JPH0692066B2 - 金属および金属合金材料を研磨する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、材料が高温の間、および容易には機械加工ま
たは加工処理のできないスケールおよび酸化物層が作成
される前に表面の欠陥および表面の不純物が除去および
／または露出されるようになす、金属および金属合金ビ
レット、材料または同様の、以下において一般的に材料
と称する被加工材の研磨方法に関する。

金属および金属合金材料は先ず研磨されて、表面の亀裂
または裂け目およびスラグ／含有物の存在の可能性を指
示させて、材料が局部的に加工され、圧延される前に満
足な状態になるようになされる。このように、材料また
はビレットは研磨されて、材料が鋳造される時に表面に
上昇するスラグおよび同様の不純物を含む表面層を除去
されるのである。冷たい材料が研磨される時は、材料が
冷却される時に形成される重酸化物含有層を必然的に被
覆される。従って、この層は前述のスラグ含有物ととも
に除去されなければならないのである。

公知の方法に従って例えば次に圧延機にて圧延される材
料を加工または機械加工する時には、粗い研磨ディスク
が屡使用され、材料は多数の幅の狭い互いに平行な溝に
沿った帯状のパターンで研磨され、その結果研磨能力が
低下される。さらに、この研磨方法は粗い波形の表面を
残し、材料はその温度が研磨ディスクが破裂しない程度
に低下するまでの研磨されることができないのである。
このような研磨方法を完了するのに要する比較的長い時
間のために、材料はさらに低い温度まで冷却される。従
って、この冷却期間の間に比較的厚い酸化物およびスケ
ール層が形成され、これが容易には機械加工できず、こ
れの研磨による除去は著しい困難を伴い、また大なるエ
ネルギーを要するのである。またこのような層を通して
研磨する時に、下層にある価値のある材料の過大な量の
除去を伴うのである。

さらに、使用される研磨工具が著しい磨耗を受け、これ
がさらに研磨ディスク、研磨ロールまたは同様の研磨工
具を使用する通常の方法の経済性を損なうのである。

本発明による技術の立脚点は、1987年７月９日に見出さ
れるが、この公開公報は２つの互いに対向する研磨ロー
ルによってスケールの除去を行なう方法を記載してい
る。この公開公報は、圧延された材料が冷却する際にこ
れに形成されるスケールおよび酸化物層を除去するのに
必要な大なる研磨圧力を与えることが困難なために、当
業者が貧弱な研磨結果しか与えない研磨ベルトによって
研磨を行なうことを考慮していることを示している。

従って、公知の方法は多数の欠点によって妨害を受ける
のである。これらの欠点は、金属または金属合金材料、
ビレットおよび同様の被加工材を、請求の範囲第１項の
特徴事項による研磨ベルトによって研磨する装置により
高温状態で研磨する方法に関係する本発明によって回避
されるのである。

本発明の望ましい方法がそれぞれの副請求の範囲に記載
されている。

本発明は従来技術より優れた若干の利点を与えるが、こ
れらの多くの利点が以下に説明される。

−表面の欠点および表面の不純物が除去および／または
露出されて、これらのものがエネルギーの少ない方法で
迅速に別々に研磨されることができる。

−硬質で除去の困難なスケールおよび／または酸化物層
が形成される前に材料が研磨されるから、著しいエネル
ギーの節約が行われる。

−酸化物および／またはスケールの形成が減少され、表
面層がさらに薄くなり、さらに容易に除去される。

−研磨ベルトは可撓性であって、材料に対して広い当接
面積を与えるから、ベルトに対面する材料の表面が材料
の表面の縁の部分とともに唯１回の同じ研磨工程で研磨
されることができる。

−材料の寸法に適合されるベルトの研磨幅が例えば10−
1400mm、望ましくは150−900mm（単一継ぎ目のベルト）
の範囲内で変化できる。

−研磨ベルトによる研磨が遥かに平滑で、遥かに微細な
材料の表面を得させ、これが欠陥の探査を容易にし、高
品質を得ることができる。

−研磨深さが減小されるために厚い酸化物層またはその
下方にある材料の大なる部分を研磨して除去する必要が
ないから、材料の損失が少なくなる。

−製造がさらに簡単になり、さらに迅速になる。

本発明を実施するに際して、材料は高温状態の間、望ま
しくは鋳造、連続鋳造、圧延または何等かの他の高温加
工に直接関連して無端研磨ベルトによって研磨され、そ
の際に必要な研磨圧力が流体圧状態に保たれる単一の接
触装置によって得られるようになされるのである。

