JP2984073B2 - 連続鋳造における鋳片ストランドの連続鍛圧方法 - Google Patents

連続鋳造における鋳片ストランドの連続鍛圧方法

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JP2984073B2
JP2984073B2 JP3053230A JP5323091A JP2984073B2 JP 2984073 B2 JP2984073 B2 JP 2984073B2 JP 3053230 A JP3053230 A JP 3053230A JP 5323091 A JP5323091 A JP 5323091A JP 2984073 B2 JP2984073 B2 JP 2984073B2
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敏胤 松川
紀明 井上
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、連続鋳造にて得られ
た、中心偏析やザクが問題となる鋳片ストランド(高級
線棒材用素材、高Crシームレス材用素材、高級厚板材用
素材)にその引抜き過程で鍛圧加工を施して品質改善を
行う場合に避けられなかった鍛圧加工装置の騒音や振動
を低減してその長寿命化、安定稼動を図ろうとするもの
である。
【0002】
【従来の技術】鋳片ストランドを厚み方向に挟みその相
互接近・離隔を繰り返して該鋳片ストランドの凝固完了
点近傍域に鍛圧加工を施すアンビルを備えた鍛圧加工装
置としては、例えば特開平2−70363 号公報に開示され
た構造のものが知られている。かかる装置は普通、鍛圧
加工の際の過負荷防止やアンビルの相互間隔を調整する
ために油圧式のシリンダが配置されるが、鍛圧加工にお
いて該油圧シリンダに、例えば鍛圧加工前のシリンダ内
の圧力と鍛圧加工中のシリンダ内の圧力の差が200 Kg/
cm2 にもなるような場合においては、作動油の圧縮によ
って約1%程度の体積変化が起こるため、アンビル相互
が最も近接した状態から相互離隔する状態に移っても作
動油の圧縮分だけ圧下力が残るため、これがクランクシ
ャフトに対して負のトルクとなり、クランクシャフトに
つながる減速機などでは、バックラッシュによるすき間
分で歯車の歯面が相互に衝突するために異音(打撃音)
や振動が発生する不利があり、装置の寿命や安定稼動に
著しい悪影響を与えるおそれがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】液圧シリンダを配置し
た構造になる鍛圧加工装置における、作動液の圧縮量に
起因した負荷方向の変動を防止して異音や振動を伴うこ
となく長期間安定した鍛圧作業を行うことができる新規
な方法を提案することがこの発明の目的である。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、鋳片ストラ
ンドの鍛圧加工を司る少なくとも一対のアンビルをメイ
ンフレームとサブフレームのそれぞれに液圧シリンダを
介して固定保持し、上記メインフレームおよびサブフレ
ームに接続するクランクシャフトを回転駆動させて上記
アンビルの相互接近・離隔を繰り返すことにより、鋳片
ストランドの凝固完了域に連続的な鍛圧加工を施すに当
たり、上記アンビルの相互接近・離隔の昇降移動に制動
を加えて、鍛圧加工の際に発生する負のトルクを極力小
さくすることを特徴とする連続鋳造における鋳片ストラ
ンドの連続鍛圧方法であり、この発明においてはとく
に、下記の条件を満足する制動容量に設定して鍛圧加工
を行うのがよい。 記 Tmin /TR ≧−0.5 Tmin :負荷トルクの最小値 TR :減速機の定格トルク
【0005】また、この発明は鋳片ストランドの鍛圧加
工を司る少なくとも一対のアンビルをメインフレームと
サブフレームのそれぞれに液圧シリンダを介して固定保
持し、上記メインフレームおよびサブフレームに接続す
