JP5393933B2 - 再生式レイングパイプ - Google Patents

Description

本発明は、概して、熱間圧延された製品をらせん状のリング形状に形成するために圧延機レイングヘッドにおいて用いられるレイングパイプに関し、特に、熱間圧延された製品との摩擦接触によって生ぜしめられる局所的な加速した摩耗を受けやすい内側パイプ面を周期的にシフトさせかつこれにより更新することによってこのようなパイプの耐用寿命を延長することに関する。

背景の説明
図１に概略的に示されたような典型的なロッド圧延機において、ビレットが炉において再熱される。加熱されたビレットは、炉から抜き取られ、荒引き圧延機１２、中間圧延機１４、仕上圧延機、及び場合によっては絞り／サイジング圧延機（図示せず）を通って圧延される。次いで、仕上げられた製品は、レイングヘッド１８へ送られ、このレイングヘッド１８において製品はリング２０に形成される。リングは、再成形ステーション２４への搬送用のコンベヤ２２に載置され、この再成形ステーション２４においてリングはコイルに収集される。コンベヤ上での搬送中、リングは、選択された薬学的な特性を達成するために、制御された冷却を提供される。

再び、図２に概略的に示したように、レイングヘッド１８は、湾曲したレイングパイプ２８を含む中空のクイル２６を有する。モータ３２によって作動させられる傘歯車群３０は、クイル及びレイングパイプを軸線"Ａ"を中心にして回転駆動するために働く。

ここ数十年間に亘り、ロッド圧延機の送出速度は劇的に高まった。例えば、圧延機は、今では、１１０ｍ／ｓ以上の速度で５．５ｍｍのロッドを圧延する能力を有する。このような速度において、熱間圧延製品は、レイングパイプにパニッシング効果を加え、内側パイプ面が急速な局所的摩擦摩耗及び初期故障を生じる。また、レイングパイプが摩耗すると、コンベヤ２２へ安定したリング状パターンを送出能力は低下する。不安定なリング状パターンは、冷却均一性を妨げ、再成形ステーション２４における一般的に"コブリング"と称されるコイル形成失敗にも寄与する。頻繁でかつコストのかかる圧延機停止は、初期摩耗したレイングパイプを交換しかつ再成形ステーションにおけるコブリングに関連した問題を解決することが要求される。

当業者は、レイングパイプの耐用寿命を延長するための試みを繰り返してきた。例えば、米国特許第４０７４５５３号明細書及び米国特許第５８３９６８４号明細書に開示されているように、レイングパイプを耐摩耗性インサートと整列させることが提案されている。米国特許第６０９８９０９号明細書は、異なるアプローチを開示している。この異なるアプローチでは、円錐形の外側ケーシングによって包囲された円錐形のインサートの外面におけるらせん状の溝によって形成された案内路により、レイングパイプは排除されており、この場合、前記インサートは、外側ケーシングの内面における摩耗パターンを徐々にシフトさせるために外側ケーシング内で回転可能である。

様々な理由から、これらのアプローチはいずれも、初期パイプ摩耗の問題に対する実用的なソリューションでないことが分かった。

硬さ及び耐摩耗性を高めるために、内側パイプ面を浸炭させるという試みもなされてきた。しかしながら、浸炭プロセスは、高い処理温度からの劇的な急冷を必要とし、これは、パイプ湾曲をゆがめる恐れがある。浸炭された層は、比較的脆く、かつ熱間圧延製品に曝された結果生じる高温において焼戻しされるということも分かっている。

長年に亘って、減じられたボアサイズを備えるレイングパイプは多数の顕著な利点を提供するということは十分に受け入れられてきた。熱間圧延製品をより小さなスペース内で半径方向に制限することにより、案内が改善され、冷却コンベヤに送出されるリング状パターンはより均一になり、これは、より高速で圧延することを可能にする。しかしながら、あいにく、これらの利点は、著しく加速されたパイプ摩耗により相殺されてきた。つまり、過去には、当業者は、より大きなボアのレイングパイプを使用し、圧延機の定格設計速度よりも低い速度で圧延することによって妥協することが必要であると考えてきた。

発明の概要
広く言えば、本発明の目的は、熱間圧延製品と摩擦接触することによって生ぜしめられる局所的な摩擦摩耗に負けることなくより長期に亘って使用されつづけるようにする独特の再生能力を有する改良されたレイングパイプを提供することである。

