JP2016068251A - スラブの表面手入れ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フライス加工によってスラブの表面手入れを行う際に、スラブ表面の酸化スケールや表面疵の除去を確実に行いつつ、加工段差量を極力小さくすることができるスラブの表面手入れ方法を提供する。【解決手段】フライス加工によってスラブの表面手入れを行う際に、スラブ表面の高さ位置の変動を測定しておき、工具幅方向での加工深さを予め定めた範囲内に収めつつ、工具幅方向の加工段差量が予め定めた上限値以下となるように、各ストロークにおけるフライス工具の底面の高さ位置と加工幅を決定することを特徴とするスラブの表面手入れ方法。【選択図】図１

Description

本発明は、スラブ表面に生じる酸化スケールや表面疵を取り除くスラブの表面手入れ方法に関するものである。

一般的に、鋼板（厚板、薄板）は連続鋳造スラブや分塊スラブを素材とし、熱間圧延や冷間圧延を行って製造されるが、この際、スラブ表面に酸化スケール層や表面疵を残したまま圧延を行うと、製品の表面性状の悪化や割れが生じる原因となる。

そこで、従来は、特許文献１に示されるように、グラインダーを用いてスラブ表面を砥石で研削して、スラブ表面の酸化スケール層や表面疵を除去するスラブ表面手入れが行われている。

また、特許文献２に示されるように、プラノミラ等の工作機械を用いてスラブ表面をフライス工具で切削して、スラブ表面の酸化スケール層や表面疵を除去するスラブ表面手入れが行われている。

特開昭５１−１８９３７号公報 特開平９−１０８７２５号公報

特許文献１に記載のような、グラインダーによる研削加工でスラブ表面手入れを行う方法は、小さな幅の砥石で繰り返してスラブ表面を研削加工することにより、徐々に表面手入れ深さを増やしていくという加工特性上、特許文献２に記載のような、フライス工具による切削加工でスラブ表面手入れを行う方法に比べて、能率が低いということや、手入れ除去したスラブ表面部分が砥石の砥粒と混ざり合って粉塵化し、産業廃棄物となってしまうという問題がある。

そこで、最近は、上記のような問題を考慮して、フライス工具による切削加工（フライス加工）でスラブ表面手入れを行う方法が一般的である。

しかしながら、フライス加工によってスラブ表面手入れを行う方法にも、以下のような問題がある。

すなわち、フライス加工によってスラブ表面手入れを行う場合は、スラブの一端から他端（例えば、スラブ長手方向の先端から後端、あるいは、スラブ幅方向の右端から左端）に向かってフライス工具を進行させてスラブ表面の切削加工を行う動作（以下、「ストローク」と呼ぶ）を行った後、工具幅方向（フライス工具の進行方向と直交する水平方向）にフライス工具を移動させて、次のストロークを行うという工程を繰り返して、スラブ表面全面の切削加工を行う。

一方、実際のスラブは熱歪み等による表面うねり（表面の高さ位置の変動）があり、スラブ表面はフライス工具の底面（水平）に対して平行ではない。フライス工具の進行方向（工具進行方向）については、加工深さ（表面手入れ深さ）が均一になるように、スラブの表面形状（表面の高さ位置の変動）に倣って切削加工を行うことが可能であるが、工具幅方向については、スラブの表面形状（表面の高さ位置の変動）に倣って切削加工を行うことは困難であり、加工深さ（表面手入れ深さ）が不均一になって、切削加工後のスラブ表面に段差が発生し、この加工段差が酸化スケールおよび割れの残存や圧延品質の悪化につながる可能性がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、フライス加工によってスラブの表面手入れを行う際に、スラブ表面の酸化スケールや表面疵の除去を確実に行いつつ、加工段差量を極力小さくすることができるスラブの表面手入れ方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］フライス加工によってスラブの表面手入れを行う際に、スラブ表面の高さ位置の変動を測定しておき、工具幅方向での加工深さを予め定めた範囲内に収めつつ、工具幅方向の加工段差量が予め定めた上限値以下となるように、各ストロークにおけるフライス工具の底面の高さ位置と加工幅を決定することを特徴とするスラブの表面手入れ方法。

