JP2000167613A

JP2000167613A - 板圧延機および板形状制御方法

Info

Publication number: JP2000167613A
Application number: JP10344359A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Shiraishi; 利幸白石; Shigeru Ogawa; 茂小川; Yoshikatsu Nohara; 由勝野原; Yutaka Sadano; 豊左田野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】圧延中にワークロールのサーマルクラウンの
影響を簡便かつ効率的に除去することができる板圧延機
および板形状制御方法を提供する。【解決手段】板圧延機１０は、上下少なくとも一方の
ロールアセンブリーがロール軸方向に３分割以上に分割
された分割バックアップロール３０、３１によってワー
クロール２０、２１を支持する機構であり、分割バック
アップロール３０、３１ならびに分割バックアップロー
ルごとに設けられた圧下装置、荷重検出装置、および圧
下位置検出装置からなる複数の分割バックアップロール
・ユニットが、インナーハウジング１２にそれぞれ独立
して取り付けられている。さらに、板圧延機１０は、ワ
ークロール３０、３１の軸方向の温度分布を検出する温
度検出装置５９と、ワークロール３０、３１の軸方向の
温度分布を制御するゾーンクーラント装置５０とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、個別に荷重検出
および圧下調整可能な分割バックアップロールを備えた
板圧延機および板形状制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、３分割以上に分割された分割バッ
クアップロールのそれぞれについて荷重分布を検出し
て、圧延材〜ワークロール間の荷重分布を推定し、推定
した荷重分布に基づいて板形状を制御する板圧延機が注
目されている（例えば、特開平６−２６２２１３号公報
参照）。この板圧延機では、原理的に圧延機出側で板形
状を検出してフィードバックする必要はなく、したがっ
て時間遅れなく直接的に板形状を制御することができ
る。この板圧延機によれば、良好な板形状、つまり板ク
ラウンおよび平坦度を得ることができる。以下、このよ
うな板圧延機を知能型板圧延機という。

【０００３】また、特開平６−２６２２２８号公報に
は、知能型板圧延機の圧延制御方法が示されている。第
ｉ分割バックアップロールに作用する荷重をｑ_i、その
位置に対応する圧延材〜ワークロール間荷重をｐ_iと
し、ワークロール軸心たわみの変形マトリクスを
Ｋ^W _ij、バックアップロール系の変形マトリクスをＫ^B
_ij、ロールクラウンの形式で表現したワークロールプロ
フィールをＣ^W _i、分割バックアップロールプロフィー
ルをＣ^B _i、上ワークロール軸心たわみをＹ^W _iとする
と、分割バックアップロールとワークロールの適合条件
より、式（１）が得られる。

【数１】式（１）でワークロールベンダーは圧延荷重分布ｑ_iに
影響を及ぼし、ワークロールベンダーがある場合には力
の釣り合いと、モーメントの釣り合いの条件を考慮する
必要がある。

【０００４】なお、この明細書の数式では、同添字の繰
り返しがある場合にはアインシュタインの総和規約を用
いて表現する。また、Ｋ^B _ijは第ｊ分割バックアップロ
ールに単位荷重が負荷された時の第ｉ分割バックアップ
ロールの変位を表す影響係数マトリクスであるが、ここ
では、ハウジングの変形およびワークロール〜分割バッ
クアップロールの接触による両ロールの偏平変形を含め
た変形マトリクスを表す。Ｋ^B _ij、Ｋ^W _ij、Ｙ^W _iはす
べてミルセンターからの相対位置のみを抽出する。

【０００５】一方、上ワークロールたわみは、変形マト
リクスＫ^W _ijおよび圧延材〜ワークロール間に作用する
圧延荷重分布ｐ_iを用いて、式（２）で表される。

【数２】式（１）、式（２）よりＹ^W _iを消去し、整理すると式
（３）が得られる。

【数３】上式の右辺で、［Ｋ^B＋Ｋ^W］^-1 _ijはＫ^B＋Ｋ^W _ijの逆
マトリクスである。

【０００６】ところで、圧延荷重ｐ_iは、一般に、入側
板厚Ｈ、出側板厚ｈ、変形抵抗ｋ、摩擦係数μ、平均入
側張力σ_b、平均出側張力σ_f、板形状を表現する伸び
ひずみ差Δεの関数であり、式（４）で与えられる。

