JP6768684B2 - 巻き取られたストリップの非対称的な冷却を用いる巻き取りデバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧延された金属ストリップ、特に鋼ストリップを巻き取るための方法に関するものであり、当該方法において、
− 駆動ローラユニットを用いて、金属ストリップが、第１の搬送方向から第２の搬送方向に偏向されて、巻き取り機に供給され、
− 当該巻き取り機において、金属ストリップは、所定のコイル直径を有するコイルを形成するようにコイル状に巻き取られ、
− 金属ストリップの端部の塑性変形は、当該端部が影響を受けない状態で所定の曲率半径で湾曲するように、実施され、
− 端部の塑性変形は、端部の巻き取りの前および／または巻き取り中に冷却媒体を端部の面に非対称的に衝突させることによって少なくとも部分的に引き起こされる。

本発明はさらに、圧延された金属ストリップ、特に鋼ストリップを巻き取るための巻き取り設備に関するものであり、
− 当該巻き取り設備は駆動ローラユニットを有しており、当該駆動ローラユニットを用いて、金属ストリップが第１の搬送方向から第２の搬送方向に偏向され、
− 巻き取り設備は巻き取り機を有しており、当該巻き取り機へ向けて金属ストリップが第２の搬送方向において駆動ローラユニットから供給され、かつ巻き取り機において、金属ストリップが所定のコイル直径を有するコイルを形成するように巻き取られ、
− 巻き取り設備は変形設備を有しており、当該変形設備を用いて、金属ストリップの端部の塑性変形が、当該端部が影響を受けない状態で所定の曲率半径で湾曲するように、実施され、
− 変形設備は冷却設備として構成されており、冷却設備によって、端部の巻き取りの前および／または巻き取り中に冷却媒体が端部に衝突される。

熱間圧延ラインにおいて、最終圧延パス後の金属ストリップ（通常は鋼ストリップ）は典型的にはまず冷却セクションにおいて規定温度（巻き取り温度）まで冷却される。その後、冷却されたストリップはコイルを形成するように巻き取られる。巻き取り温度は、金属ストリップの長さにわたって見た場合に一定とすることができる。あるいは、巻き取り温度は、金属ストリップの長さ全体にわたって見た場合にさまざまに変化してもよい。例えば、ストリップヘッド（＝ストリップの前端）およびストリップテール（=ストリップの後端）は、冷却されていない時に巻き取られてもよい。続いて、巻き取られたコイルは、保管のために固定され、自動的に巻き戻ったり開いたりすることに抗するよう搬送される。この目的のためにコイルは典型的には搬送装置を用いて巻き取り機から取り外され、梱包機械に提供される。この梱包機械においてその固定が実施される。巻き取りマンドレルから引っ張られる前に、巻き取られたコイルは、ストリップの端部がコイルの最下点をわずかに越えて突出するように回転され、それによってコイルは自重によって安定する。

金属ストリップの塑性変形は、典型的には、コイルを形成するように金属ストリップを巻き取る間にすでに生じている。それにもかかわらず、まだ固定されていないコイルが自発的に開いたり広がったりすることが多くの場合に起こり得る。その理由は、巻き取られたコイルの巻き取りにおける弾性残留応力にある。こうした残留応力の程度は、複数の要因、例えばストリップの厚さおよび巻き取り温度での流動応力に左右される。このタイプの自発的な開きまたは広がりはそれぞれ、特に約５００ＭＰａ（あるいはそれ以上）の流動応力および約１２ｍｍ（またはそれ以上）の厚さを有する伸張性の高い製品の場合に、生じ得る。

特許文献１から、矯正ユニットを用いて予め屈曲される金属ストリップの端部が知られている。特許文献１によれば、駆動ローラユニットの上流にありかつ金属ストリップ上に配置可能な下降ローラに加えて、駆動ローラユニットの上部ローラおよび下部ローラの組み合わせが、矯正ユニットとして使用される。あるいは、駆動ローラユニットの上流または下流にある矯正ユニットをそうした矯正ユニットとして使用することができる。上流または下流の矯正ユニットは、金属ストリップの一側と他側とに交互に配置された３つの連続して整列された矯正ローラをそれぞれ備えており、いずれの場合においても、矯正ローラの少なくとも１つは、金属ストリップ上に配置できる。

