JP2007514548A - 冷間タンデムラインにおける運転モードを組み合わせる方法及び圧延機タイプを組み合わせた冷間タンデムライン - Google Patents

Abstract

４段式圧延機では、それぞれ一対の作業ロール（１０）及び補強ロール（１２）を、６段式圧延機では、更に一対の中間ロール（１１）を有し、その場合に、少なくとも作業ロール（１０）と中間ロール（１１）は、軸方向にシフトさせるための装置と共同して動作する冷間タンデムラインの個々の圧延機の運転モードを組み合わせる方法は、より高次のＣＶＣ型ロール輪郭を用いたＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術を使用し、その場合に、各作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）は、シフト行程分長い胴体を有する技術と、ペアクロス（ＰＣ）技術を使用し、その場合に、各作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）を、板面に対して並行にクロスさせることができる技術と、作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）の板端に向けたシフトを使用し、その場合に、各作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）は、シフト行程分長い、円筒形の、或いはクラウニングを持つカット面を備えた胴体を有するとともに、これらのロールを、圧延機の中心（Ｙ−Ｙ）に有る中立のシフト位置（ｓ_ZW＝０又はｓ_AW＝０）に対して相対的で、圧延機の回転軸（Ｘ−Ｘ）方向に対して対称的に、それぞれ反対向きに同じ大きさでシフトさせる技術との異なる技術を組み合わせることを特徴とし、更に、当該の設備構成によって、幾何学的な形状が同じロールセットだけを用いて、ＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術と、板端に向けたシフト技術と、場合によってはペアクロス技術とを実現することが可能であることを特徴とする。

Description

この発明は、４段式圧延機では、それぞれ一対の作業ロール及び補強ロールを有し、６段式圧延機では、更に一対の中間ロールを有し、その場合に、少なくとも作業ロールと中間ロールは、軸方向にシフトさせるための装置と共同して動作する冷間タンデムライン内の個々の圧延機の運転モードを組み合わせる方法に関する。

従来から、厚さの誤差、達成可能な最終的な厚さ、板のプロフィル、板の平坦性、表面等に関して、冷間圧延板の品質に対する要求が絶えず高まってきている。更に、冷間圧延薄板に関する市場での製品の多様性が、材料特性と幾何学的サイズに関して、益々多彩な製品系列を生み出している。このような展開にもとづき、最終圧延製品に対して最適に適合された、冷延タンデムラインにおける柔軟な設備構成と運転方式に対する要望が、益々大きくなっている。

冷間タンデムラインの古典的な設備構成は、複数の４段式圧延機を順番に並べることであった。必要な圧延機の数は、ほぼ全体的な圧縮量及び達成すべき最終的な厚さによって決まる。ロール間隙に作用する機能要素としての曲げ機構及びロールの固定的なクラウニングによる基本構成以外に、基本的には別の二つの圧延機構成が有り、それらは、異なる作用原理にもとづき、作業ロールのシフトとクロスのどちらかによって、更にロール間隙に作用するものである。

それらの技術は、以下の通りである。

・板端に向けてのシフト技術
・ＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術
・ＰＣ技術（Pair Cross：作業ロールのクロス）
異なる技術評価基準にもとづき、（専ら４段式圧延機から構成される）古典的な設備構成から逸れて、個々の圧延機を６段式圧延機として実現することは、有意義な場合がある。

特に最高の品質での、所望の最終的な厚さの達成と所定の圧縮量配分（圧延プラン形態）の実現は、ほぼ作業ロールの直径によって影響を受ける。作業ロールの直径を短くして行くと、偏平変形挙動が有利に働くことによって、所要の圧延力が低下して行く。直径の短縮は、回転モーメントの伝達の点からも、ロールの曲げに関しても、限界に来ている。駆動トルクを伝達するためのピボット横断面が十分なものでないと、作業ロールが、摩擦を喪失して、隣接するロールによって駆動される可能性がある。しかし、４段式圧延機の場合、補強ロールの駆動を実現するためには、重い駆動部材（モーター、ピニオンギヤ、スピンドル）が必要であり、それらは、設備の値段を上げてしまうこととなる。ここで、個々の（大抵は前方の）圧延機を、中間ロールによって駆動される６段式圧延機として実現することは有意義である。

