JPH04500634A - 金属および金属合金材料を研磨する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属および金属合金材料を研磨する方法および装置本発明は、材料が高温の間、 および容易には機械加工または加工処理のできないスケールおよび酸化物層が形 成される前に表面の欠陥および表面の不純物が除去および／または露出されるよ うになす、金属および金属合金ビレット、材料または同様の、以下において一般 的に材料と称する被加工材の研磨方法および装置に関する。

金属および金属合金材料は先ず研磨されて、表面の亀裂または裂は目およびスラ グ／含有物の存在の可能性を指示させて、材料が局部的に加工され、圧延される 前に満足な状態になるようになされる。このように、材料またはビレットは研磨 されて、材料が鋳造される時に表面に上昇するスラブおよび同様の不純物を含む 表面層を除去されるのである。冷たい材料が研磨される時は、材料か冷却される 時に形成される重酸化物含有層を必然的に被覆される。従って、この層は前述の スラグ含有物とともに除去されなければならないのである。

公知の方法に従って例えば次に圧延機にて圧延される材料を加工または機械加工 する時には、粗い研磨ディスクが屡使用され、材料は多数の幅の狭い互いに平行 な溝に沿った帯状のパターンで研磨され、その結果研磨能力が低下される。さら に、この研磨方法は粗い波形の表面を残し、材料はその温度か研磨ディスクが破 裂しない程度に低下するまでは研磨されることができないのである。

このような研磨方法を完了するのに要する比較的長い時間のために、材料はさら に低い温度まで冷却される。従って、この冷却期間の間に比較的厚い酸化物およ びスケール層が形成され、これが容易には機械加工できず、これの研磨による除 去は著しい困難を伴い、また大なるエネルギーを要するのである。またこのよう な層を通して研磨する時に、下層にある価値のある材料の過大な量の除去を伴う のである。

さらに、使用される研磨工具が著しい磨耗を受け、こ工具を使用する通常の方法 の経済性を損なうのである。

本発明による技術の立脚点は、１９８７年７月９日に見出されるが、この公開公 報は２つの互いに対向する研磨ロールによってスケールの除去を行う方法を記載 している。この公開公報は、圧延された材料が冷却する際にこれに形成されるス ケールおよび酸化物層を除去するのに必要な大なる研磨圧力を与えることが困難 なために、当業者が貧弱な研磨結果しか与えない研磨ベルトによって研磨を行う ことを考慮していることを示している。

従って、公知の方法は多数の欠点によって妨害を受けるのである。これらの欠点 は、金属または金属合金材料、ビレブトおよび同様の被加工材を、請求の範囲第 １項の特徴事項による研磨ベルトによって研磨する装置により高温状態で研磨す る方法に関係する本発明によって回避されるのである。

本発明はまた請求の範囲第１項に記載された方法を実施する装置に関するが、こ の装置は請求の範囲第８項の特徴事項に記載された特徴的な構造を育するのであ る。

本発明の望ましい方法および装置がそれぞれの副請求の範囲に記載されている。

本発明は従来技術より優れた若干の利点を与えるが、これらの多くの利点が以下 に説明される。

−表面の欠点および表面の不純物が除去および／または露出されて、これらのも のがエネルギーの少ない方法で迅速に別々に研磨されることができる。

−硬質で除去の困難なスケールおよび／または酸化物層が形成される前に材料が 研磨されるから、著しいエネルギーの節約が行われる。

一酸化物および／またはスケールの形成が減少され、表面層がさらに薄くなり、 さらに容易に除去される。

−研磨ベルトは可撓性であって、材料に対して広い当接面積を与えるから、ベル トに対面する材料の表面が材料の表面の縁の部分とともに唯１回の同じ研磨工程 で研磨されることができる。

