JP2002045916A - タンデム圧延の張力測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タンデム圧延で形鋼などの鋼板と異なる断面
形状の圧延材であっても、スタンド間張力を精度良く測
定することが出来るタンデム圧延の張力測定方法および
装置を提供する。 【解決手段】 複数台の圧延機から成るタンデム圧延の
張力測定方法であって、作業ロールの入側かつ／または
出側に設置した変位計２３により作業ロール２２の圧延
方向の変位を測定し、変位の測定値と作業ロール２２の
変形モデルを用いて圧延材２１の張力を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は板、棒線、形材など
のタンデム圧延のスタンド間張力をルーパを用いないで
測定する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間および冷間の仕上げ圧延、粗圧延、
孔形圧延などにおいて生産性向上の観点から圧延機を複
数台直列配置したタンデム圧延が行われている。タンデ
ム圧延ではスタンド間の圧延材に過大張力が発生すると
寸法不良や破断事故が発生し、また過大圧縮力が発生す
ると形鋼などでは圧延材の座屈によるミスロールが生じ
るので一般に張力の一定制御が実施される。張力制御を
精度良く行うにはスタンド間の圧延材の張力を精度良く
検出することが重要である。

【０００３】特開昭５３−８５７５８号公報にはルーパ
を用いる検出方法と、ルーパを用いない検出方法が開示
されている。図５はルーパを用いた張力の検出方法を示
す。２はバックアップロール（補強ロール）、３はワー
クロール（作業ロール）で、圧延材１は矢印の方向に進
行しており、圧延機の第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンド
を通材している。圧延材が第ｉ＋１スタンドに咬み込ま
れるまでルーパ１００は図５の破線の位置にあり、第ｉ
＋１スタンド咬み込みに合わせた所定の高さまでたち上
がり、以後一定の張力制御を行う。この方法は主に薄板
熱間圧延に実績が多い。しかし、形鋼など圧延材の曲げ
方向の寸法が大の場合は、曲げによる塑性変形が生じる
ため、高いループが確保出来ず、精度低下のため本手法
はを適用出来ない。

【０００４】また図６は、上記特開昭５３−８５７５８
号公報のルーパを用いない検出方法を示している。２は
バックアップロール（補強ロール）、３はワークロール
（作業ロール）で、圧延材１は矢印の方向に進行してお
り、圧延機の第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドを通材し
ている。この検出方法の特徴は、圧延機のモータ４のモ
ータ電流から演算装置２０により求めた圧延トルク、圧
延機に取り付けられたロードセル５およびロール開度測
定装置６により測定した圧延荷重とロール開度の検出
値、および板厚検出器７により測定した入側板厚の各種
測定変数により表される張力を演算により求めることに
ある。圧延理論によると、第１スタンドと第２スタンド
の圧延トルクＧ₁、Ｇ₂は次式で表される。 Ｇ₁＝２ａ₁Ｐ₁−Ｒ₁Ｔ （１） Ｇ₂＝２ａ₂Ｐ₂＋Ｒ₂Ｔ （２） 但し、各記号の添字１、２は各第１スタンドおよび第２
スタンドを示す。ａ₁、ａ₂はトルクアーム、Ｒ₁、Ｒ₂は
ロール半径、Ｐ₁、Ｐ₂は圧延荷重、Ｔは第１スタンドと
第２スタンド間で圧延材に作用するスタンド間張力を表
す。トルクアームａ₁、ａ₂が求められれば張力Ｔ以外の
変数は測定により既知となるので、張力Ｔが求められ
る。一般に板の場合はトルクアームａ₁、ａ₂の公知の予
測式を用いれば良いが、形鋼などの複雑な断面形状の圧
延材では精度の良い公知の式は無い。また、ロール半径
も断面形状と断面内張力分布を考慮した平均半径を用い
る必要があり、これも精度の良い公知の式は無い。その
ため、本手法による形鋼などの複雑断面形状圧延材のス
タンド間張力推定は板の場合に比べて精度が低く信頼性
に欠ける問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、タン
デム圧延で形鋼などの鋼板と異なる断面形状の圧延材で
あっても、スタンド間張力を精度良く測定することが出
来るタンデム圧延の張力測定方法および装置を提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のタンデ
ム圧延の張力測定方法を形鋼などに適用する際に、課題
となる張力測定精度の低下を防止する観点から、圧延材
の荷重が直接作用する作業ロールの変形、更には振れ回
り現象に着目し、その発生機構を解明することにより、
全く新しい測定方法を知見したものである。

