JPH1080701A - 走間溶接設備の加熱型クランプ装置およびこのクランプ装置を用いたクランプ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、例えば粗圧延機と仕上圧延機の間
で前後に連続して搬送される先行鋼材と後行鋼材を走間
溶接する場合に、先行鋼材と後行鋼材をクランプする加
熱型クランプ装置において、クランプ面での鋼材の局所
的な温度低下を抑制して、仕上げ圧延後の鋼板の品質低
下を防止する走間溶接設備のクランプ装置と、このクラ
ンプ装置によるクランプに際して、押し込み疵、スケー
ル疵の発生を防止できるクランプ方法を提供する。 【解決手段】 加熱型クランプ装置において、クランプ
面に、鋼材搬送方向に貫通する複数条のスリットを形成
して、クランプ面の接触面を複数条形成し、この接触面
の面積を小さくして鋼材のクランプ部位での局所的温度
降下を抑制する。また、このクランプ装置でのクランプ
面の接触面圧力を３kg／mm² 以下に特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、熱間圧延を連続し
て行うために、粗圧延機で熱間圧延された先行鋼材とこ
れに後続する後行鋼材を熱間で走間溶接する場合に、先
行鋼材とこれに後続する後行鋼材をクランプするために
用いられる加熱型クランプ装置の構造およびこのクラン
プ装置を用いたクランプ方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、鉄鋼業においては、例えば図６
に示すように、鋼片１を粗圧延機２で熱間圧延された鋼
材３を一旦コイルボックス４に貯留し、このコイルボッ
クス４から仕上圧延機５方向に前後に連続して搬送され
る鋼材３ａの後端と鋼材３ｂの先端を溶接し、仕上圧延
機５での圧延を連続化して、鋼板３ｐの生産性を向上さ
せることが行われており、そのためにコイルボックス４
と仕上圧延機５間を走行する走行体６に搭載した溶接装
置７により、鋼材３ａ、３ｂを走行中に溶接する、走間
溶接が行われている。

【０００３】従来、この走間溶接を行うための走間溶接
設備としては、クランプ装置１１ａ、１１ｂおよび溶接
装置７を搭載した走行体６を、前鋼材３ａ、３ｂの搬送
方向に走行可能に配設し、この走行体を、前後に連続し
て搬送される鋼材３ａ、３ｂと同期走行させ、搬送中の
鋼材３ａ、３ｂを、走行体６に配設した一対のクランプ
装置１１ａ、１１ｂを協動させてクランプして鋼材３ａ
の後端と、鋼材３ｂの先端を突き合わせ、この状態で突
き合わせ部を溶接装置７により溶接するように構成した
走間溶接設備が提案されている。（参考技術 例えば特
開平７−２４５０４号公報に記載）

【０００４】このような、走間溶接設備においてクラン
プ装置１１ａ、１１ｂでクランプ対象になる鋼材３ａ、
３ｂは、粗圧延機２で熱間圧延し、仕上圧延機５で圧延
する鋼材であり、この鋼材３ａ、３ｂは仕上圧延機５で
熱間仕上げ圧延できる所定の温度領域に保持されている
必要がある。

【０００５】熱原単位を下げる観点では、粗圧延機２で
熱間圧延され、コイルボックス４で保熱された鋼材３
ａ、３ｂを加熱せずにそのまま仕上圧延機５に導き、仕
上げ圧延することが理想であるが、クランプ装置１１
ａ、１１ｂのクランプ面の温度が低い場合には、クラン
プ面でクランプされる鋼材部位の温度が降下し、仕上げ
圧延に適した温度領域を保持することができない。

【０００６】このため、例えば特開平７−１６６１１号
公報には、クランプ装置に鋼材を加熱昇温する加熱装置
を配設してクランプ装置による鋼材の局所的な温度降下
を、鋼材の長手方向に沿う温度勾配を形成することによ
って緩和することが開示され、その具体的手段として、
クランプ装置のクランプ面によるクランプ面を、その端
部に向かって接触面積または接触面圧を漸減するように
形成したり、鋼材の長手方向に分割して鋼材に対して進
退移動可能なセグメントで形成することが開示されてい
る。

