JP2011025299A - 作業ロールシフト機能を具備した圧延機 - Google Patents

作業ロールシフト機能を具備した圧延機 Download PDF

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Abstract

【課題】一端が先細り状に形成される作業ロールをその軸方向にシフトさせ、圧延材のエッジドロップを制御する際に、圧延材の幅方向両端部による作業ロールへの磨耗傷の発生を抑えることにより、その表面に転写傷のない高品質の圧延材を圧延することができる作業ロールシフト機能を具備した圧延機を提供する。
【解決手段】ロール先端に向かうに従ってロール径が漸次小さくなる先細り部３１ｂ，３２ｂをロール胴部３１ａ，３２ａの一端に有し、且つ、先細り部３１ｂ，３２ｂがその軸方向において反対側に位置するように圧延材１を挟持する上下一対の作業ロール２２ａ，２２ｂと、作業ロール２２ａ，２２ｂをその軸方向にシフトさせるロールシフト装置４０，５０とを有するリバース圧延機１１であって、作業ロール２２ａ，２２ｂにおけるロール胴部３１ａ，３２ａの表面を、セラミックス材または超硬合金材で形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一端が先細り状に形成される作業ロールをその軸方向にシフトさせることにより、圧延材のエッジドロップを制御する作業ロールシフト機能を具備した圧延機に関する。
一般に、圧延機の作業ロールで圧延すると、圧延材の幅方向の板厚分布においては、圧延時の塑性流動に起因して、その両端部近傍が中央部に比べて薄くなる、所謂、エッジドロップと称する現象が発生する。圧延された圧延材には、所望の板厚精度が要求されているが、特に、現在では、圧延製品の高品質化、高精度化がますます高くなっていることから、板厚精度に対する高精度化の要求は、その幅方向の板厚分布においても厳しくなる一方にある。
そこで、従来から、圧延後における圧延材の幅方向両端部のエッジドロップを、より精度良く制御するようにした技術が提供されている。そして、このエッジドロップを制御する手段として、一端が先細り状に形成される作業ロールをその軸方向にシフトさせる作業ロールシフト法が通常採用されており、このような作業ロールシフト法は、一般的に、タンデム圧延機に適用されている。
これを具体的に説明すると、図１７に示すように、タンデム圧延機３００は、第１圧延スタンド３０１、第２圧延スタンド３０２、第３圧延スタンド３０３、第４圧延スタンド３０４を備えており、各圧延スタンド３０１〜３０４は、上下一対の作業ロール３１０ａ，３１０ｂを回転可能に支持している。作業ロール３１０ａ，３１０ｂは、円柱状のロール胴部３１１ａ，３１２ａと、このロール胴部３１１ａ，３１２ａの一端に形成される先細り部３１１ｂ，３１２ｂとから構成されており、先細り部３１１ｂ，３１２ｂは、そのテーパ面の開始位置となるロール肩部３１１ｃ，３１２ｃを有している。なお、作業ロール３１０ａ，３１０ｂは、先細り部３１１ｂ，３１２ｂがその軸方向において反対側に配置されるように、設けられている。
そして、このようなタンデム圧延機３００を用いて圧延材１圧延する場合には、圧延材１を各圧延スタンド３０１〜３０４の作業ロール３１０ａ，３１０ｂ間に通過させることにより、その板厚が減じられることになる。これにより、第１圧延スタンド３０１では、板厚が厚い圧延材１の幅方向両端内部まで塑性変形が及ぶため、この第１圧延スタント３０１におけるロール肩部３１１ｃ，３１２ｃのシフト位置は、圧延材１の幅方向両端部からその内側の最も深い位置（距離δ１）となり、第２圧延スタンド２１２におけるそのシフト位置は、それよりも浅い位置（距離δ２）となり、第３圧延スタンド２１３におけるそのシフト位置は、更にそれよりも浅い位置（δ３）となり、第４圧延スタンド２１４におけるそのシフト位置は、また更にそれよりも浅い位置（δ４）となる。
即ち、各圧延スタンド３０１〜３０４におけるロール肩部３１１ｃ，３１２ｃのシフト位置は、前段の第１圧延スタンド３０１から後段の第４圧延スタンド３０４に向かうに従って、圧延材１の減厚に伴って塑性変形したその幅方向両端部の移行に合わせて、（δ１＞δ２＞δ３＞δ４）となるように段階的にずれて設定されている。従って、各圧延スタンド３０１〜３０４における圧延材１の幅方向両端部の板厚は、その幅方向中央部の板厚よりも、幾何学的に増厚されるため、結果として、圧延後における圧延材１の幅方向両端部のエッジドロップは抑制されることになる。