【０００７】第１発明のタンデム圧延の張力測定方法
は、複数台の圧延機から成るタンデム圧延の張力測定方
法であって、作業ロールの入側かつ／または出側に設置
した変位計により該作業ロールの圧延方向の変位を測定
し、該変位の測定値と該作業ロールの変形モデルを用い
て圧延材の張力を推定し、圧延長手方向の寸法変動の少
ないタンデム圧延をする。

【０００８】第１発明の張力測定方法では、張力の測定
においてルーパまたは前記トルクアームもしくは作業ロ
ール半径を用いず、作業ロールの圧延方向の変位測定値
および作業ロールの変形モデルを用いる。したがって、
形鋼などの断面形状が単純でない圧延材であっても、張
力を高い精度で求めることが出来る。

【０００９】第２発明のタンデム圧延の張力測定方法
は、複数台の圧延機から成るタンデム圧延の張力測定方
法であって、作業ロールの入側かつ／または出側に設置
した変位計および作業ロール近傍に設置した回転角度計
により該作業ロールの圧延方向の変位および回転角度を
無負荷の場合に測定するとともに、該無負荷時の変位と
回転角度の関係を記憶し、圧延中に該変位計および該回
転角度計により測定した変位および回転角度と該無負荷
時の変位および回転角度を入力とする該作業ロールの変
形モデルを用いて圧延材の張力を推定し、圧延長手方向
の寸法変動の少ないタンデム圧延をする。

【００１０】第２発明の張力測定方法では、前記作業ロ
ールの圧延方向の変位測定値に加えて作業ロール回転角
度測定値に基づき、変形モデルを用いて圧延材の張力を
求めるので、更に高い精度で圧延材の張力を求めること
が出来る。

【００１１】第１発明および第２発明において、作業ロ
ールの入側かつ／または出側に複数台の変位計をロール
の幅方向に設置するようにしてもよい。ロール変位のロ
ール幅方向分布の計測値からロール系のガタ変位分布を
求めることが可能であり、計測変位成分からガタ変位成
分を除去することにより、曲げ変形成分を求めることが
出来る。これより、ロール荷重、従って張力を高精度で
求めることが出来る。

【００１２】第３発明のタンデム圧延の張力測定装置
は、複数台の圧延機から成るタンデム圧延の張力測定装
置であって、作業ロールの入側かつ／または出側に設置
した該作業ロールの圧延方向の変位を測定する変位計に
より測定した変位の測定値と該作業ロールの変形モデル
を使用することにより圧延材の張力を計算する演算装置
を有する。

【００１３】第３発明の張力測定装置では、第１発明と
同様に作業ロールの圧延方向の変位測定値および作業ロ
ールの変形モデルを用いて圧延材の張力を求めるので、
高い精度で圧延材の張力を求めることが出来る。

【００１４】第４発明のタンデム圧延の張力測定装置
は、複数台の圧延機から成るタンデム圧延の張力測定装
置であって、作業ロールの入側かつ／または出側に設置
した該作業ロールの圧延方向の変位を測定する変位計、
作業ロールの回転角度を測定する回転角度計、該変位計
と回転角度計により測定した変位および角度を記憶する
記憶装置、ならびに該記憶装置に記憶した変位および角
度と該変位計および該回転角度計の計測値を入力して該
作業ロールの変形モデルを使用することにより圧延材の
張力を計算する演算装置を有する。

【００１５】第４発明の張力測定装置では、第２発明と
同様に前記作業ロールの圧延方向の変位測定値に加えて
作業ロール回転角度測定値に基づき、変形モデルを用い
て圧延材の張力を求めるので、更に高い精度で圧延材の
張力を求めることが出来る。

【００１６】第３発明および第４発明において、作業ロ
ールの入側かつ／または出側に複数台の変位計をロール
の幅方向に設置するようにしてもよい。この場合も、前
記張力測定方法と同様に、高い精度で張力を求めること
が出来る。

【００１７】上記張力測定装置において、変位計は渦流
式変位計とすることが好ましい。渦流式変位計（または
渦電流式変位計と呼称する）はコンパクトであり、また
冷却水、圧延材からの輻射熱、あるいは圧延機やテーブ
ルなどからの振動など過酷な悪環境に強いため、本発明
の変位計に最適である。

【００１８】

【発明の実施の形態】第１発明は、圧延材のスタンド間
張力が作業ロールに直接作用するため、作業ロールが力
学理論に基づいて変形することに着目し、圧延中の作業
ロールの変形量を測定して力学理論により圧延材のスタ
ンド間張力を推定するものである。

