熱延鋼帯の巻取り装置及び方法
【課題】熱延鋼帯、特に高強度極厚み材をコイル状に巻き取った際に発生しやすいキンク、トップマークと呼ばれる形状不良の発生を防止する技術を提供する。
【解決手段】熱延鋼帯２をマンドレル３方向に曲げるための上下一対のピンチロール９と、マンドレル３の周囲に配置された複数本のラッパーロール５と、ピンチロール９によってマンドレル３方向に曲げられた熱延鋼帯２の先端をラッパーロール５に向けて案内するスロートガイド１３を備えた熱延鋼帯の巻取り装置１であって、スロートガイド１３が水平方向となす角度をα、下ピンチロール９ｂ表面とマンドレル３表面との共通接線１４が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるようにスロートガイド１３が配置されると共に、スロートガイド１３と共通接線１４とのギャップＧを熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【解決手段】熱延鋼帯２をマンドレル３方向に曲げるための上下一対のピンチロール９と、マンドレル３の周囲に配置された複数本のラッパーロール５と、ピンチロール９によってマンドレル３方向に曲げられた熱延鋼帯２の先端をラッパーロール５に向けて案内するスロートガイド１３を備えた熱延鋼帯の巻取り装置１であって、スロートガイド１３が水平方向となす角度をα、下ピンチロール９ｂ表面とマンドレル３表面との共通接線１４が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるようにスロートガイド１３が配置されると共に、スロートガイド１３と共通接線１４とのギャップＧを熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱延鋼帯の巻取り装置および該巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主として大陸パイプラインでの原油や天然ガス等の資源の輸送効率化を目的に、API規格にしてＸ７０〜Ｘ１００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。これは、前記の資源を効率的に輸送するためにパイプ内部には高い内圧がかけられ、かつ寒冷地での使用や地震による地殻変動なども考慮すると、高靭性、高強度といった特性がパイプ材にとって非常に重要となっているからである。
【０００３】
このような大陸パイプラインに使用されるパイプは、肉厚が１５ｍｍ〜２５ｍｍ程度、外径は２０インチ程度以上と大径である。このため、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ＵＯＥ鋼管が多用されている。
このようなＵＯＥ鋼管に使用される厚鋼板は、１基あるいは２基の圧延機を有する厚板ミルで熱間スラブを多パス圧延にて略矩形形状に製造されるものであり、その製品長は最大でも３０ｍ程度である。
【０００４】
これに対し、近年、厚鋼板を薄板圧延用の熱間圧延ラインにて圧延してコイル状に巻き取って熱延鋼帯コイルとした後、コイルを巻きほどいて所定の長さに切断した後に成形する電縫管や、熱延鋼帯を長手方向にらせん状に成形すると同時に板幅端部の突合せ部を溶接しながらパイプに製造するスパイラル鋼管の需要が高まっている。
熱延鋼帯コイルは、最大４５トン程度までの製造が可能であり、例えば厚みが２０ｍｍ、板幅が１９００ｍｍ程度であれば熱延鋼帯の長さは１５１ｍ程度となる。このような熱延鋼帯を用いて直径２８インチのスパイラル鋼管を成形すると、パイプ長は約１２８ｍとなる。このように、パイプ成形前の母材として熱延鋼帯コイルを用いることにより、厚鋼板から製造する場合に比べ、連続して長いパイプの製造が可能となり、生産性の向上も期待できる。
【０００５】
高強度極厚鋼帯をコイル状に巻き取る場合、材料の剛性が高いが故に、巻取り装置のピンチロールやラッパーロールの剛性、そしてマンドレルのトルク、その他先端部の巻き付き性等、様々な課題が発生する。
図８は、熱延鋼帯２をコイラーにて巻き取った後の状態を示す一例であり、コイル２７の最内周部、すなわち熱延鋼帯２の最先端近傍に複数箇所がへの字状に折れ曲る折れ曲り形状２８による形状不良が生じることがあり、このような形状不良はキンクと呼ばれている。このような複数箇所がへの字に折れ曲る折れ曲り形状２８は、熱延鋼帯２における最も内周側から外周方向に数巻き程度の範囲で影響を及ぼすことが多く、このような折れ曲り形状２８が発生したキンク部３３は熱延鋼帯２を成形してパイプとする際に大きな問題となる。
【０００６】
例えば、図８に示したような形状不良が発生したコイル２７から熱延鋼帯２を払い出し、図９に示すスパイラル鋼管３１に成形した場合、への字状の折れ曲り形状２８により真円度が悪化するだけでなく、継ぎ目部３５に段差３７を生じるため、溶接不良を引き起こす原因となる。このため、熱延鋼帯２にキンクが発生すると、熱延鋼帯２における折れ曲り形状２８が存在する部分、すなわち、コイル状に巻き取られた熱延鋼帯２の最内周から外周側に複数巻きに相当する部分を切断して除去した上でスパイラル鋼管３１に成形せざるを得ない。このように切断除去する長さは、熱延鋼帯２の全長に対して数％にものぼることがあるため、大きな歩留まりロスになる。
【０００７】
キンクはトップマークとも呼ばれ、従来からトップマーク（キンク）の発生を防止するため、様々な方法が提案されている。
例えば、熱延鋼帯の最先端部が各ラッパーロールを通過する直前に、各ラッパーロールをマンドレルから熱延鋼帯の厚さ分外方に退避させ、熱延鋼帯の最先端部が各ラッパーロールを通過した直後に、各ラッパーロールをマンドレルに押し付ける、オートマチックジャンピング制御（以下「ＡＪＣ」という）を行う方法がある。これは、ラッパーロールを熱延鋼帯に強く押し付けたままの状態で、熱延鋼帯の最先端部がラッパーロールを通過すると、ラッパーロールは熱延鋼帯の最先端部に衝突するとともに外方に押し出され、その衝撃によりトップマークが発生する、との知見に基づくものである（特許文献１，２参照）。
【０００８】
ＡＪＣとは対照的に、ラッパーロールを比較的弱く押し付けながら熱延鋼帯を巻き取る方法は、一定圧力制御（以下「ＣＰＲ」という）と呼ばれている。
ＣＰＲにおいても、ＡＪＣと同様の考えにより、ラッパーロールを熱延鋼帯に押し付けておくべき巻き数を最小限とすることにより、トップマークの低減を図る方法が提案されている（特許文献３参照）。
また、熱延鋼帯の先端部の巻取りに際し、マンドレルのセグメントを外方に拡大する場合において、その圧力を適正に制御することにより、トップマークの発生を防止する方法も提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０１−２４５９１８号公報
【特許文献２】特開平０７−１３６７１８号公報
【特許文献３】特公平０１−０００１３０号公報
【特許文献４】特許開０７−１３６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の先行技術文献に示された各方法は以下に述べるような問題をそれぞれ有していた。
まず、特許文献１，２のＡＪＣでは、ラッパーロールの退避と押し付けのタイミング、そしてラッパーロールを押し付ける熱延鋼帯上の位置を、いかに精緻に制御しても、トップマークの発生を完全に防止することは難しかった。特に高強度極厚鋼帯の巻取りでは、材料の剛性が非常に高く、かつ最内周に複数箇所の折れ曲り形状２８が形成される形状不良（トップマーク、キンク）に関してはＡＪＣによる効果はほとんどなく、また、同じ理由により特許文献３のＣＰＲにおいても高強度極厚鋼帯の巻取りでは形状不良（トップマーク、キンク）発生を防止することは困難であった。
【００１１】
特許文献４に示されたマンドレルのセグメントを外方へ拡大する方法も、セグメントを外方へ拡大する前に既にトップマークが発生している場合があるため、そういう場合に拡大を行うと、却ってトップマークを際立たせてしまい、いかに精緻に制御してもトップマークの発生を完全に防止することは難しい。また、特許文献４に示された方法も、特に高強度極厚鋼帯の巻取りでは、ＡＪＣ制御やＣＰＲと同様の理由によりにほとんど効果がないものであった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題を解決すべくなされたものであり、熱延鋼帯、特に高強度極厚材をコイル状に巻き取った際に発生しやすいキンク、トップマークと呼ばれる形状不良の発生を防止する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
図４は、一般的な熱延鋼帯の巻取り装置２１の要部を示しており、マンドレル３の方向に向けて曲げるためのピンチロール９、エプロン２５（上エプロン２５ａ、下エプロン２５ｂ）、スロートガイド２３、マンドレル３、ラッパーロール５、通板ガイド７（７ａ〜７ｄ）を備えている。