［２］工具幅方向においてスラブ表面の高さ位置が低い個所から高い個所に向かうような順番でフライス加工を行うことを特徴とする前記［１］に記載のスラブの表面手入れ方法。

［３］予めストローク数の上限値を定めておき、ストローク数が前記上限値を超えることが予測される場合には、予め定めた工具幅方向での加工深さの範囲を緩和して、ストローク数が前記上限値以下になるようにすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のスラブの表面手入れ方法。

［４］底面の直径が異なる複数のフライス工具を備えておき、ストローク毎に、加工幅に応じて、使用するフライス工具を選択することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のスラブの表面手入れ方法。

本発明においては、フライス加工によってスラブの表面手入れを行う際に、スラブ表面の酸化スケールや割れの除去を確実に行いつつ、加工段差量を極力小さくすることができる。

本発明の実施形態において用いるスラブ表面手入れ装置の正面図である。 本発明の実施形態において用いるスラブ表面手入れ装置の斜視図である。 スラブ表面手入れの加工パターンの一例を示す図である。 スラブ表面手入れの加工パターンの他の例を示す図である。 スラブ表面手入れの加工パターンの他の例を示す図である。 従来技術の問題点を示す図である。 本発明の実施形態１を示す図である。 本発明の実施形態１を示す図である。 本発明の実施形態２を示す図である。 本発明の実施形態２を示す図である。 本発明の実施形態２を示す図である。 本発明の実施形態３を示す図である。 本発明の実施形態３を示す図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明の実施形態で用いるスラブ表面手入れ装置について説明する。図１、図２は、本発明の実施形態で用いるスラブ表面手入れ装置を示す図であり、図１は正面図、図２は斜視図である。

図１、図２に示すように、このスラブ表面手入れ装置１０は、対象となるスラブ１（長さＬ、幅Ｗ、厚さＴ）を固定するスラブ固定ベッド１１と、門型フレーム１２（上部フレーム１２ａ、支柱１２ｂ）と、両側の支柱１２ｂ間にわたって架けられたクロスレール１５と、クロスレール１５に設置されたフロントヘッド１６と、フロントヘッド１６に取り付けられた主軸１７、主軸１７に取り付けられた回転軸１８と、回転軸１８に固定されたフライス工具１９と、フロントヘッド１６においてフライス工具１９の前方に取り付けられた非接触式センサ２０とを備えている。

そして、支柱１２ｂは、支柱移動レール１４に沿ってスラブ固定ベッド１１の長手方向（図１において紙面に対し垂直方向：Ｘ方向）に移動する。また、フロントヘッド１６はクロスレール１５に沿ってスラブ固定ベッド１１の幅方向（図１において紙面の左右方向：Ｙ方向）に移動する。また、主軸１７は上下方向（Ｚ方向）に移動する。

これによって、フライス工具１９が回転しながら、上下方向（Ｚ方向）、スラブ固定ベッド１１の長手方向（Ｘ方向）、スラブ固定ベッド１１の幅方向（Ｙ方向）に移動することにより、スラブ１表面のフライス加工（表面手入れ）を行う。

なお、非接触式センサ２０は、スラブ１表面の高さ位置の変動を測定するものであり、例えばレーザー距離計の場合、測定光幅がスラブ１の幅方向に存在するオシレーションマークに対して直交する向き、すなわちスラブ長手方向（Ｘ方向）に対して平行になる向きに取り付ける。

そして、このスラブ表面手入れ装置１０を用いてスラブ１表面を切削加工する際の加工パターンを図３〜図５に示す。

図３は、スラブ１の長手方向に向かって常に同一方向のストロークで切削加工するパターンであり、図４は、スラブ１の長手方向に向かって交互に異なる方向のストロークで切削加工するパターンである。また、図５は、スラブ１の幅方向に向かって切削加工するパターンである。

ここで、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示しているように、そのストロークによって切削加工される工具幅方向（フライス工具１９の進行方向と直交する水平方向）の量を当該ストロークの加工幅Ｓとする。

