JP6809521B2 - スラブの表面手入れ方法 - Google Patents

Description

本発明は、スラブ表面に生じる酸化スケールや表面疵を取り除くスラブの表面手入れ方法に関するものである。

一般的に、鋼板（厚板、薄板）はスラブ（連続鋳造スラブ、分塊スラブ）を素材とし、熱間圧延や冷間圧延を行って製造されるが、この際、スラブ表面（上下面、端面（側面、前後面））に酸化スケール層や表面疵を残したまま圧延を行うと、製品の表面性状の悪化や割れが生じる原因となる。

そこで、従来は、特許文献１に示されるように、門型フライス装置やプラノミラ等の工作機械を用いて、予め計測したスラブ表面形状に合致するようにフライス工具で切削して、スラブ表面の酸化スケール層や表面疵を除去するスラブ表面手入れが行われている。

まず、フライス加工（フライス工具）によってスラブ上下面の手入れを行う場合は、スラブの一端から他端（例えば、スラブ長手方向の先端から後端、あるいは、スラブ幅方向の右端から左端）に向かってフライス工具を進行させてスラブ上面の切削加工を行う動作（以下、「ストローク」と呼ぶ）を行った後、（上下面、端面（側面、前後面）（フライス工具の進行方向と直交する水平方向）にフライス工具を移動させて、次のストロークを行うという工程を繰り返して、スラブ上面全体の切削加工を行う。

また、フライス加工（フライス工具）によってスラブ端面（側面、前後面）の手入れを行う場合は、スラブの一端から他端（例えば、スラブ長手方向の先端から後端、あるいは、スラブ幅方向の右端から左端）に向かってフライス工具を進行させてスラブ端面の切削加工を行う動作（以下、「ストローク」と呼ぶ）を行った後、工具幅方向（フライス工具の進行方向と直交する鉛直方向）にフライス工具を移動させて、次のストロークを行うという工程を繰り返して、スラブ端面全体の切削加工を行う。

特開２０１６−６８２５１号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術には以下のような問題があった。

すなわち、スラブは、製造時の冷却過程における不均一な熱応力などで、反り・曲がり・膨らみ・凹みなどの変形を生じることが多々あり、スラブ表面（上下面、端面（側面、前後面））は、上下面が水平面でなかったり、端面が鉛直面ではなかったりして、複雑な形状であることが多い。

このように複雑な形状のスラブ表面の手入れを行う際には、過剰な切削を行わないように、スラブ表面形状の変動に倣うように切削加工を行って、切削深さが均一になるようにすることが望ましい。

そのため、上記特許文献１に記載のような通常のフライス工具による切削加工では、スラブの表面形状が複雑な形状の場合、その形状に倣うようにすると、１回のストロークで切削する工具幅方向の範囲が狭くなってしまい、ストローク数が増加し、加工時間が長くなって、生産性が阻害されるという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、スラブの表面手入れを切削加工によって行うに際して、スラブの表面形状が複雑な形状であっても、ストローク数を低減させて、加工時間を短くすることができるスラブの表面手入れ方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］スラブの表面手入れを切削加工によって行うに際して、
予め、軸心を回転軸として回転する回転体の側面に切削チップを備えた切削工具ブロックを、前記回転体の回転によって前記切削チップが描く回転図形の側面形状を異ならせて複数種類用意しておき、
切削するスラブ表面の形状を測定し、
前記切削工具ブロックを組み合せて、前記回転体の回転によって前記切削チップが描く回転図形の側面形状が、前記測定したスラブの表面形状に類似した側面形状になる切削工具を組み立て、
該切削工具を用いて、スラブの表面手入れを行うことを特徴とするスラブの表面手入れ方法。

［２］前記切削工具は、前記切削チップが螺旋状に位置していることを特徴とする前記［１］に記載のスラブの表面手入れ方法。

［３］前記切削工具ブロックを組み合せて、前記測定したスラブの表面形状に類似した側面形状になる切削工具を組み立てる際には、スラブの表面形状と切削工具の側面形状との形状差に基づいて、スラブの表面形状に対する切削工具の側面形状の類似度を算定することを特徴とする前記［１］または［２］に記載のスラブの表面手入れ方法。