従って、材料は変形に対する抵抗が少ない温度範囲内で
加工されるのである。加工に対する抵抗が温度の上昇と
ともに減少し、それぞれの加工単位量に消費されるエネ
ルギー量も減少することが知られている。このことは鋼
およびその他の金属または金属合金にも当嵌まり、また
形成される酸化物およびスラグ物質にも当嵌まるのであ
る。従って、研磨が高温で行われる場合にはエネルギー
の著しい節約が得られるのである。

通常の温度、すなわち200℃以下の温度で鋼材料を研磨
する時、効率は約3kg/kWhであるが、約800−1000℃の温
度では、効率は約８−10kg/kWhである。

従って、スケールおよび酸化物層が形成されないよう
な、金属または金属合金の温度がまだ充分に高い最低温
度によって下限が決定され、上限が研磨ベルトの組成に
よって決定され、すなわち材料から放射される熱によっ
てベルトが悪影響を受けないか、または破壊されないよ
うな最高温度によって決定される温度範囲内で高温の材
料を有効に研磨することができるのであって、その際に
ベルトの回転速度を考慮に入れることが必要である。

従って、鋼材料を加工または機械加工する時に、500−1
500℃、望ましくは700−1200℃、特に800−1100℃の温
度範囲が適用されることができるのである。

驚くべきことに、上述の温度範囲内にある材料を研磨す
るのに研磨ベルトが容易に使用できることが見出されて
いる。研磨ベルトは基層、すなわちポリエステルまたは
木綿の織物の基層および適当な結合剤によって基層に接
着される研磨粒子を含んでいる。現在入手可能のこれら
の研磨ベルトの内、使用されるのが望ましいものはジル
コン−コランダムまたはコランダムを含むものである
が、他の材料もまた使用できる。粒子寸法は12−100、
望ましくは20−60、特に24−50メッシュ（FEPAによる粒
子数）の範囲になければならない。最良のベルト磨耗強
度は従来24−30メッシュの粒子寸法にて得られていた。
ポリエステルの織物は木綿の織物よりも強いから、ポリ
エステルの織物が基層材料として望ましい。

ベルトの速度は10−50、望ましくは15−40、特に20−35
m/sの範囲にあって、ベルトが何等かの他の方法により
研磨される材料から放射される熱によって溶解または破
壊されるのを阻止するように充分に冷却されなければな
らない。ベルトの速度はまた所望の効率によって決定さ
れ、前述の利点が得られなくなるような温度まで材料が
冷却される程低くなってはならない。

さらに、満足な研磨効果が得られるために、研磨ベルト
は必要な研磨圧力を得られるような方法で加圧状態に保
たれるのである。このことは流体圧力をベルトに与え、
これによって研磨圧力が材料の輪郭形状に無関係に一定
に保持されることによって達成される。このことは、例
えばピストン−シリンダー装置、殻体またはベロー構造
のような圧縮空気装置または流体圧作動的またはばね装
置または重量による加圧によって得られることができ
る。

本発明は添付図面に示された多数の例示的な実施例を参
照して以下に詳細に説明されるが、これらの図面の内、 第１図は本発明による方法を実施するに適した研磨組立
体を含む材料の横方向研磨用装置の平面図であり、 第２図は第１図に示された装置の側面図であり、 第３図は、研磨組立体が第２図のIII−III線を通る断面
図で示されている第１図に示される装置の端面図であ
り、 第４図は本発明の研磨組立体によって材料の長手方向研
磨を行うための装置の平面図である。

これらの図面において同様の構成要素は同様の参照番号
により示されている。

従って、第１図は熱間加工設備、例えば圧延機から到着
する材料を研磨するための装置を概略的に示している。
本発明はこのような種々の異なる分野に適用できるが、
ここでは圧延機から到着する、材料ブランクが赤熱され
ることを意味する前記圧延機内の温度まで加熱された正
方形断面の形状の研磨を参照して説明される。

図示の装置は、研磨組立体１と、この研磨組立体が垂直
に運動できるように取付けられているフレーム構造２
と、キャリジ上に取付けられ、または固定的に配置さ
れ、また作業者の場所４を含む作動ユニット３とを含ん
でいる。第１図に示された実施例の場合には、装置は材
料５の長手方向軸線の方向に対して横方向に材料５を研
磨するように企図されているが、第４図は材料をその長
手方向軸線の方向に研磨するように企図されている。

