JP6616207B2 - 鋼の連続鋳造鋳片の切断装置 - Google Patents

Description

本発明は鋼の連続鋳造において鋳片を切断する装置に関するものである。

鋼の連続鋳造において断面の小さいビレットでは鋳片の切断には油圧シアーが多用されている。切断面は概ね平坦であるが状況によっては『かえり』、『縞状凹凸』、『むしれ』等の不都合が生ずる。前者は圧延において噛み込みを阻害し、後二者は製品端部の疵に関係する。なぜなら鋼片端面は孔型通過時に特異変形するので上記欠陥は意外に端から内側に移動する。従って圧延材端部は圧延途中で適宜切断除去される。これは圧延歩留まり損の１原因となっている。連続鋳造鋳片を切断する際、端部を砲弾型に切断して上記問題を解決することは当業者の永い願望である。当願望に対して楔形歯の圧入により砲弾型に準ずる楔型に成形する策が提案されている。

切断に関する第２の問題として、連続鋳造を高速化すると溶融芯が延長し芯部が凝固直後の脆化状態又は未凝固の状態で切断することになる。せん断による切断では噴出の発生の他に芯部がむしれ、鋳片のへりに移動して付着し、搬送を阻害する。あるいは刃間へ差し込み作動不能、鋳込停止となる。
当問題も前述の楔形歯の圧入方式により解決されるが新たな問題が生ずる。せん断では拡幅比（＝切断後幅／切断前幅）は約１．２以下であって該値が許容されているが、圧入特に実質中空材への圧入では該比がかなり大きくなり何らかの対策が必要とされる。

特許文献１（先行例）にはビレットを対象に上記問題（圧延端末不良部の短縮、溶融芯の封鎖、拡幅拘束）の具体的且つ経済的な解決策が開示されている。それによると方法面では楔形歯を鋳片を挟んで対称圧入し、鋳片の圧下面が平滑に傾斜陥没し、溶融芯封鎖が先行してその後分断される。切断面が発生せず、圧延時には端末の欠陥部が短縮される。拡幅に対しては拘束ガードの強化によって解決している。

当該方法の装置面では、一対の楔形圧入歯と該歯を対称圧入する２段ねじ込み構造を組み込んだ圧入枠と該ねじ込み構造を駆動させる手段（電動機、減速機、プーリーベルト等）と該手段を積載した台車とから成る。
圧入ではせん断とは逆に荷重は分離直前に最大となる。しかも分離とともに瞬時に消滅する。従ってプレス等とは異なり大きな衝撃が発生し装置の耐久に問題が大きい。さらに歯先の衝突を回避しつつ確実な分断が必要である。油圧機構では制御精度上対処が困難である。
上記２問題に対して当該発明では衝撃緩和のため電動機をインバータ制御し、且つベルトプーリー機構を介在させて衝撃を弾性的に吸収するという工夫を込めている。歯先の衝突を避ける歯先食い違いを組み込んだ終点制御の容易な当該機構は妥当である。

当該方法・装置の問題点を検討する。第１に、駆動手段の寸法が過大となり連続鋳造機に付設する際隣接ストランドと干渉する。特異な配置等諸対策が欠かせない。作業問題が多い。
第２に駆動手段が複雑高価であり圧入枠も高価である上耐久に問題がある。ねじ込み構造の圧入枠において、単純角ネジでは摩擦損が大きく力の効率が著しく低下する。そのためボールねじが不可欠になる。ボールねじは衝撃に問題がある。駆動手段に現行のシアーと同様に油圧シリンダーを使用するなら問題はあるものの単純低廉の可能性がある。

油圧機構による圧入の問題について再検討する。
１） ストローク終点の制御精度が不足すると噛み残しや歯先衝突の危険性が増す。
当該問題に対して今日の高度な油圧制御系（サーボモーターの組込他）を適用することによりほぼ解決できそうである。
２） 切断の衝撃が切断装置本体だけでなく本体積載構造物や屈曲可能油圧配管（スイベルジョイント等）の耐久に影響する。対策は不可欠であり強固な構造を要する。
３） 上下歯の対称圧入には通常２本の油圧シリンダーを要する。１本に削減するには工夫を込めたリンク機構が必要になる。該リンク機構も衝撃に耐えねばならない。リンク機構を必要としない単純で強固な構造が期待される。