本発明においては、スラブの表面手入れを切削加工によって行うに際して、スラブの表面形状が複雑な形状であっても、ストローク数を低減させて、加工時間を短くすることができる。

本発明の一実施形態において用いるスラブ表面手入れ装置を示す図である。 本発明の一実施形態におけるスラブ表面手入れの手順を示す図である。 本発明の一実施形態におけるスラブ表面手入れの手順を示す図である。 本発明の一実施形態におけるスラブ表面手入れの手順を示す図である。 本発明の一実施形態における切削工具ブロックの例を示す図である。 本発明の一実施形態における切削工具ブロックの組み合わせ例を示す図である。 本発明の一実施形態において、スラブの表面形状に類似するように組み合立てた切削工具の側面形状の例を示す図である。 本発明の一実施形態において、スラブの側面形状に対する切削工具の側面形状の類似度の算定方法の例を示す図である。 本発明の一実施形態において用いるスラブ表面手入れ装置を示す図である。 本発明の実施例における比較結果を示す図である。

本発明の一実施形態におけるスラブの表面手入れ方法を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態で用いるスラブ表面手入れ装置１０を示す正面図ある。

図１に示すように、このスラブ表面手入れ装置１０は、対象となるスラブ１を固定するスラブ固定ベッド１１と、門型フレーム１２（上部フレーム１２ａ、支柱１２ｂ）と、両側の支柱１２ｂ間にわたって架けられたクロスレール１５と、クロスレール１５に設置されたフロントヘッド１６と、フロントヘッド１６に取り付けられた主軸１７と、主軸１７に取り付けられた回転軸１８およびレーザー変位計１９と、回転軸１８に固定された切削工具２０とを備えている。

そして、支柱１２ｂは、支柱移動レール１４に沿ってスラブ固定ベッド１１の長手方向（図１において紙面に対し垂直方向：Ｘ方向）に移動する。また、フロントヘッド１６はクロスレール１５に沿ってスラブ固定ベッド１１の幅方向（図１において紙面の左右方向：Ｙ方向）に移動する。また、主軸１７は上下方向（Ｚ方向）に移動する。

これによって、切削工具２０が回転しながら、上下方向（Ｚ方向）、スラブ固定ベッド１１の長手方向（Ｘ方向）、スラブ固定ベッド１１の幅方向（Ｙ方向）に移動することにより、スラブ１表面の切削加工（表面手入れ）を行うことができる。

また、レーザー変位計１９から測長用レーザー光を出しながら、スラブ固定ベッド１１の長手方向（Ｘ方向）、スラブ固定ベッド１１の幅方向（Ｙ方向）、上下方向（Ｚ方向）、に移動することにより、スラブ１の表面形状を測定することができる。

その上で、この実施形態においては、スラブ１の表面形状が複雑な形状であっても対応できるようにするために、切削工具２０は、切削工具ブロック２１を組み合せたものを用いている。

すなわち、例えば、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、自分自身の軸心２３を回転軸として回転する回転体２２の側面に切削チップ２４を備えた切削工具ブロック２１を、回転体２２の側面の形状を異ならせて複数種類（ここでは、切削工具ブロック２１ａ、２１ｂ、２１ｃの３種類）用意しておく。なお、図５中の２５は回転体２２に切削チップ２４をネジ（図示せず）で固定するためのネジ穴であり、図５中の２６は切削チップ２４のバックサポートである。そして、ここでは、切削チップ２４の管理や交換を容易にするために、切削チップ２４は全て同じ形状・寸法のものを用いることを前提にしている。

これによって、例えば、図６（ａ）に示すように、切削工具ブロック２１ａと切削工具ブロック２１ｂとを軸心２３方向に２段に組み合わせて切削工具２０ａに組み立てたり、図６（ｂ）に示すように、切削工具ブロック２１ａと切削工具ブロック２１ｃとを軸心２２方向に２段に組み合わせて切削工具２０ｂに組み立てたりと、側面形状の異なる切削工具２０（２０ａ、２０ｂ）を組み立てることができるようになっている。

