JP2006281306A - コイル潰れ抑制及び防止方法並びに置き台 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延でコイル状に捲き取ったコイルが潰れる現象を防止する装置及び方法を提供する。
【解決手段】巻き取り装置から抽出後のコイルを穴横の状態のまま、鉛直に対して対称な２つの傾斜部をコイルとの接触面とするコイル置き台に静置し、常温まで冷却する過程において、傾斜部が地面（水平）となす角度を４５°〜５５°とし、コイル自重を支える箇所を２つの傾斜部のみとすることを特徴とするコイル潰れ抑制・修正方法並びに置き台。
【選択図】図１０

Description

本発明は熱間圧延でコイル状に捲き取ったコイルが潰れる現象を防止する装置及び方法に関する技術である。

熱延コイルの中で成分の違いによっては、捲き取り装置のマンドレルから抜き出した途端、コイル潰れが発生したり、擦り疵の原因となったり、次工程でアンコイルする際にマンドレルに挿入出来ずに捲き戻しが必要となったりすることより、増工程によるコスト増大が問題となっている。
特許文献１において開示されているコイル置き台では、コイル捲き取り機出側或いはコイル搬送コンベア出側においてコイル鋼種、コイル板厚及びコイル捲き取り温度から推定されたコイル変形量を基として変形の恐れのあるコイルを抽出し、前記コイルを変形矯正台上に載置して前記コイルの変形を防止するようにした熱間圧延コイルの変形防止装置において、前記変形矯正台上に設けられ前記コイルを載置するための一対の傾斜部を有し、前記傾斜部の傾斜角度を５５°〜７５°の範囲内設定したことを特徴とする熱間圧延コイルの変形防止装置が提案されている。

特許文献２において開示されているコイル置き台では、接地面上に静置される基台と、この基台のほぼ中央部分に上下動可能に配装され、上部がコイル受け面となつたコイル載置部と、上記基台の両側部分に軸支される一対の可動ア−ムとを備え、上記各可動ア−ムは、先端がコイル載置部の下部に係止するコイル受け側分岐ア−ム部と、このコイル受け側分岐ア−ム部と軸支点を境にして連設され、上記コイル載置部上に載せられたコイルの周胴側面からコイルを押圧するコイル押さえ部を先端に有するコイル押さえ側分岐ア−ム部とから構成されていることを特徴とする熱延コイル置き台を提案している。
また、非特許文献１においては、コイルの穴変形の防止及び抑制対策として捲き取り装置でコイルを捲き取った後、マンドレルに捲き付いたまま例えば３分程保持すれば潰れが改善される報告が開示されている。
実開平０1−１４３６０９号 実開平０６−５１４号 第７９回熱延鋼板部会自由議題「コイラー巻き姿改善」の講演

しかしながら、特許文献１の発明のように置き台の角度を５５〜７５°にすると角度が大き過ぎてコイル変形が発生した場合、穴が許容値を超えて縦方向に潰れてしまう場合がある、即ち、縦径と横径の比を取ると縦径の方が大きくなってしまい、結局このような置き台を置かない場合と結果が同じになってしまうと言う問題があった。これは横に潰れたコイルが傾斜部の角度５５°〜７５°を介して、縦方向に潰そうとして途中で止まることを前提としているためである。
次に特許文献２の発明では、幾何学的に固定リンク機構であるため、コイル外径が固定のコイルであれば良いが、コイル外径が変化した場合、コイル潰れの矯正及び抑制する効果は期待できない。加えて、特許文献２の発明では、リンク機構を介して自重を利用し、横拡がりを防止する機構を示しているが、この発明では、どのように釣り合いが保てるのか明らかになっておらず、潰れを防止する保証はない。また稼動部が多く、設備費やメンテナンスコストが掛かり、現実的では無い。

