JP2002224705A

JP2002224705A - 棒材圧延設備列

Info

Publication number: JP2002224705A
Application number: JP2001031208A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hatanaka; 淳畠中; Kazuo Omori; 和郎大森; Takao Ogawa; 隆生小川; Satoru Takeda; 了武田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2002-08-13

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な接合強度が得られコスト負担も軽く
て棒材のエンドレス圧延を有利に実現できる棒材圧延設
備列を提供する。【解決手段】棒材通路１の途上に加熱炉２、粗圧延機
群３、中間仕上圧延機群４、仕上圧延機群５をこの順に
配列してなる棒材圧延設備列において、加熱炉と粗圧延
機群間に摩擦圧接装置６を配置した、または、加熱炉内
で棒材通路から分かれ加熱炉外を経て加熱炉内で棒材通
路に連絡する棒材迂回路７を設け、該棒材迂回路の途上
に摩擦圧接装置を配置した設備列。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、棒材圧延設備列に
関し、詳しくは、棒材のエンドレス圧延を有利に実施で
きる棒材圧延設備列に関する。エンドレス圧延とは、１
本ずつ送られてくる棒材を棒長手方向に次々と接合して
材料を途切れさせずに圧延する圧延方式を意味する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄所において棒材（棒状鋼材）を圧延
機に送り込む際、各棒材を次々と接合して連続的に送れ
ば、歩留り向上、生産性向上、品質向上、機械寿命延長
など多くの利点があり、かかる連続圧延のニーズは大き
い。この連続圧延（いわゆるエンドレス圧延）を実用化
するための棒材接合技術が、特開平10−5803号公報、特
開平９−66301 号公報、特開平９−66302 号公報に示さ
れている。これらの公報技術はいずれも、接合法として
フラッシュバット溶接（突き合わせ抵抗溶接）法を採用
するものである。

【０００３】フラッシュバット溶接法は、被接合材をそ
れぞれ電極で把持して被接合端面を接触対抗させ、被接
合材間に大電流を短時間流して被接合端を溶融させ、被
接合材に相互接近方向の推力を加えて溶融部を加圧接合
するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フラッ
シュバット溶接法で接合された材料では、接合境界部に
薄膜状の脱炭層が生成して局所的に強度が低下し圧延中
に材料が破断するおそれがある。とくに特殊鋼ではその
危険性が高い。また、フラッシュバット溶接法では、被
接合材間に大電流を流す必要があるため設備費、エネル
ギー費が高い。

【０００５】そこで本発明は、十分な接合強度が得られ
コスト負担も軽くて棒材の連続圧延を有利に実現できる
棒材圧延設備列を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これまで
に知られている種々の接合法を比較検討した結果、棒材
を接合して連続的に圧延するには、別段の加熱装置を設
けずとも被接合材に適正な回転力と推力を付与するだけ
で接合でき、そのため装置構成が簡単で制御もやりやす
い摩擦圧接法が最適であるという結論に達した。

【０００７】この知見を基に摩擦圧接装置とその圧延設
備列内での配置形態を鋭意検討し、本発明をなすに至っ
た。本発明の要旨とするところは、以下に記載の棒材圧
延設備列にある。（１）棒材通路の途上に加熱炉、粗圧延機群、中間仕上
圧延機群、仕上圧延機群をこの順に配列してなる棒材圧
延設備列において、前記加熱炉と前記粗圧延機群間に棒
材を接合する摩擦圧接装置を配置したことを特徴とする
棒材圧延設備列。

【０００８】（２）棒材通路の途上に加熱炉、粗圧延機
群、中間仕上圧延機群、仕上圧延機群をこの順に配列し
てなる棒材圧延設備列において、前記加熱炉内で棒材通
路から分かれ、加熱炉外を経て加熱炉内で棒材通路に連
絡する棒材迂回路を設け、該棒材迂回路の途上に棒材を
接合する摩擦圧接装置を配置したことを特徴とする棒材
圧延設備列。

【０００９】本発明（２）では、棒材迂回路の加熱炉内
部分は棒材通路の加熱炉抽出側部分よりも低い位置に配
置されることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明（１）の棒材圧延
設備列の一例を示す平面配置図である。図示の例は、棒
材（ビレット材）Ｍの搬送経路である棒材通路１の途上
に加熱炉２、粗圧延機群３、中間仕上圧延機群４、仕上
圧延機群５をこの順に配列して、図中矢印で示す向きに
移動する棒材Ｍに、加熱炉２による加熱、粗圧延機群３
による粗圧延、中間仕上圧延機群４による中間仕上圧
延、仕上圧延機群５による仕上圧延を順次施すようにし
た棒材圧延設備列において、加熱炉２と粗圧延機群３間
に摩擦圧接方式の接合装置（摩擦圧接装置）６を配置し
て構成されている。

