(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属素形材を、複数の圧延機列を直列に配した圧延ラインの上流の圧延機列にて順次圧延し金属粗材としたのち、該金属粗材のうち先行する金属粗材の後端を、後行する金属粗材の先端に接合し、ついで下流の圧延機列にて連続的に圧延し金属仕上げ材とする、金属材の連続圧延方法において、前記後行する金属粗材を把持し、しかるのち、前記後行する金属粗材の先端が、前記下流の圧延機列の圧延パスライン上方の所定の位置となるように移動保持し、前記先行する金属粗材の後端が前記所定の位置より前方に移動したのち、前記後行する金属粗材の先端を前記圧延パスラインに下降し、ついで前記先行する金属粗材の前進速度を上回る速度で前進させ、前記先行する金属粗材の後端に前記後行する金属粗材の先端を突き当てて位置決めし、前記先行する金属粗材と前記後行する金属粗材とを接合することを特徴とする金属材の連続圧延方法。
【請求項２】
前記接合を、前記上流の圧延機列と前記下流の圧延機列の間を往復移動可能な移動式接合装置を設けて行い、前記把持を、前記移動式接合装置に配設された把持手段により行い、前記後行する金属粗材の前進を、前記移動式接合装置の前進と前記把持手段の前進によって先行する金属粗材の前進速度を上回る速度で前進させて行うことを特徴とする請求項１に記載の金属材の連続圧延方法。
【請求項３】
前記接合が、フラッシュバット溶接による接合であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属材の連続圧延方法。
【請求項４】
前記金属材が、線状材あるいは棒状材であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属材の連続圧延方法。
【請求項５】
前記移動式接合装置が、台車であることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の金属材の連続圧延方法。
【請求項６】
金属素形材を順次圧延し金属粗材とする上流の圧延機列と、先行する金属粗材の後端と後行する金属粗材の先端とを接合し連続金属粗材とする、前記上流の圧延機列と下流の圧延機列の間に配設され、該上流の圧延機列と下流の圧延機列の間を往復移動可能な移動式接合装置と、前記連続金属粗材を圧延し金属仕上げ材とする下流の圧延機列とを、順次直列に配設した金属材の連続圧延設備において、前記移動式接合装置が、後行する金属粗材を把持する把持装置を有し、さらに、先行する金属粗材の移動速度測定手段からの情報により前進速度を制御する速度制御手段を有することを特徴とする金属材の連続圧延設備。
【請求項７】
前記移動式接合装置が、台車であることを特徴とする請求項６に記載の金属材の連続圧延設備。
【請求項８】
前記把持装置が、後行する金属粗材を把持する把持手段と、該把持手段に固設され把持手段を移動可能とする移動手段とを有することを特徴とする請求項６または７に記載の金属材の連続圧延設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビレット等の金属素形材を所定寸法の金属粗材に圧延した後、圧延ライン内で先行する金属粗材と後行する金属粗材とを接合して、連続して圧延する金属材の連続圧延方法およびその設備に関する。本発明でいう、 『金属粗材』とは、金属素形材に粗圧延等の圧延を施した後の、 いわゆる中間段階の材料を意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブルームやビレットなどの金属素形材から線、棒、条など所定断面積、形状を有する長尺の金属材を製造するにあたっては、これらの金属素形材に熱間圧延を施すことが行われている。熱間圧延とは、高温に加熱した金属素形材、あるいは連続鋳造によって得られた高温の金属素形材、を圧延し所望の寸法形状の金属材とする方法である。
【０００３】
ところで、このような熱間圧延においては、有限な長さの金属素形材を１本ずつ順次圧延する、いわゆるバッチ圧延では、１本の金属素形材を圧延してから次の金属素形材の圧延にかかるまでに時間間隔が生じ、金属素形材や粗圧延後の金属粗材の一部を床置きにして待機せざるを得ない場合があった。このため、金属素形材や金属粗材の温度低下が免れず、これらを圧延する際には再度の加熱が必要となるという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、特開平10-5803 号公報には、いわゆる連続圧延法が開示されている。