JP2008264803A - コイラードラムおよびコイラードラムを使用した圧延設備 - Google Patents

Abstract

【課題】「かき傷」の発生を防止することにより、圧延材１２の歩留りを向上させる。
【解決手段】コイラードラム２４は、圧延材１２の端部が挿入される開口部３８を有する略円筒状のドラム本体２８、開口部３８からドラム本体２８の内側へ圧延材１２の端部を導入する帯板状のガイド板状部３０、圧延材１２を巻き取る際に圧延材１２の端部を係止する係止部３２を備えている。そして、係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なるドラム本体２８の外面は、圧延材１２の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみに合致する膨らみを有する曲面に形成されている。したがって、コイラードラム２４に圧延材１２を巻き取る初期段階からコイラードラム２４の外面に圧延材１２を沿わせることができ、圧延材１２のスリップによる「かき傷」の発生を防止できる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、コイラーファーネスの主要部を構成するコイラードラム、および２つのコイラーファーネスとコイラーファーネス間に配設された圧延機とを備える圧延設備に関する。

圧延材は、通常、加熱された厚肉のスラブを圧延機に複数回パスさせて圧延することによって製造される。上記圧延機の内、仕上げ圧延設備１０’に付いては、本発明と図を共用して説明するが、従来、数パスの可逆圧延により圧延材１２(例えばホットコイル)を得る１基の「圧延機１６」と、その左右両側に装備され、圧延材１２の温度を保持する「保温炉２６」と、その内部に設置され、圧延機１６にて圧延された圧延材１２を巻き取る或いは巻き取った圧延材１２を送り出す「コイラードラム２４’」とで構成された「ステッケルミル」が幅広く用いられている。なお、コイラーファーネス１４は、「保温炉２６」と「コイラードラム２４’」及びこれらの回転駆動装置(図示せず)とで構成される。

一般的な圧延設備１０’であるステッケルミルは、図１に示すように、２つのコイラーファーネス１４と、２つのコイラーファーネス１４間に配設された圧延機１６とを備えており、各コイラーファーネス１４においては、保温炉２６の内部にコイラードラム２４’が回転自在に配設されている。また、従来のコイラードラム２４’は、図１１に示すように、圧延材１２が巻き付けられる略円筒状のドラム本体２４ａ’を有しており、このドラム本体２４ａ’には、圧延材１２の端部が挿入されるスリット状の開口部３８’が最大幅の圧延材１２(例えばホットコイル)より若干長め目の長さで軸方向へ延びて形成されている。

ステッケルミル１０’を用いて所定厚さの圧延材１２(例えばホットコイル)を製造する際には、粗圧延装置(図示せず)で圧延された圧延材１２が圧延機１６に送り込まれて１パス目の圧延がなされ、然る後、圧延材１２の一方端部が一方のコイラーファーネス１４を構成する保温炉２６の出入り口５０を通ってコイラードラム２４’の開口部３８’に挿入され、その状態で圧延機１６の送り出しに合わせてコイラードラム２４’のドラム本体２４ａ’に圧延材１２の他方端部を残してその殆どが巻き付けられる。

１パス目が終了すると圧延材１２は逆方向に送られることになり、巻き取り側のコイラードラム２４’が逆転して圧延材１２が圧延機１６側に送り出されて第２回目のパスがなされる。そして当該圧延材１２の他方端部から圧延機１６を通って圧延され、然る後、他方のコイラーファーネス１４を構成する保温炉２６の出入り口５０を通ってコイラードラム２４’の開口部３８’に挿入され、その状態でコイラードラム２４’のドラム本体２４ａ’に圧延材１２が巻き取られる。このように２つのコイラーファーネス１４間で圧延材１２がやり取りされながら、圧延機１６で圧延材１２が所定厚さになるまで圧延される。

なお、「コイラードラム」の具体的構成及び動作については、特許第３４１９６９９号公報（特許文献１）が参考になる。
特許第３４１９６９９号公報

従来のステッケルミル１０’（図１）では、コイラードラム２４’の開口部３８’に圧延材１２の端部が挿入され、その状態でコイラードラム２４’のドラム本体２４ａ’に圧延材１２が巻き付けられるため、圧延材１２が巻き付けられる初期段階では、図１１に示すように、圧延材１２の端部が係止する係止部３２’の直上部分において、圧延材１２が形成するカーブとコイラードラム２４’の外面の膨らみとが合致せず、これらの間に隙間Ｓが生じていた。そのため、特に第１巻き目から第２巻き目の圧延材１２の巻き付け過程において、圧延材１２の締め付け力により隙間Ｓが押し潰されると、その分だけ圧延材１２の第１巻き目がコイラードラム２４’の外面をスリップする。

