JP2001509082A - ストリップ製品を等温圧延するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、金属ストリップ製品（１２）を等温絞り加工するための熱間可逆圧延機（１０）を提供する。前記圧延機（１０）は、圧延スタンド（１４）の両側に配置された一対のコイラ（１８）を備えた熱間可逆圧延スタンド（１４）を有する。少なくとも一つの加熱装置（２０）が、前記コイラ（１８）の一つと前記圧延スタンド（１４）との間に配置され、少なくとも一つのストリップ冷却装置（２２）が前記コイラ（１８）の一つと前記圧延スタンド（１４）との間に配置されている。ストリップ温度を示すストリップ・パラメータを検出するセンサ（２４）と、更に、検出されたパラメータに応じて前記加熱および冷却装置（２０，２２）を制御するためのコントローラ（２６）とが設けられている。本発明の前記圧延機（１０）は、前記熱間可逆圧延機（１０）で金属ストリップ製品（１２）を複数パス等温圧延するのに利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 ストリップ製品を等温圧延するための方法と装置 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、少なくとも一つの熱間可逆圧延スタンドを備えた加工ライン上にお いて、スラブ製品をストリップ又はプレート製品へと等温圧延するための方法と 装置とに関する。 ２．従来技術 長年、ストリップ形状が、熱間圧延が行われる温度を含む多数の要因に依存し ていることが認識されている。この温度依存は、所望の冶金特性を達成するため の熱間圧延に必要とされる最低温度のみならず、発生してその後、圧延状態を変 化させて形状の問題を起こす可能性のある先端−後端間温度差にも関係している 。これらの温度差は、時間の経過に伴って発生する温度減衰と、圧延中の製品に 沿った様々な位置における周囲環境に対する露出時間の差とによって、熱間可逆 圧延機によるストリップの圧延に本来的に存在するものである。コイルのそれぞ れの端部において温度低下があるのみならず、製品の最先端部と最後端部との位 置においては、これら先端部および後端部のそれぞれ前方又は後方側に蓄熱体が 存在しないが故により大きな温度減衰が起こる。更に、ストリップの中間部分に おいては摩擦力によって温度上昇が発生する傾向がある。これらの状態はすべて 、ストリップの幅によって変化する。 ストリップ形状に加えて、厚み許容誤差も、圧延曲げおよび自動ゲージ（寸法 ）制御等の技術によって一定に維持しなければならない。これらの技術は圧延状 態を変化させ、従って、実際には前記温度差の問題を更に悪化させる可能性があ る。 これまで、これらの形状の問題を解決すべく多数の圧延方法および装置が試さ れてきた。このような努力の多くは、所望程度以下であった場合にその形状を補 正す ることに向けられたものである。他の解決方法は、問題の原因に注目し、先ず先 端−後端間温度差を少なくすることを試みるものである。これらには、テーパ付 きスラブ、テーパ圧延、圧延機の上流側に配置されるコイルボックスおよびズー ム圧延が含まれ、ここでは、圧延速度を加速して、加工対象物の後端部の温度を 増加させる摩擦熱エネルギが作り出される。 本出願人およびその被譲渡人、Tippins Incorporatedは、先端−後端間温度差 およびその結果としての形状の問題を最小化させる種々のタイプの熱間可逆圧延 機およびコイラ炉を利用してきた。これらの努力の典型的なものとして、米国特 許第４，５５５，９２２号、４，５２２，０５０号、４，５０３，６９７号、４ ，４９１，００６号、４，４３３，５６６号および４，４３０，８７６号がある 。 上記技術の多くは、様々な程度の成功を収めたが、いまだ、この問題の根本、 即ち、スラブ製品を、既存の連続式、半連続式、および、タイプの異なる熱間可 逆圧延機を備えた種々の小型圧延システムにおいてストリップ厚へ圧延する時に 発生する温度変化の問題、の真相をきわめる方法および装置が求められている。 