JP2008284587A - コイラードラムおよび該コイラードラムを使用した圧延設備 - Google Patents

Abstract

【課題】「かき傷」の発生を防止することにより、圧延材の歩留りを向上させることのできるコイラードラム及び圧延設備を提供する。
【解決手段】圧延設備を構成するコイラーファーネスは、コイラードラムと、コイラードラムを収容する保温炉とを有している。コイラードラムは、開口部５４を有し、回転軸が中心に位置するようにして回転軸の外周面に取り付けられるドラム本体４４と、開口部５４における一方の長手内側縁５４ａに形成された係止部４６と、開口部５４における他方の長手内側縁５４ｂからドラム本体４４の内側へ向かって傾斜して形成されたガイド部４８とを備えている。そして、回転軸に対して直交する断面において回転軸および係止部４６の両方に接触する仮想直線Ｌを想定したとき、ガイド部４８の先端Ｐが仮想直線Ｌ上または仮想直線Ｌを越えて係止部４６側に配置されるようにガイド部４８の傾斜方向長さＡが設定されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、コイラーファーネスを構成するコイラードラム、および２つのコイラーファーネスとコイラーファーネス間に配設された圧延機とを備える圧延設備に関する。

圧延材は、通常、加熱された厚肉のスラブを複数の工程を経て段階的に圧延することによって製造されるが、スラブを最終目標厚さに圧延する「仕上げ熱間圧延工程」では、１つの圧延機を用いて数パスの可逆圧延を行う「ステッケルミル」と称される圧延設備が一般に用いられている。

従来のステッケルミル１は、図１２に示すように、１つの圧延機２と、圧延機２の左右両側に配設された２つのコイラーファーネス３とを備えており、各コイラーファーネス３は、圧延材４が出し入れされる出入口５ａを有する保温炉５と、保温炉５内に回転自在に配設されたコイラードラム６とを備えている。また、コイラードラム６は、図１３（Ａ）に示すように、軸方向へ長く延びる開口部７を有し、回転軸８の外周面に取り付けられるドラム本体６ａと、開口部７における一方の長手内側縁７ａに形成された係止部６ｂと、開口部７における他方の長手内側縁７ｂからドラム本体６ａの内側へ向かって傾斜して形成されたガイド部６ｃとを備えている。そして、ガイド部６ｃの傾斜方向長さＡは、回転軸８に対して直交する断面(図示断面)において回転軸８および係止部６ｂの両方に接触する仮想直線Ｌを想定したとき、ガイド部６ｃの先端Ｐが仮想直線Ｌに届かないように設定されている。

従来のステッケルミル１（図１２）を用いて「仕上げ圧延工程」を行う際には、粗圧延機で圧延した圧延材４をその一方端部から圧延機２に送り込んで１パス目の圧延を行った後、当該一方端部を一方のコイラーファーネス３を構成する保温炉５の内部へ出入口５ａから挿入する。続いて、図１３(Ａ)に示すように、当該一方端部をコイラードラム６の内部へ開口部７からガイド部６ｃに沿わせて挿入し、その後、コイラードラム６を回転させる。すると、図１３(Ｂ)に示すように、圧延材４が回転軸８および係止部６ｂの２点に接触し、続いてこの状態で回転させると、これら２点間において圧延材４に曲げ力が作用する。その状態からコイラードラム６をさらに回転させると、図１３(Ｃ)に示すように、圧延材４がガイド部６ｃ側へ膨らむようにして大きく曲げられ、当該一方端部が係止部６ｂに係止されるとともに、圧延材４がドラム本体６ａの外周面に巻き付けられる。

一方のコイラーファーネス３による圧延材４の「巻取り」が完了すると、これを反転させて、圧延機２を通り過ぎた地点で停止している圧延材４の他方端部から圧延機２に送り込んで２パス目の圧延を行った後、当該他方端部を他方のコイラーファーネス３を構成する保温炉５の内部へ出入口５ａから挿入し、これをコイラードラム６の内部へ開口部７からガイド部６ｃに沿わせて挿入する。その後、図１３(Ａ)〜(Ｃ)に示した手順により、他方のコイラーファーネス３による圧延材４の「巻取り」を行う。