このような巻取り装置２１においては、熱延鋼帯２の先端はピンチロール９を通過後、エプロン２５とスロートガイド２３にガイディングされながら進行し、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過した後、通板ガイド７にガイディングされながら、順次、第２のラッパーロール５ｂから、第３のラッパーロール５ｃ、第４のラッパーロール５ｄとマンドレル３の間を進行する。
【００１４】
そして、再度、第１のラッパーロール５ａまで到達した際には外周側に熱延鋼帯２が重なり、同様な工程を行うことによって２巻き目、３巻き目と、熱延鋼帯２の全長が巻き取られるまで繰り返される。この際、３巻き目くらい以降では巻取り挙動が安定することから、通常はスロートガイド２３を上方に退避させることが多い。
【００１５】
本発明者らは、高速度カメラを用いた観察により、熱延鋼帯２、特に高強度極厚鋼帯を巻き取る際のキンクの発生メカニズムについて鋭意検討した。
その結果、キンクは熱延鋼帯２の先端がピンチロール９でマンドレル３に向けて曲げられ、スロートガイド２３間を通過した後、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過して第２のラッパーロール５ｂとマンドレル３の間を通過するまでの挙動に大きく影響されていることを見出した。
【００１６】
図５は、図４に示した第１のラッパーロール５ａ近傍を拡大して示した図である。図５に示すように、スロートガイド２３は下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４（図４及び図５中の破線）よりも傾斜が大きく、かつ共通接線１４に対してギャップＧだけ上方に離れた位置に設置されている。なお、ギャップＧは第１のラッパーロール５ａに近いほど小さく、逆に第１のラッパーロール５ａから離れるほど大きくなっており、板厚＋（５０ｍｍ〜１００ｍｍ）程度に設置されている。スロートガイド２３を共通接線１４から上記のように離しているのはスロートガイド２３と鋼帯表面との強接触を防止するためである。
【００１７】
このような一般的な熱延鋼帯の巻取り装置２１を用いて熱延鋼帯２を巻き取った場合の挙動を図６に基づいて説明する。
図６は、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａとマンドレル３間から第２のラッパーロール５ｂを通過するまでの挙動を時系列で示している。
熱延鋼帯２の先端部は仕上圧延機内にて上下方向に反りやすく、かつピンチロール９による曲げによりマンドレル３に巻き取る際には若干の下反り形状となっていることが多い。なお、以後、巻取り中の熱延鋼帯２の先端の反り方向は、巻取り円周方向に対して内向き、外向きと呼ぶ。
【００１８】
図６（ａ）に示すように、熱延鋼帯２の先端が若干の下向き形状にて第１のラッパーロール５ａとマンドレル３間に進入する。図５に示したように、スロートガイド２３は下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４に対して離れた位置に設定されているため、熱延鋼帯２の先端は第１のラッパーロール５ａに衝突し、図６（ａ）に示したごとく下向き、すなわち円周方向に対して内向きの状態にて第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する。この場合、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際には、熱延鋼帯２の先端に逆方向すなわち外向きの曲げ作用が働き、第１のラッパーロール５ａを通過する時点では熱延鋼帯２の先端は外向きに曲がる。
【００１９】
そして、熱延鋼帯２の先端は外向きに曲ったまま通板ガイド７ａによってガイディングされながら（図６（ｂ）参照）、第２のラッパーロール５ｂまで到達する（図６（ｃ）参照）。このとき図６（ｃ）に示すように、熱延鋼帯２における外向き形状の先端は、図６（ｄ）に示すように、第２のラッパーロール５ｂに沿いながらマンドレル３との間に進入していくが、この状態において、熱延鋼帯２の変形が通板ガイド７ａによって拘束されながら行われることから、熱延鋼帯２の先端近傍では再度、逆向きの変形、すなわち円周方向に対して内向きの形状となり、第１の折れ曲り形状２８ａが発生する（図６（ｄ）（ｅ）参照）。
つまり、第１の折れ曲り形状２８ａは、熱延鋼帯２の先端がマンドレル３と第１のラッパーロール５ａの間に進入する際に、一旦内向きの変形をすることが最も大きな要因である。
【００２０】
また、図７に示すように、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａによって外向きに変形して通板ガイド７ａに衝突すると、熱延鋼帯２は進行方向と逆向きの力を受けることなり、先端部の速度が低下する。先端部の速度が低下すると、ピンチロール９と第１のラッパーロール５ａ間において熱延鋼帯２は座屈して大きく撓む。
本発明者らの観察によると、図７に示すように、熱延鋼帯２が撓んだ瞬間、その撓んだ部位がスロートガイド２３に拘束されてへの形状に変形する。この部分が第２の折れ曲り形状２８ｂとなって現れるのである。
【００２１】
以上のように、熱延鋼帯２の先端部がコイラーに進入した際に、上記のようなメカニズムによって、コイル最内周部に複数の折れ曲り形状２８ａ、２８ｂが発生することを確認した（図６（ｅ）参照）。そして、特に剛性の高い高強度極厚鋼帯では、この折れ曲り形状２８が最内周より複数巻きに至るまで影響を及ぼす。なお、先端部のへの字曲がりがひどい場合には、通板ガイド７ａとマンドレル３との間にて先端詰まりが発生したり、あるいは熱延鋼帯先端が第２のラッパーロール５ｂに突っ掛かることによりコイラー詰まりが発生したりする。
【００２２】
上記したキンク発生のメカニズムによると、熱延鋼帯２の最先端部が第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際の逆曲げ変形がキンク発生に大きな要因になっていると考えられる。
そこで、キンク発生防止には、前記逆曲げ変形を防止することが重要であり、このためには図４におけるスロートガイド２３の設置位置を調整し、スロートガイド２３を下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４と略平行にすると共に、図５における共通接線１４とスロートガイド２３とのギャップＧを、マンドレル３の表面と第１のラッパーロール５ａとの間のギャップと略同一となるように設置すればよいとの知見を得た。
【００２３】
本発明はこれらの知見に基づきなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。
【００２４】
（１）本発明に係る熱延鋼帯の巻取り装置は、熱延鋼帯をマンドレル方向に曲げるための上下一対のピンチロールと、前記マンドレルの周囲に配置された複数本のラッパーロールと、前記ピンチロールによってマンドレル方向に曲げられた熱延鋼帯の先端を前記ラッパーロールに向けて案内するスロートガイドを備えた熱延鋼帯の巻取り装置であって、
前記スロートガイドが水平方向となす角度をα、下ピンチロール表面とマンドレル表面との共通接線が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるように前記スロートガイドが配置されると共に、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚の２倍以下に調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記スロートガイドが前記熱延鋼帯に接触してガイドする回転ローラを備えていることを特徴とするものである。
【００２６】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを保持するように前記スロートガイドを固定する固定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
（４）本発明に係る熱延鋼帯の巻取り方法は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚１．５倍〜２倍に設定して前記熱延鋼帯の巻取りを行うことを特徴とするものである。
【００２８】
（５）また、上記（３）に記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
