JP3340321B2 - 連続熱間圧延設備 - Google Patents

連続熱間圧延設備

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JP3340321B2 JP20036696A JP20036696A JP3340321B2 JP 3340321 B2 JP3340321 B2 JP 3340321B2 JP 20036696 A JP20036696 A JP 20036696A JP 20036696 A JP20036696 A JP 20036696A JP 3340321 B2 JP3340321 B2 JP 3340321B2
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    • B21B15/00—Arrangements for performing additional metal-working operations specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B15/0085—Joining ends of material to continuous strip, bar or sheet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延材の圧延
ライン中での接合に係り、仕上圧延前に熱間圧延材の接
合を行って仕上圧延機による連続圧延を可能とする連続
熱間圧延設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属板材の熱間圧延設備において、仕上
圧延を連続化して生産性の向上、品質の向上及び操業の
自動化を実現しようとする要望は極めて強い。その鍵と
なる技術は、スラブ材を粗圧延した後の熱間圧延材（以
下、バー材と称する）の接合技術である。冷間圧延の場
合には、圧延材の厚さが薄いため、溶接等の利用により
十分な強度を有する接合が可能であり、それによって連
続圧延が可能になっている。これに対し、熱間圧延の場
合には、圧延材の厚さが厚く、また圧延材の温度が低下
する前に圧延を終了させなければならないため、圧延速
度、即ち圧延材の送り速度が冷間圧延に比べて速くな
り、溶接での接合には困難を伴う。
【０００３】従来より、熱間圧延の場合のバー材の接合
方式としては、電熱法、レーザービーム法、ガス加熱溶
削法、及び摩擦法などの数多くの方式が提案され、試み
がなされている。また、接合のための装置の形態として
は、走行式と固定式があり、走行式はバー材の送り速度
に合わせて接合装置が走行しながら接合を行うもの、固
定式は移動するバー材に対して移動せずに設備に対し固
定位置で接合を行うものである。走行式では速い圧延速
度に対応することが可能である。
【０００４】また、熱間圧延におけるバー材の接合時間
を短縮しようとする技術として、特開平４−１８７３８
６号公報や特開平６−３９４０５号公報に記載の技術が
知られている。これらの技術は、先行バー材と後行バー
材の端部を剪断すると同時に摺動させ、更に必要に応じ
てバー材同士を突き合わせることによって、材料表面に
酸化スケール皮膜を介在させずに新生面同士で直接接触
させるものであり、強固な金属接合を得ようとするもの
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の電熱法、レーザ
ービーム法、ガス加熱溶削法、及び摩擦法などでは接合
時間が長くかかりすぎ、圧延材の温度低下による品質低
下などが懸念され、特に溶融させる接合法では固いバリ
発生は避けられず、圧延ロールへのキズ付きの心配もあ
る。また、走行式の接合装置では速い圧延速度に対応す
ることは可能であるが、バー材の接合が短時間に完了し
ないと接合装置の走行距離が長くなり、しかも接合の前
準備、接合時の押圧によるダレやバリ除去などを含める
と最短でも１０〜２０秒を要することもあり、そのため
に確保すべきスペースが増大し、設備の大型化につなが
る。さらに、固定式の接合装置を使用する場合は、バー
材の厚みが通常２０〜５０ｍｍと厚いため、このバー材
を蓄積するための巨大なルーパーが必要となり、やはり
設備の大型化につながる。
【０００６】また、前述の特開平４−１８７３８６号公
報及び特開平６−３９４０５号公報に記載の技術では、
十分な接合強度が必ずしも得られず、圧延中にその接合
部から破断することが間々あり、特に高炭素鋼やステン
レス鋼の圧延では接合部が良好に接合されているかどう
かについての信頼性が低く、改善を必要とする。
【０００７】また、上記のような方式に限らず、従来の
バー材の接合は、先行材の後端部（フィッシュテール
部）を事前に切断除去（クロップカット）してから接合
作業に入ることが一般的で、これらの作業を同時に行う
ことは困難とされていたが、接合作業とこのクロップカ
ット作業とが同時に実施出来れば、設備費低減や省スペ
ースの点でも有利であり、このことも業界において強く
求められていることである。
【０００８】本発明の目的は、圧延ライン中で熱間圧延
材の接合を行って連続圧延を行うに際し、従来における
上記のような点を改善し、短時間で十分な熱間圧延材の
接合強度を得ることができると共に、その接合作業とク
ロップカット作業を同時に行うことができる連続熱間圧
延設備を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、スラブ材を粗圧延する粗圧延機
と、熱間圧延後のバー材を各スラブ材毎にコイル状に巻
き取る巻取機と、巻取機から巻き出されたバー材を仕上
圧延する仕上圧延機とを有する連続熱間圧延設備におい
て、前記巻取機から巻き出された先行バー材の後端部の
表面酸化スケールと、前記先行バー材に続いて上記巻取
