(57)【特許請求の範囲】
【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、このスリット溝を挟んで鋼材と接触する接触面を複数条形成すると共に、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走間溶接設備の加熱型クランプ装置。
【請求項２】
請求項１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。
【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３ａ、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１１ａ、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すると共に、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走間溶接設備の加熱型クランプ装置である。
【００１２】
また、第二の発明は、第一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好となる。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５０℃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、第二の発明においては、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】
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【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１４ｓ、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８００℃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４０mm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６００mm、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３ａ、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×６００mm＝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（６００mm×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８００℃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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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