一材料の寸法に適合されるベルトの研磨幅が例えば１０−１４００ｍｍ、望まし くは１５０ｌ５０−９Ｏ０単−継ぎ目のベルト）の範囲内で変化できる。

−研磨ベルトによる研磨が遥かに平滑で、遥かに微細な材料の表面を得させ、こ れが欠陥の探査を容易にし、高品質を得ることができる。

一研磨深さが減小されるために厚い酸化物層またはその下方にある材料の大なる 部分を研磨して除去する必要かないから、材料の損失が少なくなる。

−製造がさらにＰＪ車になり、さらに迅速になる。

本発明を実施するに際して、材料は高温状態の間、望ましくは鋳造、連続鋳造、 圧延または何等かの他の高温加工に直接関連して無端研磨ベルトによって研磨さ れ、その際に必要な研磨圧力が流体圧状態に保たれる単一の接触装置によって得 られるようになされるのである。

従って、材料は変形に対する抵抗が少ない温度範囲内で加工されるのである。加 工に対する抵抗が温度の上昇とともに減少し、それぞれの加工単位量に消費され るエネルギー量も減少することが知られている。このことは鋼およびその他の金 属または金属合金にも当妖まり、また形成される酸化物およびスラブ物質にも画 表まるのである。従って、研磨か高温で行われる場合にはエネルギーの著しい節 約が得られるのである。

通常の温度、すなわち２００°Ｃ以下の温度で鋼材料を研磨する時、効率は約３ 　ｋｇ／ｋＷｈであるが、約８００−１０００℃の温度テハ、効率は約８−１０ 　ｋｇ／ｋＷｈ　テある。

従って、スケールおよび酸化物層が形成されないような、金属または金属合金の 温度がまだ充分に高い最低温度によって下限が決定され、上限が研磨ベルトの組 成によって決定され、すなわち材料から放射される熱によってベルトが悪影響を 受けないか、または破壊されないような最高温度によって決定される温度範囲内 で高温の材料を有効に研磨することができるのであって、その際にベルトの回転 速度を考慮に入れることが必要である。

従って、鋼材料を加工または機械加工する時に、５００−＋５００°Ｃ１望まし くは７００−１２００℃、特に８００−１１００℃の温度範囲が適用されること ができるのである。

驚くべきことに、上述の温度範囲内にある材料を研磨するのに研磨ベルトが容易 に使用できることが見出されている。研磨ベルトは基層、すなわちポリエステル または木綿の織物の基層および適当な結合剤によって基層に接着される研磨粒子 を含んでいる。現在入手可能のこれらの研磨ベルトの内、使用されるのが望まし いものはジルコン−コランダムまたはフランダムを含むものであるが、他の材料 もまた使用できる。粒子寸法は１２−１００、望ましくは２０−６０、特に２４ −５０メツシユ（ＦＥＰＡによる粒子数）の範囲になければならない。

最良のベルト摩耗強度は従来２４−３０メツシユの粒子寸法にて得られていた。

ポリエステルの織物は木綿の織物よりも強いから、ポリエステルの織物が基層材 料として望ましい。

ベルトの速度は１０−５０、望ましくは１５−４０、特に２０−３５ｍ／ｓの範 囲にあって、ベルトが何等かの他の方法により研磨される材料から放射される熱 によって溶解または破壊されるのを阻止するように充分に冷却されなければなら ない。ベルトの速度はまた所望の効率によって決定され、前述の利点が得られな くなるような温度まで材料が冷却される程低くなってはならない。

さらに、満足な研磨効果が得られるために、研磨ベルトは必要な研磨圧力を得ら れるような方法で加圧状態に保たれるのである。このことは流体圧力をベルトに 与え、これによって研磨圧力が材料の輪郭形状に無関係に一定に保持されること によって達成される。このことは、例えばピストン−シリンダー装置、殻体また はベロー構造のような圧縮空気装置または流体圧作動的またははね装置または重 量による加圧によって得られることができる。

本発明は添付図面に示された多数の例示的な実施例を参照して以下に詳細に説明 されるが、これらの図面の内、第１図は本発明による研磨組立体を含む材料の横 方向研磨用装置の平面図であり、 第２図は第１図に示された装置の側面図であり、第３図は、研磨組立体が第２図 の■−■線を通る断面図で示されている第１図に示される装置の端面図であり、 第４図は本発明の研磨組立体によって材料の長手方向研磨を行うための装置の平 面図である。