機から巻き出された後行バー材の先端部の表面酸化スケ
ールとを機械的に除去するデスケーリング手段と、酸化
スケール除去後の後行バー材の先端部を直ちに前記先行
バー材の後端部に重ねる重ね合わせ手段と、重ね合わせ
られた先行バー材の後端部と前記後行バー材の先端部と
をくさび効果を利用した剪断作用により塑性流動変形を
起こさせて接合する接合手段とを有し、前記接合手段
が、前記バー材を挟むようにその進行方向に対して固定
された軸のまわりに回転する一対のドラムと、その一対
のドラム外周部に設けられ前記バー材の移動に合わせて
回転しながら前記バー材を接合する工具とを備えたドラ
ム式接合装置、または、バー材を挟むようにその進行方
向に対して固定された軸のまわりに振動する一対の振り
子部材と、その一対の振り子部材外周部に設けられバー
材の移動に合わせて回転しながらバー材を接合する工具
とを備えた振り子式接合装置、または、バー材を挟むよ
うにその進行方向に対して固定された軸のまわりに循環
移動する一対のペンジュラム部材と、その一対のペンジ
ュラム部材外周部に設けられバー材の移動に合わせて循
環移動しながらバー材を接合する工具とを備えたペンジ
ュラム式接合装置であることを特徴とする連続熱間圧延
設備が提供される。
【００１０】上記のように構成した本発明のポイント
は、先行バー材後端部と後行バー材先端部の表面酸化ス
ケールを機械的に除去し、直ちに後行バー材先端部を先
行バー材後端部に重ね合わせ、両者間に剪断作用による
塑性流動変形を起こさせて接合することにある。
【００１１】圧延前に部分的な強デスケーリングを行う
方式としては高圧水を用いる方式が従来から考えられて
いるが、この方式では強固な二次スケールの残存が認め
られる上に、水噴射によるバー材温度（特に表面温度）
の低下が著しく輻熱時間が十数秒も必要なため、短時間
に接合することを目的とする本発明には適合しない。一
方、本発明のように機械的にスケールを除去する場合に
は上記のような温度低下はなく、しかも二次スケールの
残損は皆無とできる利点がある。また、スケール除去後
には、直ちにその表面に新たな酸化が始まるが、本発明
では直ちに後行バー材先端部を先行バー材後端部に重ね
合わせるため、両者間の空気が断たれて新たな酸化はほ
とんど生じない。厳密には重ね合わせ完了までにわずか
なスケールが発生するが、概ね数秒以内に重ね合わせ完
了すれば接合面の清浄度は確保され問題なく強接合がで
きる。この時の重ね合わせ方式としては、例えば後行バ
ー材を昇速して先行バー材に追いつかせ、必要な重ね合
わせ長さになった時点で後行バー材の速度を先行バー材
の速度と同期させればよい。
【００１２】次に、重ね合わせられた箇所に大きな押圧
力を与えることが必要となるが、本発明では、剪断作用
により塑性流動変形を起こさせて接合する方式とする。
この場合、例えば、加圧冶具、及びこれに相対する支持
冶具の間にバー材の重ねた部分を位置させ、そのバー材
を挟み込むことにより発生するクサビ効果を利用すれ
ば、小さな加圧力でも短時間に大きな押圧力を発生させ
ることができる。この時必要な加圧力は、概ね重ねたバ
ー材の合計厚さの剪断力に相当する程度の力でよい。こ
れにより、短時間に強い接合強度で、しかも全板幅にわ
たって接合を行うがことが可能となる。
【００１３】一般に、粗圧延後のバー材の温度は１００
０℃程度の高温である。この程度の高温であれば、本発
明のように表面酸化スケールを機械的に除去して、直ち
に重ね合わせ、強押圧すれば、溶融させることなく強固
な接合が行える。さらに、短時間に接合を完了するため
には、前述のクサビ効果等を利用した押圧力を増大すれ
ばよく、例えば１秒以内で接合を完了することも可能で
ある。
【００１４】また、上記のようにクサビ効果等を利用し
た剪断作用による塑性流動変形を起こさせ、これによる
接合を行えば、先行バー材後端部と後行バー材先端部の
クロップ部分はその接合とほぼ同時に分離できる。
【００１５】
【００１６】また、前述のように接合手段をドラム式接
合装置、または振り子式接合装置、またはペンジュラム
式接合装置としたが、特に、振り子式接合装置やペンジ
ュラム式接合装置の場合には、接合時においてバー材に
工具が接触する時間を実質的に長くすることができるた
め、より確実な接合が可能となる。
【００１７】また、前述のように先行バー材後端部と後
行バー材先端部のクロップ部分はその接合とほぼ同時に
分離できるが、ある程度クロップ部分はバー材に付着し
ている場合もあるため、そのクロップ部分をバー材表面
からクロップ分断手段により除去（剥離または蹴出し）
することが好ましい。
【００１８】また、本発明の連続熱間圧延設備において
好ましくは、バー材の接合部の強度を診断する強度診断
手段を設け、強度診断手段による強度診断によりバー材
の接合部の強度が規定値以下の時に、接合後の接合部を
切断する切断手段をさらに有する。このように切断手段
によって接合部を切断した後は、仕上圧延機により先行
バー材及び後行バー材をバッチ圧延に切り替えて仕上圧
延する。これにより、バー材の接合部の強度が規定値以
下の時には直ちに連続圧延を中止してバッチ圧延を行う
ため、圧延中の接合部破断事故が防止される。ここで、
バー材の接合部の強度の規定値とは、接合の失敗や接合
面積不足などでその後の圧延時に破断が予想されること
がない程度の強度をさす。
【００１９】また、一般に、巻取機から巻き出されるバ
ー材の温度は、その先端部が高く後端部に行くほど低く
なる。これは、巻取機内のコイル外径部と内径部とで巻
き出しタイミングに時差が生じ、コイル内径部からの放
熱量が多くなるためである。バー材後端部は次のバー材
先端部と接合される部分であるが、極端な場合、先端部
と後端部の温度差が１００℃〜１５０℃程度になること
も予想され、後端部近傍の温度が８００℃程度まで低下
すると十分な接合強度が得られず問題となる。このよう
