JP5141282B2 - 熱間スラブの幅圧下用金型および幅圧下方法 - Google Patents

Description

本発明は、幅プレス装置（幅圧下装置）による熱間スラブの幅圧下において、スリップを防止して安定的に幅圧下を可能とする熱間スラブの幅圧下用金型および幅圧下方法に関するものである。

熱間スラブの幅変更手段として、連続鋳造プロセスにて製造されたスラブを温度が低下しないうちに、あるいは一旦温度が低下した後に加熱炉に投入して所定の温度まで加熱した状態にて、該熱間スラブの板幅方向に相対峙して設置された１対の金型にて熱間スラブを板幅方向に間欠的に圧下する板幅プレス装置が用いられている。

この板幅プレス装置による幅圧下では、通常、９００〜２０００ｍｍ程度の幅の熱間スラブに対して最大３００〜３５０ｍｍ程度の幅圧下が行われており、連続鋳造にて同一幅に鋳造されたスラブより異なる幅の鋼板製品の製造を可能としている。これにより、連続鋳造プロセスでの幅変更回数の低減、熱間圧延プロセスでのスケジュールフリー圧延の拡大、コイル単重の増大など、鋼板製造プロセスの生産性向上や合理化に大きく寄与しており、そのメリットは板幅プレス装置による幅圧下能力が大きいほど拡大する。

しかしながら、従来の傾斜部が１段しかない金型（以後この金型を平金型とよぶ）にて幅圧下量を増大させていくと、当該パスでは前パスにて金型傾斜部で圧下されたスラブ傾斜面と金型傾斜部から接触が開始されるようになることから、摩擦係数が小さい条件では圧下時にスラブがスリップする現象が発生し、従来の幅圧下用金型および幅圧下方法では熱間スラブの幅圧下量をあまり大きくできないという問題点があった。なお、金型とスラブの間の摩擦係数は鋼種や加熱温度による酸化スケールの状態や金型表面の状態に大きく左右されることから、スリップを防止する目的にて定常的に摩擦係数を高く維持することは困難である。

このことから、金型形状や送りピッチの設定によって大幅圧下時のスリップを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

すなわち、特許文献１では、下式を満たすように送りピッチＰあるいは金型の傾斜角αを設定することを特徴としている。

Ｐ＞ΔＷ／（２・ｔａｎα）
ここで、ΔＷは片側の金型による幅圧下量（ｍｍ）である。通常、板幅プレス装置による幅圧下では、傾斜部の傾斜角αが１２°程度であり、例えば幅圧下量を３００ｍｍとすると、上式による設定では送りピッチＰは７０６ｍｍ以上となり、本条件では金型平行部がスラブ側面の未圧下部と接触を開始することから、幅圧下開始時にスリップが発生することはない。

また、特許文献１では、金型傾斜部の途中に中間平行部（第２の平行部）を形成して、金型傾斜部を第１の傾斜部と第２の傾斜部に分け、当該パスでは、前パスにてこの第２の平行部にて圧下された部分と金型平行部（第１の平行部）が接触を開始するように金型形状と送りピッチを設定することにより、幅圧下時のスリップを防止する方法が開示されている。以後、第１の傾斜部と第２の傾斜部を有する金型形状を２段金型とよぶ。

そして、特許文献２では、同様にスリップ防止の観点から用いる２段金型の形状に関して、幅圧下荷重の観点から下死点における金型と材料の接触長さを所定長さ以下に規定する方法が提案されている。
特開平９−２５３７８０号公報 特開２００７−２２２８９４号公報

しかしながら、前記した幅圧下時のスリップ防止に関する従来技術（特許文献１、２）では、幅圧下時の通板安定性等の観点から大きな問題点を有していた。

まず、特許文献１に開示されている送りピッチを調整する技術では、例えば金型傾斜角度αを１２°、幅圧下量Ｗを３００ｍｍとすると、送りピッチＰを７０６ｍｍ以上としなければならず、通常３５０〜４００ｍｍに設定されている送りピッチの２倍程度となってしまうことから幅圧下荷重の大幅な増大が避けられない。このことから、幅圧下量が制限されてしまい、前記した大幅圧下によってえられるメリットの縮小が避けられない。