これらの図面において゛同様の構成要素は同様の参照番号により示されている。

従って、第１図は熱間加工設備、例えば圧延機から到着する材料を研磨するため の装置を概略的に示している。

本発明はこのような種々の異なる分野に適用できるが、ここでは圧延機から到着 する、材料ブランクか赤熱されることを意味する前記圧延機内の温度まで加熱さ れた正方形断面の材料の研磨を参照して説明される。

図示の装置は、研磨組立体ｌと、この研磨組立体が垂直に運動できるように取付 けられているフレーム構造２と、キャリジ上に取付けられ、または固定的に配置 され、また作業者の場所４を含む作動ユニット３とを含んでいる。第１図に示さ れた実施例の場合には、装置は材料５の長手方向軸線の方向に対して横方向に材 料５を研磨するように企図されているが、第４図は材料をその長手方向軸線の方 向に研磨するように企図されている。

研磨組立体ｌは駆動モーター６と、第１図にて破線で示されて、ベルトケーシン グ８内を走行する無端研磨ベルト７とを含んでいる。

フレーム構造２は作動ユニット３上に運動可能に取付けられていて、この図面で ピストン−シリンダー装置ＩＯにより矢印１１によって示されるように動かされ 得るフレーム部分を含んでいる。

作動ユニット３は以下にさらに詳細に説明されるように研磨ベルトを監視するよ うに企図された流体圧作動ユニットＩ２を含んでいる。この作動ユニット３はま た吸４作用によって研磨塵埃を除去するための組立体と、この研磨組立体を制卸 するための圧縮空気ユニットと、冷却空気を研磨ベルトに供給するための任意の 装置とを含んでいるが、このユニットは図面には詳細には示されていない。

図示の実施例の場合には、作動ユニットはレール１４上を走行する車輪！３（破 線で示されている）を設けられた午ヤリノ上に取付けられている。１つの望まし い実施例によれば、研磨組立体はローラーベッド上を圧延機または同様の設備か ら前進させられる材料を研磨するために使用されるが、キャリジおよびこれに支 持されている材料はキャリジ／材料が１段階だけ反対方向に動かされ得るように 段階的に動かされるのである。この点に関して、材料を先行する研磨面積の例え ば２０％だけ重複するように材料を研磨するのが適当である。

第２図は、材料を交叉方向に研磨するのに適した第１図に示される装置の側面図 である。第２図は駆動モーター６の研磨組立体上の配置を示しているが、ベルト の張力を調節して無端研磨ベルト７との駆動接触を与え、ベルト交換を可能にな すための補助ピストン−シリンダー装置１５を有している。

第３図は本発明の実質的に重要な構成要素を示す研磨組立体の断面図である。無 端研磨ベルト７は駆動モーター６の出力軸上に取付けられた駆動ローラー１６お よびベルトガイド１７および１８の廻りを走行する。ベルトガイドの少なくとも 一方、１７はベルトに対して横方向に働く力に対抗するように構成され、枢動可 能の車輪ホルダー２０を有するローラー１９を設けられていて、この枢動可能の 車輪ホルダー２０は唯１つだけが図示されている流体圧作動ピストン−シリンダ ー装置２Ｉによって作動可能になされている。ベルトの張力は流体圧作動ピスト ン−シリンダー装置ｔ１５によって制卸されるが、この流体圧作動ピストン−シ リンダー装置１５はモーター６を支持するプレート２２に対して作用するように なっていて、１つの縁部にこのプレートをフレーム部分９に枢動可能に連結する ヒンジ装置２３を育する。

無端研磨ベルト７はまた、図示の実施例では小さい直径の接触ローラー２４の形 状を有する接触装置によって作動される。この接触ローラー２４は、研磨組立体 内で水平運動を行うようにスライド２７上に取付けられたホルダー２６上のアー ム２５から枢動可能に懸架されている。このホルダー２６は流体圧作動ピストン −シリンダー装置２８によって往復運動を行うように動かされて、接触ローラー ２４を往復振動させるようになっている。