るクランクシャフトを回転駆動させて上記アンビルを相
互接近・離隔を繰り返す仕組みの装置にて、鋳片ストラ
ンドの凝固完了域に連続的な鍛圧加工を施すに当たり、
クランクシャフトの負荷トルクを下記の条件を満足する
値に設定することを特徴とする鋳片ストランドの連続鍛
圧方法である。 記 Tmin /TR =Tc ≧−0.5 Tmin :負荷トルクの最小値 TR :減速機の定格トルク Tc :負の負荷トルク 装置に設置される液圧シリンダは、アンビルが鋳片スト
ランドに接触する前の液圧シリンダの標準内圧とアンビ
ルが鋳片ストランドに接触した時点における液圧シリン
ダの最大内圧との差が下記の条件を満たす値に設定して
鍛圧加工を施すのがよい。 記 ΔP≦γ(1− cosα) /Sβ ΔP:標準内圧と最大内圧の差 γ:クランクシャフトの偏心量 β:作動液の圧縮量 S:液圧シリンダの設定ストローク α:アンビルが鋳片ストランドを最大限押し切った時点
(下死点)からそれを離れるまでの回転角
【0006】図1にこの発明を実施するのに用いて好適
な加工装置の構成を示し、以下この装置を使用して鍛圧
加工を行う場合について説明する。上掲図1における番
号1a,1bは鋳片ストランドSを挟むように配置さ
れ、該ストランドSの鍛圧加工を司るアンビル、2はメ
インフレーム、3はメインフレーム2のガイド部2aに
沿って移動可能に組み込まれたサブフレーム、4a,4
bはアンビル1a,1bをそれぞれメインフレーム2、
サブフレーム3に固定保持するとともにその位置決めを
行う液圧シリンダ、5は一端を減速機Gを介して駆動源
Mに接続したクランクシャフトであって、このクランク
シャフト5はメインフレーム2およびサブフレーム3に
リンクl1 ,l2 を介して接続していて、その回転によ
ってアンビル1a,1bを各フレームとともに相互に接
近・離隔させて鋳片ストランドSの凝固完了域に連続的
な鍛圧加工を施す。また、6は例えばクランクシャフト
5において配置される制動装置であって、この制動装置
6はアンビル1a,1bの相互接近・離隔の往復動作に
制動を加え鍛圧加工の際に発生する負の負荷トルクを極
力小さくする役目をもっている。また、7は液圧シリン
ダ4bのロッドが自重によって下方に移動するのを防止
するバランスシリンダ、8は液圧シリンダのロッドの変
位量を計測する変位計、9は圧下に伴って移動したメイ
ンフレーム2およびサブフレーム3を初期状態に戻すた
めの戻しシリンダである。図2に上記構成になる装置の
正面を示す。
【0007】
【作用】連続鍛圧設備において、アンビルを液圧シリン
ダを介してフレームに固定した構造のものでは、図3、
図4に示すように鍛圧加工においてアンビル1a,1b
相互が最も近接した状態(圧下終了)から相互離隔する
状態(アンビルの開放)にはいっても液圧シリンダ4
a,4bにおける作動液の圧縮分だけ圧下力が残るため
に、これがクランクシャフト5に対して負のトルクとな
り、クランクシャフト5につながる減速機Gなどではバ
ックラッシュに起因した異音や振動が避けられなかった
のである。なお、図中、P1 はアンビルの負荷がゼロの
時の液圧シリンダのヘッド側の油圧。(供給圧で圧下前
の油圧)、P2 はアンビルの負荷が正負荷の時の油圧。
3 はアンビルが開放し、負荷がゼロになる時の油圧。
T′はP1 の状態におけるクランク軸の負荷トルク。
P′はP1 の状態におけるクランクロッドの負荷軸力。
aはP1 ,P3 の状態における液圧シリンダのヘッド側
封入油の高さ、Δaは同上封入油のP2 状態における油
の圧縮量の高さである。図5はこの関係をクランクシャ
フトの回転角と負荷トルクの関係で表したものである。
作動液(油)の圧縮性による負荷トルクは、圧下前後の
油室の変化量、クランクのアーム長さなどによって異な
るが、減速機の定格トルクに対し、負荷トルクが一定比
率以上大きくなると減速機の歯面の摩耗や損傷を引き起
し、このような鍛圧加工方式に単にしたがっただけでは
円滑な操業を実現することができず、設備の寿命も極め
