JP2006205206A

JP2006205206A - 鋼材の溶削装置

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Publication number: JP2006205206A
Application number: JP2005020389A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takeshita; 弘秋竹下; Sadahisa Fujimura; 禎久藤村
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】鋼材の断面寸法が変化しても常に適正量での溶削を実施し得る鋼材の溶削装置を提供する。
【解決手段】断面四角形の鋼材の各面に対向する４つの火口の夫々に、マニホールド４２を介して溶削酸素の供給系４８が接続される。溶削酸素の供給系４８に、マニホールド４２に供給される溶削酸素の圧力を調節可能な自動制御用レギュレータ７０が配設される。溶削酸素の供給系４８に、マニホールド４２に供給される溶削酸素の圧力を検出する圧力センサ６６が設けられる。圧力センサ６６での検出圧力と予め設定した基準圧力とを比較し、その偏差がなくなるように自動制御用レギュレータ７０をフィードバック制御するシーケンサ６８を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋼材における表面欠陥の溶削(ホットスカーフ)を行なう溶削装置に関するものである。

分塊圧延鋼材や連続スラブ等の断面四角形の鋼材の表面欠陥を除去する溶削装置は、鋼材の各表面に対向して配置した火口ユニットから、搬送手段により搬送される鋼材の表面に向けて溶削酸素を吹き付け、その金属の燃焼反応により鋼材表面のピンホール、割れ等の表面欠陥および不純物を溶融除去するよう構成される。この溶削装置の各火口ユニットは、溶削酸素が吐出される火口と、該火口に連通する複数の連通口が長手方向に所定間隔で設けられたマニホールドと、該マニホールドの内部において長手方向に沿って進退動するピストンとを備え、該ピストンの設定位置を調節することで、溶削酸素を吐出させる火口幅を鋼材の幅寸法に応じて調節できるよう構成されたものが知られている(例えば、特許文献１参照)。

前記各火口ユニットに接続される溶削酸素の供給系は、図６に示す如く、溶削酸素の供給源(図示せず)とマニホールド１０とを連通接続する供給管１２に、２段減圧を行なうメインレギュレータ１４が接続されると共に、該メインレギュレータ１４とマニホールド１０との間の供給管１２に、圧力センサ１８が配設され、該圧力センサ１８に接続する圧力計２０によりマニホールド１０に供給される溶削酸素の圧力を目視により確認し得るよう構成されている。

ここで、鋼材の溶削量は、鋼材の温度、溶削酸素の圧力(酸素圧力)、および鋼材の搬送速度に関係し、従来は基準となる鋼材の断面寸法に合わせて調節した火口幅に対応するように、酸素圧力を予め決定された基準圧力に設定したもとで、鋼材の搬送速度を調節することで制御している。この場合において、オーダ変更により鋼材の断面寸法が変わることで、前記各火口ユニットにおける火口の幅寸法を変更すると、その幅寸法が長くなったマニホールド１０に対する酸素圧力が基準圧力より低くなり、逆に幅寸法が短かくなったマニホールド１０に対する酸素圧力が基準圧力より高くなり、鋼材の搬送速度を調節しても鋼材の各面における溶削量が変化してしまい、溶削不良や過剰溶削が発生する問題があった。

そこで、従来は前記メインレギュレータ１４に、酸素圧力が高圧、中圧および低圧となるように設定した３基のマニュアルレギュレータ２２(１基のみ図示)を接続し、前記火口の幅寸法が変更された際には、その火口幅に応じて高圧、中圧または低圧のマニュアルレギュレータ２２を切替操作することで、前述した問題に対応している。
特開２００３−５３５３０号公報

しかしながら、溶削酸素の圧力制御は、作業者が各供給系に配設されるマニュアルレギュレータ２２を手動で切替操作するものであるため、オーダ変更の都度、４つの火口ユニットに対して夫々切替操作を行なわなければならず、極めて煩雑であった。また作業者の個人差によって圧力設定が異なる場合があり、定常的な溶削が実施されないおそれもある。