また、非特許文献１で示された「捲き取った後、マンドレルに捲き付いたまま例えば３分程保持して潰れを改善する」方法は、生産性を著しく低下させるため、潰れる可能性のある対象材が多くなれば不可能な手法である。
以上のようにコイル潰れに対する防止及び抑制対策としてのコイル置き台や操業改善策には、問題が内在することから、決定的な対策が施されないままの状態であり、コスト増を招いていた。したがって、本発明の目的はコイル潰れのメカニズムから導き出された根本的な防止及び抑制対策を提供することである。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）巻き取り装置から抽出後のコイルを穴横の状態のまま、鉛直面に対して対称な２つの傾斜部をコイルとの接触面とするコイル置き台に静置し、常温まで冷却する過程において、傾斜部が地面（水平）となす角度を４５°〜５５°とし、コイル自重を支える箇所を２つの傾斜部のみとするコイル潰れ抑制・修正方法。
（２）（地面となす角度を４５〜５５°の範囲で可変とすることを特徴とするコイル置き台。
（３）傾斜部が地面となす角度と潰れ量との関係を、予め、板厚、材質について明らかにしておき、コイルの内径の潰れ量を予測し、該調査結果と該潰れ量から対応する補正角度に４５〜５５°の範囲の最適角度に設定することを特徴とする（１）に記載のコイル潰れ抑制・修正方法。
（４）巻き取り装置から抽出後のコイルを穴横の状態のまま、前述のコイル置き台を保有する場所まで搬送する過程において、経由する装置であるストリッパーカー、コイルカー、結束機、秤量機、マーキング装置、連絡台車及びコイルコンベアの台座のうちいずれかまたは２つ以上の台座について、地面となす角度が４５°〜５５°で鉛直面に対して対称な２つの傾斜部のみをコイルとの接触面とする形状の台座とすることを特徴するコイル潰れを抑制する搬送方法．

本発明者らはコイル潰れのメカニズムを導き、これによる根本的な防止及び抑制対策を提供することができた。これにより、本発明により、熱延後のコイル潰れ現象が低減し、潰れ発生によって発生する増工程コストや疵発生による歩留まり悪化によるコスト増を抑制することが可能となる。

本発明者らは、コイル潰れを防止するためにコイル潰れのメカニズムを検討した。その結果、潰れのメカニズムはコイル張力が何らかの影響で無くなり、コイルの自重に対する剛性が低下することによって潰れが発生することを解明した。
まず、図１０に最も簡単な本発明の形態を示す。コイル７はＶ字置き台ａ９の傾斜部のみで支えられており、傾斜部６と地面との成す角は４５〜５５°である。
以下、図面に基づいて、本発明の原理について説明する。
まず、コイル潰れのメカニズム検討するためにＦＥＭによる平面歪要素を用いたコイルのモデル化を行った。図１に示すように側面からみたコイルの１／４断面についてモデル化を行い、所定の張力をコイルの内側から捲き付け、最外周まで捲き付け、最後に自重を入力することで潰れ量を評価した。コイル層間の摩擦係数はパラメータであり、計算上変化させることができる。

図２は、その時の検討結果である。横軸がコイル捲き取り張力であり、縦軸がコイルの外径の潰れ量である。コイル層間の摩擦係数は大きい方が潰れにくいが、摩擦係数の大小に関わらず、張力が低下すると共に潰れ量が大きくなることが判る。
続いて、コイル潰れのメカニズムについて単純化して考えるために１捲きコイルの１／４モデルで考察してみた。このときの発明者らが考察したメカニズムを図３に示す。
１）１捲きコイルの境界条件：コイルで捲かれた鋼板は自重によって鉛直方向に力を受 けている。１／４モデルなので、１捲きコイルはＹ切片でＹ方向、Ｘ切片でＸ方 向への変位することができる。
２）拘束条件の違いによる変形：コイル剛性（変形保持反力）によってＸ切片のＸ方向 変位が止まると、Ｙ方向の変位が止まる。即ち、Ｘ方向の変異を許さなければ潰 れないことが判る。
３）潰れる理由：コイル形状は横に拡がろうとする力（縦方向はコイルの自重により抑制される）を捲き層毎の摩擦力および巻締め張力によるコイル剛性で受けることにより一定に保持される。コイルつぶれは何らかの要因で前述の擦擦力もしくは巻締め張力が低下することによりコイル剛性が低下し、横に拡がろうとする力を支えきれなくなった時に発生する。