【０００７】しかし、簡易で効率的な通電加熱式の加熱
装置を用いても、クランプ面を８００℃まで昇温させる
のが限界であり、前記のような手段のみによっては、局
所的な温度降下を仕上げ圧延に悪影響を及ぼさない範囲
に抑制することは難しい。例えば、クランプ装置のクラ
ンプ面の鋼材の長手方向の接触面積、または接触面圧を
漸減させた場合には、クランプ荷重の変動は抑えられ、
板厚精度が改善されるが、前記したように、通電加熱式
の加熱装置を用いても、クランプ面を８００℃まで昇温
させるのが限界である。これ以上の温度に昇温させるた
めには、誘導加熱装置等の高価な設備を必要とし、設置
スペースの拡大、コスト増大を伴うので、このような加
熱設備を用いることは得策ではない。

【０００８】通常の場合、粗圧延された鋼材は１１００
〜１２００℃で、仕上圧延機において９００〜１１００
℃の温度で仕上げ圧延されるが、クランプ装置のクラン
プ面の温度が８００℃であれば、このクランプ面でクラ
ンプされた鋼材部位は、最適仕上げ圧延温度より１００
〜３００℃低い温度に降下することになる。例えば、ク
ランプ装置のクランプ面が８００℃であれば、このクラ
ンプ装置のクランプ面で粗圧延後の鋼材をクランプして
走間溶接し、仕上圧延機で仕上げ圧延した場合には、ク
ランプ面と全面接触している鋼材部位では、仕上圧延機
で仕上げ圧延する時の温度がＡｒ₃ 変態点（鋼種により
異なるが約７００〜８００℃）以下になるため、仕上げ
圧延して得られた鋼板の当該部位に混粒が発生し、鋼板
の品質が低下することになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、走間溶接設
備において、加熱型クランプ装置により、例えばコイル
ボックスからの熱間鋼材をクランプする場合に、鋼材の
局所的な温度降下を抑制して鋼材の局所的な温度低下を
抑制し、仕上げ圧延温度を最適範囲に維持して、仕上げ
圧延後の鋼板の品質低下を防止できる走間溶接設備のク
ランプ装置と、このクランプ装置によるクランプに際し
て、クランプされる鋼材表面部位での押し込み疵、スケ
ール疵の発生を防止するクランプ方法を提供するもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の発明は、
粗圧延機と仕上げ圧延機の間に、溶接装置を搭載した走
行体を、鋼材搬送方向に沿って走行させつつ、搬送鋼材
の先行材と後行材の接合部を走間溶接する場合にその先
行材と後行材をクランプする加熱型クランプ装置におい
て、クランプ面にその搬送方向に複数条のスリット溝を
形成し、このスリットを挟んで鋼材と接触する接触面を
複数条形成したことを特徴とする走間溶接設備の加熱型
クランプ装置である。

【００１１】第二の発明は、第一の発明において、クラ
ンプ装置のクランプ面にスリット溝を挟んで形成される
各条の接触面の幅を２〜２５mmとし、有効クランプ面積
に対する接触面の面積の比を１／３〜１／９の範囲にし
たことを特徴とする請求項１記載の走間溶接設備の加熱
型クランプ装置である。

【００１２】また、第三の発明は、第一の発明または第
二の発明の走間溶接設備の加熱型クランプ装置を用いて
先行材と後行材をクランプする場合において、このクラ
ンプ装置のクランプ面での該先行材および後行材との接
触面圧を３kg／mm² 以下にして該先行材および後行材の
表面疵の発生を防止することを特徴とするクランプ方法
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第一の発明または第二の
発明の加熱型のクランプ装置においては、クランプ面を
７００〜８００℃程度まで加熱昇温できるようにし、こ
のクランプ面に、鋼材搬送方向に複数条のスリット溝を
形成して、鋼材との非接触面を形成して、鋼材表面との
接触面積を減少させることにより、クランプ面での鋼材
の局所的な温度降下を抑制して、仕上げ圧延後の鋼板の
品質低下を防止するようにしている。

