JP2001030002A - 圧延機のロール温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クラスタータイプの圧延機による極薄・硬質
材を圧延する際に、良好な圧延歪みを得るワークロール
温度制御方法を提供する。 【解決手段】 ストリップガイド内のクーラントの供給
流路をワークロール軸方向にゾーン分割し、分割された
各ゾーンごとにクーラントの流量を任意に調整可能とす
るとともに、ストリップガイド７の先端部断面形状を、
ワークロールに対向する面をワークロール面に沿うよう
に円弧状の曲面とした略三角形状に形成し、ストリップ
ガイドの先端から噴射されてワークロール面に衝突する
までのクーラントの軌跡が、クーラントが衝突する点で
ワークロール面上に立てた法線よりも下側になるように
ストリップガイド先端部のクーラントの供給流路を設
け、圧延歪みに応じてストリップガイド内の各ゾーンご
とのクーラントの流量を調整することによって圧延中の
ワークロール軸方向の温度分布を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄板の冷間圧延に
おけるロール温度の制御技術分野に属し、詳しくは、圧
延材の歪みを制御するロール温度の制御技術分野に属す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】薄板の冷間圧延においては、圧延材の加
工発熱およびロールと圧延材との摩擦によって生じる摩
擦発熱のため、ロールの温度が上昇しロールが熱膨張す
る。ロールへの入熱が過大になると、ロール温度が上昇
して圧延材とロール間の焼き付きが発生し易くなるとと
もに、ロールの熱膨張量が大きくなることにより圧延材
（板）端部から若干内側の位置に、所謂クウォータ伸び
と呼ばれる歪みが発生する。このクウォータ伸びの発生
を防止するため、通常ロールの冷却と圧延材とロール間
の潤滑の目的のため、クーラントと呼ばれる冷却液をロ
ール表面に噴射している。

【０００３】ロールの熱膨張は、加工発熱や摩擦発熱お
よび複数パスの場合には、圧延により温度上昇した圧延
材からの入熱と、クーラントによる冷却のバランスとで
決まる。通常、クーラントはロールの熱膨張を抑制する
役割を果たすが、このクーラントによる冷却方法をロー
ル軸方向で積極的に変化させることにより、ロールの熱
膨張プロフィルを変化させ、これにより所望の圧延歪み
を得る、所謂クーラントのゾーンコントロールによる歪
み制御技術が実用化されている。この歪み制御技術につ
いては、服部重夫ら：塑性と加工、23-263(1982)、1238
および木川佳明ら：塑性と加工、27-304(1986-5)、587
に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このクーラントによる
歪み制御技術は、４段あるいは６段の圧延機に導入され
る例は多いが、ステンレス鋼や銅・銅合金等の硬質で薄
い材料を圧延する際に多く用いられるクラスタータイプ
の圧延機に導入されて効果を上げた例はない。

【０００５】これまで、この理由は次のように考えられ
てきた。すなわち、４段あるいは６段の圧延機のように
比較的径の大きいロールが上下方向に一列に並んでいる
タイプの圧延機では、クーラント８が吹き付けられるワ
ークロール１の露出部が広いため、図７に示すように、
ワークロール軸方向にノズル５を配置し、ノズルごとに
クーラントのON/OFF機構を設けることで、容易にワーク
ロール１に軸方向の温度分布をつけることが可能であ
る。図中９はクーラントの噴射パターンを示す。

【０００６】一方、クラスタータイプの圧延機の場合、
図８に示すように、圧延材４と接するワークロール１の
たわみを制御する中間ロール２やバックアップロール３
が複数層にわたってワークロール１の周りに配置されて
いることと、極薄板の圧延を可能とするためワークロー
ル径自体が極めて小さいことにより、クーラントが吹き
付けられる部分が極めて少ない。このため、ストリップ
ガイド７から噴射されたクーラントが圧延材４とワーク
ロール１の間に溜まって形成される油溜まり６によるロ
ール冷却の効果が支配的で、例えワークロール軸方向に
ノズルを配置してノズルごとにクーラントのON/OFF機構
を設けたとしても、これによりワークロール軸方向に温
度分布をつけることが困難である、と考えられていた。
このため、クラスタータイプの圧延機では、４段あるい
は６段の圧延機にはない歪み制御アクチュエータを設
け、高い歪み制御能力を実現している。図中９はクーラ
ントの噴射パターンを示す。

