JP2020062731A - 研削装置及び研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削装置において、鋼片や鋼材の表面を切削する回転砥石から飛来する切削粉が装置内に付着、堆積することを防止する。【解決手段】スラブＳ表面の研削を行う研削装置において、回転砥石２４がスラブＳを切削している個所から飛散する高温の切削粉Ｄが衝突する部分に、防護板４０を設置する。防護板４０の材質は、軟化温度が８７０℃以上のステンレス鋼からなる。切削粉Ｄは、防護板４０によって受け止められ、防護板４０の表面に付着、堆積することなく落下する。【選択図】図４

Description

本発明は、鋼片、鋼材等の研削に用いられる研削装置及び研削方法に関する。

転炉で精錬された溶鋼はその後鋳造されて所定の大きさを有するスラブ等の鋼片となり、例えばスラブは次工程で圧延、成形されて製品として出荷される。ここで、圧延をするスラブに疵がついていた場合、製品規格を満足せず、結果として不具合を引き起こしてしまう場合がある。そこでスラブに疵が見つかった場合、研削装置（グラインダ）等によってスラブを研削し、表面を整えてから圧延される。

研削装置による研削は、例えばスラブに回転砥石を押圧することにより行われる。この際、スラブと回転砥石の接触部、すなわち研削箇所からは火花（以下、切削粉）が発生し、これが砥石の回転に伴って研削箇所から飛散する。このとき飛散する切削粉は高温（例えば９００℃）であり、そのまま周辺装置や研削盤のテーブル面等に衝突すると周辺装置等の損傷の原因となる場合がある。そこで、一般的には切削粉の衝突による損傷防止のため、切削粉の落下、飛散する方向には防護部材が設けられる。

防護部材の一例として、例えば特許文献１には、研削点からの切削粉が落下する領域、すなわち研削箇所の鉛直下方位置に、器状の遮蔽部材を配置し、切削粉から研削盤のテーブル面を保護することが記載されている。

特開平８−１５０５６５号公報

ところで、回転砥石から飛散する切削粉は、防護部材に衝突した後、その衝突面に付着、堆積する場合がある。堆積した切削粉を放置すると、研削対象としてのスラブに接触し、防護部材を破壊するおそれがある。また、堆積した切削粉が落下、剥離して研削装置の台車の軌条上に落ちた場合、研削装置の動作を阻害してしまうおそれもある。そのため防護部材に対する切削粉の付着、堆積への対策をする必要があった。

この点に関し、特許文献１に記載の技術は、前記したように研削点からの切削粉が落下する領域に器状の遮蔽部材を配置したものであったが、特許文献１に記載の技術は研削液を併用した研削技術であり、また切削粉は下方に落下するもののみを対象としている。さらにまた遮蔽部材の中は常に研削液が貯留した状態としているため、研削液を使用しない鋼片等の研削装置において、周辺に飛散する切削粉に対してはそのままでは適用できない。

そのため研削装置を用いてスラブ表面を研削する実際の現場では、切削粉が飛来する装置内の壁面等を保護するため、当該壁面の表面に、防護板として一般構造用圧延鋼材の鋼板を貼り付けているのが現状である。

しかしながら、一般構造用圧延鋼材の鋼板表面に飛来した切削粉は、付着堆積する。そのため切削粉が付着、堆積すると、作業員が手作業にて堆積した切削粉をスコップ等で剥離せざるを得なかった。研削装置内の作業空間は狭いので、手作業で剥離する作業は危険が伴う。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、回転砥石を用いて鋼片、鋼材等を研削する際に、飛散する切削粉が防護板等に付着堆積することを適切に防止することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、鋼片または鋼材の表面の研削を行う研削装置であって、載置部に載置された前記鋼片または鋼材の表面に押圧して、当該鋼片または鋼材の表面を研削する回転砥石と、前記回転砥石を内側に収容して、当該回転砥石を前記載置部上で移動させるための移動支持体とを有し、前記移動支持体は、研削時に前記回転砥石から飛散する切削粉を受け止める防護体を備え、前記防護体は、飛来する切削粉の温度に耐え得る耐熱性を有することを特徴としている。

