(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
延長材料を搬送するための内面を形成した内側層と、
該内側層を保持するための保持層と、
前記内側層と前記保持層との間に配置されたグラウト層と、
を含む延長した中空通路構造を備えることを特徴とする、圧延機コイル形成装置において延長材料を保持及び搬送するための装置。
【請求項２】
前記内側層は、鉄材料及び非鉄材料から成る、横方向で隣接する複数のセグメントを含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
横方向で隣接するセグメントと比較して摩耗率の高いセグメントを非鉄材料で構成する、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記内側層及び前記保持層は、前記グラウト層を介して互いに周方向で摩擦接触しており、延長した前記通路構造の加熱及び冷却サイクルが繰り返される間に前記内側層は前記保持層に対して軸方向に前進する、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記内側層は、硬化された内面を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記内側層は、耐摩耗性ゾーン、材料搬送ガイド構造及び摩擦低減ゾーンから成るグループから選択されたゾーンを有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記内側層は、ニッケル基合金、コバルト基合金、チタン基合金、ステンレス鋼、炭化タングステン、セラミック、超合金、及び前記内面に堆積された前記非鉄材料のナノ層から成るグループから選択された非鉄材料から成る、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
駆動される回転するクイルと、
延長材料を搬送するための内面を形成した内側層と、内側層を保持するための保持層と、前記内側層と前記保持層との間に配置されたグラウト層と、を含む層を有する延長した中空の通路構造と、を備えることを特徴とする、圧延機コイル形成装置。
【請求項９】
前記内側層は、鉄材料及び非鉄材料の、横方向で隣接するセグメントを含む、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記内側層及び前記保持層は、前記グラウト層を介して互いに周方向で摩擦接触しており、延長した前記通路構造の加熱及び冷却サイクルが繰り返される間に前記内側層は前記保持層に対して軸方向に前進する、請求項８または９記載の装置。
【請求項１１】
前記内側層は、耐摩耗性ゾーン、材料搬送ガイド構造及び摩擦低減ゾーンから成るグループから選択されたゾーンを有する、請求項８から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記内側層は、ニッケル基合金、コバルト基合金、チタン基合金、ステンレス鋼、炭化タングステン、セラミック、超合金、及び前記内面に堆積された前記非鉄材料のナノ層から成るグループから選択された非鉄材料から成る、請求項８から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
組み合わされた前記内側層と前記保持層と前記グラウト層を曲げることにより形成される、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
延長材料を搬送するための内面を形成した内側層を提供し、
該内側層を保持するための保持層を提供し、
前記内側層と前記保持層との間に配置されたグラウト層を提供することを含むことを特徴とする、圧延機コイル形成装置において延長材料を保持及び搬送するための装置を形成する方法。
【請求項１５】
組み合わされた前記内側層と前記保持層と前記グラウト層を曲げることをさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも前記保持層の端部を、延長材料の保持及び搬送のための前記装置の隣接する部分に固定することを含む、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本出願は、合衆国第３５法典第１１９条（ｅ）に基づき、すなわち２０１１年９月２６日に出願された同時係属中の米国特許仮出願第６１／５３９０１４号明細書、第６１／５３９０６２号明細書及び第６１／５３９０６９号明細書、２０１１年９月２９日に出願された米国特許仮出願第６１／５４０５９０号明細書、第６１／５４０６０２号明細書、第６１／５４０６０９号明細書、第６１／５４０６１７号明細書及び第６１／５４０７９８号明細書に対する優先権を主張する。これら全ての出願は、引用したことにより、以下に完全に示されたものとして、本明細書に組み込まれる。