【００１４】深さ１mm以上のスリット溝を鋼材の搬送方
向に形成することにより、クランプした際に鋼板平面に
付着しているスケールが剥離してスリット内に侵入して
も、スリット溝が鋼板幅方向に設けられている場合に比
較して取れ易くメンテナンス的にも良港となる。更に、
鋼材の局所的温度降下を抑制すると同時に、クランプ面
と鋼材表面間の滑りを少なくして、クランプ力を十分に
確保することができる。

【００１５】クランプ面においてスリット溝を挟んで形
成される各条の接触面の幅は２〜２５mmにすることが望
ましい。各条の接触面の幅が２mm以下の場合には、接触
面の強度が十分でなく、鋼材に対してクランプ力を十分
に伝達することができない。また、２５mmを越える場合
には、クランプ面の接触面の温度影響を受けやすく、局
所的な温度降下が生じやすくなる。

【００１６】接触面積がクランプ面の全面積に対して１
／３を超える場合には、局所的な温度降下の抑制効果が
十分ではない。また、１／９未満の場合には、接触面の
強度が十分ではなく、鋼材に対してクランプ力を十分に
伝達することができない。

【００１７】なお、スリットの深さは、１mm未満の場
合、摩耗により短時間にスリット効果を長時間に亘って
維持することができくなるので、クランプ装置のクラン
プ部の強度を損なわない範囲内、２〜２５mm好ましくは
５〜１０mmの範囲で設定すれば十分である。

【００１８】このスリットは鋼板の搬送方向、即ち鋼板
長さ方向に形成するが、ここでいう長さ方向とは、鋼材
の幅方向に対して直角の場合のみではなく、±１０度程
度傾斜させた場合も含んでいる。

【００１９】クランプ装置のクランプ面を加熱装置によ
り８００℃に昇温させて、このクランプ面の全面で鋼材
をクランプした場合には、この鋼材のクランプ部位は５
０℃程度温度降下するが、上記の本発明の適用したクラ
ンプ装置を用いれば、粗圧延後の鋼材移送に用いられた
スキッド（加熱装置により８００℃に昇温）により生じ
た温度降下（２０℃前後）より低い温度、５〜１９℃の
温度降下に抑制することが可能になり、鋼材のクランプ
部位の仕上げ圧延温度を品質低下を生じない温度にする
ことができる。

【００２０】このようにして、クランプ面での鋼材の温
度降下を５〜１９℃の温度降下に抑制しても、複数条の
比較的幅の狭い接触面を形成しているため、クランプ面
の接触面圧を大きくしてクランプ力を十分に確保しよう
とした場合には、鋼材のクランプ部表面に押し込み疵や
スケール剥離によるスケール疵を発生する懸念がある。

【００２１】そこで、第三の発明においては、前記のよ
うに鋼材のクランプ部表面に押し込み疵やスケール剥離
によるスケール疵を発生させないための、クランプ面の
接触面圧の最適領域について特定するものである。

【００２２】第一の発明または第二の発明のクランプ装
置のように、クランプ面に複数条のスリット溝を形成し
て複数条の比較的幅の狭い接触面を形成した場合におい
ては、十分なクランプ力を確保することを前提とする
と、鋼材のクランプ部表面に押し込み疵やスケール剥離
によるスケール疵を発生させないためには、鋼材との接
触面圧を、３kg／mm² の範囲にすることが好ましい。し
かし、接触面圧が０．６未満では、十分なクランプ力を
確保することが難しくなるので、０．６kg／mm²以上で
あることが好ましい。また、接触面圧が３kg／mm² を超
えると、クランプ力は十分に確保できるが、鋼材のクラ
ンプ部表面に押し込み疵やスケール剥離によるスケール
疵の発生頻度が顕著になる。