本発明によれば、飛来する切削粉の温度に耐え得る耐熱性を有する防護体を備えているので、飛来した切削粉が、防護体の表面に衝突しても、付着して堆積することはない。ここで飛来する切削粉の温度に耐え得る耐熱性とは、一般的に飛来する切削粉の衝突直前の温度は鉄の発火点から推察すると、９００℃程度と考えられるため、当該温度の切削粉が衝突しても防護板の表面に溶着せず、また防護板の表面粗度を低下させない耐熱特性を有することをいう。

前記防護体は、鉄の発火点温度以上の軟化温度を有するステンレス鋼で構成されていてもよい。なお後述のように、切削粉が飛来して防護板に衝突する際には、途中で冷却されて温度が低下しているので、例えば８７０℃以上の軟化温度を有するステンレス鋼であっても、実用上は本発明に採用できる。
ここで軟化温度とは、再結晶によって内部ひずみが消失する温度であり、硬度が急落する温度である。

別な観点による本発明は、鋼片または鋼材の表面に回転砥石を押圧して、当該鋼片または鋼材の表面を研削する研削方法であって、前記回転砥石から飛来する切削粉を受け止める部分に、飛来する切削粉の温度に耐え得る耐熱性を有する防護体を設けることを特徴としている。

この場合、前記防護体は、鉄の発火点温度以上の軟化温度を有するステンレス鋼で構成されていてもよい。前記した例と同様、例えば８７０℃以上の軟化温度を有するステンレス鋼も本発明に適用できる。

本発明によれば、回転砥石を用いて鋼片、鋼材等を研削する際に、飛散する切削粉が防護体に付着堆積することを適切に防止することが可能である。

本発明の実施の形態にかかる研削装置の構成を模式的に示す平面図である。 図１の研削装置の正面図である。 図１の研削装置の側面図である。 防護板の切削粉受け止めイメージを模式的に示す説明図である。 本発明の実験の様子を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略している。また以下に説明する研削装置の構造は、一例である。

＜研削装置の構成＞
まず、本実施の形態にかかる研削装置１の構成について説明する。図１は研削装置１の構成の概略を模式的に示す平面図である。図２及び図３は、各々図１に示した研削装置１の正面図と側面図である。研削装置１は、水平な上面を有する載置部２上に載置された研削対象となる複数のスラブＳの表面の研削を行うように構成されている。なお、図１から図３においては、スラブＳは２つ並べて載置されているが、実際に載置される数は２つに限定されず、１以上のスラブＳが載置部２に載置されていてもよい。

研削装置１は、載置部２上に載置されたスラブＳの長手方向（図中のＹ方向）に沿って、載置部２の外側に配設される一対の軌条１００、１００上を走行する走行台車１０を有している。この走行台車１０の上面には、後述のように、スラブＳの短手方向（図中のＸ方向）に沿って一対の軌条２００、２００が配設され、当該一対の軌条２００、２００上には、当該一対の軌条２００、２００上を走行する横行台車２０が設けられている。走行台車１０、横行台車２０は、本発明における移動支持体を構成する。

なお以下の説明において、単に「長手方向」と称した場合は載置部２上に載置されたスラブＳの長手方向であって、図中のＹ方向を指す。また、単に「短手方向」と称した場合は載置部２上に載置されたスラブＳの短手方向であって、図中のＸ方向を指す。

走行台車１０は、各軌条１００、１００に沿って垂直方向に配される方形の側面部１２、１３と、側面部１２、１３の各上端部間に渡された上面部１４とを有している。側面部１２、１３の下面側には、軌条１００上を走行するための車輪１５が各々設けられている。上面部１４には、中央に方形の開口１４ａが形成されている。開口１４ａの長手方向の両側上面には、前記した一対の軌条２００が短手方向と平行に設けられている。

横行台車２０は、台車部２１を有し、台車部２１の下面側の両側には、軌条２００に沿って走行するための車輪２２が夫々設けられている。台車部２１には、支持体２３を介して回転砥石２４を両側端面で吊下支持する支持台２５が設けられている。

