金属条的冷却装置的制作方法

本发明涉及一种金属条的冷却装置，这种冷却装置对加热处理后的金属条一边进行连续搬运一边进行冷却。

背景技术：

为了在对金属条进行加热处理之后进行冷却，已知有专利文献1那样，将空气朝该金属条喷出以进行空冷的装置，还有专利文献2那样，将水喷出以进行水冷的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平9－10656号公报

专利文献2：日本专利特开2013－240808号公报

专利文献3：日本专利特开2008－73765号公报

然而，仅采用空冷，冷却效果较弱。另外，仅采用水冷，由于会在高温的金属条表面产生沸腾，所以会形成包裹有水蒸汽的水蒸汽膜(称其为“膜沸腾”)，水难以作为液体与金属条接触，上述那样的膜会随机产生，所以存在金属条不能均匀地进行冷却的情况

另一方面，存在对金属条进行冷却时使用水和空气两者的装置。专利文献3的冷却装置将空气和水反复喷出来进行冷却。

然而，在专利文献3的冷却装置中，将水朝高温的金属条表面喷出时，也会产生膜沸腾，所以存在金属条不能均匀地进行冷却的情况。

技术实现要素：

本发明是为解决上述技术问题而作的，其目的在于，在对加热处理后的金属条进行冷却的冷却装置中，能使金属条更均匀且更迅速地(短距离地)进行冷却。

本发明一方式的冷却装置是对加热处理后的金属条一边进行连续搬运一边进行冷却的冷却装置，沿着所述金属条的搬运方向从上游侧依次设置有将空气从上方朝所述金属条喷射的第一空气喷嘴、将水从上方朝上述金属条喷射的第一水喷嘴以及将上述金属条周围的气氛朝上方排气的排气部，在使来自上述第一空气喷嘴的空气与上述金属条发生碰撞之后，使来自所述第一空气喷嘴的空气沿着上述金属条的表面移动，贴靠在通过来自上述第一水喷嘴的水形成有水蒸汽的部位，并且利用上述排气部对该水蒸汽进行排气。

根据上述结构，能抑制通过膜沸腾而形成包裹有水蒸汽的水蒸汽膜，能使金属条更均匀地冷却。

上述冷却装置还包括控制部，该控制部对来自上述第一空气喷嘴的空气喷射量和来自上述第一水喷嘴的水喷射量进进行控制。根据上述结构，能根据金属条的材质等来实现最合适的冷却速度，能制造出具有所期望特性的金属条。

在上述冷却装置中，上述控制部也可根据预先设定的上述金属条的所期望的冷却速度，对来自上述第一空气喷嘴的空气喷射量和来自上述第一水喷嘴的水喷射量进行控制。根据上述结构，能根据满足金属条所期望的冷却速度来实现最合适的冷却速度，能制造出具有所期望特性的金属条。

在上述冷却装置中，上述金属条可以是铝。根据上述结构，尽管铝是根据冷却速度特性易发生变化的构件，但是根据本冷却装置，能一边防止膜沸腾现象一边得到仅通过空冷或水冷无法得到的所期望的冷却速度。

在上述冷却装置中，在也可比上述排气部更靠近上述金属条的搬运方向的下游侧的位置，沿着上述金属条的搬运方向从上游侧依次还设有将水从上方朝上述金属条喷出的第二水喷嘴、将空气从上方朝上述金属条喷出的第二空气喷嘴，在使来自上述第二空气喷嘴的空气与上述金属条发生碰撞之后，使来自上述第二空气喷嘴的空气沿着上述金属条的表面移动，贴靠在通过来自上述第二水喷嘴的水形成有水蒸汽的部位，并且利用排气部对该水蒸汽进行排气。根据上述结构，能提高冷却速度、减少排气部的数量、实现低成本。

根据本发明，能对金属条更均匀地进行冷却。

附图说明

图1是表示实施方式一的冷却装置的概略结构的图。

图2a是用于说明比较例的金属条的冷却形态的概略图。

图2b是表示比较例的金属条的温度变化的图。

图3a是用于说明实施方式一实施例的金属条的冷却形态的概略图。图3b是表示实施方式一实施例的金属条的温度变化的图。

图4是表示实施方式二的冷却装置的概略结构的图。

图5是用于说明膜不沸腾的情况的概略图。

(符号说明)

1热处理装置

2冷却装置

3加热装置

4炉体

6搬运部

7搬运部

8空气喷嘴(第一空气喷嘴)

10水喷嘴(第一水喷嘴)

12排气部

14控制部

18水喷嘴

20空气喷嘴(第二空气喷嘴)