研磨組立体１は駆動モーター６と、第１図にて破線で示
されて、ベルトケーシング８内を走行する無端研磨ベル
ト７とを含んでいる。

フレーム構造２は作動ユニット３上に連動可能に取付け
られていて、この図面でピストン−シリンダー装置10に
より矢印11によって示されるように動かされ得るフレー
ム部分を含んでいる。

作動ユニット３は以下にさらに詳細に説明されるように
研磨ベルトを監視するように企図された流体圧作動ユニ
ット12を含んでいる。この作動ユニット３はまた吸引作
用によって研磨塵埃を除去するための組立体と、この研
磨組立体を制御するための圧縮空気ユニットと、冷却空
気を研磨ベルトに供給するための任意の装置とを含んで
いるが、このユニットは図面には詳細には示されていな
い。

図示の実施例の場合には、作動ユニットはレール14上を
走行する車輪13（破線で示されている）を設けられたキ
ャリジ上に取付けられている。１つの望ましい実施例に
よれば、研磨組立体はローラーベッド上を圧延機または
同様の設備から前進させられる材料を研磨するために使
用されるが、キャリジおよびこれに支持されている材料
はキャリジ／材料が１段階だけ反対方向に動かされ得る
ように段階的に動かされるのである。この点に関して、
材料を先行する研磨面積の例えば20％だけ重複するよう
に材料を研磨するのが適当である。

第２図は、材料を交叉方向に研磨するのに適した第１図
に示される装置の側面図である。第２図は駆動モーター
６の研磨組立体上の配置を示しているが、ベルトの張力
を調節して無端研磨ベルト７との駆動接触を与え、ベル
ト交換を可能になすための補助ピストン−シリンダー装
置15を有している。

第３図は本発明の工程を実施するための実質的に重要な
構成要素を示す研磨組立体の断面図である。無端研磨ベ
ルト７は駆動モーター６の出力軸上に取付けられた駆動
ローラー16およびベルトガイド17および18の廻りを走行
する。ベルトガイドの少なくとも一方、17はベルトに対
して横方向に働く力に抵抗するように構成され、枢動可
能な車輪ホルダー20を有するローラー19を設けられてい
て、この枢動可能の車輪ホルダー20は唯１つだけが図示
されている流体圧作動ピストン−シリンダー装置21によ
って作動可能になされている。ベルトの張力は流体圧作
動ピストン−シリンダー装置15によって制御されるが、
この流体圧作動ピストン−シリンダー装置15はモーター
６を支持するプレート22に対して作用するようになって
いて、１つの縁部にこのプレートをフレーム部分に枢動
可能に連結するヒンジ装置23を有する。

無端研磨ベルト７はまた、図示の実施例では小さい直径
の接触ローラー24の形状を有する接触装置によって作動
される。この接触ローラー24は、研磨組立体内で水平運
動を行うようにスライド27上に取付けられたホルダー26
上のアーム25から枢動可能に懸架されている。このホル
ダー26は流体圧作動ピストン−シリンダー装置28によっ
て往復運動を行うように動かされて、接触ローラー24を
往復振動させるようになっている。またこの接触ローラ
ー24は空気圧作動ピストン−シリンダー装置29によって
作動されるが、この空気圧作動ピストン−シリンダー装
置29は研磨圧力を制御するための流体圧力を与えられて
いる。

研磨組立体はまたガイドローラー30,31を含み、これら
のローラーは水冷されるのが望ましく、研磨作動の間そ
れぞれ研磨組立体および材料５を案内するのに使用され
ることができる。ベルトケーシングは、吸引作用による
チップおよび塵埃を除去する目的のため、ベルトの上流
端に近接して配置される吸引オリフィス33を有する吸引
通路32を含んでいる。この通路は図示されないホースに
よって作動ユニットに設けられたファンに連結されてい
る。

フレーム構造９は勿論若干の変形状態に構成されること
ができ、図示の実施例の場合には第３図に矢印36によっ
て示されているように、ピストン−シリンダー装置35に
より研磨組立体がその上を動かされることができる柱34
を含んでいる。

第４図に示された装置および研磨組立体は正方形断面の
材料をその長手方向軸線の方向に研磨するようになされ
ているが、他の特徴においてはこの装置は第１図ないし
第３図に示された装置に対応している。