本発明の課題は、圧延スタンドに通すすべての所与のパスにおいて等温圧延温 度を達成することにある。ここで、等温圧延温度とは、それが、その形状に対す る作用が無視できる程度に可能な限り一定であることを意味する。 本発明の別の課題は、圧延対象ストリップを圧延機に噛み込ませる前に加熱又 は冷却することによってこれらの等温圧延温度を達成することにある。 本発明の更に別の課題は、前記等温圧延温度を達成するための制御ループを提 供するべく、温度又は圧延力等の温度依存関数をモニタすることにある。 発明の要旨 本発明の前記課題は、金属ストリップ製品を等温圧延する熱間圧延機を提供す ることによって達成される。前記圧延機は、その両側に一対のコイラを備えた少 なくとも一つの熱間可逆圧延スタンドを有する。前記コイラは、コイルされたス トリップを、前記熱間可逆圧延・Xタンドでのパスの間に於いて再加熱するコイ ラ炉として構成することができる。少なくとも一つのストリップ加熱装置が、前 記両コイラの 一方と前記圧延スタンドとの間に配置されるとともに、層流冷却スプレー等の少 なくとも一つの冷却装置が、前記両コイラの一方と前記圧延スタンドとの間に配 設されている。ストリップ温度を示すストリップ・パラメータを検出する装置が 、加工対象物の検出されたパラメータに応じて前記加熱装置と前記冷却装置を制 御する装置とともに設けられる。等温圧延状態は、検出されたストリップ温度に 基づいてストリップの一部を加熱又は冷却することによって達成される。 前記検出装置には、前記圧延スタンドの圧延負荷を検出する負荷センサを備え させてもよい。前記熱間圧延機のパス・ラインの下方にそれぞれストリップ加熱 装置を配置し、各冷却装置を、前記パス・ラインの上方に配置された冷却スプレ ーとして構成してもよい。前記ストリップ加熱装置は、ストリップの幅方向にま たがって配置された複数の高速エッジ加熱装置として構成することができる。 本発明の前記熱間圧延機において、前記両コイラ間に第２の可逆圧延スタンド を設けるとともに、これら複数の圧延スタンド間にストリップ加熱冷却装置を配 置させてもよい。 上記装置は、熱間圧延機で、金属ストリップを複数パス、等温圧延する本発明 による方法を提供するものである。本発明のこの方法は、製品を特定の熱間圧延 温度で圧延機を通過させる工程と、圧延中の前記製品の互いに離間した位置で温 度状態又は温度依存状態のいずれか一方を検出する工程と、前記検出された状態 間における特定の差に応じて前記製品の一部を加熱又は冷却することによって、 前記熱間圧延温度に於ける前記等温圧延状態を達成する工程、とを有する。本発 明のこの方法は、少なくとも一つの熱間可逆圧延機を通じた複数パス繰り返され る。 本発明は、ストリップ製品を等温圧延するフィードバック制御システムを提供 し、これによって、前記製品を適当な等温圧延状態に維持するべく連続的に調節 可能な自己学習又は適応プロセスが提供される。 本発明のこれらおよびその他の課題は、添付の図面を参照してその好適実施形 態の記載から明らかとなるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、シングル・スタンド式熱間可逆圧延機による従来の圧延中における分 離力を示すチャート、 図２は、図１に示した最終パス中に於ける加工対象物の温度プロファイル、 図３は、本発明による可逆圧延機の略図、そして、 図４は、本発明の第２実施形態による熱間可逆圧延機の略図である。 好適実施形態の説明 加工対象物の前端部および後端部を自動ゲージ制御しながら圧延することによ って、ストリップ厚のばらつきが極めて少ないシート製品を作り出すことができ るが、圧延作業によってストリップの前端部と後端部とに内部応力が発生する。 これらの応力は、熱間圧延プロセス中には明らかではない。しかし、加工対象物 が冷却し、製造用の小片に切断された後、内部応力が解き放たれることによって そのシートが変形し、これによって、もちろん、加工対象物の端部が使用に不都 合なものとなる可能性がある。図１は、従来の圧延手順によるシングル・スタン ド式熱間可逆圧延機に対する９回のパスのそれぞれにおいて必要とされる分離力 の実際の記録を表わしたものである。