JP2006198661A - 冷間タンデム圧延機および冷間タンデム圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性を阻害せずにヒートスクラッチの発生を防止することができ、さらには、ヒートスクラッチを回避するための高張力圧延で金属ストリップ破断の発生を防止することができる冷間タンデム圧延機および冷間タンデム圧延方法を提供する。
【解決手段】 ４基以上の圧延スタンド１１〜１４からなる冷間タンデム圧延機１０において、張力検出手段８７と高さ位置調整手段５９を有するルーパー５７を、少なくとも各圧延スタンド間のうちで最終圧延スタンド１４とこれの入側に隣り合う圧延スタンド１３との間に配置する。張力の急激な変動よる金属ストリップＳの破断を防ぐことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は冷間タンデム圧延機および冷間タンデム圧延方法、特に生産性を阻害せずにヒートスクラッチの発生を防止することができる冷間タンデム圧延機および冷間タンデム圧延方法に関する。

冷間タンデム圧延機では、ワークロール速度または圧下率の増大により、ヒートスクラッチが発生することがある。ヒートスクラッチとは、ロールバイト内のロールと圧延材との界面温度が上昇し、ロールバイト内で油膜が破断した結果、ワークロールと圧延材との金属接触により発生した焼付き疵のことである。

ヒートスクラッチが発生すると製品の表面欠陥が生じるので、製品歩留りが低下するばかりか、ヒートスクラッチの生じたスタンドのワークロール組替えが必要なため、生産性が著しく低下するという問題があった。

ヒートスクラッチの発生の有無は、圧延中のロールバイト内の界面上昇温度で予測することができる。実操業では、鋼種によって圧延スケジュールは異なるが、同一鋼種ではほぼ同じ圧延条件（以下、冷却条件も含む）で圧延されるので、界面上昇温度はスタンド出側の板温度で代用することができる。したがって、圧延機出側の板温度を検出して、その値を基に板温度が適正値になるように制御が行われている。

板温度が適正値になる具体的な方法としては、耐焼付き性に優れた圧延潤滑油を使用する方法（例えば、特許文献１参照）や、クーラント量を制御して板やワークロールの温度を低下させる方法（例えば、特許文献２参照）や、ワークロール速度を低減する方法（例えば、特許文献３参照）や、高張力圧延を行う方法（例えば、特許文献４参照）等がある。

特に高張力圧延による方法はヒートスクラッチ防止に効果があり、張力の制御量は計算することによって容易に求めることができる（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、高張力圧延ではその名のごとく、金属ストリップには高い張力が付与されており、スキッドマーク等の外乱がある場合は、スタンド間の速度バランスが乱れて張力が変動してしまい、場合によっては金属ストリップ破断（板破断）が生じる場合がある。

上述の金属ストリップ破断を防止する一つの方法として、金属ストリップの板端部の形状を端伸びにすることが開示されている（例えば、特許文献６参照）。この方法は確かに効果があるものの、あまり端伸びが強いと逆に絞り込んで破断を招くことも有った。

熱間圧延では、スタンド間にルーパーを配置し、材料温度の外乱による張力変動を抑えることができる熱間圧延機が知られている（例えば、特許文献７参照）。しかし、この熱間圧延では変形抵抗が冷間圧延に比べて低く、またヒートスクラッチ発生の問題はないために、ルーパーによる張力制御を冷間圧延に採用する提案は未だなかった。
特開平５−９８２８３号公報 特開昭５６−１１１５０５号公報 特開平６−６３６２４号公報 特開平９−２４８６０３号公報 特開平９−２４８６１３号公報 特開平１１−１２３４３１号公報 特開平７−３２３３１８号公報

