JP6477639B2 - 連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプおよび接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプおよび接合装置に関する。

いわゆるバッチ式の熱間圧延ラインでは、鋼片を１本毎に加熱、粗圧延、仕上げ圧延して所望の厚さの鋼板に仕上げる。しかしながら、このバッチ式の熱間圧延ラインでは、特に仕上げ圧延工程において、鋼片先端の噛み込み不良、鋼片後端の絞り込み、鋼片先後端での寸法不良等の問題があった。

このため、最近では仕上げ圧延機の入側搬送ラインで、先行する鋼片の後端部と後行する鋼片の先端部とを順次接合してから仕上げ圧延に供する連続圧延法（エンドレス圧延法）が提案され、これに伴い鋼片の接合方法についても種々の方法が開発されている。その中でも、比較的短時間で接合を終了できる方法として、誘導加熱圧接法が知られている。この方法では、誘導加熱により先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部との接合予定部を急速加熱したのち、互いに突き合せて押圧することによって、先行・後行両鋼片を接合する（この押圧および接合を、以下、アップセット接合とも記す。）。

しかしながら、従来の連続熱間圧延における鋼片の接合方法では、鋼中にＣｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等のように、鋼の融点（１４００〜１６００℃）よりも高い融点を有する酸化物（Ｃｒ酸化物：融点約２０００℃）を生成する成分を含むステンレス鋼や高張力鋼板等を用いた場合、誘導加熱時に接合面に生成されるこれらの酸化物がアップセット後も接合部に固相として残って接合強度を著しく低下させ、後工程の仕上げ圧延にて接合部が破断する等の問題が生じる。

このような問題を解決する方法として、特許文献１には、誘導加熱による加熱工程で先行鋼片および後行鋼片の各接合面の温度が鋼片の液相線温度以上になるように加熱し、かつアップセットを、誘導加熱装置による交番磁界の印加中又は予め把握された誘導加熱装置の電源を切ってから接合面の鋼が溶け落ちるまでの時間内に行う方法が開示されている。

この方法では、接合界面を液相線温度以上まで加熱することによって、接合界面に生成された鋼の融点よりも高い融点の酸化物が、液相となって溶けた鋼と共に排出されやすくなるため、上記の酸化物による接合強度の低下を回避できると、特許文献１に記載されている。また、このとき、液相線温度以上の加熱によって、アップセット前に接合面で溶けた鋼（以下、溶鋼とも記す。）が下方に流れ出し、鋼が溶け落ちた後の面への酸化物の再生成を防ぐために、アップセットを溶鋼が溶け落ちるまでの時間内で行うことが有効であると、特許文献１に記載されている。

特開２０００−２７１６０６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された方法では、何本もの鋼片に連続的にエンドレス圧延を施す場合に問題が生じる。具体的には、接合界面を鋼の融点以上の温度まで加熱することで、ステンレス鋼や高張力鋼を用いた場合であっても接合界面に生成する酸化物を排出しやすくすることは可能であるが、排出性が良いことからアップセット時に溶鋼が飛散する場合がある。

このようにアップセット時に飛散する溶鋼について、接合部の上面側に排出された溶鋼は、鋼片に付着し、その後にバリ取り処理が行われるために問題とはならないものの、接合部の下面側に排出された溶鋼の一部（以下、ノロとも記す。）はアップセット時の圧力によって大きく飛散して、接合用クランプ（または接合用装置）の下部に堆積する場合がある。特に、連続的にエンドレス圧延を行う場合、このノロの堆積量が徐々に多くなっていき、接合界面に噛みこまれ、鋼片接合部の強度を著しく低下させ、仕上げ圧延中に破断を発生させてしまうこともある。

