JP2008302401A - レベリング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レベリング誤差を自動的に補正して通板性を向上させる。
【解決手段】このレベリング制御装置３０は、シフトシリンダ１１と、圧下モータ制御装置１８を有する圧下荷重付与機構１０とを備える圧延機に用いられ、スキュー角演算器３２、レベリング誤差演算器３４、および圧下モータ制御装置１８にレベリング補正手段３６を備えている。そして、スキュー角演算器３２は、ワークロール４およびバックアップロール８相互の軸心のスキュー角を演算し、レベリング誤差演算器３４は、演算されたスキュー角からレベリング誤差を演算し、レベリング補正手段３６は、演算されたレベリング誤差に基づいて、そのレベリング誤差が小さくなるように、圧下荷重付与機構１０の圧下モータ１０ｂを駆動する制御信号を圧下モータ制御装置１８から出力させてレベリングを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板などを圧延する圧延機に係り、特に、圧延機の一対のワークロールのレベリングを補正するためのレベリング制御装置に関する。

この種の圧延機で安定した通板を行うためには、各ロールを圧延方向と直角に配置することが重要である。例えば、ワークロールおよびバックアップロール相互の軸心に傾き（スキュー）が生じると、対向する一対のワークロールには、相互の作業側と駆動側とでレベリング誤差（開度差）が発生する。そして、このようなレベリング誤差が一対のワークロール間に生じると、ミスロールや尻絞りなど通板性を悪化させる要因となる。そのため、ワークロールおよびバックアップロール相互の傾き角であるスキュー角（スキュー量）の推定は、安定通板のために重要である。

ここで、ワークロールおよびバックアップロール相互の軸心のスキュー角が発生すると、圧延摩擦力の分力としてワークロールの軸方向にスラスト力（スラスト荷重）が生じる。そして、このスラスト力が大きいほど通板性は悪化することが知られている。そのため、このスラスト力を測定することによって、通板性の良否を判断することができる。
そこで、例えば特許文献１では、ワークロールを軸方向に移動させるシフトシリンダを有するロールシフト機構を備える圧延機において、シフトシリンダのロッド側およびヘッド側それぞれから検出された圧油の圧力に基づいて、ワークロールおよびバックアップロール相互の軸心のスキュー角を演算し、これによりワークロールに生じるスラスト力を監視する技術が提案されている。この特許文献１に記載の技術によれば、ワークロールに生じるスラスト力を監視できるので、長期に渡る通板性の傾向を監視することで、圧延時の通板性診断や、圧延機の機械的ガタの劣化傾向の管理が可能になり、ハウジングウィンドウギャップ修正などの保守時期の管理が容易になる。
特開平４−４６６０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、長期に渡る通板性の傾向監視や、ハウジングウィンドウギャップ修正などの保守時期の目安とはなるものの、一対のワークロール相互間のレベリングの変動量までは考慮されていない。そのため、一対のワークロール相互間に生じるレベリング誤差の修正については、その修正を圧延毎に行う必要がある。したがって、より安定した通板を行うためには未だ検討の余地が残されている。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、一対のワークロール相互間に生じるレベリング誤差を自動的に補正して通板性を一層向上させ得るレベリング制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、一対のワークロールを個別に軸方向に移動させる複数のシフトシリンダを有するロールシフト機構と、前記一対のワークロールの駆動側および作業側に個別に圧下荷重を付与可能に設けられた圧下荷重付与機構と、を備える圧延機に用いられ、前記一対のワークロールのレベリングを制御するレベリング制御装置であって、前記シフトシリンダのロッド側およびヘッド側それぞれから検出された圧油の圧力に基づいて、前記ワークロールおよび当該ワークロール側のバックアップロール相互のスキュー角を演算するスキュー角演算手段と、前記ワークロールおよび当該ワークロール側のバックアップロール相互のオフセット量と前記スキュー角演算手段で演算されたスキュー角とに基づいて、レベリング誤差を演算するレベリング誤差演算手段と、そのレベリング誤差演算手段で演算されたレベリング誤差に基づいて、前記一対のワークロールのレベリングを補正するレベリング補正手段と、を備え、前記レベリング補正手段は、前記圧下荷重付与機構が圧下荷重を付与する駆動側および作業側のうちのいずれかに、前記演算されたレベリング誤差が小さくなるように圧下荷重を付与させることを特徴としている。