な大きな温度差は接合強度のみならず確保すべき仕上温
度の観点からも望ましくない。本発明では、巻取機に、
巻き取られたバー材のコイル内径部分の温度低下を防止
する温度低下防止手段を設け、上記のような先端部と後
端部の温度差をなくし、必要な接合強度や仕上温度が得
られるようにする。この温度低下防止手段は、バー材の
巻き取り終了時に点火し、デスケーリング手段への巻き
出し完了後に消火する火炎バーナーとすることが好まし
い。
【００２０】また、上記連続熱間圧延設備の重ね合わせ
手段は、好ましくは、先行バー材の後端部及び後行バー
材の先端部の重ね合わせ長さを任意に設定可能とする。
【００２１】さらに、好ましくは、デスケーリング手段
による先行バー材の表面酸化スケール除去前に、少なく
とも後行コイルのクロップ部分の一部を分断除去するク
ロップ分断手段を有する。
【００２２】さらに、本発明で好ましくは、接合後のバ
ー材の曲がりをローラによってフラット化するフラット
化手段と、フラット化後のバー材の接合部をベンディン
グローラで曲げることによって強度診断を行った後に接
合後のバー材を連続的に前記仕上圧延機に送る強度診断
手段とを有する。即ち、前述のような接合後のバー材は
曲がり変形するが、ローラによってフラット化すること
でその曲がりを矯正する。これにより、次工程の圧延時
におけるロール噛込みショックを軽減するのに有効であ
り、その圧延前におけるデスケーリングを行うことにも
なり、好都合となる。また、圧延中の接合部破断事故を
未然に防止することは操業上必須であるが、上述の接合
部が十分な強度を有するかどうかの診断を次工程の圧延
前に行えば、圧延中の接合部破断事故を未然に防止出来
る。この観点から本発明では、フラット化後のバー材の
接合部をベンディングローラで曲げることによって強度
診断を行う。このベンディングローラによる強度診断
は、前述のローラによるフラット化と同一工程にするこ
とも可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について、
図１から図１６を参照しながら説明する。図１は、本実
施形態の連続熱間圧延設備の概略構成図である。連続熱
間圧延設備は、粗ミル１、巻取機である中間コイラー
２、レベリングロール装置３、接合装置４、クロップ分
断装置５、フラット化・接合診断機６、エッジヒーター
７、クロップシヤー８、仕上ミル９、分割シヤー１０、
ダウンコイラー１１を備える。仕上ミル９の圧延速度は
粗ミル１及び粗ミル１の前の連続鋳造器（図示せず）の
圧延（または鋳造）速度に比べて大きく、ラインの速度
を調整するため、粗ミル１を出たバー材１００は中間コ
イラー２で巻き取られる。バー材１００は中間コイラー
２から巻き出され、レベリングロール装置３で巻きぐせ
が取られる。レベリングロール装置３にはレベリングロ
ール３ａが備えられている他、出口付近に先端用カッタ
ー１６が備えられ、また接合装置４入口付近には後端用
カッター１７が備えられる。先端用カッター１６及び後
端用カッター１７はデスケーリング手段を構成する。
【００２４】中間コイラー２から巻き出されたバー材は
接合されることになるが、先行バー材の後端部の重ね合
わせ面の表面酸化スケールは後端用カッター１７で、後
行バー材の先端部の重ね合わせ面の表面酸化スケールは
先端用カッター１６で、それぞれ除去される。先行バー
材の後端部と後行バー材の先端部はスケール除去後直ち
に重ね合わせられ（図２参照）、接合装置４で接合後、
クロップ分断装置５でクロップ部分が除去され、フラッ
ト化・接合診断機６でバー材１００の曲がりのフラット
化処理、及びバー材１００の接合部の強度診断が行われ
る。さらに、接合されたバー材１００はエッジヒーター
７を通過し、仕上ミル９で仕上圧延が施され、次工程以
降で取り扱いが可能な長さに分割シヤー１０で切断され
た後にダウンコイラー１１に巻き取られる。
【００２５】図２（ａ）は先行バー材の後端部と後行バ
ー材の先端部のデスケーリング、及び両者の重ね合わせ
の状況を説明する図である。本実施形態では部分デスケ
ーリングが十分になされることが重要であるが、先行バ
ー材１２のスケールが後端用カッター１７で、後行バー
材１３のスケールが先端用カッター１６で、それぞれ切
削により機械的に除去されるため、先行バー材１２及び
後行バー材１３の温度低下がなく、しかも二次スケール
の残損はほぼ皆無とできる利点がある。また、スケール
除去後には、直ちにその表面に新たな酸化が始まるが、
本発明では直ちに後行バー材先端部を先行バー材後端部
に重ね合わせるため、両者間の空気が断たれて新たな酸
化はほとんど生じない。厳密には重ね合わせ完了までに
わずかなスケールが発生するが、概ね数秒以内に重ね合
わせ完了すれば接合面の清浄度は確保され問題なく強接
合ができる。実機におけるデスケーリングは、先行バー
材１２の後端部の幅方向については全幅に渡って、長手
方向については部分的（例えば２０ｍｍ〜１００ｍｍ程
度）に行い、また後行バー材１３の先端部の幅方向につ
いても全幅に渡って、長手方向についても部分的（２０
ｍｍ〜１００ｍｍ程度）に行うのが好ましい。
【００２６】先行バー材１２の後端用カッター１７によ
るスケール除去、及び後行バー材１３の先端用カッター
１６によるスケール除去後、重ねローラ１５によって後
行バー材１３を押し上げ、その回転を速めて後行バー材
１３を昇速し、直ちに先行バー材１２に後行バー材１３
を追い付かせる。そして、図２（ｂ）に示すように必要
な重ね合わせ長さ（通常は２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度
が望ましい）になった時点で後行バー材１３の速度を先
行バー材１２の速度に同期させ、重ねたまま接合装置４
に導入して接合する。この時、図３に示すように、デス
ケーリングした新生面１３ａ及び１４ａが重なるように