この発明は、生産性を阻害せずにヒートスクラッチの発生を防止することができる冷間タンデム圧延機および冷間タンデム圧延方法を提供することを課題としている。さらには、ヒートスクラッチを回避するための高張力圧延で金属ストリップ破断の発生を防止することができる冷間タンデム圧延機および冷間タンデム圧延方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の要旨は下記のとおりである。
本発明１の冷間タンデム圧延機は、４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機において、張力検出手段と高さ位置調整手段を有するルーパーを、少なくとも各圧延スタンド間のうちで最終圧延スタンドとこれの入側に隣り合う圧延スタンドとの間に配置することを特徴としている。

本発明２の冷間タンデム圧延方法は、上記冷間タンデム圧延機において、張力の許容上限値を決めておき、前記ルーパーが張力を許容上限値以下とするように高さ位置を調整することを特徴としている。

本発明３の冷間タンデム圧延方法は、上記圧延方法において、前記ルーパーの入出側の圧延スタンドで圧下制御により板厚を制御することを特徴としている。

本発明１の冷間タンデム圧延機では、スタンド間張力をルーパーロールの高さ位置で調整することができるので、張力調整時間が短く、張力変動による金属ストリップ破断を未然に防ぐことができる。

本発明２の冷間タンデム圧延方法では、スタンド間張力が許容上限値を超えそうな場合でも場合、ルーパーにより短時間で張力を許容上限値以下とすることが可能であり、高張力圧延のもとでも金属ストリップ破断を防ぐことができる。これにより、生産性を阻害することなく、ヒートスクラッチのない高品質の金属ストリップを製造することができる。

本発明３では上記冷間タンデム圧延方法において、ルーパーの入出側の圧延スタンドで圧下制御により板厚を制御するので、高精度の板厚制御が可能となる。この結果、本発明の冷間タンデム圧延機または冷間圧延方法によって、金属ストリップのオフゲージがなくなり、生産性が向上する。

一般に冷間タンデム圧延機のスタンド間張力は、板厚制御用のパラメータとして使用するためにある範囲内に納まるように、圧延機のワークロール回転速度を調整することによって制御されている。

冷間タンデム圧延機の張力による板厚制御は、自己調整機構を有しており、即ち一旦目標とする板厚が確保できるように冷間タンデム圧延機の各ロールギャップと各ワークロール速度が設定されると、スキッドマーク等の外乱が生じても、その外乱分はスタンド間張力変動によって吸収され板厚には出てこないというメリットがあった。しかしながら高張力圧延時にはこの張力変動は抑える必要がある。張力変動を検出してからワークロール速度を修正する余裕はない。そこで、この発明では熱間タンデム圧延機でも使用されているスタンド間ルーパーを使用する。これにより、張力は一定値に制御されるが、張力による板厚制御はできなくなる。これを回避するため圧下で板厚制御を行う。

図１は、この発明を実施する冷間タンデム圧延機の一例を示す構成図である。冷間タンデム圧延機１０は ４基の圧延スタンド１１〜１４から構成されており、この例ではすべて同じ型式の４重圧延機である。各圧延機はワークロール１６〜１９およびバックアップロール２１〜２４から構成されている。ワークロール１６〜１９にはスピンドル（図示しない）が連結されており、電動機４６〜４９によって駆動されている。

形状制御手段として上下ワークロールチョック（図示しない）を支点として上下ワークロール１６〜１９の垂直方向の撓みを制御するためのインクリースおよびディクリースベンダー力を付与することが可能なワークロールベンダー５１〜５４が具備されている。

上バックアップロールチョック（図示しない）の上部には、圧延荷重検出装置３６〜３９が配置され、ワークサイドおよびドライブサイドの荷重が検出される。また、圧延荷重検出装置の上部には電動圧下装置４１〜４４が配置されており、金属ストリップＳを圧延する際のパスライン調整が行われる。さらに、下バックアップロールチョック（図示しない）の下部には、圧延力を付与するための油圧圧下装置３１〜３４が配置されている。

第1圧延スタンド１１と第２圧延スタンド１２の出側に固定式デフレクターロール５５、５６が、また最終圧延スタンド１４の入側にルーパー５７がそれぞれ配置されている。ルーパーロール５８には、ルーパー昇降装置５９が取り付けられている。