【００１９】図１は、第１発明の実施の１形態を示して
いる。図１は、タンデム圧延機の任意の第ｉスタンド、
第ｉ＋１スタンド、第ｉ＋２スタンドを圧延材２１が通
材している状況を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）
は平面図である。各圧延スタンドの作業ロール２２の入
側または出側に設置した変位計２３により作業ロールの
圧延方向の変位を測定し、これら変位計の測定値を演算
装置２４に取り込む。演算装置２４には作業ロールの寸
法形状、材料機械特性などのデータが保持されており、
これらのデータと変位計２３で測定した各作業ロールの
圧延方向変位を基に、ロールの変形モデル２５を用いて
圧延材のスタンド間張力を演算する。

【００２０】図２は図１に示すタンデム圧延の際に圧延
材に発生するスタンド間張力により各作業ロールに作用
する反力ＴおよびＦを示す説明図で、（ａ）は側面図、
（ｂ）は平面図である。反力の記号ＴおよびＦは各入側
および出側の被加工材による反力、添字ｉは第ｉスタン
ドの作業ロール、 添字Ｕ、Ｌは上ロールおよび下ロー
ルを示す。 Ｐ_iU＝Ｆ_iU−Ｔ_iU （３） のように定義すると、Ｐ_iUなどは各作業ロールに作用す
る合力となり、例えば上作業ロールの場合は図２（ｂ）
のように表される。即ち、各１本毎の作業ロールとして
見ると例えば第ｉ圧延スタンドの上ロールに関してはロ
ールの両端部近傍のチョック部が拘束された状態でロー
ルのバレル長中央部分に荷重Ｐ_iUが作用する梁の三点曲
げ問題と捉えることが出来る。この場合、作業ロールの
中心軸の曲げたわみによる水平変位をＶ_iUとすると荷重
Ｐ_iUと変位Ｖ_iUの間には材料力学の基礎式から次式の関
係式が成り立つ。 Ｖ_iU＝ｆ（寸法、Ｅ、Ｐ_iU） （４） Ｐ_iU＝ｇ（寸法、Ｅ、Ｖ_iU） （５） ここに、寸法はロールの各部およびチョック間距離、Ｅ
はヤング率を表す。また、ガタなどを考慮するために式
（４）および式（５）は実験式でも良い。なお、上記式
（３）〜（５）では添字Ｕを付けて上ロールだけを示し
ているが、同様の式が下ロールでも成立し、また各スタ
ンドでも成立する。

【００２１】図１の作業ロールの変位計２３からの信号
を演算装置２４に取り込んで求めた変位Ｖ_iUを式（６）
に適用することにより、各作業ロールに作用する合力Ｐ
_iUが求められる。各圧延スタンド毎に上作業ロールの合
力Ｐ_iUと下作業ロールの合力Ｐ_iLの和をとり、これをＰ
_iとする。同様に各圧延スタンドの上下ロールに作用す
る入側張力Ｔ_iUおよびＴ_iL、出側張力Ｆ_iUおよびＦ_iLの
和をとりこれをＴ_iおよびＦ_iとする。また、第ｉスタン
ドおよび第ｉ＋１スタンド間の圧延材の慣性力をＩ_i、
_i+1とすると以下の式が成り立つ。 但し、慣性力Ｉは実操業条件を考慮するとスタンド間張
力ＰやＴの１％以下であり無視して差し支えない。即
ち、式（６）でＩ_i、_i+1やＩ_i+1、_i+2を０とする。境界条
件として例えば入側張力Ｔ_iが既知の場合は式（６）の
上から下に順に代入することにより、圧延材に作用する
スタンド間張力Ｔ_iおよびＦ_iなどが順に求められる。
尚、式（３）〜式（６）が変形モデル２５として演算装
置２４に組み込まれる。

【００２２】尚、変位計２３は冷却水や圧延材からの輻
射熱、圧延機やテーブルなどからの振動など過酷な環境
に曝されるため、これらに影響されにくい方式のものが
望まれる。渦流式の変位計はコンパクトで悪環境に強い
ため、本発明の変位計に最適である。

【００２３】つぎに、第２発明の張力測定方法について
説明する。従来法において精度の悪い式（１）および式
（２）を用いるために回避出来なかった張力測定精度の
低下を、上記第１発明は、式（１）および式（２）を用
いないことにより解決しているので、原理的に高精度の
張力推定が可能であるという特徴を有する。