する。
【００２７】また、後行バー材１３の速度を、条件に合
わせて設定することにより、先行バー材１２の後端部
（フィッシュテール）及び後行バー材１３の先端部（ト
ング）の重ね合わせ長さを適当に設定することが可能で
ある。この重ね合わせ長さは確実な接合を考慮して２０
０ｍｍ程度を最小とするのが望ましい。
【００２８】この時の速度制御の一例について図４に示
す。図４は、先行バー材１２が６０ｍ／ｍｉｎで走行中
であって、後行バー材１３が後方４ｍの位置（デスケー
リング終了位置）から追いつく場合である。また、先行
バー材１２は後行バー材１３のデスケーリングから２ｓ
ｅｃ後にデスケーリングされるとする。後行バー材１３
は最初６０ｍ／ｍｉｎで走行するが、後行バー材１３の
デスケーリング時に１８０ｍ／ｍｉｎまで加速する。す
ると、それから２ｓｅｃ後に後行バー材１３は先行バー
材１２に追い付き、重ね合わせ後には両者が同一速度
（６０ｍ／ｍｉｎ）で走行する。実際には重ね合わせ長
さを考慮する必要があるが、基本的にはこの例のような
速度制御をすれば良い。この例によれば、先行バー材は
デスケーリング後２秒、後行バー材はデスケーリング後
４秒で直ちに重ね合わせられ、新生面が空気と遮断さ
れ、再酸化して新たな酸化スケールが発生する可能性は
ほとんどなくなる。
【００２９】また、後行バー材１３の先端部を先行バー
材１２の後端部に追い付かせて重ね合わせた後、両者の
接触面を擦り合わせて同時にデスケーリングしても良
い。この場合には、デスケーリング後の酸化スケール発
生防止に有効である。更に、図２のカッターに代えて、
グラインダーを利用したり、ショットブラスト方式を利
用して機械的にデスケーリングしても良い。
【００３０】次に、接合装置４の構成及び機能について
図５〜図１１により説明する。図５はドラム式接合装置
の主要部の構成図であり、上ドラム２０及び下ドラム２
２がバー材１００を挟むように、かつバー材１００の進
行方向に対して固定された軸のまわりに回転可能に取り
付けられており、上ドラム２０、下ドラム２２には、そ
れぞれ支持部材２０ａ，２２ａが固定され、支持部材２
０ａ，２２ａ先端にはそれぞれ上接合工具２１及び下接
合工具２３が取り付けられている。上ドラム２０、下ド
ラム２２は図６に側面図で示すようにドラム軸受箱２０
ｃ，２２ｃで支持され、軸受箱２０ｃ，２２ｃはフレー
ム２９内に収納されており、ドラム軸受箱２０ｃとフレ
ーム２９上面との間にはウェッジ３０が挿入されてい
る。また、ドラム軸受箱２０ｃと２２ｃとの間の距離は
バランスシリンダー３１によって保持されている。上ド
ラム２０、下ドラム２２はバー材１００の移動に合わせ
て回転し、前述の先行バー材１２の後端部と後行バー材
１３の先端部との重ね合わせ部分を上接合工具２１及び
下接合工具２３が挟み込んで接合が行われる。
【００３１】接合に際しては、重ね合わせられた箇所に
大きな押圧力を与えることが必要となる。この時の接合
の状況を図７に拡大図で示す。図７に示すように、凹型
の下接合工具２３と傾斜した面を持つ上接合工具２１と
の間に先行バー材１２と後行バー材１３の重ね合わせた
箇所を挟み込み、上接合工具２１にＰなる押圧力を加え
る。これにより、剪断作用により塑性流動変形が起こ
り、両者が接合する。この接合は図８に模式図で示すク
サビ効果を利用したものである。図８のブロック１３ａ
が図７の後行バー材１３に相当し、被接合部材１２ａが
図７の先行バー材１２に相当する。即ち、テーパ１００
ａを設けたブロック１３ａと被接合部材１２ａとを接触
させ、上方より押圧力Ｐで押圧するとブロック１３ａと
被接合部材１２ａの接触面にはＰの分力としてＰの３倍
程度にもなる大きな力Ｆが発生し、この力Ｆによりブロ
ック１３ａと被接合部材１２ａが接合される。この時の
加圧力Ｐはおおむね重ね板厚み合計の剪断力に相当する
力でよく、例えば、厚さ３０ｍｍ×幅１２００ｍｍのバ
ー材を接合する場合、 Ｐ＝τ・２ｔ・ｗ＝15×2×30×1,200＝1,080,000ｋｇ 即ち、1,080トン程度であればよい。但し、上記におい
てτは材質及び加圧速度によって決まる定数であって９
００℃の普通鋼を２００ｍｍ／ｓで加圧する場合には上
式のようτ＝15となる。
【００３２】また、接合装置４は走行式ではなく上接合
工具２１及び下接合工具２３のみが上ドラム２０、下ド
ラム２２の回転によってバー材１００の速度に同期して
移動する構造であるため、中間コイラー２と仕上ミル９
の間の距離を大幅に短縮することができ、これによって
バー材１００の温度低下防止が図れ、コンパクトな連続
熱間圧延設備を実現でき、さらに圧延の連続化への設備
改造も容易になしうる。
【００３３】但し、上述のクサビ効果を発揮させるには
押圧力Ｐによっても先行バー材１２及び後行バー材１３
がずれないようにロックする必要があり、図７に示す下
接合工具２３の後行バー材１３側の凹部上面角部２３ａ
が先行バー材１２のフィッシュテール部分に食い込むこ
とによりそのロックの役割を果たすことになる。この下
接合工具２３の凹部上面角部２３ａの存在により、バー
材１００を係止固定するためのクランプ等を特に設ける
必要はない。
【００３４】また、図７に示す刃物ラップＧには、クサ
ビ効果を発揮させるために最適な値が存在し、実験によ
れば厚みが２０〜４０ｍｍのバー材でＧ＝０〜１０ｍｍ
程度が好ましい。さらに、ストロークＳは後述するクロ
ップ処理の容易さを考慮するとバー材１００の板厚の
１．２〜１．５倍程度が好ましい。
【００３５】上記のような接合時には、後行バー材１３
先端部のクロップ部分（以下、上クロップという）４２
と先行バー材１２後端部のクロップ部分（以下、下クロ
ップという）４３はその接合とほぼ同時に分離できる。
この時、一般に、上クロップ４２、下クロップ４３はバ
ー材１００（母材）に付着しているため、その後の圧延