逆に、柔らかく板厚の薄い鋼板は潰れる薄肉円筒１／４断面を考えた場合、横方向に拘束が無ければ、潰れるが横方向の変位を拘束すれば潰れない。即ち、円筒がドーム状であることによって潰れないと言う効果をコイルにも当てはめることが出来ることに気が付いた。本発明者はこのメカニズムと幾何学的にコイル置き台の傾斜部に着目して、コイル潰れの抑制防止方法を考えた。図４に示すように１／２コイル断面ＦＥＭモデルを用いて傾斜部の角度に対する潰れ量シミュレーションを行った。ここで潰れ量とはこのＦＥＭモデルでコイルの内径を全方向に渡って算出し、その中でもっとも大きいものから小さいものを引いた値である。その結果、図５に傾斜部の地面となす角度と潰れ量との関係を示す。 ここで潰れ量として用いた縦軸の値は（最大内径）−（最小内径）で定義される。図５に示すように１／２断面のコイル自重Ｗは傾斜部と地面とのなす角度で角度θで接触した場合、自重の反力で横方向に広がろうとする力と抑制する力の釣り合いで、この場合は４５°付近が最小であることが判った。材質、板厚を変更すると最小になる角度は５５°にまで変化することがある。この時コイルを支える箇所は傾斜部での接触のみである。

また、このメカニズムのほかに上コイル分の変形や下コイルの接触反力でコイルの横拡がりを考慮して地面とのなす角度を大きく取る必要がある。この程度は材質、自重、板厚などの条件によって異なるが、ばらつきを含めて１０°以下である。このことから、実際には、４５〜５５°が最良であることが判った。以上の経緯より、（１）の本発明に至った。
（２）の発明は、鋼種，コイルの捲き取り温度や板厚によって傾斜部の角度の最適値が変わるのでその際に速やかに対応出来る様、保持角度を可変とするものである。ただし、可変の角度範囲は１０°以内でよいので、傾斜部の角度は地面に対して４５〜５５°が望ましい。図６，７に具体的保持角度可変の事例を示す。図６は敷き板を載せかえることによって角度を調整するものであり、図７は留め金の位置を変えることによって角度を変える方式である。

（３）の発明は、地面とのなす角度と潰れ量との関係を予め明らかにしておき、これを基に潰れ量を予測し、最適な角度に設定する発明である。この発明では、コイルの潰れが生じてしまった場合であっても、地面とのなす角度と潰れ量との関係を基に、必要となる傾斜部の地面とのなす角度を予測し、また、その角度に設定する。これにより、（３）の発明では横方向に潰れたコイルでも縦方向に潰れたコイルでもその潰れを矯正することができる。
（４）の発明は、コイルの温度が常温に下がりきる前の搬送する台座において、地面となす角度が４５°〜５５°で鉛直面に対して対称な２つの傾斜部のみをコイルとの接触面としたものである。これまでの検討で、コイラーのマンドレルでコイルを捲き取って以降の搬送系及びコイル置き台でコイルを潰さないようにすれば常温のコイルは置き台から外してもコイル潰れは発生しない、ことが実際の操業でのテストで確かめられたので、この知見を基にした発明である。