【数４】ここで、ロールバイト中の変形抵抗ｋ、および摩擦係数
μは板幅方向にほとんど一定であり計算および実験によ
って求めることができる。入側板厚Ｈ、出側板厚ｈ、平
均入側張力σ_b、および平均出側張力σ_fは所望とする
圧延条件を入力することによって与えられる。したがっ
て、式（４）より目標とする伸びひずみ差Δεを代入す
れば、所望の形状が得られるための圧延荷重ｐ_iが求め
られる。

【０００７】この圧延荷重ｐ_iを式（３）に代入するこ
とによって、所望の形状が得られるための各分割バック
アップロールの荷重ｑ_iが求められる。従って、各分割
バックアップロールの荷重を前述の方法で求めたｑ_iと
一致するように各分割バックアップロールの圧下位置を
制御すればよい。

【０００８】ただし、この調整方法では、第ｉ番目の分
割バックアップロールの変位を変えると、上ワークロー
ルに作用する力が変化するため、基本的にはすべての分
割バックアップロールの荷重が変化する。したがって、
分割バックアップロールの荷重分布を所望の荷重分布と
一致させることはかなり困難である。このため、オペレ
ータは高い熟練度が要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記板形状制御方法で
は、ワークロールのプロフィールが板形状推定精度に影
響する。ワークロールのプロフィールは、ロールの摩耗
およびサーマルクラウンによって変化するので、ロール
プロフィールを推定または実測する必要がある。ロール
プロフィールを推定する方法として、特開平６−２６２
２２６号公報で開示された方法がある。この方法では、
キスロール締込み法によりロールプロフィールを推定す
る。また、ロールプロフィールを実測する方法として、
特開平６−２６２２１５号公報で開示された方法があ
る。この方法では、分割バックアップロール以外のロー
ルにプロフィールメーターを装備し、ロールプロフィー
ルを実測する。

【００１０】上記キスロール締込み法では、板をいった
ん圧延機から外す必要があり、連続ミルでは実施困難で
ある。また、ロールプロフィールメーターは非常に有効
であるが、圧延時には小径ワークロールの水平たわみが
大きいので高度な測定技術が要求される。特に、知能型
板圧延機のワークロールは通常の圧延機のものより小径
なので、水平たわみが生じやすく、胴長／ロール径の値
が大きので、板と接触するワークロール部分に不均一な
サーマルクラウンが発生しやすく、この結果サーマルク
ラウンによる局部的な形状不良が発生しやすい。また、
ロールの摩耗によるワークロールプロフィール変化はサ
ーマルクラウンによるワークロールプロフィール変化よ
りもはるかに時間的に遅いのでサーマルクラウンをいか
に早く制御するかが大きな問題となっている。

【００１１】この発明は、圧延中にワークロールのサー
マルクラウンの影響を簡便かつ効率的に除去することが
できる板圧延機および高精度な板形状制御方法を提供す
ることを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の板圧延機は、
上下少なくとも一方のロールアセンブリーがロール軸方
向に３分割以上に分割された分割バックアップロールに
よってワークロールを支持する機構であり、前記分割バ
ックアップロールならびに分割バックアップロールごと
に設けられた圧下装置、荷重検出装置、および圧下位置
検出装置からなる複数の分割バックアップロール・ユニ
ットが、インナーハウジングにそれぞれ独立して取り付
けられている。さらに、板圧延機はワークロールの軸方
向の温度分布を検出する温度検出装置と、ワークロール
の軸方向の温度分布を制御するゾーンクーラント装置と
を備えている。