少なくとも熱延鋼帯の先端が前記スロートガイドの最も近くに設置された第１のラッパーロールとマンドレルとの間を通過し、前記第１のラッパーロールの隣に配置された第２のラッパーロールとマンドレルとの間を通過するまで、前記（３）に記載の固定手段によって前記スロートガイドの位置を固定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る熱延鋼帯の巻取り装置において、スロートガイドが水平方向となす角度をα、下ピンチロール表面とマンドレル表面との共通接線が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるように前記スロートガイドが配置されると共に、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚の２倍以下に調整可能に構成されているので、熱延鋼帯、板厚が厚く強度の高い材料からなる熱延鋼帯であってもその先端の巻き付き安定性を向上させるとともに、コイル内周の数巻きに発生するキンク不良のない熱延鋼帯の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態の熱延鋼帯の巻取り装置の説明図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態の熱延鋼帯の巻取り装置の動作説明図である。
【図４】従来の熱延鋼帯の巻取り装置の説明図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す図である。
【図６】従来の熱延鋼帯によってキンクが発生するメカニズムを説明するための図である（その１）。
【図７】従来の熱延鋼帯によってキンクが発生するメカニズムを説明するための図である（その２）。
【図８】キンクを有する熱延鋼帯をコイルにした状態の説明図である。
【図９】図８に示したコイルを巻きほどいた熱延鋼帯をパイプにスパイラル成形した際の問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本実施の形態に係る熱延鋼帯の巻取り装置１は、図１に記載するとおり、熱延鋼帯２を巻き取るマンドレル３と、マンドレル３の周囲に配置された４本のラッパーロール５（第１のラッパーロール５ａ〜第４のラッパーロール５ｄ）と、４本のラッパーロール５間にマンドレル３の外周を覆うように設けられた４数の通板ガイド７（第１の通板ガイド７ａ〜第４の通板ガイド７ｄ）と、熱延鋼帯２をマンドレル３方向に曲げるための上下一対のピンチロール９（上ピンチロール９ａ、下ピンチロール９ｂ）と、ピンチロール９によってマンドレル３方向に曲げられた熱延鋼帯２の先端をガイドするエプロン１１（上エプロン１１ａ、下エプロン１１ｂ）と、エプロン１１によってガイドされた熱延鋼帯２の先端を第１ラッパーロールに向けて案内するスロートガイド１３とを備えている。
以下、本発明の要部を成す構成を詳細に説明する。
【００３２】
＜スロートガイド＞
図２に記載するとおり、スロートガイド１３には、複数の回転ローラ１５が設置されており、熱延鋼帯２との摩擦を軽減するように構成されている。
下ピンチロール９ｂ表面とマンドレル３表面との共通接線１４（以下、単に「共通接線１４」という）が水平方向となす角度をθ、スロートガイド１３が水平方向となす角度をαとしたときに、スロートガイド１３は０≦（α−θ）≦５°を満たすように設置されている。
また、スロートガイド１３の下面（本実施の形態ではスロートガイド１３が複数の回転ローラ１５を備えているので、回転ローラ１５の下面）と共通接線１４とのギャップＧ（図２参照）を熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に調整可能に構成されている。
【００３３】
スロートガイド１３を上記のように配置した理由を以下に説明する。
〔ギャップＧを熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に調整可能にした理由〕
通常、熱延鋼帯２の最先端部の通板性を確保するため、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間のギャップは板厚の１．５倍程度に設定されている。このため、ギャップＧを板厚の１．５倍よりも広くしすぎると、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａに衝突して内向きに変形するのを防止できず、キンク発生防止の効果が得られない。また、ギャップＧを広くしすぎると、熱延鋼帯２のマンドレル３への巻き付き性が低下するという問題も生ずる。このような理由から、ギャップＧを熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に設定したものである。
【００３４】
もっとも、ギャップＧを狭くしすぎると、熱延鋼帯２の進入時における先端の反り形状によっては熱延鋼帯２の最先端部がギャップ間に詰まってコイル詰まりが発生する。したがって、ギャップＧは板厚の１倍（板厚と同じ）以上にすべきであることは当然であるが、好ましくは、板厚の１．５倍つまり第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間のギャップと略同一に設定しておくことが好ましい。ギャップＧを板厚の１．５倍程度にすることで、マンドレル３の間のギャップと略同一となり、熱延鋼帯２の先端部が進入する際に第１のラッパーロール５ａに衝突するのを防止して、キンク発生の原因となった熱延鋼帯２のラッパーロール５ａとマンドレル３の間へ進入時の内向き変形の発生（図６（ａ））をより効果的に防止できる。
【００３５】
〔スロートガイドを共通接線と略平行にした理由〕
上記のように、ギャップＧを板厚の２倍以下に設定することを前提にして、スロートガイド１３を共通接線１４と略平行にすることで、スロートガイド１３は全体として共通接線１４と板厚の２倍程度しか離れないことにある。このため、仮に熱延鋼帯２の先端が第１の通板ガイド７ａとの摩擦によって座屈しそうになっても、スロートガイド１３によって保持され、座屈が阻止され、従来例において問題となった第２の折れ曲り変形（図７）の発生を防止できる。
【００３６】
以上を総括すると、スロートガイド１３を上記のように配置することにより、熱延鋼帯２の先端部を共通接線１４に平行かつ共通接線１４に近接した状態で進入させることができ、これによって熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａに衝突して内向きに変形するのを防止でき、かつピンチロール９と第１のラッパーロール５ａ間において熱延鋼帯２が座屈して大きく撓むのを防止することができ、これによりキンク発生を防止することができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、スロートガイド１３に複数の回転ローラ１５を設けているので、スロートガイド１３と熱延鋼帯２の強接触により鋼帯表面に擦過痕が発生することを防止することができる。
回転ローラ１５は必ずしも熱延鋼帯２の通板速度と同期して駆動させる必要はなく、回転抵抗の小さなベアリングを使用し、無駆動のアイドル回転するものでもよい。
もっとも、回転ローラ１５は必須ではなく、本発明は回転ローラ１５がない場合を排除するものではない。
【００３８】
なお、熱延鋼帯２の先端が第２のラッパーロール５ｂとマンドレル３との間を通過後には、マンドレルトルクによって巻取り状態が安定することから、当該状態になればスロートガイド１３の配置は上記の設定した状態でなくてもよい。逆に言えば、少なくとも熱延鋼帯２の先端が第２のラッパーロール５ｂとマンドレル３との間を通過するまでは、スロートガイド１３の配置を上記の状態に固定するのが望ましい。スロートガイド１３の位置を固定するための手段としては、例えばスロートガイド１３の上面側に油圧シリンダーを設けて、熱延鋼帯２による押圧に抵抗するようにすればよい。
【００３９】
なお、前述したように、３巻き目程度以降では巻取り挙動が安定することから、スロートガイド１３を上方に退避させてもよい。
【００４０】
＜エプロン＞
本実施の形態においては、上述したようにスロートガイド１３と共通接線１４とのギャップを小さくし、かつスロートガイド１３と共通接線１４を略平行にしたため、スロートガイド１３の上端部が共通接線１４に近い位置になっている。そのため、上エプロン１１ａが熱延鋼帯２をスロートガイド１３にガイドしやすくするため、上エプロン１１ａの下向きの傾斜を従来例（図４の２５ａ参照）よりも大きくしてその下端部をスロートガイド１３の上端部近傍に配置すると共に、上エプロン１１ａとスロートガイド１３との間に補助ロール１７を設けている。
【００４１】
なお、ラッパーロール５の本数や通板ガイド７の数は、上記の実施の形態で示したものに限定されなるものではなく、巻取り装置の仕様によってラッパーロール３本、通板ガイド３個やラッパーロール５本、通板ガイド５個のように適宜変更可能である。
【００４２】
上記のように構成された本実施の形態の熱延鋼帯２の巻取り装置１を用いた熱延鋼帯２の巻取り方法を図３に基づいて概説する。