コイラードラム２４’は高温中で、高い張力をかけて圧延材１２の巻き取りを行うため、圧延材１２との接触面において、次第に堆積物(例えば酸化物)の堆積或いは表面変形が発生して凹凸を生じる。そして、この巻き取り作業中に次第に生成されたコイラードラム２４’表面(特に、開口部３８’のガイド板状部３０’側の長手内側縁３８ａ’外面上)の堆積物の凹凸或いは表面変形の凹凸によって圧延材１２の表面に前記スリップによる「かき傷」と称される表面欠陥が生じることがあった。特に、第１パス目に形成された「かき傷」はその後の圧延作業により細長く伸ばされるため、先端のかなり長い面積部分が不良部分となって製品として使用することができず、圧延材１２の歩留りが低下するという問題があった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、圧延材の第１巻き目のコイラードラムとの接触面に発生し易い「かき傷」、特に、第１パス目の「かき傷」の発生を防止することにより、圧延材の歩留りを向上させることのできるコイラードラム及び圧延設備を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「圧延機１６の両側に配置され、圧延材挿脱用の出入り口５０を有する保温炉２６内に回転自在に配置され、前記保温炉２６の内部において圧延材１２の巻き取り又は送り出しを行うコイラードラム２４であって、
前記保温炉２６内に挿し込まれた前記圧延材１２の端部が挿入される開口部３８を有し、前記圧延材１２が巻き付けられる略円筒状のドラム本体２８、
前記開口部３８における一方の長手内側縁３８ａから前記ドラム本体２８の内側へ向かって傾斜して形成され、前記開口部３８から前記ドラム本体２８の内側へ前記圧延材１２の端部を導入するガイド板状部３０、
前記開口部３８における他方の長手内側縁３８ｂに前記ガイド板状部３０と対向して形成され、前記圧延材１２を巻き取る際に前記圧延材１２の端部を係止する係止部３２を備えており、
前記係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なる前記ドラム本体２８の外面は、前記圧延材１２の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみに合致する膨らみ（以下、この部分を膨らみ部２８ａとする。）を有する曲面に形成されていることを特徴とするコイラードラム」であり、請求項２に記載した発明は、前記膨らみ部２８ａに関し、「前記膨らみ(即ち、膨らみ部２８ａ)を構成する曲面の半径ｒはドラム本体２８の半径Ｒより小に形成され、ドラム本体２８と膨らみ部２８ａの境界部分２８ｂは直線或いはなだらかな凸曲面で繋がれている」ことを特徴とする。また、請求項３では「膨らみ部分のドラム本体２８の外面に対する高さＰは、ドラム本体の直径の１．５％〜２．５％である」ことを特徴とする。

本発明によれば、係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なるドラム本体２８の外面が、圧延材１２の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみ(この膨らみは後述の数値実験からも分かるように、圧延材１２の肉厚によって大きく変化しない。)に合致する膨らみを有する曲面(膨らみ部２８ａ)に形成されているので、コイラードラム２４に圧延材１２を巻き取る初期段階からコイラードラム２４の外面に圧延材１２を沿わせることができる。したがって、コイラードラム２４の係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なるドラム本体２８の外面と、圧延材１２との間に従来のような隙間Ｓ（図１１）が生じることはなく或いはこれを大幅に減じて、圧延材１２のスリップによる「かき傷」の発生を防止できる。なお、後述するように膨らみ部２８ａが過大になるとコイラードラム２４が偏心してスムーズな回転を阻害するので、膨らみ部２８ａの大きさは自ずとその限界があり、最大はドラム本体の直径の２．５％以下が実用上回転に支障を生じず好ましい。

請求項４に記載した発明は、「圧延材１２を互いにやり取りする２つのコイラーファーネス１４と、前記コイラーファーネス１４間に配設され、前記圧延材１２を圧延する圧延機１６とを備える圧延設備１０において、前記コイラーファーネス１４のそれぞれは、請求項１〜３のいずれかに記載したコイラードラム２４と、前記コイラードラム２４を収容する保温炉２６とを有していることを特徴とする圧延設備１０」である。

請求項１〜４に記載した発明によれば、圧延材１２を巻き取る初期段階からコイラードラム２４の外面(特に、係止部３２の外面)に圧延材１２を沿わせることができるので、圧延材１２のスリップによる「かき傷」の発生を防止でき、圧延材１２の歩留りを向上させることができる。