またこの接触ローラー２４は空気圧作動ピストン−シリンダー装置１２９によっ て作動されるが、この空気圧作動ピストン−シリンダー装置２９は研磨圧力を制 纒するための流体圧力を与えられている。

研磨組立体はまたガイドローラー３０．．３１を含み、これらのローラーは水冷 されるのか望ましく、研磨作動の間それぞれ研磨組立体および材料５を案内する のに使用されることができる。ベルトケーシングは、吸引作用によるチップおよ び塵埃を除去する目的のための、ベルトの上流端に近接して配置される吸引オリ フィス３３を存する吸引通路３２を含んでいる。この通路は図示されないホース によって作動ユニットに設けられたファンに連結されている。

フレーム構造９は勿論若干の変形状態に構成されることかでき、図示の実施例の 場合には第３図に矢印３６Ｃ；よって示されているように、ピストン−シリンダ ー装置３５により研磨組立体がその上を動かされることができる柱３４を含んで いる。

第４図に示された本発明の装置および研磨組立体は正方形断面の材料をその長手 方向軸線の方向に研磨するようになされているが、他の特徴においてはこの装置 は第１図ないし第３図に示された装置に対応している。

この装置は次のように作動する。駆動ローラー１６を存する駆動モーター６が取 付けられているプレート２２に対して作用するピストン−シリンダー装置１５に よって研磨ベルトは正しいベルト張力に調節される。ピストン−シリンダー装置 １２９によって所望の研磨圧力が接触ローラー２４に与えられ、接触ローラーは ピストン−シリンダー装置２８によって往復運動をさせられる。この往復運動の ストロークは、ローラーが正方形断面の材料の縁部を超えて走行され、これによ り少なくとも半径の半分にわたって研磨を行うようになされるのである。正方形 断面の材料の場合、完全な研磨作業は材料の運動方向に見た時に互いに前後に配 置される本発明による４つの研磨組立体を使用することによって行われることが できる。

前述のように、接触ローラー２４は小さい直径を有し、可能な限り迅速に往復運 動するようになされていて、このことは、研磨ベルトが高速で回転される事実と 組合されて、材料が赤熱状態である事実にも拘わらずベルトが溶解せず、または 燃焼しないことを意味するのである。

図示の実施例の場合、唯１つの接触ローラーが使用されている。しかし、本発明 の望ましい実施例によれば、２つまたはそれ以上の接触ローラーが使用される。

何故ならばこのことが接触ローラーの間のピッチよりも僅かに大きい値まで往復 運動ストロークの長さを減小させることによって往復運動速度を増加させ得るか らである。

例えば１５０ｍまでの小さい寸法の材料の場合には、２つの接触ローラーが適当 に使用されるが、大きい寸法の材料の場合には共通のボギーに取付けられる３つ またはそれ以上の接触ローラーが使用されることができる。

１つの変形実施例によれば、接触ローラーが空気クッションを介して研磨ベルト に作用する押圧プレートに置換えられるのである。この空気クッションはベルト を能率よく冷却するのに有効である。この押圧プレートをこれの反対両側に配置 される接触ローラーと組合せることによって、研磨ベルトに対面する材料の表面 およびこの表面を境界する縁部の半径の少なくとも半分が育利な方法で唯１回の 同じ時間内に研磨されることができるのである。押圧プレートか往復運動し、接 触ローラーが材料の角隅縁に対して静止状態に保持されるような配置もまた考え られるが、この場合にはローラーが水冷されなければならない。この場合、押圧 プレートは交換可能になされて、装置が寸法の異なる材料に適応するようになし 得る。

さらに、研磨組立体は遊星輪に取付けられて、組立体が材料全体の廻りに回転さ れ、これとともに正方形断面の材料の４つの側面が総て同時に研磨され得るよう になし得る。

しかし、本発明は正方形断面の材料の研磨に制限されるものではなく、丸い材料 を研磨し、また所謂スラブ、すなわち輻の広い材料を研磨するために使用できる 。本発明の装置が丸い材料を研磨するのに使用される時には、２つの互いに対向 する研磨組立体が使用され、それぞれの研磨組立体が材料のそれぞれ半分を研磨 し、それぞれの研磨組立体が１つまたはそれ以上の往復運動する接触ローラーを 含むようになすのが望ましい。また４つの研磨組立体が順次配置されて、丸い材 料の場合、２つの互いに対向する組立体が材料を研磨するために使用され、これ に反して残りの２つの組立体が遮断されるようになすことができる。能力を増大 させるために、研磨組立体が静止状態に配置され、材料がこれらの組立体を通さ れて、それぞれの組立体が材料の表面のそれぞれの部分を機械加工するようにさ れることができる。