熱延鋼帯２の先端はピンチロール９を通過後、エプロン１１とスロートガイド１３にガイディングされながら進行し、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間に進入する。本実施の形態では、スロートガイド１３が共通接線１４と略平行で、かつギャップＧが板厚の２倍以下に設定されているので、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａに強く衝突して内向きに変形することがなく、それ故に、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際に、大きな外向きの変形が生ずることなく、熱延鋼帯２は、図３に示すように、ほぼマンドレル３に沿うようにして第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する。
【００４３】
このように、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際に、外向きの変形が生じないので、従来例のように第１の折曲り変形が生ずることがない。
また、前記外向きの変形が生じないため、熱延鋼帯２の先端が第１の通板ガイド７ａに強くこすりつけられることもなく、熱延鋼帯２が座屈することもない。仮に、熱延鋼帯２の先端が第１の通板ガイド７ａに当接して熱延鋼帯２が座屈しそうになっても、スロートガイド１３が接線に近接して配置されているので、熱延鋼帯２はスロートガイド１３に保持されて座屈やそれによる撓みが防止される。
【００４４】
熱延鋼帯２の先端は、第１の通板ガイド７ａにガイドされながらマンドレル３に巻回されながら進行して、第２のラッパーロールとマンドレル３との間に進入して、通過する。
熱延鋼帯２の先端が、第２のラッパーロールとマンドレル３と間を通過するまでは、スロートガイド１３の位置を固定するように、例えば油圧シリンダーからなる固定手段を駆動させる。
熱延鋼帯２の先端が、第２のラッパーロールとマンドレル３と間を通過すると、固定手段による固定を解除するようにしてもよい。
【００４５】
そして、再度、第１のラッパーロール５ａまで到達した際には外周側に熱延鋼帯２が重なり、同様な工程を行うことによって２巻き目、３巻き目と、熱延鋼帯２の全長が巻き取られるまで繰り返される。この際、３巻き目くらい以降では巻取り挙動が安定することから、通常はスロートガイド１３を上方に退避させてもよい。
【００４６】
本実施の形態によれば、従来、熱延鋼帯２の先端におけるキンクの発生を防止でき、キンクが発生しやすい高強度極厚鋼帯においてもキンクの発生を防止できる。これに加えて、熱延鋼帯先端の突っ掛け等によって発生していたコイル詰まりトラブルも大幅に減少し、熱延鋼帯２の安定した巻取りが可能となる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の効果を確認する実験を行ったので、これについて説明する。
実験の対象とした材料はＡＰＩ規格Ｘ８０グレードであり、厚み２５０ｍｍ、幅１８５０ｍｍ、長さ９ｍのスラブ（重量３３トン）を熱間圧延ラインの粗圧延工程、仕上圧延工程を経て厚み２５ｍｍに仕上げ、冷却テーブル上にて５２０℃まで冷却したのちに巻取り装置にて巻き取った。
【００４８】
巻取り装置は図１に示した形態のコイラー１と、図４に示した形態のコイラー２１を使用した。これらのコイラー１，２１において、ラッパーロール５ａ〜５ｄの直径はφ４４０ｍｍ、マンドレル３の外径はφ７５０ｍｍであり、巻取り後のコイル外径はφ１８５８ｍｍである。
最終仕上圧延機出側、すなわち冷却テーブル上での熱延鋼帯速度は１５０ｍｐｍであり、熱延鋼帯２の先端部は１５０ｍｐｍの速度にてコイラーに進入し巻き付きが開始される。この際、マンドレル３、ラッパーロール５の速度は、熱延鋼帯２の速度に対して所定のリード率にて巻取りが開始されるように、熱延鋼帯先端部が最終仕上圧延機を抜けたタイミングあたりから加速をはじめている。そして、巻き付き開始時のマンドレル３のリード率は１５％とし、ラッパーロール５のリード率は２５％に設定した。
そして、巻き付き開始後、マンドレル３とラッパーロール５の減速を開始し、５回転に設定した巻付き完了時点においてマンドレル３とラッパーロール５の速度が熱延鋼帯２の通板速度に同期するように１５０ｍｐｍまで減速した。
【００４９】
熱延鋼帯２の尾端部がコイラー手前２０ｍ程度の位置から減速を開始し、熱延鋼帯２の尾端部がコイル下側となる位置にて回転を停止した。そして、コイル下方で待機させていたクレードルロール２９（図８参照）を上昇させ、機外へと抜き出し、コイルヤードまで搬出した。
そして、放冷却にてコイルが常温まで冷却された後、アクリル板にて作成した厚み３ｍｍ、マンドレル３の外径と同じ直径φ７５０ｍｍの円盤をコイル内周部に当て、コイル最内周の折れ曲り部とアクリル円盤外周表面との最大距離を測定し、キンクの指標とした。以後、測定した最大距離を折れ曲り高さと呼ぶ。
【００５０】
本発明による効果を検証するため、図１に示したコイラー１においても、スロートガイド１３が水平方向となす角αを変更し、スロートガイド１３が水平方向となす角αと下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４が水平方向となす角度θとの角度差（α−θ）を変えることにした。また、ギャップＧを変更し、熱延鋼帯２の板厚Ｈとの比を変えることでこれにつての評価を行った。
さらに、仕上圧延後の先端形状の影響も調査するため、高速度ビデオカメラをコイラー脇に設置し、第１のラッパーロール５ａ入側での熱延鋼帯２の先端部形状を観察した。
【００５１】
表１に結果を示す。表１において、判定の○は折れ曲り高さが５ｍｍ以下、△は５〜１０ｍｍ、×は１０ｍｍ以上の場合を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
コイラー１を使用し、かつ本発明によるスロートガイド１３の設置方法を用いたＮｏ．１〜６の条件では、いずれの先端形状においても折れ曲り高さが５ｍｍ以下となり良好であった。
これに対し、従来の巻取り装置であるコイラー２１を使用した場合、あるいはコイラー１を使用したものの本発明によるスロートガイドの設置方法とはしなかった場合には、折れ曲り高さが７ｍｍ〜２０ｍｍとばらつきが大きくなった。
【００５４】
表１に示した実験結果から、図１に示したコイラー１の形態で、かつスロートガイドの設置方法として本発明の構成を採用することで、キンク発生を効果的に防止できることが確認できた。
【符号の説明】
【００５５】
１ 熱延鋼帯の巻取り装置
２ 熱延鋼帯
３ マンドレル
５ ラッパーロール
５ａ 第１のラッパーロール
５ｂ 第２のラッパーロール
５ｃ 第３のラッパーロール
５ｄ 第４のラッパーロール
７ 通板ガイド
７ａ 第１の通板ガイド
７ｂ 第２の通板ガイド
７ｃ 第３の通板ガイド
７ｄ 第４の通板ガイド
９ ピンチロール
９ａ 上ピンチロール
９ｂ 下ピンチロール
１１ エプロン
１１ａ 上エプロン
１１ｂ 下エプロン
１３ スロートガイド
１４ 共通接線
１５ 回転ローラ
１７ 補助ロール
２１ 熱延鋼帯の巻取り装置（従来例）
２３ スロートガイド（従来例）
２５ エプロン（従来例）
２５ａ 上エプロン
２５ｂ 下エプロン
２７ コイル
２８ａ 第１の折れ曲り形状
２８ｂ 第２の折れ曲り形状
２９ クレードルロール
３１ スパイラル鋼管
３３ 熱延鋼帯のキンク部
３５ 継ぎ目部
３７ 段差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱延鋼帯の巻取り装置および該巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、主として大陸パイプラインでの原油や天然ガス等の資源の輸送効率化を目的に、API規格にしてＸ７０〜Ｘ１００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。これは、前記の資源を効率的に輸送するためにパイプ内部には高い内圧がかけられ、かつ寒冷地での使用や地震による地殻変動なども考慮すると、高靭性、高強度といった特性がパイプ材にとって非常に重要となっているからである。
【０００３】
このような大陸パイプラインに使用されるパイプは、肉厚が１５ｍｍ〜２５ｍｍ程度、外径は２０インチ程度以上と大径である。このため、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ＵＯＥ鋼管が多用されている。
このようなＵＯＥ鋼管に使用される厚鋼板は、１基あるいは２基の圧延機を有する厚板ミルで熱間スラブを多パス圧延にて略矩形形状に製造されるものであり、その製品長は最大でも３０ｍ程度である。
【０００４】