【０００２】
背景
１．分野
本発明の実施の形態は、しばしばレイングヘッドと称される圧延機コイル形成装置、特に、レイングヘッドにおける、レイングヘッドパイプなどの交換可能なレイングヘッド経路に関する。
【０００３】
２．従来技術の説明
圧延機のコイル形成レイングヘッド装置は、移動する圧延された延長材料を一連のらせん状の連続的なループリングに形成する。これらのリングは、さらに、下流において、らせん状に巻成されたコイルに束ねることによって処理されてよい。公知のレイングヘッドは、概して、米国特許第５３１２０６５号明細書、第６７６９６４１号明細書及び第７０１１２６４号明細書に記載されており、これら全ての明細書の内容全体は、引用したことにより、本明細書に完全に含まれるものとして本明細書に組み込まれる。
【０００４】
これらの特許に記載されているように、圧延機レイングヘッドシステムは、クイルと、パイプ支持部と、レイングヘッドパイプとを有する。クイル及びパイプ支持部は、レイングヘッドパイプが延長材料をその入口端部内へ受け入れることができるように、レイングヘッドパイプを回転させるように適応されている。レイングヘッドパイプは、クイルの拡開した部分によって包囲された湾曲した中間部分と、クイルの回転軸線から半径方向外方へかつ概して接線方向に突出した端部とを有する。組み合わされることにより、回転するクイルとレイングヘッドとは、圧延された材料をらせん状の湾曲した形状に従わせる。レイングヘッドパイプは、異なる寸法の圧延された材料に対応するために又は摩耗したパイプを交換するために、レイングヘッドを再構成するために異なるプロファイル及び／又は直径のレイングヘッドパイプと交換されてよい。
【０００５】
圧延された材料のさらなるらせん状プロファイリングは、外周面の周りに圧延された材料を受け取るためのトラフを有する回転するヘリカルガイドにおいて達成される。米国特許第６７６９６４１号明細書に記載されたヘリカルガイドは、セグメント化された、セクタ形状の、モジュール式リム構成ものであり、周方向トラフがリムセクタ内に形成されている。
【０００６】
一般的にエンドリング若しくはガイドリングとも称される概して環状のリング若しくはシュラウドは、レイングヘッドパイプ排出端部及びヘリカルガイドを包囲するガイド面を有し、これにより、延長材料は、その後の束ね及びその他の処理のために、今や完全にコイル状の構成でコンベヤへ排出されるときに、半径方向で制限される。１つ又は２つ以上のトリッパパドルを有する旋回するトリッパ機構は、クイルから離れたエンドリング／シュラウドのほぼ６時の位置若しくは底部位置に位置決めされていてよい。リング／シュラウド内径面に対するトリッパ機構の旋回迎え角を変化させることは、延長材料のコイル化を制御するために、例えば、変化する延長材料塑性厚さ、組成、圧延速度及び断面構造を補償するために有効である。
【０００７】
レイングヘッドパイプ設計及び作動上の制約
前述のように、回転するクイル及びパイプ支持部と組み合わされた中空のレイングヘッドパイプは、圧延された材料をらせん状の湾曲した形状に従わせる。通常、レイングヘッドパイプは、所望の概してらせん状のプロファイルに従うように外部の熱及び機械的な力を加えることによって成形ジグにおいて曲げられた、連続的な長さの対称的な鋼パイプ又は鋼チューブから形成される。所望の最終的な概してらせん状の形状への比較的容易な加工性、及び比較的低い材料購入コストから、レイングヘッドパイプの製造のために概して鋼パイプ若しくはチューブが選択される。しかしながら、商業用の鋼パイプ若しくはチューブは、比較的低い硬さ、すなわち、圧延機の作動、生産性及びメンテナンスのための望ましくない制限するファクタを有する。
【０００８】
約５００フィート／ｓ（１５０ｍ／ｓ）に達する速度で進行する延長材料は、レイングヘッドシステムインテーク端部において受け取られ、排出端部において一連の連続的なコイルループで排出される。このような速度では、高温の圧延された製品は、レイングヘッドパイプに不都合な効果を加え、パイプ内面に、急速な局所的な摩耗、及び早期故障を生じさせる。また、レイングヘッドパイプが摩耗するので、レイングヘッドの排出端部において、ループ状のコイルを受け取るコンベヤに安定したリングパターンを提供するレイングヘッドの能力が、損なわれる。不安定なリングパターンは、冷却均一性を妨げ、一般的に"コブリング"とも称されるコイル形成失敗にも寄与する。