なお、切削工具２０の側面形状については、回転体２２の回転によって切削チップ２４が描く回転図形の側面形状を考えればよいが、ここでは、上記のように、切削チップ２４は全て同じ形状・寸法であることを前提にしているので、回転体２２の回転によって切削チップ２４が描く回転図形の側面形状と回転体２２の側面形状とは同じ形状であると見なして、切削工具２０の側面形状を回転体２２の側面形状によって評価している。

ここで、図５において、回転体２２の上面と軸心２３の交点を原点とし、軸心２３方向をｘ、径方向をｙとして、切削工具ブロック２１（回転体２２）の側面形状をｙ＝ｆ（ｘ）で表すとした場合に、切削工具ブロック２１ａ、２１ｂ、２１ｃの側面形状が、それぞれ、ｙ＝ｆａ（ｘ）、ｙ＝ｆｂ（ｘ）、ｙ＝ｆｃ（ｘ）で表せるとすれば、図６において、切削工具２０ａの側面形状は、ｙa＝ｆａ（ｘ）＋ｆｂ（ｘ−ｈ）で表され、切削工具２０ｂの側面形状は、ｙｂ＝ｆａ（ｘ）＋ｆｃ（ｘ−ｈ）で表される。ここで、ｈは切削工具ブロック２１の高さである。

なお、図５、図６に示すように、切削工具２０では、切削チップ２４が軸心２３方向に向かって螺旋状に位置しているようにする方が、切削チップ２４が軸心２３方向に向かって直線状に位置しているようにするよりも、時間的に切削負荷が分散するので好ましい。

そして、スラブ１の表面形状をレーザー変位計１９で測定し、切削工具ブロック２１を組み合せて、測定したスラブ１の表面形状に類似した側面形状を有する切削工具２０を組み立て、その切削工具２０を用いて、スラブ１の表面手入れを行うようにしている。

例えば、測定したスラブ１の表面形状（ここでは、側面形状）が図７（ａ１）に示すような形状Ｆ１の場合は、その形状Ｆ１に類似（合致）するように、切削工具ブロック２１を３段組み合わせて、側面形状が図７（ｂ１）に示すような形状ｆ１の切削工具２０ｐを組み立て、その切削工具２０ｐを用いて、スラブ１の側面の手入れを行うようにする。同様に、測定したスラブ１の表面形状（ここでは、側面形状）が図７（ａ２）に示すような形状Ｆ２の場合は、その形状Ｆ２に類似（合致）するように、切削工具ブロック２１を３段組み合わせて、側面形状が図７（ｂ２）に示すような形状ｆ２の切削工具２０ｑを組み立て、その切削工具２０ｑを用いて、スラブ１の側面の手入れを行うようにしている。

なお、上記のように、切削工具ブロック２１を組み合せて、測定したスラブ１の表面形状に類似（合致）した側面形状を有する切削工具２０を組み立てる際には、例えば、下記のようにして行えばよい。

予め、操業実績等から、スラブ１の表面形状を複数のパターンに分類しておき、用意した切削工具ブロック２１の組み合わせの中から、それぞれのパターンに類似した組み合わせの切削工具２０を選定しておく。そして、測定したスラブ１の表面形状がどのパターンに該当するかを判断し、そのパターン用に選定していた組み合わせの切削工具２０を組み立てる。

または、測定したスラブ１の表面形状に対して、切削工具ブロック２１の組み合せ候補を複数選出し、測定したスラブ１の表面形状に対する各組み合せ候補の側面形状の類似度を最短距離法等によって算出し、その算出結果に基づいて、最も類似度が高い組み合せ候補による切削工具２０を用いるようにすればよい。あるいは、予め類似度に閾値を定めておき、その閾値以上の類似度になる組み合せ候補の中から、使用頻度の均一化等を考慮して、用いる組み合せ候補を決めるようにしてもよい。