本発明に係るレベリング制御装置によれば、スキュー角演算手段、レベリング誤差演算手段およびレベリング補正手段を有しており、スキュー角演算手段でスキュー角を求め、レベリング誤差演算手段で、スキュー角からレベリング誤差を求め、さらに、レベリング補正手段は、レベリング誤差演算手段によって演算されたレベリング誤差に基づいて、圧下荷重付与機構が圧下荷重を付与する駆動側および作業側のうちのいずれかに、前記演算されたレベリング誤差が小さくなるような圧下荷重を付与させるので、前記一対のワークロール相互の駆動側および作業側とでの圧下のレベリングの差異を小さくすることができる。したがって、レベリング誤差を自動的に補正し、これにより、通板性を一層向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るレベリング制御装置を備える圧延機の一実施形態である熱間圧延機の概略構成図である。
同図に示すように、この熱間圧延機は、左右のハウジング１内に、上下に適宜離間して、ワークロールチョック２Ａ，３Ａ、およびワークロールチョック２Ｂ，３Ｂがそれぞれに設けられている。そして、上のワークロールチョック２Ａ，２Ｂには、上ワークロール４の両軸端部が回転自在に支持され、また、下のワークロールチョック３Ａ，３Ｂには、下ワークロール５の両軸端部が回転自在に支持され、上ワークロール４と下ワークロール５とは互いに対向して一対をなして配設されている。

ここで、駆動側（同図右側）の上下のワークロールチョック２Ｂ，３Ｂには、一対の上下ワークロール４，５を個別に軸方向にそれぞれ移動させる油圧のシフトシリンダ１１，１２を有するロールシフト機構２０が設けられている。このロールシフト機構２０は、そのシフトシリンダ１１，１２を駆動することによって、上下のワークロール４，５それぞれを、各軸方向に適宜個別にシフト（移動）可能になっている。なお、同図に示すように、シフトシリンダ１１には、そのロッド側１１ａに圧力計１３が設けられ、また、ヘッド側１１ｂに圧力計１４が設けられており、各圧力計１３，１４は、シフトシリンダ１１のヘッド側１１ｂおよびロッド側１１ａの圧油の圧力Ｐ_１およびＰ_２をそれぞれ検出できるようになっている。

また、左右のハウジング１内には、上下のワークロールチョック２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂの上方および下方に、上下のバックアップロールチョック６，７がそれぞれ設けられている。この上下のバックアップロールチョック６，７には、それぞれ上下のバックアップロール８，９の両軸端部が回転自在に支持されている。そして、上バックアップロール８と上ワークロール４とが互いに対向し、また、下バックアップロール９と下ワークロール５とが互いに対向して配置されている。

さらに、左右のハウジング１の上部には、圧下荷重付与機構１０が設けられている。この圧下荷重付与機構１０は、作業側（同図左側）および駆動側のハウジング１の上部内に、上下に移動可能に設けられた圧下スクリュー１０ａと、その圧下スクリュー１０ａを、歯車機構を介して上下に移動させる圧下モータ１０ｂと、をそれぞれ備えるとともに、左右の圧下モータ１０ｂ，１０ｂを個別に駆動する圧下モータ制御装置１８を備えて構成されている。