【００２４】しかし、この技術を実機に適用する際に変
位計２３により測定された作業ロール２２の変位量の測
定精度を確保することが極めて重要である。スタンド間
距離をＬ、スタンド間の変形量をｕ、圧延方向の圧延材
のひずみをεとすれば、次式の関係が成り立つ。 ε＝ｕ／Ｌ （７） スタンド間距離Ｌ＝５m、圧延材の降伏ひずみεｙ＝０.
００１と仮定すれば、弾性限界の伸び変位はｕ＝Ｌ・ε
ｙ＝５０００・０.００１＝５ｍｍ 程度と推定され
る。伸び変位が外乱により５０μｍ程度変動した場合、
張力は降伏応力の１％程度の変動であるから、作業ロー
ル位置が５０μｍ程度圧延方向に変動してもこれによる
張力変動は小さいと考えられる。

【００２５】一方、圧延材のＣ断面積が１００００m
m²、降伏応力が１００N・mm^-2程度と仮定すると弾性限
の張力Ｔは１０００kN程度となる。形鋼仕上げ圧延機の
場合、この荷重が作業ロールの中央部に作用すると作業
ロールに１００μｍ程度の曲げたわみによる変位が発生
し、変位計２３で１００μｍ程度の変化が計測される。
この場合、変位計２３の計測値に５０μｍの外乱が発生
すると張力Ｔは弾性限の５０％の誤差を含んで測定され
ることになる。図１のように形鋼圧延機で水平方向無負
荷時のロール１回転当たり変位振幅を測定した結果、数
十μｍ程度が観察された。これは、ロール中心軸の偏
心、ロール表面の凹凸、ロールチョックのガタなどに起
因するロールの振れ回りの影響と推定されるが、その発
生機構は解明されていない。そのため圧延機の作業ロー
ルが振れ回りを生じるような場合に、第１発明では張力
Ｔの推定に際して弾性限の数十％程度の誤差が発生する
可能性があった。

【００２６】第２発明は、第１発明においてタンデム圧
延のスタンド間張力を作業ロールの水平変位量の測定値
から力学的な理論モデルにより精度良く推定する方法を
適用する際に、ロール中心軸の偏心、ロール表面の凹
凸、ロールチョックのガタなど圧延機の基本構造に起因
する作業ロールの振れ回りとそれに伴う変位外乱が発生
し、作業ロールの変位測定精度が大幅に低下するため実
機適用が困難であるという課題を解決するものである。

【００２７】第２発明は、従来タンデム圧延の張力を作
業ロールの変位から推定する際に、作業ロールの振れ回
りに起因する張力推定精度の低下を防止する観点から、
作業ロールの振れ回り現象に着目し、その発生機構を解
明することにより高精度の測定方法を知見したものであ
る。

【００２８】図３は、第２発明の実施の１形態を示して
いる。図３は、タンデム圧延の任意の第ｉスタンド、第
ｉ＋１スタンド、第ｉ＋２スタンドを圧延材２１が通材
している状況を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は
平面図である。各圧延スタンドの作業ロール２２の入側
または出側に設置した変位計２３により作業ロールの圧
延方向の変位を測定し、これら変位計の測定値を演算装
置２４に取り込むとともに、記憶装置２６に蓄えること
が出来る。例えば、作業ロールを締め込んだ状態で水平
方向荷重を負荷しない場合に、作業ロールを回転させて
その際のロールの回転角度と水平変位量の関係を記憶
し、必要な時にこのデータを参照することが出来る。ま
た、記憶装置２６には作業ロールの寸法形状、材料機械
特性などのデータが保持されており、これらのデータと
変位計２３および回転角度計２７の測定値をもとに、ロ
ールの変形モデル２５を用いて圧延材のスタンド間張力
を演算する。

【００２９】図３に示すタンデム圧延の際に、圧延材に
発生するスタンド間張力により各作業ロールに作用する
反力ＴおよびＦは、前記図２に示すものと同じである。
また、各作業ロールに作用する合力Ｐ_iU、水平変位Ｖ_iU
および荷重Ｐ_iUも前記式（３）〜（５）と同様に表され
る。 Ｐ_iU＝Ｆ_iU−Ｔ_iU （３） Ｖ_iU＝ｆ（寸法、Ｅ、Ｐ_iU） （４） Ｐ_iU＝ｇ（寸法、Ｅ、Ｖ_iU） （５） 本発明では、これら式中の水平変位Ｖ_iUを作業ロールの
振れ回りを考慮して修正する。作業ロールの振れ回り
は、ロール中心軸の偏心、ロール表面の凹凸、ロールチ
ョックのガタなど圧延機の基本構造に起因する。