【０００７】しかし、近年のユーザーからのニーズは薄
肉化、硬質化の傾向にあり、極薄、硬質材については、
既存の歪み制御アクチュエータのみでは、良好な圧延歪
みを得ることが困難になってきた。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、クラスタータイプの圧延機にクーラン
トのゾーンコントロール技術を適用し、極薄・硬質材を
圧延する際にも良好な圧延歪みを得るワークロール温度
制御方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】その要旨は、圧延部への
クーラントの供給とロール疵の防止を兼ねたストリップ
ガイドを備えたクラスタータイプの圧延機において、ス
トリップガイド内のクーラントの供給流路をワークロー
ル軸方向にゾーン分割し、分割された各ゾーンごとにク
ーラントの流量を任意に調整可能とするとともに、前記
ストリップガイドの先端部断面形状を、ワークロールに
対向する面をワークロール面に沿うように円弧状の曲面
とした略三角形状に形成し、このストリップガイドの先
端から噴射されてワークロール面に衝突するまでのクー
ラントの軌跡が、クーラントが衝突する点でワークロー
ル面上に立てた法線よりも下側になるようにストリップ
ガイド先端部のクーラントの供給流路を設け、圧延歪み
に応じて前記ストリップガイド内の各ゾーンごとのクー
ラントの流量を調整することによって圧延中のワークロ
ール軸方向の温度分布を制御する圧延機のロール温度制
御方法である。

【００１０】上記ストリップガイド内の各ゾーンごとの
クーラントの供給流路を２系統とし、第１および第２系
統の噴射口はストリップガイド先端部の円弧状の曲面に
設け、第１の流路にはワークロールの冷却を目的とした
クーラントを供給し、第２の流路には潤滑を目的とした
クーラントを供給するとともに、潤滑を目的としたクー
ラントは圧延中、常時供給し、ワークロールの冷却を目
的としたクーラントは圧延歪みに応じて各ゾーンごとに
流量調整を行う上記の圧延機のロール温度制御方法であ
る。

【００１１】上記ストリップガイド内の各ゾーンごとの
クーラントの供給流路を３系統とし、第１および第２系
統の噴射口はストリップガイド先端部の円弧状の曲面に
設け、第３系統の噴射口はストリップガイドの底面に設
け、第１の流路にはワークロールの冷却を目的としたク
ーラントを供給し、第２の流路には潤滑を目的としたク
ーラントを供給し、第３の流路には圧延中の圧延材の冷
却を目的としたクーラントを供給するとともに、潤滑を
目的としたクーラントは圧延中、常時供給し、圧延材の
冷却を目的としたクーラントはリバース圧延時の出側に
おいて圧延材の温度上昇を避けたい場合に供給し、ワー
クロールの冷却を目的としたクーラントは圧延歪みに応
じて各ゾーンごとに流量調整を行う上記の圧延機のロー
ル温度制御方法である。

【００１２】上記ストリップガイド内の各ゾーンごとの
クーラントの供給流路を２系統としたロール温度制御方
法において、第１の流路にワークロールを冷却するクー
ラントと高圧の気体を選択的に供給する機構を設け、ワ
ークロールを冷却するゾーンにはクーラントを供給し、
ワークロールを冷却しないゾーンには高圧の気体を供給
し、噴射された高圧の気体で冷却しないゾーンのワーク
ロール表面への他のゾーンからのクーラントの流れ込み
を防止する上記の圧延機のロール温度制御方法である。