これに対し、近年、厚鋼板を薄板圧延用の熱間圧延ラインにて圧延してコイル状に巻き取って熱延鋼帯コイルとした後、コイルを巻きほどいて所定の長さに切断した後に成形する電縫管や、熱延鋼帯を長手方向にらせん状に成形すると同時に板幅端部の突合せ部を溶接しながらパイプに製造するスパイラル鋼管の需要が高まっている。
熱延鋼帯コイルは、最大４５トン程度までの製造が可能であり、例えば厚みが２０ｍｍ、板幅が１９００ｍｍ程度であれば熱延鋼帯の長さは１５１ｍ程度となる。このような熱延鋼帯を用いて直径２８インチのスパイラル鋼管を成形すると、パイプ長は約１２８ｍとなる。このように、パイプ成形前の母材として熱延鋼帯コイルを用いることにより、厚鋼板から製造する場合に比べ、連続して長いパイプの製造が可能となり、生産性の向上も期待できる。
【０００５】
高強度極厚鋼帯をコイル状に巻き取る場合、材料の剛性が高いが故に、巻取り装置のピンチロールやラッパーロールの剛性、そしてマンドレルのトルク、その他先端部の巻き付き性等、様々な課題が発生する。
図８は、熱延鋼帯２をコイラーにて巻き取った後の状態を示す一例であり、コイル２７の最内周部、すなわち熱延鋼帯２の最先端近傍に複数箇所がへの字状に折れ曲る折れ曲り形状２８による形状不良が生じることがあり、このような形状不良はキンクと呼ばれている。このような複数箇所がへの字に折れ曲る折れ曲り形状２８は、熱延鋼帯２における最も内周側から外周方向に数巻き程度の範囲で影響を及ぼすことが多く、このような折れ曲り形状２８が発生したキンク部３３は熱延鋼帯２を成形してパイプとする際に大きな問題となる。
【０００６】
例えば、図８に示したような形状不良が発生したコイル２７から熱延鋼帯２を払い出し、図９に示すスパイラル鋼管３１に成形した場合、への字状の折れ曲り形状２８により真円度が悪化するだけでなく、継ぎ目部３５に段差３７を生じるため、溶接不良を引き起こす原因となる。このため、熱延鋼帯２にキンクが発生すると、熱延鋼帯２における折れ曲り形状２８が存在する部分、すなわち、コイル状に巻き取られた熱延鋼帯２の最内周から外周側に複数巻きに相当する部分を切断して除去した上でスパイラル鋼管３１に成形せざるを得ない。このように切断除去する長さは、熱延鋼帯２の全長に対して数％にものぼることがあるため、大きな歩留まりロスになる。
【０００７】
キンクはトップマークとも呼ばれ、従来からトップマーク（キンク）の発生を防止するため、様々な方法が提案されている。
例えば、熱延鋼帯の最先端部が各ラッパーロールを通過する直前に、各ラッパーロールをマンドレルから熱延鋼帯の厚さ分外方に退避させ、熱延鋼帯の最先端部が各ラッパーロールを通過した直後に、各ラッパーロールをマンドレルに押し付ける、オートマチックジャンピング制御（以下「ＡＪＣ」という）を行う方法がある。これは、ラッパーロールを熱延鋼帯に強く押し付けたままの状態で、熱延鋼帯の最先端部がラッパーロールを通過すると、ラッパーロールは熱延鋼帯の最先端部に衝突するとともに外方に押し出され、その衝撃によりトップマークが発生する、との知見に基づくものである（特許文献１，２参照）。
【０００８】
ＡＪＣとは対照的に、ラッパーロールを比較的弱く押し付けながら熱延鋼帯を巻き取る方法は、一定圧力制御（以下「ＣＰＲ」という）と呼ばれている。
ＣＰＲにおいても、ＡＪＣと同様の考えにより、ラッパーロールを熱延鋼帯に押し付けておくべき巻き数を最小限とすることにより、トップマークの低減を図る方法が提案されている（特許文献３参照）。
また、熱延鋼帯の先端部の巻取りに際し、マンドレルのセグメントを外方に拡大する場合において、その圧力を適正に制御することにより、トップマークの発生を防止する方法も提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０１−２４５９１８号公報
【特許文献２】特開平０７−１３６７１８号公報
【特許文献３】特公平０１−０００１３０号公報
【特許文献４】特許開０７−１３６７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記の先行技術文献に示された各方法は以下に述べるような問題をそれぞれ有していた。
まず、特許文献１，２のＡＪＣでは、ラッパーロールの退避と押し付けのタイミング、そしてラッパーロールを押し付ける熱延鋼帯上の位置を、いかに精緻に制御しても、トップマークの発生を完全に防止することは難しかった。特に高強度極厚鋼帯の巻取りでは、材料の剛性が非常に高く、かつ最内周に複数箇所の折れ曲り形状２８が形成される形状不良（トップマーク、キンク）に関してはＡＪＣによる効果はほとんどなく、また、同じ理由により特許文献３のＣＰＲにおいても高強度極厚鋼帯の巻取りでは形状不良（トップマーク、キンク）発生を防止することは困難であった。
【００１１】
特許文献４に示されたマンドレルのセグメントを外方へ拡大する方法も、セグメントを外方へ拡大する前に既にトップマークが発生している場合があるため、そういう場合に拡大を行うと、却ってトップマークを際立たせてしまい、いかに精緻に制御してもトップマークの発生を完全に防止することは難しい。また、特許文献４に示された方法も、特に高強度極厚鋼帯の巻取りでは、ＡＪＣ制御やＣＰＲと同様の理由によりにほとんど効果がないものであった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題を解決すべくなされたものであり、熱延鋼帯、特に高強度極厚材をコイル状に巻き取った際に発生しやすいキンク、トップマークと呼ばれる形状不良の発生を防止する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
図４は、一般的な熱延鋼帯の巻取り装置２１の要部を示しており、マンドレル３の方向に向けて曲げるためのピンチロール９、エプロン２５（上エプロン２５ａ、下エプロン２５ｂ）、スロートガイド２３、マンドレル３、ラッパーロール５、通板ガイド７（７ａ〜７ｄ）を備えている。
このような巻取り装置２１においては、熱延鋼帯２の先端はピンチロール９を通過後、エプロン２５とスロートガイド２３にガイディングされながら進行し、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過した後、通板ガイド７にガイディングされながら、順次、第２のラッパーロール５ｂから、第３のラッパーロール５ｃ、第４のラッパーロール５ｄとマンドレル３の間を進行する。
【００１４】
そして、再度、第１のラッパーロール５ａまで到達した際には外周側に熱延鋼帯２が重なり、同様な工程を行うことによって２巻き目、３巻き目と、熱延鋼帯２の全長が巻き取られるまで繰り返される。この際、３巻き目くらい以降では巻取り挙動が安定することから、通常はスロートガイド２３を上方に退避させることが多い。
【００１５】
本発明者らは、高速度カメラを用いた観察により、熱延鋼帯２、特に高強度極厚鋼帯を巻き取る際のキンクの発生メカニズムについて鋭意検討した。
その結果、キンクは熱延鋼帯２の先端がピンチロール９でマンドレル３に向けて曲げられ、スロートガイド２３間を通過した後、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過して第２のラッパーロール５ｂとマンドレル３の間を通過するまでの挙動に大きく影響されていることを見出した。
【００１６】
図５は、図４に示した第１のラッパーロール５ａ近傍を拡大して示した図である。図５に示すように、スロートガイド２３は下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４（図４及び図５中の破線）よりも傾斜が大きく、かつ共通接線１４に対してギャップＧだけ上方に離れた位置に設置されている。なお、ギャップＧは第１のラッパーロール５ａに近いほど小さく、逆に第１のラッパーロール５ａから離れるほど大きくなっており、板厚＋（５０ｍｍ〜１００ｍｍ）程度に設置されている。スロートガイド２３を共通接線１４から上記のように離しているのはスロートガイド２３と鋼帯表面との強接触を防止するためである。
【００１７】
このような一般的な熱延鋼帯の巻取り装置２１を用いて熱延鋼帯２を巻き取った場合の挙動を図６に基づいて説明する。
図６は、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａとマンドレル３間から第２のラッパーロール５ｂを通過するまでの挙動を時系列で示している。
熱延鋼帯２の先端部は仕上圧延機内にて上下方向に反りやすく、かつピンチロール９による曲げによりマンドレル３に巻き取る際には若干の下反り形状となっていることが多い。なお、以後、巻取り中の熱延鋼帯２の先端の反り方向は、巻取り円周方向に対して内向き、外向きと呼ぶ。
【００１８】