ここで、スラブ１の側面形状に対する切削工具２０の側面形状の類似度（逆に言うと、相違度）の算定方法の例を図８を用いて述べる。

まず、上下方向に積み重ねて切削工具２０に組み立てる切削工具ブロック２１の数を決める。その際に、１ストロークでスラブ１の側面の高さ方向全体が切削できるようにするために、切削工具２０の高さ（切削工具ブロック２１の合計高さ）がスラブ１の厚さ以上になるようにするのが好ましい。

ここでは、図８（ｂ）に示すように、上下方向に３個の切削工具ブロック２１ｒａ、２１ｒｂ、２１ｒｃを積み重ねて、切削工具２０ｒを組み立てることとし、切削工具２０ｒの高さがスラブ１の厚さと等しくなるようにしている。すなわち、それぞれの切削工具ブロック２１ｒａ、２１ｒｂ、２１ｒｃの高さをｈとし、スラブ１の厚さをＨとすると、Ｈ＝３ｈとなるようにしている。

そして、切削工具ブロック２１ｒａ、２１ｒｂ、２１ｒｃについて、前述の図５で述べたように、回転体２２の上面と軸心２３の交点を原点とし、軸心２３方向（鉛直方向）をｘ、径方向（水平方向）をｙとして、切削工具ブロック２１（回転体２２）の側面形状をｙ＝ｆ１（ｘ）で表すとした場合に、図８（ｂ）に示すように、切削工具ブロック２１ｒａ、２１ｒｂ、２１ｒｃの側面形状は、それぞれ、ｙ＝ｆ１ａ（ｘ）、ｙ＝ｆ１ｂ（ｘ）、ｙ＝ｆ１ｃ（ｘ）で表せるとする。

このときに、切削工具２０ｒの側面形状を表す代表寸法を、それぞれの切削工具ブロック２１ｒａ、２１ｒｂ、２１ｒｃの側面形状の傾きｉａ、ｉｂ、ｉｃとし、それぞれｉａ＝（ｆ１ａ（ｈ）−ｆ１ａ（０））／ｈ、ｉｂ＝（ｆ１ｂ（ｈ）−ｆ１ｂ（０））／ｈ、ｉｃ＝（ｆ１ｃ（ｈ）−ｆｃ（０））／ｈで求める。

一方、図８（ａ）に示すように、スラブ１の方も、切削工具２０ｒに対応させて、高さ方向に仮想的に３等分して仮想分割領域１ａ、１ｂ、１ｃに区分する。

そして、スラブ１の仮想分割領域１ａ、１ｂ、１ｃについても、スラブ１の任意の幅方向位置（例えば、幅方向中央）における鉛直線がそれぞれの仮想分割領域１ａ、１ｂ、１ｃの上面と交わる点を原点とし、厚さ方向（鉛直方向）をｘ、幅方向（水平方向）をｙとして、スラブ１の仮想分割領域の側面形状をｙ＝Ｆ１（ｘ）で表すとした場合に、図８（ａ）に示すように、仮想分割領域１ａ、１ｂ、１ｃの側面形状は、それぞれ、ｙ＝Ｆ１ａ（ｘ）、ｙ＝Ｆ１ｂ（ｘ）、ｙ＝Ｆ１ｃ（ｘ）で表せるとする。

このときに、スラブ１の側面形状を表す代表寸法を、それぞれの仮想分割領域１ａ、１ｂ、１ｃの側面形状の傾きＩａ、Ｉｂ、Ｉｃとし、それぞれＩａ＝（Ｆ１ａ（ｈ）−Ｆ１ａ（０））／ｈ、Ｉｂ＝（Ｆ１ｂ（ｈ）−Ｆ１ｂ（０））／ｈ、Ｉｃ＝（Ｆ１ｃ（ｈ）−Ｆｃ（０））／ｈで求める。

そして、スラブ１の仮想分割領域１ａ、１ｂ、１ｃの側面形状の傾きＩａ、Ｉｂ、Ｉｃに対する切削工具ブロック２１ｒａ、２１ｒｂ、２１ｒｃの側面形状の傾きｉａ、ｉｂ、ｉｃの差（形状差）Δｉを下式によって求める。すなわち、
Δｉ＝｜Ｉａ―ｉａ｜＋｜Ｉｂ―ｉｂ｜＋｜Ｉｃ―ｉｃ｜
である。

