JP2009172646A - 圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機 - Google Patents

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Abstract

【課題】硬質材及び薄板材圧延のため、より小径の作業ロールを使用可能とし、高い生産性や高い製品品質の帯板を得ることができる圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機を提供する。
【解決手段】帯板１を圧延する上下１対の作業ロール２と、この上下１対の作業ロール２を支持する各々上下１対の中間ロール３と、この上下１対の中間ロール３を支持する各々上下１対の補強ロール４から成り、前記作業ロールの圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない６段式の圧延機において、前記作業ロールは小径で超硬やセラミックス等の高い縦弾性係数の材質を使用した。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業ロールの小径化が図れる圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機に関する。
従来の所謂中間ロール駆動の６段式の圧延機（以下６段ミルと称す）において、作業ロール径の最小値は、当該作業ロールの圧延可能な板幅内，外にサポート(支持)ロールが無い場合、中間ロール駆動の接線力に耐える作業ロールたわみ剛性値により決まる。例えば、非特許文献１によると、４幅材（４feet）、中間ロール駆動でφ180〜φ380となっている。
また、６段ミルとしては、従来、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを有するものもあり、さらには、作業ロールの圧延可能な板幅外に支持ベアリングを設け、この支持ベアリングを介して作業ロールに水平曲げを加えるものが特許文献２で開示されている。
「産業機械」１９９１年５月号（５６〜６０頁） 特開平５−５０１０９号公報
ところで、最近のニーズに対応するため、より硬いステンレス鋼等の特殊鋼を、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを有しない６段ミルで圧延しようとすると、前述した作業ロール径では、大き過ぎ、荷重が高く、必要な圧下量がとれないという問題や光沢不良等の問題があった。
一方、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを有する６段ミルは、サポートロール部のスペースが少なく、十分な強度及び剛性確保が難しく、また、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを支持するサポートベアリングが有るため、材料によってはそのサポートベアリングのマークがサポートロール及び作業ロールを介して板に転写・発生するという問題があった。
また、作業ロールの圧延可能な板幅外に支持ベアリングを設けた圧延機は、いずれも上下同位相の支持ベアリングのため、サイズの大きなベアリングが使用できず、大きな水平力が生じる高荷重、高トルクの硬質材の圧延には採用することができないという問題があった。
本発明は、このような実情に鑑み提案されたもので、その目的は、硬質材圧延のためより小径の作業ロールを使用可能とし、高い生産性や高い製品品質の帯板を得ることができる圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機を提供することにある。
上記の課題を解決するための本発明に係る圧延機は、
金属帯板を圧延する上下１対の作業ロールとその作業ロールを支持する上下１対の中間ロールと更にこの上下１対の中間ロールを支持する上下１対の補強ロールから成り、前記作業ロールの圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない６段式の圧延機において、
前記作業ロールは高い縦弾性係数の材質を使用し、その作業ロールの最小ロール径は、最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記式で表されることを特徴とする。
最小径上限Dmax1= D4max × Ｂ/K(1/4)
ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
Ｂ ; 板幅（mm）/1,300mm
K ; 高縦弾性材の従来材との比
（高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm2））
最小径下限Dmin1= D4min × Ｂ/K(1/4)
ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180
また、前記高縦弾性材の従来材との比(縦弾性係数比Ｋ)がＫ＝１．２〜３．０であることを特徴とする。
上記の課題を解決するための本発明に係るタンデム圧延機は、
複数の圧延機スタンドを並べたタンデム圧延機において、前記何れか一つの圧延機を少なくとも１スタンド設けたことを特徴とする。