更に、溶削酸素の圧力制御は、前述したように高圧、中圧、低圧の３段階の切替制御であるため、鋼材の搬送速度のコントロールができない鋼材の前後端部付近(搬送開始時・停止時)においては、過剰溶削並びに溶削不良が発生する問題があった。そこで、実操業においては、溶削不良を回避するため、圧力設定値を高圧側とせざるを得ず、過剰溶削での操業となる。特に、鋼材における後端部の溶削に際しては、鋼材を溶削装置の内部で停止するために搬送速度が遅くなるのにもかかわらず、酸素圧力が高圧側のまま維持され、歩留ロス並びに過剰溶削に伴う溶湯付着での表面疵問題を招くこととなっていた。

なお、鋼材の後端が溶削装置を通過してから減速して停止するようにすれば、鋼材後端部が過剰溶削されることはない。しかし、この場合は対向配置された火口ユニットから吐出される溶削酸素により相互のユニットが溶削酸素に晒されて破損等のおそれがあり、鋼材の後端部を溶削装置の内部で停止することは必須の事項であって、前記の運転方法を実施できないのが実状である。

すなわち本発明は、前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、鋼材の断面寸法が変化しても常に適正量での溶削を実施し得ると共に、鋼材の後端部での過剰溶削を防止し得る鋼材の溶削装置を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る鋼材の溶削装置は、
断面四角形の鋼材の各面に対向する４つの火口の夫々に、マニホールドを介して溶削酸素の供給系が接続されると共に、各火口は溶削酸素を吐出させる火口幅が鋼材の幅寸法に応じて調節されるよう構成した鋼材の溶削装置において、
前記溶削酸素の供給系に設けられ、前記マニホールドに供給される溶削酸素の圧力を調節可能なレギュレータと、
前記溶削酸素の供給系に設けられ、前記マニホールドに供給される溶削酸素の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサでの検出圧力と予め設定した設定圧力とを比較し、その偏差がなくなるように前記レギュレータを自動調節するシーケンサとから構成したことを特徴とする。

本発明に係る鋼材の溶削装置によれば、鋼材における各面に対応するマニホールドに供給される溶削酸素の圧力を調節可能なレギュレータを、酸素圧力を検出する圧力センサの検出圧力に応じてフィードバック制御することで、常に適正な酸素圧力を維持でき、鋼材の断面寸法が変化しても常に適正量での溶削を行ない得る。すなわち、作業者が手動で切替操作する必要はなく、個人差による溶削量の変化を来たすことなく、また省力化を図ることができる。更に、鋼材の停止時には、鋼材の搬送速度に応じて酸素圧力を低減させることができるから、過剰溶削を防止して歩留りを向上し得ると共に、表面品質を向上し得る。

次に、本発明に係る鋼材の溶削装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。

図１に示す如く、実施例に係る溶削装置３０は、断面四角形状の鋼材３２を搬送するローラテーブル３４における搬送路の適宜位置に配置される。この溶削装置３０は、図２に示す如く、鋼材３２の各面に対応して火口ユニット３６が夫々配設されている。各火口ユニット３６は、図３に示す如く、鋼材表面側に開口する火口３８と、該火口３８に連通する複数の連通口４０が長手方向(鋼材３２の幅方向)に沿って定間隔で形成されたマニホールド４２と、調節用シリンダ４４に接続されてマニホールド４２内において長手方向に沿って進退動するピストン４６とを備え、マニホールド４２には溶削酸素の供給系４８および燃焼ガス(例えばプロパン)の供給系(図示せず)が連通接続されている。そして、前記調節用シリンダ４４を作動してピストン４６をマニホールド４２の長手方向に沿って移動調節することで、溶削酸素および燃焼ガスを吐出させる前記火口３８の幅を、鋼材３２の幅寸法に応じて調節し得るよう構成される(図２(ａ),(ｂ)参照)。

前記調節用シリンダ４４は、図１に示す制御装置５０の火口幅制御部５２により制御される。なお、制御装置５０には上位のプロセスコンピュータから鋼材３２の断面寸法等の各種情報が入力され、この情報に基づいて火口幅制御部５２を介して調節用シリンダ４４が制御されて、前記火口３８の幅が鋼材３２の幅寸法に応じて調節されるようになっている。