22水喷嘴(第二水喷嘴)

30冷却装置

a1空气

a1’空气

a2空气

a2’空气

a3上升流

b1水蒸汽层

b2水蒸汽膜

c间隙

p变化点(变异点)

r耐热滚筒

s金属条

t搬运方向

w1水

w2水蒸汽

w4水

w5水蒸汽

w6水滴

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的冷却装置及冷却方法的优选实施方式进行说明。本本发明并不限定于以下实施方式的具体结构，基于同样的技术思想的结构也包含于本发明。

(实施方式一)

图1是表示实施方式一的冷却装置2和包括冷却装置2的热处理装置1的概略结构的图。

热处理装置1是对金属条s进行热处理的装置。如图1所示，热处理装置1包括冷却装置2和加热装置3。

冷却装置2是对由加热装置3加热处理过的金属条s一边进行连续搬运一边进行冷却的金属条s的冷却装置。

冷却装置2包括搬运部6、空气喷嘴8、水喷嘴10、排气部12和控制部14。包括有如上所述结构的冷却装置2一边利用搬运部6将由加热装置3加热后的金属条s向搬运方向t连续搬运，一边利用空气喷嘴8将空气喷出来进行冷却，并且在下游侧利用水喷嘴10将水喷出来进行冷却。

本发明特别是在水喷嘴10的下流侧设置有排气部12，将金属条s周边的气氛朝上方排气。藉此，在金属条s表面产生的水蒸汽(气氛)的压力下降，并且能抑制内包有水蒸汽的水膜即水蒸汽膜(沸腾膜)的形成，促使金属条s均匀地进行冷却。

以下，对热处理装置1的各个构成要素进行说明。

热处理装置3是对金属条s进行加热的加热装置。加热装置3包括炉体4和搬运部7。

炉体4是对金属条s进行加热的壳体。在炉体4中，将金属条s搬入。例如当金属条s是铝的情况，在加热至大约580℃的状态下从炉体4搬出，移动至冷却装置2的区域。铝是根据冷却的冷却速度特性容易变化的材料，是适于用本实施方式一的冷却装置2进行冷却的材料。

在炉体4的入口部分和出口部分设有用于将金属条s搬入搬出的狭缝状的间隙c。

炉体4的搬运部7为了一边使金属条s上浮一边进行连续加热，将热风从上下朝金属条s喷出。在上述状态下，在前进方向的端部利用将金属条s卷绕成线圈状的卷绕装置(未图示)进行卷绕，从而对金属条s进行搬运。

冷却装置2的搬运部6是将金属条s沿着搬运方向t连续搬运的构件。在此，例示由耐热滚筒r从下方进行保持的例子，但是也可以是任意的方式。

空气喷嘴8是将空气朝金属条s喷出的构件。空气喷嘴8使加热后的金属条s与空气接触，从而具有将金属条s冷却的功能和防止后述水膜沸腾的功能。空气喷嘴8配置于金属条s的上方，并且将空气从上方朝金属条s喷出。

水喷嘴10是将水朝金属条s喷出的构件。水喷嘴10使加热后的金属条s与水接触，从而具有将金属条s冷却的功能。使用水的冷却效果比使用空气喷嘴8的空气的冷却效果高。与空气喷嘴8相同，水喷嘴10配置于金属条s的上方，并且将水从上方朝金属条s喷出。

排气部12是对金属条s周边的气氛进行排气，将由水冷产生的水蒸汽去除的构件。本实施方式一的排气部12通过抽吸进行强制排气。与空气喷嘴8和水喷嘴10相同，排气部12配置于金属条s的上方，将空冷和水冷之后的金属条s周边的气氛朝上方排气。

控制部14是对冷却装置2和加热装置3的运转进行控制的构件。本实施方式一的控制部14尤其是能对从空气喷嘴8喷出的空气量、从水喷嘴10喷出的水量和从排气部12排出的气氛排气量进行控制。控制部14例如是由微型计算机构成的。

如图1所示，沿着金属条s的搬运方向t，从上游侧依次设置有空气喷嘴8、水喷嘴10、排气部12。根据上述结构，在使用空气和水对金属条s进行冷却时，能抑制由水的喷射产生的沸腾膜，将金属条s均匀地冷却。关于这点，使用图2a、图2b、图3a、图3b、图5进行说明。