【０００９】
長年にわたり、ボアサイズの減じられたレイングヘッドパイプは多くの顕著な利点を提供することが十分に受け入れられてきた。高温の圧延された製品を、より小さなスペースに半径方向で制限することにより、案内が改善され、冷却コンベヤへ排出されるリングパターンはより一貫したものになり、より高速で圧延することが可能となる。しかしながら、あいにく、これらの利点は、製品の高速のため、パイプの摩耗が著しく加速されることにより大幅に相殺されてきた。また、ボアサイズが減じられたパイプは、直径の小さな製品とともにしか使用することができないので、直径のより大きな製品をコイル状にするためには、ボアサイズのより大きなパイプと交換しなければならない。
【００１０】
早期に摩耗したレイングヘッドパイプを交換し、かつ延長材料のコブリングに関連した問題に対処するために、頻繁なかつコストのかかる圧延機停止及び予防的なメンテナンスが必要とされる。レイングヘッドパイプが、パイプ壁の破損を受けるほどに摩耗されると、コブリング事故は、レイングヘッドの上流における延長材料の供給に影響する恐れがある。耐摩耗性の観点から、レイングヘッドパイプの内側摩耗面を、比較的硬い低表面摩擦鋼から形成することが望ましく、さらなる表面硬化及び熱処理を行うことがさらに望ましいが、このような摩耗処理ステップは、パイプ製造の容易さ及びコストとバランスを取らなければならない。
【００１１】
すなわち、過去には、当業者は、ボアがより大きなレイングヘッドパイプを採用し、かつ圧延機の定格設計速度よりも低い減速された速度で圧延することによりレイングヘッドパイプ設計及び性能を妥協することが必要であるとみなしていた。望まれるよりも大きなレイングヘッドパイプ内径と、減じられた圧延速度との組合せは、予定されたメンテナンス"ダウンタイム"の間に予防的なメンテナンスパイプ交換を予定するために、実施されてきた。慣用の及び現在のレイングヘッドパイプは、直径、速度及び製品組成に応じて、標準的な炭素鋼パイプを用いて約３０００トン以下の延長材料の量を加工した後に、交換しなければならない。
【００１２】
当業者は、交換前により多くの延長材料を加工することができるように、より大きな合計加工トン数のためにレイングヘッドパイプの耐用寿命を延長する試みを繰り返し行ってきた。例えば、米国特許第４０７４５５３号明細書及び米国特許第５８３９６８４号明細書に開示されているように、レイングヘッドパイプを、外部レイングヘッドパイプケーシングに挿入された耐摩耗性挿入リングによって被覆することが提案されてきた。レイングヘッドパイプケーシングの湾曲したセクションにおける隣接するリングは、不連続な間隙を有し、これらの間隙は、レイングヘッドパイプ内で搬送されている延長材料の滑らかな前進にとって望ましくない。米国特許第６０９８９０９号明細書は異なるアプローチを開示しており、このアプローチでは、レイングヘッドパイプは、円錐形の外側ケーシングによって包囲された円錐形インサートの外面におけるらせん状の溝によって形成された案内経路のために排除されており、前記インサートは、外側ケーシングの内面における摩耗パターンを徐々にずらすように外側ケーシング内で回転可能である。らせん状の溝を有する円錐形のインサートを用いるアプローチは、現時点でレイングヘッドパイプ構造を有する全ての既存のクイルレイングヘッドと容易に両立可能であるとは考えられない。
【００１３】
硬さ及び耐摩耗性を高めるためにレイングヘッドパイプ内面を調整するという試みもなされてきた。しかしながら、調整プロセスは、高い加工温度からの急激な急冷を必要とし、これは、パイプの曲率をゆがめる恐れがある。調整された層は、比較的脆く、高温の圧延された製品に曝された結果として生じる高温において焼戻しされることも分かっている。
【００１４】
本特許出願の所有者は、パイプ内部の硬さを高めるためにホウ素原子がパイプ内部へ拡散させられる熱化学的処理をレイングヘッドパイプ摩耗面に対して行うことにより、レイングヘッドパイプ摩耗面にボロナイジング層を提供することも開示している。２０１１年９月２日に米国受理官庁において出願された出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５０３１４である特許協力条約出願、"Boronized Laying Pipe"を参照されたい。