【００２３】表１は、クランプ面全体の面積に対する接
触面積（接触面積比）とスケール疵発生状況との関係を
示したものであり、接触面積比が１〜１／９の場合に
は、スケール疵発生はない。しかし、前記したように、
接触面の面積がクランプ面の全面積に対して１／３を超
える場合には、局所的な温度降下の抑制効果が十分では
ないので、接触面積比は局所的な温度降下の抑制効果が
十分である１／３〜１／９の範囲内で選択することが好
ましい。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【実施例】以下に本発明のクランプ装置の実施例を図１
〜図４に基づいて概要説明する。この実施例は、前記図
６に示すように、鋼片１を粗圧延機２で粗圧延して得ら
れた鋼材を一旦コイルボックス４で貯留して保熱し、こ
のコイルボックスから仕上圧延機５方向に搬送される先
行鋼材３ａの後端と、これに後続して搬送される後行鋼
材３ｂの先端を走間溶接する走間溶接設備のクランプ装
置１１ａ、１１ｂに適用した場合のものである。

【００２６】図１および図２において、このクランプ装
置は、走行体６に溶接装置７とともに搭載され、先行鋼
材３ａの後端をクランプするクランプ装置１１ａと後続
する鋼材３ｂの先端をクランプするクランプ装置１１ｂ
の一対からなり、協動させて、前後に連続する先行鋼材
３ａ、と後行鋼材３ｂをほぼ同時にクランプするように
配設されている。

【００２７】このクランプ装置１１ａ、１１ｂは、概念
的には、次のように構成されている。走行体６に立設さ
れた支持フレーム１２に一対のガイド部材１３が固設さ
れており、このガイド部材に、上枠１４ｏ、両側枠１４
ｓ、底枠１４ｕからなる枠体（ハウジング）１４の両側
枠１４ｓが上下に摺動自在に係合されている。この枠体
１４は、支持フレーム１２に配設された油圧シリンダー
１５によってピストンロッド１５ｐを介して昇降自在に
支持されている。

【００２８】この枠体１４の上枠１４ｏの上部には、一
対の油圧シリンダー１６が配設されており、そのピスト
ンロッド１６ｐは該上枠を貫通して枠体１４の内方にお
いて上クランプ板１７を支持しており、この上クランプ
板は油圧シリンダー１６によってピストンロッド１６ｐ
を介して昇降自在である。

【００２９】底枠１４ｕの上面には下クランプ板１８が
嵌設されており、この下クランプ板１８の上面に搬送ロ
ーラー８によって搬送されてくる鋼材３ａ、３ｂを受
け、油圧シリンダー１６により上クランプ板１７を下降
させることにより下クランプ１８の上面と上クランプ板
１７の下面間で鋼材３ａ、３ｂをクランプすることがで
きる。

【００３０】上クランプ板１７と下クランプ１８には、
それぞれ通電加熱式の加熱装置１９が配設されており、
上クランプ板１７と下クランプ１８のクランプ面を８０
０℃まで加熱昇温させることができる。この加熱装置と
しては、通電加熱式の加熱装置に限らず他の加熱装置で
もよい。

【００３１】本発明クランプ装置においては、上クラン
プ板１７と下クランプ板１８のクランプ面の構造に特徴
を有するものである。以下に具体例に基づいて詳細に説
明する。

【００３２】上クランプ板１７と下クランプ板１８のク
ランプ面は、図３に示すように、幅２２００mm、厚み４
０mmの鋼材３ａ、３ｂの表面に接触する複数条の接触面
２０と、この接触面間に形成した複数のスリット２１に
よる非接触面からなっている。この非接触面を形成する
スリット２１は、図４に示すように、鋼材３ａ、３ｂの
幅より長い深さ１０mmのクランプ面の鋼材搬送方向に貫
通するように形成されている。