回転砥石２４は、図２に示したように、その回転主軸（図示せず）が略水平に設定されるロールグラインダであり、当該回転主軸は長手方向及び短手方向から各々平面視で４５°傾斜した方向、すなわちスラブＳの短手方向（Ｘ方向）と織り成す狭角θが４５°となるように設定されている。

回転砥石２４の回転方向は、この例の場合、図２の矢印に示したように、研削装置１ｌの正面側からみると、反時計方向に回転する。したがって、スラブＳを研削すると、切削粉は図２の破線矢印方向に飛散していくが、当該飛散方向には走行台車１０の側面部１３が位置しているので、切削粉は、側面部１３で受け止められる。

そして、側面部１３の内側表面には、防護体としての防護板４０が設けられている。防護板４０は、図４にも示したように、天板部４１と側板部４２とによって構成されている。そして防護板４０は、飛来する切削粉の温度に耐え得る耐熱性を有するステンレス鋼で構成されている。

＜研削装置の動作、作用＞
次に、以上のように構成された研削装置１を用いて行われる研削処理について説明する。

まず、研削対象のスラブＳが１つ以上、例えば本実施の形態においては２つのスラブＳが、研削装置１の載置部２に載置される。載置部２にスラブＳが載置されると、走行台車１０、横行台車２０によって回転砥石２４がスラブＳ上の切削対象位置に移動し、スラブＳの表面の研削が開始される。

具体的には、走行台車１０及び横行台車２０のＸ−Ｙ方向の移動によって、回転砥石２４がスラブＳ上を適宜移動し、スラブＳ表面の研削対象範囲が研削される。

そしてスラブＳの研削中、図４に示すように、研削によって発生した切削粉Ｄが、回転砥石２４の回転に伴って回転方向に飛散する。飛散するときの切削粉Ｄは、鉄の発火点温度である９００℃程度の高温であり、当該高温の切削粉Ｄは、走行台車１０の側面部１３の内側に設けた防護板４０に衝突する。

しかしながら、本実施の形態では、防護板４０は、飛来する切削粉Ｄの温度に耐え得る耐熱性を有するステンレス鋼で構成されているので、切削粉Ｄは防護板４０の表面に付着して堆積することはない。したがって、そのまま床面に落下し、従来のように堆積した切削粉を作業員が手作業にて剥離する必要はない。

このように防護板４０の材質に、飛来する切削粉Ｄの温度に耐え得る耐熱性を有するステンレス鋼で構成した場合、切削粉Ｄが付着堆積しない正確なメカニズムは不明であるが、現時点では次のように推察している。

一般構造用圧延鋼材の鋼板は、軟化温度は３５０℃程度であり、またその表面は酸化しやすい。したがって９００℃程度の切削粉が飛来すると、当該切削粉は鋼板の表面に溶着したり、酸化反応によって鋼板表面に付着したりする。あるいは表面の軟化により表面粗度が低下することで当該切削粉が付着しやすくなる。また一度切削粉が付着すると、継続して飛来する切削粉は、堆積した切削粉の上層に堆積する。

これに対し、ステンレス鋼は、その表面に不動態被膜を形成する。したがって、一般構造用圧延鋼材よりも軟化温度が９００℃以上のステンレス鋼においては、９００℃程度の切削粉が飛来しても、表面に溶着せず、また不動態被膜では酸化反応は発生しにくい。さらに軟化温度が９００℃以上であるから、飛来した切削粉が衝突しても硬度が急落しないため衝突前の硬度を維持することができ、表面粗度も低下しにくいと考えられる。これらのことが相まって、切削粉が付着堆積しないと推察している。

ところで、硬度と引張強度との間には相関関係があり、本発明に適したステンレス鋼は、常温での引張強度が５２０Ｎ／ｍｍ^２以上のものが例示できる。
また耐高温酸化性の観点から考察すると、炭素鋼のように高温酸化性が劣悪な材料は本発明の防護体には適していない。したがってたとえば、９００℃の大気雰囲気において０．０２ｇ／ｃｍ^２／１ｈｒ以下の酸化減量を有する材料が本発明の防護体の材料に適している。