【００３０】図４は作業ロールの水平変位と作業ロール
の回転角度との関係を示しており、Ｖ₀は水平方向無負
荷時の変位、Ｖ₁は変位計２３により測定された圧延中
の変位、Ｖ₂は演算装置２４により推定された変位であ
る。Ｖ₀はロールの１回転を周期とする規則的な変化挙
動を示しており、作業ロール中心軸の偏心、ロール表面
の凹凸、ロールチョックのガタなどに起因するロールの
振れ回りの影響が表れているものと考えられる。Ｖ₁は
圧延中の変位であり、Ｖ₀に対応した周期的な変化が見
られる。Ｖ₂は次式の演算により得られた推定変位であ
る。 Ｖ₂＝Ｖ₁−Ｖ₀ （８） 前記式（４）および（５）の変位Ｖ_iUに、式（８）のＶ
₂を用いて、ロールの振れ回りの影響を修正する。ロー
ルの振れ回りに関しては圧延機毎に特徴があるので、式
（８）に限らず精度の良いと思われる演算式を用いれば
良い。

【００３１】各圧延スタンド毎に上作業ロールの合力Ｐ
_iUと下作業ロールの合力Ｐ_iLの和をとり、これをＰ_iと
する。同様に各圧延スタンドの上下ロールに作用する入
側張力Ｔ_iUおよびＴ_iL、出側張力Ｆ_iUおよびＦ_iLの和を
とり、これをＴ_iおよびＦ_iとする。また、第ｉスタンド
および第ｉ＋１スタンド間の圧延材の慣性力をＩ_i、_{i+ 1}
とすると、前記式（６）と同様の式が成り立つ。但し、
慣性力Ｉは実操業条件を考慮するとスタンド間張力Ｐや
Ｔの１％以下であり無視して差し支えない。即ち、式
（６）でＩ_i、_i+1やＩ_i+1、_i+2を０とする。境界条件とし
て例えば入側張力Ｔ_iが既知の場合は式（６）の上から
下に順に代入することにより、圧延材に作用するスタン
ド間張力Ｔ_iおよびＦ_iなどが順に求められる。

【００３２】図３に示す記憶装置２６に蓄積された情報
ならびに作業ロールの変位計２３および回転角度計２７
からの信号を演算装置２４に取り込んで求めた変位Ｖ_iU
を式（４）、（５）に適用することにより各作業ロール
に作用する合力Ｐ_iUが求められる。式（４）〜式(６)お
よび式（８）が変形モデル２５として演算装置２４に組
み込まれる。

【００３３】上記第１発明および第２発明において、圧
延方式により変位計の設置に次の二つの場合がある。 ＜上下独立駆動の場合で上下対称圧延の場合＞この場合
は各圧延スタンドの上下の作業ロールが機械的に結合さ
れていないので、上下のロールに作用する圧延材の反力
Ｔ_iUとＴ_iLおよびＦ_iUとＦ_iLはほぼ同じと仮定出来る。
そのために、上下の作業ロールに作用する合力Ｐ_iUおよ
びＰ_iLがほぼ等しくなるので、上下の変位Ｖ_iUとＶ_iLも
等しくなることが期待出来る。したがって、各圧延スタ
ンドの変位計を上下どちらか一方のみ設置して作業ロー
ルの合力Ｐ_iを求める際に、一方のロールの合力を２倍
にすれば良い。＜上下非対称圧延または上下メカタイの
場合＞この場合は各圧延スタンドの上下の作業ロールが
機械的に結合しているので、上下のロールに作用する圧
延材の反力Ｔ_iUとＴ_iLおよびＦ_iUとＦ_iLは一般に等しく
無くても良い。そのために、図１に示すように各スタン
ドの上下作業ロール２２に変位計２３を設置する。

【００３４】また、第２発明を適用する際に回転角度計
は各作業ロールに設置することが望ましいが、特に振れ
回りが大きい作業ロールのみに設置することも可能であ
る。

【００３５】一般に熱間圧延では被圧延材の温度がＡ3
点（鋼の場合約８００℃）以上の高温であるためロール
やチョックなどが輻射熱に曝されて加熱される。そのた
め、圧延時間の経過とともにロールやチョックは温度が
上昇する。チョックは圧延スタンドのハウジングに取り
付けられ、圧下調整のためにハウジング取付面を摺動す
る構造になっているが、その際に前記の温度上昇に伴い
熱膨張が避けられない。チョックとハウジングの摺動面
の隙間（クリアランス）はチョックの熱膨張により減少
するので、チョックが昇温した際に隙間が０になって摺
動抵抗が増大する危険性がある。そこで、形鋼などの熱
間圧延機では常温で該隙間を１mm程度予め設ける設計が
一般的である。