本発明の１つの実施例によれば、材料が長手方向軸線に対して横方向に研磨され る時に、研磨ベルトに対面する材料の表面が、この表面を境界する縁部の半径の 少なくとも半分とともに研磨されるように接触装置に対する流体圧力の作用が利 用されて、これにより材料の側面および縁面が唯１回の同じ時間に、この装置の 唯１つの同じ部分によって機械加工されるのを可能になす。

本発明が鋼および鋼合金材料に加えて、さらに例えば銅材料および鋳鉄製品、連 続鋳造材料等に応用できることが理解される。

本発明の装置および方法は本発明の概念から逸脱しないで種々の方法で修正でき る。例えば、研磨組立体は９０°にわたって回転するように取付けられて、材料 が長手方向に対して横方向、または長手方向に研磨されるようになし得る。任意 に設けられる水冷材料ガイドローラー３０．３１が材料に従って研磨組立体を案 内するのに使用され、必要に応じて材料を研磨ベルトに係合させるか、または自 由にその傍を通過させるようになし得る。

従って、本発明は容易には加工除去できない酸化物層および／またはスケールを 、これらのものが容易に加工できるような時間の間に研磨除去することによって 、これらの容易には加工して除去できない酸化物層またはスケールの発生を効果 的に阻止できるのである。このことは熱間加工工程から到着する材料が赤熱状態 にある間、すなわち７００°Ｃ以上の温度にある時に研磨が行われることを意味 する。従って、鋼の場合に加工がキュリ一点より高い温度で行われるのである。

本発明の概念を応用して行われた試験について簡単な考廖が以下に与えられる。

本発明によって、圧延直後の高温の正方形断面の材料かローラーベッド上に載置 されるようにして、試験研磨がこの材料に施された。ベルトの寸法は５０Ｘ１５ ００鵬で、ベルトの速度は約４０ｍ／ｓで、７０デユロメーターの硬度を有する ゴムの鋸歯状の接触ローラーが使用された。研磨は材料に沿ってこの材料の丸い 縁部に対して横方向に行われた。以下の結果が得られた。

１、　研磨ベルト、スリプナクソス（Ｓｌｉｐｎａｘｏｓ　）　Ｘ　８９８第３ ６号（全体的にプラスティックのジルコン−コランダム木綿の織物第３６号）に よる研！Ｉ：ベルトは鉛を研磨する時のように白色の火花を発して甚だ軽く研削 を行った。その結果甚だ粗い表面を得た。同じベルトが冷たい材料に対しては殆 ど研磨作用を有していなかった。

ベルトはスケールに侵入するのか困難で、暗い赤色の火花を発生した。プルエル ・アンド・クジエール（Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｅｒ　）型式６１２０を使用した表 面の測定は高温研磨表面に対してＲａ３−５μｍ、冷たい研磨表面に対して１− １．５μｍを与えた。コランダム表面値は研磨性（ｇｒｉｎｄａｂｉｌｉｔｙ） に対応し、粗い表面は容易に研磨される表面に対応する。

２、　研磨ベルト、スリブナクラスＸ９９８第６０号（全体的にプラスティック のジルコン−コランダムポリエステルの織物第６０号による研ＩＩ：研磨は第３ ６号と同様で、同様に白色の火花であった。表面は遥かに微細であった。ベルト は丸い縁部の研磨に耐え、ポリエステルの織物の溶解の徴候は見られなかった。