【００３３】ここでは、クランプ面は、長さは６００m
m、幅２４００mmで鋼材３ａ、３ｂの幅より大きい幅を
有しており、幅２５mmの接触面２０条と、幅７５mmのス
リット２１による非接触面２０条からなっており、この
接触面２０とスリット２１による非接触面は、鋼材３
ａ、３ｂの長さ方向に交互に形成されている。

【００３４】クランプ面の全面積（２４００mm×６００
mm＝１４４００００mm² ）に対する接触面２０の面積
（６００mm×２５mm×２０条＝３０００００mm² ）の比
は約１／５、スリット２１による非接触面の面積（６０
０mm×７５×２０条＝１１４００００mm² ）の比は約４
／５に設定されている。

【００３５】このようなクランプ面を有するクランプ装
置１１ａ、１１ｂにより、例えば温度が１１００℃の鋼
材３ａ、３ｂを走間溶接するために、加熱装置により８
００℃に昇温させたクランプ面で３０秒クランプした場
合、クランプ部位の仕上圧延機入側での温度は、９８５
℃になりクランプによる温度降下は１７℃程度あるが、
粗圧延後の鋼材移送に用いられたスキッド（加熱装置に
より８００℃に昇温）により生じたスキッドマークでの
温度降下（２０℃前後）より低い温度であり、仕上げ圧
延後の鋼板の品質に悪影響を及ぼすことはない。

【００３６】上記の条件での鋼材３ａ、３ｂの表面に対
するクランプ面の全面積に対する接触面２０の面積比
と、鋼材３ａ、３ｂのクランプ部位の温度降下との関係
は、図５のように示される。この図は、鋼材表面に対す
るクランプ面の全面積に対する接触面２０の面積比を小
さくする程、鋼材のクランプ部位の温度降下が小さくな
ることを示しており、接触面積比を１／３〜１／９まで
小さくすると、鋼材のクランプ部位の温度降下を１９〜
５℃まで抑制できることを示している。

【００３７】なお、鋼材表面に対するクランプ面の全面
積と接触面２０の面積比を１、すなわち全面接触させた
場合では、鋼材のクランプ部位の温度降下は５０℃とな
り、クランプ部位の仕上圧延機入側の温度は、９５０℃
以下になり、仕上げ圧延後の鋼板の品質に悪影響を及ぼ
す可能性が高くなる。

【００３８】次に、上記本発明のクランプ装置における
クランプ面と鋼材表面との接触面圧について説明する。
例えば、クランプ荷重が３００ｔの場合では、鋼材表面
に対するクランプ面の全面積と接触面２０の面積比を本
発明の範囲である、１／３〜１／９にした場合、鋼材表
面に対する接触面圧は０．６〜３kg／mm² となり、クラ
ンプ性、板厚精度ともに良好であり、混粒、表面疵、ス
ケール疵等の発生は認められなかった。

【００３９】これに対して、クランプ面の全面積と接触
面２０の面積比を１にした場合、鋼材表面に対する接触
面圧は０．３３kg／mm² となり、クランプ性、板厚精度
ともに問題はなく、表面疵、スケール疵等の発生は認め
られなかったが、仕上げ圧延後の鋼板の品質に悪影響を
及ぼす混粒の発生が認められた。

【００４０】また、クランプ面の全面積と接触面２０の
面積比を１／１０にした場合、鋼材表面に対する接触面
圧は３．３kg／mm² となり、クランプ性、板厚精度とも
に問題はなく、混粒の発生も認められなかったが、仕上
げ圧延後の鋼板の品質に悪影響を及ぼす表面疵、スケー
ル疵等の発生が認められた。

【００４１】上記のように、本発明においては、クラン
プ装置のクランプ面でクランプされる鋼材表面部位の温
度降下を１９〜５℃に抑制して、仕上げ圧延後の鋼板の
品質に悪影響を及ぼす混粒等の発生を防止することがで
きる。そして、このクランプ装置によるクランプに際し
て、クランプ面の接触面圧を最適領域にし、クランプ力
を十分に確保しながら、クランプされる鋼材表面部位
に、仕上げ圧延後の鋼板の品質に悪影響を及ぼす押し込
み疵やスケール剥離によるスケール疵が発生しないよう
にすることができる。