図１は、本発明が適用された圧延設備１０を示す簡略図である。この圧延設備１０は、ステンレススラブ等を繰り返し圧延することによって、所定厚さの圧延材１２(例えば、ホットコイル)を製造するものであり、圧延材１２を互いにやり取りする２つのコイラーファーネス１４と、コイラーファーネス１４間に配設され、圧延材１２を圧延する圧延機１６と、圧延材１２の厚さを測定する板厚測定装置１８と、圧延材１２をコイラーファーネス１４へ搬送する(或いは逆にコイラーファーネス１４から搬出する)複数の搬送ローラ２０と、搬送される圧延材１２をコイラーファーネス１４の出入り口５０へガイドする複数のガイドローラ２２とによって構成されている。

コイラーファーネス１４は、図１に示すように、コイラードラム２４と、コイラードラム２４を収容する保温炉２６及びこれらの回転駆動装置(図示せず)とによって構成されている。４８は保温炉２６のハウジングである。

コイラードラム２４は、保温炉２６の内部において圧延材１２の巻き取りおよび送り出しを行うものであり、図２〜図８に示すように、開口部３８が形成されたドラム本体２８と、ガイド板状部３０と、係止部３２と、内面に形成された複数の周方向リブ３４と、複数の軸方向リブ３６とを有している。

ドラム本体２８は、外周面に圧延材１２が巻き付けられる略円筒状の部材(通常は、中央部分が周辺部より若干膨れた太鼓状)であり、ドラム本体２８の周壁には、圧延材１２の端部が挿入されるスリット状(或いは長方形状)の前記開口部３８が軸方向へ延びて形成されている。また、ドラム本体２８の軸方向両端部には、回転駆動装置（図示省略）の回転軸に取り付けられるフランジ４０が、テーパ状(或いはビンの頸のような形状)に縮径された縮径部４２を介して形成されており、このフランジ４０には、固定ボルト（図示省略）が挿通される複数のボルト挿通孔４４が形成されている。そして、この中空ドラム本体２８に対して、ガイド板状部３０、係止部３２、内部に複数の周方向リブ３４および複数の軸方向リブ３６が一体的に形成されている。なお、コイラードラム２４にはコイラーファーネス１４内に設置された時、図示しないシャフトが挿通されている。前記シャフトには耐火材が張着されている。

ガイド板状部３０は、開口部３８からドラム本体２８の内側へ圧延材１２の端部を導入する帯板状の部分であり、開口部３８における一方の長手内側縁３８ａからドラム本体２８の内側へ向かって所定角度で傾斜して形成されている。そして、ガイド板状部３０には、圧延設備１０のメンテナンス時に行われるコイラーファーネス１４の昇温或いは冷却時に発生して、ガイド板状部３０に加わる熱応力(或いは熱歪み)或いはその他の応力を逃がすための複数のスリット３８ｃが軸方向に対して直角方向に形成されており、スリット３８ｃの基部には、応力集中を避けるための円形孔３８ｄが形成されている。

係止部３２は、開口部３８に挿入された圧延材１２を係止する部分であり、開口部３８における他方の長手内側縁３８ｂにガイド板状部３０と対向して形成されている。係止部３２の厚さは、圧延材１２から付与される締め付け力及び巻き取り時の張力による曲げ応力に耐え得る強度を確保するために、ドラム本体２８の厚さよりも十分に厚く設定されている。また、係止部３２の係止面３２ａは、ガイド板状部３０に沿って導入された圧延材１２の端部を受け取るために、ガイド板状部３０のガイド面３０ａと対向する所定角度(奥に行くほど次第に開口幅が狭くなるよう)に傾斜して形成されている。

そして、係止部３２における開口部３８よりも外側の部分及びそれに連なる部分は、少なくとも係止部３２の外面３２ｂの全長にわたって巻き取り初期段階(特に、第１パス目の巻き取り初期段階)に膨らんだ圧延材１２の内面に当接するように従来よりも外側へ膨らんで形成されており、この膨らんだ部分（図５中の格子線で示した部分が「膨らみ部２８ａ」である。）の外面、すなわち「係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なるドラム本体２８の外面」は、巻き取り初期段階における圧延材１２のスリップを防止するために、「圧延材１２の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみ」に合致する膨らみを有する曲面に形成されている。