本発明によるレイングパイプは、圧延機レイングヘッドにおいて軸線を中心にして回転するように構成されている。レイングパイプは、パイプ軸線と整合させられた進入部と、パイプ軸線から離れるように湾曲した中間部と、パイプ軸線から測って一定の半径を有する送出部とを有する。金属内側チューブは、外側チューブの進入部、中間部及び送出部をそれぞれ被覆する進入部、中間部及び送出部を有する。内側チューブは、外側チューブとの摩擦接触のみによって外側チューブに対して移動しないように拘束されている。内側チューブは、軸線を中心とするレイングパイプの回転中の加熱及び冷却サイクルに応答して外側チューブ内で増分的に可動である。この増分的な移動は、熱間圧延製品と摩擦接触した内側パイプを周期的にシフトさせ、これにより更新し、そうすることによりあらゆる１つの位置における長期間の摩耗を回避する。

ここで、本発明のこれらの特徴及び付随する利点並びにその他の特徴及び付随する利点を添付の図面を参照しながらさらに詳細に説明する。

典型的な圧延機配列の概略図である。 レイングヘッド及び関連する圧延機構成要素の拡大した概略図である。 本発明によるレイングパイプの側面図である。 レイングパイプの部分的な縦断面図である。 レイングパイプの入口端部の縦断面図である。 図３における線６−６に沿って見た横断面図である。 加熱及び冷却サイクル中に内側チューブに作用する力を示す概略図である。 加熱及び冷却サイクル中に内側チューブに作用する力を示す概略図である。 加熱及び冷却サイクル中に内側チューブに作用する力を示す概略図である。

詳細な説明
図３及び図６を参照すると、本発明によるレイングパイプ２８は、軸線Ａを中心にして回転するように構成されている。レイングパイプは、軸線Ａと整合した進入部２８ａと、軸線Ａから離れるように湾曲した中間部２８ｂと、軸線Ａから測って一定の半径を有する送出部２８ｃとを有する。

金属内側チューブ３６は、外側チューブ３４の進入部、中間部及び送出部をそれぞれ被覆する進入部、中間部及び送出部を有する。内側チューブ３６は、外側チューブとの摩擦接触のみによって外側チューブ３４に対して移動しないように拘束されている。

チューブ３４，３６は、様々な金属から製造されていてよく、好適な例は、鉄金属、ニッケルベース合金、コバルトベース合金及びチタンベース合金である。

使用中、レイングパイプの内面は、ほぼ進入部２８ａと中間部２８ｂとの接合部におけるゾーンＺ₁における、及び再びほぼ中間部２８ｂと送出部２８ｃとの間の接合部におけるゾーンＺ₂における、加速された局所的な摩耗を受けやすい。チェックされないままであると、この局所的な摩耗は、内側パイプ面の早期溝形成を生じ、その後、レイングパイプの壁部を貫く製品の突破が起こる。

本発明によれば、この摩耗問題は、外側チューブ３４を内側チューブ３６で被覆し、内側チューブが、各々の外面及び内面の摩擦接触のみによって外側チューブ内で移動しないように拘束されるようにすることによって解決される。

レイングパイプが使用されているとき、内側チューブ３６は熱間圧延製品と接触することによって加熱される。通常、熱間圧延製品は、約９００〜１１００℃の温度であり、これは、内側チューブ３６を約４００℃の高温に加熱する。外側チューブは、通常、周囲雰囲気に曝されることにより、より低い温度となる。

さらに加えて、図４に示したように、レイングパイプの中間部２８ｂは、軸線Ａを中心として回転することにより遠心力Ｆ_CENを受ける。この力を、レイングパイプの案内路に対して垂直の力Ｆ_Nと、レイングパイプの送出端部に向かって加えられる駆動力Ｆ_Dとに分解することができる。駆動力Ｆ_Dは、レイングパイプを通過する熱間圧延製品によって加えられる付加的な駆動力によって補足される。

図７Ａに示したように、内側チューブが熱間圧延製品と接触することによって加熱されているとき、内側チューブは膨張し、互いに反対の、進入端部に向かう方向（矢印Ｆ_EE）と、送出端部に向かう方向（矢印Ｆ_DE）とで力を加える。膨張力Ｆ_EE及びＦ_DEは、摩擦抵抗Ｆ_Fを克服するのに十分である。膨張力Ｆ_EEは、膨張力Ｆ_DE及び駆動力Ｆ_D
の合計によって克服され、その結果、内側チューブ３６は、外側チューブ３４内で外側チューブの送出端部に向かって次第にシフトさせられる。

図７Ｂに示したように、内側チューブ３６の温度が安定しているとき、膨張力又は収縮力は存在しない。摩擦力Ｆ_Fが駆動力Ｆ_Dを克服し、内側チューブは外側チューブ内で固定されたままである。

図７Ｃに示したように、内側チューブが冷却されると、内側チューブは収縮を生じ、再び互いに反対向きの、進入端部に向かう力（矢印Ｃ_EE）と、送出端部に向かう力（Ｃ_DE）とを加える。力Ｃ_EE及びＣ_DEは、摩擦力Ｆ_Fを克服するのに十分である。収縮力Ｃ_EEは、収縮力Ｃ_DE及び駆動力Ｆ_Dの合計によって克服され、その結果、内側チューブ３６の進入端部は外側チューブ内で外側チューブの送出端部に向かって次第にシフトさせられる。