あるパスに於ける前記分離力の大きさは、 加工対象物の変形抵抗に正比例関係している。そして、この変形抵抗は、その加 工対象物の温度に反比例している。図２は、図１に示した最後のパス、即ち第９ パス中におけるストリップの温度プロファイルを示している。これら図１および 図２は、分離力と加工対象物との間の前記反比例関係をはっきりと示している。 従って、分離力を測定することによって、加工対象物の温度をかなり正確に測定 することができる。 従来技術の熱間可逆圧延機の特質により、加工対象物の前端部と後端部とは、 その中央部分よりも本来的に低温である。この特徴は、加工対象物の両端部の温 度が中央部の温度よりも低いことが示されている図２に最も良く示されている。 具体的には図示されてはいないが、前の８回のパスのそれぞれにおける温度のチ ャートも、いくらか低い程度ではあるが、ストリップの先端部および後端部にお いて類似の減衰を示すであろう。ストリップの温度に反比例する分離力を示す図 １から、早くも第３パスに於いてストリップの両端部が圧延温度の損失（即ち、 測定分離力の増 大）を示していることが見て取れる。その後のパスにおいて示されるように、こ の特徴は、各後続パスに於いて増大する。更に、ストリップの最後のパスの前に ストリップに熱を添加する試みは、このストリップが既に変形されて加工されて しまっており、既にある程度の応力が加えられ、それが先行の各パスにおいて消 散されていないかもしれないことから、前記問題を解決するものではない。 ここに記載するように、本発明は、圧延力、そしてその結果として温度をモニ タして、各パス毎に、必要に応じて、加工対象物の両端部に自動的に熱エネルギ を添加、および／又は、ストリップの中心部を冷却する補正作業を行うものであ る。この方法によれば、圧延機は、加工対象物をその長さ全体を通して等温状態 下で圧延することになる。加工対象物を等温状態下で圧延することによって、そ の結果得られる製品の冶金特性が増大するとともに、端部の拡張および不均一な ゲージが減少し、更に、最も重要なこととして、加工対象物中に於ける内部応力 の増大を防ぐことができるのである。 最良のストリップ特性を得る為には、先端−後端間温度差と絶対圧延温度との 両方を制御しなければならない。ストリップ温度における早期の変化をモニタし これに対応することによって、各パス毎に、絶対圧延温度と先端−後端間温度差 との両方を補正することが可能である。上述したように、ストリップ温度は、圧 延負荷の逆関数としてシュミレートすることができ、この結果を自動制御に利用 することができる。 図３は、本発明による、金属ストリップ製品１２を等温圧延するための熱間圧 延機１０を示している。この圧延機１０は、前記ストリップ製品１２のパス・ラ イン１６上に配置されたｆｏｕｒ−ｈｉｇｈ可逆熱間圧延スタンド１４を有して いる。前記圧延スタンド１４の両側には、コイラ炉１８対が振分け配設されてい る。 各コイラ炉１８と圧延スタンド１４との間にはストリップ加熱装置２０が配置 されている。各加熱装置２０は、ストリップ製品１２を幅方向に跨って並設され た複数の高速エッジ加熱バーナから構成できる。或いは、ストリップに対して誘 導加熱バーナを使用してもよい。使用する加熱装置２０の具体的タイプのいかん に拘わらず、ここで必要なことは、この加熱装置２０がストリップ製品１２に対 してかなりの量の熱エネルギを迅速に添加することが可能であることである。圧 延スタンド １４に負荷が無い場合には、一つの加熱装置２０から反対側の加熱装置２０に対 して動力をスイチッングし、これによって圧延プロセス全体を通じて圧延スタン ド１４の導入側の加熱装置２０のみを稼動状態とする。 各コイラ炉１８と圧延スタンド１４との間には、更に、層流冷却スプレー２２ が配設されている。この冷却スプレー２２は、高速バルブによって作動されるも のであることが好ましい。該冷却スプレー２２は、金属ストリップ製品の冷却に 使用される、水又はどのような従来式冷却流体であってもよい。 