特許 6790873 ホットスカーファー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6790873

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】ホットスカーファー

(51)【国際特許分類】

   B23K 7/06 20060101AFI20201116BHJP

【ＦＩ】

   B23K7/06 M

   B23K7/06 B

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-12659(P2017-12659)

(22)【出願日】2017年1月27日

(65)【公開番号】特開2018-118291(P2018-118291A)

(43)【公開日】2018年8月2日

【審査請求日】2019年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】特許業務法人なじま特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】天田 克己

(72)【発明者】

【氏名】吉川 悟

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１２５８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５１−１４７１３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−３２９６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０３１７１１１３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１５−００７５４７７（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５２８６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部ブロックと、上部ブロックと組み合わされることにより溶削用の酸素ガス経路となるスロット間隙を構成する下部ブロックと、下部ブロックよりも被処理物側に配置されるシューと、を備える溶削ユニットを複数備えるホットスカーファーであって、
少なくとも、
ホットスカーファーのシューと下部ブロックの幅方向エッジから30mm以上幅方向中央側へのシムの挟み込み、
下部ブロックと対向するシュー上面の切り欠き、
シューと対向する下部ブロックの下面の切り欠き、
シュー上面の幅方向エッジから30mm以上の幅方向中央側の位置への肉盛り部の付与、
下部ブロック下面の幅方向エッジから30mm以上の幅方向中央側の位置への肉盛り部の付与、
の１乃至複数が用いられ、
溶削ユニットの幅方向のエッジから30mm内側までの範囲であって、下部ブロックとシューの間に、0.20mm以上の隙間が設けられていることを特徴とするホットスカーファー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホットスカーファーに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されているように、ホットスカーファーを用いてスラブなどの表面を溶削することが知られている。溶削が不均一に行われると、図１８に示すようにホットスカーファーの溶削方向に延びる凹凸が生じた、いわゆるトラ刈りが発生する。ホットスカーファーによってスラブ幅方向に均一な溶削をおこなうことは、トラ刈りをハンドスカーフで処理する工程の削減や、温間スラブ加熱炉投入（Hot Charge and Rolling）率向上による加熱炉原単位削減をもたらすため、重要である。ホットスカーファーは、ベースブロックに上部ブロックや下部ブロックを取り付けた溶削ユニットを複数並べて配置して構成しているが、この幅方向の均一溶削性を確保するためには、溶削ユニットの上部ブロックと下部ブロックで形成される酸素の経路となる隙間（以降スロット間隙と記す）を一定化することが重要であることが従来から判明している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２０１４９８号公報

【0004】

しかしながら、溶削ユニットの組み立て時に、スロット間隙が一定になるように調整しつつ、上部ブロックと下部ブロックをベースブロックにネジで固定した溶削ユニットを実機に取り付けても、操業を開始すると、幅方向に複数取り付けられた溶削ユニット毎にスロット間隙が任意に縮小する。したがって、操業を開始すると、スロット間隙が幅方向に不均一になっていた。このため、操業を開始してもスロット間隙が変化せず、前述のトラ刈りが生じないような溶削ユニットが求められていた。本発明者はスロット間隔の減少の原因について鋭意検討を行った結果、スロット間隔が縮小する原因を解明することができた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、このような経緯でなされた発明であり、本発明の課題は、上部ブロックと下部ブロックにより形成されるスロット間隙の変化に起因する溶削の不均一化を抑制したホットスカーファーを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためになされた本発明は次の手段を採用する。先ず、第一の手段は、上部ブロックと、上部ブロックと組み合わされることにより溶削用の酸素ガス経路となるスロット間隙を構成する下部ブロックと、下部ブロックよりも被処理物側に配置されるシューと、を備える溶削ユニットを複数備えるホットスカーファーであって、溶削ユニットの幅方向のエッジから30mm内側までの範囲であって、下部ブロックとシューの間に、0.20mm以上の隙間が設けられていることを特徴とするホットスカーファーである。

【0007】

また、第一の手段において、前記0.20mm以上の隙間を形成するために、ホットスカーファーのシューと下部ブロックの幅方向エッジから30mm以上幅方向中央側にシムが挟まれている構成とすることが好ましい。