また、従来技術による２段金型では、理想的な幅圧下条件が満たされた状態ではスリップ防止に大きな効果を有するが、幅圧下にて生ずるドッグボーン高さが進行方向に不均一となりやすく、送りピッチの周期にて進行方向に凹凸形状を形成することから、凹凸形態のドッグボーンがピンチロールや搬送ロールに突っかかり、所定のピッチのパス間送りが困難となることによってスリップを引き起こす原因となっている。このことを説明するため、図１０、図１１に、進行方向のドッグボーンの凹凸部の断面形状を模式的に示す。なお、凸部ドッグボーン高さＨ１と凹部ドッグボーン高さＨ２との差を以後はドッグボーン凹凸量とよぶ。通常、図１２に示すように、幅プレス装置では幅圧下を行う金型１２の前後位置に上下のピンチロール９、９’、１０、１０’と、入出側搬送ロール７、８とを具備しており、圧下パス間でのスラブ１３の搬送に使用されている。ピンチロールの形式として、上下の駆動ピンチロールにてスラブを狭圧してドッグボーンを軽圧下しながら所定の送りピッチの間欠運動をする形式、また上ピンチロールは非駆動とし、駆動ロールである下ピンチロールにスラブを押し付けて摩擦力を確保してスラブのパス間送りを行う形式のものがある。いずれの形式のピンチロール装置においても、ドッグボーンが大きくなると搬送中にドッグボーンがピンチロール１０、１０’へ突っかかって進行不良となり、圧下パス間での所定の送りピッチの確保が困難となる。なお、図１２中の１１、１１’は、上下の座屈防止ロールである。

前記した従来技術では、図５に示すように、当該圧下パスでは前圧下パスにて中間平行部にて圧下された部分と金型平行部が接触を開始するように金型形状と送りピッチｆを設定することにより幅圧下時のスリップを防止するものであるが、進行不良により送りピッチｐが所定の値ｆより小さくなった場合（ｐ＜ｆ）には、図６に示すように前圧下パスにて第１の傾斜部にて圧下された部分が、当該圧下パスにおいても同じく第１の傾斜部と接触を開始するようになる。そうすると、２段金型でのスリップ防止効果を発揮することできないという問題点を有している。

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、幅プレス装置（幅圧下装置）による熱間スラブの幅圧下において、スリップを防止して安定的に幅圧下を可能とする熱間スラブの幅圧下用金型および幅圧下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、本発明者らは板幅プレス装置でのスリップを防止するための金型形状と幅圧下条件について鋭意検討を重ねた結果、２段金型によるドッグボーン凹凸に起因する通板性の悪化を改善するための金型形状と幅圧下条件を見出した。すなわち、後に詳述するように、２段金型によるドッグボーンの凹凸発生メカニズムは、当該圧下パスでは前圧下パスにて中間平行部で圧下された部分と金型平行部が接触を開始するように金型形状と送りピッチを設定してスリップを防止するという、従来技術での２段金型の基本思想自体に起因していることを知見した。

本発明はこれらの知見に基づきなされたもので、以下のような特徴を有する。

［１］熱間スラブの板幅方向に相対峙して設置され、熱間スラブを板幅方向に間欠的に圧下する幅圧下用金型であり、
熱間スラブの進行方向出側の圧下面に熱間スラブ側面に平行な金型平行部を有し、この金型平行部に連続して熱間スラブの進行方向入側方向に向かって一直線状に広がる第１の傾斜部と、第１の傾斜部の熱間スラブの進行方向入側端に連続して熱間スラブの側面に略平行な第１の中間平行部と、第１の中間平行部の熱間スラブ進行方向入側端に連続して熱間スラブの進行方向入側方向に向かって一直線状に広がる第２の傾斜部と、第２の傾斜部の熱間スラブの進行方向入側端に連続して熱間スラブの側面に略平行な第２の中間平行部と、第２の中間平行部の熱間スラブ進行方向入側端に連続して熱間スラブの進行方向入側方向に向かって一直線状に広がる第３の傾斜部とを有し、
当該圧下パスでは、予め設定されたスラブ送りピッチでスラブが搬送された場合には、前圧下パスにて第２の中間平行部で圧下された領域と金型平行部とから接触を開始し、予め設定されたスラブ送りピッチの１／２でスラブが搬送された場合には、前圧下パスにて第２の中間平行部で圧下された領域と第１の中間平行部とから接触を開始し、予め設定されたスラブ送りピッチの１／３でスラブが搬送された場合には、前圧下パスにて第１の中間平行部で圧下された領域と金型平行部とから接触を開始する金型形状であることを特徴とする熱間スラブの幅圧下金型。