このように、連続熱間圧延において、鋼片接合部の強度を低下させないようにするために、接合用クランプの下部に溶鋼が堆積することを防止する技術の確立が要求されていた。

そこで、本発明では、連続熱間圧延において、鋼片接合部の強度を低下させないようにするために、接合用クランプの下部における溶鋼の堆積を防止することが可能な鋼片の接合用クランプおよび接合装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ね、連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプの構成に工夫を加えることで、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部とを急速加熱して押圧および接合をする（アップセット接合をする）際に飛散する溶鋼の一部（ノロ）を接合用クランプの下部に堆積することを防止し、接合界面における酸化スケールの介在を抑止して鋼片接合部の強度を確保し、もって接合後の鋼片の圧延中の破断を防止することができることを知見した。より具体的には、本発明者らは、接合用クランプに、特定の機能を有する溶鋼飛散防止部を設けることで、鋼片の圧延中の破断を防止する方法を考案した。本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有する。

［１］連続熱間圧延において圧延方向で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを接合するために用いられるクランプであり、
前記先行鋼片を鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の先行鋼片支持用ブロックと、
前記後行鋼片を鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の後行鋼片支持用ブロックと、
前記先行鋼片支持用ブロックまたは前記後行鋼片支持用ブロックに連結されており、鋼片幅方向に複数の棒状部材が離隔配列した櫛葉形状を有し、鋼片接合部の上部および下部のそれぞれに接する上下一対の目違い防止板と、
前記鋼片接合部から排出された溶鋼が、下側の前記目違い防止板における隣接する前記棒状部材間に飛散することを防止する溶鋼飛散防止部と、
を備える連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ。

［２］前記溶鋼飛散防止部は、下側の前記目違い防止板における隣接する前記棒状部材間、且つ前記鋼片接合部から鋼片長手方向にずれた位置に設けられた堰である前記［１］に記載の連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ。

［３］前記堰と前記鋼片接合部との距離ｘが以下の式（１）の関係を満足する前記［２］記載の連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ。

式（１）中、
ｘ：鋼片接合部から堰までの距離（ｍｍ）
ｄ：鋼片を誘導加熱で加熱した場合の融点以上となる領域の鋼板接合部からの距離（ｍｍ）
ｈ_ｓ：鋼片の厚み（ｍｍ）
ｈ_ｃ：堰の厚み（ｍｍ）
Ｗ_ａ：目違い防止板の凸部の幅（ｍｍ）
Ｗ_ｂ：目違い防止板の凹部の幅（ｍｍ）
［４］前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の鋼片の接合用クランプと、
前記接合用クランプによって保持された一対の鋼片の鋼片接合部を加熱する誘導加熱装置と、
前記鋼片接合部を突き合せて押圧接合させる押圧シリンダと、
を備える連続熱間圧延における鋼片の接合装置。

本発明によれば、接合用クランプの下部における溶鋼の堆積を防止することができる。これにより、連続熱間圧延において、鋼片接合部の強度の低下を防止できる。

連続熱間圧延ラインのコイルボックスから仕上げ圧延機の第１スタンドまでの設備配列の概略図である。 接合装置の設備構成の概略を示す図である。 目違い防止板の概略図である。 本発明の接合用クランプの構成を説明するための図である。 溶鋼飛散防止部の構成を説明するための図である。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

＜接合装置＞
まず、本発明の接合用クランプを有する接合装置について説明する。図１は、連続熱間圧延ラインのコイルボックス２から仕上げ圧延機の第１スタンド６まで（図中、Ｘ軸正方向）の設備配列の概略を示す図である。図１に示すように、入側から、粗圧延機から出てきた鋼片を巻き取ったコイルボックス２、コイルボックス２から出された先行鋼片１ａの尾端および後行鋼片１ｂの先端を切断するクロップシャー３、先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂを接合する接合装置４、接合後の鋼片接合部αに付着している溶鋼の一部（ノロ）を除去する切削装置５、そして６は仕上げ圧延機の第１スタンドである。