【００１１】なお、棒材通路１は、加熱炉内において
は、圧延機群方面に棒材を棒長手方向に送る（＝縦送り
する）順抽出部と、加熱炉入口から順抽出部まで棒材を
棒長手方向に直角の方向に送る（＝横送りする）炉内搬
送部とからなり、順抽出部はハースローラ、炉内搬送部
はスキッドとウォーキングビームで構成されており、加
熱炉外においては、棒材を縦送りして圧延機群に通す圧
延搬送部からなり、この圧延搬送部は搬送ローラで構成
されている。

【００１２】この構成により、加熱炉２から抽出後に粗
圧延機群３で圧延されつつある先行棒材Ｍ１後端部に、
加熱炉２から抽出されつつある棒材Ｍ２先端部を摩擦圧
接装置６で接合してエンドレス圧延を行うことができ
る。本発明で用いる摩擦圧接法は、図６に示すように二
母材Ｍ，Ｍを突き合わせて相対回転運動を与え（ａ）、
推力を加えて摩擦熱を発生させ（ｂ）、その熱によって
圧接温度（溶融温度直下）に達すると相対運動を停止
し、圧接推力（アプセット）を増大する（ｃ）ことで二
母材の接合を行う方法である。摩擦圧接においては、制
御因子としての回転数、圧力（単位断面積当たりの推
力）、寄り代（二母材相互の押し込み代）を図７に示す
ようなパターンで設定する。なお、図７のが図６
（ｂ）、が図６（ｃ）に対応する。

【００１３】摩擦圧接法によれば、被接合面の異物、ス
ケールなどは摩擦発熱とアプセット時にバリとして被接
合面外へ除去される。また中心偏析もメタルフローに沿
って被接合材の表層へ出現する。また、接合境界部に脱
炭層を生じることもない。摩擦圧接方式としては、図２
（ａ）〜（ｃ）に示す三つの型が挙げられる。図２
（ａ）の第１型は、先行する棒材Ｍ１の回転を拘束し、
後続する棒材Ｍ２を回転させながら棒材Ｍ１に押しつけ
て両者を接合するものである。

【００１４】図２（ｂ）の第２型は、先行する棒材Ｍ１
と後続する棒材Ｍ２の回転を拘束し、両者間にインサー
ト材ＩＭを挿入しこれを回転させながら棒材Ｍ１に押し
つける。それとともに、棒材Ｍ２をインサート材ＩＭに
押しつけて三者を接合するものである。図２（ｃ）の第
３型は、先行する棒材Ｍ１と後続する棒材Ｍ２の回転を
拘束し、両者間にディスク材ＩＤを挿入しこれを回転さ
せながら棒材Ｍ１に押しつけるとともに、棒材Ｍ２をデ
ィスク材Ｄに押しつけ、圧接温度に達するとディスク材
ＩＤを取り除き、棒材Ｍ２を棒材Ｍ１に押しつけて両者
を接合するものである。

【００１５】本発明ではこれら三型のいずれも採用でき
るが、第２型、第３型の方が回転させるべき材料（イン
サート材あるいはディスク材）を軽量化でき、装置コン
パクト化、エネルギー節減の両面で第１型に比べ有利で
あるため、別段の制約がない場合は、第２型、第３型の
いずれかを採用するのが好ましい。また、角棒材など異
形断面の場合は、回転停止時の円周方向位置合わせを必
要としない第３型が好ましい。

【００１６】第２型のインサート材は、棒材と一緒に圧
延されるから、棒材と同一条件で圧延できかつ圧延後に
製品として採用できるように、棒材と同質同径のものを
用いるのが好適である。第３型のディスク材は摩擦寄り
（図７）のときだけ使用され、アプセット（図７）
のときには取り除かれるから、繰り返し使用できるよう
に、高強度・高剛性を有し耐摩耗性に優れるもの（例え
ばJIS G4501 に規定されるS25C,S45C など）が好まし
い。

【００１７】前記第１型〜第３型に対応する摩擦圧接装
置の例を図３（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。図３
（ａ）の第１型装置は、第１の棒材Ｍ１を拘束するクラ
ンプ11と、第２の棒材Ｍ２を把持して回転駆動可能な回
転チャック12と、回転チャック12を支持する架台14と、
クランプ11を固定する架台11とを有し、圧延方向に往復
自在に設置し、クランプ11を固定する架台10を有し、そ
れぞれの架台は棒材長手方向に走行する進退駆動手段
（図示省略）を備えたものである。