ちなみに、そのストロークにおいて工具１９底面が工具幅方向全体でスラブ１表面に接触する場合は、当該ストロークの加工幅Ｓはフライス工具１９底面の直径Ｄと等しくなるが、そのストロークにおいてフライス工具１９底面が工具幅方向の一部でスラブ１表面に接触しない場合は、当該ストロークの加工幅Ｓはフライス工具１９底面の直径Ｄより狭くなる。

次に、前述したような、従来のフライス加工によるスラブ表面手入れの問題点を図６に基づいて再度説明する。

図６（ａ）に示すように、実際のスラブ１は熱歪み等による表面うねり（表面の高さ位置の変動）があり、スラブ１表面はフライス工具１９の底面（水平）に対して平行ではない。フライス工具１９の進行方向については、加工深さ（表面手入れ深さ）が均一になるように、スラブの表面形状（表面の高さ位置の変動）に倣って切削加工を行うことが可能であるが、工具幅方向については、図６（ａ）に破線で示すような、スラブ１の表面形状（表面の高さ位置の変動）に倣った理想的な切削軌跡で切削加工を行うことは困難であり、加工深さ（表面手入れ深さ）δが不均一になって、図６（ｂ）〜（ｅ）に示すように、隣り合う加工部間で加工段差２が生じる。

その際に、従来は、ストロークと次のストロークとの間におけるフライス工具１９の工具幅方向への移動量を常に同一にしているため、スラブ表面の高さ位置の変動が大きい場合には、加工段差２の段差量ｄが大きくなって、酸化スケールおよび割れの残存や圧延品質の悪化につながる可能性があった。

このような従来技術の問題点に鑑みて、本発明の実施形態においては、工具幅方向での加工深さδを予め定めた範囲内に収めつつ、工具幅方向の加工段差量ｄが予め定めた上限値以下となるように、各ストロークにおける加工深さδ（正確には、フライス工具１９底面の高さ位置）と加工幅Ｓを決定するようにしている。ちなみに、フライス工具１９底面の高さ位置と加工幅Ｓが決まれば、フライス工具１９底面の工具幅方向位置も決まる。

ここで、予め定める加工深さδの範囲については、当該スラブ１表面の酸化スケールや割れの状態に基づいて、目標加工深さδｓ（例えば、１．０ｍｍ〜５．０ｍｍの間のある値）を設定し、加工深さδの範囲として、０．９δｓ≦δ≦１．１δｓとすればよい。

また、予め定める加工段差量ｄの上限値ｄａについては、圧延品質等を考慮して定めればよく、例えば、１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの間のある値とすればよい。

以下に、本発明の実施形態（実施形態１、実施形態２、実施形態３）の詳細について述べる。なお、ここでは、図３、図４に示したように、スラブ１の長手方向をフライス工具１９の進行方向としているが、図５に示したように、スラブ１の幅方向をフライス工具１９の進行方向とする場合でも同様に適用することができる。

［実施形態１］
図７、図８は、実施形態１におけるスラブ表面手入れ方法の手順を示す図であり、図７は処理フロー、図８は処理フローを具体化した図である。

図７、図８に示すように、この実施形態１においては下記の手順でフライス加工によってスラブ表面手入れを行う。

（Ｓ１）まず、フロントヘッド１６に取り付けた非接触式センサ２０をスラブ幅方向（Ｙ方向）に走行させて、スラブ１の幅方向表面形状（幅方向の表面の高さ位置の変動）を測定する。例えば、図８（ａ）に示すような幅方向表面形状の測定結果が得られる。

なお、スラブ１の幅方向表面形状の測定は、スラブ１長手方向の１個所での測定でもよいが、スラブ１長手方向の複数個所で測定して平均するのが好ましい。

（Ｓ２）次に、測定したスラブ１の幅方向表面形状に基づいて、工具幅方向（スラブ幅方向）での加工深さδを予め定めた範囲内（例えば、δｓ＝３．０ｍｍ、０．９δｓ≦δ≦１．１δｓ）に収めつつ、隣り合う工具軌跡（ストロークの軌跡）の高低差（加工段差量）ｄが上限値ｄａ以下になるように、各ストロークにおけるフライス工具１９底面の高さ位置と加工幅Ｓを決定する。

