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発明の名称 熱間鋼材の接合用クランプ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−137911(P2001−137911A)
公開日 平成13年5月22日(2001.5.22)
出願番号 特願平11−328377
出願日 平成11年11月18日(1999.11.18)
代理人 【識別番号】100062421
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 弘明 (外1名)
【テーマコード(参考)】
4E002
【Fターム(参考)】
4E002 AD04 BC06 BD05 CB04 CB08 
発明者 中村 隆彰 / 小林 順一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせ、その突合わせ部を接合するために、前記先行熱間鋼材後端部と後行熱間鋼材先端部の各々を別々のクランプパットでクランプし、両クランプパットを引き寄せて、前記先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせるためのクランプ装置において、前記クランプパットのクランプ面に、クランプする鋼材の幅方向に延びる棒状突起物を設け、更に、この棒状突起物の端部に丸みを設けたことを特徴とする熱間鋼材の接合用クランプ装置。
【請求項2】 先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせ、その突合わせ部を接合するために、前記先行熱間鋼材後端部と後行熱間鋼材先端部の各々を別々のクランプパットでクランプし、両クランプパットを引き寄せて、前記先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせるためのクランプ装置において、前記クランプパットのクランプ面に、クランプする鋼材の幅方向に及び長さ方向に各々延びる棒状突起物を設け、この幅方向に延びる棒状突起物と長さ方向に延びる棒状突起物の端部を連接したことを特徴とする熱間鋼材の接合用クランプ装置。
【請求項3】 前記幅方向に延びる棒状突起物の両端部に前記長さ方向に延びる棒状突起物の一端を連接したことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱間鋼材の接合用クランプ装置。
【請求項4】 前記棒状突起物の断面上部が尖っていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱間鋼材の接合用クランプ装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間の先行鋼材の後端と後行鋼材の先端を接合する際、先行鋼材後端部と後行鋼材先端部をクランプするためのクランプ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、薄鋼板の製造歩留りおよび、生産性を向上させるために、20〜50mm程度の板厚に粗圧延した先行鋼材(以下、先行粗バーという)の後端と後行鋼材(以下、後行粗バーという)の先端を接合した後、仕上圧延機で仕上圧延を連続的に行う熱延連続化技術が開発され、実用化している。この設備において、前記先行粗バーと後行粗バーを接合する技術は前記熱延連続化技術の根幹となるものである。
【0003】通常、前記粗バーを接合する場合、先行粗バーの後端部と後行粗バーの先端部の各々をクランプ装置でクランプした後、接合の直前に該後端部と先端部を引き寄せ、両粗バーの端面を向かい合わせて突き合わせ、その突合わせ部を溶接等により接合しているが、この溶接して接合する方法については多様な方法が提示されている。
【0004】この溶接の際、図2(a) に示すように、先行粗バーAと後行粗バーBの両端の間隔が空かない様に突き合わされた状態(健全な状態)で接合されれば、溶鉄Cが流出することなく接合出来るので、この溶接接合部を母材並の強度にすることが可能となり、仕上圧延時においても破断する恐れはない。しかし図2(b),(c) に示すように、先行粗バーAと後行粗バーBの両端の突合わせが不十分(間隔Xが空いた状態)であれば、突合わせ面間の隙間Xから溶鉄Cが流出して該溶鉄量が少なくなり、接合強度が低下して、その後工程である仕上圧延時に接合部が破断することもあり、その後始末に多大な時間と労力を費してしまう。
【0005】図3(a) に熱間粗バーのクランプ押圧状況を示す。例えば後行粗バーBは、表面、裏面を上、下クランプK1、K2によって挟圧Pで保持された状態で押圧Tで引き寄せられる。しかし、通常この粗バーBの重量は、先行粗バーA、後行粗バーB共に数トン〜数十トンであるため、これを引き寄せるためには多大な力が必要である。しかも、引き寄せ時の粗バー表面温度は1000℃と高いため、粗バーの表面に生成するスケールSが厚くなる。このスケールSは、図3(b) に示すように挟圧による衝撃で剥離し易く、また剥離したスケールは挟圧の繰り返しによってクランプ表面に付着堆積し、クランプの挟圧力が粗バーに伝わり難くなって、ついには滑りを起こすようになる。このため、上述したように接合面の突合わせが不十分になる。