【００１５】
本特許出願の所有者は、内側層が、遠心力、局所的な熱膨張の差及び層ごとの熱サイクルによりレイングヘッド作動中に外側層に対して軸方向に前進する、内側及び外側の摩擦を生じるきつさに係合させられた同心状の層を有するレイングヘッドパイプも開示している。これにより、レイングヘッドパイプ内部の摩耗したセクションは、パイプ内部に沿って前進し、"新鮮な"摩耗していない面が、摩耗した部分を連続的に補充する。２０１１年９月２日に米国受理官庁において出願された出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５０２８３である特許協力条約出願、"Regenerative Laying Pipe"を参照されたい。
【００１６】
概要
したがって、本発明の実施の形態は、延長材料を選択的にコイル状にすることができるように、延長材料をレイングヘッドにおいて保持及び搬送するための圧延機レイングヘッド延長構造を有する。レイングヘッド通路構造は、慣用のレイングヘッドパイプの機能を行ってよい。本発明の態様では、レイングヘッド通路構造の部分又は構造全体が、パイプの層又はその他の延長した中空構造を互いに挿入することによって、はめ合わされた包囲する層から形成されている。典型的な実施の形態では、レイングヘッド通路構造は、延長材料を搬送するための内面を形成した内側層と、内側層を保持するための保持層とを含む少なくとも２つの層を有する延長した中空通路構造を有する。はめ合わされた層から形成されたレイングヘッド通路構造は、公知のレイングパイプの滑らかな、連続的に湾曲した延長材料搬送通路、又はあらゆるその他の所望の通路を再現することができるあらゆる三次元複合湾曲形状に構成することができる。例えば、延長材料を搬送するためのレイングヘッド延長構造は、同じ又は異なる材料のパイプ又はチューブの２つ以上の層から構成することができる。パイプの層は、均質な材料から構成されるか、層を形成するために異なる材料が接合されてもよい。製造された層状構造は、例えば延長材料と直接接触するセグメントにおいて耐摩耗性ゾーン又は摩擦低減ゾーンを有するなど、構成部材セグメント内の複数のゾーンの形成を容易にする。最も内側の層は、延長材料と同じ方向に下流へ前進する再生層であることができ、これにより、レイングヘッド通路内側摩耗ゾーン内の上流部分は、新鮮な摩耗していない面を構成している。
【００１７】
別の典型的な実施の形態は、延長材料を排出するための、軸線を中心に回転するクイルを有する、高温の圧延された延長材料をコイル状にするためのコイル形成装置レイングヘッドシステムに関する。支持体は、クイル回転軸線と同軸である。レイングヘッドパイプなどの延長した搬送路中空通路構造は、延長材料を通過させるために、支持体に連結されている。延長した中空通路構造は、延長材料を搬送するための内面を形成した内側層と、内側層を保持するための保持層とを有する。中空部材構造の一部又は構造全体は、パイプの層又はその他の延長した中空構造を互いに挿入することによって、はめ合わされた包囲する層から形成されていてよい。
【００１８】
本発明の付加的な典型的な実施の形態は、圧延機コイル形成装置において延長材料を保持及び搬送するための装置を形成する方法を含む。方法の典型的な実施の形態は、延長材料を搬送するための内面を形成した内側層を提供し、内側層を保持するための保持層を提供し、内側層を保持層に挿入することを含む。はめ合わされた複合構造は、レイングヘッド通路の所望の三次元湾曲形状に形成されてよい。
【００１９】
本発明の態様の特徴は、当業者によって、あらゆる組合せ又は準組合せにおいて共同で又は複数で適用されてよい。本発明の態様及び実施の形態の別の特徴、及びそれによって提供される利点は、添付の図面に例示された特定の実施の形態を参照して以下により詳細に説明される。図面において同じ要素は同じ参照符号によって示されている。
【００２０】
図面の簡単な説明
本発明の教示は、添付の図面に関連した以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の典型的な実施の形態による、コイル形成装置レイングヘッドシステムの側面図である。
【図２】本発明の典型的な実施の形態による、図１のレイングヘッドシステムの平面図である。