作業に支障が無いように、接合装置４を出たところでク
ロップ分断装置５（図１参照）により上クロップ４２、
下クロップ４３の処理を行い、各々離脱して機外へ搬出
する。図５に示すように、下クロップ４３に関しては下
クロップ分断機２４のシリンダー２５を作動させ、蹴出
し部材２４ａで下クロップ４３を蹴出し、下クロップト
レー２４ｂに回収する。また、上クロップ４２に関して
は上クロップ処理機２７のシリンダー２６を作動させ、
剥離部材２７ａで上クロップ４２を剥離し、上クロップ
トレー２７ｂに回収する。ここに、下クロップ分断機２
４、蹴出し部材２４ａ、シリンダー２５、下クロップト
レー２４ｂ、上クロップ処理機２７、剥離部材２７ａ、
シリンダー２６、上クロップトレー２７ｂはクロップ分
断装置５を構成する。
【００３６】ここでは、接合装置４での接合後に分離し
た上クロップ４２及び下クロップ４３を処理したが、後
端用カッター１７による先行バー材１２後端部の酸化ス
ケール除去前に、後行バー材１３先端のクロップ部分の
一部を分断除去しておいても良い。この場合には、例え
ば、中間コイラー２の前に図１に示すようにクロップカ
ットシャー８ａを配置することになる。また、レベリン
グロール装置３の前で切断してもよい。
【００３７】また、図９（ｂ）に示すように、接合され
る先行バー材１２及び後行バー材１３の板厚に差がある
場合には、図９（ａ）に示す先行バー材１２及び後行バ
ー材１３の板厚が同一の場合に対して、上接合工具２１
のストロークを変更すれば良い。例えば、図９（ｂ）の
場合は（ａ）に比べて図中ｄだけストロークを多くして
いる。上記ストロークｄの調整は図６に示したバランス
シリンダー３１のストロークにより調整する。
【００３８】また、板幅に差がある場合には以下のよう
にする。一つの方式は、図１０（ａ）〜（ｃ）のように
先行バー材１２及び後行バー材１３を重ねてからカッタ
ーの上刃３２と下刃３３とにより切断して急激な板厚の
変化を緩和する方式である。また、他の方式は、図１０
（ｄ）〜（ｅ）のように先行バー材１２及び後行バー材
１３を重ねる前に板幅の広い方をカッターの上刃３４と
下刃３５とにより切断し、その後に重ね合わせる方式で
ある。但し、図１０（ａ），（ｄ）は先行バー材１２の
方が後行バー材１３よりも板幅が狭い場合、図１０
（ｂ），（ｅ）は先行バー材１２の方が後行バー材１３
よりも板幅が広い場合を示す図であり、図１０（ｃ）は
図１０（ａ）または（ｂ）の場合の断面図、図１０
（ｆ）は図１０（ｄ）または（ｅ）の場合の断面図であ
る。また、図１０の上刃３２と下刃３３で構成するカッ
ターや、上刃３４と下刃３５で構成するカッターは、図
１の接合装置４よりも前に設置すれば良い。
【００３９】さらに、板幅に差がある場合において、図
１０に示した方式の他に図１１のような方式も可能であ
る。即ち、図１１（ａ），（ｂ）のように接合装置４内
において板幅が狭い方のバー材の両側面にダミーシート
３６またはダミーシート３７をシフトさせて介在させ
る。図１１（ａ）のように先行バー材１２の方が後行バ
ー材１３よりも板幅が広い場合には、上側のダミーシー
ト３６の方を後行バー材１３の両側面に移動させ、図１
１（ｂ）のように先行バー材１２の方が後行バー材１３
よりも板幅が狭い場合には、下側のダミーシート３７の
方を先行バー材１２の両側面に移動させる。図１１
（ｃ）に、ダミーシート３６及びダミーシート３７、さ
らに上接合工具２１、下接合工具２３、先行バー材１
２、後行バー材１３の位置関係を示す。但し、図１１
（ｃ）は図１１（ａ）または（ｂ）をＣ方向（側面）か
ら見た図である。上記図１１による方式は、図１０のよ
うなカッターによる方式の採用が困難な時などに採用で
きる。
【００４０】上記のように上クロップ４２及び下クロッ
プ４３を除去したバー材１００の接合部は曲がり変形し
ているため、次工程のエッジヒーター７及び仕上ミル９
の前にフラット化・接合診断機６によってフラット化作
業を行い、その曲がりを矯正する。このフラット化は圧
延前のデスケーリングを確実にすること及びロール噛込
みショックを軽減するのに有効である。また同時に、フ
ラット化・接合診断機６ではフラット化後のバー材の接
合部の強度診断を行う。図１２はフラット化・接合診断
機６の構成を示す図である。フラット化・接合診断機６
には上フラット化ロール３８ａ、下フラット化ロール３
８ｂ、出口ロール３８ｃが備えられ、出口ロール３８ｃ
の前にベンディングローラ４０及び荷重検出器４１が備
えられている。また、各は圧下装置４２Ａ，４２Ｂ，４
２Ｃによって圧下される。上フラット化ロール３８ａと
下フラット化ロール３８ｂの間を通過したバー材１００
はベンディングローラ４０及び出口ロール３８ｃで曲げ
変形が加えられてフラット化が施されると共に、ベンデ
ィングローラ４０に設けた荷重検出器４１により接合部
の接合強度が診断される。
【００４１】図１３は、荷重検出器４１による接合部の
強度診断の判断基準を説明する図である。図１３のよう
に、接合部通過後のベンディングローラ４０にかかる荷
重（接合部の強度に相当する）が図のＡで示す規定の範
囲内にある時には接合が良好に行われたものとしてその
後の仕上ミル９による連続圧延を続行し、図のＢで示す
ように規定の範囲よりも小さい時には、接合が不良であ
るとして連続圧延を中止し、バッチ圧延に切り替える。
バッチ圧延に切り替える際には、図１のシヤー８によっ
て接合部を切断する。このように接合不良の場合に連続
圧延を中止してバッチ圧延を行うことにより、圧延中の
接合部破断事故が防止される。なお、図１３のＡの範囲
は、接合の失敗や接合面積不足などでその後の圧延時に
破断が予想されることのない程度の強度をさす。
【００４２】ここで、中間コイラー２におけるバー材１
００のコイルの保温に関して説明する。一般に、中間コ
イラー２から巻き出されるバー材１００の温度は、その