この側面形状の傾きの差Δｉをスラブ１の側面形状に対する切削工具２０ｒの側面形状の相違度とし、その逆数１／Δｉを類似度とする。

このようにして、類似度１／Δｉを算出できれば、前述したように、測定したスラブ１の表面形状に対して、切削工具ブロック２１の組み合せ候補を複数選出し、測定したスラブ１の表面形状に対する各組み合せ候補の側面形状の類似度１／Δｉを上記の方法によって算出し、その算出結果に基づいて、最も類似度が高い組み合せ候補による切削工具２０を用いるようにすればよい。あるいは、予め類似度に閾値を定めておき、その閾値以上の類似度になる組み合せ候補の中から、使用頻度の均一化等を考慮して、用いる組み合せ候補を決めるようにしてもよい。

通常、スラブ１の側面形状の傾きは−１．０°〜４．０°程度の範囲にほとんどが収まるため、切削工具ブロック２１の側面形状の傾きも上記の範囲として−１．０°から０．５°刻みで増加させ、最大４．０°までの工具を用意しておくとよい。

なお、切削工具２０を組み立てる際には、上下方向に隣接する切削工具ブロック２１の接続部で側面形状が連続的になるようにして、段差（径方向端部位置の差）が生じないようにすることが好ましいが、場合によっては、許容できる範囲内の段差（例えば、１ｍｍ以下）であれば、側面形状が不連続になってもよい。

また、切削工具２０を組み立てる際には、スラブ１の側面の全ての個所で所定の必要最小切削深さ（例えば、２ｍｍ）を確保できるようにすることを念頭において行うとよい。

そして、スラブ１の側面形状に対する切削工具２０の側面形状の類似度（逆に言うと、相違度）の算定方法の他の例としては、スラブ１の側面部分と切削工具２０の側面部分とを切削状態を想定して重ね合わせ、その重ね合わさった部分の面積（形状差）をスラブ１の側面形状に対する切削工具２０の側面形状の相違度とし、その逆数を類似度とするようにしてもよい。

なお、事前に用意しておく切削工具ブロック２１として、それまでの切削結果等に基づいて製作しておき、必要に応じて、新たな側面形状を有する切削工具ブロック２１を追加するようにしてもよい。

以下に、上記のようなスラブ表面手入れ装置１０を用いて、スラブ１の側面を手入れする際の手順について述べる。

（Ｓ１）予め、自分自身の軸心２３を回転軸として回転する回転体２２の側面に切削チップ２４を備えた切削工具ブロック２１を、回転体２２の側面形状を異ならせて複数種類用意しておく。

（Ｓ２）次に、図２に示すように、切削するスラブ１の側面の形状をレーザー変位計１９で測定する。なお、測定を行っている時点では、使用する切削工具ブロック２１の組み合わせが決まっていないので、図２では、切削工具２０を取り外した状態にしている。

（Ｓ３）次に、図３に示すように、切削工具ブロック２１を組み合せて、前記（Ｓ２）で測定したスラブ１の側面形状に類似した側面形状を有する切削工具２０を組み立てて、回転軸１８に取り付ける。

（Ｓ４）そして、図４に示すように、取り付けた切削工具２０を回転させながら走行させて、スラブ１の側面を切削する。

なお、スラブ１の側面を１ストロークで切削できれば好ましいが、１ストロークで切削しようとすると、用意した切削工具ブロック２１では類似度が高い組み合わせが得られない場合や、設備制約のために、１ストロークで切削できない場合は、複数ストロークで切削することを前提にして、切削工具ブロック２１を組み合せればよい。必要に応じて、ストローク間で切削工具ブロック２１の組み合わせを変更してもよい。

そして、スラブ１の前後面を切削する場合も、上記のスラブ１の側面を切削する場合と同様にして行えばよい。

また、スラブ１の上下面を切削する場合は、図９に示すように、回転軸１８と切削工具２０との間に回転方向変換アタッチメント３０を取り付けて、切削工具２０の回転方向を９０°変換すれば、上記のスラブ１の側面を切削する場合と同様にして行うことができる。