特開平10-5803 号公報に記載された技術は、複数の材料（素形材）を第１の圧延機列で順次圧延する工程と、走行式溶接機を材料の移動に同期させながら移動させつつ、先行の材料の後端と後行する材料の先端とをフラッシュバット溶接により接続して連続材とする工程と、連続材の溶接部のバリを除去する研削工程と、連続材をさらに下流に配置した第２の圧延機列で連続的に圧延する工程とを有する圧延機間溶接連続圧延方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平10-5803 号公報に記載された技術では、上記したように、走行式溶接機を先行する材料の移動に同期させながら移動させつつ、先行の材料の後端と後行の材料の先端とをフラッシュバット溶接により接続する工程を必須の要件としている。しかし、本発明者らが種々試行を繰り返したところ、このような材料の移動に同期させる接合装置の同期移動方式には重大な問題があることが判明した。
【０００６】
すなわち、熱間で移動する材料の正確な移動速度を計測するのは困難であるか、あるいは極めて高価な計測設備を必要とするうえ、たとえ材料の正確な移動速度を計測できたとしても、溶接機を載せた大きな重量の台車を短時間で精度良く先行する材料の移動速度に追随させるのは困難であるか、あるいは複雑で高価な制御機構が必要となる。
【０００７】
そして、同期が不十分であると、接合点が先行する材料を把持する電極と後行する材料を把持する電極との最適位置範囲に入らないため、不適切な接合条件で接合することになり、接合部の強度不足や形状不良等の問題が発生し、極端な場合は接合ができない場合があることを見出した。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、 金属材の連続圧延に際し、先行する材料（金属粗材）と後行する材料（金属粗材）の接合時における位置合わせを、極めて簡単でかつ確実に行うことができ、生産性高く安定して連続圧延が可能な、金属材の連続圧延方法およびその設備を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した課題を達成するために、接合時の先行する材料（金属粗材）と後行する材料（金属粗材）の位置合わせ方法について、鋭意検討し、極めて簡単でかつ確実な接合時の位置合わせ方法を見いだした。
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、第１の本発明は、 金属素形材を、複数の圧延機列を直列に配した圧延ラインの上流の圧延機列にて順次圧延し金属粗材としたのち、該金属粗材のうち先行する金属粗材の後端を、後行する金属粗材の先端に接合し、下流の圧延機列にて連続的に圧延し金属仕上げ材とする、金属材の連続圧延方法において、前記後行する金属粗材を把持し、しかるのち、前記後行する金属粗材の先端が、前記下流の圧延機列の圧延パスライン上方の所定の位置となるように移動保持し、前記先行する金属粗材の後端が前記所定の位置より前方に移動したのち、前記後行する金属粗材の先端を前記圧延パスラインに下降し、ついで前記先行する金属粗材の前進速度を上回る速度で前進させ、前記先行する金属粗材の後端に前記後行する金属粗材の先端を突き当てて位置決めし、前記先行する金属粗材と前記後行する金属粗材とを接合することを特徴とする金属材の連続圧延方法である。
【００１０】
また、第１の本発明では、前記接合を、前記上流の圧延機列と前記下流の圧延機列の間を往復移動可能な移動式接合装置を設けて行い、前記把持を、前記移動式接合装置に配設された把持手段により行い、前記後行する金属粗材の前進を、前記移動式接合装置の前進と前記把持手段の前進によって先行する金属粗材の前進速度を上回る速度で前進させて行うことが好ましい。
【００１１】
また、第１の本発明では、前記接合を、フラッシュバット溶接による接合とするのが好ましく、また、第１の本発明では、前記金属材が、線状材あるいは棒状材であることが好ましく、また、第１の本発明では、前記移動式接合装置が、台車であることが好ましい。
第２の本発明は、金属素形材を順次圧延し金属粗材とする上流の圧延機列と、先行する金属粗材の後端と後行する金属粗材の先端とを接合し連続金属粗材とする、前記上流の圧延機列と下流の圧延機列の間に配設され、前記上流の圧延機列と下流の圧延機列の間を往復移動可能な移動式接合装置と、前記連続金属粗材を圧延し金属仕上げ材とする下流の圧延機列とを、順次直列に配設した金属材の連続圧延設備において、前記移動式接合装置が、後行する金属粗材を把持する把持装置を有し、さらに、先行する金属粗材の移動速度測定手段からの情報により前進速度を制御する速度制御手段を有することを特徴とする金属材の連続圧延設備である。また、第２の本発明では、前記移動式接合装置が、台車であることが好ましく、また、第２の本発明では、前記把持装置が、後行する金属粗材を把持する把持手段と、該把持手段に固設され把持手段を移動可能とする移動手段とを有することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１に、本発明方法の実施に適した金属材の連続圧延設備の一例を示す。