このようにして、２つのコイラーファーネス３間において圧延材４をやり取りしながら、圧延機２を用いて圧延材４を所定厚さまで圧延する。

なお、「コイラードラム」の具体的構成および動作については、特許第３４１９６９９号公報（特許文献１）が参考になる。
特許第３４１９６９９号公報

従来のコイラードラム６では、ガイド部６ｃの先端Ｐが仮想直線Ｌに届かない位置に配置されていたので、圧延材４をコイラードラム６に巻き付ける初期段階には、図１３（Ｃ）に示すように、回転軸８から係止部６ｂへ向かう圧延材４は、一旦ガイド部６ｃの側へ大きく膨らんでから係止部６ｂに至るようになり、係止部６ｂの近傍においては、圧延材４の内面とドラム本体６ａの外面との間に大きな隙間Ｓが生じていた。つまり、圧延材４の巻き付けが甘くなることによって隙間Ｓが大きくなっていた。

したがって、圧延材４に付与される張力や第２巻き目に締め付け力等によって隙間Ｓが押し潰されると、圧延材４がドラム本体６ａの外面をスリップして、該外面に形成された硬い凹凸(例えば酸化物の堆積突部)により「かき傷」と称される表面欠陥を生じ、これが圧延を重ねることによって次第に引き伸ばされて圧延材４の歩留りを著しく低下させるという問題があった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、「かき傷」の発生を防止することにより、圧延材の歩留りを向上させることのできる、コイラードラムおよび圧延設備を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「圧延材１２が出し入れされる出入口２２を有する保温炉２８の内部に配設され、回転軸３６から付与される回転力によって前記圧延材１２の巻取りまたは繰出しを行うコイラードラム２６であって、軸方向へ長く延びる開口部５４を周壁に有し、前記回転軸３６が中心に位置するようにして前記回転軸３６の外周面に取り付けられ、前記圧延材１２が巻き付けられる略円筒状のドラム本体４４と、前記開口部５４における一方の長手内側縁５４ａに形成され、前記圧延材１２の端部を係止する係止部４６と、前記開口部５４における他方の長手内側縁５４ｂから前記ドラム本体４４の内側へ向かって傾斜して形成され、前記開口部５４から前記ドラム本体４４の内側へ前記圧延材１２の端部をガイドするガイド部４８とを備えており、前記回転軸３６に対して直交する断面において前記回転軸３６および前記係止部４６の両方に接触する仮想直線Ｌを想定したとき、前記ガイド部４８の先端Ｐが前記仮想直線Ｌ上または前記仮想直線Ｌを越えて前記係止部４６側に配置されるように前記ガイド部４８の傾斜方向長さＡが設定されていることを特徴とするコイラードラム２６」である。

本発明では、ガイド部４８の先端Ｐが仮想直線Ｌ上または仮想直線Ｌを越えた位置に配置されるので、ドラム本体４４に圧延材１２を巻き付ける初期段階には、圧延材１２の端部が回転軸３６に接触することはほとんどなく、主として係止部４６の長手内側縁５４ａおよびガイド部４８の先端Ｐの２点を圧延材１２に接触させることができる。

即ち、前記２点間の距離Ｄは、従来技術である図１３(B)に示す回転軸８との接触点Ｒと係止部６ｂの長手内側縁７ａ間の距離Ｔより短いため、ガイド部４８の先端Ｐから外側の圧延材１２を該点Ｐに接して曲げようとする場合、前記長距離Ｔ間の圧延材１２の撓みに対して短距離Ｄ間の圧延材１２の曲がりは極く小さいため、ガイド部４８の先端Ｐから外側の圧延材１２に加わる曲げ力は長距離Ｔの場合に比べて大きく(換言すれば従来のように、回転軸３６と係止部４６との間の距離Ｔで圧延材１２がガイド部４８の側へ大きく膨らむことはなく、)、それ故、圧延材１２の挿入端部分との接触点で、折り曲げラインとなる５４ａにおいて圧延材１２は小半径で折り曲げられ、その結果、圧延材１２の内面はドラム本体４４の外面にほぼ沿って圧延材１２の内面とドラム本体４４の外面との間に大きな隙間Ｓが生じず、２巻き目が巻きつけられても第１巻き目の内面に「かき傷」と称される表面欠陥が生じるようなことがない。