図２は、上記の接合装置４の設備構成の概略を示す図である。接合装置４は、図２に示すように、クロップシャー３によって先尾端が切り落とされた先行鋼片１ａと後行鋼片１ｂの各切断面が互いに非接触で対向配置されるように保持する左右のクランプ（後述の本発明の接合用クランプ）７ａ、７ｂ（先行鋼片支持用クランプ７ａ、後行鋼片支持用クランプ７ｂとも記す。）と、該クランプ７ａ、７ｂによって保持された鋼片の接合面を加熱する誘導加熱装置８と、クランプ７ｂをクランプ７ａ側に押して、接合面を突き合せて押圧接合（アップセット接合）する押圧シリンダ９を有する。

クランプ７ａは、先行鋼片１ａを鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の先行鋼片支持用ブロック１０ａを有し、クランプ７ｂは、後行鋼片１ｂを鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の後行鋼片支持用ブロック１０ｂを有する。

また、上記のクランプ７ｂ（クランプ７ｂをクランプ７ａ側に押す場合には、クランプ７ａであってもよい。）は、押圧接合時に鋼片が上下方向にずれることを防止する目違い防止板１１、１２を有する。目違い防止板１１、１２は、後行鋼片支持用ブロック１０ｂに連結されており、鋼片接合部αの上部および下部のそれぞれに接する。また、図３および図４を参照しながら後述するように、目違い防止板１１、１２は、鋼片幅方向に複数の棒状部材が離隔配列した櫛葉形状を有する。そして、本発明では、後行鋼片支持用ブロック１０ｂに、後述する溶鋼飛散防止部が設けられていることを特徴とする。なお、上記の押圧接合について、本発明の接合装置４では、クランプ７ｂをクランプ７ａ側に押して、接合面を突き合せて押圧接合してもよい。

＜接合用クランプ＞
次に、上記の接合装置４が有する接合用クランプ７ｂの構成および機能について図２〜４を参照しながら、詳細に説明する。図３は、目違い防止板１１、１２の構造を示した図であり、図２の領域Ａの拡大図である。図４は、溶鋼飛散防止部１３、１４を説明するための図である。

図２を参照しながら前述したように、本発明の接合用クランプ７ａ、７ｂは、先行鋼片１ａを厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の先行鋼片支持用ブロック１０ａと、後行鋼片１ｂを厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の後行鋼片支持用ブロック１０ｂとを有する。

また、クランプ７ｂは、図３に示すように、後行鋼片支持用ブロック１０ｂに連結されており、鋼片幅方向（Ｙ軸正負方向）に複数の棒状部材が離隔配列した櫛歯形状を有し、鋼片接合部αの上部（Ｚ軸正方向側端部）および下部（Ｚ軸負方向側端部）に接する上下一対の目違い防止板１１、１２を有する。

また、図４に示すように、接合用クランプ７ｂは、目違い防止板１１、１２のうち、少なくとも下側の目違い防止板１２における隣接する棒状部材間に、鋼片接合部αから排出された溶鋼が飛散することを防止する溶鋼飛散防止部１３、１４を有する。