图2a、图2b是与比较例对应的图，表示通常的膜沸腾的形态。图3a、图3b是与本实施方式一的实施例对应的图。

图2a和图3a是用于说明比较例和实施例各自的金属条s的冷却形态的概略图。图2b和图3b是用于表示比较例和实施例各自的金属条s的温度变化的图表。

图5是不产生膜沸腾、正常地进行水冷的情况的概略图。如果金属条s的加热温度低，这样，从喷嘴喷射的水w1的全部的量能以液体的状态与金属条s的表面接触，一边沸腾蒸发一边形成为水滴状w6并消失(称为核沸腾)。如果金属条s的加热温度在350℃以下，如上所述，热量被夺走，进行冷却。

图2a所示的比较例的结构是仅通过来自水喷嘴18的水对向搬运方向t连续搬运的金属条s进行冷却的结构(仅水冷)。另一方面，图3a所示实施例的结构如使用图1进行说明的那样，是通过来自空气喷嘴8的空气和来自水喷嘴10的水对朝搬运方向t连续搬运的金属条s进行冷却的结构(水冷及空气冷却)。本实施方式的结构是还用排气部12对水蒸汽进行排气的结构，上述水蒸汽通过水的喷射产生。

在本比较例和本实施例中，作为金属条s的一例，对将加热处理至大约580度的铝的金属条s冷却至300℃的例子进行说明。

如图2a所示，根据比较例的结构，将水w1从水喷嘴18朝金属条s喷出。当金属条s为350℃以上的高温的情况下，即便将水通过高压朝金属条s喷出，在与表面接触之前或者在接触后也会立即沸腾蒸发(w2)。然而，由于冷却水被大量地喷出，所以并不是全部的量都会蒸发，一部分以液体的状态残留，水蒸汽和水在表面上共存，实际上如图2a所示，形成内包有水蒸汽层b1的水膜b2(以后，称为“水蒸汽膜”)。也就是“膜沸腾”。这是在金属条s表面上的各处随机发生的，如图2a所示，将保持上述状态的金属条s朝t方向高速地搬运。由于水蒸汽隔热性高，所以水蒸汽膜b2的部分无法充分冷却。另外，由于水蒸汽还处于高压，即使从水蒸汽膜b2的上方将水高压喷出，由于有从下方将水蒸汽膜b2上顶的力发生作用，所以无法利用水压将水蒸汽膜b2破坏，水w1无法以液体的状体与金属条s的表面接触。不过，由于水蒸汽膜b2本身会蒸发，所以会夺走金属条s的热量，表面的温度会下降，如图2b的变化点(变异点)p的左侧所示，在这样不稳定的冷却状态下，冷却速度较慢。

接着，如果温度下降至350℃附近，水蒸汽层逐渐消失，水能以液体的状态与金属条s的表面接触，成为水滴w6状，从而形成通常的核沸腾。这样，如图2b的变化点p的右侧所示，冷却速度变快，出现原来的水冷效果。

由于上述水蒸汽膜b2消失的变化点p发生的部位是在金属条s的表面上随机产生的，所以冷却时的热过程是不同的，热收缩出现偏差，因此金属条s上会产生凹凸。另外，由于在膜沸腾的状态下冷却效果较差，所以冷却会比较费时，需要较长的冷却带。

如上所述，当金属条s为高温的情况下，如果仅利用水冷的方法，由于膜沸腾的产生，金属条s表面的热过程会不同，所以金属条s不能均匀地被冷却，金属条s会产生形变。

另一方面，根据如图3a所示实施例的结构，在搬运方向t的最上游侧，将空气a1从空气喷嘴8朝金属条s喷出来冷却金属条s。如图3b所示，由于空气的冷却效果比水的冷却效果差，所以金属条s的冷却速度是从较低的状态开始的。

朝金属条s喷出的空气a1此后沿着金属条s表面移动。空气a1被喷出的速度是70m/s，即使与金属条s碰撞，空气a1也能大致保持其速度并以70m/s的速度水平地在表面流动。因此，在金属条s的表面流动的空气a2立即向由水喷嘴10喷出水w4的部位移动。

在从水喷嘴10喷出水w4的部位，如上所述，产生水蒸汽w5。在比较例的结构中形成有沸腾膜，但是在本实施例中，由于空气a2是以将水蒸汽w5中间横切的方式高速地移动的，因此水蒸汽w5被分散，难以冷凝以形成水蒸汽膜，能抑制沸腾膜的形成。藉此，能以不引起膜沸腾的方式使核沸腾产生，能促使金属条s均匀地进行冷却。