圧延スタンド１４には、これにかかる負荷又は分離力を検出するための力セン サ２４が取り付けられている。該力センサ２４は、前記各加熱装置２０および冷 却スプレー２２の作動を制御するコントローラ２６に接続されている。該センサ ２４は、温度又は馬力等の負荷を示す種々のパラメータを測定可能である。 その作動において、前記力センサ２４は、パス中に於いてストリップ製品１２ に作用する分離力を測定する。この検出されたストリップ・パラメータは、上述 したようにストリップ製品１２の温度を示している。更に、前記検出パラメータ と所定値との間の差を、コントローラ２６によって測定し、その結果を利用して 、前記差が所定量よりも大きな場合には、前記加熱装置２０と冷却スプレー２２ とを制御する。前記冷却スプレー２２又は加熱装置２０は、ストリップ製品１２ の一部の温度状態を変えるべく、適切に前記コントローラ２６によって作動され る。 これによって、本発明による前記システムは、前記プロセスを、ストリップ製 品１２が圧延される時の自己学習適合プロセスとすることを可能にするフィード バック制御ループを提供する。本発明の方法によって圧延することによって、分 離力、その結果として、図１の後続パスに示した温度における大きな変動を、除 去又は減少させることができる。この等温圧延方法によって、最終製品の、冶金 特性、ゲージ（寸法）、産出高、その他の関連特性を改善することができる。 図４は、本発明による第２実施形態を示している。圧延機３０は、図１に開示 した圧延機１０と実質的に同一である。該圧延機３０は、圧延スタンド１４、コ イラ炉１８、加熱装置２０、冷却スプレー２２、力センサ２４、および、コント ローラ２６を有し、これらは前記圧延機１０に関して記載したものと実質的に同 様に作動する。しかしながら、この圧延機３０は、前記第１圧延スタンド１４と タンデムで 作動する第２圧延スタンド１４を有し、更に、これら第１および第２圧延スタン ド１４間に加熱装置２０と冷却スプレー２２とが配設されている。前記第２圧延 スタンド１４には、そこからの負荷力を測定するための第２力センサ２４が設け られている。 図４に示すこのツイン圧延スタンド実施形態に於いて、両圧延スタンド１４間 の前記追加加熱装置２０は必須ではない。本発明は、加熱装置２０と冷却スプレ ー２２とを、前記圧延スタンド対１４のいずれかの側に配置して、前記タンデム 圧延スタンド１４に入る前に於いて加熱又は冷却が有効となることを可能にする ように利用することができる。両圧延スタンド１４間に追加の加熱装置を設ける ことは、単に、該方法に対する別の制御を可能にするものに過ぎない。 前記両加熱装置２０は、好ましくは、パス・ライン１６の下方に配置される。 というのは、一般にこの位置においてはこれらの加熱装置をより容易に収納する ことが可能であるからである。具体的には、前記パス・ラインの下方の位置に於 いて、前記加熱装置２０を、ローラテーブルのロール間に容易に配置することが できる。前記冷却スプレー２２は、好ましくは、前記パス・ライン１６の上方に 配置され、冷却スプレーの重力による補助を可能にする。 当業者においては、本発明の精神および範囲から外れることなく、本発明に様 々な改変を行うことが可能であることが明らかであろう。従って、本発明の範囲 は、添付の請求項によって定義されるものである。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ２１Ｃ 51/00 Ｂ２１Ｂ 37/00 ＢＢＬ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 金属ストリップ製品を等温絞り加工するための熱間圧延機であって、 熱間可逆圧延スタンドと、 前記スタンドの両側に配置された一対のコイラと、 前記コイラの一方と前記圧延スタンドとの間に配置された少なくとも一つのス トリップ加熱装置と、 前記コイラの一方と前記圧延スタンドとの間に配置された少なくとも一つのス トリップ冷却装置と、 ストリップ温度を示すストリップ・パラメータを検出する手段と、 前記検出パラメータに応じて、前記各加熱装置および冷却装置を制御する手段 とを備えたことを特徴とする圧延機。 ２． 前記各冷却措置は、パス・ラインの上方に配設された冷却スプレーである ことを特徴とする請求項１に記載の圧延機。 ３． 前記各ストリップ加熱装置は、前記パス・ラインの下方に配置されている ことを特徴とする請求項１に記載の圧延機。 ４． 前記検出手段は、前記圧延スタンドに対する圧延負荷を検出する負荷セン サであることを特徴とする請求項１に記載の圧延機。 ５． 更に、前記両コイラ間に配置された第２の可逆圧延スタンドを有すること を特徴とする請求項１に記載の圧延機。 ６． 前記検出手段は、少なくとも前記圧延スタンドの一つに対する圧延負荷を 検出するための負荷センサであることを特徴とする請求項５に記載の圧延機。 ７． 金属ストリップ製品を、熱間圧延機で複数パス等温圧延する方法であって 、 ａ）製品を、熱間圧延温度で圧延機をパスさせる工程と、 ｂ）圧延中の前記製品の複数の互いに離間した位置に於ける温度状態又は温度 依存状態のいずれか一方を検出する工程と、 ｃ）前記検出状態間の特定の差に応じて前記製品の一部を加熱又は冷却して、 前記熱間圧延温度での等温圧延状態を達成する工程とを有する方法。 ８． 前記製品の前記部分に冷却剤を導入して前記等温圧延状態を達成する工程 を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９． 前記検出工程は、前記圧延機での圧延負荷をモニタし、そのモニタされた 圧延負荷を前記温度依存状態として使用する工程を含むことを特徴とする請求項 ７に記載の方法。 １０．前記製品を、少なくとも一つの熱間可逆圧延機を往復パスさせる工程を有 することを特徴とする請求項７に記載の方法。 １１．前記製品がコイリング可能な厚みとされた時、前記製品を、前記少なくと も一つの熱間可逆圧延機の両側に振分け配置されたコイラでコイリングする工程 を有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。 １２．前記加熱は、前記両コイラの少なくとも一方と前記熱間可逆圧延機との間 の位置において行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３．前記加熱装置は、前記パス・ラインの下方に配置されていることを特徴と する請求項１２に記載の方法。 １４．その両側にコイラ装置を備えた少なくとも一つの熱間可逆スタンドを有す る熱間可逆圧延機で行われる等温熱間圧延方法において、これによって、製品が 、該製品を、前記可逆スタンドを複数の連続パス双方向にパスさせることによっ て、そ の厚みが絞られ、更に、それがコイリング可能厚みに達した時に前記製品をコイ リングする方法において、 前記コイラ装置の少なくも一方と前記熱間可逆圧延機との間にストリップ加熱 装置を設ける工程と、 前記熱間可逆スタンドに対する圧延負荷を検出する工程と、 前記検出負荷を、圧延温度の関数である特定の負荷差と比較する工程と、 前記比較の特定状態に応じて、前記製品の一部を前記ストリップ加熱装置で加 熱して、前記製品の圧延中全体を通じて一定の熱間圧延温度を維持する工程とを 備えたことを特徴とする方法。 １５．スラブ製品をストリップへと加工する熱間圧延機を有する加工ラインにお いて、 スラブ製品温度状態および温度の関数である圧延状態のいずれか一方をモニタ する検出装置と、 前記モニタ状態を一つの標準と比較する制御装置と、 前記圧延機の近傍で処理ラインに沿って配置され、前記制御装置に応答可能な 加熱手段および冷却手段の少なくとも一方、とを有し、 前記圧延機を通過するすべての任意のパスを通じて圧延温度が一定維持される ことを特徴とする加工ライン。 １６．前記圧延機は、その両側にコイラを備えた少なくとも一つの熱間可逆スタ ンドと、前記コイラの少なくとも一つと前記熱間可逆圧延機との間に配置された 誘導加熱装置とを有することを特徴とする請求項１５に記載の加工ライン。 １７．前記加熱装置は、前記圧延加工ラインのパス・ラインの下方に配置されて いることを特徴とする請求項１１に記載の加工ライン。