この装置は次のように作動する。駆動ローラー16を有す
る駆動モーター６が取付けられているプレート22に対し
て作用するピストン−シリンダー装置15によって研磨ベ
ルトは正しいベルト張力に調節される。ピストン−シリ
ンダー装置29によって所望の研磨圧力が接触ローラー24
に与えられ、接触ローラーはピストン−シリンダー装置
28によって往復運動をさせられる。この往復運動のスト
ロークは、ローラーが正方形断面の材料の縁部を超えて
走行され、これにより少なくとも半径の半分にわたって
研磨を行うようになされるのである。正方形断面の材料
の場合、完全な研磨作業は材料の運動方向に見た時に互
いに前後に配置される本発明による４つの研磨組立体を
使用することによって行われることができる。

前述のように、接触ローラー24は小さい直径を有し、可
能な限り迅速に往復運動するようになされていて、この
ことは、研磨ベルトが高速で回転される事実と組合され
て、材料が赤熱状態である事実にも拘わらずベルトが溶
解せず、または燃焼しないことを意味するのである。

図示の実施例の場合、唯１つの接触ローラーが使用され
ている。しかし、本発明の望ましい実施例によれば、２
つまたはそれ以上の接触ローラーが使用される。何故な
らばこのことが接触ローラーの間のピッチよりも僅かに
大きい値まで往復運動ストロークの長さを減小させるこ
とによって往復運動速度を増加させ得るからである。例
えば150mmまでの小さい寸法の材料の場合には、２つの
接触ローラーが適当に使用されるが、大きい寸法の材料
の場合には共通のボギーに取付けられる３つまたはそれ
以上の接触ローラーが使用されることができる。

１つの変形実施例によれば、接触ローラーが空気クッシ
ョンを介して研磨ベルトに作用する押圧プレートに置換
えられるのである。この空気クッションはベルトを能率
よく冷却するのに有効である。この押圧プレートをこれ
の反対両側に配置される接触ローラーと組合せることに
よって、研磨ベルトに対面する材料の表面およびこの表
面を境界する縁部の半径の少なくとも半分が有利な方法
で唯１回の同じ時間内に研磨されることができるのであ
る。押圧プレートが往復運動し、接触ローラーが材料の
角隅縁に対して静止状態に保持されるような配置もまた
考えられるが、この場合にはローラーが水冷されなけれ
ばならない。この場合、押圧プレートは交換可能になさ
れて、装置が寸法の異なる材料に適応するようになし得
る。

さらに、研磨組立体は遊星輪に取付けられて、組立体が
材料全体の廻りに回転され、これとともに正方形断面の
材料の４つの側面が総て同時に研磨され得るようになし
得る。

しかし、本発明は正方形断面の材料の研磨に制限される
ものではなく、丸い材料を研磨し、また所謂スラブ、す
なわち幅の広い材料を研磨するために使用できる。本発
明の装置が丸い材料を研磨するのに使用される時には、
２つの互いに対向する研磨組立体が使用され、それぞれ
の研磨組立体が材料のそれぞれ半分を研磨し、それぞれ
の研磨組立体が１つまたはそれ以上の往復運動する接触
ローラーを含むようになすのが望ましい。また４つの研
磨組立体が順次配置されて、丸い材料の場合、２つの互
いに対向する組立体が材料を研磨するために使用され、
これに反して残りの２つの組立体が遮断されるようにな
すことができる。能力を増大させるために、研磨組立体
が静止状態に配置され、材料がこれらの組立体を通され
て、それぞれの組立体が材料の表面のそれぞれの部分を
機械加工するようにされることができる。

本発明の１つの実施例によれば、材料が長手方向軸線に
対して横方向に研磨される時に、研磨ベルトに対面する
材料の表面が、この表面を境界する縁部の半径の少なく
とも半分とともに研磨されるように接触装置に対する流
体圧力の作用が利用されて、これにより材料の側面およ
び縁面が唯１回の同じ時間に、この装置の唯１つの同じ
部分によって機械加工されるのを可能になす。

本発明が鋼および鋼合金材料に加えて、さらに例えば銅
材料および鋳鉄製品、連続鋳造材料等に応用できること
が理解される。

本発明の方法を実施する装置は本発明の概念から逸脱し
ないで種々の方法で修正できる。例えば、研磨組立体は
90゜にわたって回転するように取付けられて、材料が長
手方向に対して横方向、または長手方向に研磨されるよ
うになし得る。任意に設けられる水冷材料ガイドローラ
ー30,31が材料に従って研磨組立体を案内するのに使用
され、必要に応じて材料を研磨ベルトに係合させるか、
または自由にその傍を通過させるようになし得る。