ここで、「合致する」とは、厳密な意味でなく、いうなれば「形状及び位置がある幅を持って一致する」という意味であり、膨らみ部２８ａの「曲率」だけでなく「膨らみの程度」もがほぼ一致することを意味する。換言すれば「スリップ」が実質的に認められない範囲(スリップ長がほぼゼロの範囲)を言う。また、「第２巻き目が重なる直前」とは、「圧延材１２の端部を開口部３８に挿入した状態で圧延材１２に張力を付与しながら最初の一巻きを完了する直前」を意味し、「第２巻き目が重なる直前における膨らみ(特に、第１パス目の膨らみが重要)」の程度は、ドラム本体２８の直径、圧延材１２の材質、厚さ又は圧延材１２に加えられる張力或いはこれによる締め付け力等によって定まるものであるが、後述の数値実験から分かるようにほぼ一定である。

なお、「係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なるドラム本体２８の外面の膨らみ」を「圧延材１２の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみ」と合致させるようにしたのは、これらの膨らみが合致するときに圧延材１２のスリップをドラム本体２８の回転性を損なうことなく有効に防止できるからであり、かかる効果は、発明者による以下の実験により確認されている。

［数値実験］
（ａ）実験方法
図９に示すように、ドラム本体２８に厚さの異なる３種類（厚さ：１５ｍｍ，１７ｍｍ，１９ｍｍ）の圧延材１２を巻き取ったときの「圧延材の膨らみ高」、「スリップ長」、「接触面圧」及び「摩擦力」を測定した(図９)。ドラム本体２８の直径は１４６０ｍｍであり、装置能力の面から±１０％の増減は可能である。本実験例ではドラム本体２８の直径は１４６０ｍｍとした。また、ドラム本体２８の長さは本実験例では２２００ｍｍである。

この際、「圧延材の膨らみ高」については、膨らみ部２８ａが形成されていない従来のドラム本体２４ａ’を用いて係止部３２’の外面３２ｂ’において、ドラム本体２４ａ’が巻き取り開始から１８０度回転した時点と３６０度回転した時点において測定した。つまり、従来のドラム本体（図１１）の係止部３２’の外面３２ｂ’およびその近傍において、当該回転時点におけるコイラードラム２４’の外面と圧延材１２との間に生じた隙間Ｓの最大高さを「圧延材の膨らみ高さ」として測定した。なお、前記３６０度回転した時点は、前記「第２巻き目が重なる直前」に相当する。また、「スリップ長さ」、「接触面圧」及び「摩擦力」については、膨らみ部２８ａの高さが０ｍｍである従来のドラム本体２４ａ’（図１１）と、膨らみ部２８ａの高さＰが異なる８種類（高さ：１５ｍｍ、２５ｍｍ、３５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍ、６５ｍｍ、７５ｍｍ、８５ｍｍ）のドラム本体２８（図５）について測定した。なお、第１巻き目で形成された圧延材１２の膨らみの上に圧延材１２の第２巻き目が巻き付けられる過程で、ガイド板状部３０に連なるドラム本体の長手内側縁３８ａの近傍に生じた圧延材１２とドラム本体２８の相対変位の総量を「スリップ長さ」とし、圧延材１２の表面に生じた単位面積当たりの荷重の、圧延材１２の表面に垂直な成分の最大値を「接触面圧」、圧延材１２の表面に平行な成分の最大値を「摩擦力」とした。なお、本実験で用いた圧延材１２の材質はステンレス鋼である。

（ｂ）実験結果
図９の表より、圧延材１２の厚さ(１５ｍｍ、１７ｍｍ、１９ｍｍ)に拘わらず、３６０度回転した時点における「圧延材の膨らみ高」は「２４〜２５ｍｍ」でほぼ一定であり、厚さによる変動が少ないことが分かる。また、全ての厚さにおいて、「膨らみ部２８ａの高さＰ」が２５ｍｍ以上のときに、「かき傷」解消に最も有効な「スリップ長さ」の急減が実現し、かつ「かき傷」発生の原因となる接触面圧及び摩擦力も抑制できることが分かる。(なお、圧延材１２の厚さ(１７ｍｍ、１９ｍｍ)にあっては、Ｐが１５ｍｍの場合でもスリップ長はほぼゼロであるが、板厚によってＰ値を変えることが出来ないので、全板厚に共通する範囲Ｐが２５ｍｍ以上を採用した)。

このことから、「膨らみ部の高さＰ」が「３６０度回転した時点における圧延材の膨らみ高」とほぼ一致するとき、換言すると、「係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なるドラム本体２８の外面の膨らみ(即ち、膨らみ部２８ａ)」が「圧延材１２の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみ」と合致するときに「スリップ」を有効に防止できることが分かる。

