JP4074866B2 - 圧延機の上流経路と下流経路の間で長尺の製品の通過を一時的に中断する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を連続的に熱間圧延して長尺の製品にする圧延機に関し、特に、圧延機内の上流経路と下流経路の間でかかる製品の走行を一時的に中断する方法及び装置に関する。

本出願は、２００３年６月１３日に出願された仮出願番号６０／４７８，５２０の優先権を主張する。

本明細書で使用する「長尺製品」という用語には、バーやロッドなどが含まれ、平製品、例えば、スラブ及びストリップは含まれない。

本発明を使用して、非鉄用及び鉄用両方の圧延機環境に存在する問題点を解決することができる。例えば、上向き鋳造装置を採用する非鉄用圧延機においては、鋳造製品が、鋳造ホイールから上向きに送り出される。このことは、最小量の酸化物しか含有しない高品質製品を生産するという利点を有する。しかしながら、この利点は、３〜１０フィート／分程度の遅い送り出し速度により、ある程度は相殺される。作業ロールの製品熱損失及びファイヤクラッキングに関連する問題点のために、このような低速で移動する鋳造製品を圧延機へ直接導入することが不可能になる。

したがって、比較的遅い送り出し速度の上向き鋳造装置をより早い取入れ速度の圧延機と共にダイレクトシーケンスで運転することを可能にする、方法及び装置が必要とされる。

ビレットが高い圧延温度に炉内で通常加熱される鉄用圧延機においては、異なる問題に直面する。加熱されたビレットは、次に、各圧延セクションが複数のロールスタンドからなる、圧延機の連続する粗、中間、仕上げセクションで連続圧延される。大きい仕上り製品の場合には、圧延機全体は、普通、炉の最大容量又はそれ近くで運転することができる。しかしながら、圧延スケジュールがより小さな仕上り製品、例えば５．５ｍｍ丸を必要とする場合は、仕上げセクションの容量は、炉並びに粗及び中間圧延セクションの容量よりもかなり下に削減されることが多い。これらの状況では、粗及び中間圧延セクションは、仕上げセクションの容量に合うように速度を下げることができるが、限界があり、これを超える速度低下は実際的でなくなる。これは、やはり、加熱されたビレットが粗セクションの第一スタンドに最小取入れ速度で導入されるように許容圧延手順が要求しており、これ以下では作業ロールの過剰な熱損失及びファイヤクラッキングを生じることがあるからである。

別の場合、例えば高速度工具鋼又はニッケルベースの合金を圧延している時などには、ビレットの過剰な冷却を避けるためにより早い取入れ速度が必要とされ、一方、過剰な熱発生を避けるためにより遅い仕上げ速度が必要とされる。熱発生により、製品の中心溶融及び表面割れが引き起されることがある。

ビレットの大きさは、圧延機の最大供給速度及び安全取入れ速度で圧延することに適応するために、減少させることができる。しかし、このことは、ロールスタンドの新しいパス設計、異なる案内具、仕上り製品のコイル重量の低減、及び生産速度の減少が必要となる。異なる大きさのビレットを貯蔵する必要があるので、更なる問題点が出てくる。

したがって、鉄用圧延機においても、圧延機取入れ速度を許容可能な最低限以上に維持しながら、より小さなサイズの製品の圧延を可能にし、加工されるビレットの大きさを減少する必要が無く、及びその上好ましくは圧延機の最大生産速度で又はそれ近くで圧延し続ける、方法及び装置を必要とする。

本発明によれば、圧延機内の上流経路と下流経路の間で、長尺製品の通過を一時的に中断する方法及び装置が提供される。製品は、上流経路から円筒状ドラムを有するコイルボックスに供給され、ドラムが、一方向に回転されて、製品を一連の巻き取りに蓄積する。次に、ドラムの回転方向が逆転され、蓄積された製品を巻き戻して下流経路に送り出す。

上述した非鉄用圧延機環境では、複数の上向き鋳造装置が単一の圧延機に連結される。各上向き鋳造装置のアウトプットは、上向き鋳造装置の比較的遅い鋳造速度で本発明のコイルボックスにより受け取られ、一時的に蓄積されてから、より速い取入れ速度で圧延機へ送り出される。鋳造装置の運転は、順次時差が設けられ、鋳造製品を実質的に一定供給で圧延機に提供する。