溶鋼飛散防止部１３、１４としては、鋼片接合部αから排出された溶鋼の飛散を防止できれば特に限定されないが、具体的には堰が挙げられる。

以下では、溶鋼飛散防止部として堰１３、１４を目違い防止板１２に設ける場合を例に、溶鋼飛散防止部を設けることによる機能について説明する。

図５は、溶鋼飛散防止部（堰）１３、１４を説明するための図である。図５に示すように、互いに隣り合う目違い防止板１２の棒状部材間には磁性材１５が装着されていることが好ましい。目違い防止板１２と磁性材１５の鋼片と対向する面には耐熱と誘導加熱時のスパーク抑制等を目的にセラミックス等の絶縁材が装着される。目違い防止板１２と磁性材１５に装着される絶縁材は厚みが異なるため、接合面の直上直下では幅方向に鋼片に目違い防止板１２が接触している部分（凸部）と磁性材１５が有る箇所で鋼片と接触していない領域（凹部）が交互に存在する。押圧接合時に鋼片接合部αの界面から排出される溶鋼の一部（ノロ）は、目違い防止板１２が接触していない凹部に排出される。このとき、上部の目違い防止板１１に溶鋼飛散防止部を設けなくても、上面側に排出されたノロはそのまま鋼片の上側へ付着していくため問題は無い。一方、ステンレスや高張力鋼において、下部の目違い防止板１２に溶鋼飛散防止部（堰）１３、１４を設けない場合、鋼片接合部αの界面から有害な酸化物が排出されるために、接合部αの界面を鋼片の融点以上に加熱することになり、排出されるノロの粘性が低く、押圧接合（アップセット）時の作用する圧力によってノロが飛散する。そして、下面側に飛散したノロは鋼片に付着しないため、接合用クランプ７ｂ下部に堆積することになり、連続して接合を行う場合に堆積したノロが接合面に噛み込まれ、鋼片接合部αの強度を著しく低下させ、仕上げ圧延中に破断が発生するという問題が生じる。

本発明では、この問題を回避するために、すなわち、下面側に排出された低粘性のノロが目違い防止板１２の凹部の鋼片長手方向（Ｘ軸正負方向）に飛散することを防止するために、図４に示すようにセラミックス等の非磁性材料で作られた堰１３（好ましくは、堰１３および堰１４）を鋼片接合部αから、長手方向（Ｘ軸正負方向）にずれた位置に設ける。これにより、鋼片接合部αから排出されたノロが、下面側の目違い防止板１２と磁性材料１５、堰１３（好ましくは、堰１３および堰１４）、鋼片１ａ、１ｂとで囲まれた空間で冷却凝固することによって、接合された鋼片１ａ、１ｂの下面側にノロを付着させることが可能となる。鋼片に付着したノロはそのまま搬送されるため、接合用クランプ７ｂ（接合装置４）内にはノロは残存しない。
そして、鋼片１ａ、１ｂに付着したノロは、切削装置５で除去され、仕上げ圧延機６へと挿入されていく。

本発明では、後行鋼片１ｂを先行鋼片１ａに押しつけて押圧接合する場合、２つの堰のうち、先行鋼片１ａ側に少なくとも堰１３を設けていることが好ましい。また、図４に示すように、より安定に溶鋼の飛散を防止するためにも後行鋼片１ｂ側にも堰１４を設けていることが好ましい。

ここで、図４に示す、鋼片長手方向で、堰１３と鋼片接合部α界面との距離（鋼片長手方向での最短距離）ｘは、以下の式（１）の関係を満足することが好ましい。

式（１）中、
ｘ：鋼片接合部から堰までの距離（ｍｍ）
ｄ：鋼片を誘導加熱で加熱した場合の融点以上となる領域の鋼板接合部からの距離（ｍｍ）
ｈ_ｓ：鋼片の厚み（ｍｍ）
ｈ_ｃ：堰の厚み（ｍｍ）
Ｗ_ａ：目違い防止板の凸部の幅（ｍｍ）
Ｗ_ｂ：目違い防止板の凹部の幅（ｍｍ）である（図４参照）。

ｘが上記式（１）の関係を満足することで、下面側の目違い防止板１２と磁性材料１５、堰１３、鋼片１ａ、１ｂで囲まれた空間の容積と排出されるノロの容積の関係が調整されため、安定にノロを鋼片に付着させることができる。

この式（１）について詳細に説明する。

まず、図４において、接合部αから堰１３までの距離をｘ、堰の厚みをｈ_ｃ、目違い防止板１２の凸部の幅をＷ_ａ、凹部の幅をＷ_ｂとした場合、目違い防止板１２と磁性材料１５、堰１３、鋼片１ａ、１ｂで囲まれた空間の容積Ｖ_ｃ（ｍｍ^３）は以下の式（２）で表される。これに対し、接合時にアップセットによって排出されるノロの体積Ｖ_ｓ（ｍｍ^３）は、鋼片の厚みをｈ_ｓ、誘導加熱で鋼片を加熱した場合の融点以上となる領域の接合面からの距離をｄとした場合、以下の式（３）で表される。