本発明では、直列に配置した複数の圧延機列を用いて、金属素形材を金属仕上げ材（製品）に圧延する。図示しない連続鋳造機から直送され、もしくは加熱炉２によって加熱された金属素形材（ビレット）１は、複数の圧延機延列の、上流の圧延機列（粗圧延機列）３にて粗圧延され、金属粗材５とされる。該金属粗材は次いで下流の圧延機列（中間圧延機列）13によって圧延され、その後必要に応じてさらに下流の圧延機列（仕上げ圧延機列）14によって仕上げ圧延され、製品の金属仕上げ材とされる。
【００１３】
本発明では、この上流の圧延機列３と下流の圧延機列13の間に、移動式接合装置12を配設する。この移動式接合装置12によって先行する金属粗材11の後端に後行する金属粗材10の先端を接合し、下流の圧延機列13、必要に応じて下流の圧延機列14にて連続的に圧延するのである。
なお、接合される金属粗材10、11の先端、後端は上流の圧延機列３を出たところで切断機４によって切断して端面を接合に適する形状に調整することが好ましい。切断機４としてはクロップシャーや走行式鋸切機などが好ましく使用できる。
【００１４】
先行の金属粗材11後端と後行の金属粗材10先端を接合するための移動式接合装置12は、 上流の圧延機列３と下流の圧延機列13の間を往復可能に配設される。このため、移動式接合装置12は、 台車とすることが好ましい。移動式接合装置12の移動手段（図示せず）は、移動式接合装置12に積載されたモーターによって車輪あるいはピニオンを駆動する（この場合はラック・ピニオン方式）自走方式、あるいは外部に設けたシリンダーによる他動方式などいずれの方法であってもよい。
【００１５】
なお、上流の圧延機列３と下流の圧延機列13の間の往復とは、必ずしも直線運動のみを意味するものではなく、たとえば接合時には圧延ライン内を先行の金属粗材と後行の金属粗材の搬送方向に沿って移動するが、戻りは圧延ラインの外に退避して移動するものであってもよい。
また、本発明における接合は、短時間で強固な接合が得られれば特にその方式にこだわるものではないが、この目的に合致する接合方法としてフラッシュバット溶接が最も好ましい。なお、コイルを用いる誘導加熱溶接方式としても何ら問題はない。
【００１６】
また、 上記の移動式接合装置12が圧延ラインを走行している場合には、金属粗材を搬送支持するローラテーブル９を構成するサポートロール91は、移動式接合装置12と干渉しない位置に順次退避可能とすることが好ましい。
本発明の移動式接合装置12は、接合手段とともに、後行する金属粗材を把持する把持装置を有することを特徴とする。
【００１７】
移動式接合装置12の概略を平面図で図２に示す。図２は、移動式接合装置12が上流の圧延機列３に最も近い位置に戻っている場合を示す。図中、15は把持装置、16は接合手段、10は後行の金属粗材、11は先行の金属粗材、19は圧延ライン、20は待機ラインを示す。
移動式接合装置12に固設された把持装置15は、把持手段15d および移動手段15a 〜15c を有する。把持手段15d により後行の金属粗材10を把持し、把持手段15d に固設された移動手段15a 〜15c により該後行の金属粗材10の先端を圧延ライン19内の所定の位置に移動保持することができる。なお、後行の金属粗材10は、待機ライン20において、その先端が所定位置に位置決めされて待機させることが好ましく、これにより把持手段15d によって把持した後行の金属粗材10の先端を、容易にしかも正確に、移動式接合装置12内の所定の位置に移動保持することができるようになる。この際、待機中の後行の金属粗材10は、延伸状態（つまり屈曲しない状態）で待機させてもよいし、またルーパーによって屈曲させて待機させてもよい。
【００１８】
また、移動式接合装置12に設置された接合手段16は、接合用把持手段16a 、16b を有し、先行する金属粗材と後行する金属粗材とをそれぞれ把持し、金属粗材の端面同士を接合し、 連続金属粗材とする。図２では、接合方法をフラッシュバット溶接とした場合を示し、接合用把持手段16a 、16b は電極を兼ねたクランプ式電極としている。なお、本発明では、接合方法はこれに限定されるものではなく、誘導加熱溶接方式としても何ら問題はない。誘導加熱溶接方式の場合には、接合用把持手段16a 、16b はクランプ機構のみでよく、接合位置にコイルを配設する必要がある。
【００１９】