前記制御装置５０は、ローラテーブル３４を回転駆動する駆動モータ５４を制御するテーブル駆動制御部５６を備え、該テーブル駆動制御部５６を介して駆動モータ５４を制御することで、ローラテーブル３４は予め設定された適正な速度で鋼材３２を搬送するよう構成される。すなわち、ローラテーブル３４は、鋼材３２を溶削装置３０で溶削する際には、鋼材３２の前端部を溶削装置３０の上流側に位置決めした状態で、図５に示す如く、該鋼材３２を所定の加速度で後述する基準圧力に対応する基準速度の略半分の第１速度となるまで加速し、その第１速度を所定時間だけ維持した後に、基準速度となるまで更に加速して基準速度で鋼材中間部を搬送するよう制御される。また鋼材３２を停止する際には、前記溶削装置３０より上流側に配設した後端検知センサ５８(図１参照)が鋼材３２の後端を検知したことを条件として、ローラテーブル３４は、基準速度から予め設定された第２速度となるまで一旦減速し、この第２速度を一定時間維持した後に更に減速して停止することで、鋼材３２の後端が溶削装置３０の内部で停止するよう制御される。

前記各火口ユニット３６に接続する溶削酸素の供給系４８の夫々は、図４に示す如く、図示しない溶削酸素の供給源とマニホールド４２とを接続する供給管６０に、２段減圧を行なうメインレギュレータ６２が接続されている。このメインレギュレータ６２とマニホールド４２との間の供給管６０に、該マニホールド４２に供給される溶削酸素の圧力(酸素圧力)を検出する圧力センサ６６が配設され、該圧力センサ６６で検出された現在の酸素圧力を前記制御装置５０のシーケンサ６８に入力するよう構成される。またメインレギュレータ６２にはパイロット式の自動制御用レギュレータ(レギュレータ)７０が接続され、該自動制御用レギュレータ７０を調節することで、マニホールド４２に供給される溶削酸素の圧力を無段階で調節し得るよう構成される。なお、自動制御用レギュレータ７０には、圧力変換機７２を介して前記シーケンサ６８が接続され、該シーケンサ６８からの電気信号を圧力変換機７２で変換して自動制御用レギュレータ７０を自動調節するよう構成されている。

前記制御装置５０は、各種設定データを記憶する記憶部７４を備え、該制御装置５０に接続された入力手段７６を介してデータ入力された前記マニホールド４２に供給される溶削酸素の圧力等の各種データを記憶部７４に記憶するようになっている。すなわち、溶削酸素の圧力に関しては、予め設定された基準となる鋼材３２の幅寸法に合わせて火口３８の幅寸法を調節した火口ユニット３６のマニホールド４２に供給される基準圧力(設定圧力)が入力手段７６を介して入力されて記憶部７４に記憶される。そして前記シーケンサ６８では、前記圧力センサ６６での検出圧力と予め設定された基準圧力とを比較し、その偏差がなくなるように(零となるように)前記自動制御用レギュレータ７０をフィードバック制御するよう設定される。なお、前記ローラテーブル３４に設定される基準速度は、前記基準圧力でマニホールド４２に溶削酸素が供給された状態で、予め設定された溶削量が得られる値に設定されるものである。また制御装置５０は、自動制御用レギュレータ７０,圧力センサ６６,圧力変換機７２等を夫々備える４つの供給系４８を夫々制御する。

前記各マニホールド４２に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給系は、前述した溶削酸素の供給系４８と同一の構成で、１基の燃焼ガス供給系から４つのマニホールド４２に燃焼ガスを夫々供給するよう構成される。そして、燃焼ガス供給系から各マニホールド４２に供給される燃焼ガスについても、前記溶削酸素の圧力制御と同様に、予め設定された燃焼ガスの基準圧力と圧力センサでの検出圧力とを比較して、供給系中の自動制御用レギュレータを前記シーケンサ６８によりフィードバック制御するよう設定される。ちなみに、燃焼ガスは、マニホールド４２の火口３８における溶削酸素の吹出部を挟む両側から吹出されて、該溶削酸素が広がるのを防止する機能を主としている。