另外，空气a2进入水蒸汽w5中，水蒸汽w5被稀释。这种状态下的水蒸汽w5高温且压力非常高，所以沸点也较高，在金属条s的表面水难以蒸发，但是通过空气a2的稀释会使压力变低。压力变低从而沸点下降，残存于水蒸汽w5周边的水容易蒸发。通过促进水的蒸发，从而能在金属条s表面使水均匀地进行蒸发，能促使金属条s均匀地进行冷却。

另外，由于在金属条s的表面上产生有大量的水蒸汽，所以在本实施例中利用排气部12进行排气。藉此，能进一步使金属条s表面的压力下降，并能抑制水蒸汽冷凝而形成水蒸汽膜。另外，如果水蒸发形成水蒸汽，则体积会变为大约1800倍，但是由于能利用排气部12对水蒸汽进行排气，从而能抑制体积随着水的蒸发而增加导致水蒸汽的压力上升。藉此，能进一步促进水的蒸发，能将金属条s进一步均匀地进行冷却。

根据上述实施例的冷却装置及其方法，使用空气和水对高温的金属条s进行冷却时，能以不产生膜沸腾的方式进行冷却。藉此，能对金属条s均匀地进行冷却，能将金属条s的形变控制在最小限度。

另外，与比较例不同，由于能抑制膜沸腾的发生，使核沸腾继续进行，所以如图3b所示，能使温度梯度中途不发生急变，能得到倾斜平缓的温度梯度。如使用图1进行说明的那样，在本实施方式一的冷却装置2中，来自空气喷嘴8的空气喷射量和来自水喷嘴10的水喷射量是由控制部14进行控制的。在本实施方式中，对满足铝所期望的冷却速度进行预先设定，并且根据该冷却速度来对各自的喷射量进行控制。藉此，能得到如图3b所示的期望的冷却速度。

根据本实施例的冷却装置及方法，作为金属条s的急速冷却方法的有效的“空冷后水冷”方法，能以不引起膜沸腾的方式实施，所以是现实的方法。

另外，是在空气喷嘴8和水喷嘴10与金属条s垂直地配置的状态下能执行的冷却装置和方法。由于不需要将空气喷嘴8和水喷嘴10倾斜地配置，所以还能缩小设置空间。另外，由于能迅速地进行冷却，所以能缩短装置的冷却带。

如上所述，本实施方式一的冷却装置2是对加热处理后的金属条s一边进行连续搬运一边进行冷却的冷却装置。冷却装置2沿着金属条s的搬运方向t从上游侧依次包括第一空气喷嘴8、第一水喷嘴10和排气部12。第一空气喷嘴8将空气从上方朝金属条s喷出。第一水喷嘴10将水从上方朝金属条s喷出。排气部12将金属条s周围的气氛朝上方排气。在上述结构中，在使来自第一空气喷嘴8的空气与金属条s发生碰撞之后，使来自第一空气喷嘴8的空气沿着金属条s的表面移动，贴靠在通过来自第一水喷嘴10的水形成有水蒸汽的部位。并且，利用排气部12对该水蒸汽进行排气。

根据上述结构，在对加热处理后的金属条s进行冷却的冷却装置2中，能对金属条s更均匀且更迅速地(短距离地)进行冷却。

另外，本实施方式一的冷却装置2还包括控制部14，该控制部14对来自第一空气喷嘴8的空气喷射量和来自第一水喷嘴10的水喷射量进行控制。根据上述结构，能通过对空气喷射量和水喷射量进行控制，来对冷却金属条s的冷却速度进行调节。藉此，能根据金属条s的材质等来实现最优的冷却速度，能制造具有所期望特性的金属条s。

另外，根据本实施方式一的冷却装置2，控制部14根据预先设定的金属条s所期望的冷却速度，来对来自第一空气喷嘴8的空气喷射量和来自上述第一水喷嘴10的水喷射量进行控制。根据上述结构，根据预先设定的金属条s所期望的冷却速度来对水和空气的喷射量进行控制，从而能得到最优的冷却速度，能制造具有所期望特性的金属条s。

另外，本实施方式一中的金属条s是铝制的。铝是热传导性高且根据冷却速度特性易发生变化的构件，根据本实施方式一的冷却装置2，能一边抑制膜沸腾的发生一边实现仅通过空冷或水冷无法得到的所期望的冷却速度。特别是，在设有能控制冷却速度的控制部14的情况下，能设定最适于铝的冷却速度，能得到具有所期望特性的铝制金属条s。

(实施方式二)

对本发明实施方式二的冷却装置30进行说明。在实施方式二中，主要对与实施方式一的不同点进行说明。在实施方式二中，对与实施方式一相同或者相当的结构标注相同的符号进行说明。另外，在实施方式二中，省略与实施方式一重复的记载。