本発明の方法では、上記した移動式接合装置12を用いて接合することが好ましい。まず、後行する金属粗材を把持装置15の把持手段15d で把持し、図３に示すように、好ましくは後行する金属粗材10の先端が、下流の圧延機列の圧延パスラインの上方の所定の位置となるように、把持装置15の移動手段15b により移動保持する。
【００２０】
図３は、移動式接合装置12上で後行の金属粗材10の先端を、 位置決めしている状況を表している。図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は概略側面図である。接合方法がフラッシュバット溶接や誘導加熱溶接（あるいは圧接）のように、被接合材（金属粗材）の所定長さをクランプ式電極16a,16b でクランプしたり、コイル（図示せず）で囲繞したりしなければならない場合は、上記の把持装置15によって後行の金属粗材10の先端を前方へ向けて所定長さ突き出して位置決めをすることが好ましい。
【００２１】
なお、このような後行の金属粗材10の位置決め作業は、先行の金属粗材11の後端が移動式接合装置12内にあるうちに行うのがよい。というのは、本発明では、移動式接合装置12の把持装置15に把持された後行の金属粗材10の先端を、 素早く先行の金属粗材11の後端に突き当てることが必要なためである。そのため、図３（ｂ）に示すように、後行の金属粗材10の先端を、圧延パスラインの上方で、かつ後行の金属粗材10の先端が先行の金属粗材11の後端と重なり、 接合に最適な位置である所定の位置に、把持装置15により位置決めし、保持待機する。
【００２２】
先行の金属粗材11の後端が前方へ移動したのち、移動式接合装置12を前進させつつ、図４に示すように後行する金属粗材10を待機保持された位置から、移動手段15c によってただちに圧延ライン内に下降させる。
移動式接合装置12は、先行する金属粗材11の前進速度に大略一致する速度となるように前進させる。一方、これに合わせて図５に示すように、移動手段15a によって金属粗材10を前進させることにより、後行する金属粗材10の先端を先行する金属粗材11の後端に突き当てる。このとき、移動式接合装置12の前進速度と移動手段15a の前進速度の合速度が、先行する金属粗材11の前進速度を上回るようにする。突き当ったところで、位置決めし、図６に示すように先行の金属粗材11を接合手段16a で、後行の金属粗材10を接合手段16b で、それぞれクランプし、 接合する。後行の金属粗材10の先端は、図５に示すように予め接合に最適な位置に把持されているから、必然的に先行の金属粗材11の後端と後行の金属粗材10の先端は接合に最適な位置にて突き当たり、適切な接合が可能となる。なお、図６（ａ）は概略平面図、 図６（ｂ）は概略側面図である。
【００２３】
本発明の移動式接合装置には、前進速度を制御する速度制御手段を有することが好ましい。この速度制御手段により、先行する金属粗材の移動速度に大略一致する適正な速度に調整することが好ましい。先行の金属粗材11の移動速度は、メジャーリングロール18や圧延ロールの周速その他の移動速度測定手段によって測定すればよい。このような測定方法では、ある程度の誤差は免れないが、本発明の場合、後行の金属粗材10を把持装置15に設けた移動手段15a によって十分に速い速度で前進させその誤差を見込んだよりも速い速度で後行の金属素材10を移動させればよいので、従来技術のような同期困難といった問題は生じないのである。このような移動速度測定手段からの先行する金属粗材の移動速度の情報を速度制御手段に入力し、移動式接合装置の前進速度を制御することが好ましい。
【００２４】
なお、後行の金属粗材先端が突き当たったときに先行の金属粗材後端には圧延方向に力が働くが、図５（ｂ）に示すように、この位置から下流の圧延機列13入りまでのフリーな状態の金属粗材が撓むことによってその力は吸収され、位置決めに支障は生じない。
接合がフラッシュバット溶接による場合には、図６の先行の金属粗材の接合手段16a は電極を兼ねたものとするのが良い。また後行の金属粗材10は、接合時には電極を兼ねた接合手段16b によってクランプされる。クランプ完了後、先行材後端と後行材先端の間に通電しフラッシュバット溶接接合する。なお、高周波誘導加熱の場合には、図示しないコイルによって接合部を加熱溶融して溶接接合する。
【００２５】
接合が完了すると、接合手段16による把持を解き、金属粗材（被圧延材）をフリーにしてから、移動式接合装置12は移動開始点まで後退し、次の接合の準備に入る。
以上のように、本発明の最も特徴的な点は、移動式接合装置に設けた後行の金属粗材の把持装置によって、後行の金属粗材の先端が移動式接合装置内の所定位置に位置するように把持し、移動式接合装置を先行の金属粗材の前進速度を上回る速度で前進させることにより、後行の金属粗材の先端を先行の金属粗材の後端に突き当てて位置決めし、接合を行う点にある。