【００１３】この発明の板形状制御方法は、上記板圧延
機において、圧延時に検出した前記分割バックアップロ
ールの圧下荷重および圧下位置に基づいて圧延時の板形
状を推定し、推定結果に基づいて目標板形状となるよう
に板形状制御を行うとともに、圧延時にワークロールの
軸方向の温度分布を検出し、検出した温度分布に基づい
てゾーンクーラント装置によりワークロールの軸方向の
温度分布を制御する。

【００１４】この発明では、圧延時にワークロールのプ
ロフィールを検出するのではなく、ワークロールの温度
分布を検出し、サーマルクラウンの影響を除去して板形
状を制御する。ワークロールの温度分布は検出が簡単で
あり、検出精度は圧延時のワークロールのプロフィール
の検出精度より信頼性が高いので、板形状を簡単かつ高
精度で制御することができる。

【００１５】上記板形状制御方法において、非圧延時に
分割バックアップロールに接するワークロールの軸方向
に沿うロールプロフィールを測定し、圧延時に検出した
前記分割バックアップロールの圧下荷重および圧下位置
ならびに測定した前記ロールプロフィールに基づいて圧
延時の板形状を推定し、推定結果に基づいて目標板形状
となるように板形状制御を行うとともに、前記ゾーンク
ーラント装置によりワークロールの軸方向の温度分布を
制御するようにしてもよい。ワークロールの摩耗量を考
慮して温度分布を制御するので、板形状を一層高い精度
で制御することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の知能型板圧延
機の概略を示している。図２は、図１に示す知能型板圧
延機の主要部を模式的に示している。知能型板圧延機１
０は、ミルハウジング１１内に上下のインナーハウジン
グ１２、１３が昇降可能に支持されている。上下のワー
クロール２０、２１は、ワークロールチョック１５を介
して上下のインナールハウジング１２、１３にそれぞれ
支持されている。

【００１７】３組の入側分割バックアップロール・ユニ
ット２７および４組の出側分割バックアップロール・ユ
ニット２８がそれぞれ、板幅方向（図２で左右方向）に
一列となって、上インナーハウジング１２に独立して取
り付けられている。入出側分割バックアップロール・ユ
ニット２７、２８はそれぞれ、分割バックアップロール
３３、３４、圧下装置３６、荷重検出装置３７および圧
下位置検出装置３８からなっている。上ワークロール２
０と、入出側分割バックアップロール列３０、３１と
は、逆ピラミッド型に配置されている。また、入側分割
バックアップロール３３と出側分割バックアップロール
３４は、図２に示すように板幅方向に交互に配置されて
いる。圧下装置３６は、荷重検出装置３７を介し各分割
バックアップロール３３、３４にそれぞれ独立して圧下
力を加える。圧下装置３６は、例えば油圧シリンダーが
用いられる。荷重検出装置３７は、各分割バックアップ
ロール３３、３４に加わる圧下荷重を独立に検出する。
荷重検出装置３７として、例えばロードセルが用いられ
る。また、油圧シリンダーの圧力を検出して、圧下荷重
を求めてもよい。圧下位置検出装置３８は、分割バック
アップロール３３、３４の基準位置（例えば無負荷時の
ロール位置）からの変位を検出する。例えば、容量形変
位センサー、誘導形変位センサーなどで、圧下装置３６
のピストン位置を検出する。

【００１８】下インナーハウジング１３には、一体型、
つまり非分割型の下バックアップロール４０が支持され
ている。上インナーハウジング１２はパスライン調整装
置１７により昇降され、圧延材Ｓのパス位置が調整され
る。下インナーハウジング１３は、圧下装置１８により
圧下力が加えられる。

【００１９】ゾーンクーラント装置５０は、図１および
３に示すようにこの例では圧延機出側から上下のワーク
ロール２０、２１にそれぞれ向かうようにして配置され
た多数のノズル５７を備えている。ヘッダー５４と各ノ
ズル５７との間に流量調節弁５６が設けられている。ク
ーラントが、給水ポンプ５２によりタンク５１からヘッ
ダー５４に供給される。流量調節弁５６は、コンピュー
ター６０により制御される。放射温度計５９が、この例
では圧延機出側から上下のワークロール２０、２１にそ
れぞれ向かうようにして配置されている。放射温度計５
９は、ワークロール２０、２１をロール軸方向に走査し
てワークロール２０、２１の軸方向温度分布を検出す
る。温度分布の検出値は、コンピューター６０に入力さ
れる。