図８は熱延鋼板の製造工程における仕上げ圧延機以降の製造設備概要図である。まず、熱延鋼板５は仕上げ最終圧延機１を経て所定の製造サイズに圧延され、ランアウトテーブル（ＲＯＴ）２によって通板され、所定の材質に作り込むためにＲＯＴ冷却装置３によって所定の板温度まで冷却され、コイラー４によってコイル状に巻き取られる。
図９はコイラーa1からコイル置き台a9までのコイルの通搬状況を示したものである。コイラーで捲き取ったコイルをストリッパーカーa2及びコイルカーa3で抜き出し及び搬送し、結束機a4でコイルを鋼状のフープで捲き締める。この後コイルコンベアa5或いは搬送カーa6によってコイルヤードa7近くまで搬送し、クレーンa8にてコイルを置き台a9まで搬送し、常温まで冷却させる。この際、本発明で述べたようにコイルの自重は、Ｖ型４５°傾斜部２箇所の状態で接触させた。
その結果、コイル潰れは殆ど無くなった。

本来、コイルをヤードにおいて空冷する場合３日程度必要とするが、置き台に１日置いた状態で冷却すれば、その後の冷却過程でＶ型以外のじか置きの冷却を行っても潰れは生じないことも判明した。
また搬送上、どうしても若干の潰れが発生してしまったコイルについてはクレーンよって可変型のコイル置き台に載せて横方向の潰れに対し、角度を５５°とすることでコイル潰れを矯正させ、潰れを小さくすることを行った。
このような本発明による搬送及び静置を行ってａ９またはａ９’で保管したコイルにはコイル潰れのあるものが生産されていなかった。

FEM検討用の１／４層状コイルモデルの概要図を説明した図である ＦＥＭモデルによる計算結果としてコイルの潰れ量と捲き取り張力の関係を示した図である。 コイル潰れのメカニズムを示した図である。 FEMで用いた１／２モデルであり、コイル潰れを防止する傾斜部とコイルの接触位置関係を示す図である。 傾斜部の角度に対してのコイルの潰れ量変化を示した図である。 傾斜部の角度が可変であるコイル置き台の具体的な装置事例を示した図である。 傾斜部の角度が可変であるコイル置き台の具体的な装置事例を示した図である。 熱延工程とコイラーの位置関係を示した図である。 コイラーからコイル置き台までのコイルの搬送経路を示した図である。 本発明の実施形態を例示する図である。

符号の説明

１ 仕上げ圧延機
２ ランアウトテーブル
３ ＲＯＴ冷却装置
４ コイラー
５ 熱延鋼板
ａ１ コイラー
ａ２ ストリッパーカー
ａ３ コイルカー
ａ４ 結束機
ａ５ コイルコンベーア
a６ 搬送カー
ａ７ コイルヤード
ａ８ クレーン
ａ９ コイル置き台
ａ９' コイラー近くに設置された置き台
６ 傾斜部
７ コイル

Claims (4)

1. 巻き取り装置から抽出後のコイルを穴横の状態のまま、鉛直面に対して対称な２つの傾斜部をコイルとの接触面とするコイル置き台に静置し、常温まで冷却する過程において、傾斜部が地面（水平）となす角度を４５°〜５５°とし、コイル自重を支える箇所を２つの傾斜部のみとするコイル潰れ抑制・修正方法。
2. 地面となす角度を４５〜５５°の範囲で可変とすることを特徴とするコイル置き台。
3. 傾斜部が地面となす角度と潰れ量との関係を、予め、板厚、材質について明らかにしておき、コイルの内径の潰れ量を予測し、該調査結果と該潰れ量から対応する補正角度に４５〜５５°の範囲の最適角度に設定することを特徴とする請求項１に記載のコイル潰れ抑制・修正方法。
4. 巻き取り装置から抽出後のコイルを穴横の状態のまま、前述のコイル置き台を保有する場所まで搬送する過程において、経由する装置であるストリッパーカー、コイルカー、結束機、秤量機、マーキング装置、連絡台車及びコイルコンベアの台座のうちいずれかまたは２つ以上の台座について、地面となす角度が４５°〜５５°で鉛直面に対して対称な２つの傾斜部のみをコイルとの接触面とする形状の台座とすることを特徴するコイル潰れを抑制する搬送方法。
   

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