上述した鉄用圧延機環境では、圧延機の中間セクションから現われる製品が、本発明の複数のコイルボックスに交互に切り替えられる。各コイルボックスは、別個の圧延機仕上げセクションに供給する。中間圧延セクションの比較的早い送出し速度で受け取られた製品は、複数のコイルボックスにより交互に一時的に蓄積された後、より遅い速度でそれぞれの仕上げセクションへ送り出される。

本発明のコイルボックスによりそれぞれ供給される複数の圧延機仕上げセクションを交互に使用することによって、炉のアウトプットまたは圧延されるビレットのサイズを減少する必要なく、より小さなサイズの製品の圧延が可能になる。

本発明のこれら及び他の機構及び利点を、添付図を参照してここで更に詳細に説明する。

最初に図１及び図２を参照すると、圧延機レイアウトは、複数の上向き鋳造装置１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを含み、これらは、共通の単一系統の圧延機１４へ一般的に１２で示される供給ラインによりそれぞれ連結されている。

上向き鋳造装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、いずれの既知のタイプであってもよく、ペンシルバニア州（Jenkintown, Pennsylvania）のインターナショナル・メタルスアンドケミカルグループ（International Metals & Chemical Group）により販売されるものなどがある。各上向き鋳造装置は、鋳造製品を曲線軌道１６に沿って上向きに送り出し、裁断機１８の作動範囲を過ぎて、それぞれの供給ラインの入口端部における排出テーブル２０まで、方向付けるように構成されている。

図２に示すように、排出テーブル２０は、実線で示されるような水平位置と上昇位置２０’の間を旋回的に調整可能である。テーブルは、水平位置にある時には、一連のローラで作られ、溝により画定される「上流」経路２２へ製品を送り出すように整列している。排出テーブルは、上昇位置にある時には、鋳造製品がシュート２４を経由してスクラップ収容体２６へ下向きに通されるように構成されている。下向きに向けられた製品は、裁断機１８によりスクラップ長さに切断されている。

それぞれの上流経路２２は、コイルボックス２８へ通じている。図３及び４を更に参照すると分かるように、各コイルボックス２８は、垂直軸線Ａの周りを回転するようにエレベータプラットフォーム３２上に取り付けられた円筒状ドラム３０を備える。ドラム３０のベース３６上で外面に歯を設けられた円形カラー３４が、歯車減速機４０の出力シャフト上の駆動ピニオン３８と係合し、減速機４０は、油圧モータ４２などにより駆動される。モータ４２は、ドラム３０を時計方向及び反時計方向のどちらにでも回転でき得る。

エレベータプラットフォーム３２は、いずれか既知のメカニズムにより垂直に調整可能であり、例えばメーン州（Falmouth, Maine）のサウスワース（Southworth）により供給される型の鋏リフトテーブル４４などがある。

各コイルボックス２８は、ピンチロールユニット４６を追加的に備え、これは、ドラムの軸線Ａの周りで曲線案内レール５０上を移動可能な台車４８の上に取り付けらている。ピンチロールユニット４６は、鋳造製品を把持して前進させるように構成され配置された被動ピンチロール５２を有する。

別の一連のローラで作られた溝により画定される下流経路５４が、各コイルボックス２８から受入れ切替え機５６の作動範囲へ通じている。切替え機５６は、圧延機１４と選択的に連通するように旋回調整可能であり、下流経路５４のいずれか１つから受け入れた製品を圧延機１４へ向ける。

上向き鋳造装置１０Ａ、１０Ｂ、又は１０Ｃの１つの動作を例として用いると、始動から及び鋳造製品が寸法的に安定する製品を得るまで、各排出テーブル２０は、持ち上げられて、裁断機１８により分割されたスクラップ片を下方に向けて収容体２６へ入れる。受容可能な製品が達成された時に、排出テーブル２０は水平作動位置に下げられ、鋳造製品が、上流経路２２に沿ってコイルボックス２８へ向けられて、ドラム３０上に巻き取られる。関連付けられたピンチロールユニット４６が、製品のドラムへの一定供給を確実にし、ドラムは、鋳造機の送り出し速度に一致する円周速度で回転すると共に、ドラム１回転毎にほぼ一製品の直径となる程度の降下速度で巻き取りプロセスの間に徐々に下降する。