請求項２に記載した発明は、「圧延材１２を互いにやり取りする２つのコイラーファーネス１４と、前記コイラーファーネス１４間に配設され、前記圧延材１２を圧延する圧延機１６とを備える、圧延設備１０において、前記コイラーファーネス１４のそれぞれは、請求項１に記載したコイラードラム２６と、前記コイラードラム２６を収容する保温炉２８とを有していることを特徴とする圧延設備１０」である。

本発明は、請求項１に記載したコイラードラム２６を有するコイラーファーネス１４を用いた「圧延設備１０」、即ち「ステッケルミル」に関するものである。

請求項１および２に記載した発明によれば、ドラム本体４４に圧延材１２を巻き付ける初期段階に、主として係止部４６およびガイド部４８の前記２点を圧延材１２に接触させることができる。したがって、回転軸３６と係止部４６との間で圧延材１２がガイド部４８の側へ大きく膨らむのを防止でき、圧延材１２の内面とドラム本体４４の外面との間に生じる隙間Ｓを小さくすることができる。これにより、前述のように圧延材１２の「スリップ」や「スリップ」による「かき傷」の発生を防止でき、圧延材１２の歩留りを向上させることができる。

図１は、本発明が適用された圧延設備１０を示す簡略図である。この圧延設備１０は、１つの圧延機を用いて数パスの可逆圧延を行う「ステッケルミル」と称されるものであり、圧延材１２を互いにやり取りする２つのコイラーファーネス１４と、コイラーファーネス１４間に配設され、圧延材１２を圧延する圧延機１６と、圧延材１２の厚さを測定する板厚測定装置１８と、圧延材１２を一方のコイラーファーネス１４から他方のコイラーファーネス１４へ向けて搬送し、或いは、他方のコイラーファーネス１４から一方のコイラーファーネス１４へ向けて搬送する複数の搬送ローラ２０と、搬送ローラ２０によって搬送されてきた圧延材１２をコイラーファーネス１４の出入口２２へガイドする複数のガイドローラ２４とによって構成されている。

各コイラーファーネス１４は、図１および図２に示すように、圧延材１２の「巻取り」または「繰出し」を行うコイラードラム２６と、コイラードラム２６に巻き付けられた圧延材１２を保温する保温炉２８と、コイラードラム２６に回転力を付与する回転駆動装置３０とを備えている。

保温炉２８は、圧延材１２が出し入れされる出入口２２を有する略円筒状のハウジング３２と、ハウジング３２の内部に配設された加熱装置（図示省略）と、出入口２２における下側の長手内側縁２２ａに起倒自在に取り付けられ、保温炉２８内へ導かれた圧延材１２の端部をコイラードラム２６の開口部５４へガイドするガイド板３４とを備えている。

回転駆動装置３０は、図２に示すように、コイラードラム２６に回転力を付与する回転軸３６と、回転軸３６を回転自在に支持する軸受部３８と、回転軸３６に回転力を付与するモータ４０と、回転軸３６の外周面に固定された取付フランジ４２とを備えており、回転軸３６の表層部は、熱による歪や劣化を防止するためにケイ酸カルシウム等の断熱層３６ａで構成されている。そして、回転軸３６の外周面に取付フランジ４２を介してコイラードラム２６が取り付けられている。

コイラードラム２６は、図３〜８に示すように、ドラム本体４４と、係止部４６と、ガイド部４８と、複数の周方向リブ５０と、複数の軸方向リブ５２とを備えている。

ここで、図３〜８について簡単に説明すると、図３は、コイラードラム２６を示す斜視図であり、図４は、コイラードラム２６を示す正面図であり、図５は、図３におけるV-V線断面図である。また、図６は、図５におけるVI-VI線断面図を９０度回転した図であり、図７は、図５におけるVII-VII線断面図を９０度回転した図であり、図８は、図５におけるVIII-VIII線断面図を９０度回転した図である。

