(57)【要約】【課題】熱間圧延ラインにおいて、巻取りの失敗を事前に防止し、生産性を向上させる。【解決手段】本発明による巻取装置は、ピンチロールの直前に配され、熱延金属帯の幅方向に対して平行な方向に回転の中心軸を有するベンディングロールを有する。19mm以上の板厚及びＡＰＩ規格にてX65以上の強度の少なくとも一方を有する熱延金属帯をコイル状に巻取る際に、熱延金属帯の先端に、ベンディングロールによって熱延金属帯をマンドレルに巻付けるための曲げ加工トルクを付与する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンチロール、マンドレル、及びラッパーロールを有する巻取装置であって、
ピンチロールの直前に配され、熱延金属帯の幅方向に対して平行な方向に回転の中心軸を有するベンディングロールを有し、
19mm以上の板厚及びＡＰＩ規格にてX65以上の強度の少なくとも一方を有する熱延金属帯をコイル状に巻取る際に、前記熱延金属帯の先端に、前記ベンディングロールによって前記熱延金属帯をマンドレルに巻付けるための曲げ加工トルクを付与することを特徴とする巻取装置。
【請求項２】
前記ピンチロールと前記マンドレルとの間に、前記熱延金属帯の幅方向に対して平行な方向に回転の中心軸を有するシュートロールを有し、
19mm以上の板厚及びＡＰＩ規格にてX65以上の強度の少なくとも一方を有する熱延金属帯をコイル状に巻取る際に、前記シュートロールから、前記熱延金属帯の先端に前記曲げ加工トルクを付与することを特徴とする請求項１に記載の熱延金属帯の巻取装置。
【請求項３】
前記熱延金属帯の冷却装置と前記巻取装置との間に設けられた温度計から、前記熱延金属帯の温度に関する情報を取得するコンピュータを備え、
前記コンピュータは、前記温度計によって計測された前記熱延金属帯の先端の温度としきい値とを比較し、前記熱延金属帯の先端の温度が前記しきい値よりも低い場合には、前記巻取装置の巻取りを停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻取装置。
【請求項４】
前記熱延金属帯の先端の温度は、最小で前記熱延金属帯の先端から200mm、最大で前記熱延金属帯の先端から500mmの範囲の温度であることを特徴とする請求項３に記載の巻取装置。
【請求項５】
ピンチロール、マンドレル、ラッパーロール、及び前記ピンチロールの直前に配され、熱延金属帯の幅方向に対して平行な方向に回転の中心軸を有するベンディングロールを有する巻取装置を用いた巻取方法であって、
19mm以上の板厚及びＡＰＩ規格にてX65以上の強度の少なくとも一方を有する熱延金属帯をコイル状に巻取る際に、
コンピュータによって、前記熱延金属帯の先端の温度としきい値とを比較し、前記熱延金属帯の先端の温度が前記しきい値よりも低い場合には、前記熱延金属帯の巻取りを停止させることを特徴とする巻取方法。
【請求項６】
前記熱延金属帯の先端の温度は、最小で前記熱延金属帯の先端から200mm、最大で前記熱延金属帯の先端から500mmの範囲の温度であることを特徴とする請求項５に記載の巻取方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度厚肉熱延金属帯の巻取装置及び巻取方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主として原油や天然ガス等の資源を輸送するパイプラインの輸送効率化を目的に、ＡＰＩ規格にしてX70〜100といった大径厚肉高強度パイプ材の需要が高まっている。資源を効率的に輸送するために、パイプの内部には、高い内圧がかけられている。また、寒冷地での使用や、地震による地殻変動を考慮する必要がある。そのため、パイプ材には、高靭性、高強度といった特性が求められる。
【０００３】
パイプラインにて使用されるパイプは、肉厚が15〜25mm程度、外径は20インチ程度以上と大径である。従来は、このようなパイプとして、長手方向に縦長形状である厚鋼板の短辺側を円形に成形した後、突合せ部を長手方向に溶接してパイプとする電縫管が多用されていた。電縫管は、パイプ素材を厚板ミルにて円形に成形し、製造することが一般的であり、生産性が悪いという問題がある。
【０００４】
これに対し、生産性の向上を期待して、近年では、スパイラル鋼管の需要が急増している。スパイラル鋼管は、熱間圧延ラインで製造された高強度厚肉熱延金属帯を、スパイラル状に巻きながら端部をアーク溶接して製造される。このような背景から、熱間圧延ラインにおいて、スパイラル鋼管の材料となる高強度厚肉熱延金属帯を、コイル状に安定的に巻取る技術が望まれている。