これにより、この圧下荷重付与機構１０は、圧下モータ制御装置１８から制御信号を出力し、その制御信号に応じて左右の圧下モータ１０ｂ，１０ｂを個別に駆動し、各圧下モータ１０ｂ，１０ｂの駆動に応じて左右の圧下スクリュー１０ａをそれぞれ上下させて、上バックアップロールチョック６および上バックアップロール８を介して一対のワークロールの４，５の作業側および駆動側に対して、スラブ等の圧延材Ｚに必要な所望の圧下力を個別に加えられるようになっている。なお、下バックアップロール９の左右のバックアップロールチョック７，７の外部とハウジング１，１との間にはロードセル１６，１６がそれぞれ設置されており、各ロードセル１６，１６は、作業側および駆動側に対応した圧延荷重（ベンダー力）をそれぞれ検出可能になっている。

ここで、この熱間圧延機は、同図に示すように、レベリング制御装置３０を更に備えて構成されている。以下、このレベリング制御装置３０について詳しく説明する。
このレベリング制御装置３０は、一対のワークロール４，５のレベリングを制御するものであって、図１に示すように、スキュー角演算器３２、レベリング誤差演算器３４、および圧下モータ制御装置１８にレベリング補正手段３６を備えて構成されている。

詳しくは、スキュー角演算器３２は、ワークロール４および当該ワークロール４側のバックアップロール８相互のスキュー角を演算する演算装置であって、上記スキュー角演算手段に対応している。このスキュー角演算器３２には、シフトシリンダ１１のロッド側１１ａに設けられた圧力計１３およびヘッド側１１ｂに設けられた圧力計１４それぞれで検出された圧油の圧力の信号が入力される。さらに、このスキュー角演算器３２には、上記の各ロードセル１６，１６それぞれで検出された、作業側および駆動側に対応した圧延荷重（ベンダー力）の信号が入力されるようになっている。

そして、このスキュー角演算器３２は、まず、シフトシリンダ１１の各圧力計１３，１４でそれぞれ検出された圧油の圧力の実測値に基づいて、ワークロール４に作用するスラスト力を演算（推定）するようになっている。ここで、このスラスト力Ｆ_ｔｈの推定値は、以下、の（式１）から計算される。
Ｆ_ｔｈ＝（π・Ｄ^２・Ｐ_１）／４−（π・（Ｄ−ｄ）^２・Ｐ_２）／４ （式１）
但し、
Ｆ_ｔｈ ：スラスト力
Ｄ ：シフトシリンダのピストン直径
ｄ ：シフトシリンダのロッド直径
Ｐ_１ ：ヘッド側で検出された圧油の圧力の実測値
Ｐ_２ ：ロッド側で検出された圧油の圧力の実測値

さらに、このスキュー角演算器３２は、上記求めたスラスト力Ｆ_ｔｈの推定値、および各ロードセル１６，１６それぞれで検出された、作業側および駆動側に対応した圧延荷重（ベンダー力）Ｐから、ワークロール４および当該ワークロール４側のバックアップロール８相互のスキュー角を演算する。ここで、このスキュー角θは、以下の（式２）から計算される。

θ＝ｆ（Ｆ_ｔｈ，Ｐ）
＝（２μ（１−（Ｆ_ｔｈ／μＰ）^１／２））／（（π・Ｇ・Ｒ_ｅｑ（１−γ））／ｐ）^１／２ （式２）
但し、
Ｒ_ｅｑ＝（Ｄ_ｂ・Ｄ_ｗ）／（Ｄ_ｂ＋Ｄ_ｗ）
θ ：スキュー角
Ｐ ：圧延荷重（ベンダー力）
μ ：ロール間摩擦係数（ワークロール４およびバックアップロール８相互間の摩擦係数）
ｐ ：単位幅当りの荷重、（圧延荷重／ワークロール４およびバックアップロール８相互間の接触幅）
Ｇ ：横弾性係数
γ ：ポアソン比
Ｒ_ｅｑ ：等価ロール半径
Ｄ_ｗ ：ワークロール直径
Ｄ_ｂ ：バックアップロール直径