【0008】

また、第一の手段において、前記0.20mm以上の隙間を形成するために、下部ブロックと対向するシュー上面を切り欠いている構成とすることが好ましい。

【0009】

また、第一の手段において、前記0.20mm以上の隙間を形成するために、シューと対向する下部ブロックの下面を切り欠いている構成とすることが好ましい。

【0010】

また、第一の手段において、前記0.20mm以上の隙間を形成するために、シュー上面の幅方向エッジから30mm以上の幅方向中央側の位置に肉盛り部を付与している構成とすることが好ましい。

【0011】

また、第一の手段において、前記0.20mm以上の隙間を形成するために、下部ブロック下面の幅方向エッジから30mm以上の幅方向中央側の位置に肉盛り部を付与している構成とすることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明により、上部ブロックと下部ブロックにより形成されるスロット間隙の変化に起因する溶削の不均一化を抑制したホットスカーファーを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ホットスカーファーの一部についての概略斜視図である。

【図2】溶削時における被処理物と、その上方に位置する溶削ユニットの関係を表す図である。

【図3】溶削ユニットを斜め下側から見た斜視図である。

【図4】従来の溶削ユニットにおける変形状態を誇張して示した図である。

【図5】溶削ユニットの側面の部分拡大図である。

【図6】従来の溶削ユニットにおける、取付時のスロット間隙と２４時間使用後のスロット間隙の値を表した図である。

【図7】実施例１における溶削ユニットの構成の概略を示した図である。

【図8】実施例１の溶削ユニットにおける、取付時のスロット間隙と２４時間使用後のスロット間隙の値を表した図である。

【図9】実施例２における溶削ユニットの構成の概略を示した図である。

【図10】実施例２の溶削ユニットにおける、取付時のスロット間隙と２４時間使用後のスロット間隙の値を表した図である。

【図11】実施例３における溶削ユニットの構成の概略を示した図である。

【図12】実施例３の溶削ユニットにおける、取付時のスロット間隙と２４時間使用後のスロット間隙の値を表した図である。

【図13】実施例４における溶削ユニットの構成の概略を示した図である。

【図14】実施例４の溶削ユニットにおける、取付時のスロット間隙と２４時間使用後のスロット間隙の値を表した図である。

【図15】実施例５における溶削ユニットの構成の概略を示した図である。

【図16】実施例５の溶削ユニットにおける、取付時のスロット間隙と２４時間使用後のスロット間隙の値を表した図である。

【図17】トラ刈り発生スラブ本数の比率を表したグラフである。

【図18】均一な溶削ができなかった場合に生じる不具合を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、発明の実施形態について説明する。まず、ホットスカーファー１の概略の構成について説明し、その後、操業時に生じるスロット間隙２６の縮小の発生に関する分析内容を説明する。ホットスカーファー１は、溶削ユニット２を複数備えている。この溶削ユニット２は、図１乃至図３に示すことから理解されるように、ベースブロック２１に上部ブロック２２と下部ブロック２３、更には、シュー２４を取り付けて形成される。ホットスカーファー１の組み立て時には、ベースブロック２１に対してロックピン２９にて上部ブロック２２と下部ブロック２３の固定をおこなう。当該ロックピン２９を、上部ブロック２２と下部ブロック２３の所定の穴を通してナットで締め付けて固定しているが、その際、スロット間隙２６が一定になるように２つの部品の位置を調整して固定している。しかし、操業前の冷間時には各溶削ユニット２のスロット間隙２６を同一に調整しても、当該各溶削ユニット２を実機に取り付けて操業を開始すると、スロット間隙２６が縮小する。しかも各溶削ユニット２でスロット間隙２６の縮小量が微妙に異なるため、いわゆるトラ狩りになると考えられる。この原因を明確化するために熱応力解析を実施した。

【0015】

熱応力解析により判明した不具合発生のメカニズムについて、ホットスカーファー１の使用態様の説明と合わせて説明する。図２は被処理物１０であるスラブの幅方向から溶削ユニット２を見た図である。また、図示はしないが、ホットスカーファー１は被処理物１０を挟んで対称位置に溶削ユニット２を配置している。したがって実際は、図２に示したような溶削ユニット２が被処理物１０であるスラブの下側に、上下反転するように配置されており、被処理物１０の上面及び下面の双方を同時に溶削することができる構成となっている。なお、不具合発生のメカニズムは被処理物１０の上下のいずれに配置された溶削ユニット２でも、同様であるため、以下においては、被処理物１０の上方に配置された溶削ユニット２を例にして説明を行う。