板の平坦性のためには、垂直方向の曲げの他に、作業ロールと中間ロールの水平方向の曲げも、重要な役割を果たす。圧延機の中心面から、作業ロール又は中間ロールを水平方向にシフトすることによって、水平方向の曲げの大幅な低減に繋がるロールセットの補強が実現される。

平坦性とロール間隙に関する圧延プロセスの追加的な作用は、作業ロールをクロスさせることに有り、その場合、４段式圧延機に関して、特許文献１に記載されている通り、作業ロール又は中間ロールを、圧延軸の中心に有る共通の回転中心の周りに、板面に対して平行に、それぞれ逆に同じ程度同時にクロスさせるものである。

更に、６段式圧延機は、中間ロールが曲がることによる追加の速い機能要素を利用することができる。この６段式圧延機は、作業ロールの曲げと組み合わせて、ロール間隙への作用に関して、二つの独立した機能要素を持つこととなる。そのため、第一の圧延機では、入って来る板のプロフィルにロール間隙を確実に素早く適合させて、平坦性に関する欠陥を防止することができる。最後の圧延機では、両方の機能要素を使用して、平坦性を効果的に制御することができる。

最終製品の品質に関する別の評価基準は、出て行く板の表面状態である。テクスチャーを施し（表面を粗くし）、クロム鍍金したロールによって、板の表面を目的通りに設定することができる。磨耗したエッジのシフトにより最終製品に斑点が付くこと、或いは出て行く板の幅に渡って相対的な速度差が生じることにより板表面上に微妙な陰影が付くことを防止するために、冷間タンデムラインの最後の圧延機を６段式圧延機として実現することは有意義である。これらの作業ロールは、円筒形であるか、或いは僅かなクラウニングを備えている。これらの作業ロールは、圧延プロセスではシフトされていない。

前述した作用原理は、ロールの異なる幾何学的な形状を必要とするので、別個の圧延機構成である。古典的なＣＶＣ技術では、特許文献２に記載されている通り、シフト可能なロールの胴体の長さは、常に軸方向のシフト行程分だけシフトしない固定されたロールよりも長い。そうすることによって、シフト可能なロールの固定されたロール胴体の下に置かれていない胴体端部がシフトすることができるということを実現している。従って、表面の損傷又は斑点が防止される。一般的に作業ロールは、その長さ全体に渡って、中間ロール又は補強ロールに支持されている。そのため、補強ロールから加えられる圧延力が、作業ロールの長さ全体に伝達される。その結果、圧延品に対して側方に有る、従って圧延プロセスに関与しない作業ロールの端部が、そこに加わる圧延力によって、圧延品の方向に撓むこととなる。この作業ロールの悪影響を及ぼす撓みによって、平均的なロール部分が曲がることとなる。この曲がりは、板の中央領域の小さすぎる圧延と板端の大きい圧延を生じさせる。これらの作用は、特に動作時に圧延条件が変化する場合及び圧延する板幅が異なる場合に、その効果が現れて来る。

それに対して、特許文献３に開示されている通り、板端に向けたシフト技術では、ロールセット全体において、胴体の長さが同じであるロールを使用している。この場合、シフト可能なロールは、局所的に起こる負荷のピークを低減するために、胴体端部領域の片側を相応の幾何学的な形状に構成するとともに、切れ込みを設けている。この作用原理は、板端の前か、上か、それどころか後にまで、胴体端部を板端に向けて後方にシフトさせることをベースとしている。特に６段式圧延機の場合、補強ロールの下の中間ロールをシフトさせることは、作業ロールの好ましい曲げの効果を目的通りに及ぼすこととなる。しかし、欠点としては、この方法では、ロールの軸方向のシフトが、当該の接触部における負荷分布に作用することである。板幅が小さくなるに従って、接触応力分布において生じる最大負荷ピークが深刻な程大きくなる。