【図３】本発明の典型的な実施の形態による、端部リング及びトリッパ機構を有する、図１のレイングヘッドシステムの側方から見た断面図である。
【図４】本発明の典型的な実施の形態による、端部リング及びトリッパ機構を有する、図１のレイングヘッドシステムの排出端部の側方から見た断面図である。
【図５】レイングヘッド搬送通路／パイプの公知の構造と、レイングヘッド作動中の一般的な典型的な摩耗ゾーンとを示す図である。
【図６】本発明の典型的な実施の形態による、レイングヘッド延長材料搬送通路パイプの斜視図である。
【図７】図６のレイングヘッド通路パイプの、部分的に断面にした軸方向断面図である。
【図８】８−８に沿って見た、図６及び図７のレイングヘッド通路パイプの半径方向断面図である。
【図９】本発明の別の典型的な実施の形態による、レイングヘッド通路パイプの部分的に断面にした軸方向断面図である。
【図１０】１０−１０に沿って見た、図９のレイングヘッド通路パイプの半径方向断面図である。
【図１１】本発明の別の典型的な実施の形態による、レイングヘッド通路パイプの側面図である。
【図１２】図１１のレイングヘッド通路パイプの部分的に断面にした軸方向断面図である。
【図１３】１３−１３に沿って見た、図１１のレイングヘッド通路パイプの半径方向断面図である。
【図１４】図１１のレイングヘッド通路パイプの部分的な軸方向断面図である。
【図１５】加熱及び冷却サイクル中に本発明の実施の形態に従ってレイングヘッド通路パイプに作用する力を示す概略図である。
【００２２】
理解を容易にするために、複数の図面に共通の同じエレメントを示すために、可能である場合には、同じ参照符号が使用されている。
【００２３】
詳細な説明
以下の記載を考慮した後、当業者は、本発明の教示が、圧延機コイル形成装置レイングヘッドにおいて、特に、レイングヘッド延長搬送通路パイプ又はレイングヘッド用のその他の同等の延長構造において使用することができることを理解するであろう。本発明の態様は、予防的なメンテナンス交換の前にレイングヘッドによってより多くのトン数の延長材料を処理することができるように、より長いレイングヘッド通路寿命を促進する。例えば、レイングヘッド通路／パイプの故障の過度のリスクなしにより多くのトン数の延長材料を製造シフトにおいて処理することができるようにレイングヘッド延長材料処理速度を高めることが可能である。
【００２４】
レイングヘッドシステムの概略
概して図１〜図４を参照すると、コイル形成装置レイングヘッドシステム３０は、例えば高温の圧延された鋼などの圧延された延長材料Ｍをコイル状にする。約５００フィート／ｓ（１５０ｍ／ｓ）以上の速度となり得る速度Ｓで前進する延長材料Ｍは、レイングヘッドシステム３０のインテーク端部３２において受け取られ、排出端部３４において一連の連続的なコイルループで排出され、コイルはコンベヤ４０上に載置される。
【００２５】
レイングヘッドシステム３０は、回転可能なクイル５０と、通路６０と、パイプ通路支持部７０とを有する。通路６０は、材料Ｍの搬送を可能にするために中空の延長したキャビティを形成している。本発明の態様では、通路は、レイングヘッドパイプから成ってよく、実際、通路６０は、本明細書において時にはレイングヘッドパイプと称される。
【００２６】
クイル５０は、軸線を中心に回転するように適応された概して角（horn）の形状を有することができる。通路６０は、半径が増大した概してらせん状の軸方向プロファイルを有し、クイル５０の回転軸線と整合しかつ延長材料Ｍを受け取る第１の端部６２を備える。通路６０は、クイル５０の回転軸線から半径方向外方へ間隔を置かれた、概して接線方向の第２の端部を有し、これにより、延長材料を、回転するクイルの周縁部に対して概して接線方向で延長材料を排出する。通路６０は、パイプ支持部７０に連結されており、パイプ支持部７０自体は、クイル５０に同軸に連結されており、これにより、全ての３つの構成部材は、クイル回転軸線を中心に同期して回転する。クイル５０の回転速度は、特に、延長材料Ｍの構造的な寸法及び材料特性、前進速度Ｓ、所望のコイル直径及び過剰な摩耗の過剰なリスクなしにレイングヘッドパイプによって処理することができる延長材料のトン数、に基づいて選択される。図５は、パイプ内部が、パイプの他の部分よりも比較的高い摩耗率に曝される慣用のレイングヘッド通路／パイプ６０の摩耗ゾーン６６，６８を示す。本発明の態様は、ゾーン６６，６８及びその他の部分又は全てのその他の所望のゾーンを局所的に硬化することによって、より高い摩耗率に対処する。望まれるならば、本発明の態様の適用によって、全体の又は均等の延長した構造を硬化することができる。