先端部が高く後端部に行くほど低くなる。これは、コイ
ル外径部と内径部とで巻き出しタイミングに時差が生
じ、コイル内径部からの放熱量が多くなるためである。
このため先行バー材１２の後端部は後行バー材１３の先
端部の温度差は、極端な場合、１００℃〜１５０℃程度
になることも予想され、先行バー材１２後端部近傍の温
度が８００℃程度まで低下すると十分な接合強度が得ら
れず問題となる。このような大きな温度差は接合強度の
みならず確保すべき仕上温度の観点からも望ましくな
い。本実施形態では、図１４に示すように、中間コイラ
ー２内におけるコイル１０１の内径部分に温度低下防止
手段としての火炎バーナー２ａを配置し、バー材１００
の巻き取り終了時に燃料ガスに点火し、火炎２ｂの熱に
よってコイル１０１の内径部分を加熱または保温する。
これにより、先行バー材１２の後端部と後行バー材１３
の先端部の温度差をなくし、必要な接合強度や仕上温度
が得られるようにする。また、中間コイラー２からのコ
イル１０１の巻き出し完了後には、火炎バーナー２ａを
消火し、中間コイラー２から退避させる。なお、図１４
のような火炎バーナー２ａを使用する代わりに、コイル
１０１を保温用のケースに収納して蓋をしても良い。
【００４３】図５では接合装置４としてドラム式のもの
を説明したが、図１５示すような振り子式接合装置や、
図１６に示すようなペンジュラム式接合装置としてもよ
い。但し、図１５、図１６はそれらの機構を模式的に示
す図である。図１５の振り子式接合装置は、バー材１０
０を挟むようにそのバー材１００進行方向に対して固定
された軸のまわりに振動する一対の振り子部材２０Ａ，
２２Ａと、その振り子部材２０Ａ，２２Ａ外周部にそれ
ぞれ設けられた上接合工具２１Ａ及び下接合工具２３Ａ
を有し、バー材１００の移動に合わせて振り子状に回転
しながら接合を行うものである。また、図１６のペンジ
ュラム式接合装置は、バー材１００を挟むようにそのバ
ー材１００進行方向に対して固定された軸のまわりに循
環移動する一対のペンジュラム部材２０Ｂ，２２Ｂと、
そのペンジュラム部材２０Ｂ，２２Ｂ外周部にそれぞれ
設けられた上接合工具２１Ｂ及び下接合工具２３Ｂを有
し、バー材１００の移動に合わせて循環移動しながら接
合を行うものである。
【００４４】以上説明したような本実施形態によれば、
先行バー材１２後端部と後行バー材１３先端部のスケー
ルを機械的に除去するため温度低下が避けられ、二次ス
ケールの残存も防げる。そして、直ちに後行バー材１３
先端部を先行バー材１２後端部に重ね合わせるので、新
たに酸化する事が防止される。その後、接合装置４にお
いて、クサビ効果を利用し、剪断作用による塑性流動変
形を起こさせて接合するので、概ね重ねたバー材１００
の合計厚さの剪断力に相当する程度の力で強固な（母材
並の強度を有する）接合が行え、全幅接合も可能である
ので信頼性の高い接合が実現できる。
【００４５】また、接合装置４を走行式としないため、
中間コイラー２と仕上ミル９の間の距離を大幅に短縮す
ることができ、これによってバー材１００の温度低下防
止が図れ、コンパクトな連続熱間圧延設備を実現でき、
さらに圧延の連続化への設備改造も容易になしうる。こ
の圧延の連続化により生産性が大幅に向上する。
【００４６】また、溶融させることなく固相での接合を
行うので、新たな加熱を必要とせず、固いバリ発生や品
質低下が回避され、圧延ロールへのキズ付き損傷の心配
もない。従って、バリ除去工程や加熱工程が省略され工
程の短縮が図れ、設備の保守性も向上する。
【００４７】また、その接合とほぼ同時に上クロップ４
２及び下クロップ４３を分離でき、クロップ分断装置５
によってその上クロップ４２及び下クロップ４３を処理
することができる。
【００４８】また、フラット化・接合診断機６によって
接合部をフラット化するので、仕上ミル９におけるロー
ル噛込みショックを軽減するのに有効であり、同時にバ
ー材１００の接合部の強度診断を行い、不良の場合に連
続圧延を中止し、バッチ圧延に切り替えるので、圧延中
の接合部破断事故を未然に防止することができる。
【００４９】さらに、中間コイラー２内におけるコイル
１０１の内径部分に火炎バーナー２ａを配置し、火炎１
ｂの熱によってコイル１０１の内径部分を加熱または保
温するので、先行バー材１２の後端部と後行バー材１３
の先端部の温度差をなくし、必要な接合強度や仕上温度
を得ることができる。
【００５０】なお、上記のような連続熱間圧延設備は、
おもに普通炭素鋼の熱間圧延鋼板を製造するのに適して
おり、実際の操業では図９〜図１１で説明したように板
厚及び板幅の変更に十分対応できる他、剪断作用による
塑性流動変形を利用した機械的な接合方式であるので鋼
種の変更にも対応できる。また、適用材料が普通炭素鋼
以外の材料であっても応用展開が可能である。例えばス
テンレス鋼や珪素鋼にも適用でき、強固な酸化皮膜に覆
われたアルミニウム合金などの非鉄材料にも適用でき
る。特に、アルミニウム合金の場合、変形性能や酸化皮
膜の性質などが普通炭素鋼と異なるため、重ね合わせ長
さを炭素鋼より短く抑え、大きな塑性流動変形を起こさ
せることで強固な接合が達成される。
【００５１】また、近年、高圧水デスケーリング装置の
性能が向上し温度低下を大幅に回避できるものが開発さ
れてきている。従って、このような温度低下の問題を回
避できるような高性能なものであるならば、前述の先端
用カッター１６及び後端用カッター１７、或いはグライ
ンダーやショットブラスト方式に代えて使用することは
可能であると考えられる。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、先行バー材後端部と後
行バー材先端部のスケールを機械的に除去するため温度
低下が避けられ、二次スケールの残損も防止でき、その
後直ちに両者を重ね合わせるので新たな酸化が防止され