特許文献２から、駆動ローラユニットと巻き取り機との間に配置される複数の作動ローラを有するストレッチレバーが知られており、金属ストリップは各作動ローラで偏向される。これら作動ローラ間において金属ストリップの冷却をさらに行うことができる。金属ストリップの幅方向にわたる金属ストリップにおける応力の分布は、特に特許文献２のアセンブリによって影響され得る。

冒頭で述べたタイプの方法および巻き取り設備が特許文献３から公知となっている。特許文献３の場合、端部は巻き取り前に直接冷却される。端部の長さは、端部が１〜５巻きするように選択される。

同様に冒頭で述べたタイプの方法および巻き取り設備が特許文献４から公知となっている。特許文献４の場合において、コイルは初めに完全にコイル状に巻き取られる。続いてコイルの最も外側の巻き取り部が冷却される。コイルは冷却中に回転される。

同様の開示事項が特許文献５に開示されている。

国際公開第２００８／０００３４８号パンフレット 欧州特許出願０９０６７９７号明細書 国際公開第２０１１／０７３０１６号パンフレット 特開２０１２−０２４７９３号公報 特開２０１０−１６２５９４号公報

本発明の目的は、簡単な様式で金属ストリップの端部の塑性変形を引き起こすことができる実現性を提供することである。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。本発明の方法の有利な設計の実施形態は、従属請求項２〜７の対象事項である。

本発明によれば、冒頭で言及したタイプの方法は、冷却媒体による端部の面の非対称的な衝突によって端部の塑性変形が少なくとも部分的に引き起こされるように設計される。

このため、冷却媒体の非対称的な衝突が実施される時点で端部の温度が依然として十分に高い場合に、所定の応力プロファイルが、金属ストリップの端部においてストリップの厚さにわたって包含される。この応力プロファイルの均等化は、端部の湾曲を引き起こす。

冷却媒体を端部の面に非対称的に衝突させることは、端部の巻き取りの前および／または端部の巻き取り中および／または端部の巻き取りの後に必要に応じて行うことができる。さらに冷却媒体を端部の面に非対称的に衝突させることは、一定量の冷却剤またはさまざまな量の冷却剤を用いてもしくは断続的な様式で必要に応じて実施できる。

非対称的な衝突の程度は、好ましくは、最大曲率直径がコイル直径の半分に等しくなるように選択される。そのため、端部がコイルの隣接する内側巻き取り部に圧力をかけることが達成される。それによってコイルの自発的な開きまたは広がりが確実に防止される。

端部の塑性変形は、専ら冷却媒体を用いた端部の非対称的な衝突によって実施できる。あるいは、端部の塑性変形は、巻き取り機の上流にある矯正ユニットを用いて支援されてもよい。

この方法の様々な設計の実施形態は、塑性変形が巻き取り機の上流にある矯正ユニットによって支援される場合に実施可能となる。

したがって、例えば、駆動ローラユニットの上流側にありかつ金属ストリップ上に配置できる下降ローラに加えて、駆動ローラユニットの下部ローラおよび上部ローラを組み合わせて矯正ユニットとして使用できる。あるいは、駆動ローラユニットの上流または下流にある矯正ユニットをそうした矯正ユニットとして使用することができる。この場合、上流または下流の矯正ユニットは、金属ストリップの一側および他側に交互に配置された少なくとも３つの連続して整列した矯正ローラを備えており、いずれの場合においても、矯正ローラの少なくとも１つは、金属ストリップ上に配置される。

この目的はさらに特許請求の範囲に記載の請求項７の特徴を有する巻き取り設備によって達成される。巻き取り設備の有利な設計の実施形態は、従属請求項８〜１１の対象事項である。

本発明によれば、冒頭で言及したタイプの巻き取り設備は、冷却設備が、コイルの最も外側の巻き取り部の半分よりも大きくかつコイルの最も外側の巻き取り部よりも小さい長さにわたって端部に冷却媒体を衝突させる様式で構成されるように、設計されている。