［２］第１の傾斜部の傾斜角をα１、第１の傾斜部の高さをｗ１、予め設定された送りピッチをｆとした時に、
１／３×ｆ＞ｗ１／ｔａｎα１
の関係を満たすことを特徴とする前記［１］に記載の熱間スラブの幅圧下金型。

［３］前記［１］または［２］に記載の熱間スラブの幅圧下用金型を用いて熱間スラブの幅圧下を行うことを特徴とする熱間スラブの幅圧下方法。

本発明においては、熱間スラブの幅圧下を行う際に、スリップを防止して安定的した幅圧下が可能となる。

熱間スラブの幅圧下に用いられる２段金型は、一般的に図５に示すように進行方向出側の圧下面に熱間スラブ１３の側面に平行な金型平行部３’を有し、この金型平行部３’に連続して熱間スラブ１３の進行方向入側方向に向かって傾斜角α_１で広がる第１の傾斜部１’と、第１の傾斜部１’の熱間スラブ１３の進行方向入側端に連続して熱間スラブ１３の側面に略平行な中間平行部４’と、中間平行部４’の熱間スラブ１３の進行方向入側端に連続して熱間スラブ１３の進行方向入側方向に向かって傾斜角α_２で広がる第２の傾斜部２’を有している。

そして、従来技術では、当該圧下パスでは金型平行部３’を前圧下パスにて金型中間平行部４’にて圧下された面に当てることによりスラブ１３が進行方向にスリップすることを防止するものであるが、前述したように、この従来技術ではドッグボーンが長手方向に不均一な凹凸形状となるので、そのメカニズムについて詳しく説明する。

実際のスラブ内部の材料流れは複雑であるが、従来技術では図９に模式的に示すように金型平行部３’で圧下される領域Ａ’および中間平行部４’で圧下される領域Ｃ’では材料は圧下方向に流れるが、第１の傾斜部１’で圧下される領域Ｂ’および第２の傾斜部２’で圧下される領域Ｄ’では材料はそれぞれ傾斜角α_１、α_２に略垂直方向に流れることとなる。したがって、領域Ａ’、Ｃ’では、材料は圧下方向だけに流れようとするが、領域Ｂ’、Ｄ’では進行方向にも流れることから、領域Ａ’、Ｃ’の圧下方向の流れは領域Ｂ’、Ｄ’にて若干拘束されることとなる。塑性変形では体積変化は起こらないことから、圧下方向の流れが拘束された場合には、その分の体積は進行方向と板厚方向に流れることとなるが、同様に変形部周囲の材料の拘束により進行方向には材料は流れにくいため、端部が自由表面である板厚方向に材料は大きく流れることとなる。すなわち、領域Ａ’、Ｃ’では領域Ｂ’，Ｄ’に比べて板厚方向の流れが増加することによりドッグボーンの高さが高くなることが不可避である。それに加え、従来技術では当該圧下パスにて中間平行部４’にて圧下された領域Ｃ’は、次の圧下パスにて金型平行部３’で圧下されることとなるため、周囲に比べて更にドッグボーンが高くなるものである。すなわち、従来技術ではスリップを防止する目的にて金型３０とスラブ１３の平行部同士にて圧下を開始するように送りピッチｆ、第１傾斜部角度α_１、第1傾斜部の高さｗ_１を決定していたものであるが、実はこの関係自体がドッグボーンの進行方向の凹凸を拡大する原因となっている。そして、この進行方向のドッグボーンの凹凸が搬送ロール８やピンチロール１０、１０’に突っかかることにより搬送不良を引き起こし、結果として、図６のような幅圧下形態となってしまうことから進行方向のスリップを引き起こす大きな原因となっているものである。