各圧延スタンド１１〜１４の入側に圧延潤滑油供給ノズル６１〜６４が、また出側にはロール冷却潤滑油ノズル７１〜７４がそれぞれ配置されている。最終圧延スタンド１４を除く各圧延スタンドの出側にはストリップ用洗浄兼潤滑油供給ノズル７６〜７８が配置されており、入側と同じエマルションが供給されている。なお、図１は簡略化のため下側ノズルは図示していない。

第１圧延スタンドの入出側に板厚検出装置８１、８２が、また最終圧延スタンド１４の出側に板厚検出装置８３がそれぞれ配置されている。デフレクターロール５５、５６およびルーパーロール５８には、それぞれ張力検出装置８５〜８７が設けられている。また、最終圧延スタンド１４の出側に板形状検出装置８９が配置されている。

冷間タンデム圧延機１０は、制御装置９０を備えている。制御装置９０は、ＢＩＳＲＡ ＡＧＣ、絶対値ゲージメーターＡＧＣ、および張力ＡＧＣなどによる板厚制御プログラム、ワークロールベンダーによる形状制御などのプログラム、ミルストレッチモデルなどを格納している。圧延荷重検出装置３６〜３９から圧延荷重、板厚検出装置８１〜８３から板厚、張力検出装置８５〜８７から張力、板形状検出装置８９から板形状などの検出値が、制御装置９０に入力される。制御装置９０は、これらの検出値に基づいて油圧圧下装置３１〜３４、電動機４１〜４４、ワークロールベンダー５１〜５４などに操作信号を出力し、板厚および形状が目標値となるように圧下位置、板速度、ベンディング力、張力などを調整する。また、制御装置９０には、スタンド間張力の許容上限値が測定精度および制御精度を考慮して設定されている。制御装置９０は、張力検出装置８７からの張力検出値に基づいて張力が許容上限値を超えないようにルーパー昇降装置５９に操作信号を出力する。

圧延条件によりヒートスクラッチが発生するおそれがある場合には、スタンド間張力を高くしてヒートスクラッチの発生を防ぐ。圧延中、スタンド間張力はワークロール１６〜１９の電動機４６〜４９の速度制御により許容範囲内に保持されている。変形抵抗や板厚の変化などにより張力が許容上限値を超えないように、ルーパーロール５８の高さ位置をルーパー昇降装置５９により調整して張力を許容上限値以下に抑える。電動機４６〜４９の速度制御による張力調整では駆動系の慣性のために応答速度が遅く、短時間で許容上限値以下に抑えることはできないが、ルーパー５７の応答速度は速いので金属ストリップＳの破断を防ぐことができる。

張力検出装置８５〜８７からの張力検出値および板厚検出装置８１〜８３からの板厚検出値に基づき、油圧圧下装置３１〜３４を操作して圧下位置を調整し、板厚を制御する。また、板形状検出装置８９からの形状検出値に基づきワークロールベンダー５１〜５４を操作して板形状を制御する。

この発明は鋼、またはチタン、アルミニウム、銅もしくはこれらの合金からなる金属ストリップの冷間タンデム圧延に適用される。また、この発明は上記形態に限られるものではない。例えば、圧延機は４重圧延機以外の６重圧延機などでも良く、また圧延スタンド数も５または６であってもよい。

上述の実施の形態では、ルーパーは最終圧延スタンド前面にのみ適用した場合を示しているが、最終圧延スタンドの入側スタンドであり第１スタンド以外の２圧延スタンドの前面にそれぞれ適用しても良いし、全圧延スタンド間に適用しても良い。ただし、全スタンド間にルーパーを適用した場合、張力を平均張力の±５％の範囲内に制御し、圧下制御で板厚を制御する。このとき、もし、張力変動の可能な範囲に平均張力の±２０％以上の余裕がある場合、前段側から順次張力ＡＧＣに切り替えることが可能である。ルーパーの適用は、後段に行くほど通板速度が上がり、ヒートスクラッチを防止するための高張力を必要とするので、後段側であることが望ましい。