ドラム本体４４は、軸方向へ長く延びるスリット状または長方形状の開口部５４を周壁に有する略円筒状の中空部材であり、ドラム本体４４の軸方向両端部には、テーパ状または瓶頸状に縮径された縮径部５６を介してフランジ５８が形成されており、このフランジ５８には、固定ボルト（図示省略）が挿通される複数のボルト挿通孔５８ａが形成されている。そして、このドラム本体４４に対して、係止部４６、ガイド部４８、複数の周方向リブ５０および複数の軸方向リブ５２が一体的に形成されている。

係止部４６は、開口部５４から挿入された圧延材１２の端部を係止する部分であり、図６および図７に示すように、開口部５４における一方の長手内側縁５４ａにガイド部４８と対向して形成されている。

係止部４６の肉厚は、圧延材１２から付与される締付力や引張力による曲げ応力に耐え得る強度を確保するために、ドラム本体４４の肉厚よりも十分に厚く設定されている。また、係止部４６の内側面（すなわち、開口部５４から内側へ入り込んだ面）４６ａは、圧延材１２の端部を開口部５４からドラム本体４４の内側へガイドし得るように、所定角度に傾斜して形成されている。

ガイド部４８は、開口部５４からドラム本体４４の内側へ圧延材１２の端部をガイドする帯板状の部分であり、開口部５４における他方の長手内側縁５４ｂからドラム本体４４の内側へ向かって所定角度で傾斜して形成されている。そして、ガイド部４８には、応力を逃がすための複数のスリット６０が傾斜方向（軸方向に対して直交する方向）へ延びて形成されており、スリット６０の基部には、応力集中を避けるための円形孔６０ａが形成されている。

ガイド部４８の傾斜方向長さＡは、図６に示すように、回転軸３６に対して直交する断面において回転軸３６および係止部４６の両方に接触する仮想直線Ｌを想定したとき、ガイド部４８の先端Ｐが仮想直線Ｌ上または仮想直線Ｌを越えて係止部４６側に配置されるように設定されている。したがって、開口部５４に圧延材１２の端部を挿入した際には、圧延材１２の端部が回転軸３６に接触することはほとんどなく、主として係止部４６およびガイド部４８の２点を圧延材１２に接触させることができる（図９）。

周方向リブ５０は、ドラム本体４４の内面に周方向へ延びて形成された補強リブであり、ドラム本体４４の中央部分において係止部４６からガイド部４８に至るように形成された複数（本実施例では４本）の「周方向リブ５０ａ」と、周方向リブ５０ａが形成された領域の両側において係止部４６からガイド部４８に至るように形成された複数（本実施例では左右２本ずつ）の「周方向リブ５０ｂ」と、周方向リブ５０ｂの外側において開口部５４の端縁に沿うようにドラム本体４４の内面全周に亘って形成された「周方向リブ５０ｃ」との少なくとも３種類によって構成されている。

コイラードラム２６の軸方向両端部には、中央部よりも大きな荷重が加わるため、軸方向両端部に形成された「周方向リブ５０ｂ」および「周方向リブ５０ｃ」の肉厚は、軸方向中央部に形成された「周方向リブ５０ａ」の肉厚よりも厚く設定されている。

軸方向リブ５２は、ドラム本体４４の内面に軸方向へ延びて形成された補強リブであり、図６に示すように、周方向へ互いに間隔（本実施例では６０°間隔）を隔てて略放射状に配設された複数の「軸方向リブ５２ａ」と、「周方向リブ５０ｂ」を開口部５４の近傍で補強する「軸方向リブ５２ｂ」との少なくとも２種類によって構成されている。