【０００５】
高強度厚肉熱延金属帯を安定的に巻取る際の課題の一つに、高強度厚肉熱延金属帯の先端のマンドレルへの巻付き性の悪さが挙げられる。この巻付き性は、先端の熱間降伏応力によって大きく影響を受ける。なお、先端の熱間降伏応力は、先端巻取温度や成分に依存する。先端の熱間降伏応力が一定のしきい値を超えると、すなわち、先端巻取温度が一定のしきい値を下回ると、（高強度厚肉熱延金属帯に付与するエネルギー）＜（巻取に必要なエネルギー）となり、巻取装置によって熱延金属帯をコイル状に巻取ることができない。
【０００６】
高強度厚肉熱延金属帯の先端が巻取装置のマンドレルに巻きつかずに巻取処理が失敗すると、巻取装置内に進入した金属帯を細かく切断し、巻取装置の外へ運び出す作業が必要となる。従って、巻取処理に失敗した場合では、長時間のダウンタイムと多大な労力がかかっていた。
【０００７】
これに対し、巻取処理に関する技術ではないが、特許文献１には、熱延金属帯の安定製造方法が開示されている。この熱延金属帯の製造方法では、粗圧延後のシートバーが仕上げ圧延される前までに、シートバーの全面の温度分布を幅方向温度計で測定し、その代表温度との温度偏差が所定範囲を超えて外れた部分を、穴開き欠陥として判定する。そして、穴開きと判定されたシートバーについては、仕上げ圧延機への進入を禁止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−６４１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の方法では、高強度厚肉熱延金属帯の巻取り処理に関しては何ら言及されておらず、特許文献１の技術を、そのまま高強度厚肉熱延金属帯の巻取処理に適用しても、高強度厚肉の熱延金属帯の先端の巻取温度が一定のしきい値以下となれば、依然として巻取装置に熱延金属帯が進入し、金属帯を細かく切断し、巻取装置の外へ運び出す作業が必要となる。
【００１０】
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、熱間圧延ラインにおいて、巻取処理の失敗を事前に防止し、生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］ピンチロール、マンドレル、及びラッパーロールを有する巻取装置であって、
ピンチロールの直前に配され、熱延金属帯の幅方向に対して平行な方向に回転の中心軸を有するベンディングロールを有し、
19mm以上の板厚及びＡＰＩ規格にてX65以上の強度の少なくとも一方を有する熱延金属帯をコイル状に巻取る際に、前記熱延金属帯の先端に、前記ベンディングロールによって前記熱延金属帯をマンドレルに巻付けるための曲げ加工トルクを付与することを特徴とする巻取装置。
［２］前記ピンチロールと前記マンドレルとの間に、前記熱延金属帯の幅方向に対して平行な方向に回転の中心軸を有するシュートロールを有し、
19mm以上の板厚及びＡＰＩ規格にてX65以上の強度の少なくとも一方を有する熱延金属帯をコイル状に巻取る際に、前記シュートロールから、前記熱延金属帯の先端に前記曲げ加工トルクを付与することを特徴とする［１］に記載の熱延金属帯の巻取装置。
［３］  前記熱延金属帯の冷却装置と前記巻取装置との間に設けられた温度計から、前記熱延金属帯の温度に関する情報を取得するコンピュータを備え、
前記コンピュータは、前記温度計によって計測された前記熱延金属帯の先端の温度としきい値とを比較し、前記熱延金属帯の先端の温度が前記しきい値よりも低い場合には、前記巻取装置の巻取りを停止させることを特徴とする［１］または［２］に記載の巻取装置。
［４］前記熱延金属帯の先端の温度は、最小で前記熱延金属帯の先端から200mm、最大で前記熱延金属帯の先端から500mmの範囲の温度であることを特徴とする［３］に記載の巻取装置。
［５］ピンチロール、マンドレル、ラッパーロール、及び前記ピンチロールの直前に配され、熱延金属帯の幅方向に対して平行な方向に回転の中心軸を有するベンディングロールを有する巻取装置を用いた巻取方法であって、
19mm以上の板厚及びＡＰＩ規格にてX65以上の強度の少なくとも一方を有する熱延金属帯をコイル状に巻取る際に、
コンピュータによって、前記熱延金属帯の先端の温度としきい値とを比較し、前記熱延金属帯の先端の温度が前記しきい値よりも低い場合には、前記熱延金属帯の巻取りを停止させることを特徴とする巻取方法。