これに対して、上述した作業ロールシフト法を、１つの圧延スタンドからなるリバース圧延機に適用してみることにする。図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、リバース圧延機３５０は、圧延材１を作業ロール３１０ａ，３１０ｂ間に複数回往復通過させて複数回圧延するものである。これにより、そのロール肩部３１１ｃ，３１２ｃのシフト位置は、圧延材１の幅方向両端部の内側の最も深い位置から、圧延材１の減厚に伴って塑性変形したその幅方向両端部の移行に合わせて、（δ１＞δ２＞δ３）となるように段階的にずらす必要がある。
しかしながら、図１８（ａ）に示すように、初回パス時において、ロール胴部３１１ａ，３１２ａにおける先細り部３１１ｂ，３１２ｂに対して反対側の端部と、圧延材１の幅方向両端部（エッジ部）とが接触することになる。この結果、従来から、ハイス鋼（ビッカース硬さ９００ＨＶ）で形成される作業ロール３１０ａ，３１０ｂのロール胴部３１１ａ，３１２ａの端部には、磨耗傷Ｒが発生してしまう。この磨耗傷Ｒは、特に、圧延荷重を高く設定する硬質材または中硬質材の圧延や、パス回数を重ねることによって加工硬化する軟質材においても顕著となる。
また、図１８（ｂ），（ｃ）に示すように、パス回数を重ねる毎にロール肩部３１１ｃ，３１２ｃをシフトするに伴って、ロール胴部３１１ａ，３１２ａの磨耗傷Ｒも、圧延材１の幅方向両端部からその内側に向けて段階的にシフトされてしまう。これにより、圧延材１におけるロール胴部３１１ａ，３１２ａによって圧延される表面には、前回までのパス回数分の磨耗傷Ｒが転写されることになり、転写傷Ｓが発生することになる。
一方、従来から、作業ロールを超硬合金材で形成することにより、ロール表面の高硬度化を図るようにした技術が提供されている。このような作業ロールは、例えば、特許文献１，２に開示されている。
特開２００９−３４６９０号公報 特許第３４４４０６３号公報
しかしながら、引用文献１に記載された作業ロールは、酸洗処理前の冷間圧延時に使用されるものであって、その材質を超硬合金材とすることにより、圧延材表面に付着した熱延スケールをその圧下力によって破砕剥離させることを目的としている。また、引用文献２に記載された作業ロールは、タンデム圧延機に設けられるものであって、その材質を超硬合金材とすることにより、圧延時における圧延材の磨耗粉の発生を抑え、圧延材表面の清浄度を高めることを目的としている。即ち、上記従来の作業ロールは、作業ロールシフト法に適用したものではなかった。
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、一端が先細り状に形成される作業ロールをその軸方向にシフトさせ、圧延材のエッジドロップを制御する際に、圧延材の幅方向両端部による作業ロールへの磨耗傷の発生を抑えることにより、その表面に転写傷のない高品質の圧延材を圧延することができる作業ロールシフト機能を具備した圧延機を提供することを目的とする。
上記課題を解決する第１の発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機は、
ロール先端に向かうに従ってロール径が漸次小さくなる先細り部をロール胴部の一端に有し、且つ、前記先細り部がその軸方向において反対側に位置するように圧延材を挟持する上下一対の作業ロールと、前記作業ロールをその軸方向にシフトさせるロールシフト手段とを有する圧延スタンドを、少なくとも１スタンド以上備えた作業ロールシフト機能を具備した圧延機であって、
前記作業ロールは、少なくともロール胴部の表面が、セラミックス材または超硬合金材で形成される
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第２の発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機は、