【００２０】上記のように構成された知能型板圧延機１
０において、板圧延時に分割バックアップロール３３、
３４ごとに荷重および圧下位置を検出するとともに、ワ
ークロール２０、２１の軸方向温度分布を検出する。検
出した荷重および圧下位置に基づいて板圧延時の板形状
をモデル式により推定する。推定結果に基づいて目標板
形状となるように分割バックアップロール３３、３４の
圧下位置を制御する。また、検出した温度分布に基づ
き、各ノズルからのクーラント噴射量を制御し、ワーク
ロール２０、２１のプロフィールを板と接触するワーク
ロール部分に不均一なサーマルクラウンが発生しないよ
うに制御する。クーラント噴射量制御は、周知の方法
（例えば、特開平１−２１０１１０号公報、特開平２−
１９７３０９号公報）を用いる。なお、ここでは、ゾー
ンコントロール装置および放射温度計の位置を圧延機出
側として説明したが、この配置に限定されるものではな
い。

【００２１】ワークロールは長期の使用により摩耗が激
しくなり、初期ロールプロフィールからのずれが大きく
なる。摩耗は徐々に進行するので、圧延中にロールプロ
フィールを逐次測定し、修正する必要はない。５００〜
１０００トン程度圧延するごとに、定期的に圧延を中断
し、少なくとも分割バックアップロールと接するワーク
ロールロールプロフィールを測定し、式（３）中のＣ^W
_jを修正する。このとき、ワークロールの水平方向のた
わみの影響をなくすためロールギャップを開いて、ロー
ルプロフィールを測定する。場合によっては、ロールグ
ラインダー装置を設置し、それを用いて研磨を行い、初
期ロールプロフィールに修正してもよいし、ワークロー
ルを交換してもよい。ロールプロフィールの測定には、
例えばレーザー距離計を用いる。

【００２２】なお、上記実施の形態では、上バックアッ
プロールは２組であったが、これを３組としてもよい。
下バックアップロールは非分割バックアップロールであ
ったが、これを分割バックアップロールとしてもよい。

【００２３】目標形状を得るためには各分割バックアッ
プロールの荷重分布を制御するわけであるが、具体的に
は各分割バックアップロールの圧下位置を制御すること
になる。

【００２４】そこで、目標形状を得るための各分割バッ
クアップロールの圧下位置を求める方法について述べ
る。上ワークロールと各分割バックアップロールとの間
には、それぞれのロール中心を結ぶ方向にｑ_i′の力が
作用しており、ｙ軸方向（鉛直方向）には分力ｑ_iの力
が作用している。さらに、上ワークロールと圧延材との
間には荷重ｐ_iが作用している。ｑ_iとｑ_i′の関係
は、例えば７分割の場合、式（５）で与えられる。
ｑ_i′は、各分割バックアップロールに設けられている
荷重検出装置によって直接検出される。なお、角度
θ_d、θ_eは上ワークロールと各分割バックアップロー
ルとのそれぞれのロール中心を結ぶ方向線と水平方向と
の線の成す角度で、反時計回りに測定した角度である
（図４参照）。これら角度θ_d、θ_eは、幾何学的に求
まる。

【数５】また、ｙ軸方向の力の釣合いから式（６）が得られる。

【数６】式（３）に各分割バックアップロールの変位の垂直方向
の変位（圧下位置）ｕ _iをも考慮すると式（７）が得ら
れる。

【数７】式（７）において、各分割バックアップロールの垂直方
向の変位ｕ_i以外は既知数である。したがって、式
（７）をｕ_iについて解くと、次の式（８）が得られ
る。