特許文献４（圧延板を製造するための圧延設備の動作方法）では、両方の方法を互いに組み合わせている。その目的は、連続的な圧延動作を中断させることなく、欠点である圧延力による作業ロールの撓みを板幅領域全体に渡って均一にすることと、シフトパスを短縮して、ロールの曲げ機構の効果を増大させることである。この目的は、ＣＶＣ型カット面を設けた中間ロール又は作業ロールを板端に向けてシフトさせることによって達成される。この場合、ＣＶＣ型ロールの胴体端部は、板端の領域に位置することとなる。板端に向けたシフト技術の場合のように、ロールセットは、胴体の長さが同じであるロールから構成されている。

経済的な理由から、保守及び予備部品に関するコストを低減するために、出来る限りすべての圧延機を同じ形で実現しようと努力している。そのため、従来では、冷間タンデムラインを、古典的な設備配置又は全て前述した技術で実現していた。
特開昭５７−１９０７０４号公報 欧州特許公開明細書第００４９７９８−Ｂ１号 ドイツ特許発明明細書第２２０６９１２−Ｃ３号 ドイツ特許発明明細書第３６２４２４１−Ｃ２号 ドイツ特許公開明細書第１００３７００４−Ａ１号

この発明の課題は、６段式圧延機だけにも、中間ロールだけにも限定されない、幾何学的に同じロールセットによる圧延機構成によって、前記の技術又は運転モードを実現することである。

この設定された課題は、方法に関して、請求項１の特徴部に記載された特徴にもとづき、多段式圧延機の冷間タンデムライン内で、以下の技術を組み合わせて用いることによって解決される。
・より高次のＣＶＣ型ロール輪郭を用いたＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術を使用し、その場合に 、各作業ロール又は中間ロールは、シフト行程分長い胴体を有する技術と、
・ペアクロス（ＰＣ）技術を使用し、その場合に、各作業ロール又は中間ロールは、板面 に対して並行にクロスさせることができる技術と、
・作業ロール又は中間ロールの板端に向けたシフトを使用し、その場合に、各作業ロール 又は中間ロールは、シフト行程分長い、円筒形の、或いはクラウニングを持つカット面 を備えた胴体を有するとともに、これらのロールを、圧延機の中心に有る中立のシフト 位置に対して相対的で、圧延機の回転軸方向に対して対称的に、それぞれ反対向きに同 じ大きさでシフトさせる技術。

この方法を実施するための設備は、請求項５の特徴によって特徴付けられる。

この圧延機構成に関するベースとして、６段式又は４段式圧延機に対するＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術によるロール構造を使用する。このシフト可能な中間ロール又は作業ロールは、ＣＶＣシフト行程分長い胴体を有し、この胴体は、圧延機の中心に有る中立のシフト位置に対して対称的な位置に有る。

より長く対称的な胴体を備えた作業ロール又は中間ロールは、板端に向けたシフトの間、円筒形のカット面とクラウニングを持つカット面のどちらかを使用される。ロールカット面の重ね合わせと板幅に応じた軸方向のシフト位置の最適化とを組み合わせて、胴体端部領域における切れ込みを好適に実現することによって、ロールセットの変形挙動と作業ロールの好ましい曲げの効果（６段式圧延機）を目的通りに作用させることができるとともに、ロール間隙を最適に調整することができる。

更に、作業ロール又は中間ロールのシフト位置の最適化によって、ロールセットの内側の胴体領域が、目的通りに力線を弱められることとなる。その結果、「理想的な圧延機の原理」に近似したものとなるので、不利に作用する変形が低減される。しかし、当該の接触部で生じる負荷分布は、接触の長さが短縮されるため、増大することとなる。