本発明に基づく巻き取り設備の有利な設計の実施形態は、実質的に本発明に基づく方法の有利な設計の実施形態に対応する。

上述したような本発明の特性、特徴および利点、ならびにこれら特性、特徴および利点を実現する様式は、添付の概略的な図面に関連してより詳細に説明される例示的な実施形態の以下の説明と併せてより明確により明らかに理解されるであろう。

巻き取り設備を示す図である。 巻き取られたコイルを示す図である。 巻き取られた端部を示す図である。

金属ストリップ１は、図１の図に対応するように巻き取り設備を用いてコイル状に巻かれている。金属ストリップ１は鋼から構成できる。あるいは、金属ストリップ１は、別の金属、例えばアルミニウムまたは銅から構成できる。金属ストリップ１は、予め圧延ライン（図示せず）で圧延され、その後、冷却セクション（同様に図示せず）で冷却される。

まず巻き取り設備は駆動ローラユニット２を有する。駆動ローラユニット２は、下部ローラ３と上部ローラ４とを有する。下部ローラ３は多くの場合に固定されるよう配置される。上部ローラ４は多くの場合に下部ローラ３上に配置できる。これは図１において上部ローラ４内における双頭の矢印で示されている。さらに、上部ローラ４は水平方向に移動可能である。金属ストリップ１は、駆動ローラユニット２によって第１の搬送方向ｘから第２の搬送方向ｙに偏向され、続いて第２の搬送方向ｙにおいて巻き取り設備の巻き取り機５に供給される。第１の搬送方向ｘは、典型的には水平である。第２の搬送方向ｙは、典型的には斜め下方に方向付けられている。金属ストリップ１は、巻き取り機５において、コイル６を形成するようにコイル状に巻き取られる。巻き取り機５は巻き取りマンドレル７を有する。コイル６は、巻き取り工程の開始時には初期直径ｄを有する。初期直径ｄは、巻き取りマンドレル７の直径に対応する。コイル６の直径は、コイル６の直径が最終直径Ｄに達するまで、金属ストリップ１の巻き取りの過程で大きくなる。最終直径Ｄは、完全に巻き取られたコイル６のコイル直径に対応する。

巻き取り工程に関連して、金属ストリップ１の端部８は、巻き取り後に、当該端部８が影響を受けない状態つまり負荷がかけられていない状態で十分に小さな曲率半径Ｒで屈曲されるように塑性変形される（図２および図３参照）。最大曲率半径Ｒはコイル直径Ｄの半分であることが好ましい。

影響を受けない状態を確立するために、端部８をコイル６の残りの部分から離すことができ、続いて、端部８を自由に巻き上げることができるように端部８を横方向端部上に配置できる。この状態では端部８は曲率半径Ｒを有する。典型的には架空の状態であるこの状態が図３に示されている。実際には、端部８はコイル６の一構成部分のままである。したがって、端部８は必然的にコイル直径Ｄの半分に等しい曲率半径を有することとなる。なお端部８は、影響を受けない状態から進んで、弾性的な様式で外側に屈曲される。そのため端部８は、端部８が弾性的な様式で開くよう屈曲しているので、コイル６の隣接する内側コイル９に圧力をかける。

端部８の長さは必要に応じて決定できる。図２によれば、端部８の長さは好ましくはコイル６の最も外側の巻き取り部の半分よりも大きい。特に、端部８の長さは、１９０°，２００°，２１０°，...３４０°，３５０°または３６０°までの円周角αに対応することができる。円周角αに関してさらにより大きな値とすることができる。例えば２１７°または３１２°などの中間値も実現できる。

このタイプの端部８の塑性変形を実現するために、巻き取り設備は変形設備を有する。金属ストリップ１の端部８の所望の塑性変形は、変形設備によって引き起こされる。

変形設備は、巻き取り機５の上流に配置された矯正ユニットを含むことができる。端部８の塑性変形は、この場合、矯正ユニットで実施される。塑性変形は、矯正ユニットを用いて端部８を巻き取る前に行われる。

矯正ユニットの１つの可能性のある実施形態では、専用の矯正ユニット１０が図１における図面において対応する様式で駆動ローラユニット２の上流に配置される。以下では当該矯正ユニット１０を上流矯正ユニットと称する。