［６］前記熱延金属帯の先端の温度は、最小で前記熱延金属帯の先端から200mm、最大で前記熱延金属帯の先端から500mmの範囲の温度であることを特徴とする［５］に記載の巻取方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る高強度厚肉熱延金属帯の巻取装置及び巻取方法によれば、熱間圧延ラインにおいて、巻取りの失敗を事前に防止し、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】熱間圧延ラインの概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る巻取装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る巻取装置において、巻取りを停止する際のしきい値を示すテーブルである。
【図４】熱間降伏応力と温度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明では、高強度及び厚肉の少なくとも一方の特性を有する熱延金属帯を巻取る処理を前提としている。ここで、「高強度」とは、ＡＰＩ規格にてX65以上の強度を示すものとする。また、「厚肉」とは製品厚にて、19mm以上の板厚を示すものとする。なお、以下の説明では、熱延金属帯が、高強度かつ厚肉である金属帯として説明を行う。
【００１６】
図１は、熱間圧延ラインの概要を示す図である。高強度厚肉熱延金属帯は、一般的な厚み（19mm未満）を有する熱延金属帯と同様の手順で製造される。具体的には、連続鋳造または造塊、分塊によってスラブ状の金属材料１Ａを製造する。このスラブ状の金属材料１Ａを、加熱炉２によって数百〜千数百℃に加熱した後、粗圧延機３および仕上圧延機５に通板する。
【００１７】
スラブ状の金属材料１Ａは、粗圧延機３により所定の厚さまで圧延されてシートバー１Ｂとなる。シートバー１Ｂは、複数基の圧延スタンドからなる仕上圧延機５において、所定厚さに圧延され、熱延金属帯１Ｃとなる。熱延金属帯１Ｃは、ランナウトテーブル７上で冷却装置６により所定の温度まで冷却され、巻取装置９（通常は、ダウンコイラー）によりコイル状に巻取られる。コイル状に巻取られた熱延金属帯を１Ｄとして示す。巻取装置９は、２個設けられ、熱延金属帯１Ｃ毎に交互に巻取処理を行う。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態に係る巻取装置の構成を示す図である。この巻取装置９は、ピンチロール１２、マンドレル１３、ラッパーロール１４ａ〜１４ｄ、ガイド１５、ベンディングロール１７、シュートロール１８などを有している。
【００１９】
ピンチロール１２は、ランナウトテーブル７から搬送されてきた熱延金属帯１Ｃの先端を、マンドレル１３の方向に変更する。複数のラッパーロール１４ａ〜１４ｄは、マンドレル１３に対して遊星状に配置されている。通常の19mm以下の板厚の場合では、ラッパーロール１４ａ〜１４ｄは、熱延金属帯の先端のマンドレル１３の巻きつけが終わると、マンドレル１３から退避するが、高強度厚肉の熱延金属帯１Ｃをマンドレル１３に巻付ける際には、曲げ加工を与えるために、所定の期間コイル状の熱延金属帯１Ｄに接した状態で保持される。
【００２０】
ガイド１５は、ラッパーロール１４ａと１４ｂの間に設けられている。図２では、ラッパーロール１４ａと１４ｂの間にのみガイド１５を図示しているが、他のラッパーロール間にもガイド１５を設けてもよい。
【００２１】
マンドレル１３は、複数のセグメント（図示せず）から構成されている。各セグメントは、外周に向って数mm程度の拡大が可能である。各セグメントが拡大した状態で、ランナウトテーブル７から搬送されてきた熱延金属帯１Ｃを巻取る。また、コイル状に巻取られた熱延金属帯１Ｄに対し、各セグメントが縮小することで、マンドレル１３からコイル状の熱延鋼帯１Ｄを抜き出すことができる。
【００２２】
巻取り終了時や、熱延金属帯１Ｃの巻取りを途中で停止する場合には、マンドレル１３の回転が停止する。
【００２３】
冷却装置６と巻取装置９の間には、熱延金属帯１Ｃの温度を計測する温度計１１が設けられている。温度計１１によって計測された温度に関する情報は、コンピュータ１６に出力される。
【００２４】