そして、レベリング誤差演算器３４は、レベリング誤差を演算する演算装置であって、上記レベリング誤差演算手段に対応している。ここで、図２に、スキューによるレベリング誤差発生の概要図を示す。同図では、スキュー角θによって駆動側のロール端が作業側のロール端に比べて圧延方向にズレ量ｚだけずれており、そのズレ量ｚによってレベリング誤差ｘが発生した状態を示している。なお、同図（ａ）はロールの平面図、また、同図（ｂ）は、駆動側および作業側から見た各側面図を並べて示している。

同図から、スキュー角θとレベリング誤差ｘとの関係は、以下の（式３）であらわすことができる。
ｘ＝ｇ（θ，δ） （式３）
＝｜Ｈ_ｂｗ（ＯＰ）−Ｈ_ｂｗ（ＤＲ）｜
＝（（（Ｄ_ｂ＋Ｄ_ｗ）／２）^２−δ^２）^１／２−（（（Ｄ_ｂ＋Ｄ_ｗ）／２）^２−（δ＋ｚ）^２）^１／２
＝（（（Ｄ_ｂ＋Ｄ_ｗ）／２）^２−δ^２）^１／２−（（（Ｄ_ｂ＋Ｄ_ｗ）／２）^２−（δ＋Ｌ・ｔａｎθ）^２）^１／２
但し、
δ ：ワークロールとバックアップロール間のオフセット量
ｚ ：スキューによって生じるワークロールとバックアップロール間のオフセットずれ量
Ｈ_ｂｗ（ＯＰ）：作業側ロール端における、ワークロールとバックアップロールとの中心間の距離
Ｈ_ｂｗ（ＤＲ）：駆動側ロール端における、ワークロールとバックアップロールとの中心間の距離
Ｌ ：ロールバレル長
そして、上記（式２）および（式３）から、スラスト力Ｆ_ｔｈの推定値とレベリング誤差ｘとの関係は、以下の（式４）で示される。

ｘ＝ｈ（Ｆ_ｔｈ，Ｐ） （式４）
以上によって、レベリング誤差演算器３４は、ワークロール４および当該ワークロール４側のバックアップロール８相互のオフセット量δと、スキュー角演算器３２で演算されたスキュー角θとに基づいて、図２に示す、レベリング誤差ｘを演算するようになっている。

そして、圧下荷重付与機構１０の圧下モータ制御装置１８に設けられたレベリング補正手段３６は、上記レベリング誤差演算器３４によって演算されたレベリング誤差ｘに基づいて、一対のワークロール４，５のレベリングを補正するようになっている。
詳しくは、このレベリング補正手段３６は、圧下荷重付与機構１０が圧下荷重を付与する駆動側および作業側のうちのいずれか開いている側を、上記演算されたレベリング誤差ｘに基づいて適宜選定する。次いで、その選定した一対のワークロール４，５の駆動側および作業側のうちの開いている側を締め込むように、その開いている側の圧下モータ１０ｂを駆動する制御信号を圧下モータ制御装置１８から出力させる。このとき、圧下モータ制御装置１８から出力される制御信号は、上記レベリング誤差演算器３４で演算されたレベリング誤差ｘが小さくなるように、その開いている側の圧下スクリュー１０ａを適宜上下させて、駆動側および作業側の圧下のレベリングが平均化するような圧下荷重を付与する。

次に、このレベリング制御装置の作用・効果について説明する。
この熱間圧延機で圧延を行う場合、圧延材Ｚをハウジング１の入側から送給し、上ワークロール４と下ワークロール５との間を圧下荷重付与機構１０によって所定の圧下力を加えつつ通過させることで圧延を行い、出側から送出して次工程に供給することができる。そして、圧延前または圧延中は、上記ロールシフト機構２０の各シフトシリンダ１１，１２を適宜作動することで、上下のワークロール４，５を軸方向に適宜シフト（移動）し、これにより、ワークロール４，５の磨耗の程度を分散して偏磨耗を防止できる。