【0006】この対策として、特開平8−1204号公報では、上クランプ、下クランプの粗バーに接するクランプ面に突起物を設けて、接合する先行粗バー、後行粗バー引き寄せる際に滑りが起こらない様にするための方法が提案されている。しかし、この方法で押圧した後に接合し、仕上圧延機で仕上圧延を行うと、仕上圧延前段側において接合部近辺の荷重のみが低減する特異な現象が起こり、粗バーの中央部との荷重差が大きくなって、仕上圧延スタンド間の張力制御が困難になり、接合部が破断するトラブルが発生する問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、クランプ滑り防止と同時に、仕上圧延前段側において接合部近辺の荷重のみが低減する現象の発生を防止して、安定した仕上圧延の継続を可能とすることを課題とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、以下の各項に記載された構成を要旨とする。
(1)先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせ、その突合わせ部を接合するために、前記先行熱間鋼材後端部と後行熱間鋼材先端部の各々を別々のクランプパットでクランプし、両クランプパットを引き寄せて、前記先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせるためのクランプ装置において、前記クランプパットのクランプ面に、クランプする鋼材の幅方向に延びる棒状突起物を設け、更に、この棒状突起物の端部に丸みを設けた熱間鋼材の接合用クランプ装置。
【0009】(2)先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせ、その突合わせ部を接合するために、前記先行熱間鋼材後端部と後行熱間鋼材先端部の各々を別々のクランプパットでクランプし、両クランプパットを引き寄せて、前記先行熱間鋼材の後端と後行熱間鋼材の先端を突き合わせるためのクランプ装置において、前記クランプパットのクランプ面に、クランプする鋼材の幅方向に及び長さ方向に各々延びる棒状突起物を設け、この幅方向に延びる棒状突起物と長さ方向に延びる棒状突起物の端部を連接した熱間鋼材の接合用クランプ装置。
(3)前記幅方向に延びる棒状突起物の両端部に前記長さ方向に延びる棒状突起物の一端を連接した前項(1)又は(2)に記載の熱間鋼材の接合用クランプ装置。
(4)前記棒状突起物の断面上部が尖っている前項(1)乃至(3)にいずれか1項に記載の熱間鋼材の接合用クランプ装置。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明者等は、仕上圧延における接合部の荷重低減現象の解明を行い、これをもとに、挟圧力を低下させることなく、荷重低減現象を起こさないクランプ装置を開発した。
【0011】図4にクランプ装置の概念図を示す。仕上圧延前の先行粗バーAの後端部と後行粗バーBの先端部は、粗バーの幅方向に延びる棒状突起物Yを有するクランプパッドCPを取り付けた上クランプK1と下クランプK2によって、それぞれ挟圧P、押圧Tされ、突き合わせられた状態でレーザー加工ヘッドLによって溶接接合される。そして接合後、上、下クランプK1、K2から解放された先行粗バーAと後行粗バーBは、仕上圧延機に供されるために移動する。
【0012】この接合部を挟圧P、押圧Tするクランプ装置の能力・機能がいくら高くても、粗バーA、Bと直接接触するクランプパッドCPが悪ければ、特に押圧力の低下や粗バーのヘゲ疵発生、圧延時荷重低減などがおこる。このようにクランプパッドCPは、粗バーに直接働きかける部分であり、その接触面の形状が上、下クランプK1、K2としての機能を左右する。
【0013】本発明者等は、先ず粗バーA、Bの接合部を仕上圧延する際の荷重低減現象が粗バーのどの位置で発生しているのかを調査した結果、該荷重低減現象は、該粗バーA、Bを上、下クランプK1、K2でクランプした際、該粗バーA、B表面に付く圧痕部の部分で発生していることが解明した。更に、この圧痕部で発生する荷重低減現象を解析した結果、クランプパッドCPによって粗バーA、Bの表面に図5に示す様に、長さ100mm、間隔50mmの圧痕S1〜S3がついた鋼材サンプルDを作成し、矢印R方向に実験室圧延機で圧延した。しかし、実操業で見られるような荷重の低減は認められなかった。