【００３６】また、ロールを回転自在にチョックを取り
付けるために、ロール軸とチョックはベアリングを介し
て取り付けられる。このベアリングも温度上昇により熱
膨脹するので一定の隙間を付与して設計される。このよ
うに熱間圧延機は機種により程度の差はあるが、多かれ
少なかれロール系にガタが存在する。このようにロール
系のガタが大きい場合には、式（４）および式（５）に
示す作業ロール中心軸の曲げたわみによる水平変位V_iU
と、変位計で測定した水平変位Ｖ_iUSが一致しない。即
ち両者に式（９）の関係が成り立つ。 Ｖ_iUS＝V_iU＋V_G （９） ここに、V_Gは前記のロール系のガタによる作業ロールの
剛体変位成分を意味する。一般にロール系のガタはある
閾値以上の荷重が負荷されると顕在化するという性質が
あるので取り扱いにくい。数学的には式（９）の右辺第
１項は線形性があり、右辺第２項は非線形性があると見
なされる。後者の非線形項が存在するため、式（９）か
ら式（５）のように変位から荷重を求める式に変換する
ことが極めて困難となる。

【００３７】上記のようにロール系のガタが無視出来な
い場合、本発明では各作業ロールの幅方向に複数の変位
計を配置して作業ロールの幅方向の変位分布を計測す
る。図７は、作業ロール２２の入側に複数台の変位計２
３を作業ロール２２の幅方向に設置した例を示してい
る。

【００３８】図８は作業ロールの両端部近傍と幅中央部
の３箇所でロールの水平変位を測定した例で、縦軸にロ
ールの水平変位、横軸に幅方向座標をとり、破線で計測
変位成分Ｖ_iUS、細線でガタによるロールの剛体変位成
分V_G、太線でロールの中心軸の曲げたわみ成分V_iUを示
す。この場合計測変位成分は右肩上がりで上に凸の複雑
な曲線である。またロール系のガタによるロールの剛体
変位成分は平均で０．５mmとかなり大きな量である。し
かし剛体変位は理論的に直線であるから、高精度の予測
が可能である。式（９）に従って計測変位成分から剛体
変位成分を除去したものが曲げたわみ成分であり、式
（４）に対応した理論的な変位成分となる。

【００３９】図８に示す例では計測変位成分だけでなく
剛体変位成分が既知と仮定したために、式（９）により
曲げたわみ成分を求めることが可能となった。しかし、
実際にはロールの剛体変位成分は不明であり、計測変位
成分だけが既知量となる。そこで剛体変位成分を精度良
く近似するロジックが必要となる。発明者らは剛体変位
成分が理論的に直線分布することに着目し、ロール両端
の計測変位成分を直線で結ぶことにより剛体変位成分を
近似する方法を採用した。図９は剛体変位近似方法で図
８と同じ条件で計測変位を処理する場合で、破線で計測
変位成分Ｖ_iUS、細線でガタによるロールの剛体変位成
分の近似式V_G ^*、太線でロールの中心軸の曲げたわみ成
分の近似式V_iU ^*を示す。図9と図８において曲げたわみ
成分V_iU ^*とV_iUを比較する両端の変位が若干異なること
を除きほぼ同じような曲線が得られる。そこで、式
（４）において変位V_iUを両端を基準とする変位と定義
すればV_iU ^*がそのまま適用出来る。即ち、V_iU（＝
V_iU ^*）とＰ_iUの間に線形関係が成り立つ。即ち、式
（５）が得られ、ロールの曲げ変位からロールの荷重が
求められる。

【００４０】

【実施例】＜実施例１＞熱間薄板仕上げ圧延の７スタン
ドタンデム圧延機の各スタンドに変位計を設置し、スタ
ンド間張力を測定した。変位計は渦流式のものである。
この場合、作業ロールに作用する張力は作業ロールの幅
方向に分布するので、式（４）および式（５）としてこ
れを考慮したものを使用した。その結果、良好にスタン
ド間張力を測定出来ることが判明した。

【００４１】＜実施例２＞冷間薄板仕上げ圧延の６スタ
ンドタンデム圧延機の各スタンドに変位計を設置し、ス
タンド間張力を測定した。変位計は渦流式のものであ
る。この場合、作業ロールに作用する張力は作業ロール
の幅方向に分布するので、式（４）および式（５）とし
てこれを考慮したものを使用した。その結果、良好にス
タンド間張力を測定出来ることが判明した。