本発明者等は、この従来の２段金型３０による幅圧下での搬送不良を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、従来の２段金型３０の第１の傾斜部１’に新たに１組の傾斜部と平行部を付け加えた３段金型とすることにより、ドッグボーンの進行方向の凹凸を低減し、かつ搬送ロール８やピンチロール１０、１０’への突っかかりなどよって圧下パス間の送りピッチが不安定となった場合においても、当該圧下パスでは確実にスリップの発生を防止可能であることを見出した。

以下、図面をもとに本発明の一実施形態を説明する。

図４に示すように、この実施形態における幅圧下用金型２０は、進行方向出側の圧下面に熱間スラブ１３の側面に平行な金型平行部４を有し、この金型平行部４に連続して熱間スラブ１３の進行方向入側方向に向かって傾斜角α_１で広がる第１の傾斜部１と、第１の傾斜部１の熱間スラブ１３の進行方向入側端に連続して熱間スラブ１３の側面に略平行な第１の中間平行部５と、第１の中間平行部５の熱間スラブ１３の進行方向入側端に連続して熱間スラブ１３の進行方向入側方向に向かって傾斜角α_２で広がる第２の傾斜部２と、第２の傾斜部２の熱間スラブ１３の進行方向入側端に連続して熱間スラブ１３の側面に略平行な第２の中間平行部６と、第２の中間平行部６の熱間スラブ１３の進行方向入側端に連続して熱間スラブ１３の進行方向入側方向に向かって傾斜角α_３で広がる第３の傾斜部３を有している。

そして、図１〜３はこの実施形態による幅圧下用金型２０を用いた際のその金型２０とスラブ１３が接触を開始する時点を表す図であり、図１は圧下パス間にスラブ１３が設定通りの送りピッチ（設定距離）ｆにて進行方向に進んだ場合である（すなわち、進行量ｐ＝設定距離ｆ）。これに対し、図２は搬送不良により圧下パス間にスラブ１３の進行量ｐが設定距離ｆの略１／２、そして図３は圧下パス間のスラブ１３の進行量ｐが設定距離ｆの略１／３であった場合を示している。

図１では、前圧下パスにて第２の中間平行部６で圧下された進行方向に平行な部分と金型平行部４とから圧下が開始されていることから、圧下時に金型２０とスラブ１３のスリップは発生しない。図２では、圧下パス間でのスラブ１３の搬送不良によって送り量ｐが小さくはなっているが、前圧下パスにて第２の中間平行部６によって圧下された進行方向に平行な部分と第１の中間平行部５とから圧下が開始されていることから、圧下時に金型２０とスラブ１３のスリップは発生しない。同様に、図３では圧下パス間でのスラブ１３の搬送不良によって送り量ｐが小さくはなっているが、前圧下パスにて第１の中間平行部５によって圧下された進行方向に平行な部分と金型平行部４とから圧下が開始されていることから、圧下時に金型２０とスラブ１３のスリップは発生しない。

このように、この実施形態による幅圧下用金型２０では、圧下パス間でのスラブ１３の搬送不良によって送り量ｐが小さくなった場合においても、前圧下パスにて第１の中間平行部５あるいは第２の中間平行部６にて圧下された進行方向に平行な部分と、金型平行部４あるいは第１の中間平行部５あるいは第２の中間平行部６にて接触が開始することから、金型２０とスラブ１３の間のスリップを格段に防止することができる。

なお、搬送不良にて圧下パス間のスラブ１３の搬送量ｐが小さくなった場合に上記した作用を発揮させるためには、第１の傾斜部１の進行方向長さを、短くなったスラブ搬送量ｐより若干小さくする必要がある。

図７は、金型２０の第１の傾斜部１の高さ（第１傾斜部圧下量）ｗ_１と進行方向の長さ（第１傾斜部長さ＝ｗ_１／ｔａｎα_１）の関係を示した図であり、例えば図中に例示したごとく、圧下パス間のスラブ搬送量ｐが１００ｍｍ程度となることを想定すると、第１傾斜部高さｗ_１は３０ｍｍ程度とすればよい。第２の傾斜部２の高さは、所定のスラブ送りピッチにて、当該圧下パスでは前圧下パスにて第２の中間平行部６で圧下された部分と金型平行部４が接触を開始するように決定すればよい。