【００１８】なお、架台10は第１の棒材Ｍ１が所定の速
度ｖで移動するとき、これと同じ速度ｖで走行可能な仕
様となっている。また、架台10の上に架台14を載置され
ても、されなくともよい。図３（ｂ）の第２型装置は、
直列に配置した第１、第２の棒材Ｍ１、Ｍ２をそれぞれ
拘束する第１、第２のクランプ11、11A と、棒状のイン
サート材ＩＭを把持して回転させる回転チャック12A
と、第１、第２の棒材Ｍ１、Ｍ２間にインサート材ＩＭ
を挿入する回転チャック12A の移動手段15と、回転チャ
ック12A とその移動手段15を支持する架台16、および、
第２のクランプ11A を支持する架台14A および第１のク
ランプ11を支持する架台10を有し、それぞれの架台は棒
材長手方向に走行する進退駆動手段（図示省略）を備え
たものである。

【００１９】なお、架台10は第１の棒材Ｍ１が所定の速
度ｖで移動するとき、これと同じ速度ｖで走行可能な仕
様となっている。また、架台10の上に架台14A と16を載
置させても、させなくともよい。回転チャック12A の移
動手段15を架台16の上に載置しなくともよい。図３
（ｃ）の第３型装置は、直列に配置した第１、第２の棒
材Ｍ１、Ｍ２をそれぞれ拘束する第１、第２のクランプ
11、11A と、ディスク状のインサート材ＩＤを支持して
回転させる回転チャック12B と、第１、第２の棒材Ｍ
１、Ｍ２間にインサート材ＩＤを挿入・抽出する回転チ
ャック12B の移動手段15と、回転チャック12B とその移
動手段15を支持する架台16、および、第２のクランプ11
A を支持する架台14A および第１のクランプ11を支持す
る架台10を有し、それぞれの架台は棒材長手方向に走行
する進退駆動手段（図示省略）を備えたものである。

【００２０】なお、架台10は第１の棒材Ｍ１が所定の速
度ｖで移動するとき、これと同じ速度ｖで走行可能な仕
様となっている。また、架台10の上に架台14A と16を載
置させても、させなくともよい。回転チャック12B の移
動手段15を架台16の上に載置しなくともよい。いずれの
型の装置においても、回転チャックが回転力、推進（往
復）駆動手段が推力の発生源である。

【００２１】図４は、本発明（２）の棒材圧延設備列の
一例を示す平面配置図である。図示のように、本発明
（２）は、本発明（１）において、加熱炉２と粗圧延機
群３間に摩擦圧接装置６を配置する代わりに、加熱炉２
内で棒材通路から分かれ加熱炉２外を経て加熱炉２内で
棒材通路１に連絡する棒材迂回路７を設け、該棒材迂回
路７の加熱炉外部途上に接合装置６を配置したものであ
る。

【００２２】棒材迂回路７は、加熱炉内においては、加
熱炉の反圧延機群側出口から棒材を縦送りして送り出す
逆抽出部からなり、この逆抽出部は順抽出部と同様、ハ
ースローラで構成され、加熱炉外においては、逆抽出部
に連絡して棒材を逆抽出部と同じ向きに縦送りする逆迂
回部と、順抽出部の反圧延記群側の端に連絡して棒材を
順抽出部に縦送りする順迂回部と、逆迂回部から順迂回
部へと棒材を横送りする順逆連絡部とからなり、順迂回
部、逆迂回部は搬送ローラで構成され、順逆連絡部はス
キッドとウォ−キングビームで構成されている。接合装
置６は、棒材迂回路７の順迂回部に設置されている。

【００２３】この本発明（２）は、とくに加熱炉２と粗
圧延機群３の間が狭くて接合装置６の設置空間を確保す
るのが難しいときに有用である。接合装置６は、図３の
いずれの型のものを採用してもよい。図４では、棒材Ｍ
１、Ｍ２が接合されて棒材Ｍ１の先端部が粗圧延機群３
で圧延されつつあり、棒材Ｍ２とこれに後続する棒材Ｍ
３とが摩擦圧接装置６内で突き合わされて接合直前状態
にあり、さらにこれらに後続する棒材Ｍ４が棒材迂回路
７上で待機している状況を示している。このように、エ
ンドレス圧延が行われているときには、順抽出部には常
に棒材が存在するから、順抽出部を横切らずに炉内搬送
部から逆抽出部へ棒材を送れるように、逆抽出部は順抽
出部と炉内搬送部との間に配置するのがよい。