ここで、Ｖ_ｓに対して、Ｖ_ｃが小さすぎる場合には、ノロの排出を阻害する為に接合界面に酸化物が残存し、圧延中に破断が発生しやすくなる。一方、Ｖ_ｓに対してＶ_ｃが大きすぎる場合には、ノロの飛散を防ぐことができず、連続的にエンドレス圧延を実施した場合に、接合装置の下面に堆積したノロが接合界面に噛み込まれ、破断が発生する場合がある。本発明においては、この式（２）、（３）を用い、さらに本発明者らの鋭意検討の結果、ｘが上記式（１）の関係を満足することが好ましいことが導出された。

また、図４に示すように、より安定に溶鋼の飛散を防止するためにも後行鋼片１ｂ側にも堰１４を設けていることが好ましい。このとき、先行鋼片側１ａの堰１３と接合部αとの距離（鋼片長手方向での最短距離）ｘ１と後行鋼片側１ｂの堰１４と接合部αとの距離（鋼片長手方向での最短距離）ｘ２は、上記の式（１）を満足することが好ましい。

式（４）および式（５）中、
ｘ：鋼片接合部から堰までの距離（ｍｍ）
ｄ：鋼片を誘導加熱で加熱した場合の融点以上となる領域の接合面からの距離（ｍｍ）
ｈ_ｓ：鋼片の厚み（ｍｍ）
ｈ_ｃ：堰の厚み（ｍｍ）
Ｗ_ａ：目違い防止板の凸部の幅（ｍｍ）
Ｗ_ｂ：目違い防止板の凹部の幅（ｍｍ）である。

また、溶鋼飛散防止部として堰１３、１４を用いる場合を例に説明したが、溶鋼飛散防止部としては、窒素や空気等の気体を噴射した流体圧によって溶鋼の飛散を防止する方法であってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプの構成に工夫を加えることで、先行鋼片の後端部と後行鋼片の先端部とを急速加熱して押圧・接合する際に飛散する溶鋼（ノロ）を接合装置の下部に堆積することを防止し、被接合界面における酸化スケールの介在を抑止して鋼片接合部の強度を確保し、もって接合後の鋼片の圧延中の破断を確実に防止することが可能となる。

以下、実施例に基づき、本発明について説明する。

粗圧延後の寸法が板幅１１００〜１２００ｍｍ、厚み３０ｍｍからなる高張力鋼（１．５％Ｓｉ−２．７％Ｍｎ鋼）の鋼片を、図１に示すような連続熱間圧延ラインで連続圧延を実施した。このとき、図２に示すような接合装置４内で先行鋼片と後行鋼片の接合面を５ｍｍの間隔を隔てて対向配置した後、誘導加熱装置８によって接合面を加熱し、押圧接合した。

加熱条件は、投入電力が１０００ｋＷ、周波数が１０００Ｈｚ、加熱時間が６．０秒である。この加熱条件は、接合面の温度が対象鋼の融点以上となる条件であり、融点以上の温度となる領域は接合端面からの１２ｍｍの範囲となる。接合された鋼片は、切削装置５でノロを除去した後に仕上げ圧延機において、板厚が２．０ｍｍになるまで熱間圧延を実施した。

上記の基本条件のもと、下面側の目違い防止板１２に設けた堰１３の構造を変更し、１〜１０本の連続熱間圧延を行った。このとき、仕上げ圧延後の接合部外観を表面検査計でモニタリングし、接合部に割れ等の欠陥が生じていた場合には連続圧延を中止した。

連続圧延を４本以上行うことができたものについて、接合強度の低下を防止できたと判断して、合格（○または◎）とした。このうち、連続圧延を１０本全てで行うことができたものを◎とした。連続圧延が３本以下で割れが生じたものを不合格（×）とした。