図６（ａ）に示すように、熱延鋼帯２の先端が若干の下向き形状にて第１のラッパーロール５ａとマンドレル３間に進入する。図５に示したように、スロートガイド２３は下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４に対して離れた位置に設定されているため、熱延鋼帯２の先端は第１のラッパーロール５ａに衝突し、図６（ａ）に示したごとく下向き、すなわち円周方向に対して内向きの状態にて第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する。この場合、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際には、熱延鋼帯２の先端に逆方向すなわち外向きの曲げ作用が働き、第１のラッパーロール５ａを通過する時点では熱延鋼帯２の先端は外向きに曲がる。
【００１９】
そして、熱延鋼帯２の先端は外向きに曲ったまま通板ガイド７ａによってガイディングされながら（図６（ｂ）参照）、第２のラッパーロール５ｂまで到達する（図６（ｃ）参照）。このとき図６（ｃ）に示すように、熱延鋼帯２における外向き形状の先端は、図６（ｄ）に示すように、第２のラッパーロール５ｂに沿いながらマンドレル３との間に進入していくが、この状態において、熱延鋼帯２の変形が通板ガイド７ａによって拘束されながら行われることから、熱延鋼帯２の先端近傍では再度、逆向きの変形、すなわち円周方向に対して内向きの形状となり、第１の折れ曲り形状２８ａが発生する（図６（ｄ）（ｅ）参照）。
つまり、第１の折れ曲り形状２８ａは、熱延鋼帯２の先端がマンドレル３と第１のラッパーロール５ａの間に進入する際に、一旦内向きの変形をすることが最も大きな要因である。
【００２０】
また、図７に示すように、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａによって外向きに変形して通板ガイド７ａに衝突すると、熱延鋼帯２は進行方向と逆向きの力を受けることなり、先端部の速度が低下する。先端部の速度が低下すると、ピンチロール９と第１のラッパーロール５ａ間において熱延鋼帯２は座屈して大きく撓む。
本発明者らの観察によると、図７に示すように、熱延鋼帯２が撓んだ瞬間、その撓んだ部位がスロートガイド２３に拘束されてへの形状に変形する。この部分が第２の折れ曲り形状２８ｂとなって現れるのである。
【００２１】
以上のように、熱延鋼帯２の先端部がコイラーに進入した際に、上記のようなメカニズムによって、コイル最内周部に複数の折れ曲り形状２８ａ、２８ｂが発生することを確認した（図６（ｅ）参照）。そして、特に剛性の高い高強度極厚鋼帯では、この折れ曲り形状２８が最内周より複数巻きに至るまで影響を及ぼす。なお、先端部のへの字曲がりがひどい場合には、通板ガイド７ａとマンドレル３との間にて先端詰まりが発生したり、あるいは熱延鋼帯先端が第２のラッパーロール５ｂに突っ掛かることによりコイラー詰まりが発生したりする。
【００２２】
上記したキンク発生のメカニズムによると、熱延鋼帯２の最先端部が第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際の逆曲げ変形がキンク発生に大きな要因になっていると考えられる。
そこで、キンク発生防止には、前記逆曲げ変形を防止することが重要であり、このためには図４におけるスロートガイド２３の設置位置を調整し、スロートガイド２３を下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４と略平行にすると共に、図５における共通接線１４とスロートガイド２３とのギャップＧを、マンドレル３の表面と第１のラッパーロール５ａとの間のギャップと略同一となるように設置すればよいとの知見を得た。
【００２３】
本発明はこれらの知見に基づきなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。
【００２４】
（１）本発明に係る熱延鋼帯の巻取り装置は、熱延鋼帯をマンドレル方向に曲げるための上下一対のピンチロールと、前記マンドレルの周囲に配置された複数本のラッパーロールと、前記ピンチロールによってマンドレル方向に曲げられた熱延鋼帯の先端を前記ラッパーロールに向けて案内するスロートガイドを備えた熱延鋼帯の巻取り装置であって、
前記スロートガイドが水平方向となす角度をα、下ピンチロール表面とマンドレル表面との共通接線が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるように前記スロートガイドが配置されると共に、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚の２倍以下に調整可能に構成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記スロートガイドが前記熱延鋼帯に接触してガイドする回転ローラを備えていることを特徴とするものである。
【００２６】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを保持するように前記スロートガイドを固定する固定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
（４）本発明に係る熱延鋼帯の巻取り方法は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚１．５倍〜２倍に設定して前記熱延鋼帯の巻取りを行うことを特徴とするものである。
【００２８】
（５）また、上記（３）に記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
少なくとも熱延鋼帯の先端が前記スロートガイドの最も近くに設置された第１のラッパーロールとマンドレルとの間を通過し、前記第１のラッパーロールの隣に配置された第２のラッパーロールとマンドレルとの間を通過するまで、前記（３）に記載の固定手段によって前記スロートガイドの位置を固定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る熱延鋼帯の巻取り装置において、スロートガイドが水平方向となす角度をα、下ピンチロール表面とマンドレル表面との共通接線が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるように前記スロートガイドが配置されると共に、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚の２倍以下に調整可能に構成されているので、熱延鋼帯、板厚が厚く強度の高い材料からなる熱延鋼帯であってもその先端の巻き付き安定性を向上させるとともに、コイル内周の数巻きに発生するキンク不良のない熱延鋼帯の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態の熱延鋼帯の巻取り装置の説明図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態の熱延鋼帯の巻取り装置の動作説明図である。
【図４】従来の熱延鋼帯の巻取り装置の説明図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す図である。
【図６】従来の熱延鋼帯によってキンクが発生するメカニズムを説明するための図である（その１）。
【図７】従来の熱延鋼帯によってキンクが発生するメカニズムを説明するための図である（その２）。
【図８】キンクを有する熱延鋼帯をコイルにした状態の説明図である。
【図９】図８に示したコイルを巻きほどいた熱延鋼帯をパイプにスパイラル成形した際の問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本実施の形態に係る熱延鋼帯の巻取り装置１は、図１に記載するとおり、熱延鋼帯２を巻き取るマンドレル３と、マンドレル３の周囲に配置された４本のラッパーロール５（第１のラッパーロール５ａ〜第４のラッパーロール５ｄ）と、４本のラッパーロール５間にマンドレル３の外周を覆うように設けられた４数の通板ガイド７（第１の通板ガイド７ａ〜第４の通板ガイド７ｄ）と、熱延鋼帯２をマンドレル３方向に曲げるための上下一対のピンチロール９（上ピンチロール９ａ、下ピンチロール９ｂ）と、ピンチロール９によってマンドレル３方向に曲げられた熱延鋼帯２の先端をガイドするエプロン１１（上エプロン１１ａ、下エプロン１１ｂ）と、エプロン１１によってガイドされた熱延鋼帯２の先端を第１ラッパーロールに向けて案内するスロートガイド１３とを備えている。
以下、本発明の要部を成す構成を詳細に説明する。
【００３２】
＜スロートガイド＞
図２に記載するとおり、スロートガイド１３には、複数の回転ローラ１５が設置されており、熱延鋼帯２との摩擦を軽減するように構成されている。
下ピンチロール９ｂ表面とマンドレル３表面との共通接線１４（以下、単に「共通接線１４」という）が水平方向となす角度をθ、スロートガイド１３が水平方向となす角度をαとしたときに、スロートガイド１３は０≦（α−θ）≦５°を満たすように設置されている。