例えば、図８（ｂ）に示すように、そのストロークにおいて、加工幅Ｓを予め定めてある所定の加工幅（仮の加工幅）Ｓａとしても加工段差量ｄが上限値ｄａ以下になる場合は、当該ストロークの加工幅Ｓを加工幅Ｓａに決定する。

一方、図８（ｃ）に示すように、そのストロークにおいて、加工幅Ｓを予め定めてある所定の加工幅（仮の加工幅）Ｓａとすると加工段差量ｄが上限値ｄａを超える場合は、加工段差量ｄが上限値ｄａ以下になる加工幅Ｓｂを算出して、当該ストロークの加工幅Ｓを算出した加工幅Ｓｂに決定する。

なお、仮の加工幅Ｓａは、フライス工具１９底面の直径Ｄに基づいて定めればよい。

以下、同様にして、図８（ｄ）に示すように、各ストロークにおける加工深さδ（正確には、フライス工具１９底面の高さ位置）と加工幅Ｓを決定する。

（Ｓ３）そして、決定した各ストロークにおける加工深さδと加工幅Ｓによって、スラブ１表面のフライス加工を実施する。

その結果、例えば、図８（ｅ）に示すように、スラブ１表面の酸化スケールや割れの除去を確実に行いつつ、加工段差量ｄを上限値ｄａ以下にすることができる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２は、基本的な手順は上記の実施形態１と同様であるが、ストロークの順番をスラブ１表面の幅方向の高さ位置が低い個所から高い個所に向かうような順番とするものである。

これによって、当該ストロークの工具軌跡（フライス工具１９底面の高さ位置）が直前のストロークの工具軌跡（フライス工具１９底面の高さ位置）より高い位置になり、当該ストロークの加工幅Ｓがフライス工具１９底面の直径Ｄより小さくなる。その結果、フライス工具１９底面の一部がスラブ１表面に接触しない状態となり、フライス工具１９の損耗が低減して、長寿命化を図ることができる。

図９〜図１１は、実施形態２におけるスラブ表面手入れ方法の手順を示す図であり、図９は処理フロー、図１０、図１１は処理フローを具体化した図である。

図９〜図１１に示すように、この実施形態２においては下記の手順でフライス加工によってスラブ表面手入れを行う。

（Ｐ１）まず、フロントヘッド１６に取り付けた非接触式センサ２０をスラブ幅方向（Ｙ方向）に走行させて、スラブ１の幅方向表面形状（幅方向の表面の高さ位置の変動）を測定する。例えば、図１０（ａ）や図１１（ａ）に示すような幅方向表面形状の測定結果が得られる。

（Ｐ２）次に、測定したスラブ１の幅方向表面形状について、全体的に凸形状であるか凹形状であるかを判定する。例えば、図１０（ａ）は凸形状であり、図１１（ａ）は凹形状である。

（Ｐ３）スラブ１表面の幅方向の高さ位置が最も低い個所からフライス加工を開始するようにする。例えば、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）のようにする。

（Ｐ４）以下、順次、直前の工具軌跡（ストローク）の高さ位置よりも高い位置の工具軌跡（ストローク）となるようにして加工を行う。

例えば、図１０（ｂ）、図１１（ｃ）のように、上記の条件が満たされる場合は、その順番でストロークを行う。一方、図１０（ｃ）のように、上記の条件が満たされない場合や、図１１（ｃ）のように、スラブ幅端部に到達した場合は、図１０（ｄ）、図１１（ｄ）のように、幅方向の反対側からストロークを開始する。

なお、各ストロークにおける加工深さδ（正確には、フライス工具１９底面の高さ位置）と加工幅Ｓについては、上記の実施形態１と同様にして決定する。

その結果、例えば、図１０（ｅ）、図１１（ｅ）に示すように、スラブ１表面の酸化スケールや表面疵の除去を確実に行いつつ、加工段差量ｄを上限値ｄａ以下にすることができる。それに加えて、フライス工具１９の長寿命化を図ることができる。