圧延設備１０（図１）を用いて所定厚さの圧延材１２を製造する際には、粗圧延機（図示省略）で圧延した圧延材１２をその一方端部から圧延機１６に送り込んで１パス目の圧延を行った後、当該一方端部を板厚測定装置１８、搬送ローラ２０およびガイドローラ２４に通して、一方のコイラーファーネス１４の内部へ出入口２２から挿入する。続いて、当該一方端部をガイド板３４に沿わせてコイラードラム２６の開口部５４へ与え、これをガイド部４８に沿わせてドラム本体４４の内部へ挿入し、その後、搬送ローラ２０の搬送速度に同調した速度でコイラードラム２６を回転させる。

すると、図９(Ａ)に示すように、圧延材１２の一方端部の挿入部分が係止部４６およびガイド部４８の２点(更に言えば、係止部４６の長手内側縁５４ａおよびガイド部４８の先端Ｐの２点)に接触し、これら従来例に比べて短距離Ｄの２点間に支えられ、コイラードラム２６の回転に伴い、この状態で圧延材１２の外側の部分に大きな曲げ力が作用する。その状態からコイラードラム２６をさらに回転させると、図９(Ｂ)に示すように、圧延材１２がドラム本体４４の外面に沿うように大きく曲げられ、圧延材１２がドラム本体４４の外周面に巻き付けられる。

なお、圧延材１２の巻き付け動作を開始すると同時に、ガイド板３４をコイラードラム２６から遠ざかる方向へ回動させ、ガイド板３４と圧延材１２との干渉を避けるようにする。

１パス目の圧延終了により、一方のコイラーファーネス１４における圧延材１２の「巻取り」が完了すると、逆転させ、圧延機１６を通り過ぎた位置で停止している圧延材１２の他方端部から圧延機１６に送り込んで２パス目の圧延を行い、この他方端部を板厚測定装置１８、搬送ローラ２０およびガイドローラ２４に通して、他方のコイラーファーネス１４の内部へ出入口２２から挿入する。続いて、当該他方端部をガイド板３４に沿わせてコイラードラム２６の開口部５４へ与え、これをガイド部４８に沿わせてドラム本体４４の内部へ挿入し、その後、搬送ローラ２０の搬送速度に同調した速度でコイラードラム２６を回転させることによってコイラードラム２６の外周面に圧延材１２を巻き付ける。

このようにして、２つのコイラーファーネス１４間で圧延材１２をやり取りしながら、圧延機１６を用いて圧延材１２を所定の厚さまで圧延する。そして、板厚測定装置１８が検出する圧延材１２の厚さが所定厚さに達すると、そのまま圧延機１６から次の工程に繰り出す。

本発明に係るコイラードラム２６では、ガイド部４８の先端Ｐを、仮想直線Ｌ上または仮想直線Ｌを越えた位置に配置しているので、ドラム本体４４に圧延材１２を巻き付ける初期段階には、圧延材１２の端部が回転軸３６に接触することはほとんどなく、図９(Ａ)に示すように、主として係止部４６およびガイド部４８の前記２点を圧延材１２に接触させることができる。したがって、回転軸３６と係止部４６との間で圧延材１２がガイド部４８側へ大きく膨らむことはなく、圧延材１２の内面とドラム本体４４の外面との間に生じる隙間Ｓ（図９（Ｂ））を極めて小さくすることができ、当該隙間Ｓに起因する圧延材１２の「スリップ」を防止でき、ひいては「かき傷」の発生を防止できる。なお、発明者等は、本発明の効果を以下の数値実験により確認した。