【００１３】上記ストリップガイド内の各ゾーンごとの
クーラントの供給流路を３系統としたロール温度制御方
法において、第１の流路にワークロールを冷却するクー
ラントと高圧の気体を選択的に供給する機構を設け、ワ
ークロールを冷却するゾーンにはクーラントを供給し、
ワークロールを冷却しないゾーンには高圧の気体を供給
し、噴射された高圧の気体で冷却しないゾーンのワーク
ロール表面への他のゾーンからのクーラントの流れ込み
を防止する上記の圧延機のロール温度制御方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図面により本発明の実施
の形態を説明する。図６に従来のストリップガイド７の
構造と、ストリップガイド先端から噴射されワークロー
ル１に衝突した後のクーラントの流れの様子を示す。従
来の方式では、ストリップガイド７の先端部分の形状
が、ワークロール１面に沿った形状でないため、例えば
板幅中央に相当する部分のゾーンからのみクーラントを
噴射したとしても、噴射後のクーラントの流れ10が全く
拘束されないので、噴射されたクーラントはワークロー
ル１と圧延材４との間に油溜まり６を形成し、局部冷却
の効果が得にくい。

【００１５】実施例１ これに対し、図１に示す実施例１（請求項１に対応）の
ロール温度制御方法では、ストリップガイド７の先端部
断面形状を、ワークロール１に対向する面をワークロー
ル面に沿うように円弧状の曲面とした略三角形状に形成
し、ストリップガイド先端を十分ワークロールと近接さ
せるように配置するとともに、ストリップガイド先端か
らのクーラントの噴射方向13（図中矢印で示す）が、ク
ーラントがワークロール１と衝突する点に立てたワーク
ロール表面の法線11の下になるよう流路12を設けてい
る。

【００１６】上記のように、ストリップガイド７の先端
部をワークロール１に近接させることにより、噴射され
たクーラントがワークロールとストリップガイドとの間
に入り込みにくくなり、図６に示すように、ワークロー
ル１と圧延材４との間に油溜まりの形成がなくなる。こ
のためには、ワークロールとストリップガイドとの間隔
は10mm以下が好ましい。さらにクーラントの噴射方向13
が、クーラントがワークロール１と衝突する点に立てた
ワークロール表面の法線11の下になるよう流路12を設け
ることにより、クーラントはワークロール表面に下方か
ら上方に向かって噴射することになり、図１に示すよう
に、ワークロールを冷却したクーラントはストリップガ
イド７の上を後方に流れ去るため、ワークロール１と圧
延材４との間で油溜まりを形成することはない。以降、
本発明でいう第１の流路12は、すべてクーラントの噴射
方向が、クーラントがワークロールと衝突する点に立て
たワークロール表面の法線11の下になるよう設けてい
る。

【００１７】このため、図２に示すように、噴射された
一部のクーラントは、ワークロール１とこれと接する中
間ロール２に挟まれた狭い空間に広がるが、ストリップ
ガイド先端がワークロールに近接されているために、ス
トリップガイド７とワークロール１との間には入り込み
にくく、また、噴射された一部のクーラントはワークロ
ールを冷却した後、ストリップガイド７の上を後方に流
れ去るため、図６に示す従来法のように油溜まり６が形
成されることがなく、ワークロールの局部冷却が可能と
なる。そして、圧延歪みに応じてストリップガイド内の
各ゾーンごとのクーラントの流量を調整することによっ
て圧延中のワークロール軸方向の温度分布を制御するこ
とができる。なお、図２(a) 、(b) とも圧延材を挟んで
上側のみを例示し、(b) はクーラントの噴射の例を一つ
のゾーンについて示したものである。