＜実験例＞
以下、防護板に所定のステンレス鋼を採用した際の切削粉の付着、堆積状況に実験した結果について説明する。すなわち、従来の飛散防止部である走行台車１０の側面部１３（ＳＳ４００により形成）の一部に、切削粉の温度に耐え得る耐熱性を有するステンレス鋼の防護板を貼付し、防護板が貼付された箇所と、貼付されていない箇所での切削粉の付着状況の比較を行った。なお本実験例においては、防護板としてＳＵＳ３０１Ｓ（防護板５１）、ＳＵＳ３２３Ｌ（防護板５２）、ＳＵＳ８２１Ｌ１（防護板５３）、耐熱用オーステナイト系ステンレス鋼板である防護板５４を使用した。防護板５４の化学成分は次の通りである。Ｃ：０．０５〜０．１０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：２２．００〜２４．００％、Ｎｉ：１０．００〜１２．００％、Ｎ：０．１８〜０．２６％、Ｌａ＋Ｃｅ：０．０３〜０．０７％（いずれも質量％）

図５は、本実験における側面部１３への防護板の貼付例を示しており、防護板５１については、図５（ａ）に示すように、側面部１３の中央に防護板５１を貼り付け、また防護板５２、防護板５３、防護板５４については、図５（ｂ）に示したように、側面部１３の中央に防護板５２、防護板５３、防護板５４を横方向に並べて貼付した。そして回転砥石２４によって、通常と同様なスラブＳに対する研削を実施して、側面部１３の表面、及び各防護板５１〜５４の表面に対する切削粉の付着、堆積状況を調べた。

その結果、防護板の貼付されていない側面部１３の表面（ＳＳ４００）には、切削粉が付着して堆積したが、防護板５１、５２、５３、５４については、いずれもその表面に切削粉の付着、堆積は見られなかった。

ここで側面部１３の材質であるＳＳ４００の軟化温度は、約３５０℃であるのに対して、防護板５１〜５４の材質は、ＳＵＳ３０１Ｓ（防護板５１）、ＳＵＳ３２３Ｌ（防護板５２）、ＳＵＳ８２１Ｌ１（防護板５３）、防護板５４は、その軟化温度が９００℃以上であり、いずれも切削粉の飛散する時の温度である鉄の発火点温度（９００℃）以上の耐熱性を有している。

この結果からすると、軟化温度が９００℃以上の耐熱特性を有する材料であれば、本発明の防護体に使用できるものと考えられる。したがって、スラブ等の鋼片や鋼材の研削により発生する切削粉を受け止める防護体としては、例えば鉄の発火点温度である９００℃以上の軟化温度を有する材質を用いて形成されることがよいと推察される。

なお、例えば防護板を構成する部材の一例として、８７０℃程度の軟化温度を有するＳＵＳ３０４が挙げられる。鉄の発火点温度は、前述のように９００℃であるが、切削粉は研削点から防護板までの飛散中に周囲雰囲気などによって冷却されるため、衝突時には若干温度が低下している。したがって、軟化温度が８７０℃以上のものであれば、切削粉の付着、堆積は防止できると考えられる。すなわち、本発明における防護体は、８７０℃以上の軟化温度を有していればよいと推察される。

また上記実施の形態における防護板４０は、天板部４１、側板部４２から構成されて、当該防護板４０を飛散防止部として機能する側面部１３の内側に設けていたが、既存の飛散防止部（例えばＳＳ４００により構成）の一部または全部を、本発明にかかる防護体で構成してもよい。