また、スロートガイド１３の下面（本実施の形態ではスロートガイド１３が複数の回転ローラ１５を備えているので、回転ローラ１５の下面）と共通接線１４とのギャップＧ（図２参照）を熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に調整可能に構成されている。
【００３３】
スロートガイド１３を上記のように配置した理由を以下に説明する。
〔ギャップＧを熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に調整可能にした理由〕
通常、熱延鋼帯２の最先端部の通板性を確保するため、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間のギャップは板厚の１．５倍程度に設定されている。このため、ギャップＧを板厚の１．５倍よりも広くしすぎると、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａに衝突して内向きに変形するのを防止できず、キンク発生防止の効果が得られない。また、ギャップＧを広くしすぎると、熱延鋼帯２のマンドレル３への巻き付き性が低下するという問題も生ずる。このような理由から、ギャップＧを熱延鋼帯２の板厚の２倍以下に設定したものである。
【００３４】
もっとも、ギャップＧを狭くしすぎると、熱延鋼帯２の進入時における先端の反り形状によっては熱延鋼帯２の最先端部がギャップ間に詰まってコイル詰まりが発生する。したがって、ギャップＧは板厚の１倍（板厚と同じ）以上にすべきであることは当然であるが、好ましくは、板厚の１．５倍つまり第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間のギャップと略同一に設定しておくことが好ましい。ギャップＧを板厚の１．５倍程度にすることで、マンドレル３の間のギャップと略同一となり、熱延鋼帯２の先端部が進入する際に第１のラッパーロール５ａに衝突するのを防止して、キンク発生の原因となった熱延鋼帯２のラッパーロール５ａとマンドレル３の間へ進入時の内向き変形の発生（図６（ａ））をより効果的に防止できる。
【００３５】
〔スロートガイドを共通接線と略平行にした理由〕
上記のように、ギャップＧを板厚の２倍以下に設定することを前提にして、スロートガイド１３を共通接線１４と略平行にすることで、スロートガイド１３は全体として共通接線１４と板厚の２倍程度しか離れないことにある。このため、仮に熱延鋼帯２の先端が第１の通板ガイド７ａとの摩擦によって座屈しそうになっても、スロートガイド１３によって保持され、座屈が阻止され、従来例において問題となった第２の折れ曲り変形（図７）の発生を防止できる。
【００３６】
以上を総括すると、スロートガイド１３を上記のように配置することにより、熱延鋼帯２の先端部を共通接線１４に平行かつ共通接線１４に近接した状態で進入させることができ、これによって熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａに衝突して内向きに変形するのを防止でき、かつピンチロール９と第１のラッパーロール５ａ間において熱延鋼帯２が座屈して大きく撓むのを防止することができ、これによりキンク発生を防止することができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、スロートガイド１３に複数の回転ローラ１５を設けているので、スロートガイド１３と熱延鋼帯２の強接触により鋼帯表面に擦過痕が発生することを防止することができる。
回転ローラ１５は必ずしも熱延鋼帯２の通板速度と同期して駆動させる必要はなく、回転抵抗の小さなベアリングを使用し、無駆動のアイドル回転するものでもよい。
もっとも、回転ローラ１５は必須ではなく、本発明は回転ローラ１５がない場合を排除するものではない。
【００３８】
なお、熱延鋼帯２の先端が第２のラッパーロール５ｂとマンドレル３との間を通過後には、マンドレルトルクによって巻取り状態が安定することから、当該状態になればスロートガイド１３の配置は上記の設定した状態でなくてもよい。逆に言えば、少なくとも熱延鋼帯２の先端が第２のラッパーロール５ｂとマンドレル３との間を通過するまでは、スロートガイド１３の配置を上記の状態に固定するのが望ましい。スロートガイド１３の位置を固定するための手段としては、例えばスロートガイド１３の上面側に油圧シリンダーを設けて、熱延鋼帯２による押圧に抵抗するようにすればよい。
【００３９】
なお、前述したように、３巻き目程度以降では巻取り挙動が安定することから、スロートガイド１３を上方に退避させてもよい。
【００４０】
＜エプロン＞
本実施の形態においては、上述したようにスロートガイド１３と共通接線１４とのギャップを小さくし、かつスロートガイド１３と共通接線１４を略平行にしたため、スロートガイド１３の上端部が共通接線１４に近い位置になっている。そのため、上エプロン１１ａが熱延鋼帯２をスロートガイド１３にガイドしやすくするため、上エプロン１１ａの下向きの傾斜を従来例（図４の２５ａ参照）よりも大きくしてその下端部をスロートガイド１３の上端部近傍に配置すると共に、上エプロン１１ａとスロートガイド１３との間に補助ロール１７を設けている。
【００４１】
なお、ラッパーロール５の本数や通板ガイド７の数は、上記の実施の形態で示したものに限定されなるものではなく、巻取り装置の仕様によってラッパーロール３本、通板ガイド３個やラッパーロール５本、通板ガイド５個のように適宜変更可能である。
【００４２】
上記のように構成された本実施の形態の熱延鋼帯２の巻取り装置１を用いた熱延鋼帯２の巻取り方法を図３に基づいて概説する。
熱延鋼帯２の先端はピンチロール９を通過後、エプロン１１とスロートガイド１３にガイディングされながら進行し、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間に進入する。本実施の形態では、スロートガイド１３が共通接線１４と略平行で、かつギャップＧが板厚の２倍以下に設定されているので、熱延鋼帯２の先端が第１のラッパーロール５ａに強く衝突して内向きに変形することがなく、それ故に、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際に、大きな外向きの変形が生ずることなく、熱延鋼帯２は、図３に示すように、ほぼマンドレル３に沿うようにして第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する。
【００４３】
このように、第１のラッパーロール５ａとマンドレル３の間を通過する際に、外向きの変形が生じないので、従来例のように第１の折曲り変形が生ずることがない。
また、前記外向きの変形が生じないため、熱延鋼帯２の先端が第１の通板ガイド７ａに強くこすりつけられることもなく、熱延鋼帯２が座屈することもない。仮に、熱延鋼帯２の先端が第１の通板ガイド７ａに当接して熱延鋼帯２が座屈しそうになっても、スロートガイド１３が接線に近接して配置されているので、熱延鋼帯２はスロートガイド１３に保持されて座屈やそれによる撓みが防止される。
【００４４】
熱延鋼帯２の先端は、第１の通板ガイド７ａにガイドされながらマンドレル３に巻回されながら進行して、第２のラッパーロールとマンドレル３との間に進入して、通過する。
熱延鋼帯２の先端が、第２のラッパーロールとマンドレル３と間を通過するまでは、スロートガイド１３の位置を固定するように、例えば油圧シリンダーからなる固定手段を駆動させる。
熱延鋼帯２の先端が、第２のラッパーロールとマンドレル３と間を通過すると、固定手段による固定を解除するようにしてもよい。
【００４５】
そして、再度、第１のラッパーロール５ａまで到達した際には外周側に熱延鋼帯２が重なり、同様な工程を行うことによって２巻き目、３巻き目と、熱延鋼帯２の全長が巻き取られるまで繰り返される。この際、３巻き目くらい以降では巻取り挙動が安定することから、通常はスロートガイド１３を上方に退避させてもよい。
【００４６】
本実施の形態によれば、従来、熱延鋼帯２の先端におけるキンクの発生を防止でき、キンクが発生しやすい高強度極厚鋼帯においてもキンクの発生を防止できる。これに加えて、熱延鋼帯先端の突っ掛け等によって発生していたコイル詰まりトラブルも大幅に減少し、熱延鋼帯２の安定した巻取りが可能となる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の効果を確認する実験を行ったので、これについて説明する。
実験の対象とした材料はＡＰＩ規格Ｘ８０グレードであり、厚み２５０ｍｍ、幅１８５０ｍｍ、長さ９ｍのスラブ（重量３３トン）を熱間圧延ラインの粗圧延工程、仕上圧延工程を経て厚み２５ｍｍに仕上げ、冷却テーブル上にて５２０℃まで冷却したのちに巻取り装置にて巻き取った。