在实施方式一中，分别各设有一个空气喷嘴8和水喷嘴10，但是在实施方式二中，不同点是除了第一空气喷嘴8和第一水喷嘴10之外，还设有第二空气喷嘴20和第二水喷嘴22。

如图4所示，冷却装置30在金属条s的搬运方向上比排气部12更靠下游侧的位置，沿着金属条s的搬运方向t从上游侧依次还包括第二水喷嘴22和第二空气喷嘴20。

第二空气喷嘴20与第一空气喷嘴8相同，是将空气从上方朝金属条s喷出以进行冷却的构件。第二水喷嘴22与第一水喷嘴10相同，是将水从上方朝金属条s喷出以进行冷却的构件。

在上述结构中，在使来自第二空气喷嘴20的空气与金属条s发生碰撞之后，使来自第二空气喷嘴20的空气沿着金属条s的表面移动，并且贴靠在通过来自第二水喷嘴22的水形成有水蒸汽的部位。

根据上述结构，以排气部12为中心在搬运方向t的两侧设置有空气喷嘴8、20，从而能使应排出的水蒸汽彼此在中央部进行碰撞以从金属条s剥离。剥离后的水蒸汽朝与金属条s垂直的方向排出，穿过第一水喷嘴10和第二水喷嘴22之间的空间，如图中的a3所示，从排气部朝上方被强制排气。

如上所述，本实施方式二的冷却装置30在比排气部12更靠搬运方向下游侧的位置，沿着金属条s的搬运方向t从上游侧依次还包括第二水喷嘴22和第二空气喷嘴20。在此，在使来自第二空气喷嘴20的空气与金属条s发生碰撞之后，使来自第二空气喷嘴20的空气沿着金属条s的表面移动，并且贴靠在通过来自第二水喷嘴22的水形成有水蒸汽的部位。

根据上述结构，以排气部12为中心在两侧设有水喷嘴10、22和空气喷嘴8、20，所以能从两侧对金属条s进行冷却。藉此，能实现仅通过空冷或水冷无法得到的冷却速度，能使冷却速度提高。另外，对于上游侧的水喷嘴10和空气喷嘴8与下游侧的水喷嘴22和空气喷嘴20，分配有一个排气部12，所以相对于水喷嘴10、22和空气喷嘴8、20的数量，能减少排气部12的数量，能实现较低的成本。

另外，虽然第二空气喷嘴20存在于搬运方向t的下游侧，但是由于空气a2’的速度比金属条s的搬运速度足够大，所以空气a2’能朝搬运方向t的上游流动，能得到与第一空气喷嘴8的空气a2相同的效果。

另外，来自排气部12的排气量能根据第一水喷嘴10和第二水喷嘴22之间的间隔进行调节。具体地说，第一水喷嘴10和第二水喷嘴22之间的间隔越大，排气量就会越多，间隔越小排气量就会越少。因此，只需根据优选的排气量来设定第一水喷嘴10和第二水喷嘴22之间的间隔即可。例如，设定第一水喷嘴10和第二水喷嘴22之间的间隔，以使在第一水喷嘴10和第二水喷嘴22之间流动的排气流速处于10m/s以下，藉此可以抑制炉体4中炉压的上升。

以上，列举上述实施方式一、二来对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式一、二。例如，在上述实施方式一、二中，对金属条s是铝的情况进行了说明，但是并不限定于上述情况，只要是加热处理后的金属都可以适用。另外，由于铝是如上所述特性容易根据冷却速度改变的构件，所以尤其适用于本实施方式一、二所示的容易对冷却速度进行调节的方法。

另外，上述实施方式一、二中，对设置控制部14从而对来自空气喷嘴8的空气喷射量和来自水喷嘴10的水喷射量进行控制的情况进行了说明，但是并不限定于上述情况，也可以是不设置控制部14而是通过手动进行调节的情况。不过，设置控制部14能根据金属条s的材质等来得到更适当的冷却速度。

另外，通过对上述各实施方式中的任意实施方式进行适当组合，能起到各自具有的效果。

本发明参照附图对优选的实施方式进行了充分的记载，但是对于对本技术熟知的人们来说，各种变形、修改也是不言自明的。这样的变形、修改只要不超出权利要求书的发明范围，就应该理解为包含在本发明中。另外，各实施方式中的要素的组合、顺序的变化是在不脱离本发明的范围和思想的基础上能实现的。

工业上的可利用性

只要是对加热处理后的金属条一边进行连续搬运一边进行冷却的冷却装置，就能应用本发明。