【００４２】上記の実施例は本発明を、鋼材を対象とす
る走間溶接設備用に適用した場合のものであるが、ここ
でいう鋼材とは一般鋼材の他、ステンレス鋼材その他の
合金鋼材を意味し、走間溶接だけではなく、クランプに
よるクランプ部位の局所的温度降下が問題になる、その
他の走間加工（含む処理）設備のクランプ装置としても
適用可能である。鋼材以外の金属材にも適用することも
可能である。また、本発明のクランプ装置を形成するた
めの各要素の種類、構造、形状、駆動装置等について
は、上記の実施例に限定されるものではなく、加工対
象、形状、サイズ、加工内容、加工ライン速度等に応じ
て変更されるものである。

【００４３】

【発明の効果】本発明の加熱型のクランプ装置において
は、クランプ面に、搬送方向に貫通する複数条のスリッ
トにより非接触面を形成して、クランプ面での鋼材に対
する接触面積を減少させることにより、クランプ面によ
る鋼材の局所的な温度降下を抑制し、また、クランプ面
の接触面圧を最適領域にして、クランプされる表面部位
での混粒や押し込み疵、スケール疵等の発生を防止し
て、例えば仕上げ圧延後の製品の品質低下を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクランプ装置の構造例を示す一部切欠
正面概要説明図。

【図２】図１のＡａ−Ａｂ矢視断面概要説明図。

【図３】図２におけるクランプ装置のクランプ面の構造
例を示す拡大概要説明図。

【図４】図３のＢａ−Ｂｂ矢視断面概要説明図。

【図５】本発明のクランプ装置の効果評価のための、ク
ランプ面の接触面積比とクランプ部位の温度降下との関
係を示す説明図。

【図６】鋼材の熱間連続圧延設備の配置例と従来の走間
溶接設備のクランプ装置例を示す一部切欠側面概要説明
図。

【符号の説明】

１ 鋼片 ２ 粗圧延機 ３、３ａ、３ｂ 鋼材 ３ｐ 鋼板 ４ コイルボックス ５ 仕上圧延機 ６ 走行体 ７ 溶接装置 ８ 搬送ローラー ９ 軌道 １０ 駆動装置 １１ａ、１１ｂ クランプ装置 １２ 支持フレーム １３ ガイド部材 １４ 枠体 １４ｏ 上枠 １４ｓ 側枠 １４ｕ 底枠 １５ 油圧シリンダー １５ｐ ピストンロッド １６ 油圧シリンダー １６ｐ ピストンロッド １７ 上クランプ １８ 下クランプ １９ 加熱装置 ２０ 接触面 ２１ スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 理洋 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内 (72)発明者 西林 茂 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗圧延機と仕上げ圧延機の間に、溶接装
   置を搭載した走行体を、鋼材搬送方向に沿って走行させ
   つつ、搬送鋼材の先行材と後行材の接合部を走間溶接す
   る場合にその先行材と後行材をクランプする加熱型クラ
   ンプ装置において、クランプ面にその搬送方向に複数条
   のスリット溝を形成し、このスリットを挟んで鋼材と接
   触する接触面を複数条形成したことを特徴とする走間溶
   接設備の加熱型クランプ装置。
2. 【請求項２】 クランプ装置のクランプ面において上記
   スリット溝を挟んで形成される各条の接触面の幅を２〜
   ２５mmとし、有効クランプ面積に対する接触面の面積の
   比を１／３〜１／９の範囲にしたことを特徴とする請求
   項１記載の走間溶接設備の加熱型クランプ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の走間溶接
   設備の加熱型クランプ装置を用いて先行材と後行材をク
   ランプする場合において、このクランプ装置のクランプ
   面での該先行材および後行材との接触面圧を３kg／mm²
   以下にして該先行材および後行材材の表面疵の発生を防
   止することを特徴とするクランプ方法。