【0014】そこで、実操業と実験室圧延条件の違いを詳細検討した結果、圧延噛み込み時に違いがあることを見いだした。その違いは、実操業ではロール冷却やスケール疵防止のために圧延前にデスケーリング、圧延中にもロール冷却として水をかけながら粗バーを圧延していることに対し、実験室圧延では水をかけずに圧延した点であった。そこで、実験室圧延装置にもロール冷却装置を付けて、図5の鋼材サンプルDを用いて水をかけながら圧延試験を実施したところ、図6のE1〜E3に示すように、圧痕S1〜S3の位置で荷重が低減する現象が再現された。
【0015】これは、圧痕S1〜S3内に前記ロール冷却装置の水(実操業設備では、先行粗バーAの後端部と後行粗バーBの先端部にかかる押圧力を高めようとクランプK1、K2に設けたクランプパッドCPの滑り防止用の棒状突起物Yによって出来た圧痕に、デスケーリングや圧延ロール冷却に用いられる水)が留まり、圧延中に圧延ロールと鋼材サンプルD間に封じ込められるため、高温・高圧となり、圧延ロール出側でこれが解放される直前では、水蒸気爆発を起こして大きな音が発生すると共に、圧延中にこの部分は圧延ロールとの直接の接触がないために摩擦力が激減し、表面剪断力が低下して局部的に圧延荷重の減少が起こると推察された。
【0016】この推察結果に従うと、(1)水を封じ込められる圧痕が大きいほど水の量が多くなり、(2)圧延速度が速いほど圧痕から逃げる水が少なくなり、(3)鋼材サンプルDの温度が高いほど水蒸気となる水が増えるため、圧痕を小さくし、圧延速度を遅くし、鋼材サンプルDの温度を低くするほど荷重低減少は発生しなくなる。しかし、実操業でこれらの項目を選択した場合、■圧痕を小さくすると押圧力が低下し、良好な接合ができなくなる、■圧延速度を遅くすると、圧延時間が低下するため、圧延温度が低下して、変態点以下の圧延となって良好な材質が得られなくなる、■粗バー温度を低下すると■と同様の理由で良好な材質が得られなくなる。
【0017】そこで本発明者等は、圧延条件ではなく粗バーと直接接するクランプパッドCPに取り付けた棒状突起物Yの配列を調整することによって水の封じ込め現象をなくし、荷重低減現象を回避する事を試みた。すなわち、どの様にクランプパッド形状CPに棒状突起物を配置することが荷重低減に有効かを知るために、図1の(a)〜(f)に示すように、模擬圧痕をつけた熱間鋼材サンプルを作成して圧延実験を行った。実験では、圧延時に発生する音(水が封じ込められることによる水蒸気爆発音と思われる。)、および圧延後に見られる鋼板表面の残存圧痕により、水の封じ込み状態を判断した。
【0018】図1(a)は、図7(a)で示すように先端が尖ったくさび形状の断面形状を有し、且つ鋼材サンプルD幅方向に延びた棒状突起物が鋼材サンプルDに対して垂直に刺さる場合の圧痕(断面V字状の圧痕)Sを模したものである。そして、これを矢印R方向に圧延した結果、圧延時に大きな爆発音が発生し、さらに圧延後の鋼板表面に大きな残存圧痕が見られた。従って、圧延時に多量の水の封じ込めが起こっていると想定される。
【0019】図1(b)は、図7(b)で示すように両端部に丸みを持った前記棒状突起物で鋼材サンプルDを挟圧した場合の、圧痕Stを模したものである。これを前記同様に圧延した際、該圧延中の爆発音は低下し、残存圧痕は外見上見えなくなり、指の感触でわかる程度であった。水の封じ込めに対し効果が見られる。
【0020】図1(c)は、図1(a)の圧痕Sの中央部に圧延方向に平行な圧痕Spを追加したものであり、図1(d)は、図1(b)の圧痕Stの中央部に圧延方向に平行な圧痕Spを接続し、その端部に丸みをもたせたものであり、いずれにおいても圧延時の爆発音はさらに小さくなり、圧延後の圧痕はほとんど見られなくなった。ただし、図1(c)に示す例は圧痕Sの両端部に指の感触でわかる程度のしわ模様(実操業上では全く問題のない程度のしわ)が発生しており、圧痕Sの端部に追いやられた少量の水の影響が残ると想定される。また、荷重減少率は図1(d)の方が小さいものであった。
【0021】図1(e)は、図1(a)の圧痕S、図1(b)の圧痕Stの両端に圧延方向の圧痕Spを接続したものであり、いずれにおいても圧延時の爆発音は殆どなくなり、圧延後の圧痕、しわ模様は殆どなくなった。更に、図1(f)は、図1(a)の圧痕S、図1(b)の圧痕Stの中央部から少しずれた位置に圧延方向の圧痕Spを接続し、その接続部を丸くしたものであり、図1(c)、(d)の場合より、その効果が若干良好となる程度で殆ど変わりはなかった。
【0022】この様に、鋼材サンプルDの幅方向に設けた圧痕の両端に丸みを設けることにより、該鋼材サンプルDを圧延ロールで圧下する際、この圧痕内に溜まった水が両端の丸み部から排出され、前記の図1(a)に示す様に圧痕Sの両端の角部に水が封じ込められることが無くなるため、圧延時における水の封じ込み現象を防止することが可能となり、爆発音の発生が抑制されるものと推定される。
【0023】また、圧痕Sに接続した圧延方向の圧痕Spは圧延方向に対し平行であるため、水を逃がす道として働き、これも圧痕Sの両端に丸みをもたせたと同様に爆発音を抑制すると推定される。更に、圧痕Sの両端に丸みをもたせると共に圧延方向の圧痕Spを連通接続することにより、圧延時における水の封じ込み現象殆どなくなり、水蒸気爆発の発生を防止して爆発音が全く聞こえ無くなるものと推定される。