る。そして、剪断作用による塑性流動変形を起こさせて
接合するので、強固な接合が行え、全幅接合も可能で信
頼性の高い接合が実現でき、接合とほぼ同時にクロップ
部分を分離することも可能である。また、接合手段を走
行式としないため、巻取機と仕上圧延機の距離を大幅に
短縮することができ、これによってバー材温度低下防止
が図れ、コンパクトな連続熱間圧延設備を実現でき、さ
らに圧延の連続化への設備改造も容易になしうる。ま
た、この圧延の連続化により生産性が大幅に向上する。
【００５３】また、溶融させることなく固相での接合を
行うので、新たな加熱を必要とせず、固いバリ発生や品
質低下が回避され、圧延ロールへのキズ付き損傷の心配
もない。従って、バリ除去工程や加熱工程が省略され工
程の短縮が図れ、設備の保守性も向上する。
【００５４】また、フラット化によって仕上圧延機にお
けるロール噛込みショックを軽減でき、バー材の接合部
の強度診断を行うので、圧延中の接合部破断事故を未然
に防止することができる。
【００５５】さらに、巻取機内におけるコイルの内径部
分の温度低下を温度低下防止手段によって防止するの
で、先行バー材の後端部と後行バー材の先端部の温度差
をなくし、必要な接合強度や仕上温度を得ることができ
る。
【００５６】従って、本発明によれば、製品歩留まりの
向上及び品質向上、設備費の低減、操業の自動化の実
現、ミスロールの減少などを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による連続熱間圧延設備
の概略構成図である。
【図２】（ａ）は先行バー材の後端部と後行バー材の先
端部のデスケーリング、及び両者の重ね合わせの状況を
説明する図、（ｂ）は重ね合わせ完了時の状況を説明す
る図である。
【図３】デスケーリングした先行バー材の後端部及び後
行バー材の先端部の新生面が重なった状況を示す図であ
る。
【図４】先行バー材の後端部及び後行バー材の先端部の
重ね合わせ時における速度制御の一例示す図である。
【図５】図１における接合装置の構成を示す図であっ
て、ドラム式接合装置の主要部の構成図である。
【図６】図５のドラムがフレーム内に収納され状況を示
すドラム式接合装置の側面図である。
【図７】図５のドラム式接合装置による接合の状況を示
す拡大図である。
【図８】図５のドラム式接合装置によるクサビ効果を説
明する模式図である。
【図９】接合される先行バー材及び後行バー材の板厚に
差がある場合における対応を説明する図である。
【図１０】接合される先行バー材及び後行バー材の板幅
に差がある場合における対応を説明する図である。
【図１１】接合される先行バー材及び後行バー材の板幅
に差がある場合における他の対応を説明する図である。
【図１２】フラット化・接合診断機の構成を示す図であ
る。
【図１３】荷重検出器による接合部の強度診断の判断基
準を説明する図である。
【図１４】中間コイラー内におけるコイルの内径部分に
火炎バーナーを配置した状態を示す図である。
【図１５】ドラム式接合装置の変形例として適用される
振り子式接合装置を模式的に示す図である。
【図１６】ドラム式接合装置の変形例として適用される
ペンジュラム式接合装置を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 粗ミル ２ 中間コイラー ３ レベリングロール装置 ４ 接合装置 ５ クロップ分断装置 ７ エッジヒーター ６ フラット化・接合診断機 ８ シヤー ８ａ クロップシヤー ９ 仕上ミル １０ 分割シヤー１０ １１ ダウンコイラー １２ 先行バー材 １３ 後行バー材 １４ テーブルローラ １５ 重ねローラ １６ 先端用カッター １７ 後端用カッター ２０ 上ドラム ２１ 上接合工具 ２２ 下ドラム ２３ 下接合工具 ２４ 下クロップ分断機 ２４ａ 蹴出し部材 ２４ｂ 下クロップトレー ２５ シリンダー ２６ シリンダー ２７ 上クロップ処理機 ２７ａ 剥離部材 ２７ｂ 上クロップトレー ２９ フレーム ３１ バランスシリンダー ３２ 上刃 ３３ 下刃 ３４ 上刃 ３５ 下刃 ３６ 上ダミーシート ３７ 下ダミーシート ３８ａ 上フラット化ロール ３８ｂ 下フラット化ロール ３８ｃ 出口ロール ４０ ベンディングローラ ４１ 荷重検出器 ４２ 上クロップ ４３ 下クロップ １００ バー材
フロントページの続き (72)発明者 舟木 孝雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 石川 文紀 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平６−39405（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−24905（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−23706（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B21B 1/26 B21B 15/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】スラブ材を粗圧延する粗圧延機と、熱間圧
    延後のバー材を各スラブ材毎にコイル状に巻き取る巻取
    機と、巻取機から巻き出されたバー材を仕上圧延する仕
    上圧延機とを有する連続熱間圧延設備において、 前記巻取機から巻き出されたバー材の後端部の表面酸化
    スケールを機械的に除去すると共に、前記バー材を先行
    バー材としてそれに続いて前記巻取機から巻き出された
    後行バー材の先端部の表面酸化スケールを機械的に除去
    するデスケーリング手段と、 前記酸化スケール除去後の前記後行バー材の先端部を直