【００２７】
この実施の形態では、延長材料Ｍが第２の端部６４から排出されるとき、延長材料Ｍは、ガイドリムセグメント８２を有するリングガイド８０内へ方向付けられ、ガイドリムセグメント８２内には、共同で所有された米国特許第６７６９６４１号明細書に記載されたような、らせん状のピッチプロファイルを有するガイドトラフチャネル８４が形成されている。延長材料Ｍがリングガイド８０を通って前進させられるとき、延長材料Ｍは、連続的なループらせんに従わされ続ける。
【００２８】
米国特許第６７６９６４１号明細書に述べられているように、セグメントに分割されたリングガイドは、リングガイド８０全体を分解及び交換することなくリムセグメント８２を交換することによって、異なる延長材料を収容するためのリングガイドらせん直径の比較的容易な再構成を可能にする。
【００２９】
前述のように、延長材料Ｍは、リングガイド８０のらせんトラフチャネル８４内を通過しながら、連続的なループ状のコイルに形成される。リングガイド８０は、パイプ支持部７０に連結されており、クイル５０と同軸に回転する。らせんトラフ８４の前進回転速度は、延長材料Ｍの前進速度Ｓと調和させられているので、２つの当接する物体の間に相対的な線形運動速度はほとんどなく、コイル形成材料と接触するトラフ８４の面のこすれ摩耗は少なくなる。
【００３０】
定置の端部リング９０は、クイル５０の回転軸線と同軸の内径を有し、レイング通路／パイプ６０の第２の端部６４及びリングガイド８０を包囲している。レイングヘッドパイプ６０の第２の端部６４から延長材料Ｍが排出され、リングガイド８０のらせんトラフチャネル８４に沿って前進するときに、端部リング９０は、材料を端部リングの内径ガイド面内に半径方向で制限することによって、この延長材料Ｍに加えられる遠心力に反作用する。前進する延長材料Ｍと、定置の端部リング９０との大きな相対速度は、端部リング内径のガイド面においてこすれ摩耗を生じる。
【００３１】
図１を参照すると、コイル形成装置レイングヘッドシステム３０から排出された延長材料Ｍは、システム排出端部３４において下方へ傾斜させられたクイル回転軸線によって補助されて、重力によって、連続的なループとして、ローラコンベヤ４０上へ落下する。トリッパ機構１５０は、端部リング９０のガイド面の軸方向遠位側に当接する軸線を中心に旋回する。この旋回軸線は、概して、旋回運動範囲θを中心とする、端部リング９０の内径ガイド面に対して接線方向である。公知のように、コイル状の材料Ｍのコイル形成特性及びコンベヤ４０への配置は、旋回角度θを変化させることによって制御することができる。
【００３２】
通路の製造
本発明の実施の形態は、延長材料を選択的にコイル状にすることができるように、延長材料をレイングヘッドにおいて保持及び搬送するための圧延機レイングヘッド通路構造を有する。通路構造の一部又は構造全体は、直線的なパイプの層又はその他の延長した中空構造を互いに挿入し、次いで、公知のレイングヘッドパイプにおいてなされるように、はめ合わされた構造を最終的な所望の三次元形状に曲げることによって、はめ合わされた包囲する層から形成されていてよい。これに代えて又は加えて、はめ合わされた構造のうちの幾つかは、三次元プロファイルに予備成形され、次いで、他のはめ合わされる層と接合することができる。製造された構造は、例えば耐摩耗性ゾーン又は摩擦低減ゾーンを有するなど、構成部材内の複数のゾーンの形成を容易にする。ゾーンは、異なる材料から成るパイプを互いに挿入すること又は異なる材料のセクションを任意の層において互いに隣接して当接させることなどによって、通路／パイプ構造製造プロセス中に形成することができる。
【００３３】
図６〜図８は、図１〜図５に示されたような公知のレイングヘッドにおいて直接に置き換えるための、公知のレイングヘッドパイプに従う概して円筒状の外側プロファイルを有するレイングヘッド通路２６０を示す。レイングヘッド通路２６０は、環状の保持カラー２６２Ａを備えた第１のインテーク端部２６２と、第２の排出端部２６４とを有する。レイングヘッド通路２６０は、外側鋼パイプ若しくはチューブ２６１と、ステンレス鋼又は炭化タングステンなどのより硬い非鉄材料から形成された内側パイプ若しくはチューブ２６３とを有する、はめ合わされたサブコンポーネントから製造された複合構造である。内側層２６３は、レイングヘッドパイプ内を搬送される延長材料と接触するための連続的な内面２６３Ａを有する。内側層２６３又はその他の実施の形態の内側層が、隣接するセグメントと軸方向で当接する関係にあるスプライス結合されたセグメントから成る場合、内面２６３Ａは、有効に連続的である（すなわち、隣接するセクションの間の間隙は、延長材料の直径及び円周よりも十分に小さいので、あらゆるこのような間隙は、レイングヘッド通路構造２６０を通る延長材料の搬送を妨げることはない）。内面２６３Ａは、表面を硬化するために又は黒鉛などの固体潤滑剤を含んでよい摩擦低減ゾーンを提供するために表面被覆又は処理されていてよい。