【００１８】実施例２ 実施例２（請求項２に対応）のロール温度制御方法は、
図３(a) に示すように、クーラントの供給流路を２系統
とし、第１の流路12には実施例１と同様にワークロール
の冷却を目的としたクーラントを、第２の流路14には潤
滑を目的としたクーラントを、独立して供給する。これ
によって、潤滑を目的としたクーラントを圧延中安定し
て、常時ロールバイトに供給しつつ、ワークロールの冷
却を目的としたクーラントは圧延歪みに応じて各ゾーン
ごとに流量調整を行うことによりワークロールの局部冷
却が可能となる。なお、図３(a) 、(b) とも圧延材を挟
んで上側のみを例示し、(b) は冷却用クーラントおよび
潤滑用クーラントの噴射の例を各一つのゾーンについて
示したものである。

【００１９】また、クラスタータイプの圧延機は、多く
がリバース式で右側から左側へ、あるいは左側から右側
へと圧延を繰り返すことにより圧延材の厚さ徐々に薄く
していく。この際、途中パスでは加工発熱により圧延材
の温度がかなり上昇する。従来法では、入側に形成され
る油溜まりと出側のストリップガイドから噴射されるク
ーラントが圧延材表面上に広がることにより、期せずし
て圧延材の冷却が行われていた。しかし、本発明の実施
例１、２では、たとえ出側のストリップガイドからもク
ーラントを噴射しても、そのほとんどは圧延材表面上に
は乗らないため、従来法に比べて極端に圧延材の温度が
上昇する。

【００２０】実施例３ このため本発明の実施例３（請求項３に対応）では、図
４に示すように、クーラントの供給流路を３系統とし、
第１の流路12には実施例２と同様にワークロールの冷却
を目的としたクーラントを供給し、第２の流路14には実
施例２と同様に潤滑を目的としたクーラントを供給し、
第３の流路17には圧延中の圧延材の冷却を目的としたク
ーラントを供給する。第３の流路17は、図４に示すよう
に、ストリップガイドの底面に噴射口を設け、圧延材の
冷却を目的としたクーラントを圧延材表面上に噴射す
る。これによって、潤滑を目的としたクーラントは圧延
中、常時ロールバイトに供給することができ、ワークロ
ールの冷却を目的としたクーラントは圧延歪みに応じて
各ゾーンごとに流量調整を行うことによりワークロール
の局部冷却が可能となり、さらに、途中パスで圧延材の
温度上昇を避けたい場合には、出側の第３の流路17に圧
延材冷却用のクーラントを供給する。噴射後の圧延材冷
却用のクーラントの流れ18は、図４に示すように、圧延
材表面上を流れ圧延材の温度を下げることができる。

【００２１】実施例４ 本発明の実施例４（請求項４に対応）では、図５に示す
ように、ロール冷却用のクーラント供給路である第１の
流路12にワークロールを冷却するクーラントと高圧の気
体を選択的に供給する機構を設け、ワークロールを冷却
するゾーンにはクーラントを供給し、ワークロールを冷
却しないゾーンには高圧の気体を供給する。そして、局
部冷却の効果を上げたい場合に、ロール冷却用のクーラ
ントを当該ゾーンからのみ噴射し、他のゾーンからはク
ーラントの代わりに高圧の気体を噴射する。これによ
り、クーラントを供給しなかったゾーンに対向するロー
ル表面は、噴射された高圧の気体によって、完全にクー
ラントとの流れ込みが防止され局部冷却の効果を上げる
ことが可能となる。図５(b) は中央のゾーンからワーク
ロール冷却用のクーラントを噴射し、その両側のゾーン
から高圧の気体を噴射する例を示したもので、クーラン
トを供給しなかったゾーンに対向するロール表面は、噴
射された高圧の気体によって、完全にクーラントとの接
触が遮断され、局部冷却の効果が上がる。このような局
部冷却の効果は、実施例は挙げていないが、請求項５の
発明においても同様に達成することができる。なお、高
圧の気体には、圧縮空気、窒素、アルゴンなど種々のも
のが使用可能であり、また、圧力はクーラントの動圧と
同程度以上が好ましい。