コンピュータ１６は、巻取装置９の巻取り処理を制御している。コンピュータ１６には、温度計１１によって計測された温度が入力される。コンピュータ１６は、計測された温度がしきい値以下であるか否か判定する。そして、コンピュータ１６は、計測された熱延金属帯１Ｃの温度が、しきい値以下である場合には、巻取装置９の巻取り処理を停止させる。具体的には、マンドレル１３の回転を停止させる。通常、コンピュータ１６では、熱延金属帯１Ｃの巻取温度が所定の温度となるように制御するが、本発明では、さらに、コンピュータ１６に、熱延金属帯１Ｃの先端の温度を監視する機能を付加している。
【００２５】
次に、このように構成された本発明の巻取装置の構成上の特徴について説明する。熱延金属帯１Ｃを巻取る際には、熱延金属帯１Ｃの先端を、ピンチロール１２によって巻取装置９内に誘導し、マンドレル１３の外周に１周分巻付ける。
【００２６】
熱延金属帯１Ｃの先端には、ラッパーロール１４ａ〜１４ｄの押圧によって、マンドレル１３との間に摩擦力が働く。熱延金属帯１Ｃの後方は、ピンチロール１２及びベンディングロール１７によって拘束されているため、熱延金属帯１Ｃには、バックテンションがかかる。この状態で、マンドレル１３を回転させることで、熱延金属帯１Ｃがマンドレル１３に巻きついていく。
【００２７】
ここで、通常の板厚の熱延金属帯では、熱延金属帯の後方が仕上圧延機５によって拘束されているため、この拘束によっても熱延金属帯にバックテンションが付与される。しかしながら、肉厚の熱延金属帯１Ｃは、同じ体積のスラブを圧延した通常の板厚の熱延金属帯１Ｃに比べて、板厚が厚い分だけ、長さが短い。そのため、肉厚の熱延金属帯１Ｃでは、熱延金属帯１Ｃの先端がマンドレル１３に巻きつきはじめる状態では、すでに熱延金属帯１Ｃの後端が仕上げ圧延機５を通過しており、仕上げ圧延機５の拘束によるバックテンションが付与されないことがある。そこで、本発明では、巻取装置９にベンディングロール１７及びシュートロール１８を設置し、高強度厚肉の熱延金属帯１Ｃの先端の曲げ加工を補助するよう工夫している。
【００２８】
次に、本発明に係る巻取方法について説明する。はじめに、巻取装置９の直前の熱延金属帯１Ｃの温度を温度計１１によって計測する。コンピュータ１６は、温度計１１によって計測された温度と、しきい値とを比較し、計測された温度がしきい値以下である場合には、熱延金属帯１Ｃの巻取りを停止する。具体的には、マンドレル１３の回転を停止させる。しきい値は、図３に示すように、金属帯の種類や板厚に応じて、予め設定されている。具体的には、図３の例では、金属帯の種類、板厚、板幅、巻取温度目標及びしきい値が対応付けられている。ここで、巻取温度目標は、熱延金属帯１Ｃの巻取温度の目標であり、しきい値とは別に管理されている。巻取温度は、温度計１１によって計測してもよく、別の温度計によって計測してもよい。
【００２９】
なお、しきい値は、図３に示すテーブルに保持されている他、巻取装置９に進入する金属帯の種類や板厚の情報からコンピュータ１６が逐次計算して算出するようにしてもよい。なお、しきい値は、後述する巻取装置の製御理論に基づいて設定することもできるし、過去の経験から設定するようにしてもよい。
【００３０】
巻取処理の可否を判断する判定は、熱延金属帯１Ｃの先端部のみを対象に行えばよい。具体的には、巻取処理の可否を判断する判定は、最小で熱延金属帯１Ｃの先端から200mm、最大で熱延金属帯１Ｃの先端から500mmの範囲で行うことが好ましい。熱延金属帯１Ｃの巻取りは、先端部において問題となるため、上記の範囲について温度を判定すれば、巻取りが正常に行われるか否かを十分に判定することができる。
【００３１】
具体的には、最小で熱延金属帯１Ｃの先端から200mm、最大で熱延金属帯１Ｃの先端から500mmの範囲における複数個所（例えば１０箇所）の巻取温度を計測し、この巻取温度の平均値と、コンピュータに予め保持されているテーブルのしきい値とを比較するように構成することができる。
【００３２】
このように、本発明に係る巻取装置９では、ベンディングロール１７及びシュートロール１８を設置し、高強度厚肉の熱延金属帯１Ｃの先端の曲げ加工を補助するよう工夫している。
ここで、高強度厚肉の熱延金属帯１Ｃは、通常の板厚及び強度を有する熱延金属帯と比べ曲がりにくいという性質を有している。高強度厚肉の熱延金属帯１Ｃでは、ピンチロール１２に先端が拘束されている状態において、ピンチロール１２の直前の部分が十分に曲がりきれず、搬送テーブルから浮き上がることがある。そこで、高強度厚肉の熱延金属帯１Ｃが浮き上がりやすい場所に、ベンディングロール１７を設けることで、高強度厚肉の熱延金属帯１Ｃの曲げ加工を行っている。
【００３３】