て短かったのである。
【0008】この発明においては、上記構成になる鍛圧
加工装置の、できるだけ負荷変動源に近い領域であるク
ランクシャフト5に制動装置6を配置して、負のトルク
相当分あるいは減速機等の機器に支障のない範囲(負の
トルクよりもやや低めに設定)でアンビルの移動速度に
制動を加え、鍛圧加工の際の負のトルクを防止乃至は設
備に支障がないレベル以下に抑えるようにしたから、減
速機などからの異音は有利に軽減される。アンビルの移
動速度に制動を加えるタイミングとしては常時作用させ
るのが装置としては簡便になるけれども運転動力コスト
が問題になるような場合にはアンビルが相互離隔する開
放段階(異音が発生するタイミング)のみに電気的なシ
ーケンス等によって制御するようにしてもよい。
【0009】制動装置としては、ドラムタイプのもので
もディスクタイプのものでもよいが、連続的に制動を加
えるような場合には冷却機能をもたせた構造のものとす
る。制動装置の配置位置は上述のように負荷変動源にな
るべく近い領域として図6に示すように減速機の1軸が
よいが、この1軸のバックラッシュを小さくすれば、こ
の後方の2〜4軸に設置することもでき、この場合制動
装置の容量を小さくできるメリットがある。制動容量つ
いては、負荷トルクの最小値をTmin 、減速機の定格ト
ルクをTRとするとき、Tmin /TR ≧−0.5 の条件を
満足するように設定する。
【0010】減速機等における異音や振動の原因は、液
圧シリンダ4a, 4bの油の圧縮性によるものであるか
ら、この発明においてはアンビルの移動速度に制動を加
える以外の他の方法として、この油の圧縮量を減らすこ
とによって低減することとした。油の圧縮量は圧下前後
の油の圧力差によって決まりかつ最大圧力は最大圧下力
で規定されるので、異音等の発生を防止するためには圧
下前における液圧シリンダの供給圧 (ΔP) を圧下時の
最大圧下力 (P2)に近づけるようにすればよい。すなわ
ち、圧下前後の圧力差 (ΔP) を限界値Pc 以下になる
ようにする。 ΔP=P2 −P1 ≦Pc ・・・(1) 上記の限界値Pc は鍛圧装置の仕様、機構によって異な
るので一様なものとして規定することはできないが、基
本的には油の圧縮に基づく負の負荷トルク( Tc ) を減
速機の定格トルク( TR ) 以下にすればよい。実際に
は、減速機の歯面が衝突するときの衝撃係数 (約2) を
考慮し、負荷トルクの最小値をTmin( 負の値) 、T
min =Tc より Tmin /TR =Tc /TR ≧−0.5 ・・・(2) を満足するような圧力差とすればよいことになる。
【0011】上掲図1に示したような構成になる装置に
おいて、液圧シリンダの圧力差を小さくして減速機等に
おける異音を低減するには、概ね次の条件が目安にな
る。液圧シリンダのストロークSとした場合、油の圧縮
量 (δ) は、 δ=S・β・ΔP ・・・ (3) β:油の圧縮率( =1/V・ΔV/ΔP) 一方、図7に示すように圧下後の油の圧縮性領域におけ
る鋳片ストランドとアンビルの接触角をθ′(αはアン
ビルの開放工程において、アンビルが鋳片ストランドか
ら離れる限界角であり、アンビルが鋳片ストランドと接
触している角度という意味で接触角としたが、回転角で
いうとθ=90°+αとなる。)とするとこの間におけ
るアンビルの下死点からの逃げ量y(クランク運動によ
るアンビルの下死点からの退避量を示す。)は次式のよ
うになる。 y=r(1− cosθ′) ・・・ (4) 通常の場合、上記圧縮量 (δ) は逃げ量 (y) 以下とす
ればほぼ問題がないことがわかっている。図1のような
構造の装置において、異音や振動を防止するためには、
δ≦yより、 S・β・ΔP≦r (1−cos θ′) ΔP≦r (1−cos θ′) /S・β ・・・(5) の条件を満足するように鍛圧加工を行えばよい。
【0012】
【実施例】幅340 mm、厚さ270 mm、C含有量が0.05〜1.