図１に示す冷間タンデム圧延機を用いて、圧延試験を行った。ワークロール寸法は直径が５００〜５６０ｍｍ（上下ワークロールのペア差は０．１ｍｍ未満）、胴長が２２００ｍｍの鍛鋼ロールで、ヤング率は２１０ＧＰａである。バックアップロール寸法は直径が１４５０〜１５００ｍｍ（上下バックアップロールのペア差は１ｍｍ未満）、胴長が２２００ｍｍの鍛鋼ロールである。ワークロールベンダーの最大ベンダー力は、５００ｋＮ／ｃｈｏｃｋである。金属ストリップＳは低炭素鋼板であり、熱間圧延後に酸洗設備で表面の酸化スケールが除去されている。この鋼板の寸法は板幅が１２４０ｍｍである。ロールバイト入口に圧延潤滑油（牛脂油をベース油とする牛脂系圧延潤滑油の１％エマルション、５０℃）が供給されている。板厚制御は圧延スタンドごとに異なり、次の方法によった。
第１圧延スタンド：従来のＢＩＳＲＡ式圧下ＡＧＣ（圧下制御による板厚の制御）
第２圧延スタンド：張力ＡＧＣ（張力制御による板厚の制御）
第３圧延スタンド：張力ＡＧＣ（張力制御による板厚の制御）
第４圧延スタンド：絶対値ゲージメーター式圧下ＡＧＣ（圧下制御による板厚の制御）
なお、従来法の場合には、ルーパーを固定して圧延を行い、第４スタンドは張力ＡＧＣで板厚を制御した。圧延条件を表１に示す。なお、張力の許容上限値は３００ＭＰａである。また、第４スタンドで圧下制御をするときに第３−第４スタンド間張力は２７５ＭＰａ±５％に制御する。

圧延試験の結果、ルーパーを用いた本発明の冷間タンデム圧延では、ヒートスクラッチの発生および金属ストリップの破断はなかった。これに対して、ルーパーを固定した従来法では、この圧延が高張力圧延であるためヒートスクラッチは発生しなかったが、金属ストリップ破断が多発した。

この発明の冷間タンデム圧延機の一例を模式的に示す装置構成図である。

符号の説明

１０ 冷間タンデム圧延機 １１〜１４ 圧延スタンド
１６〜１９ ワークロール ２１〜２４ バックアップロール
３１〜３４ 油圧圧下装置 ３６〜３９ 圧延荷重検出装置
４１〜４４ 電動圧下装置 ４６〜４９ 電動機
５１〜５４ ワークロールベンダー ５５、５６ デフレクターロール
５７ ルーパー ５８ ルーパーロール
５９ ルーパー昇降装置 ６１〜６４ 圧延潤滑油供給ノズル
７１〜７４ ロール冷却潤滑油供給ノズル
７６〜７８ ストリップ用洗浄兼潤滑油供給ノズル
８１〜８３ 板厚検出装置 ８５〜８７ 張力検出装置
８９ 板形状検出装置 ９０ 制御装置

Claims (3)

1. ４基以上の圧延スタンドからなる冷間タンデム圧延機において、張力検出手段と高さ位置調整手段を有するルーパーを、少なくとも各圧延スタンド間のうちで最終圧延スタンドとこれの入側に隣り合う圧延スタンドとの間に配置することを特徴とする冷間タンデム圧延機。
2. 請求項１記載の冷間タンデム圧延機において、張力の許容上限値を決めておき、前記ルーパーが張力を許容上限値以下とするように高さ位置を調整することを特徴とする冷間タンデム圧延方法。
3. 前記ルーパーの入出側の圧延スタンドで圧下制御により板厚を制御することを特徴とする請求項２に記載の冷間タンデム圧延方法。

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