【００４２】＜実施例３＞熱間形鋼仕上げ圧延のタンデ
ム圧延機の各スタンドに変位計を設置し、スタンド間張
力を測定した。変位計は渦流式のものである。この場
合、作業ロールに作用する張力は作業ロールの幅方向中
央部近傍に分布するので、式（４）および式（５）とし
てこれを考慮したものを使用した。その結果、良好にス
タンド間張力を測定出来ることが判明した。

【００４３】＜実施例４＞熱間棒鋼仕上げ圧延のタンデ
ム圧延機の各スタンドに変位計を設置し、スタンド間張
力を測定した。変位計は渦流式のものである。この場
合、作業ロールに作用する張力は作業ロールの幅方向中
央部近傍に分布するので、式（４）および式（５）とし
てこれを考慮したものを使用した。その結果、良好にス
タンド間張力を測定出来ることが判明した。

【００４４】＜実施例５＞熱間薄板仕上げ圧延の７スタ
ンドタンデム圧延機の各スタンドに変位計および回転角
度計を設置し、スタンド間張力を測定した。変位計は渦
流式のものである。この場合、作業ロールに作用する張
力は作業ロールの幅方向に分布するので、式（４）およ
び式（５）としてこれを考慮したものを使用した。あら
かじめロールの振れ回り特性を計測しておき、式（８）
を補正した。その結果、良好にスタンド間張力を測定出
来ることが判明した。

【００４５】＜実施例６＞熱間薄板仕上げ圧延の６スタ
ンドタンデム圧延機の各スタンドに変位計および回転角
度計を設置し、スタンド間張力を測定した。変位計は渦
流式のものである。この場合、作業ロールに作用する張
力は作業ロールの幅方向に分布するので、式（４）およ
び式（５）としてこれを考慮したものを使用した。その
結果、良好にスタンド間張力を測定出来ることが判明し
た。

【００４６】＜実施例７＞熱間形鋼仕上げ圧延のタンデ
ム圧延機の各スタンドに変位計および回転角度計を設置
し、スタンド間張力を測定した。変位計は渦流式のもの
である。この場合、作業ロールに作用する張力は作業ロ
ールの幅方向中央部近傍に分布するので、式（４）およ
び式（５）としてこれを考慮したものを使用した。あら
かじめロールの振れ回り特性を計測しておき、式（８）
を補正した。その結果、良好にスタンド間張力を測定出
来ることが判明した。

【００４７】＜実施例８＞熱間棒鋼仕上げ圧延のタンデ
ム圧延機の各スタンドに変位計および回転角度計を設置
し、スタンド間張力を測定した。変位計は渦流式のもの
である。この場合、作業ロールに作用する張力は作業ロ
ールの幅方向中央部近傍に分布するので、式（４）およ
び式（５）としてこれを考慮したものを使用した。あら
かじめロールの振れ回り特性を計測しておき、式（８）
を補正した。その結果、良好にスタンド間張力を測定出
来ることが判明した。

【００４８】上記実施例１、２、５、および６の薄板圧
延では、図５に示すルーパを用いる従来技術と同程度の
精度でスタンド間張力が測定出来た。また、ルーパを用
いない従来技術と比較すると本発明の方法がより高精度
であることが判明した。

【００４９】実施例３、４、７および８の形鋼および棒
鋼仕上圧延では、式（１）および（２）に示す従来技術
に比べて、本発明の方法がより高精度であることが判明
した。一例として形鋼圧延の場合は、従来技術では若干
の引張との判定であったが、本発明の方法では圧縮との
判定であり、実際には圧延材が当該スタンド間で座屈し
たことにより圧縮と推定された。

【００５０】＜実施例９＞実施例１〜８において、図７
に示すように、変位計を作業ロールの幅方向に３台並べ
て配置し、スタンド間張力を測定した。各変位計の測定
値を図９の破線で示す。両端の変位を結ぶ直線でロール
の剛体変位を仮定しこれを除去することによって図９の
太線で示すロールの曲げたわみV_iU ^*を求めた。これを式
（５）に適用することによりロールに作用する荷重Ｐ_iU
を求め、式（６）から各スタンド間の張力を推定した。
その結果、ロール系に大きなガタがある圧延機列におい
ても良好にスタンド間張力を測定出来ることが判明し
た。

