いて同室内を大気雰囲気(酸化性ガス雰囲気)とし、この大気雰囲気中で処理品Wの冷却を行う。これによって、処理品Wの表面に付着していた炭化物は酸化するため、後酸洗による除去が容易になる。そしてこの大気雰囲気中での処理品Wの冷却は、徐冷による伸線材表面部におけるウスタイト層のマグネタイト化を避けるために、冷却速度8℃/分以上の急速冷却とするのが好ましく、これによって硬質のマグネタイト層の形成を阻止し、後続の加工工程に支障をきたすことがない。
On the other hand, when the processed product W is made of a wire drawing material, after the processed product W is transferred from the
上記の冷却処理により、処理品Wが圧延材である場合も伸線材である場合も、処理品Wを所定の温度(好ましくは、鋼種により異なるがウスタイトの変態終了温度以下のたとえば350℃)まで降温させたのち、処理済品として扉10を開いて出入口7から送入抽出テーブル15上へ抽出する。次いで真空パージ兼冷却室5内を真空ポンプ42により真空排気後、開閉弁38を開いて同室内をN2ガス雰囲気とし、上記と同様にして加熱室2から加熱処理後の処理品Wを受入れて処理品Wの種類(圧延材か伸線材か)に応じて上記と同様な冷却処理を行えばよい。
Whether the processed product W is a rolled material or a wire-drawn material by the above cooling treatment, the processed product W is reduced to a predetermined temperature (preferably 350 ° C., which differs depending on the steel type but is not higher than the transformation end temperature of wustite). After lowering the temperature, the
以上のようにバッチ式熱処理炉1においては、先ず処理品Wの加熱工程は、不活性ガス雰囲気の加熱室2内において行われるため、処理品は雰囲気ガスにより脱浸炭されることがなく、還元性雰囲気中での加熱時における炉温・鋼種に伴う雰囲気制御に比べて、加熱室における雰囲気制御は遙かに容易である。
As described above, in the batch-type heat treatment furnace 1, since the heating process of the processed product W is first performed in the
また加熱処理後の処理品Wの冷却工程は、処理品Wの種類(圧延材か伸線材か)に応じて真空パージ兼冷却室5内の雰囲気として、処理品Wが圧延材の場合は不活性ガス雰囲気を選択し、処理品Wが伸線材の場合は酸化性ガス雰囲気を選択して、それぞれ冷却処理をおこなうことによって、前述のように、圧延材の場合は、前酸洗の省略により表面に形成されていた圧延スケールを後酸洗による除去が容易なものとし、伸線材の場合は表面の炭化物を酸化させ、後酸洗による除去を容易にすることができ、いずれも後酸洗性の良好な処理済品が得られ、処理品Wが圧延材の場合の前酸洗は省略可能となる。そしてこれらの加熱・冷却処理は、1基のバッチ式熱処理炉1によって行うことができ、圧延材及び伸線材用に別個の熱処理炉を設ける必要はないので、熱処理炉の設備費及び設置スペースは少なくて済むのである。
In addition, the cooling process of the processed product W after the heat treatment is not performed when the processed product W is a rolled material as an atmosphere in the vacuum purge /
この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば上記の例では不活性ガスとしてN2ガスを用いたが、これ以外にたとえばArガスなどの不活性ガスを用いてもよく、また上記のコイル状の線材の他、多数本の棒材をラック上などに積層した形態の処理品を熱処理対象としてもよい。 The present invention is not limited to the above example. For example, in the above example, N 2 gas is used as the inert gas. However, for example, an inert gas such as Ar gas may be used. In addition to the coiled wire, a processed product in which a large number of rods are stacked on a rack or the like may be used as a heat treatment target.
1…バッチ式熱処理炉、2…加熱室、3…出入口、5…真空パージ兼冷却室、8…扉、9…扉、10…扉、21…N2ガス発生装置、22…配管、23…開閉弁、24…ヒータ、31…炉殻、35…冷却器、36…不活性ガス導入管、37…酸化性ガス導入管、38…開閉弁、39…開閉弁、41…排気管、42…真空ポンプ、43…開閉弁。
1 ... batch type heat treatment furnace, 2 ... heating chamber, 3 ... entrance, 5 ... vacuum purge and cooling chamber, 8 ... doors, 9 ... door, 10 ... door, 21 ... N 2 gas generating apparatus, 22 ... pipe, 23 ... Open / close valve, 24 ... heater, 31 ... furnace shell, 35 ... cooler, 36 ... inert gas introduction pipe, 37 ... oxidizing gas introduction pipe, 38 ... open / close valve, 39 ... open / close valve, 41 ... exhaust pipe, 42 ... Vacuum pump, 43 ... open / close valve.
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