図１の図面によれば、上流矯正ユニット１０は、少なくとも３つの矯正ローラ１１〜１３を備える。矯正ローラ１１〜１３は、第１搬送方向ｘに見た場合に、連続的に配置されている。矯正ローラ１１〜１３は、金属ストリップ１の一側および他側において交互に配置されている。矯正ローラ１１〜１３は、個別に駆動されてもよいし、グループとして駆動されてもよい。あるいは、矯正ローラ１１〜１３を非駆動のものとなるように構成することもできる。矯正ローラ１１〜１３の少なくとも１つは、金属ストリップ１上に配置できる。例えば、上流矯正ユニット１０の中央矯正ローラ１２は、金属ストリップ１上に配置できる。図１では、これは、上流矯正ユニット１０の中央矯正ローラ１２に関する双頭の矢印で示されている。代替的にまたは付加的に、上流矯正ユニット１０の２つの外側矯正ローラ１１，１３を金属ストリップ１上に配置することができる。図１では、これは、上流の矯正ユニット１０の２つの外側矯正ローラ１１，１３の間の双頭の矢印で示されている。

上流矯正ユニット１０の代わりに、矯正ユニット１４を、図１の図面に対応するように駆動ローラユニット２の下流に配置することできる。以下では当該矯正ユニット１４を下流矯正ユニットと称する。

下流矯正ユニット１４の構成および機能モードは、上流矯正ユニット１０の構成および機能モードと同様である。したがって、図１の図面によれば、下流矯正ユニット１４は、少なくとも３つの矯正ローラ１５〜１７を備える。矯正ローラ１５〜１７は、第２の搬送方向ｙに見た場合に連続的に配置されている。矯正ローラ１５〜１７は、金属ストリップ１の一側および他側において交互に配置されている。矯正ローラ１５〜１７は、個別にまたはグループで駆動することができる。あるいは矯正ローラ１５〜１７を非駆動のものとなるように構成することができる。矯正ローラ１５〜１７の少なくとも１つは、金属ストリップ１上に配置できる。例えば、下流の矯正ユニット１４の中央矯正ローラ１６を金属ストリップ１上に配置できる。図１では、これは、下流矯正ユニット１４の中央矯正ローラ１６に関する双頭の矢印で示されている。代替的にまたは付加的に、下流の矯正ユニット１４の２つの外側矯正ローラ１５，１７を金属ストリップ１上に配置することができる。図１では、これは下流の矯正ユニット１４の２つの外側矯正ローラ１５，１７の間の双頭の矢印で示されている。

上流または下流の矯正ユニット１０，１４を設ける代わりに、矯正ユニットを形成するように駆動ローラユニット２を広げることができる。この場合、矯正ユニットは、駆動ローラユニット２の下部ローラ３および上部ローラ４に加えて、下降ローラ１８を有する。下降ローラ１８は、駆動ローラユニット２の上流に配置される。下降ローラ１８は、金属ストリップ１上に配置できる。図１では、これは、下降ローラ１８に関する第１の搬送方向ｘに直交する双頭の矢印で示されている。下降ローラ１８は、付加的に、第１搬送方向ｘに位置決めすることもできる。図１では、これは、下降ローラ１８に関する第１の搬送方向ｘと平行な双頭の矢印によって示されている。なお、第１の搬送方向ｘにおける位置決め能力は必然的に必要とされるものではない。

矯正ユニットが使用される場合には、端部８の巻き取りが実施される前に、端部８の機械的な塑性変形が行われる。なお矯正ユニット２＋１８，１０，１４のうちの１つが存在するか否かに関わらず、前方および／または後方冷却設備１９，２０が常に存在する。冷却設備１９，２０によって、金属ストリップ１の端部８には冷却媒体２１（例えば、水または水−油混合物）が非対称的に衝突される。前方および／または後方冷却設備１９，２０だけが存在する場合、冷却媒体２１による端部部分８の非対称的な衝突は、端部８の所望の塑性変形を全体的に引き起こす。矯正ユニット２＋１８，１０，１４のうちの１つが付加的に存在する場合、冷却媒体２１による端部８の非対称的な衝突は、端部８の所望の塑性変形を部分的に引き起こす。この場合の端部８の塑性変形は、存在する矯正ユニット２＋１８，１０，１４によって支援される。