特許第５７２３０５１号

本発明は鋼のビレット用の連続鋳造機の鋳片切断装置において、１）高速鋳込を容易にして鋳造能率を向上すること、２）ビレット両端面形状を楔形に成形して圧延歩留まりを向上することの二つを目的とし、そのため連続鋳造鋳片を切断するに当たり鋳片を挟んで対向する１対の楔形切断歯を鋳片面に対称圧入して噛み切るように分断する公知の方式を採用する。その際、１）圧入分断の障害である衝撃に対して強固な構造であり、２）装置寸法が小さく既存連続鋳造ラインに容易に付設可能であり、３）設備がより簡素低廉である切断装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記架台を解決する第１の発明は、
鋳片が貫通する圧入枠と該圧入枠内に鋳片を挟んで対向配置した上下一対の楔形歯と該楔形歯を圧入する油圧シリンダーとから成る本体と該本体を積載し鋳片に追随する台車とから構成される連続鋳造鋳片の切断装置であって、
１）該台車を両側面が横Ｖ字型摺動軌道により拘束して引抜方向のみ摺動可能とし、
２）該本体を該台車に設けた摺動昇降枠に拘束して、上下方向のみ摺動可能とし、
３）該油圧シリンダーのラムに固定された圧入歯台に設けたトラニオンと該台車上に設けたピローを介して該本体を該台車に懸架し且つ待機高さとし、
４）該昇降枠の下端に設けたストッパーにより該本体の可動範囲の最下点を設定し、
５）上側楔形歯を該圧入枠内に固定、下側を前記圧入歯台の上に設け、両歯先を引抜方向に食い違いさせ、
該ラムの進出に応じて該本体が下降し、該上側楔形歯が鋳片に接した後は該本体を鋳片に懸架し、次いで前記両歯を対称的に圧入し、両歯先は鋳片中心を超え、鋳片パス芯で分断することを特徴とする連続鋳造鋳片の切断装置である。

第２の発明は、一方の楔形歯を歯台上で鋳片引抜方向へ弾性的に摺動可能とし、両歯先の接近時に摺動後退させて衝突を回避しつつ鋳片パス芯で分断することを特徴とする第１発明に記載した連続鋳造鋳片の切断装置である。

述語の定義として、『鋳片パス芯』とは設計上の引抜中心線であり通常鋳片中心軸と一致する。
『対称的』とは実質対称であるが歯先のわずかな食い違いの存在のため正確な対称でないことを意味する。
『弾性的』とは両歯先が接近すると歯には水平力が作用し、ばねを介して抵抗しつつ後退し、水平力が無くなれば元の位置に復帰する性質を言う。

連続鋳造の引抜を高速化すると未凝固鋳片が鋳片切断装置を通過する。本発明では楔形歯の圧入によって溶融芯を封鎖した後切断するので溶融芯からの漏出が無く、容易に鋳造能率の向上が得られる。

表面平滑な楔形歯の対パス芯対称圧入によって切断するので鋼片には曲がり発生せず且つ鋼片には切断面が形成されず、表面平滑な軸方向楔形に成形され、圧延時の端部表面欠陥部分が短縮されて圧延歩留まりが向上する。

上記大きな効果とともに本発明固有の効果は以下である。切断には本来大きな荷重が必要である。圧入による分断ではせん断とは逆に分離直前に最大荷重、分離と同時に荷重消滅となり、大きな衝撃が各所に作用しメカニズム特に油圧配管の耐久に良くない。
先行例では、油圧による圧入では解決困難とし、電動機のインバータ制御と弾性伝達機構を介在させて当問題に対処している。
本発明では、切断装置本体は強固な台車に設けられた強固な摺動昇降枠に密接に保持され、該台車も摺動軌道に強固に保持されるので衝撃に耐える。
油圧方式には終点制御精度の不足に起因する両歯先の衝突や噛み残しの危険性がある。その防止に本発明では今日の高精度の油圧機器（例；サーボモーターの組込他）の適用のほか、圧入に際して両歯先が中間点を超えて食い違い進行させ解決している。さらに必要により両歯先の側面が接近すると片歯が引き抜き方向に摺動退避する構造としているので激しい衝突は起こらず、且つ確実に分断される。

両歯の圧入自体は上下負荷が同一であるから鋳片中心軸に対して対称的に進む。しかしパス芯に対して対称圧入になるわけではない。上歯（本体に固定）と下歯（ラムに固定）が同一速度でパス芯に向かわなければならない。本体の下降速度とラムの上昇速度が一致しないと鋳片に曲りや走行抵抗が生ずる。本発明ではトラニオンを介してラムの進出によりまず本体が下降、上歯が鋳片に接し、次いで本体が鋳片に懸架された状態で圧入するので両速度が一致し、鋳片に曲りが生じない。さらに切断と同時に本体はストッパーを介して鋳片から台車に移行され落下しない。単一シリンダーにおいても容易に対称作動を支える方法を提起した。全体に無理が無い。