３、　研磨ベルト、スリブナクラスＸ８０８第５０号（全体的にプラスティック のコランダム木綿の織物第５０号による研磨：このベルトは上述の２つのジルコ ン−コランダムベルトよりも遥かに貧弱な研磨結果しか与えないで、黄色の火花 を発生した。表面は上述の２つの試験にて得られた表面よりも遥かに微細であっ た。

これらの試験から得られた結論：１０００℃の直ぐ下の温度にも拘わらず、材料 から発される熱によって生じる唯１つの問題は作業者によって体験されたもので あった。この問題は適当なスクリーンを設けることによって軽減された。機械、 研磨ベルトおよび接触ローラーは熱によって影響を受けなかった。被加工材はこ れらの温度で甚だ容易に研磨されるので、ベルトの経済性は良好であった。

補正書の翻訳文提出書　（曲法第１８４条）８）平成３年３月１４日 卿

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．無端研磨ベルトによって、材料を、望ましくは鋳造、連続鋳造または圧延す ることに直接関連して高温状態にて研磨し、または材料を何等かのその他の方法 で熱間加工し、且つ流体圧力を与えられた接触装置によって、要求される研磨圧 力を与えることを特徴とする金属および金属合金材料を研磨する方法。
2. ２．材料温度が、スケールおよび酸化物層が形成される時間に対しては不充分で あり、しかも研磨ベルトに対して有害な作用を有しないような下限を有する温度 範囲で材料を研磨することを特徴とする請求の範囲第１項記載の研磨方法。
3. ３．材料が鋼材であり、研磨が行われる温度範囲が５００−１５００℃、望まし くは７００−１２００℃、特に８００−１１００℃であることを特徴とする請求 の範囲第１項または第２項記載の研磨方法。
4. ４．ポリエステルの織物の基層または木綿の基層より成る研磨ベルト、および１ ２−１００メッシュ、望ましくは２０−６０メッシュ、特に２４−５０メッシュ の範囲の粒子寸法を有するジルコン−コランダム粒子またはコランダム粒子の形 態の研磨剤を使用することを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項記載の研 磨方法。
5. ５．前記研磨ベルトを１０−５０ｍ／ｓ、望ましくは１５−４０ｍ／ｓ、特に２ ０−３５ｍ／ｓの速度で走行させることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第 ４項記載の研磨方法。
6. ６．空気圧作動または流体圧作動ピストン−シリンダー装置によって前記流体圧 力を発生させることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項記載の研磨方法 。
7. ７．材料をその長手方向軸線に対して横方向に研磨し、前記研磨ベルトに対面す る材料の表面が前記表面を境界する長手方向縁部の半径の少なくとも半分ととも に研磨されるように前記接触装置に対する流体圧力により与えられる作用を利用 することを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項記載の研磨方法。
8. ８．フレーム構造に運動可能に取付けられた少なくとも１つの研磨組立体を有し 、また少なくとも１つの無端研磨ベルト（７）、ベルトガイド（１７，１８）、 駆動ユニット（６）および少なくとも１つの接触装置（２４）および前記接触装 置に流体圧力を与える装置を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項によ る方法を実施する装置。
9. ９．前記接触装置（２４）に流体圧力を与える前記装置が圧縮空気作動のピスト ン−シリンダー装置（２９）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第８項記 載の装置。
10. １０．前記接触装置（２４）が少なくとも１つの押圧ローラーを含んでいること を特徴とする請求の範囲第８項および第９項記載の装置。
11. １１．前記接触装置（２４）が、空気クッションを介して前記研磨ベルトに当接 する押圧プレートを、このプレートの反対両側に配置されて流体圧力を与えられ ている押圧ローラーと組合されて含んでいることを特徴とする請求の範囲第８項 および第９項記載の装置。
12. １２．前記装置が前記接触装置を往復運動させる装置を含んでいることを特徴と する請求の範囲第８項ないし第１１項の何れか１項に記載の装置。
13. １３．前記接触装置（２４）を往復運動させる装置が流体圧作動ピストン−シリ ンダー装置を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の装置。
14. １４．前記装置が冷却空気を前記無端研磨ベルトに供給する装置を含んでいるこ とを特徴とする請求の範囲第８項ないし第１３項記載の装置。