ここで、前記鋼材３２の前端部の溶削時、および後端部の溶削時には、前述したようにローラテーブル３４、すなわち鋼材３２の搬送速度は、予め設定された加速パターンまたは減速パターンで増減速されるため、前記シーケンサ６８は、その搬送速度の変化に応じて、酸素圧力を所定のパターンで変化するよう各自動制御用レギュレータ７０を自動制御するよう設定される。すなわち、前記記憶部７４には、加速−第１速度−加速して基準速度となる開始時速度パターンに応じた開始時酸素圧力パターン、および減速−第２速度−減速して停止する終了時速度パターンに応じた終了時酸素圧力パターンが予め設定される。そして、前記ローラテーブル３４が始動して鋼材３２の搬送が開始されると、シーケンサ６８は記憶部７４に記憶されている開始時酸素圧力パターンとなるように、前記各自動制御用レギュレータ７０を自動調節し、また前記後端検知センサ５８が鋼材３２の後端を検知することでローラテーブル３４の減速が開始されると、シーケンサ６８は記憶部７４に記憶されている終了時酸素圧力パターンとなるように、前記各自動制御用レギュレータ７０を自動調節するよう構成される。

なお、燃焼ガスについても、前記鋼材３２の前端部および後端部の溶削時には、溶削酸素と同様に、予め設定されたパターンに従って圧力制御される。

〔実施例の作用〕
次に、前述した実施例に係る鋼材の溶削装置の作用につき説明する。

前記溶削装置３０を実働させるのに先立ち、溶削対象となる鋼材３２の断面寸法に合わせて、各火口ユニット３６の調節用シリンダ４４が火口幅制御部５２により制御されて、ピストン４６をマニホールド４２の内部で移動調節することで火口３８の幅寸法を調節する。また、鋼材３２の各面に対する溶削酸素の基準圧力を入力手段７６を介して入力して記憶部７４に記憶する。なお、基準圧力は、火口幅に対応するものであって、各火口ユニット３６に設定される基準圧力が必ず同一となるものではなく、その火口幅の大小に応じて異なる。また燃焼ガスについても、その基準圧力が入力手段７６を介して入力されて記憶部７４に記憶される。

前記鋼材３２の溶削処理が開始されると、前記駆動モータ５４がテーブル駆動制御部５６により制御され、ローラテーブル３４、すなわち鋼材３２は、図５に示す開始時速度パターンで基準速度まで加速される。このとき、前記シーケンサ６８は、前記記憶部７４に記憶されている開始時酸素圧力パターンおよび開始時燃焼ガス圧力パターンとなるように、前記各自動制御用レギュレータ７０を自動調節する。これにより、溶削装置３０内を移動する鋼材３２の前端部における各面での確実な溶削が実施される。

前記鋼材３２(ローラテーブル３４)の速度が予め設定された基準速度に至ると、前記各火口ユニット３６に対応する自動制御用レギュレータ７０は、シーケンサ６８によって予め設定された基準圧力となるよう自動調節される。また、鋼材３２が基準速度で搬送される中間部位の溶削に際しては、前記各マニホールド４２に供給される溶削酸素の圧力が常に対応の圧力センサ６６で検出され、その検出圧力と基準圧力とがシーケンサ６８で比較され、その偏差がなくなるように、前記圧力変換機７２を介して自動制御用レギュレータ７０が自動調節されることで、各火口ユニット３６に供給される酸素圧力は常に基準圧力に維持されて、良好な溶削が実施される。このとき、燃焼ガスも同様に基準圧力となるよう制御される。

前記鋼材３２の後端を後端検知センサ５８が検知すると、前記駆動モータ５４がテーブル駆動制御部５６により制御され、ローラテーブル３４、すなわち鋼材３２は、図５に示す終了時速度パターンで減速されて停止する。このとき、前記シーケンサ６８は、前記記憶部７４に記憶されている終了時酸素圧力パターンおよび終了時燃焼ガス圧力パターンとなるように、前記各自動制御用レギュレータ７０を自動調節する。これにより、溶削装置３０内を移動して停止する鋼材３２の後端部における各面の良好な溶削が実施される。すなわち、鋼材３２の減速に合わせて酸素圧力も自動的に低下するから、鋼材３２の過剰溶削を防止することができ、歩留りが向上すると共に、溶湯付着での表面疵問題を招くことは防止される。