本発明の構成によれば、作業ロールに高い縦弾性係数の材質を使用したことにより、作業ロールのたわみ剛性を確保してその高剛性分だけ、作業ロール径を小径にすることができ、エッジドロップ低減，表面光沢向上や最小圧延可能板厚みの低減が可能となると共に硬質材用の高荷重、高トルクの圧延機にも適用可能となる。
以下、本発明に係る圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の実施例１を示す６段ミルの正断面図、図２は図１のII-II線断面図である。
図示のように、被圧延材である帯板１は、上下１対の作業ロール２にて圧延される。この上下１対の作業ロール２は、各々上下１対の中間ロール３に接触支持され、この上下１対の中間ロール３は、各々上下１対の補強ロール４に接触支持される。
上記上方の補強ロール４は、図示されていないベアリングを介して軸受箱１７ａ，１７ｃに支持され、この軸受箱１７ａ，１７ｃは、ウォームジャッキ又はテーパウエッジ及び段付ロッカープレート等のパスライン調整装置５ａ，５ｂを介してハウジング７ａ，７ｂに支持されている。ここで、このパスライン調整装置５ａ，５ｂの内部にロードセルを内蔵させ圧延荷重を計測させても良い。
上記下方の補強ロール４は、図示されていないベアリングを介して軸受箱１７ｂ，１７ｄに支持され、この軸受箱１７ｂ，１７ｄは、油圧シリンダー６ａ，６ｂを介してハウジング７ａ，７ｂに支持されている。
ここで、上下１対の作業ロール２は、高い縦弾性係数の材質を使用する。この高い縦弾性係数の材質としては、タングステンカーバイド（縦弾性係数；53,000kg/mm2）等の超硬やセラミックス（縦弾性係数；31,000kg/mm2）等がある。尚、従来材としては特殊鍛鋼（縦弾性係数；21,000kg/mm2）等が使用されていた。
そして、前記高縦弾性材の従来材との比(縦弾性係数比Ｋ)がＫ＝１．２〜３．０に設定されると好適である。
更に、この上下１対の作業ロール２のロールネック部には、図示されていないベアリングを介して軸受箱１３ａ〜１３ｄが取り付けられている。これらの軸受箱１３ａ〜１３ｄには、ロールベンディングを付与するベンディングシリンダー１４ａ〜１４ｄが備え付けられている。これにて作業ロール２にロールベンディングを付与する。
尚、本実施例では、軸受箱１３ａ〜１３ｄがある場合を示したが、この軸受箱１３ａ〜１３ｄが無くても良い。この軸受箱１３ａ〜１３ｄが無い作業ロール２の場合、構造がシンプルで作業性が良いというメリットがある。但し、この場合、ロール端部にスラスト荷重を受けるスラスト軸受が必要となる。
ここで、圧延荷重は、油圧シリンダー１６ａ，１６ｂにて付与され、圧延トルクは図示されていないスピンドルより中間ロール３にて伝達される。上下１対の中間ロール３は、前記帯板１の板幅中心に対して上下点対称のロール胴端部位置にロール径が減少するロール肩３ａをそれぞれ有している。
又、上下１対の中間ロール３は、図示されていないベアリングを介して軸受箱１５ａ〜１５ｄに支持されている。上下１対の中間ロール３は、駆動側軸受箱1５ｃ，１５ｄを介して図示されていないシフト装置にて、軸方向に移動可能となっている。更に、これらの軸受箱１５ａ〜１５ｄには、ロールベンディングを付与するベンディングシリンダー1６ａ〜１６ｄが備え付けられている。これにて中間ロール３にロールベンディングを付与する。
ここで、図３及び図４を用いて駆動接線力による作業ロールのたわみについて述べる。
まず、図３に示されるように、中間ロール３から駆動トルクを作業ロール２に伝達させる場合、作業ロール２には駆動接線力Ｆが加わる。この作業ロールの軸受けは、操作側と駆動側各１個であるため図４に示す単純支持の支持条件となる。この場合の作業ロールの水平たわみδｓは、次の(1)式で表される。ここで、単位長さ当たりの駆動接線力をＦ、支持間隔をＬ、従来の作業ロール２の直径をＤｃ、従来の作業ロール径の断面２次モーメントをＩｃ、従来の作業ロールの材質（特殊鍛鋼）の縦弾性係数（21,000kg/mm2）をＥｃとする。
δｓ=５×Ｆ×Ｌ4／（３８４×Ｅｃ×Ｉｃ) (1)式
ここで、Ｉｃ＝π×Ｄｃ4／６４
ここで、上下１対の作業ロール２に、高い縦弾性係数の材質を使用する。この場合の作業ロール２の水平方向のたわみδｒは、次の(2)式で表される。実施例の作業ロール２の直径をＤｒ、実施例の作業ロール径の断面2次モーメントをＩｒ、実施例の作業ロールの材質の縦弾性係数をＥｒとする。
δｒ=５×Ｆ×Ｌ4／（３８４×Ｅｒ×Ｉｒ） (2)式
ここで，Ｉｒ＝π×Ｄｒ4／６４
ここで，δｒ=δｓとすると、Ｄｒは下記の(3)式で表される。
Ｄｒ=Ｄｃ/K(1/4) (3)式
一方、作業ロールの最小ロール径は、同様に最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記の(4)式で表される。
最小径上限Dmax1= D4max × Ｂ/K(1/4) (4)式
ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
Ｂ ; 板幅（mm）/1,300mm
K ; 高縦弾性材の従来材との比
（高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm2））
実施例の板幅毎の最小径上限Dmax1を図５に示す。ただし、作業ロール材質は、超硬の場合としてK=2.5とした。
最小径下限Dmin1= D4min × Ｂ/K(1/4) (5)式
ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180
実施例の板幅毎の最小径下限Dmin1を図６に示す。ただし、作業ロール材質は、超硬の場合としてK=2.5とした。
このようにして、本実施例では、作業ロール２の圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない６段ミルにおいて、高縦弾性材の超硬やセラミックス材質の作業ロール２を使用するので、作業ロールのたわみ剛性を確保してその高剛性分だけ、作業ロール径を小径にでき、硬質材圧延において高い生産性や高い製品品質の帯板１を得ることができる。
また、図７Ａ，図７Ｂに示されるように、高縦弾性材の作業ロール２を水平方向の圧延方向出側に、駆動トルクに応じ可変にオフセットさせても良い。これにより、駆動接線力Ｆは圧延荷重Ｑのオフセット水平方向分力Ｆａにより減ぜられ、作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力は減ぜられる。図７Ｂ中Ｆｂはオフセット垂直方向分力を示す。
その結果、作業ロール２のたわみをより小さくできるメリットがある。
作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力;Ｆｗは、次の(6)式で示される。
Ｆｗ=Ｆ−Q×α／（(Ｄｗ+ＤI)／２) (6)式
ここで、作業ロール径はＤｗ、中間ロール径はＤIとする。
また、図８Ａ，図８Ｂに示されるように、中間ロール３を水平方向の圧延方向入側に、駆動トルクに応じ可変にオフセットさせても良い。これにより、駆動接線力Ｆは圧延荷重Ｑのオフセット水平方向分力Ｆａにより減ぜられ、高縦弾性材の作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力は減ぜられる。図８Ｂ中Ｆｂはオフセット垂直方向分力を示す。
その結果、作業ロール２のたわみをより小さくできるメリットがある。
作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力;Ｆｗは、次の(7)式で示される。
Ｆｗ=Ｆ−Q×β／（(Ｄｗ+ＤI)／２) (7)式
ここで、作業ロール径はＤｗ、中間ロール径はＤIとする。
また、本発明の小径作業ロール圧延機をタンデム圧延機に適用する場合、図９に示されるように、NO．1スタンドに適用すると、高縦弾性材の小径作業ロールにより、強圧下が可能となる。また、最終スタンド、図ではNO．４スタンドに適用すると、高縦弾性材の小径作業ロールにより、より薄い板が圧延可能となる。無論全スタンドについて本発明の小径作業ロール圧延機を適用しても良い。これにより、より薄くて硬い材料が圧延可能となる。
本発明の実施例を示す６段ミルの正断面図である。 図１のII-II線断面図である。 駆動接線力の説明図である。 作業ロールのたわみ説明図である。 本発明の実施例の作業ロール最小径上限Dmaxを示すグラフである。 本発明の実施例の作業ロール最小径下限Dminを示すグラフである。 本発明のその他の実施例を示す作業ロールオフセットの説明図である。 本発明のその他の実施例を示す中間ロールオフセットの説明図である。 本発明のタンデム圧延機への適用説明図である。
符号の説明
１ 帯板
２ 作業ロール
３ 中間ロール
４ 補強ロール
５ａ，５ｂ パスライン調整装置
６ａ，６ｂ 油圧シリンダー
７ａ，７ｂ ハウジング
１３ａ〜１３ｄ 作業ロール軸受箱
１５ａ〜１５ｄ 中間ロール軸受箱
１７ａ〜１７ｄ，１９ａ〜１９ｄ 補強ロール軸受箱
１４ａ〜１４ｄ 作業ロールベンディングシリンダー
１６ａ〜１６ｄ 中間ロールベンディングシリンダー

Claims (3)

  1. 金属帯板を圧延する上下１対の作業ロールとその作業ロールを支持する上下１対の中間ロールと更にこの上下１対の中間ロールを支持する上下１対の補強ロールから成り、前記作業ロールの圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない６段式の圧延機において、
    前記作業ロールは高い縦弾性係数の材質を使用し、その作業ロールの最小ロール径は、最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記式で表されることを特徴とする圧延機。
    最小径上限Dmax1= D4max × Ｂ/K(1/4)
    ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
    Ｂ ; 板幅（mm）/1,300mm
    K ; 高縦弾性材の従来材との比
    （高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm2））
    最小径下限Dmin1= D4min × Ｂ/K(1/4)
    ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180
  2. 前記高縦弾性材の従来材との比(縦弾性係数比Ｋ)がＫ＝１．２〜３．０であることを特徴とする請求項１に記載の圧延機。
  3. 複数の圧延機スタンドを並べたタンデム圧延機において、前記請求項１又は２に記載の圧延機を少なくとも１スタンド設けたことを特徴とするタンデム圧延機。
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