【００２６】
なお、本発明における金属素形材としては、線状材、棒状材、型材などの加工原料となるブルームやビレット等が適合する。また、本発明の連続圧延方法によって製造される金属材は、線状材、棒状材、型材などで、とくに線状材や棒状材などが好ましい。また金属としては、鋼が最も一般的であるが特にこれに限定するものではなく、銅合金やアルミ合金などであってもよい。
【００２７】
【実施例】
図１に示す連続圧延設備を使用して、異形棒鋼を連続圧延した。
金属素形材として、SD24鋼の組成成分を有するビレット（120 mmφ）を用い、粗圧延機列（上流の圧延機列）３で45mmφの金属粗材とした。得られた金属粗材のうち、先行する金属粗材の後端を、本発明の移動式接合装置12により、圧延ライン内で、順次後行する金属粗材の先端に接合し、連続金属粗材として、下流の圧延機列（中間圧延機列、 仕上げ圧延機列）13で連続圧延し、15mm φの異形棒鋼とした。
【００２８】
なお、接合方法はフラッシュバット溶接接合とした。なお、接合にあたっては、 本発明の移動式接合装置12を用い、後行する金属粗材10を把持したのち、後行する金属粗材の先端が、圧延パスラインの上方で、接合の最適位置である所定の位置まで移動保持した。その後、先行する金属粗材の後端が前記した所定の位置より前方に移動したのち、後行する金属粗材10の先端を前記圧延パスラインに下降し、ついで移動式接合装置12を先行する金属粗材11の前進速度を20％上回る速度で前進させ、先行する金属粗材11の後端に後行する金属粗材10の先端を突き当てたのち、クランプし通電、 溶接接合した。
【００２９】
このような方法で、金属粗材で50本接合し、連続圧延したが、接合不良は全くなく、圧延を完了させることができた。この際、金属素形材、金属粗材とも、床置きとなる本数は０本であった。
また、圧延終了後、各接合部について、引張試験を実施したが、いずれも母材強度と同等あるいはそれ以上の強度を示した。
【００３０】
また、比較として、金属粗材同士の接合を行わず、 １本ずつ圧延するバッチ圧延を行った。その際、中間圧延機列における圧延間隔に起因して８本の金属粗材の床置きを余儀なくされ、これらの床置材については、再度加熱して、圧延せざるをえなかった。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、接合台車等の移動式接合装置の移動を高度な制御をすることなく行ってなお、先行材と後行材の突き合わせ位置を常に接合に最適な位置として接合を行うことができ、安定した形状ならびに高い強度の接合部分を安定して得ることができ、歩留向上、生産効率の向上等産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に好適な連続圧延設備の一例を模式的に示す全体図である。
【図２】本発明の連続圧延設備における移動式接合装置の動作の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の連続圧延設備における移動式接合装置の動作の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の連続圧延設備における移動式接合装置の動作の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の連続圧延設備における移動式接合装置の動作の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の連続圧延設備における移動式接合装置の動作の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  金属素形材
２  簡易加熱炉
３  上流の圧延機列（粗圧延機列）
４  切断機
５  金属粗材
６  待機中の金属粗材
７  シフト装置
８  ピンチロール
９  テーブルロール
91  サポートロール
10  後行する金属粗材
11  先行する金属粗材
12  移動式接合装置
13  下流の圧延機列（中間圧延機列）
14  下流の圧延機列（仕上げ圧延機列）
15  把持装置
15a   移動手段
15b   移動手段
15c   移動手段
15d   把持手段
16    接合手段
16a   先行金属粗材の接合手段
16b   後行金属粗材の接合手段
17    移動速度制御手段
18    メジャーロール
19    圧延ライン
20    待機ライン
【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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