【0024】尚、圧痕Stの両端に設けた丸みは半径2mm以上とすることが、該圧痕St内に溜まった水の排出が良好となり好ましい。更に、棒状突起物の温度が550℃以下になると粗バーとの間で滑り現象が減少するため、上、下クランプK1、K2とクランプパットCPとの間に冷却用の配管を配すなどの方法で冷却することにより、一層滑りを防ぐことが可能になり好ましい。
【0025】また、粗バーを上、下クランプK1、K2で挟圧した際、棒状突起物が粗バーに刺さることにより生じる圧痕S、Stは、浅いと滑りを起こして効果が無く、また深いと荷重低減起因、および圧延終了後に圧痕疵として残存するため、この圧痕深さは0.3mm以上であればクランプ滑りを起こさず、また圧痕深さが1.5mmを超えると荷重が低減するため、圧痕深さは0.3mm〜1.5mmにすることが好ましい。
【0026】
【実施例】表1に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。本例に用いたクランプパッドCPに設けた棒状突起物Yの寸法は表2に示しものであり、そして、この棒状突起物Yで粗バーを挟圧したときの該棒状突起物Yの温度が530℃となるように冷却した。
【0027】また、粗圧延機で粗圧延した後、先端部及び後端部をシャーで切断した1.2m幅、40mm厚の先行鋼材シートバーの後端部と後行鋼材シートバーの先端部を、走行台車上のクランプ装置の前記クランプパッドCPを設けた上クランプK1と下クランプK2で挟圧し、押圧した後にレーザーで溶接し、仕上圧延機で仕上圧延を行った。仕上圧延ではデスケーリングを行い、ロール冷却水をかけながら圧延を実施した。
【0028】圧延時の荷重チャートからクランプされていない定常部の荷重とクランプ部の荷重から計算した荷重減少率、および圧延時の爆発音、圧延終了後の表面疵の有り無しを調査した。その結果を表1に示す。なお荷重低減率は、通常の操業においても5%程度のふれがあるが、その程度であれば操業に対する問題は発生しない。
【0029】表1中のNo1,2は比較例であり、図7(a)に示す様に先端が尖った三角柱状で、しかも圧延方向に対して直角方向(粗バー幅方向に平行)に数十本並列に並んだ棒状突起物(以下単に横棒状突起物と称す)Sを配置したクランプパットCPを用い、これにより、圧痕Sが図1(a)に示す様に表裏面についた粗バーを仕上圧延した例であり、仕上圧延時の荷重減少率が大きく、爆発音が発生した。また、横棒状突起物Sの高さが高いNo2では、ヘゲ疵の発生も認められた。
【0030】No3〜No10は本発明の実施例であり、このNo3は図7(b)に示す様に両端に丸みを有する横棒状突起物Stを配置したクランプパットCPを用い、これにより、粗バー表裏面に図1(b)に示す様に端部形状が丸みを有する圧痕St形状となるために、圧痕St内の水が逃げやすくなり、仕上圧延に於ける荷重減少率、爆発音とも小さくなり、安定して仕上圧延が可能であった。
【0031】No4,5は、何れも圧延方向に直角方向に並んだ三角柱の横棒状突起物と、該横棒状突起物に連接する圧延方向に平行に設けた棒状突起物(以下縦棒状突起物と称す)を配置したクランプパットCPを用い、これにより粗バーの表裏面に付く圧痕形状は、図1(c)、図1(d)に示す様に圧痕S、Stを圧痕Spで串刺し状にした状態になるものであり、この圧痕Spが仕上圧延の際における水の逃げ道となることから、荷重減少率、爆発音ともないものであった。また荷重減少率は、横棒状突起物の端部に丸みが有るNo5の方が小さかった。
【0032】No6,7,8は圧延方向に直角方向の横棒状突起物と、この横棒状突起物の端部に連接した圧延方向に平行な縦棒状突起物を配置したクランプパットCPを用い、これにより粗バーの表裏面に付く圧痕形状は、図1(e)に示す様に、圧痕S、Stの両端に圧痕Spを連通接続した状態になるものであり、これも前記同様に圧痕Spが水の逃げ道となることから荷重減少率、爆発音ともなかった。
【0033】No9,10は、圧延方向に直角方向の横棒状突起物と、この横棒状突起物の中間部に連接した圧延方向に平行な縦棒状突起物を配置したクランプパットCPを用いたもので、これにより粗バーの表裏面に付く圧痕形状は、図1(f)に示す様に圧痕S、Stと圧痕Spの連接部が丸みを有するものとなり、これもまた、圧痕Spが水の逃げ道となることから荷重減少率、爆発音ともなかった。
【0034】
【表1】

【0035】
【表2】

【0036】
【発明の効果】本発明によれば、仕上圧延におけるクランプ部の荷重低減現象を防止でき、これに伴う接合部破断を伴うこと無く安定した操業が可能となり、生産性が向上すると共にメンテナンス性が良好となる等、この分野に於ける効果は大きい。




 

 


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