１つのコイル重量が裁断機１８を通過した時に、裁断機が活性化されて製品を切断する。そして、上流経路２２を出る分断された製品長さの残りを急速に引っ張るために、ドラムの回転速度が加速される。ドラム回転は、分断された製品長さの末端がピンチロールユニット４６に達した時に停止される。

次に、ドラム３０が、反対方向に約１８０度回転され、これに伴って台車４８が案内レール５０の回りを走行し、これによりピンチロールユニット４６が下流経路５４に再整列する。ピンチロールユニットは、次に、反対に作動されて、圧延機１４の取入れに一致する速度、通常は１分当り約６０フィートで製品をドラムから巻き戻す。切替え機５６が、巻き戻されている製品を第一の圧延機スタンドへ向ける。

上流経路２２及び下流経路５４を画定する溝、並びに、ドラム３０は加熱されてもよく、追加的な誘導加熱器５８及びデスケーラ６０（ｄｅｓｃａｌｅｒ）が、切替え機５６と圧延機１４の第一のロールスタンドとの間に配置されてもよい。

図５は、図１〜４に示される圧延機レイアウトの順次時差的な運転の代表的なタイミングシーケンスを示す。各鋳造装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、２．５インチ直径及び５２９フィート長さの鋳造製品１０，０００ポンドを、１００分の鋳造時間に生産するとする。更に、上向き鋳造機が５〜８フィート／分の鋳造速度であるとすると、圧延機の取入れ速度は、６０フィート／分になる。

裁断機１８が製品を切断した後で、分断された製品を上流経路２２から空けるのに、１分１５秒が必要である。ドラム３０と台車４８を位置替えしてピンチロールユニット４６を下流経路５４と整列させるのに、さらに１分４０秒が費やされる。製品を圧延機に通すことに２５秒取られ、コイル巻された製品の圧延に８分４５秒取られる。さらに１分４０秒が、次の製品長さを受け入れる位置にドラム及びピンチロールユニットを戻すのに必要である。したがって、裁断機１８の切断とドラム及びピンチロールユニットの受入れ位置への帰着との間に経過する総時間は、１３分４５秒である。次の製品長さの先端がピンチロールユニット４６に到達するのに必要な時間は、１４分１６秒である。

したがって、鋳造装置１０Ｂの順次運転に１４分１６秒の時間差、及び鋳造装置１０Ｃにこの倍の時間差を設けることにより、圧延機は、その取入れ速度毎分６０フィートで実質的に連続で運転することができ、これは鋳造装置の送り出し速度毎分５〜８フィートよりかなり早いことが分かる。

図６に示すような代表的な鉄用圧延機環境では、切替え機５６´が、中間圧延機セクションの最終ロールスタンド６２から現われるビレット長さの熱間圧延製品を、３つのコイルボックス２８Ａ、２８Ｂ、及び２８Ｃへ、上流経路２２´に沿って選択的に向ける。コイルボックス２８Ａは、そのアウトプットを、経路Ｐ_１を経由して圧延機仕上げセクション６４Ａへ、あるいは経路Ｐ_１´を経由して圧延機仕上げセクション６４Ｂへ向けるように配置されている。同様に、コイルボックス２８Ｂは、そのアウトプットを、経路Ｐ_２を経由して圧延機仕上げセクション６４Ｂへ、あるいは経路Ｐ_２´を経由して圧延機仕上げセクション６４Ａへ向けるように配置されている。コイルボックス２８Ｃは、経路Ｐ_２´を経由して仕上げ圧延機セクション６４Ａへ、又は経路Ｐ_１´を経由して仕上げ圧延機セクション６４Ｂへ供給するように配置されている。

通常は、圧延機が小径製品、例えば、直径５．５ｍｍの棒材を圧延するように設定されている時には、ロールスタンド６２における最大送り出し速度Ｖ_１は、１つの圧延機仕上げセクション例えばセクション６４Ａの入口端部における最大取入れ速度Ｖ_２を超える。圧延機をスローダウン又はより小さなビレットに変更する必要性を避けるために、追加的な圧延機仕上げセクション６４Ｂが３つのコイルボックス２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃと共に使用される。各コイルボックスは、ロールスタンド６２から速度Ｖ_１で製品を受け入れ、及び圧延機仕上げセクションの選定した１つへ速度Ｖ_２で製品を送り出すことができる。