表１に目違い防止板１２に設けた堰１３の条件と、それぞれの条件で連続圧延が可能であった本数を示す。

表１中、式（１）とは、以下に示すような堰の鋼片接合部からの距離ｘに関する式を指す。

式（１）中、
ｘ：鋼片接合部から堰までの距離（ｍｍ）
ｄ：鋼片を誘導加熱で加熱した場合の融点以上となる領域の鋼片接合部からの距離（ｍｍ）
ｈ_ｓ：鋼片の厚み（ｍｍ）
ｈ_ｃ：堰の厚み（ｍｍ）
Ｗ_ａ：目違い防止板の凸部の幅（ｍｍ）
Ｗ_ｂ：目違い防止板の凹部の幅（ｍｍ）である。

表１に示すように、従来技術に相当する堰を設けない場合（試験Ｎｏ．１）には、連続圧延の３本目において接合部に割れが発生していた。

一方、目違い防止板に堰を設けた場合（試験Ｎｏ．２〜７）は、連続圧延を４本以上行うことができた。このうち、堰の鋼片接合部からの距離ｘが上記の式（１）の関係を満たす場合（試験Ｎｏ．３〜６）は、１０本全ての連続圧延を実施しても接合の割れは観察されなかった。

１ａ、１ｂ 鋼片
２ コイルボックス
３ クロップシャー
４ 接合装置
５ 切削装置
６ 仕上げ圧延機
７ａ、７ｂ 接合用クランプ
８ 誘導加熱装置
９ 押圧シリンダ
１０ａ 先行鋼片支持用ブロック
１０ｂ 後行鋼片支持用ブロック
１１、１２ 目違い防止板
１３、１４ 堰（溶鋼飛散防止部）
１５ 磁性材料

Claims (3)

1. 連続熱間圧延において圧延方向で先行鋼片の尾端と後行鋼片の先端とを接合するために用いられるクランプであり、
   前記先行鋼片を鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の先行鋼片支持用ブロックと、
   前記後行鋼片を鋼片厚み方向に挟圧支持して位置決めする上下一対の後行鋼片支持用ブロックと、
   前記先行鋼片支持用ブロックまたは前記後行鋼片支持用ブロックに連結されており、鋼片幅方向に複数の棒状部材が離隔配列した櫛葉形状を有し、鋼片接合部の上部および下部のそれぞれに接する上下一対の目違い防止板と、
   前記鋼片接合部から排出された溶鋼が、下側の前記目違い防止板における隣接する前記棒状部材間に飛散することを防止する溶鋼飛散防止部と、
   を備え、
   前記溶鋼飛散防止部は、下側の前記目違い防止板における隣接する前記棒状部材間、且つ前記鋼片接合部から鋼片長手方向にずれた位置に設けられた堰である連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ。
2. 鋼片長手方向で、前記堰と前記鋼片接合部との距離ｘが、以下の式（１）の関係を満足する請求項１に記載の連続熱間圧延における鋼片の接合用クランプ。
   

   

   式（１）中、
   ｘ：鋼片接合部から堰までの距離（ｍｍ）
   ｄ：鋼片を誘導加熱で加熱した場合の融点以上となる領域の鋼板接合部からの距離（ｍｍ）
   ｈ_ｓ：鋼片の厚み（ｍｍ）
   ｈ_ｃ：堰の厚み（ｍｍ）
   Ｗ_ａ：目違い防止板の凸部の幅（ｍｍ）
   Ｗ_ｂ：目違い防止板の凹部の幅（ｍｍ）
3. 請求項１または２に記載の鋼片の接合用クランプと、
   前記接合用クランプによって保持された一対の鋼片の鋼片接合部を加熱する誘導加熱装置と、
   前記鋼片接合部を突き合せて押圧接合させる押圧シリンダと、
   を備える連続熱間圧延における鋼片の接合装置。

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