そして、この熱間圧延機は、上述のように、レベリング制御装置３０を備えて構成されており、このレベリング制御装置３０は、スキュー角演算器３２を有し、このスキュー角演算器３２は、シフトシリンダ１１のロッド側１１ａおよびヘッド側１１ｂそれぞれから検出された圧油の圧力に基づいて、ワークロール４およびバックアップロール８相互の軸心のスキュー角θを演算するので、スキュー角（スキュー量）を求めることができる。また、このレベリング制御装置３０は、レベリング誤差演算器３４を有し、このレベリング誤差演算器３４は、スキュー角演算器３２によって演算されたスキュー角θからレベリング誤差ｘを演算するので、レベリング誤差ｘを求めることができる。

さらに、このレベリング制御装置３０は、圧下モータ制御装置１８にレベリング補正手段３６を有しており、このレベリング補正手段３６は、レベリング誤差演算器３４によって演算されたレベリング誤差ｘに基づいて、圧下荷重付与機構１０が圧下荷重を付与する駆動側および作業側のうちのいずれかに、前記演算されたレベリング誤差ｘが小さくなるように圧下荷重を付与させるので、一対のワークロール４，５相互の駆動側および作業側とでのレベリングの差異を小さくすることができる。したがって、レベリング誤差ｘを自動的に補正し、これにより、通板性を一層向上させることができる。

以上説明したように、このレベリング制御装置３０によれば、レベリング誤差を自動的に補正し、通板性を一層向上させることができる。なお、本発明に係るレベリング制御装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。

本発明に係るレベリング制御装置を備える圧延機の一実施形態である熱間圧延機の概略構成図である。 スキュー角によって駆動側のロール端が作業側のロール端に比べて圧延方向にずれて、レベリング誤差が発生した状態を示す説明図であり、同図（ａ）はロールの平面図、同図（ｂ）は、駆動側および作業側から見た各側面図を並べて示している。

符号の説明

１ ハウジング
２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ ワークロールチョック
４ 上ワークロール（ワークロール）
５ 下ワークロール（ワークロール）
６、７ バックアップロールチョック
８ 上バックアップロール（バックアップロール）
９ 下バックアップロール（バックアップロール）
１０ａ 圧下スクリュー
１０ｂ 圧下モータ
１０ 圧下荷重付与機構
１１、１２ シフトシリンダ
１３、１４ 圧力計
１６ ロードセル
１８ 圧下モータ制御装置
２０ ロールシフト機構
３０ レベリング制御装置
３２ スキュー角演算器（スキュー角演算手段）
３４ レベリング誤差演算器(レベリング誤差演算手段)
３６ レベリング補正手段
Ｚ 圧延材

Claims (1)

1. 一対のワークロールを個別に軸方向に移動させる複数のシフトシリンダを有するロールシフト機構と、前記一対のワークロールの駆動側および作業側に個別に圧下荷重を付与可能に設けられた圧下荷重付与機構と、を備える圧延機に用いられ、前記一対のワークロールのレベリングを制御するレベリング制御装置であって、
   前記シフトシリンダのロッド側およびヘッド側それぞれから検出された圧油の圧力に基づいて、前記ワークロールおよび当該ワークロール側のバックアップロール相互のスキュー角を演算するスキュー角演算手段と、前記ワークロールおよび当該ワークロール側のバックアップロール相互のオフセット量と前記スキュー角演算手段で演算されたスキュー角とに基づいて、レベリング誤差を演算するレベリング誤差演算手段と、そのレベリング誤差演算手段で演算されたレベリング誤差に基づいて、前記一対のワークロールのレベリングを補正するレベリング補正手段と、を備え、
   前記レベリング補正手段は、前記圧下荷重付与機構が圧下荷重を付与する駆動側および作業側のうちのいずれかに、前記演算されたレベリング誤差が小さくなるように圧下荷重を付与させることを特徴とするレベリング制御装置。

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