前方冷却設備１９は、巻き取り機５の前方に配置されている。巻き取り前の非対称的な衝突は、前方冷却設備１９によって行われる。後方冷却設備２０は、巻き取り機５に配置されている。非対称的な衝突は、後方冷却設備２０を用いて巻取り中に（図１のコイル６の右側への衝突を参照）および／または巻き取り後に（図１のコイル６の左側への衝突を参照）実施される。

冷却設備１９，２０は、少なくとも金属ストリップ１の端部８の衝突時に一定量の冷却剤を供給できる。あるいは、この一時的な期間の間に冷却剤の量を変化させることもできる。端部８に断続的な様式で冷却剤２１を衝突させることもできる。

図１には、端部８の外側のみに、具体的には巻き取り機５におけるように駆動ローラユニット２の前方および後方の両方に冷却媒体２１が衝突することが示されている。あるいは、巻き取り機５の前方における端部８に、他側において、より少ない程度で、冷却媒体２１を衝突させることもできる。また、冷却媒体２１による非対称の衝突は、駆動ローラユニット２の前方だけあるいは後方だけで行うこともできる。

要約すると、本発明は、以下の対象事項に関するものである。

圧延された金属ストリップ１とりわけ鋼ストリップ１は、駆動ローラユニット２を用いて、第１の搬送方向ｘから第２の搬送方向ｙに偏向されて、巻き取り機５に供給される。金属ストリップ１は、巻き取り機５において、コイル直径Ｄを有するコイル６を形成するようにコイル状に巻き取られる。金属ストリップ１の端部８の塑性変形は、端部８が影響を受けない状態で曲率半径Ｒで湾曲するように、実施される。端部８の塑性変形は、冷却媒体２１による端部８の面の非対称的な衝突によって少なくとも部分的に引き起こされる。冷却媒体２１による端部８の衝突は、コイル６の最も外側の巻き取り部の半分よりも大きいがコイル６の最も外側の巻き取り部よりも小さい端部８の長さにわたって実施される。

本発明は多くの利点を有する。特に、金属ストリップ１の端部８の所望の湾曲は、簡単な様式で高い信頼性を伴って達成することができる。

本発明について好ましい例示的な実施形態を用いて詳細に図示しかつ説明してきたが、本発明は開示された例示に限定されるものではなく、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、当業者によって他の変形例が導出されてもよい。

１ 金属ストリップ
２ 駆動ローラユニット
３ 下部ローラ
４ 上部ローラ
５ 巻き取り機
６ コイル
７ 巻き取りマンドレル
８ 端部
９ 隣接する内側巻き取り部
１０ 上流矯正ユニット
１１〜１３ 矯正ローラ
１４ 下流矯正ユニット
１５〜１７ 矯正ローラ
１８ 下降ローラ
１９ 前方冷却設備
２０ 後方冷却設備
２１ 冷却媒体
ｄ、Ｄ 直径
Ｒ 曲率半径
ｘ、ｙ 搬送方向
α 円周角

Claims (9)