本発明の設備は強固で簡素で比較的低廉である。

本発明の鋳片切断装置の全体構造を説明する概略図であり、Ａは正面、Ｂは引抜方向から見た図、Ｃは上から見た図である。 本発明の切断装置本体の作動を説明する概略図であり、Ａは切断前、Ｂは切断直後の状態を示す。

図１において、本発明の鋳片切断装置は引き抜かれる連続鋳造鋳片を圧入枠に貫通させ該鋳片を挟んだ一対の楔形歯を対称的に圧入して切断するものであり、切断装置の本体１と該本体１を積載し鋳片２の引抜に追随する台車３とから成る。

該本体１は主に油圧シリンダー４と該シリンダー４の頭部に勘合するよう有底円筒体を対面直結して構成された圧入枠５と該圧入枠５内を上下するシリンダー芯のラム６（図２）と該ラム６に上置される圧入歯台７（図２）と該圧入歯台７上に嵌め込まれる摺動楔形歯８（図２）と前記円筒底部に設けられ該摺動楔形歯８と対向対称に配置された固定楔形歯９（図２）とから成る。該圧入枠５には鋳片２が通過可能な貫通孔１０が設けられる。

台車３は、台車枠１１と摺動昇降枠１２とから成る。該台車枠１１の４個の角には引抜方向に摺動する走行シュー１４が設けられ、他方下方には本体１が上下に摺動可能に挿入される摺動昇降枠１２が設けられる。
台車枠１１は４個の走行シュー１４を介して台車台１５の上に設けられた横Ｖ字型の摺動走行軌道１６、１６’に嵌め込まれる。台車３は上下左右捻り及び倒れの動きは拘束されるが引抜方向には摺動移動可能であり台車台１５に強固に保持される。

摺動昇降枠１２には本体１が上下摺動可能に挿入される。該昇降枠１２の内面はＬ字型の摺動昇降軌道１７となっている。シリンダー４の外周に設けられ上下に摺動可能な上下２段各４個の昇降シュー２４が該軌道１７と密接に対面する。該本体１は前後左右捻り及び倒れは拘束されるが上下には摺動移動が可能であり台車３に強固に保持される。
該昇降枠１２の下端には本体１の最下点を設定するストッパー１３が設けられる。最下点とは鋳片切断直後の本体の高さであり、上歯が鋳片パス芯に達する高さである。

台車枠１１の上にはピロー１８，１８’が設けてあり、ラム６に固定された歯台７に設けられたトラニオン１９，１９’を受け、本体１の全体を懸架する。当然トラニオン１９がピロー１８に載るよう圧入枠５には開口が設けてある。該ピロー１８，１８’の高さを調節して本体１の待機時の高さを設定する。上下歯がパス芯０を挟んで対称配置となる。

以上の本体と台車の構造に続いて図２に従い本切断装置の作動について説明する。
台車３は走行区間の上流終点で待機する。本体１は待機時にはトラニオン１９，１９’とピロー１８，１８’を介して台車上に懸架されている。
油圧の作動が始まるとラム６が進出し、本体１が下降し、固定楔形歯９（上歯）の歯先が鋳片２に接すると共にトラニオン１９，１９’が浮き上がり、本体１が該鋳片２に懸架される。次いで摺動楔形歯８（下歯）が上昇して鋳片２に接し圧入が始まる。圧入と共に引き抜かれている鋳片２に引きずられて本体１を積載する台車３が追随走行する。両歯の要部は同一形状であり負荷は同一であるから両歯は鋳片パス芯０に向かって対称的に圧入が進み該パス芯０において噛み切るように鋳片を切断する。
その際両歯先は鋳片引抜方向にわずかにずらせてあり歯先どうしの衝突を防ぐ。両歯先は鋳片パス芯０を超えて前進し、歯先側面が互いに接する段階で鋳片が分断される。

切断により鋳片に懸架されていた本体１は落下しそうだが前記ストッパー１３の機能により落下せずストッパー１３を介して台車３に積載される。切断された鋼片は手際よく搬出される。
次いで油圧の反転によりラム６の後退が始まり、トラニオン１９，１９’が下降する。ピロー１８，１８’に載ると本体１の荷重の作用点はストッパー１３からトラニオンに移動し台車に懸架される。上歯９の上昇（本体の上昇）が始まり圧入面に接していた上歯が鋳片から離反し、鋳片２の先頭が本体１を通過する。台車３は引き戻し手段（例；エアシリンダー２０）により待機位置まで戻る。ラム６が終点に達すると本体１も待機高さに戻る。
切断進行に伴い、本体の荷重を初めトラニオンを介して台車で受け、次いで鋳片で受け、次いでストッパーを介して台車で受け、次いでストッパーからトラニオンに移動させるメカニズムは前例が無い。