また、この実施形態による幅圧下用金型２０では、従来の２段金型３０に比べて各中間平行部と傾斜部の長さを短することが可能であるため、図８に示すように各部での圧下領域Ｂ〜Ｄが小さくなることから、従来の２段金型３０での課題であった進行方向のドッグボーン高さの凹凸量が格段に低減するという効果を有する。

このことから、この実施形態による幅圧下用金型２０では、従来の２段金型３０にて問題であった進行方向のドッグボーンの凹凸量の低減により圧下パス間でのスラブ１３の搬送性が大幅に改善し、かつ圧下パス間でのスラブ１３の進行不良が発生した場合においても、前圧下パスにて第１の中間平行部５あるいは第２の中間平行部６にて圧下された進行方向に平行な部分と、金型平行部４あるいは第１の中間平行部５あるいは第２の中間平行部６にて接触が開始することから、金型２０とスラブ１３の間のスリップを格段に防止でき、幅プレス装置による幅圧下での安定性を総合的に向上させることができる。

以下、本発明の実施例を述べる。ここでは、幅プレス装置を用い、厚み２３５ｍｍ、幅１５００ｍｍ、長さ９０００ｍｍの普通鋼スラブに対し、設定送りピッチ４００ｍｍ、加熱温度１２００℃、幅圧下サイクル毎分５０回として、（イ）〜（ニ）の条件にて幅圧下を実施した。なお、幅圧下量Ｗは全て３５０ｍｍである。

（イ）実施例１は、本発明による幅圧下用金型Ａによる幅圧下での結果であり、金型に潤滑剤を塗布しないで幅圧下を実施した。

（ロ）実施例２は、本発明による幅圧下用金型Ａによる幅圧下での結果であり、圧下パス間に金型圧下面に潤滑剤（グリース系の熱間潤滑剤）を塗布して幅圧下を実施した。

（ハ）比較例１は、従来の２段金型Ｂによる幅圧下での結果であり金型に潤滑剤を塗布しないで幅圧下を実施した。

（ニ）比較例２は、従来の２段金型Ｂによる幅圧下での結果であり、圧下パス間に金型圧下面に潤滑剤（グリース系の熱間潤滑剤）を塗布して幅圧下を実施した。

表１は（イ）〜（ニ）の条件における幅圧下の結果を示す表である。

本発明による幅圧下用金型である金型Ａを用いた実施例１、２では、従来の２段金型である金型Ｂを用いた比較例１、２に比べて、幅圧下によって生ずる進行方向のドッグボーンの凹凸量が半減している。また、実施例１、２では、潤滑剤使用の有無にかかわらず圧下パス間のスラブ搬送が安定しており、特に実施例１ではスラブ全長の幅圧下が終了するまでに金型とスラブの間のスリップは皆無であった。また、潤滑剤を使用した実施例２では、スラブ尾端部近辺において１回だけ進行不良が発生したものの、金型とスラブの間のスリップは発生しなかった。

これに対し、従来の２段金型である金型Ｂでは、潤滑剤を使用していない比較例１の場合においても、進行方向のドッグボーン凹凸量が大きかったことからドッグボーンがプレス装置出側の搬送ロールにつっかかって進行不良が発生した上に、スラブ全長の幅圧下を完了するのに実施例１、２に比べて６パス余分に必要であった。また、従来の２段金型に潤滑剤を使用した比較例２の場合では、まず進行方向のドッグボーン凹凸により進行不良が発生した後、金型とスラブ間のスリップが連続して発生し、圧下を中止せざるを得なかった。

以上のように、本発明によれば、幅圧下にて生ずる進行方向のドッグボーンの凹凸量が低減して搬送が安定化するとともに、圧下パス間でのスラブの進行不良が発生した場合においても、非常に安定した板幅圧下が可能であった。