【0016】

図２に示すように、スラブなどの非処理物１０の溶削時には、溶削ユニット２を被処理物１０に接触させながら溶削を行う。高温スラブ溶削時（解析時のスラブ温度は800℃）には、下部ブロック２３の下に取り付けられているシュー２４のスラブ接触面側が高温となり、図４に示すように熱膨張してシュー２４全体が下に凸のすり鉢状に変形する。このとき、上向きに変移するシュー２４の両サイドにより、下部ブロック２３が上方へ押し上げられる。尚、図４はスラブ移動方向上流からホットスカーファー１を見た図であり、溶削ユニット２の幅方向の１／２のみを表示している。また、理解しやすいように、図４では鉛直方向のみ実際の変形量の１００倍の変形が生じたものとして誇張して図示している。

【0017】

下部ブロック２３はベースブロック２１のロックピン２９にナットで締め付けられており、ナットの締め付けトルクによる軸力で下部ブロック２３とベースブロック２１の接触面に静止摩擦力が発生する。シュー２４の熱変形で発生する下部ブロック２３の押し上げ力が、このナット締め付けによる静止摩擦力より大きいため、下部ブロック２３が上方へ移動しスロット間隙２６が縮小することが、熱応力解析により判明した。

【0018】

このことから、熱変形したシュー２４が下部ブロック２３を押し上げないようにすることが、スロット間隙２６の変化の抑制に有効であることを見出した。より具体的には、ベースブロック２１に上部ブロック２２と下部ブロック２３とシュー２４を取り付けてスロット間隙２６を一定値に調整して取り付ける際に、シュー２４と下部ブロック２３の間に、シュー２４の熱変形量よりも大きな空隙を設けることが、スロット間隙２６の縮小を抑制する手段として有効であることを見出した。

【0019】

熱応力解析により、シュー２４の両サイドは上方への変移量が0.18mmであることがわかった。このことから、シュー２４と下部ブロック２３の間に0.18mm以上の隙間Ｓを設けることが、スロット間隙２６の変化の抑制に有効であることがわかった。実用的には、シュー２４と下部ブロック２３の間に0.20mm以上の隙間Ｓを設けることが好ましい。但し、シュー２４と下部ブロック２３との間の隙間Ｓが大きくなりすぎると、溶削時のスケールが隙間Ｓに堆積する可能性もあるため、シュー２４と下部ブロック２３の隙間Ｓは、あまり大きくないほうが望ましい。例えば図５に示すように、シュー２４と下部ブロック２３の間に1mmの隙間Ｓをあらかじめ設けてシュー２４と下部ブロック２３をベースブロック２１に取り付ければ、シュー２４の変形により下部ブロック２３が持ち上げられてしまう事態の発生を抑制できる。したがって、操業時に下部ブロック２３が上方へ移動することはなく、スロット間隙２６の縮小を防止でき、トラ刈りを防止できる。

【0020】

また、熱応力解析の結果を確認すると、シュー２４が下部ブロック２３を上方へ押す範囲は、エッジから略30mmまでであることが判明した。このことから、本発明者は、シュー２４と下部ブロック２３の隙間Ｓが必要な範囲は、エッジから30mmまでであれば良いことを見出した。

【0021】

ここで、本実施形態のホットスカーファー１の構成について説明する。ホットスカーファー１は、図１乃至図３及び図５に示すように、上部ブロック２２と、上部ブロック２２と組み合わされることにより溶削用の酸素ガス経路となるスロット空間を構成する下部ブロック２３と、を備える溶削ユニット２を備えている。また、下部ブロック２３よりも被処理物１０側に配置されるシュー２４も備えている。本実施形態のホットスカーファー１は、操業時の熱によりもたらされるシュー２４の変形が下部ブロック２３に悪影響をもたらさないようにするため、溶削ユニット２の幅方向のエッジから30mm内側までの範囲には、下部ブロック２３とシュー２４の間に、0.20mm以上の隙間Ｓが設けられている。したがって、上部ブロック２２と下部ブロック２３により形成されるスロット間隙２６が、操業に入っても事前の調整時と変化せず、いわゆるトラ狩りの溶削が抑制されたホットスカーファー１とすることができる。