また、Ｐが０の場合に対してＰが１５ｍｍではいずれの板厚でもスリップは急減し、２５ｍｍではいずれの板厚でもスリップゼロを達成している。従って、Ｐが２５ｍｍ以上について、スリップ解消による歩留まり向上に関しては、「臨界的意義」を認めることが出来る。

なお、「係止部３２の外面３２ｂ及びそれに連なるドラム本体２８の外面の膨らみ(即ち、膨らみ部２８ａ)」が「圧延材１２の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみ」と「合致」しなくても、それより高ければ「スリップ」を有効に防止できるとも言えるが、この高さが高くなり過ぎるとドラム本体２８の断面形状が真円から遠ざかるため、ドラム本体２８の回転性が損なわれる。したがって、「合致」することが「スリップ防止」及び「回転性」の両面において最も好ましいと言え、これを数値的に言えば、膨らみ部２８ａの最大高さＰは２５ｍｍ〜３５ｍｍが「合致範囲」といえる。ここで、膨らみ部２８ａの最大高さＰが２５ｍｍ未満であると板厚１５ｍｍでは「スリップ長」が発生して「かき傷」を有効に防止できず、逆に３５ｍｍを超えると、「スリップ長」を抑制して「かき傷」を解消することができるものの膨らみ部２８ａの重量が過大となり、ドラム本体２８の円滑な回転性が損なわれる。以上から膨らみ部分のドラム本体の外面に対する高さＰは、膨らみ部分の高さＰ／ドラム本体の直径が１．５％〜２．５％となる範囲であることが最適であるといえる。

圧延設備を示す簡略図 コイラーファーネスを構成するコイラードラムを示す斜視図 コイラードラムを示す正面図 コイラードラムの中央断面図 図４におけるＶ−Ｖ線切断端面図 図４におけるＶＩ−ＶＩ線切断端面図 図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線切断端面図 図４におけるＶＩ−ＶＩ線の断面図 スリップ防止効果を検証する実験結果を示す表 圧延材をコイラードラムに巻き取る状態を示す部分断面図 従来のコイラーファーネスを構成するコイラードラムを示す断面図

符号の説明

１０… 圧延設備
１２… 圧延材
１４… コイラーファーネス
１６… 圧延機
１８… 板厚測定装置
２４… コイラードラム
２６… 保温炉
２８… ドラム本体
３０… ガイド板状部
３２… 係止部
３２ａ… 係止部の内面
３２ｂ… 係止部の外面
３４… 周方向リブ
３８… 開口部
３８ａ，３８ｂ… 長手内側縁
３８ｃ… スリット
４０… フランジ
４２… 縮径部
４４… ボルト挿通孔
４８… ハウジング
５０… 出入り口

Claims (4)

1. 圧延機の両側に配置され、圧延材挿脱用の出入り口を有する保温炉内に回転自在に配置され、前記保温炉の内部において圧延材の巻き取り又は送り出しを行うコイラードラムであって、
   前記保温炉内に挿し込まれた前記圧延材の端部が挿入される開口部を有し、前記圧延材が巻き付けられる略円筒状のドラム本体、
   前記開口部における一方の長手内側縁から前記ドラム本体の内側へ向かって傾斜して形成され、前記開口部から前記ドラム本体の内側へ前記圧延材の端部を導入するガイド板状部、
   前記開口部における他方の長手内側縁に前記ガイド板状部と対向して形成され、前記圧延材を巻き取る際に前記圧延材の端部を係止する係止部を備えており、
   前記係止部の外面及びそれに連なる前記ドラム本体の外面は、前記圧延材の巻き取り初期段階の第２巻き目が重なる直前における膨らみに合致する曲面に形成されていることを特徴とするコイラードラム。
2. 前記膨らみを構成する曲面の半径はドラム本体の半径より小に形成され、ドラム本体と膨らみ部分の境界部分は直線或いはなだらかな凸曲面で繋がれていることを特徴とする請求項１に記載のコイラードラム。
3. 膨らみ部分のドラム本体の外面に対する高さＰは、ドラム本体の直径の１．５％〜２．５％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイラードラム。
4. 圧延材を互いにやり取りする２つのコイラーファーネスと、前記コイラーファーネス間に配設され、前記圧延材を圧延する圧延機とを備える、圧延設備において、
   前記コイラーファーネスのそれぞれは、請求項１〜３にいずれかに記載したコイラードラムと、前記コイラードラムを収容する保温炉とを有していることを特徴とする圧延設備。

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