【数８】

【００２５】つぎに、目標板形状を得るための各分割バ
ックアップロールの圧下位置を求める方法について述べ
る。まず、圧延中の各分割バックアップロールの荷重分
布ｑ_io′、変位（圧下位置）ｕ_oを検出する。式（５）
を用いることによって、ｑ_io′からｑ_ioは容易に求ま
る。圧延中の圧延材〜ワークロール間に作用する圧延荷
重分布ｐ_ioは、式（８）をｐ_iについて解いた式（９）
から求めることができる。

【数９】上式の右辺で、［Ｋ^W］^-1 _ijはＫ^W _ijの逆マトリクスで
ある。

【００２６】つぎに、式（４）に目標とする伸びひずみ
差Δε_iaimを代入すれば、目標板形状が得られるための
圧延荷重ｐ_iaimが求められる。式（７）に上述の圧延荷
重ｐ_iaimと各分割バックアップロールの変位ｕ_iaimを入
力または各分割バックアップロールの変位ｕ_iaimとロー
ルプロフィール測定から求まるワークロールクラウンＣ
^W _iを入力することにより、目標板形状が得られる各分
割バックアップロールの荷重分布ｑ_iaimが求められる。
しかし、ｕ_iaimの値は一義的には求まらない。

【００２７】そこで、垂直方向と水平方向の力とモーメ
ントの釣合いを考慮する。圧延機の幅方向のロール中心
からワークサイド方向にｚ軸を取り、各分割バックアッ
プロールの座標をｚ_iと定義する。垂直方向の力の釣合
いから式（１０）が得られる。

【数１０】水平方向の力は、各分割バックアップロールの中心と結
ぶ線がｘ軸となす角度をθ_i（ｉはｄまたはｅ）で表す
と、ｑ_iaim／tan θ_iとなるので、力の釣合いから式
（１１）が得られる。

【数１１】垂直方向のモーメントの釣合いから、ベンダーの支点間
距離をａ_xとすると式（１２）が得られる。

【数１２】水平方向のモーメントの釣合いから式（１３）が得られ
る。

【数１３】

【００２８】ところで、圧延荷重は平均張力や平均圧下
率が同じであるから、式（１４）が得られる。

【数１４】さらに、ｕ_iaimの動きを規定する条件を定める。例え
ば、ｕ_3aimはｕ_4aimとｕ _2aimの平均値を用い、ｕ_5aimは
ｕ_4aimとｕ_6aimの平均値を用いるものと規定すると、式
（１５）、式（１６）が得られる。

【数１５】

【数１６】式（１０）から式（１６）より、新たに７つの方程式が
得られた。したがって、これらの式と式（７）から得ら
れる次の式（１７）を用いて連立方程式を解くことによ
って、ｕ_iaimとｑ_iaimが得られる。

【数１７】

【００２９】以上のことから、現状の分割バックアップ
ロールの荷重分布ｑ_ioを所望の荷重分布に制御するため
の、各分割バックアップロールの垂直方向の変位の修正
量Δｕ_iは次式から求めることができる。

【数１８】

【００３０】

【実施例】図１に示す知能型板圧延機で板形状制御の試
験を行った。圧延機の仕様および圧延条件を表１に示
す。

【表１】

【００３１】図５は、知能型板圧延機で板形状を推定し
て制御した場合の、圧延コイル１本目の板形状の経時変
化を示している。板形状は、圧延機出側のデフレクター
ロールに取り付けた接触式形状検出器で検出した。圧延
開始直後は板形状が目標形状になるように自動制御され
ているが、その後、徐々に板形状が目標形状からクォー
ター伸び変化してくる。図５に示しているように、時間
の経過とともに、板端部の急峻度が徐々に低下し、クォ
ーター部の急峻度が徐々に上昇している。このことは、
ワークロールのサーマルクラウンの成長により板と接触
するワークロール部分に不均一なサーマルクラウンが発
生し、クォーター部のサーマルクラウンが特に成長した
ためである。サーマルクラウンが板と接触する部分で、
均一に成長する場合には、板形状は若干中伸び気味にな
るが、このような板形状変化は分割バックアップロール
の荷重分布検出結果から容易に推定制御できるので、問
題とはならない。したがって、ワークロールのサーマル
クラウンの成長により、板と接触するワークロール部分
の不均一なサーマルクラウンを制御することが重要であ
ることが明らかとなった。