前述した圧延機構成は、この発明にもとづき、作業ロール又は中間ロールをシフトさせるか、クロスさせるかのどちらかによって、ロール間隙に作用する形に変更される。板のエッジドロップに作用する追加の機能要素を圧延機に実装すべき場合、何れにしても、６段式圧延機は、必ず必要である。そのためには、プロフィルと平坦性に関して、二つの互いに独立したシフト機構が必要である。設備の配置は、これらの評価基準によって、ほぼ決まる。圧延プロセスに対して設定された要件に応じて、４段式圧延機から成る古典的な冷間タンデムラインから、４段式又は６段式圧延機から成る組み合わせ設備や、専ら６段式圧延機から構成される冷間タンデムラインまでの多彩な設備構造で十分である。同じ幾何学的形状のロールセットを用いて、専ら中間ロールに関して、そして専ら６段式圧延機において、板端に向けたシフト形態を実現するための基本的な設定方式が、特許文献５に詳しく記載されている。

この発明の更なる利点、詳細及び特徴は、以下における図面に模式的に図示した幾つかの実施例の説明によって明らかとなる。見易くするために、同じロールには同じ符号を付与している。

図１と２には、ロールカット面の無い中間ロール１１又は作業ロール１０の幾何学的な形状を図示している。図１では、より長い胴体を持つシフト可能な中間ロール１１が、作業ロール１０と補強ロール１２の間に、中立的なシフト位置ｓ_ZW＝０で、圧延機の中心Ｙ−Ｙに対して対称的な位置に有る。図２では、作業ロール１０が、より長い胴体を有する。この作業ロールも、中立的なシフト位置ｓ_AW＝０で、圧延機の中心Ｙ−Ｙに対して対称的な位置に有る。

図３には、作業ロール１０又は中間ロール１１の胴体端部領域の片側における切れ込みｄの外観と幾何学的な配列を模式的に図示している。特許文献５では、ここで用いられているような片側の切れ込みが、既に詳細に記載されているとともに、図面に図示されている。

作業ロール１０又は中間ロール１１の胴体端部領域の片側における切れ込みｄの長さＩは、互いに接して置かれた二つの領域ａとｂに分けられる。点ｄ₀ から始まる内側の第一の領域ａでは、切れ込みｄは、ロールの半径をＲとして、円の方程式（Ｉ−ｘ）² ＋ｙ² ＝Ｒ² に従って推移する。この場合、領域ａでは、切れ込みｄの大きさｄ(x) は、以下の通りとなる。

領域ａ：＝（Ｒ² −（Ｒ−ｄ）² ）^1/2 ⇒ｄ＝ｄ(x) ＝Ｒ−（Ｒ² −（Ｉ−ｘ）² ）^1/2

外部境界条件（圧延力とその結果得られるロールの変形）に応じて与えられる最小限必要な直径の短縮２ｄが達成される場合、切れ込みｄは、胴体端部にまで線形的に推移し、そのことから、領域ｂでは、以下の通りとなる。

領域ｂ：＝Ｉ−ａ ⇒ ｄ＝ｄ(x) ＝一定

領域ａとｂの間における移行は、連続的に変化する移行又はそうでない移行として実現することができる。更に、この切れ込みの移行は、偏平変形から生じる量ｄを順次解消して行く形で、予め算出した表にもとづき実現することもできる。この場合、切れ込みｄは、例えば、移行領域では、一つの半径のまま平坦であり、端部では、より一層傾斜する。研削技術的な理由から、ａとｂの間の移行におけるオフセットを相応に大きくした円筒形の部分として、この移行を実現している（約２ｄ）。

切れ込みによる直径の短縮２ｄは、６段式圧延機において、作業ロール１０が、領域ｂにおける接触を危惧することなく、中間ロール１１の切れ込みｄ分だけ自由に曲がることが可能であるように設定される。４段式圧延機では、切れ込みｄは、発生する負荷のピークを局所的に低減する働きだけを果たす。