また、ピンチロール１２の直前にベンディングロール１７を配した場合では、ピンチロール１２とガイド１５との間で、熱延金属帯１Ｃが搬送パスから浮き上がる場合がある。そこで、本発明では、この位置にシュートロール１８を設置している。これにより、熱延金属帯１Ｃを搬送パスに押さえつけることで、熱延金属帯１Ｃを正常な搬送パスに拘束することができる。
【００３４】
また、本発明に係る巻取装置及び巻取方法では、熱延金属帯１Ｃの温度がしきい値以下の場合には巻取りを緊急停止して、巻取装置９に熱延金属帯１Ｃが進入するのを防止する。これにより、従来では、金属鋼帯の巻取りが失敗した場合に、巻取装置に進入してしまった金属鋼帯を細かく裁断し、搬送していたが、本発明では、このような作業を行う必要がないため、生産性を向上させることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限られず、種々の設計変更を実施することができる。例えば、シュートロール１８は、設置されていなくてもよい。また、ベンディングロール１７及びシュートロール１８は、複数配置するように構成してもよい。
【００３６】
熱延金属帯１Ｃの巻取りを停止する際のしきい値の設定方法については、種々の方法を用いることができる。以下にその一例を示す。
【００３７】
熱延金属帯１Ｃの先端の巻取りが正常に行われるためには、（１）式が満たされる必要がある。
【００３８】
（巻取りに必要な仕事量）＜（熱延金属帯に巻取り装置から付与可能な仕事量）    （１）
巻取りに必要な仕事量は、一般に、先端の３点曲げに必要な仕事量、ピンチロール１２の板曲げに必要な仕事量及びラッパーロール１４ａ〜１４ｄや、ガイド１５の摩擦力の和として表すことができる。また、熱延金属帯１Ｃに巻取装置９から付与可能な仕事量は、ピンチロール１２の推進トルク、熱延金属帯１Ｃの運動エネルギー、及びマンドレル１３の引き込みトルクの和として表すことができる。
【００３９】
先端の３点曲げに必要な仕事量、ピンチロール１２の板曲げに必要な仕事量には、熱延金属帯１Ｃの降伏応力に影響を受けるパラメータが含まれている。ここで、図４に示すように、熱延金属帯１Ｃの熱間降伏応力は、温度依存性を有する。そのため、熱間降伏応力と温度との関係に基づいて、しきい値を設定すればよい。本発明では、ピンチロール１２の他にも、ベンディングロール１７、シュートロール１８が設けられているため、ベンディングロール１７及びシュートロール１８の仕事量を、巻取りに必要な仕事量に含めればよい。
【実施例】
【００４０】
本発明を熱延ラインに適用した。熱延ラインは図１に示すとおりである。対象とした材料は、ＡＰＩ規格X80の鋼種である。熱延ラインにおいて、厚み250mm、幅1200、1500、1800ｍｍ、重量24トンのスラブを、粗圧延工程、仕上圧延工程を経て、厚み25.4mmに仕上げた。その後、冷却装置６によって目標温度を500℃として冷却したのち、巻取装置９にて巻取りを行うよう制御した。
【００４１】
その際、熱延金属帯１Ｃの先端の温度を、図２に示す温度計１１により検出した。コンピュータ１６により、温度計１１によって検出された温度としきい値（300℃）を比較した。検出された温度がしきい値を下回った場合には、巻取不可と判定し、巻取装置９に熱延金属帯を進入させることなく巻取装置に急速停止をかけた。
【００４２】
巻取不可と判断された熱延金属帯１Ｃは、巻取装置９に進入することなくランナウトテーブル７上で停止した。熱延金属帯の処理は、従来のように、巻取装置９内で熱延金属帯１Ｃを切断する作業が必要ないため、処理時間・作業負荷が大幅に低減した。
【００４３】
本発明を適用した場合には、先端巻取り温度過冷却にて巻付き不良を発生した場合に、発生する処理時間が大幅に短縮できることが確認できた。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ  金属材料
１Ｂ  シートバー
１Ｃ、１Ｄ  熱延金属帯
２  加熱炉
３  粗圧延機
５  仕上圧延機
６  冷却装置
７  ランナウトテーブル
９  巻取装置
１２  ピンチロール
１３  マンドレル
１４ａ〜１４ｄ  ラッパーロール
１５  ガイド
１６  コンピュータ
１７  ベンディングロール
１８  シュートロール
【図１】
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【図２】
2015104749.tif 000004
【図３】
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【図４】
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