【００３４】
図９及び図１０は、環状の保持カラー３６２Ａを備えた第１のインテーク端部３６２を有する本発明のレイングヘッド通路３６０の別の実施の形態を示している。レイングヘッド通路３６０は、外側鋼パイプ若しくはチューブ３６１と、炭化タングステンチューブ、若しくは概して管状の中空構造を形成するために焼結された炭化タングステンから形成された内側パイプ若しくはチューブ３６３とを有する、はめ合わされたサブコンポーネントから製造された複合構造である。内側チューブ３６３は、レイングヘッド通路内を搬送される延長材料と接触するための連続的な内面３６３Ａを有する。内面３６３Ａは、表面を硬化するために又は摩擦低減面を提供するために表面被覆又は処理されていてよい。選択的な絶縁高温グラウト層３８０は、外側パイプ３６１と、内側パイプ３６３との間に配置されていてよい。
【００３５】
２０１１年９月２日に米国受理官庁に出願された出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５０２８３である共同で所有された特許協力条約出願、"Regenerative Laying Pipe"に示されかつ記載されているように、内側層が、遠心力、局所的な熱膨張の差及び層ごとの熱サイクルによりレイングヘッド作動中に外側層に対して軸方向に前進する、内側及び外側の、摩擦を生じるきつさに係合させられた同心状の層を有するレイングヘッドパイプが記載されている。これにより、レイングヘッドパイプ又はその他の延長したレイングヘッド通路内部の摩耗したセクションは、パイプ内部に沿って前進し、"新鮮な"摩耗していない面が、摩耗した部分を連続的に補充する。特に、図１１〜１５Ｃを参照すると、本発明によるレイングヘッドパイプ４６０は、鋼などの鉄金属から構成された外側チューブ若しくはパイプ４６１を有し、このパイプは、軸線Ａと整合した入口セクション２８ａと、軸線Ａから湾曲しながら離れる中間セクション２８ｂと、軸線Ａから測定された半径を有するデリバリセクション２８ｃとを有する。
【００３６】
内側チューブ若しくはパイプ４６３は、それぞれ外側パイプ４６１の入口セクション、中間セクション及びデリバリセクションを被覆する、入口セクション、中間セクション及びデリバリセクションを有し、ステンレス鋼又は炭化タングステンなどの非鉄材料から構成されている。内側チューブ４６３は、外側チューブとの摩擦接触のみによって外側チューブ４６１に対して移動しないように拘束されている。作動時に、レイングヘッドパイプ４６３Ａの内面は、ほぼ入口セクション２８ａと中間セクション２８ｂとの間の接合部におけるゾーンＺ1と、やはりほぼ中間セクション２８ｂとデリバリセクション２８ｃとの間の接合部におけるゾーンＺ2において、加速された局所的摩耗を生じやすいことが観察された。チェックされないままであると、この局所的摩耗は、パイプ内面の早期溝形成を生じ、その後、レイングヘッドパイプの壁部の製品の貫通を生じる。
【００３７】
本発明によれば、この摩耗の問題は、外側チューブ４６１を内側チューブ４６３によって被覆し、それらのそれぞれの外面及び内面の間の摩擦接触のみによって外側チューブ内で内側チューブが移動しないように拘束されることによって解決される。
【００３８】
レイングヘッド通路レイングヘッドパイプ４６０が作動しているとき、内側チューブ４６３は、高温の圧延された製品Ｍと接触することにより加熱される。通常、高温の圧延された製品は、約９００〜１１００℃の温度であり、これは、内側チューブ４６３を約４００℃という高い温度に加熱する。外側チューブは、通常、周囲雰囲気に曝されていることにより、より低い温度を有する。
【００３９】
加えて、図１２に示したように、レイングヘッドパイプの中間セクション２８ｂは、軸線Ａを中心とする回転の結果、遠心力ＦCENを受ける。この力は、レイングヘッドパイプのガイド通路に対して垂直な力ＦNと、レイングヘッドパイプのデリバリ端部に向かって加えられる駆動力ＦDとに分解することができる。駆動力ＦDは、レイングヘッドパイプを通過する高温の圧延された製品によって加えられる付加的な駆動力によって補足される。