標準的な場合、片側の切れ込みｄは、図４と５に示されている通り、上の作業ロール１０又は中間ロール１１では操作側ＢＳに、下の作業ロール１０又は中間ロール１１では駆動側ＡＳに有る。しかし、この切れ込みｄを、逆に上の作業ロール１０又は中間ロール１１では駆動側ＡＳに、下の作業ロール１０又は中間ロール１１では操作側ＢＳに設けても、作用原理としては、何も変わらない。

図６ａ〜６ｃには、中間ロール１１が、シフト行程ｍ分だけ軸方向にシフトされている様子を図示している。図６ａでは、切れ込みｄの開始点ｄ₀ が、板端の外側（ｍ＝＋）に、図６ｂでは、板端の上（ｍ＝０）に、図６ｃでは、板端の内側（ｍ＝−）に、即ち、既に板幅の内側に位置している。この位置決めは、板幅と材料特性に従って行われ、そうすることによって、ロールセットの柔軟な挙動と作業ロールの好ましい曲げの効果（６段式圧延機）を目的通りに設定することができる。

最後に、図７ａ〜７ｃには、図６ａ〜６ｃでの中間ロール１１と同じ手法により実施した、板端に向けた作業ロール１０のシフトを図示している。

異なる範囲の板幅に対して、シフト位置は、区間毎に線形な階段関数によって与えられ、その切れ込みｄの開始点ｄ₀ が、板端に対して相対的に異なる位置に有ることをベースとする。

前述した圧延機構成の基本的な利点は、幾何学的な形状が同じロールセットだけを用いて、ＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術及び板端に向けたシフト技術を実現することができることである。異なるロール形式は、もはや必要ではない。違いは、僅かに上記の形式基準にもとづきロールカット面又は切れ込みが設定されていることである。この場合、両方の技術を、更に板面に対する作業ロール又は中間ロールのクロスと互いに組み合わせる可能性も有る。

６段式圧延機でのロールカット面の無い中間ロールの幾何学的な形状 ４段式圧延機でのロールカット面の無い作業ロールの幾何学的な形状 作業ロール又は中間ロールの胴体端部領域における片側の切れ込み 中間ロールの胴体を長くした圧延機構成 作業ロールの胴体を長くした圧延機構成 中間ロールの切れ込みの位置決め 中間ロールの切れ込みの位置決め 中間ロールの切れ込みの位置決め 作業ロールの切れ込みの位置決め 作業ロールの切れ込みの位置決め 作業ロールの切れ込みの位置決め

符号の説明

１０ 作業ロール
１１ 中間ロール
１２ 補強ロール
１４ 圧延板
ａ 切れ込みｄの内側の第一の区間の長さ
ｂ 切れ込みｄの外側の第二の区間の長さ
ｄ 切れ込み
ｄ₀ 切れ込みｄの開始点
ｄ(x) ｘに対するｄの値
ｌ 切れ込みｄの長さ
ｍ シフト行程
ｓ_AW 作業ロールのシフト量
ｓ_ZW 中間ロールのシフト量
ｘ，ｙ 平行座標
ＡＳ 駆動側
ＢＳ 操作側
Ｒ ロールの半径
Ｒ₀ 出力側ロールの半径
Ｘ−Ｘ 回転軸
Ｙ−Ｙ 圧延機の中心

Claims (9)