【００３２】図６は、ゾーンクーラント制御を行うこの
発明の場合を示している。放射温度計でワークロールロ
ールの軸方向温度分布を検出し、各ゾーンの温度に比例
してゾーンごとにクーラント噴射量を制御した。クーラ
ント噴射範囲をロール軸方向に沿って４０分割し、制御
単位ゾーン（ゾーン幅：５０mm）とした。ゾーンクーラ
ント制御により、サーマルクラウンの板と接触する部分
における不均一さが解消された。この結果、板端部およ
びクォーター部の急峻度は時間の経過によってもほとん
ど変化しておらず、良好なロールプロフィールが維持さ
れた。

【００３３】

【発明の効果】この発明では、ワークロールの温度分布
を検出し、サーマルクラウンの影響を除去して板形状を
制御する。温度分布は検出が簡単であり、圧延時の検出
精度はプロフィールの検出精度より高いので、板形状を
簡単かつ高精度で制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の板圧延機の概略側面図である。

【図２】図１に示す圧延機の主要部を模式的に示す正面
図である。

【図３】ゾーンクーラント装置を模式的に示す平面図で
ある。

【図４】上ワークロールに作用する荷重を模式的に示す
図である。

【図５】従来の板形状制御方法による板形状の経時変化
を示すグラフである。

【図６】この発明の板形状制御方法による板形状の経時
変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０知能型板圧延機１１ミルハウジング１２、１３インナーハウジング２０、２１ワーク２７、２８バックアップロールユニット３０、３１上バックアップロール３３、３４分割バックアップロール３６油圧シリンダー３７荷重検出装置３８ロール位置検出装置４０下（非分割）バックアップロール５０ゾーンクーラント装置５６流量調節弁５７ノズル５９放射温度計６０コンピューターＳ圧延材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２１Ｂ 38/02 Ｂ２１Ｂ 37/00 １１６Ｍ 37/28 １１７Ｚ (72)発明者野原由勝愛知県東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者左田野豊千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 4E024 AA01 CC01 CC02 DD01 DD04 DD18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下少なくとも一方のロールアセンブリ
ーがロール軸方向に３分割以上に分割された分割バック
アップロールによってワークロールを支持する機構であ
り、前記分割バックアップロールならびに分割バックア
ップロールごとに設けられた圧下装置、荷重検出装置、
および圧下位置検出装置からなる複数の分割バックアッ
プロール・ユニットが、インナーハウジングにそれぞれ
独立して取り付けられた板圧延機において、ワークロー
ルの軸方向の温度分布を検出する温度検出装置と、ワー
クロールの軸方向の温度分布を制御するゾーンクーラン
ト装置とを備えていることを特徴とする板圧延機。
【請求項２】請求項１記載の板圧延機において、圧延
時に検出した前記分割バックアップロールの圧下荷重お
よび圧下位置に基づいて圧延時の板形状を推定し、推定
結果に基づいて目標板形状となるように板形状制御を行
うとともに、圧延時にワークロールの軸方向の温度分布
を検出し、検出した温度分布に基づいてゾーンクーラン
ト装置によりワークロールの軸方向の温度分布を制御す
ることを特徴とする板形状制御方法。
【請求項３】非圧延時に分割バックアップロールに接
するワークロールの軸方向に沿うロールプロフィールを
測定し、圧延時に検出した前記分割バックアップロール
の圧下荷重および圧下位置ならびに測定した前記ロール
プロフィールに基づいて圧延時の板形状を推定し、推定
結果に基づいて目標板形状となるように板形状制御を行
うとともに、前記ゾーンクーラント装置によりワークロ
ールの軸方向の温度分布を制御することを特徴とする請
求項２記載の板形状制御方法。