【0022】

溶削ユニット２の幅方向のエッジから30mmの範囲に隙間Ｓを設けるためには、例えば、シュー２４と下部ブロック２３の幅方向センター部に、高さ調整用のスペーサーであるシムを挟むことなどが考えられる。このようにすれば、エッジ部に必要な隙間Ｓを確実につくることが可能である。またシムをはさまずにシュー２４や下部ブロック２３のエッジ部を切り欠くことでも同様な効果が得られる。またシュー２４の幅方向センター部または下部ブロック２３の幅方向センター部にシムの代わりに肉盛り部を付けても同様の効果が得られる。

【0023】

本実施形態のホットスカーファー１は複数の溶削ユニット２が幅方向に並んで配置されている。このため、溶削ユニット２の大型化を抑制しつつ、ホットスカーファー１の大きさを確保することができる。しかし、いわゆるトラ刈りにはホットスカーファー１の幅方向に並んだ溶削ユニット２毎のスロット間隔差の影響も考えられ、その発生防止には、溶削ユニット２間でスロット間隙２６を一定にする必要がある。このことについては、溶削ユニット２を組立てる際、ベースブロック２１に固定されているロックピン２９を、上部ブロック２２と下部ブロック２３にあけられたロックピン２９の径より1mm大きな穴に通し、スロット間隙２６が一定になるように上部ブロック２２と下部ブロック２３の位置を調整しつつボルトで締め付けて固定すればよい。

【0024】

さらには、取付架台となる実機に溶削ユニット２を取り付けた後に、上部ブロック２２と下部ブロック２３をベースブロック２１に締め付けているボルトを緩めて隣あう溶削ユニット２のスロット間隙２６を一定にした後、ボルトを締め付けて微調整を行うことにより、溶削ユニット２間でスロット間隙２６を一定にできる。操業に入って溶削ユニット２が熱変形しても前述した対策で下部ブロック２３が動かないため、スロット間隙２６が一定のままで操業を続けることが可能となる。

【0025】

次に、溶削ユニット２の取り付け直後と約24時間操業後のスロット間隙２６の測定結果について説明する。溶削ユニット２の１個当たりの幅は約270mmで、実機には溶削ユニット２が６個、幅方向に並べて取り付けられており、被処理物１０の上側の面を溶削することができるような構成としている。スロット間隙２６の測定は、１個の溶削ユニット２に対して、両サイドとセンター部の３点を測定するため、幅方向の測定点は１８点となっている。図６には、従来技術に属する溶削ユニット２の取り付け直後と約24時間操業後のスロット間隙２６の測定結果を示す。取り付け時に、上部ブロック２２と下部ブロック２３をベースブロック２１に締め付けているボルトを緩めてスロット間隙２６が一定になるように調整しているため、取り付け直後のスロット間隙２６の幅方向のばらつきは図６に示す例においても非常に小さくなっている。

【0026】

しかし従来技術に属する溶削ユニット２を使用すると、操業開始から約24hr後で幅方向位置によっては1mm以上スロット間隙２６が縮小していることがわかる。これは、操業時にシュー２４が熱変形してシュー２４の幅方向エッジ部が下部ブロック２３を押すためにスロット間隙２６が縮小するからである。

【0027】

このようなことに起因するスロット間隙２６の縮小は、溶削ユニット２の幅方向のエッジから30mm内側までの範囲であって、下部ブロック２３とシュー２４の間には、0.20mm以上の隙間Ｓを設けることで対応できるが、以降、この具体的な手段を説明する。

【実施例1】

【0028】

先ず、スロット間隙２６の縮小への対策手段として、シュー２４と下部ブロック２３の幅方向センター位置にシム１１を挟み込んだ場合を説明する。例えば図７に示すように0.20mm以上の隙間Ｓを、ホットスカーファー１のシュー２４と下部ブロック２３の幅方向エッジから30mm以上幅方向中央側にシム１１を挟むことで形成する。本実施例のシム１１は20mm×20mm、厚さ0.5mmのステンレス製である。シム１１の取り付け直後と24時間操業後のスロット間隙２６の測定結果を図８に示す。24時間の操業前後でもスロット間隙２６は殆ど変化せず幅方向のバラツキを非常に小さな状態で安定できていることを確認した。