1. ４段式圧延機では、それぞれ一対の作業ロール（１０）及び補強ロール（１２）を、６段式圧延機では、更に一対の中間ロール（１１）を有し、その場合に、少なくとも作業ロール（１０）と中間ロール（１１）は、軸方向にシフトさせるための装置と共同して動作する冷間タンデムラインの圧延機の運転方法において、
   この多段式圧延機の冷間タンデムライン内で、
   ・より高次のＣＶＣ型ロール輪郭を用いたＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術を使用し、その場合に、各作業ロール（ １０）又は中間ロール（１１）は、シフト行程分長い胴体を有する技術と、
   ・ペアクロス（ＰＣ）技術を使用し、その場合に、各作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）を、板面 に対して並行にクロスさせることができる技術と、
   ・作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）の板端に向けたシフトを使用し、その場合に、各作業ロール （１０）又は中間ロール（１１）は、シフト行程分長い、円筒形の、或いはクラウニングを持つカット面 を備えた胴体を有するとともに、これらのロールを、圧延機の中心（Ｙ−Ｙ）に有る中立のシフト位置（ ｓ_ZW＝０又はｓ_AW＝０）に対して相対的で、圧延機の回転軸（Ｘ−Ｘ）方向に対して対称的に、それぞれ 反対向きに同じ大きさでシフトさせる技術と、
   を組み合わせて用いることを特徴とする方法。
2. 板端に向けたシフトを使用するために、作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）は、片側に切れ込み（ｄ）を備えており、その場合、各作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）をシフトさせる際に、切れ込み（ｄ）の開始点（ｄ₀ ）を、板端の外側、板端の上、板端の内側、即ち、板（１４）の板幅の内側の中のいずれかに位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 異なる板幅範囲に対して、作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）のシフト位置を、区間毎に線形な階段関数によって規定し、その切れ込み（ｄ）の開始点（ｄ₀ ）が、板端（１４）に対して相対的に異なる位置に有ることをベースとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 板幅の関数として最適化されたシフト形態によって、多段式圧延機の冷間タンデムライン内における当該の技術の最善の利用を実現することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
5. ４段式圧延機では、それぞれ一対の作業ロール（１０）及び補強ロール（１２）を、６段式圧延機では、更にそれぞれ一対の中間ロール（１１）を有し、その場合に、少なくとも作業ロール（１０）と中間ロール（１１）は、軸方向にシフトさせるための装置と共同して動作する、４段式又は６段式圧延機を有する冷間タンデムラインにおいて、
   これらの圧延機の作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）は、軸方向にシフト行程分長く対称的な、円筒形の、或いはクラウニングを持つカット面を備えた胴体を有し、この胴体が、圧延機の中心（Ｙ−Ｙ）に有る中立のシフト位置（ｓ_ZW＝０又はｓ_AW＝０）に対して対称的な位置に有ることを特徴とする冷間タンデムライン。
6. 作業ロール１０又は中間ロール１１の胴体は、片側に切れ込み（ｄ）を備え、この切れ込みの長さ（Ｉ）が、互いに接する二つの領域（ａ）と（ｂ）に分けられており、その場合に、第一の領域（ａ）は、半径（Ｒ₀ ）で始まり、円の方程式（Ｉ−ｘ）² ＋ｙ² ＝Ｒ² に従って推移し、領域（ｂ）は、線形的に推移し、そのことから、これらの領域に対して、
   
   領域(a):＝（Ｒ² −（Ｒ−ｄ）² ）^1/2 ⇒d=d(x)＝Ｒ−（Ｒ² −（Ｉ−ｘ）² ）^1/2
   領域(b):＝Ｉ−ａ ⇒ ｄ＝ｄ(x) ＝一定
   
   以上の切れ込み（ｄ）又は直径の低減（２ｄ）が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の冷間タンデムライン。
7. 領域（ａ）と領域（ｂ）間の切れ込み（ｄ）の移行が、ロールの偏平変形から生じる量（ｄ）を順次解消して行く形で、算出した表にもとづき行われていることを特徴とする請求項５又は６に記載の冷間タンデムライン。
8. 当該の通り圧延機を選択することによって、多段式圧延機の冷間タンデムライン内において、
   ・作業ロール（１０）又は中間ロール（１１）の板端に向けたシフト技術と、
   ・ＣＶＣ技術と、
   ・作業ロール（１０）をクロスさせる、ペアクロス（Pair Cross）技術と、
   の異なる技術の組み合わせを可能とすることを特徴とする請求項５から７までのいずれか一つに記載の冷間タンデムライン。
9. 当該の設備構成によって、幾何学的な形状が同じロールセットだけを用いて、ＣＶＣ／ＣＶＣ^plus技術と、板端に向けたシフト技術と、場合によってはペアクロス技術とを実現していることを特徴とする請求項８に記載の冷間タンデムライン。

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