このようにして、この実施形態においては、スラブ１の表面手入れを切削加工によって行うに際して、切削工具ブロック２１を組み合せて、スラブ１の表面形状に類似した側面形状を有する切削工具２０を組み立てるようにしているので、スラブ１の表面形状が複雑な形状であっても、ストローク数を低減させて、加工時間を短くすることができる。その結果、生産性の向上を図ることができる。

なお、この実施形態では、上述したように、切削チップ２４は全て同じ形状・寸法であることを前提にして、切削工具２０の側面形状を回転体２２の側面形状によって評価しているが、切削チップ２４の形状・寸法が同一でない場合は、切削工具２０の側面形状を、回転体２２の回転によって切削チップ２４が描く回転図形の側面形状によって評価すればよい。

本発明の実施例として、本発明例と従来例を比較した結果を図１０に示す。

ここで、本発明例は、上記の本発明の一実施形態に基づいてスラブの表面手入れを行った場合であり、従来例は、上記の従来技術(特許文献１)に記載のようにフライス工具を用いてスラブの表面手入れを行った場合である。

図１０に示すように、両者の加工時間を比較すると、従来例を１００とした場合、本発明例では８１となり、加工時間が１９％短縮している。

これによって、本発明の有効性が確認された。

１ スラブ
１ａ、１ｂ、1ｃ スラブの仮想分割領域
１０ スラブ表面手入れ装置
１１ スラブ固定ベッド
１２ 門型フレーム
１２ａ 門型フレームの上部フレーム
１２ｂ 門型フレームの支柱
１４ 支柱移動レール
１５ クロスレール
１６ フロントヘッド
１７ 主軸
１８ 回転軸
１９ レーザー変位計
２０ 切削工具
２０ａ、２０ｂ 切削工具
２０ｐ、２０ｑ 切削工具
２０ｒ 切削工具
２１ 切削工具ブロック
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 切削工具ブロック
２１ｒａ、２１ｒｂ、２１ｒｃ 切削工具ブロック
２２ 回転体
２３ 回転体の軸心
２４ 切削チップ
２５ ネジ穴
２６ バックサポート
３０ 回転方向変換アタッチメント

Claims (4)

1. スラブの表面手入れを切削加工によって行うに際して、
   予め、軸心を回転軸として回転する回転体の側面に切削チップを備えた切削工具ブロックを、前記回転体の回転によって前記切削チップが描く回転図形の側面形状を異ならせて複数種類用意しておき、
   切削するスラブ表面の形状を測定し、
   測定したスラブの表面形状に対して、切削工具ブロックの組み合せ候補を複数選出し、
   測定したスラブの表面形状に対する各組み合せ候補の側面形状の類似度が最も高い組み合せ候補を切削工具として決定し、または、測定したスラブの表面形状に対する各組み合せ候補の側面形状の類似度の閾値を予め設定しておき、設定した閾値以上の類似度を有する組み合せの候補の中から切削工具を決定し、
   該切削工具を用いて、スラブの表面手入れを行うことを特徴とするスラブの表面手入れ方法。
2. 前記類似度を、スラブの表面形状と切削工具の側面形状との形状差に基づいて算定することを特徴とする請求項１に記載のスラブの表面手入れ方法。
3. スラブの表面手入れを切削加工によって行うに際して、
   予め、軸心を回転軸として回転する回転体の側面に切削チップを備えた切削工具ブロックを、前記回転体の回転によって前記切削チップが描く回転図形の側面形状を異ならせて複数種類用意しておき、
   切削するスラブ表面の形状を測定し、
   予め、スラブの表面形状を複数のパターンに分類しておき、また、用意した切削工具ブロックの組み合わせの中から、それぞれのパターンに類似した組み合わせの切削工具を選定しておき、
   測定したスラブの表面形状がどのパターンに該当するかを判断し、そのパターン用に選定していた組み合わせの切削工具を組み立て、
   該切削工具を用いて、スラブの表面手入れを行うことを特徴とするスラブの表面手入れ方法。
4. 前記切削工具は、前記切削チップが螺旋状に位置していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスラブの表面手入れ方法。