[数値実験]
（１）使用したコイラードラム 図６および図９に示すように、回転軸３６に対して直交する断面において回転軸３６および係止部４６の両方に接触する仮想直線Ｌを想定したとき、仮想直線Ｌからガイド部４８の先端Ｐまでの突出距離Ｂが、−４０mm、−３０mm、−２０mm、−１０mm、０mm、＋１０mmとなる６種類のコイラードラム２６を準備した。
ここで、「−」は、先端Ｐが仮想直線Ｌに届いていないことを意味し、「＋」は、先端Ｐが仮想直線Ｌを超えていることを意味する。したがって、「０mm」および「＋１０mm」の２種類が本発明に係るコイラードラム２６に相当し、「−４０mm」、「−３０mm」、「−２０mm」および「−１０mm」の４種類が従来のコイラードラム６に相当する。
（２）実験方法 上述した６種類のコイラードラムについて、板厚が、１５mm、１７mm、１９mmとなる３種類の圧延材１２の「巻取り」を行った。そして、各コイラードラムについて、「圧延材１２がドラム本体４４の外面をスリップした距離（mm）」、「圧延材１２のドラム本体４４に対する接触面圧（MPa）」および「圧延材１２とドラム本体４４との摩擦応力（MPa）」を測定した。
（３）実験結果 図１０は、実験結果をまとめた「表」であり、図１１は、実験結果を示した「グラフ」である。なお、図１０の「表」では、「突出距離Ｂ」を「ガイド先端位置」と記しており、図１１の「グラフ」では、「ガイド先端位置（突出距離Ｂ）」を横軸にとり、「スリップ長さ」を縦軸にとっている。これらの「表」および「グラフ」より、「ガイド先端位置（突出距離Ｂ）」が０mm以上であるとき、圧延材１２の「スリップ」がほとんど生じないことが分かる。

以上の実験により、ガイド部４８の先端Ｐが仮想直線Ｌ上または仮想直線Ｌを越えて係止部４６側に配置されるようにガイド部４８の傾斜方向長さＡを設定したとき、圧延材１２の「スリップ」を確実に防止でき、ひいては「かき傷」の発生を防止できることを確認できた。

圧延設備（ステッケルミル）を示す簡略図 コイラーファーネスを示す断面図 コイラーファーネスを構成するコイラードラムを示す斜視図 コイラードラムを示す正面図 図３におけるＶ−Ｖ線断面図 図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図 図５におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図 図５におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図 コイラードラムに圧延材を巻き付ける初期段階を示す断面図 スリップ防止効果を検証する実験結果を示す表 スリップ防止効果を検証する実験結果を示すグラフ 従来の圧延設備を示す簡略図 従来のコイラードラムを用いた圧延材の巻取り動作を示す図

符号の説明

Ｌ… 仮想直線
Ａ… 傾斜方向長さ
Ｂ… 突出距離
１０… 圧延設備（ステッケルミル）
１２… 圧延材
１４… コイラーファーネス
１６… 圧延機
２２… 出入口
２６… コイラードラム
２８… 保温炉
３０… 回転駆動装置
３６… 回転軸
４４… ドラム本体
４６… 係止部
４８… ガイド部
５０… 周方向リブ
５２… 軸方向リブ
５４… 開口部
５４ａ，５４ｂ… 長手内側縁

Claims (2)

1. 圧延材が出し入れされる出入口を有する保温炉の内部に配設され、回転軸から付与される回転力によって前記圧延材の巻取りまたは繰出しを行うコイラードラムであって、
   軸方向へ長く延びる開口部を周壁に有し、前記回転軸が中心に位置するようにして前記回転軸の外周面に取り付けられ、前記圧延材が巻き付けられる略円筒状のドラム本体と、前記開口部における一方の長手内側縁に形成され、前記圧延材の端部を係止する係止部と、前記開口部における他方の長手内側縁から前記ドラム本体の内側へ向かって傾斜して形成され、前記開口部から前記ドラム本体の内側へ前記圧延材の端部をガイドするガイド部とを備えており、
   前記回転軸に対して直交する断面において前記回転軸および前記係止部の両方に接触する仮想直線を想定したとき、前記ガイド部の先端が前記仮想直線上または前記仮想直線を越えて前記係止部側に配置されるように前記ガイド部の傾斜方向長さが設定されていることを特徴とするコイラードラム。
2. 圧延材を互いにやり取りする２つのコイラーファーネスと、前記コイラーファーネス間に配設され、前記圧延材を圧延する圧延機とを備える、圧延設備において、
   前記コイラーファーネスのそれぞれは、請求項１に記載したコイラードラムと、前記コイラードラムを収容する保温炉とを有していることを特徴とする圧延設備。
   

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