［実施形態３］
スラブ１の反りが極端に大きい場合やスラブ１に小さなうねりが多数存在する場合は、スラブ１の幅方向表面形状にできるだけ倣って切削加工を行おうとすると、ストローク数Ｐが膨大となり、切削能率が低下することになる。

そこで、本発明の実施形態３では、基本的な手順は上記の実施形態１、２と同様であるが、予めストローク数Ｐの上限値Ｐｕを定めておき、実施形態１または実施形態２で実施すると、ストローク数Ｐが上限値Ｐｕを超えることが予測される場合には、各ストロークにおける工具幅方向（スラブ幅方向）での加工深さδについて予め定めた範囲（例えば、δｓ＝３．０ｍｍ、０．９δｓ≦δ≦１．１δｓ）を緩和、特に上限値を緩和して（例えば、０．９δｓ≦δ≦１．５δｓ）、ストローク数Ｐが上限値Ｐｕ以下（Ｐ≦Ｐｕ）になるようにしている。

その際には、実施形態１または実施形態２で実施する予定で演算した各ストロークにおける工具軌跡に替えて、あらためて、ストローク数Ｐを上限値Ｐｕ以下（Ｐ≦Ｐｕ）にすることを前提条件に加えて、測定したスラブ１の幅方向表面形状に基づいて、工具幅方向（スラブ幅方向）での加工深さδを緩和した範囲内（例えば、δｓ＝３．０ｍｍ、０．９δｓ≦δ≦１．５δｓ）に収めつつ、隣り合う工具軌跡（ストロークの軌跡）の高低差（加工段差量）ｄが上限値ｄａ以下になるように、各ストロークにおける工具軌跡を演算すればよい。

なお、場合によっては、加工深さδの範囲について、その上限値は無視して（例えば、δｓ＝３．０ｍｍ、０．９δｓ≦δ）、ストローク数Ｐが上限値Ｐｕ以下（Ｐ≦Ｐｕ）になるように、各ストロークにおける工具軌跡を演算してもよい。

また、実施形態１または実施形態２で実施する予定で演算した各ストロークにおける工具軌跡を利用して、ストローク数Ｐが上限値Ｐｕ以下（Ｐ≦Ｐｕ）になるように、各ストロークにおける工具軌跡を算出してもよい。

以下では、実施形態２で実施する予定で演算した各ストロークにおける工具軌跡を利用して、ストローク数Ｐが上限値Ｐｕ以下（Ｐ≦Ｐｕ）になるように、各ストロークにおける工具軌跡を算出する手順について、図１２、図１３に基づいて述べる。図１２は処理フローであり、図１３は工具軌跡等を示した図である。なお、実際には、スラブの幅方向全体をフライス加工するのであるが、図１３では、スラブの幅方向片側部分をフライス加工する状態で代表させている。

（Ｑ１）まず、フロントヘッド１６に取り付けた非接触式センサ２０をスラブ幅方向（Ｙ方向）に走行させて、スラブ１の幅方向表面形状（幅方向の表面の高さ位置の変動）を測定する。

（Ｑ２）次に、測定したスラブ１の幅方向表面形状について、全体的に凸形状であるか凹形状であるかを判定する。

（Ｑ３）スラブ１表面の幅方向の高さ位置が最も低い個所をフライス加工開始点に設定して、実施形態２で述べた手順で工具軌跡を演算する。例えば、図１３（ａ）の如くである。なお、図１３（ｂ）は、その工具軌跡によって得られるフライス加工後のスラブ１の幅方向表面形状を示す図である。

（Ｑ４）上記（Ｑ３）での演算によるストローク数Ｐが上限値Ｐｕ以下であるか否かを判断する。Ｙｅｓ（上限値Ｐｕ以下）の場合は、（Ｑ８）に進んで、フライス加工を実施する（結果的には、実施形態２での実施となる）。一方、Ｎｏ（上限値Ｐｕ超え）の場合は、（Ｑ５）に進む。