2 %の範囲になる低炭素鋼〜高炭素鋼の種々の鋳片スト
ランドを連続鋳造しつつ上掲図1に示したような構成に
なる装置(圧下力P:Max 600t、油圧p:50〜300 Kg/c
m2、作動油:脂肪酸エステル、β:5.3 ×10-5、クラン
クシャフトの偏心量r:30mm、減速機の定格トルク
R :8t-m )にて表1に示した条件のもとに鍛圧加工
を施し、該装置の異音、振動の発生状況および減速機に
おける歯車の寿命について比較調査した。その結果を表
2に示す。なお、表1中の評価式Bはr(1−cos
θ′)/Sβ=30×(1−cos 0 °)/400 ×5.3 ×10
-5より算出した。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】表2においてブレーキ法、圧力差法と表記
したこの発明に従う鍛圧加工を施すことにより、単に鍛
圧加工を施すタイプのものよりも装置の異音や騒音は格
段に小さくなり、減速機の寿命は1年から6〜10年に延
びることが確かめられた。
【0016】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、鋳片ストラ
ンドの鍛圧加工において不可避であった装置の異音や騒
音を極力小さくすることができるし、装置の寿命を延長
して安定した操業ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の実施に使用して好適な鍛圧加
工装置の構成を示した図である。
【図2】図2は図1に示した装置の正面を示した図であ
る。
【図3】図3は鍛圧加工状況の説明図である。
【図4】図4は鍛圧加工状況の説明図である。
【図5】図5はクランクシャフトの負荷トルク率と鍛圧
加工時の負荷トルクの関係を示した図である。
【図6】図6は減速機の平面を示した図である。
【図7】図7は鍛圧加工時における液圧シリンダの油の
圧縮状況を示した図である。
【符号の説明】
1a アンビル 1b アンビル 2 メインフレーム 3 サブフレーム 4a 液圧シリンダ 4b 液圧シリンダ 5 クランクシャフト 6 制動装置 7 バランスシリンダ 8 変位計 9 戻しシリンダ S 鋳片ストランド G 減速機 l1 リンク l2 リンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼本 義夫 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社 水島製鉄所内 (56)参考文献 特開 平2−70363(JP,A) 特開 平3−285747(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 11/20 B22D 11/128 350

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳片ストランドの鍛圧加工を司る少なく
    とも一対のアンビルをメインフレームとサブフレームの
    それぞれに液圧シリンダを介して固定保持し、上記メイ
    ンフレームおよびサブフレームに接続するクランクシャ
    フトを回転駆動させて上記アンビルの相互接近・離隔を
    繰り返すことにより、鋳片ストランドの凝固完了域に連
    続的な鍛圧加工を施すに当たり、 上記アンビルの相互接近・離隔の往復動作に制動を加え
    て、鍛圧加工の際に発生する負のトルクを極力小さくす
    ることを特徴とする連続鋳造における鋳片ストランドの
    連続鍛圧方法。
  2. 【請求項2】 下記の条件を満足する制動容量に設定し
    て鍛圧加工を行う請求項1記載の方法。 記 Tmin /TR ≧−0.5 Tmin :負荷トルクの最小値 TR :減速機の定格トルク
  3. 【請求項3】 鋳片ストランドの鍛圧加工を司る少なく
    とも一対のアンビルをメインフレームとサブフレームの
    それぞれに液圧シリンダを介して固定保持し、上記メイ
    ンフレームおよびサブフレームに接続するクランクシャ
    フトを回転駆動させて上記アンビルの相互接近・離隔を
    繰り返すことにより、鋳片ストランドの凝固完了域に連
    続的な鍛圧加工を施すに当たり、 クランクシャフトの負荷トルクを下記の条件を満足する
    値に設定することを特徴とする連続鋳造における鋳片ス
    トランドの連続鍛圧方法。 記 Tmin /TR =Tc ≧−0.5 Tmin :負荷トルクの最小値 TR :減速機の定格トルク Tc :負の負荷トルク
  4. 【請求項4】 アンビルが鋳片ストランドに接触する前
    の液圧シリンダの標準内圧とアンビルが鋳片ストランド
    に接触した時点における液圧シリンダの最大内圧との差
    を下記の条件を満たす値に設定することを特徴とする連
    続鋳造における鋳片ストランドの連続鍛圧方法。 記 ΔP≦γ(1−cos α) /Sβ ΔP:標準内圧と最大内圧の差 γ:クランクシャフトの偏心量 β:作動液の圧縮量 S:液圧シリンダの設定ストローク α:アンビルが鋳片ストランドを最大限押し切った時点
    (下死点)からそれを離れるまでの回転角
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