なお切削粉の飛散範囲は、例えば回転砥石２４の回転速度、研削点から防護板４０までの距離等によって変動する。よって、例えばこれら条件に基づいて防護板４０の設置位置を任意に変更できるように構成してもよい。さらに既述したように、回転砥石２４の切削個所から飛来する切削粉は、衝突するまでの距離が長いと途中で冷却されて、温度が低下する。既述したようにＳＳ４００では切削粉の付着堆積が確認できるため、ＳＳ４００の軟化温度である約３５０℃を下回る切削粉の温度であれば、付着堆積はしないと考えられる。したがって、防護板４０の設置個所もそのような切削個所からの距離に応じて設置すればよい。

また前記実験例で用いたステンレス鋼は、ＳＵＳ３０１Ｓ、ＳＵＳ３２３Ｌ、ＳＵＳ８２１Ｌ１、防護板５４で使用した化学成分を有するステンレス鋼であったが、これらのステンレス鋼以外に、軟化温度が８７０℃以上のＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓでも本発明に適用できる。またこれらのオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｃｒの含有率が１６質量％以上である。したがって別な観点から推察すれば、不動態被膜の形成に関与するＣｒの含有率が１６質量％以上であるステンレス鋼は、本発明の防護体として適用できるものと考えられる。さらにフェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼は、Ｃｒの含有率が１１．５質量％以上である。それゆえ、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼についても、Ｃｒの含有率が１１．５質量％以上のものであれば、切削粉が付着堆積しないと推察される。さらに推察すれば、Ｃｒの含有率が１０．５質量％以上、Ｃの含有率が１．２質量％以下のステンレス鋼であっても、本発明の効果が得られると考えられる。なおＣｒの含有率の上限については、たとえば２６％質量以下とすることができる。

上記実施の形態では防護板４０は天板部４１、側板部４２の二面からなるアングル状に構成されたものであったが、もちろん防護板４０の形状はこれに限定されない。例えば、天板部４１、側板部４２の他に、長手方向奥側（図１におけるＹ方向正方向側）に他の壁面をさらに有する三面からなる形状としてもよい。かかる形状とすることで、研削点から飛散する切削粉をさらに適切に受け止めて周囲への飛散や、堆積を防止することが可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。さらにまた前記した実施の形態では、切削対象がスラブであったが、もちろん切削対象はスラブに限らず、他の鋼片であってもよく、さらに鋼材であっても本発明は適用されうる。
また前記した実施の形態、実験例ではいずれもステンレス鋼を用いていたが、無機物を加熱処理して焼き固めた焼結体（セラミックス）も、発火点温度の切削粉がその表面に衝突しても酸化反応は起こらず、また表面粗度も低下しないと考えられる。したがって、一般的に低い表面粗度、例えば６．０Ｒａ（μｍ）以下の面粗度を有するセラミックスを使用した場合でも、回転砥石からの切削粉は付着堆積しないと考えられ、本発明の防護体に使用できる。

本発明は、回転砥石によって鋼片、鋼材を切削する際に有用である。

１ 研削装置
２ 載置部
１０ 走行台車
２０ 横行台車
２４ 回転砥石
４０ 防護板
４１ 天板部
４２ 側板部
１００ 軌条
２００ 軌条
Ｓ スラブ

Claims (4)

1. 鋼片または鋼材の表面の研削を行う研削装置であって、
   載置部に載置された前記鋼片または鋼材の表面に押圧して、当該鋼片または鋼材の表面を研削する回転砥石と、
   前記回転砥石を内側に収容して、当該回転砥石を前記載置部上で移動させるための移動支持体とを有し、
   前記移動支持体は、研削時に前記回転砥石から飛散する切削粉を受け止める防護体を備え、
   前記防護体は、飛来する切削粉の温度に耐え得る耐熱性を有することを特徴とする、研削装置。
2. 前記防護体は、８７０℃以上の軟化温度を有するステンレス鋼で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の研削装置。
3. 鋼片または鋼材の表面に回転砥石を押圧して、当該鋼片または鋼材の表面を研削する研削方法であって、
   前記回転砥石から飛来する切削粉を受け止める部分に、飛来する切削粉の温度に耐え得る耐熱性を有する防護体を設けることを特徴とする、研削方法。
4. 前記防護体は、８７０℃以上の軟化温度を有するステンレス鋼で構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の研削方法。

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