ロール先端に向かうに従ってロール径が漸次小さくなる先細り部をロール胴部の一端に有し、且つ、前記先細り部がその軸方向において反対側に位置するように圧延材を挟持する上下一対の作業ロールと、前記作業ロールをその軸方向にシフトさせるロールシフト手段とを有する圧延スタンドを、少なくとも１スタンド以上備えた作業ロールシフト機能を具備した圧延機であって、
前記作業ロールは、少なくともロール胴部の表面が、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上で形成される
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第３の発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機は、
前記ロールシフト手段は、２重偏心構造のベアリングを有する
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第４の発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機は、
前記作業ロールは、そのロール径と圧延材の板幅との比が、０．０３〜０．１となる小径ロールである
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第５の発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機は、
少なくとも最終圧延スタンドの出側に設けられ、圧延材の幅方向両端部の板厚を検出する検出手段を備え、
前記検出手段により検出された圧延材の板厚に応じて、前記作業ロールの先細り部のシフト位置を制御する
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第６の発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機は、
前記圧延スタンドは、圧延材の搬送方向を逆転させながら複数パス多重圧延を行う可逆式圧延スタンドであって、
前記ロールシフト手段は、圧延材のパス毎に前記作業ロールを段階的にシフトさせる
ことを特徴とする。
従って、本発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機によれば、作業ロールにおいて、少なくともロール胴部の表面硬度を高くすることにより、先細り部を有する作業ロールをその軸方向にシフトさせ、圧延材のエッジドロップを制御する際に、圧延材の幅方向両端部（エッジ部）によるロール胴部への磨耗傷の発生を抑えることができるので、その表面に転写傷のない高品質の圧延材を圧延することができる。
本発明の第１実施例に係る６段リバース圧延機の正面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。 本発明の第２実施例に係る６段リバース圧延機の正面図である。 本発明の第３実施例に係る４段リバース圧延機の正面図である。 図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の第４実施例に係る２０段リバース圧延機の正面図である。 図７のＤ−Ｄ矢視断面図である。 図８のＥ−Ｅ矢視断面図である。 （ａ）〜（ｃ）に向かうに従って圧延材の板幅が小さくなるときにおける駆動側に配置したスラストベアリングがシフトするときの様子を示した図である。 本発明の第５実施例に係る２０段リバース圧延機の正面図である。 図１１のＦ−Ｆ矢視断面図である。 本発明の第６実施例に係る１２段リバース圧延機の正面図である。 板厚計測器を備えたリバース圧延機の正面図である。 板厚計測器を備えたリバース圧延機の側面図である。 板厚計測器を備えたタンデム圧延機の正面図である。 従来のタンデム圧延機における作業ロールシフト方法の説明図である。 従来のリバース圧延機に作業ロールシフト方法を適用した場合の説明図であって、（ａ）〜（ｃ）は１パス目〜３パス目における磨耗傷及び転写傷の発生の様子を示したものである。
以下、本発明に係る作業ロールシフト機能を具備した圧延機について、図面を用いて詳細に説明する。