従って、本発明は容易には加工除去できない酸化物層お
よび／またはスケールを、これらのものが容易に加工で
きるような時間の間に研磨除去することによって、これ
らの容易には加工して除去できない酸化物層またはスケ
ールの発生を効果的に阻止できるのである。このことは
熱間加工工程から到着する材料が赤熱状態にある間、す
なわち700℃以上の温度にある時に研磨が行われること
を意味する。従って、鋼の場合に加工がキュリー点より
高い温度で行われるのである。

本発明の概念を応用して行われた試験について簡単な考
慮が以下に与えられる。

本発明によって、圧延直後の高温の正方形断面の材料が
ローラーベッド上に載置されるようにして、試験研磨が
この材料に施された。ベルトの寸法は50×1500mmで、ベ
ルトの速度は約40m/sで、70デュロメーターの硬度を有
するゴムの鋸歯状の接触ローラーが使用された。研磨は
材料に沿ってこの材料の丸い縁部に対して横方向に行わ
れた。以下の結果が得られた。

1.研磨ベルト、スリプナクソス（Slipnaxos）X898第36
号（全体的にプラスティックのジルコン−コランダム木
綿の織物第36号）による研磨：ベルトは鉛を研磨する時
のように白色の火花を発して甚だ軽く研削を行った。そ
の結果甚だ粗い表面を得た。同じベルトが冷たい材料に
対しては殆ど研磨作用を有していなかった。ベルトはス
ケールに侵入するのが困難で、暗い赤色の火花を発生し
た。ブルエル・アンド・クジュール（Bruel ＆ Kjaer）
型式6120を使用した表面の測定は高温研磨表面に対して
Ra3−５μｍ、冷たい研磨表面に対して１−1.5μｍを与
えた。コランダム表面値は研磨性（grindability）に対
応し、粗い表面は容易に研磨される表面に対応する。

2.研磨ベルト、スリプナクソスX998第60号（全体的にプ
ラスティックのジルコン−コランダムポリエステルの織
物第60号による研磨：研磨は第36号と同様で、同様に白
色の火花であった。表面は遥かに微細であった。ベルト
は丸い縁部の研磨に耐え、ポリエステルの織物の溶解の
微候は見られなかった。

3.研磨ベルト、スリプナクソスX808第50号（全体的にプ
ラスティックのコランダム木綿の織物第50号による研
磨：このベルトは上述の２つのジルコン−コランダムベ
ルトよりも遥かに貧弱な研磨結果しか与えないで、黄色
の火花を発生した。表面は上述の２つの試験にて得られ
た表面よりも遥かに微細であった。

これらの試験から得られた結論:1000℃の直ぐ下の温度
にも拘わらず、材料から発される熱によって生じる唯１
つの問題は作業者によって体験されたものであった。こ
の問題は適当なスクリーンを設けることによって軽減さ
れた。機械、研磨ベルトおよび接触ローラーは熱によっ
て影響を受けなかった。被加工材はこれらの温度で甚だ
容易に研磨されるので、ベルトの経済性は良好であっ
た。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼材料を鋳造、連続鋳造または圧延するよ
   うな、高温状態で、好適には前記材料の熱間加工に直接
   関連してこの鋼材料を研磨することによって表面の欠陥
   および不純物を除去および／または露出させる方法にお
   いて、前記研磨が無端研磨ベルトによって行われ、その
   際に必要な研磨圧力が、前記材料の表面に対して浮動的
   接触を保持する装置によって与えられ、そして前記研磨
   が700−1200℃の表面の鋼材温度で行われることを特徴
   とする表面の欠陥および不純物を除去および／または露
   出させる方法。
2. 【請求項２】ポリエステルの織物の支持体または木綿の
   支持体よりなる研磨ベルトおよび12−100メッシュの範
   囲の粒子寸法を有するジルコン−コランダム粒子または
   コランダム粒子の形態の研磨剤を使用することを特徴と
   する請求の範囲第１項記載の表面の欠陥および不純物を
   除去および／または露出させる方法。
3. 【請求項３】前記研磨ベルトを少なくとも10m/sの速度
   で動かすことを特徴とする請求の範囲第１項または第２
   項のいずれかの１項に記載の表面の欠陥および不純物を
   除去および／または露出させる方法。