【００２２】ワークロール軸方向の温度制御は、形状検
出装置、例えば、非接触電磁相関方式で圧延歪みを測定
し、形状検出装置から得られた形状実績値と形状目標値
とから偏差を算出し、この偏差に応じて制御すべきワー
クロール軸方向の位置を決し、これに基づいて圧延歪み
に対応するストリップガイド内の各ゾーンごとにクーラ
ントの流量を調整して圧延中のワークロール表面に噴射
することによって行う。これによって、極薄・硬質材を
圧延する際にも良好な圧延歪みを得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、圧延歪みに応じてワークロール軸方向
の温度分布の制御が可能であるため、クラスタータイプ
の圧延機による極薄・硬質材圧延に際しても良好な圧延
歪みを得ることができる。また、ストリップガイド内に
３系統のクーラントの供給流路を設けているため、圧延
中のワークロール軸方向の温度分布制御は勿論のこと、
潤滑を目的としたクーラントを圧延中安定して、常時ロ
ールバイトに供給し、さらに圧延材の冷却を目的とした
クーラントを圧延材表面上に供給することができる。こ
れによって、クラスタータイプの圧延機による極薄・硬
質材の圧延が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明する図で、(a) はストリップガイ
ドとワークロールとの位置関係を、(b) はストリップガ
イド先端部の形状と、クーラントの噴射方向および噴射
後のクーラントの流れを示す図である。なお、(a) 、
(b) とも圧延材を挟んで上側のみを例示している。

【図２】実施例１の説明図で、(a) はストリップガイド
とワークロールとの位置関係を、(b) は噴射後のクーラ
ントの流れを示す図である。なお、(a) 、(b) とも圧延
材を挟んで上側のみを例示している。

【図３】実施例２の説明図で、(a) はストリップガイド
の２系統の流路を、(b) は噴射後のクーラントの流れを
示す図である。なお、(a) 、(b) とも圧延材を挟んで上
側のみを例示している。

【図４】実施例３の説明図で、ストリップガイドの３系
統の流路と噴射後のクーラントの流れを示す図である。
なお、図は圧延材を挟んで上側のみを例示している。

【図５】実施例４の説明図で、(a) はストリップガイド
とワークロールとの位置関係を、(b) はクーラントおよ
び高圧の気体の噴射パターンと噴射後のクーラントの流
れを示す図である。なお、(a) 、(b) とも圧延材を挟ん
で上側のみを例示している。

【図６】従来のクラスタータイプの圧延機のワークロー
ルの冷却方法の概念図で、(a)はストリップガイドの構
造を、(b) はストリップガイド先端から噴射されワーク
ロールに衝突した後のクーラントの流れの様子を示す図
である。なお、(a) 、(b) とも圧延材を挟んで上側のみ
を例示している。

【図７】従来の４段圧延機のワークロールの冷却方法の
概念図で、(a) は圧延機の側面図で、(b) は圧延材を挟
んで上側のワークロールと圧延材を示して、クーラント
の噴射パターンと油溜まりの例を示した図である。

【図８】従来のクラスタータイプの圧延機のワークロー
ルの冷却方法の概念図で、(a)は圧延機の側面図で、(b)
は圧延材を挟んで上側のワークロールと圧延材を示し
て、クーラントの噴射パターンと油溜まりの例を示した
図である。