【００５１】以上のことから本発明はタンデム圧延の張
力測定方法が、従来技術より優れていることが判明し
た。

【００５２】

【発明の効果】第１発明および第３発明は、板、棒線、
形材などのタンデム圧延のスタンド間張力を作業ロール
の変形を介して測定するため、ルーパが使用出来ない形
鋼などの複雑断面形状製品であっても高精度でスタンド
間張力を測定することが出来る。この結果、張力変化に
よる圧延材長手方向の寸法変動の発生や、スタンド間に
圧 縮力が作用して座屈によるミスロールなどを防ぐこ
とが出来る。第２発明および第４発明は、作業ロールの
圧延方向の変位測定値に加えて作業ロール回転角度に基
づき、変形モデルを用いて圧延材の張力を求めるので、
更に高い精度で圧延材の張力を求めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の張力測定装置の基本構成を示す説明
図である。

【図２】第１発明の張力測定装置の基本原理を示す説明
図である。

【図３】第２発明の張力測定装置の基本構成を示す説明
図である。

【図４】作業ロールの水平変位と作業ロールの回転角度
の関係を示す線図である。

【図５】従来技術のルーパを用いる張力測定装置の基本
構成を示す説明図である。

【図６】従来技術のルーパを用いない張力測定装置の基
本構成を示す説明図である。

【図７】ロール系に大きなガタがある場合の高精度張力
測定装置のの基本構成を示す説明図である。

【図８】ロール系に大きなガタがある場合に剛体変位の
影響の除去方法を示す説明図である。

【図９】ロール系に大きなガタがある場合に剛体変位の
近似式とその影響の除去方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１…… 圧延材 ２…… 補強ロール ３…… 作業ロール ４…… ミルモータ ５…… 荷重計 ６…… ロール開度測定装置 ７…… 板厚計 ２０…… トルク計 ２１…… 圧延材 ２２…… 作業ロール ２３…… 変位計 ２４…… 変位演算装置 ２５…… 変形モデル ２６…… 記憶装置 ２７…… 回転角度計 １００…… ルーパ １０１…… 張力計

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数台の圧延機から成るタンデム圧延の
   張力測定方法であって、作業ロールの入側かつ／または
   出側に設置した変位計により該作業ロールの圧延方向の
   変位を測定し、該変位の測定値と該作業ロールの変形モ
   デルを用いて圧延材の張力を推定し、圧延長手方向の寸
   法変動の少ないタンデム圧延をすることを特徴とするタ
   ンデム圧延の張力測定方法。
2. 【請求項２】 複数台の圧延機から成るタンデム圧延の
   張力測定方法であって、作業ロールの入側かつ／または
   出側に設置した変位計および作業ロール近傍に設置した
   回転角度計により該作業ロールの圧延方向の変位および
   回転角度を無負荷の場合に測定するとともに、該無負荷
   時の変位と回転角度の関係を記憶し、圧延中に該変位計
   および該回転角度計により測定した変位および回転角度
   と該無負荷時の変位および回転角度を入力とする該作業
   ロールの変形モデルを用いて圧延材の張力を推定し、圧
   延長手方向の寸法変動の少ないタンデム圧延をすること
   を特徴とするタンデム圧延の張力測定方法。
3. 【請求項３】 複数台の圧延機から成るタンデム圧延の
   張力測定方法であって、作業ロールの入側かつ／または
   出側に設置した変位計がロールの幅方向に複数台あるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載のタンデム
   圧延の張力測定方法。
4. 【請求項４】 複数台の圧延機から成るタンデム圧延の
   張力測定装置であって、作業ロールの入側かつ／または
   出側に設置した該作業ロールの圧延方向の変位を測定す
   る変位計により測定した変位の測定値と該作業ロールの
   変形モデルとを使用することにより圧延材の張力を計算
   する演算装置を有することを特徴とするタンデム圧延の
   張力測定装置。
5. 【請求項５】 複数台の圧延機から成るタンデム圧延の
   張力測定装置であって、作業ロールの入側かつ／または
   出側に設置した該作業ロールの圧延方向の変位を測定す
   る変位計、作業ロールの回転角度を測定する回転角度
   計、該変位計と回転角度計により測定した変位および角
   度を記憶する記憶装置、ならびに該記憶装置に記憶した
   変位および角度と該変位計および該回転角度計の計測値
   を入力して該作業ロールの変形モデルを使用することに
   より圧延材の張力を計算する演算装置を有することを特
   徴とするタンデム圧延の張力測定装置。
6. 【請求項６】 複数台の圧延機から成るタンデム圧延の
   張力測定装置であって、作業ロールの入側かつ／または
   出側に設置した変位計がロールの幅方向に複数台あるこ
   とを特徴とする請求項４または５記載のタンデム圧延の
   張力測定装置。
7. 【請求項７】 前記変位計が渦流式変位計であることを
   特徴とする請求項４、５または６記載のタンデム圧延の
   張力測定装置。