    ちに前記先行バー材の後端部に重ねる重ね合わせ手段
    と、 重ね合わせられた前記先行バー材の後端部と前記後行バ
    ー材の先端部とをくさび効果を利用した剪断作用により
    塑性流動変形を起こさせて接合する接合手段とを有し、 前記接合手段は、前記バー材を挟むようにその進行方向
    に対して固定された軸のまわりに回転する一対のドラム
    と、その一対のドラム外周部に設けられ前記バー材の移
    動に合わせて回転しながら前記バー材を接合する工具と
    を備えたドラム式接合装置であることを特徴とする連続
    熱間圧延設備。
  2. 【請求項２】スラブ材を粗圧延する粗圧延機と、熱間圧
    延後のバー材を各スラブ材毎にコイル状に巻き取る巻取
    機と、巻取機から巻き出されたバー材を仕上圧延する仕
    上圧延機とを有する連続熱間圧延設備において、 前記巻取機から巻き出されたバー材の後端部の表面酸化
    スケールを機械的に除去すると共に、前記バー材を先行
    バー材としてそれに続いて前記巻取機から巻き出された
    後行バー材の先端部の表面酸化スケールを機械的に除去
    するデスケーリング手段と、 前記酸化スケール除去後の前記後行バー材の先端部を直
    ちに前記先行バー材の後端部に重ねる重ね合わせ手段
    と、 重ね合わせられた前記先行バー材の後端部と前記後行バ
    ー材の先端部とをくさび効果を利用した剪断作用により
    塑性流動変形を起こさせて接合する接合手段とを有し、 前記接合手段は、前記バー材を挟むようにその進行方向
    に対して固定された軸のまわりに振動する一対の振り子
    部材と、その一対の振り子部材外周部に設けられ前記バ
    ー材の移動に合わせて回転しながら前記バー材を接合す
    る工具とを備えた振り子式接合装置であることを特徴と
    する連続熱間圧延設備。
  3. 【請求項３】スラブ材を粗圧延する粗圧延機と、熱間圧
    延後のバー材を各スラブ材毎にコイル状に巻き取る巻取
    機と、巻取機から巻き出されたバー材を仕上圧延する仕
    上圧延機とを有する連続熱間圧延設備において、 前記巻取機から巻き出されたバー材の後端部の表面酸化
    スケールを機械的に除去すると共に、前記バー材を先行
    バー材としてそれに続いて前記巻取機から巻き出された
    後行バー材の先端部の表面酸化スケールを機械的に除去
    するデスケーリング手段と、 前記酸化スケール除去後の前記後行バー材の先端部を直
    ちに前記先行バー材の後端部に重ねる重ね合わせ手段
    と、 重ね合わせられた前記先行バー材の後端部と前記後行バ
    ー材の先端部とをくさび効果を利用した剪断作用により
    塑性流動変形を起こさせて接合する接合手段とを有し、 前記接合手段は、前記バー材を挟むようにその進行方向
    に対して固定された軸のまわりに循環移動する一対のペ
    ンジュラム部材と、その一対のペンジュラム部材外周部
    に設けられ前記バー材の移動に合わせて循環移動しなが
    ら前記バー材を接合する工具とを備えたペンジュラム式
    接合装置であることを特徴とする連続熱間圧延設備。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の連続熱
    間圧延設備において、前記接合手段による接合後に前記
    先行バー材及び前記後行バー材のクロップ部分を前記バ
    ー材表面から除去するクロップ分断手段をさらに有する
    ことを特徴とする連続熱間圧延設備。
  5. 【請求項５】請求項１〜３のいずれか１項記載の連続熱
    間圧延設備において、前記バー材の接合部の強度を診断
    する強度診断手段を設け、前記強度診断手段によって強
    度診断した前記バー材の接合部の強度が規定値以下の時
    に、接合後の前記接合部を切断する切断手段をさらに有
    し、前記仕上圧延機は前記先行バー材及び前記後行バー
    材をバッチ圧延に切り替えて仕上圧延することを特徴と
    する連続熱間圧延設備。
  6. 【請求項６】請求項１〜３のいずれか１項記載の連続熱
    間圧延設備において、前記巻取機に、巻き取られた前記
    バー材のコイル内径部分の温度低下を防止する温度低下
    防止手段を設け、該温度低下防止手段を、前記バー材の
    巻き取り終了時に点火し、前記デスケーリング手段への
    巻き出し完了後に消火する火炎バーナーとすることを特
    徴とする連続熱間圧延設備。
  7. 【請求項７】請求項１〜３のいずれか１項記載の連続熱
    間圧延設備において、前記重ね合わせ手段は、前記先行
    バー材の後端部及び前記後行バー材の先端部の重ね合わ
    せ長さを任意に設定可能であることを特徴とする連続熱
    間圧延設備。
  8. 【請求項８】請求項１〜３のいずれか１項記載の連続熱
    間圧延設備において、前記デスケーリング手段による前
    記先行バー材の表面酸化スケール除去前に、少なくとも
    前記後行バー材のクロップ部分の一部を分断除去するク
    ロップ分断手段をさらに有することを特徴とする連続熱
    間圧延設備。
  9. 【請求項９】請求項１〜３のいずれか１項記載の連続熱
    間圧延設備において、接合後の前記バー材の曲がりをロ
    ーラによってフラット化するフラット化手段と、前記フ
    ラット化後のバー材の接合部をベンディングローラで曲
    げることによって強度診断を行った後に接合後の前記バ
    ー材を連続的に前記仕上圧延機に送る強度診断手段をさ
    らに有することを特徴とする連続熱間圧延設備。
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