【実施例2】

【0029】

次に、スロット間隙２６の縮小への対策手段として、下部ブロック２３と対向するシュー２４の上面を切り欠いた場合を説明する。例えば、図９に示すように、幅方向エッジから30mmまでの下部ブロック２３と接触するシュー２４の上面を0.5mm切り欠いて切り欠き１２を設ける。このようにして0.20mm以上の隙間Ｓを設けたホットスカーファー１でも実験１と同様の測定を行ったため、その結果を図１０に示す。24時間の操業前後でスロット間隙２６は殆ど変化せず幅方向のバラツキを非常に小さな状態で安定できていることを確認した。

【実施例3】

【0030】

次に、スロット間隙２６の縮小への対策手段として、シュー２４と対向する下部ブロック２３の下面を切り欠いた場合を説明する。例えば、図１１に示すように、幅方向エッジから30mmまでのシュー２４と接触する下部ブロック２３の下面を0.5mm切り欠いて切り欠き１３を設けた状態とする。このようにして0.20mm以上の隙間Ｓを設けたホットスカーファー１でも実施例１と同様の測定を行ったため、その結果を図１２に示す。24時間の操業前後でスロット間隙２６は殆ど変化せず幅方向のバラツキを非常に小さな状態で安定できていることを確認した。

【実施例4】

【0031】

次に、スロット間隙２６の縮小への対策手段として、シュー２４上面の幅方向エッジから30mm以上の幅方向中央側の位置に肉盛り部を付与した場合を説明する。例えば、図１３に示すように、シュー２４の上面に幅方向50mm、高さ0.5mmの肉盛り部１４を設けた状態とする。このようにして0.20mm以上の隙間Ｓを設けたホットスカーファー１でも実施例１と同様の測定を行ったため、その結果を図１４に示す。24時間の操業前後でスロット間隙２６は殆ど変化せず幅方向のバラツキを非常に小さな状態で安定できていることを確認した。

【実施例5】

【0032】

次に、スロット間隙２６の縮小への対策手段として、下部ブロック２３下面の幅方向エッジから30mm以上の幅方向中央側の位置に肉盛り部を付与した場合を説明する。例えば、図１５に示すように、下部ブロック２３の下面に幅方向50mm、高さ0.5mmの肉盛り部１５を設けた状態とする。このようにして0.20mm以上の隙間Ｓを設けたホットスカーファー１でも実施例１と同様の測定を行ったため、その結果を図１６に示す。24時間の操業前後でスロット間隙２６は殆ど変化せず幅方向のバラツキを非常に小さな状態で安定できていることを確認した。

【0033】

図１７は、スロット間隙２６の縮小への対策前と、実施例１乃至５の対策を実施した場合と、におけるトラ刈り発生スラブ本数比率を示す。この図１７より、対策前と比べると、実施例１乃至５のすべての対策においてトラ刈り発生スラブ本数比率が大幅に低減したことが分かる。

【0034】

以上のように、溶削ユニット２の幅方向のエッジから30mm内側までの範囲において、下部ブロック２３とシュー２４の間に、0.20mm以上の隙間Ｓを設けるように、前述の上部ブロック２２と下部ブロック２３の位置の調整をおこなえば、操業に入ってシュー２４が熱変形しても下部ブロック２３の移動を防止でき、実施例のようにスロット間隙２６一定のままで長期操業を続けることが可能となり、溶削中のトラ刈り発生スラブ本数比率を大幅に低減できる。したがって、ハンドスカーフの増工程防止によるコスト削減やHCR率向上による加熱炉原単位削減も実現できる。

【0035】

本発明は、以上の実施形態には限定されることは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適応可能なことは勿論のことである。例えば、シムや肉盛り部などは溶削ユニット１個に対して１カ所のみ設けることに限らず、複数カ所に設けることも可能である。

【0036】

一つのベースブロックに複数の上部ユニットや下部ユニットなどを備えた構成とすることも可能である。

【0037】

隙間を付与する手段は複数の手段を組み合わせることで構成しても良い。例えば、肉盛り部とシムを組み合わせて複数カ所で上部ユニットと下部ユニットが繋がるように構成することで、下部ブロックとシューの間に、所望の隙間を設けるものとすることができる

【符号の説明】

【0038】

１ ホットスカーファー
２ 溶削ユニット
１０ 被処理物
１１ シム
１２ 切り欠き
１３ 切り欠き
１４ 肉盛り部
１５ 肉盛り部
２１ ベースブロック
２２ 上部ブロック
２３ 下部ブロック
２４ シュー
２６ スロット間隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】