【符号の説明】

１…ワークロール、２…中間ロール、３…バックアップ
ロール、４…圧延材、５…ノズル、６…油溜まり、７…
ストリップガイド、８…クーラント、９…クーラントの
噴射パターン、10…噴射後のクーラントの流れ、11…法
線、12…流路、13…クーラントの噴射方向、14…流路、
15…噴射後の潤滑用クーラントの流れ、16…潤滑用クー
ラントの噴射パターン、17…流路、18…噴射後の圧延材
冷却用クーラントの流れ、19…高圧の気体の噴射パター
ン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 六ケ所 昭一 山口県下関市長府港町14番１号 株式会社 神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 田鹿 仁志 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 尾木 栄治 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延部へのクーラントの供給とロール疵
   の防止を兼ねたストリップガイドを備えたクラスタータ
   イプの圧延機において、ストリップガイド内のクーラン
   トの供給流路をワークロール軸方向にゾーン分割し、分
   割された各ゾーンごとにクーラントの流量を任意に調整
   可能とするとともに、前記ストリップガイドの先端部断
   面形状を、ワークロールに対向する面をワークロール面
   に沿うように円弧状の曲面とした略三角形状に形成し、
   このストリップガイドの先端から噴射されてワークロー
   ル面に衝突するまでのクーラントの軌跡が、クーラント
   が衝突する点でワークロール面上に立てた法線よりも下
   側になるようにストリップガイド先端部のクーラントの
   供給流路を設け、圧延歪みに応じて前記ストリップガイ
   ド内の各ゾーンごとのクーラントの流量を調整すること
   によって圧延中のワークロール軸方向の温度分布を制御
   することを特徴とする圧延機のロール温度制御方法。
2. 【請求項２】 上記ストリップガイド内の各ゾーンごと
   のクーラントの供給流路を２系統とし、第１および第２
   系統の噴射口はストリップガイド先端部の円弧状の曲面
   に設け、第１の流路にはワークロールの冷却を目的とし
   たクーラントを供給し、第２の流路には潤滑を目的とし
   たクーラントを供給するとともに、潤滑を目的としたク
   ーラントは圧延中、常時供給し、ワークロールの冷却を
   目的としたクーラントは圧延歪みに応じて各ゾーンごと
   に流量調整を行う請求項１に記載の圧延機のロール温度
   制御方法。
3. 【請求項３】 上記ストリップガイド内の各ゾーンごと
   のクーラントの供給流路を３系統とし、第１および第２
   系統の噴射口はストリップガイド先端部の円弧状の曲面
   に設け、第３系統の噴射口はストリップガイドの底面に
   設け、第１の流路にはワークロールの冷却を目的とした
   クーラントを供給し、第２の流路には潤滑を目的とした
   クーラントを供給し、第３の流路には圧延中の圧延材の
   冷却を目的としたクーラントを供給するとともに、潤滑
   を目的としたクーラントは圧延中、常時供給し、圧延材
   の冷却を目的としたクーラントはリバース圧延時の出側
   において圧延材の温度上昇を避けたい場合に供給し、ワ
   ークロールの冷却を目的としたクーラントは圧延歪みに
   応じて各ゾーンごとに流量調整を行う請求項１に記載の
   圧延機のロール温度制御方法。
4. 【請求項４】 上記ストリップガイド内の各ゾーンごと
   のクーラントの供給流路を２系統としたロール温度制御
   方法において、第１の流路にワークロールを冷却するク
   ーラントと高圧の気体を選択的に供給する機構を設け、
   ワークロールを冷却するゾーンにはクーラントを供給
   し、ワークロールを冷却しないゾーンには高圧の気体を
   供給し、噴射された高圧の気体で冷却しないゾーンのワ
   ークロール表面への他のゾーンからのクーラントの流れ
   込みを防止する請求項２に記載の圧延機のロール温度制
   御方法。
5. 【請求項５】 上記ストリップガイド内の各ゾーンご
   とのクーラントの供給流路を３系統としたロール温度制
   御方法において、第１の流路にワークロールを冷却する
   クーラントと高圧の気体を選択的に供給する機構を設
   け、ワークロールを冷却するゾーンにはクーラントを供
   給し、ワークロールを冷却しないゾーンには高圧の気体
   を供給し、噴射された高圧の気体で冷却しないゾーンの
   ワークロール表面への他のゾーンからのクーラントの流
   れ込みを防止する請求項３に記載の圧延機のロール温度
   制御方法。