つまり、レイングパイプが加熱及び冷却サイクルを受けると、内側チューブ３６が外側チューブの送出端部に向かって一方向に漸進的にシフトさせられることが分かるであろう。この漸進的なシフトは、熱間圧延製品と摩擦接触する内側チューブの内面を変更し、つまり更新し、そうすることにより、あらゆる１つの任意の領域における長期に亘る摩擦接触を回避する。

内側チューブの漸進的な前進を補償するために、図５に示したように、レイングパイプの進入端部には、外側チューブ３４の進入部２８ａに固定された進入ガイド３８が設けられている。進入ガイドは、内側チューブ３６の進入部に望遠鏡式に突入した案内チューブ４０を有する。重なり距離"Ｄ"は、内側パイプへの製品の滑らかな案内を妨げる隙間を形成することなく内側チューブの進入端部の漸進的な前進を提供するのに十分である。

内側チューブ３６は、圧延プログラムにおける通常の隙間の結果として、例えばビレットの間、圧延機メンテナンス等のためのダウンタイムの間などにおいて、加熱及び冷却サイクルを受ける。好適には、しかしながら、加熱及び冷却サイクルは、例えば、図５に４２で点線の矢印によって示したように、例えば進入ガイドに水蒸気を導入することによって制御される。

Claims (10)

1. 圧延機レイングヘッドにおいて軸線（Ａ）を中心にして回転するように構成されたレイングパイプであって、該レイングパイプは、
   金属外側チューブ（３４）であって、前記軸線と整合した進入部（２８ａ）と、前記軸線から離れるように湾曲した中間部（２８ｂ）と、前記軸線から測って一定の半径を有する送出部（２８ｃ）とを有する、金属外側チューブ（３４）と、
   金属内側チューブ（３６）であって、前記外側チューブの進入部、中間部及び送出部をそれぞれ被覆する進入部、中間部及び送出部を有し、前記内側チューブは、前記外側チューブとの摩擦接触のみによって前記外側チューブに対して移動しないように拘束されており、前記内側チューブは、前記軸線を中心とする前記レイングパイプの回転中の加熱及び冷却サイクルに応答して前記外側チューブ内で一方向に漸進的に可動である、金属内側チューブ（３６）を備えることを特徴とする、レイングパイプ。
2. 前記内側チューブ及び前記外側チューブの金属は、鉄金属、ニッケルベース合金、コバルトベース合金及びチタンベース合金から成るグループから選択されている、請求項１記載のレイングパイプ。
3. さらに、前記外側チューブの進入部に固定された進入ガイド（３８）を備え、該進入ガイドは、前記内側チューブの進入部に突入した進入チューブ（４０）を有する、請求項１記載のレイングパイプ。
4. 前記進入チューブは、該進入チューブと前記内側チューブとの間に形成された隙間なしに前記内側チューブの進入端部の漸進的な前進を提供するのに十分な重なり距離（Ｄ）だけ前記内側チューブの進入部内に突入している、請求項３記載のレイングパイプ。
5. 前記進入ガイドは、流体冷却材の導入を提供するように構成及び配置されている、請求項３記載のレイングパイプ。
6. レイングパイプを通過する熱間圧延製品との摩擦接触により局所的な摩耗に曝される前記レイングパイプの内面を変更する方法であって、前記レイングパイプは、軸線を中心にして回転可能でありかつ前記製品を一連のらせん状のリングに形成するよう構成されており、前記方法は、
   前記レイングパイプを、金属内側チューブ（３６）によって被覆された金属外側チューブのアセンブリとして構成し、その際、前記内側チューブは、前記外側チューブとの摩擦接触のみによって該外側チューブ内で移動しないように拘束されており、前記レイングパイプは、前記軸線と整合した進入部（２８ａ）と、前記軸線から離れるように湾曲した中間部（２８ｂ）と、前記軸線から測って一定の半径を有する送出部（２８ｃ）とを有し、
   前記内側チューブを周期的に加熱及び冷却サイクルに曝すことによって前記外側チューブ内で前記内側チューブを漸進的に前進させることを特徴とする、方法。
7. 前記内側チューブ及び前記外側チューブの金属は、鉄金属、ニッケルベース合金、コバルトベース合金及びチタンベース合金から成るグループから選択される、請求項６記載の方法。
8. 前記内側チューブは、前記レイングパイプを通って送られる熱間圧延製品との接触により加熱される、請求項７記載の方法。
9. 前記内側チューブは、約４００℃の高温に加熱される、請求項８記載の方法。
10. 前記加熱及び冷却サイクルは、前記軸線を中心とする前記レイングパイプの回転中に生じる、請求項６記載の方法。

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