Ｖ_１がＶ_２のほぼ２倍であるとすると、典型的なタイミングシーケンスは図７に示すようなものとなり、実線がコイルボックスに載せる時間間隔を示し、破線がコイルボックスから圧延機仕上げセクションへ降ろすのに必要な時間間隔を示す。ロールスタンド６２からコイルボックス２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃへのビレット長さの製品の送り出しに適切な時間差を設けることによって、２つの仕上げセクションを含む圧延機全体は、実質的に連続で運転することができる。

本発明のコイルボックスを具現する非鉄用圧延機のレイアウトの平面図である。 上向き鋳造装置の１つ及びそれの圧延機への連結を示す断面側面図である。 図１及び２に示すコイルボックス巻枠機の１つの拡大した平面図である。 図３に示すコイルボックスの断面立面図である。 図１〜４に示す圧延機レイアウトの代表的なタイミングシーケンスである。 本発明の概念を具現する鉄用圧延機の平面図である。 図６に示す圧延機レイアウトの代表的なタイミングシーケンスである。

符号の説明

１４ 圧延機、２２ 上流経路、３０ ドラム、４６ ピンチロールユニット、５４ 下流経路。

Claims (9)

1. 圧延機内の上流経路と下流経路の間で長尺の製品の通過を一時的に中断する方法であって、
   前記製品を前記上流経路に沿って通過させて、円筒状のドラム上へ供給するステップと、
   前記ドラムを一方向に回転させて、その上に前記製品を一連の巻き取りで蓄積するステップと、
   前記ドラムの回転方向を逆転させて、前記蓄積された製品を巻き戻すステップと、
   前記ドラムから巻き戻された前記製品を前記下流経路へ送り出すステップと、
   を含み、
   前記製品は、前記ドラムの周囲にある第一の位置で前記ドラム上に受け入れられ、前記第一の位置から前記ドラムの周方向に間隔を置く第二の位置で前記ドラムから巻き戻され、
   前記第一の位置および第二の位置は、予め規定された水平レベルにあり、
   前記ドラムが前記レベルに垂直な方向へ軸的に往復動する方法。
2. 請求項１の方法であって、
   前記製品が、前記第一の位置で前記ドラム上に強制的に供給され、前記第二の位置で前記ドラムから強制的に取り去られる方法。
3. 請求項２の方法であって、
   前記製品が、駆動されたピンチロールユニットにより強制的に供給され及び取り去られ、
   前記ピンチロールユニットが、前記第一の位置と第二の位置の間を移動されて、前記ドラム上への供給及び前記ドラムからの取り去りをもたらす方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、
   前記製品の巻き取り及び巻き戻しに適応するように、前記ドラムをその回転の間に軸方向に往復動させるステップを含む方法。
5. 請求項１の方法であって、
   前記製品が、第一の速度で前記ドラム上に供給され及び前記第一の速度とは異なる第二の速度で前記ドラムから取り去られる方法。
6. 長尺製品の通過を上流経路と下流経路の間で一時的に中断する装置であって、
   前記経路の間に配置された円筒状ドラムと、
   前記製品を前記ドラムへ供給する手段と、
   前記ドラムを一方向に回転させてその上に前記製品を一連の巻き取りで蓄積し、前記ドラムの回転方向を逆転させて前記蓄積した製品を巻き戻す手段と、
   前記ドラムから巻き戻している前記製品を前記下流経路へ送り出す手段と、
   を備え、
   前記製品は、前記ドラムの周囲にある第一の位置で前記ドラム上に受け入れられ、前記第一の位置から前記ドラムの周方向に間隔を置く第二の位置で前記ドラムから巻き戻され、
   前記第一の位置および第二の位置は、予め規定された水平レベルにあり、
   前記ドラムは、前記レベルに垂直な方向へ軸的に往復動する装置。
7. 請求項６の装置であって、
   前記送り出す手段は、前記製品を強制的に前進させるように働く装置。
8. 請求項７の装置であって、
   前記送り出す手段が、
   単一の駆動されたピンチロールユニットと、
   前記ピンチロールユニットを第一の位置と第二の位置の間で移動させる手段と、
   を備える装置。
9. 請求項８の装置であって、
   前記ピンチロールユニットが、一方向に駆動されて前記製品を前記ドラムへ供給し、反対方向へ駆動されて前記ドラムから巻き戻されている前記製品を前記下流経路へ送り出す装置。

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