【００２４】また、順抽出部を構成するハースローラと
逆抽出部を構成するハースローラは機材保守・管理の容
易性の観点からすれば同一仕様のローラとするのが好ま
しいが、その場合、図５に加熱炉抽出側正面断面図
（ａ）とそのＡＡ矢示図（ｂ）で示すように、逆側のハ
ースローラ20Ｂ（すなわち棒材迂回路７の加熱炉内部
分）は順側のハースローラ20Ａ（すなわち棒材通路１の
加熱炉抽出側部分）よりも低い位置に配置するのが好ま
しい。というのは、逆側のハースローラ20Ｂは順抽出部
を横切って炉内側に張り出しているから、順逆両側のハ
ースローラ20Ａ、20Ｂを同一高さ位置に置くと、順抽出
部を移動している棒材Ｍ２に逆側のハースローラ20Ｂの
一部が当接し、その状態でこれを駆動すると順側とは逆
に回転するため棒材Ｍ２の順側の搬送力が削がれて棒材
Ｍ２を圧延機群に送り込むことが困難となるからであ
る。なお、ハースローラの棒材載置部以外の部分の径を
棒材載置部の径よりも小さくすると、順側と逆側とを同
じ高さに配置しても前記問題は起きないが、ロール剛性
を低下させることになって好ましくない。

【００２５】

【実施例】本発明（２）を図４、図５に示した形態に
て、鋼ビレットを熱間圧延して線材製品とする線棒熱間
圧延ラインに適用した。接合装置には図３（ｂ）の第２
型の摩擦圧接装置を用い、インサート材の長さは300mm
とした。直径170mm ×長さ12ｍの丸棒材を順々に15本接
合して、連続圧延を試行し、圧延中に接合部が破断する
というトラブルに見舞われることなく圧延を完遂でき
た。

【００２６】また、この実施例に要した摩擦圧接装置の
設備費と運転エネルギー費は、摩擦圧接装置に代えてフ
ラッシュバット溶接機とした場合を100 とすると、それ
ぞれ60、85であった。

【００２７】

【発明の効果】かくして本発明によれば、十分な接合強
度が得られコスト負担も軽くて、棒材の連続圧延を有利
に実現できるようになるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（１）の棒材圧延設備列の一例を示す平
面配置図である。

【図２】本発明で採用できる摩擦圧接方式の説明図であ
る。

【図３】図２の摩擦圧接方式に対応する摩擦圧接装置を
例を示す平面模式図である。

【図４】本発明（２）の棒材圧延設備列の一例を示す平
面配置図である。

【図５】順抽出部と逆抽出部の好ましいハースローラ配
置形態を示す加熱炉抽出側正面断面図（ａ）とそのＡＡ
矢示図（ｂ）である。

【図６】摩擦圧接法の原理説明図である。

【図７】摩擦圧接の制御方法説明図である。

【符号の説明】

Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３棒材（母材）ＩＭインサート材ＩＤディスク材１棒材通路２加熱炉３粗圧延機群４中間仕上圧延機群５仕上圧延機群６摩擦圧接装置（接合装置）７棒材迂回路 10、14、14A 、16 架台 11、11Ａクランプ 12、12Ａ、12Ｂ回転チャック 15 移動手段 20Ａハースローラ（順側） 20Ｂハースローラ（逆側） 21 スキッド 22 ウォーキングビーム 23 ウォーキングビームの移動方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川隆生岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者武田了岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4E002 AC12 BD05 CA20 CB07 4E067 AA02 AB02 AD02 BG01 DA17 EA00 EC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】棒材通路の途上に加熱炉、粗圧延機群、
中間仕上圧延機群、仕上圧延機群をこの順に配列してな
る棒材圧延設備列において、前記加熱炉と前記粗圧延機
群間に棒材を接合する摩擦圧接装置を配置したことを特
徴とする棒材圧延設備列。
【請求項２】棒材通路の途上に加熱炉、粗圧延機群、
中間仕上圧延機群、仕上圧延機群をこの順に配列してな
る棒材圧延設備列において、前記加熱炉内で棒材通路か
ら分かれ、加熱炉外を経て加熱炉内で棒材通路に連絡す
る棒材迂回路を設け、該棒材迂回路の途上に棒材を接合
する摩擦圧接装置を配置したことを特徴とする棒材圧延
設備列。