【００４０】
図１５Ａに示したように、内側チューブ４６３が高温の圧延された製品と接触することによって加熱されると、膨張を生じ、この膨張は、互いに反対向きの、入口端部に向かう方向（矢印ＦEE）と、デリバリ端部に向かう方向（矢印ＦDE）とに力を加える。膨張力ＦEE及びＦDEは、摩擦抵抗ＦFを克服するのに十分である。膨張力ＦEEは、膨張力ＦDEと、駆動力ＦDとの合計によって克服され、その結果、内側チューブ４６３は、外側チューブ４６１内で次第に外側チューブのデリバリ端部に向かってずらされる。
【００４１】
図１５Ｂに示したように、内側チューブ４６３の温度が安定すると、膨張力又は収縮力は存在しない。摩擦力ＦFは、駆動力ＦDを克服し、内側チューブは外側チューブ内で固定されたままである。
【００４２】
図１５Ｃに示したように、内側チューブ４６３が冷却されると、内側チューブ４６３は収縮を生じ、再び、互いに反対向きの、入口端部に向かう力（矢印ＣEE）と、デリバリ端部に向かう力（ＣDE）とを加える。力ＣEE及びＣDEは、摩擦力ＦFを克服するのに十分である。収縮力ＣEEは、収縮力ＣDEと、駆動力ＦDとの合計によって克服され、その結果、内側チューブ４６３の入口端部は、外側チューブ４６１内で次第に外側チューブのデリバリ端部４６４に向かってずらされる。
【００４３】
つまり、レイングヘッド通路レイングヘッドパイプ４６０が加熱及び冷却サイクルを受けると、内側チューブ４６３は、外側チューブ４６１のデリバリ端部４６４に向かって一方向に次第にずらされる。この次第にずれることは、高温の圧延された製品と摩擦接触する内側チューブの内面をずらし、ひいては更新し、そうすることで、あらゆる１つの任意の領域における延長した摩擦接触を回避する。内側チューブ４６３と内側スリーブ４７０との軸方向で重なり合うはまり合った構成は、デリバリ端部４６４へ向かう内側チューブの軸方向前進を補償し、これにより、２つのはまり合ったパイプ層は、延長材料Ｍを包囲する。
【００４４】
本発明の全てのレイングヘッド延長通路構造の実施の形態の場合、レイング通路延長構造の内径は、望まれるならば、同じ外側パイプ直径を維持しながら、内側パイプの壁厚を変化させることなどによって変化させることができる。本明細書の実施の形態の内側及び外側のチューブ又はその他の延長構造部材の対、つまり２６１／２６３、３６１／３６３及び４６１／４６３などは、セラミックを含む、様々な鉄材料又は非鉄材料から製造されていてよく、好適な実施例は、鉄金属、ニッケル基合金、コバルト基合金及びチタン基合金、並びにそれらいずれかの堆積されたナノ粒子コーティングを含む。特に、レイングヘッド通路の外側の中空の延長構造は、あらゆる所望の材料又は金属（鋼はしばしば費用対効果の高い選択である）又はフィラメント強化炭素繊維などの非金属構造から成る。フィラメント強化炭素繊維又はその他の外側の延長通路部材／パイプの内面は、この内面に堆積された、ステンレス鋼又は炭化タングステンなどの、非鉄材料のナノ粒子層から形成された内側層を有してもよい。堆積されたナノ層は、別個の内側パイプ通路構造の均等物として機能する。内側パイプ又はその他の機能的に同等の内側層通路形成構造は、セラミック、ナノ粒子材料コーティング、鋼を含む鉄材料又は非鉄材料、又はステンレス鋼、炭化タングステン又はいわゆる超合金、例えばInconel (R)、Waspaloy (R)又はHastelloy (R)などの非鉄合金から成る。例えば、上記のステンレス鋼、炭化タングステン、及び例えばInconel (R)、Waspaloy (R)又はHastelloy (R)などのいわゆる超合金、セラミック又はナノ粒子層を含むその他の非鉄金属が、内側パイプ層及び外側パイプ層のために代用されてもよい。延長材料と接触する内側パイプの内面は、表面硬さを高めるか、摩擦を低減するか、又は熱的アブレーションを減じるために処理又は被覆されていてよい（ナノ粒子コーティングを含む）。
【００４５】
本発明の教示を組み込んだ様々な実施の形態がここに図示及び説明されているが、当業者は、さらにこれらの教示を組み込んだ多くのその他の変更された実施の形態を容易に考え出すことができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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