（Ｑ５）隣り合うストロークの中で加工幅が小さい組合せについて、工具軌跡の高さ位置が高い側を低い側に一致させ、ストロークを一つにまとめる。例えば、図１３（ｃ）、（ｄ）に示すように、ストロークＢ１とストロークＢ２の組合せについて、ストロークを一つにまとめて、ストロークＣ１にする。なお、この際には、工具軌跡の高さ位置が高い側であった個所では、加工深さδが予め定めた範囲（例えば、δｓ＝３．０ｍｍ、０．９δｓ≦δ≦１．１δｓ）を超える可能性がある。

（Ｑ６）ストローク数Ｐが上限値Ｐｕ以下（Ｐ≦Ｐｕ）になるまで、（Ｑ５）を繰り返す。

（Ｑ７）ストローク数Ｐが上限値Ｐｕ以下（Ｐ≦Ｐｕ）になったら、フライス加工を実施する。

なお、ストローク数Ｐの上限値Ｐｕについては、生産量や操業状態を考慮して定めればよく、例えば、反りが無いスラブのストローク数Ｐｓ（概略、スラブ幅Ｗ／加工幅Ｓで定まる）を基準値にして、Ｐｕ＝ｋＰｓ（ここで、ｋ＞１．０）とすればよい。言い換えれば、一例として、Ｐｓ≦Ｐ≦２Ｐｓとすればよい。

このようにして、この実施形態３においては、実施形態１、２に比べて、加工深さδが大きくなり、切削量が増加して、歩留が低下する可能性があるが、ストローク数Ｐが減少するので、切削能率を向上させることができる。

［実施形態４］
本発明の実施形態４は、基本的な手順は上記の実施形態１〜３と同様であるが、底面の直径Ｄが異なる複数のフライス工具１９を備えておき、ストローク毎に、加工幅Ｓに応じて、使用するフライス工具１９を選択するものである。

フライス工具１９の回転数が同じ場合、フライス工具１９底面の直径Ｄが大きくなるにつれて、フライス工具１９底面の外縁部の周速が速くなり、加工抵抗・加工負荷が増加する。そのため、底面の直径Ｄが大きいフライス工具１９の場合は、進行速度を下げる必要があり、加工能率が低下する。

そこで、底面の直径Ｄが異なる複数のフライス工具１９を備えておき、ストローク毎に、当該ストロークの加工幅Ｓを確保できるフライス工具１９の中で最小の直径Ｄｍｉｎを備えたフライス工具１９を選択して使用することによって、加工能率の向上を図ることができる。

なお、常に最小の直径Ｄｍｉｎを備えたフライス工具１９を選択すると、フライス工具１９の交換を頻繁に行う必要がある場合には、最小の直径Ｄｍｉｎよりは大きい直径Ｄを備えたフライス工具１９を選択する場合を含めるようにしてもよい。

１ スラブ
２ 加工段差
１０ スラブ表面手入れ装置
１１ スラブ固定ベッド
１２ 門型フレーム
１２ａ 門型フレームの上部フレーム
１２ｂ 門型フレームの支柱
１４ 支柱移動レール
１５ クロスレール
１６ フロントヘッド
１７ 主軸
１８ 回転軸
１９ フライス工具
２０ 非接触式センサ

Claims (4)

1. フライス加工によってスラブの表面手入れを行う際に、スラブ表面の高さ位置の変動を測定しておき、工具幅方向での加工深さを予め定めた範囲内に収めつつ、工具幅方向の加工段差量が予め定めた上限値以下となるように、各ストロークにおけるフライス工具の底面の高さ位置と加工幅を決定することを特徴とするスラブの表面手入れ方法。
2. 工具幅方向においてスラブ表面の高さ位置が低い個所から高い個所に向かうような順番でフライス加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のスラブの表面手入れ方法。
3. 予めストローク数の上限値を定めておき、ストローク数が前記上限値を超えることが予測される場合には、予め定めた工具幅方向での加工深さの範囲を緩和して、ストローク数が前記上限値以下になるようにすることを特徴とする請求項１または２に記載のスラブの表面手入れ方法。
4. 底面の直径が異なる複数のフライス工具を備えておき、ストローク毎に、加工幅に応じて、使用するフライス工具を選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスラブの表面手入れ方法。

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