【００４８】
巻取り装置は図１に示した形態のコイラー１と、図４に示した形態のコイラー２１を使用した。これらのコイラー１，２１において、ラッパーロール５ａ〜５ｄの直径はφ４４０ｍｍ、マンドレル３の外径はφ７５０ｍｍであり、巻取り後のコイル外径はφ１８５８ｍｍである。
最終仕上圧延機出側、すなわち冷却テーブル上での熱延鋼帯速度は１５０ｍｐｍであり、熱延鋼帯２の先端部は１５０ｍｐｍの速度にてコイラーに進入し巻き付きが開始される。この際、マンドレル３、ラッパーロール５の速度は、熱延鋼帯２の速度に対して所定のリード率にて巻取りが開始されるように、熱延鋼帯先端部が最終仕上圧延機を抜けたタイミングあたりから加速をはじめている。そして、巻き付き開始時のマンドレル３のリード率は１５％とし、ラッパーロール５のリード率は２５％に設定した。
そして、巻き付き開始後、マンドレル３とラッパーロール５の減速を開始し、５回転に設定した巻付き完了時点においてマンドレル３とラッパーロール５の速度が熱延鋼帯２の通板速度に同期するように１５０ｍｐｍまで減速した。
【００４９】
熱延鋼帯２の尾端部がコイラー手前２０ｍ程度の位置から減速を開始し、熱延鋼帯２の尾端部がコイル下側となる位置にて回転を停止した。そして、コイル下方で待機させていたクレードルロール２９（図８参照）を上昇させ、機外へと抜き出し、コイルヤードまで搬出した。
そして、放冷却にてコイルが常温まで冷却された後、アクリル板にて作成した厚み３ｍｍ、マンドレル３の外径と同じ直径φ７５０ｍｍの円盤をコイル内周部に当て、コイル最内周の折れ曲り部とアクリル円盤外周表面との最大距離を測定し、キンクの指標とした。以後、測定した最大距離を折れ曲り高さと呼ぶ。
【００５０】
本発明による効果を検証するため、図１に示したコイラー１においても、スロートガイド１３が水平方向となす角αを変更し、スロートガイド１３が水平方向となす角αと下ピンチロール９ｂの表面とマンドレル３の表面との共通接線１４が水平方向となす角度θとの角度差（α−θ）を変えることにした。また、ギャップＧを変更し、熱延鋼帯２の板厚Ｈとの比を変えることでこれにつての評価を行った。
さらに、仕上圧延後の先端形状の影響も調査するため、高速度ビデオカメラをコイラー脇に設置し、第１のラッパーロール５ａ入側での熱延鋼帯２の先端部形状を観察した。
【００５１】
表１に結果を示す。表１において、判定の○は折れ曲り高さが５ｍｍ以下、△は５〜１０ｍｍ、×は１０ｍｍ以上の場合を示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
コイラー１を使用し、かつ本発明によるスロートガイド１３の設置方法を用いたＮｏ．１〜６の条件では、いずれの先端形状においても折れ曲り高さが５ｍｍ以下となり良好であった。
これに対し、従来の巻取り装置であるコイラー２１を使用した場合、あるいはコイラー１を使用したものの本発明によるスロートガイドの設置方法とはしなかった場合には、折れ曲り高さが７ｍｍ〜２０ｍｍとばらつきが大きくなった。
【００５４】
表１に示した実験結果から、図１に示したコイラー１の形態で、かつスロートガイドの設置方法として本発明の構成を採用することで、キンク発生を効果的に防止できることが確認できた。
【符号の説明】
【００５５】
１ 熱延鋼帯の巻取り装置
２ 熱延鋼帯
３ マンドレル
５ ラッパーロール
５ａ 第１のラッパーロール
５ｂ 第２のラッパーロール
５ｃ 第３のラッパーロール
５ｄ 第４のラッパーロール
７ 通板ガイド
７ａ 第１の通板ガイド
７ｂ 第２の通板ガイド
７ｃ 第３の通板ガイド
７ｄ 第４の通板ガイド
９ ピンチロール
９ａ 上ピンチロール
９ｂ 下ピンチロール
１１ エプロン
１１ａ 上エプロン
１１ｂ 下エプロン
１３ スロートガイド
１４ 共通接線
１５ 回転ローラ
１７ 補助ロール
２１ 熱延鋼帯の巻取り装置（従来例）
２３ スロートガイド（従来例）
２５ エプロン（従来例）
２５ａ 上エプロン
２５ｂ 下エプロン
２７ コイル
２８ａ 第１の折れ曲り形状
２８ｂ 第２の折れ曲り形状
２９ クレードルロール
３１ スパイラル鋼管
３３ 熱延鋼帯のキンク部
３５ 継ぎ目部
３７ 段差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱延鋼帯をマンドレル方向に曲げるための上下一対のピンチロールと、前記マンドレルの周囲に配置された複数本のラッパーロールと、前記ピンチロールによってマンドレル方向に曲げられた熱延鋼帯の先端を前記ラッパーロールに向けて案内するスロートガイドを備えた熱延鋼帯の巻取り装置であって、
前記スロートガイドが水平方向となす角度をα、下ピンチロール表面とマンドレル表面との共通接線が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるように前記スロートガイドが配置されると共に、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚の２倍以下に調整可能に構成されていることを特徴とする熱延鋼帯の巻取り装置。
【請求項２】
前記スロートガイドが前記熱延鋼帯に接触してガイドする回転ローラを備えていることを特徴とする請求項１記載の熱延鋼帯の巻取り装置。
【請求項３】
前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを保持するように前記スロートガイドを固定する固定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の熱延鋼帯の巻取り装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚１．５倍〜２倍に設定して前記熱延鋼帯の巻取りを行うことを特徴とする熱延鋼帯の巻取り方法。
【請求項５】
請求項３に記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
少なくとも熱延鋼帯の先端が前記スロートガイドの最も近くに設置された第１のラッパーロールとマンドレルとの間を通過し、前記第１のラッパーロールの隣に配置された第２のラッパーロールとマンドレルとの間を通過するまで、前記請求項３に記載の固定手段によって前記スロートガイドの位置を固定することを特徴とする熱延鋼帯の巻取り方法。
【請求項１】
熱延鋼帯をマンドレル方向に曲げるための上下一対のピンチロールと、前記マンドレルの周囲に配置された複数本のラッパーロールと、前記ピンチロールによってマンドレル方向に曲げられた熱延鋼帯の先端を前記ラッパーロールに向けて案内するスロートガイドを備えた熱延鋼帯の巻取り装置であって、
前記スロートガイドが水平方向となす角度をα、下ピンチロール表面とマンドレル表面との共通接線が水平方向となす角度をθとしたときに、０≦（α−θ）≦５°になるように前記スロートガイドが配置されると共に、前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚の２倍以下に調整可能に構成されていることを特徴とする熱延鋼帯の巻取り装置。
【請求項２】
前記スロートガイドが前記熱延鋼帯に接触してガイドする回転ローラを備えていることを特徴とする請求項１記載の熱延鋼帯の巻取り装置。
【請求項３】
前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを保持するように前記スロートガイドを固定する固定手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の熱延鋼帯の巻取り装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
前記スロートガイドと前記共通接線とのギャップを熱延鋼帯の板厚１．５倍〜２倍に設定して前記熱延鋼帯の巻取りを行うことを特徴とする熱延鋼帯の巻取り方法。
【請求項５】
請求項３に記載の熱延鋼帯の巻取り装置を用いた熱延鋼帯の巻取り方法であって、
少なくとも熱延鋼帯の先端が前記スロートガイドの最も近くに設置された第１のラッパーロールとマンドレルとの間を通過し、前記第１のラッパーロールの隣に配置された第２のラッパーロールとマンドレルとの間を通過するまで、前記請求項３に記載の固定手段によって前記スロートガイドの位置を固定することを特徴とする熱延鋼帯の巻取り方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５０２８３（Ｐ２０１２−２５０２８３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７２２０（Ｐ２０１１−１２７２２０）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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