次に、オーダ変更により、鋼材３２の断面寸法が変更されると、これに応じて各火口ユニット３６における火口３８の幅寸法が変更される。例えば、図２(ａ)に示す略断面正方形の鋼材３２から、図２(ｂ)に示す断面横長の鋼材３２に変更された場合は、その上面および下面の幅が長くなる。この変更後の状態で溶削を実施すると、従来の場合は鋼材３２の上面および下面に対応する各火口３８の幅が広くなるから、該火口３８に接続するマニホールド４２に供給される溶削酸素の圧力は低くなり、適正な溶削ができなくなる(溶削不良)。しかるに実施例では、溶削酸素の圧力を常に検出して基準圧力と一致するよう自動制御用レギュレータ７０を自動調節するようにしているから、各火口ユニット３６に供給される溶削酸素の圧力は基準圧力となる。すなわち、オーダ変更毎に作業者が手動により酸素圧力を切替調節する必要はなく、オーダ変更に簡単に対応することができると共に、作業者の個人差によって溶削量にバラツキが生ずるのを防止し得る。

また、従来のように各火口ユニットに接続する溶削酸素の供給系に複数のマニュアルレギュレータを配設する必要はなく、無段階で酸素圧力を調節可能な１基の自動制御用レギュレータ７０を配設するだけで対応でき、部品点数を低減して設備コストを低廉に抑えることができる。なお、燃焼ガスの供給系に関しても、複数のマニュアルレギュレータを配設して段階的に調節することなく、自動での圧力制御を行ない得る。

〔変更例〕
本願は、前述した実施例の構成に限定されるものでなく、以下に例示した方式やその他の各種構成を適宜に採用することができる。

実施例では、鋼材後端部の溶削に際し、後端検知センサが鋼材後端を検知してから、酸素圧力が予め設定された終了時酸素圧力パターンで変化するように自動制御用レギュレータを調節するようにしたが、鋼材速度を検出する速度検出器を設け、該検出器の検出速度に基づいて鋼材速度が低下したときに追従して、酸素圧力を低下させるように自動制御用レギュレータを調節するようにしてもよい。なお、実施例では、燃焼ガスの供給系については、１基で全てのマニホールドへ燃焼ガスを供給する場合で説明したが、溶削酸素の供給系と同様に、各マニホールドに対して夫々独立した燃焼ガス供給系を接続するようにしてもよい。また、燃焼ガスの供給系に関しては、実施例のような自動制御とすることなく、マニュアルレギュレータによる段階的な制御を採用することができる。

実施例に係る溶削装置を示す概略構成図である。実施例に係る溶削装置を、断面寸法が異なる鋼材に対して火口幅を調節した状態を示す概略正面図である。実施例に係る火口ユニットを示す概略断面図である。実施例に係る溶削酸素の供給系を示す概略説明図である。実施例に係る溶削装置による鋼材の溶削時における鋼材速度と酸素圧力との関係を示すタイミングチャート図である。従来の技術に係る溶削装置における溶削酸素の供給系を示す概略説明図である。

符号の説明

３２鋼材，３８火口，４２マニホールド，４８供給系，６６圧力センサ
６８シーケンサ，７０自動調節用レギュレータ(レギュレータ)

Claims

断面四角形の鋼材(32)の各面に対向する４つの火口(38)の夫々に、マニホールド(42)を介して溶削酸素の供給系(48)が接続されると共に、各火口(38)は溶削酸素を吐出させる火口幅が鋼材(32)の幅寸法に応じて調節されるよう構成した鋼材の溶削装置において、
前記溶削酸素の供給系(48)に設けられ、前記マニホールド(42)に供給される溶削酸素の圧力を調節可能なレギュレータ(70)と、
前記溶削酸素の供給系(48)に設けられ、前記マニホールド(42)に供給される溶削酸素の圧力を検出する圧力センサ(66)と、
前記圧力センサ(66)での検出圧力と予め設定した設定圧力とを比較し、その偏差がなくなるように前記レギュレータ(70)を自動調節するシーケンサ(68)とから構成した
ことを特徴とする鋼材の溶削装置。
前記シーケンサ(68)は、鋼材(32)の停止時には、鋼材(32)の搬送速度に応じて溶削酸素の圧力を低減するよう前記レギュレータ(70)を自動調節するよう設定される請求項１記載の鋼材の溶削装置。