本発明の一実施形態による幅圧下用金型での圧下状況を示す図である。 本発明の一実施形態による幅圧下用金型での圧下状況を示す図であり、圧下パス間の送り量が設定値の略１／２の状況を示す図である。 本発明の一実施形態による幅圧下用金型での圧下状況を示す図であり、圧下パス間の送り量が設定値の略１／３の状況を示す図である。 本発明の一実施形態による幅圧下用金型の形状を説明する図である。 従来の２段金型による圧下開始点における状況を示す図である。 従来の２段金型にて、送りピッチが短くなった場合の状況を示す図である。 第１傾斜部の高さｗ₁と第１傾斜部の長さの関係を示す図である。 本発明の一実施形態による幅圧下用金型の各部にて圧下される領域を示す模式図である。 従来の２段金型の各部にて圧下される領域を示す模式図である。 従来の２段金型にて幅圧下した際の、進行方向のドッグボーン凸部の断面形状を表す模式図である。 従来の２段金型にて幅圧下した際の、進行方向のドッグボーン凹部の断面形状を表す模式図である。 幅プレス装置の各種ロールの配置を示す模式図である。

符号の説明

１ 本発明の一実施形態による幅圧下用金型（３段金型）の第１傾斜部
２ 本発明の一実施形態による幅圧下用金型（３段金型）の第２傾斜部
３ 本発明の一実施形態による幅圧下用金型（３段金型）の第３傾斜部
４ 本発明の一実施形態による幅圧下用金型（３段金型）の金型平行部
５ 本発明の一実施形態による幅圧下用金型（３段金型）の第１の中間平行部
６ 本発明の一実施形態による幅圧下用金型（３段金型）の第２の中間平行部
１’ ２段金型の第１傾斜部
２’ ２段金型の第２傾斜部
３’ ２段金型の金型平行部
４’ ２段金型の中間平行部
７ 幅プレス装置の入側搬送ロール
８ 幅プレス装置の出側搬送ロール
９ 幅プレス装置の入側上ピンチロール
９’ 幅プレス装置の入側下ピンチロール
１０ 幅プレス装置の出側上ピンチロール
１０’ 幅プレス装置の出側下ピンチロール
１１ 幅プレス装置の上座屈防止ロール
１１’ 幅プレス装置の下座屈防止ロール
１２ 幅プレス装置の金型
１３ スラブ
２０ 本発明の一実施形態による幅圧下用金型（３段金型）
３０ ２段金型

Claims (3)

1. 熱間スラブの板幅方向に相対峙して設置され、熱間スラブを板幅方向に間欠的に圧下する幅圧下用金型であり、
   熱間スラブの進行方向出側の圧下面に熱間スラブ側面に平行な金型平行部を有し、この金型平行部に連続して熱間スラブの進行方向入側方向に向かって一直線状に広がる第１の傾斜部と、第１の傾斜部の熱間スラブの進行方向入側端に連続して熱間スラブの側面に略平行な第１の中間平行部と、第１の中間平行部の熱間スラブ進行方向入側端に連続して熱間スラブの進行方向入側方向に向かって一直線状に広がる第２の傾斜部と、第２の傾斜部の熱間スラブの進行方向入側端に連続して熱間スラブの側面に略平行な第２の中間平行部と、第２の中間平行部の熱間スラブ進行方向入側端に連続して熱間スラブの進行方向入側方向に向かって一直線状に広がる第３の傾斜部とを有し、
   当該圧下パスでは、予め設定されたスラブ送りピッチでスラブが搬送された場合には、前圧下パスにて第２の中間平行部で圧下された領域と金型平行部とから接触を開始し、予め設定されたスラブ送りピッチの１／２でスラブが搬送された場合には、前圧下パスにて第２の中間平行部で圧下された領域と第１の中間平行部とから接触を開始し、予め設定されたスラブ送りピッチの１／３でスラブが搬送された場合には、前圧下パスにて第１の中間平行部で圧下された領域と金型平行部とから接触を開始する金型形状であることを特徴とする熱間スラブの幅圧下金型。
2. 第１の傾斜部の傾斜角をα１、第１の傾斜部の高さをｗ１、予め設定された送りピッチをｆとした時に、
   １／３×ｆ＞ｗ１／ｔａｎα１
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の熱間スラブの幅圧下金型。
3. 請求項１または２に記載の熱間スラブの幅圧下用金型を用いて熱間スラブの幅圧下を行うことを特徴とする熱間スラブの幅圧下方法。

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