歯先の耐久のため切断後直ちに歯先を鋳片から離反させたい場合には、前記エアシリンダー２０を台車走行補助手段として作用させる。即ち切断後台車は一端引抜方向に走行し、両歯の後退後逆転させる。

圧下力は圧下投影面積に比例する。楔形歯の場合圧下深さに比例して圧下力が増加し分離直前に最大となり、分離と共に一挙に負荷が消滅し衝撃が発生する。大出力の油圧シリンダーには衝撃作動に対して多少の弾みがあり、両歯先の側面が互いに接触すると同時に停止することは通常は困難である。わずかなタイミング遅れは衝突・衝撃を生み装置を損傷させるし、わずかな先行は噛み残し、切断未達を発生させる。当該問題の解決のため本発明では以下の策を講ずる。

一つは従来同様サーボモーターを起点にして油圧システム全体を精密デジタル制御する。設備費は多少増加するが当業者にとって困難ではない。公知の故に特定しない。

他は、摺動楔形歯８の形状は長方形の台の上に三角柱を横倒ししたものである。圧入歯台７には該長方形の台が精密にはまり込む長方形の凹部が引抜方向に沿って形成してあり、且つ該凹部の引抜方向の寸法は前記長方形の台よりも大きくしてあり、ばね２１により片側に押しつけられ間隙２２が形成される。
図２Ｂに示すように両歯先側面が接近すると押圧力により摺動楔形歯８が引抜方向に摺動後退して衝突を避け衝撃を緩和する。後退は分断直前の鋳片を引きちぎるように作用し、切断が安定する。切断により圧下力が消滅するので摺動楔形歯８はばね２１により待機位置に復帰する。

２３は油圧配管であって本体１の移動に追随するよう自在継ぎ手が不可欠である。高耐圧スイベルジョイントが使用される。当該部は衝撃に弱く油漏れが発生しやすい。本発明では水平垂直の摺動固定機構を採用して衝撃を抑制し当該問題の解決を図った。

一般的な炭素鋼ビレットを製造する際、本発明の切断装置を適用する場合の適切な条件を表１にまとめる。実施には特に困難は無い。

本発明は実用新案的であり実用が容易であり、現行設備に代替可能である。

０；鋳片パス芯 １；切断装置本体 ２；鋳片 ３；台車 ４；油圧シリンダー ５；圧入枠 ６；ラム ７；圧入歯台 ８；摺動楔形歯 ９；固定楔形歯 １０；貫通孔 １１；台車枠 １２；摺動昇降枠 １３；ストッパー １４；走行シュー １５；台車台 １６；摺動走行軌道 １７；摺動昇降軌道 １８，１８’；ピロー １９，１９’；トラニオン ２０；エアシリンダー ２１；ばね ２２；間隙 ２３；油圧配管 ２４；昇降シュー

Claims (2)

1. 鋳片が貫通する圧入枠と該圧入枠内に鋳片を挟んで対向配置した上下一対の楔形歯と該楔形歯を圧入する油圧シリンダーとから成る本体と該本体を積載し鋳片に追随する台車とから構成される連続鋳造鋳片の切断装置であって、
   １）該台車は両側面が横Ｖ型..動軌道により拘束され、引抜方向のみ..動可能とし、
   ２）該本体は該台車に設けた..動昇降枠に拘束され、上下方向のみ..動可能とし、
   ３）該油圧シリンダーのラムに固定された圧入歯台に設けたトラニオンと該台車上に設けたピローを介して該本体を該台車に懸架し且つ待機高さとし、
   ４）該昇降枠の下端に設けたストッパーにより該本体の可動範囲の最下点を設定し、
   ５）上側楔形歯を該圧入枠内に固定、下側楔形歯を前記圧入歯台の上に設け、両歯先を引抜方向に食い違いさせ、
   該ラムの進出に応じて該本体が下降し、該上側楔形歯が鋳片に接した後は該本体を鋳片に懸架し、次いで前記両歯を対称的に圧入し、両歯先は鋳片中心を超え、鋳片パス芯で分断することを特徴とする連続鋳造鋳片の切断装置。
2. 一方の楔形歯を歯台上で鋳片引抜方向へ弾性的に..動可能とし、両歯先の接近時に..動後退させて衝突を回避しつつ鋳片パス芯で分断することを特徴とする請求項１に記載した連続鋳造鋳片の切断装置。