1. 圧延された金属ストリップ（１）を巻き取るための方法であって、
   − 駆動ローラユニット（２）を用いて、前記金属ストリップ（１）が、第１の搬送方向（ｘ）から第２の搬送方向（ｙ）に偏向され、かつ巻き取り機（５）に供給され、
   − 前記巻き取り機（５）において、前記金属ストリップ（１）は、コイル直径（Ｄ）を有するコイル（６）を形成するようにコイル状に巻き取られ、
   − 前記金属ストリップ（１）の端部（８）の塑性変形が、前記端部（８）が負荷を受けない状態で曲率半径（Ｒ）で湾曲するように、引き起こされ、
   − 前記端部（８）の塑性変形は、前記端部（８）の巻き取りの前に、または巻き取りの間に、もしくは前記端部（８）の巻き取りの前および巻き取りの間に、冷却媒体（２１）を前記端部（８）の面に非対称的に衝突させることによって少なくとも部分的に引き起こされ、
   前記端部（８）の長さが前記コイル（６）の最も外側の巻き取り部の半分よりも大きくかつ前記コイル（６）の前記最も外側の巻き取り部よりも小さく、
   前記端部（８）の塑性変形は、前記巻き取り機（５）の上流にある矯正ユニット（２＋１８）を用いて支援され、かつ前記矯正ユニット（２＋１８）によって部分的に引き起こされ、
   前記矯正ユニット（２＋１８）が、前記第１の搬送方向（ｘ）に位置決め可能な下降ローラ（１８）を有し、
   前記駆動ローラユニット（２）の上流側にありかつ前記金属ストリップ（１）上に配置することが可能である前記下降ローラ（１８）に加えて、前記駆動ローラユニット（２）の下部ローラ（３）及び上部ローラ（４）の組合せを前記矯正ユニット（２＋１８）として使用していることを特徴とする方法。
2. 前記冷却媒体（２１）による前記端部（８）の前記面の非対称的な衝突は、前記端部（８）の巻き取りの前と前記端部（８）の巻き取り中と前記端部（８）の巻き取りの後とのいずれかの少なくとも１つの期間において実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記冷却媒体（２１）による前記端部（８）の前記面の非対称的な衝突は、一定量の冷却媒体を用いて、可変量の冷却媒体を用いて、または断続的な様式で実施されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 最大曲率半径（Ｒ）は前記コイル直径（Ｄ）の半分に等しいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記金属ストリップ（１）は鋼ストリップ（１）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 圧延された金属ストリップ（１）を巻き取るための巻き取り設備であって、
   − 前記巻き取り設備は駆動ローラユニット（２）を有しており、前記駆動ローラユニット（２）によって前記金属ストリップ（１）が第１の搬送方向（ｘ）から第２の搬送方向（ｙ）に偏向され、
   − 前記巻き取り設備は巻き取り機（５）を有しており、前記巻き取り機（５）へ向けて、前記金属ストリップ（１）が前記第２の搬送方向（ｙ）において前記駆動ローラユニット（２）から供給され、かつ前記巻き取り機（５）において前記金属ストリップ（１）がコイル直径（Ｄ）を有するコイル（６）を形成するよう巻き取られ、
   − 前記巻き取り設備は変形設備を有しており、前記変形設備によって、前記金属ストリップ（１）の端部（８）の塑性変形が、前記端部（８）が負荷を受けない状態で曲率半径（Ｒ）で湾曲するように、実施され、
   − 前記変形設備は冷却設備（１９，２０）として構成されており、前記冷却設備（１９，２０）によって、前記端部（８）の巻き取りの前に、または巻き取りの間に、もしくは前記端部（８）の巻き取りの前および巻き取りの間に、冷却媒体（２１）が前記端部（８）に非対称的に衝突され、
   前記冷却設備は、前記コイル（６）の最も外側の巻き取り部の半分よりも大きくかつ前記コイル（６）の前記最も外側の巻き取り部よりも小さい前記端部（８）の長さにわたって前記冷却設備が前記冷却媒体（２１）を前記端部（８）に衝突させる様式で構成されており、
   前記巻き取り設備は、前記端部（８）の塑性変形を支援しかつ部分的に引き起こすために前記巻き取り機の上流に配置された矯正ユニット（２＋１８）を有し、
   前記矯正ユニット（２＋１８）が、前記第１の搬送方向（ｘ）に位置決め可能な下降ローラ（１８）を有し、
   前記矯正ユニット（２＋１８）が、前記駆動ローラユニット（２）の上流側にありかつ前記金属ストリップ（１）上に配置することが可能である前記下降ローラ（１８）に加えて、前記駆動ローラユニット（２）の下部ローラ（３）及び上部ローラ（４）を備えることを特徴とする巻き取り設備。
7. 前記冷却設備（１９，２０）を通る端部（８）の経路中、前記冷却設備（１９，２０）は、一定量の冷却媒体が供給されるか、可変量の冷却媒体が供給されるか、または断続的な様式で供給されることを特徴とする請求項６に記載の巻き取り設備。
8. 最大曲率半径（Ｒ）は前記コイル直径（Ｄ）の半分に等しいことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の巻き取り設備。
9. 前記金属ストリップ（１）は鋼ストリップ（１）であることを特徴とする請求項６に記載の巻き取り設備。

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