先ず、第１実施例について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１及び図２に示すように、６段圧延機であるリバース圧延機１１は、１つの圧延スタンドから構成されており、左右（駆動側、操作側）一対のハウジング２１ａ，２１ｂを有している。ハウジング２１ａ，２１ｂ内には、上下一対の作業ロール２２ａ，２２ｂ、中間ロール２３ａ，２３ｂ、補強ロール２４ａ，２４ｂが回転可能に支持されている。
作業ロール２２ａ，２２ｂは、それぞれ中間ロール２３ａ，２３ｂに接触支持されており、この中間ロール２３ａ，２３ｂは、それぞれ補強ロール２４ａ，２４ｂに接触支持されている。また、詳細は後述するが、作業ロール２２ａ，２２ｂ及び中間ロール２３ａ，２３ｂの外側には、ロールシフト装置（ロールシフト手段）４０，５０，６０，７０が設けられている。そして、リバース圧延機１１では、図示しない駆動装置によって駆動回転（正転及び逆転）される作業ロール２２ａ，２２ｂ間において、圧延材１を複数回に亘って往復通過させることにより、当該圧延材１を所定の板厚及び板幅に圧延するようになっている。
作業ロール２２ａ，２２ｂは、円柱状のロール胴部３１ａ，３２ａと、このロール胴部３１ａ，３２ａの一端に形成されるテーパ状の先細り部３１ｂ，３２ｂと、ロール胴部３１ａ，３２ａの他端に形成されるロールネック部３１ｄ，３２ｄと、先細り部３１ｂ，３２ｂの先端に形成されるロールネック部３１ｅ，３２ｅとから構成されている。また、先細り部３１ｂ，３２ｂは、そのテーパ面の開始位置（起点）となるロール肩部３１ｃ，３２ｃを有している。なお、作業ロール２２ａ，２２ｂは、先細り部３１ｂ，３２ｂがその軸方向において反対側に位置するように配置されている。
ここで、ロール胴部３１ａ，３２ａ及び先細り部３１ｂ，３２ｂの表面は、圧延材１を圧延す際に使用されるものであるが、作業ロール２２ａ，２２ｂにおいては、少なくともロール胴部３１ａ，３２ａの表面（表層）が、高硬度材であるセラミックス材または超硬合金材（例えば、ＷＣ−Ｃｏ系）で形成されている。また、その表面硬度は、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上となっており、好ましくは、１６００ＨＶ程度となっている。なお、先細り部３１ｂ，３２ｂの表面も、セラミックス材または超硬合金材で形成し、その表面硬度を、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上としても構わない。
即ち、作業ロール２２ａ，２２ｂは、その表層部分が、セラミックス材または超硬合金材で形成されると共に、その内層（軸心）部分が、ハイス鋼等で形成された複合ロールとなっている。なお、作業ロール２２ａ，２２ｂにおいては、セラミックス材をその表面に溶射した表面溶射ロールとしても構わない。
ロールシフト装置４０には、作業ロール２２ａが回転可能で、且つ、その軸方向にシフト可能に支持されている。つまり、ロールシフト装置４０は、左右一対の軸受け箱４１ａ，４１ｂを有しており、この軸受け箱４１ａ，４１ｂ内には、作業ロール２２ａのロールネック部３１ｄ，３１ｅが回転可能に支持されている。このうち、図３に示すように、駆動側の軸受け箱４１ａには、着脱フック４２を介して、シフトフレーム４３が着脱可能に装着されている。そして、シフトフレーム４３とハウジング２１ａとの間には、シフトシリンダ４４ａ，４４ｂが介在されている。
軸受け箱４１ａ，４１ｂの両側部には、前後一対のシフトブロック４５ａ，４５ｂが設けられている。これら対向したシフトブロック４５ａ，４５ｂは、ステー４６により連結されると共に、ハウジング２１ａ，２１ｂの側壁間において、作業ロール２２ａの軸方向に摺動可能に支持されている。そして、シフトブロック４５ａ，４５ｂ内には、ベンディングシリンダ４７ａ，４７ｂが収容されており、これらベンディングシリンダ４７ａ，４７ｂは、軸受け箱４１ａ，４１ｂの下面を押圧可能となっている。これにより、作業ロール２２ａには、ベンディング力が付与されるようになっている。
従って、ロールシフト装置４０においては、シフトシリンダ４４ａ，４４ｂを駆動させることにより、作業ロール２２ａはその軸方向にシフト可能になっている。そして、その軸受け箱４１ａ，４１ｂのシフトに伴って、シフトブロック４５ａ，４５ｂもシフトするため、軸受け箱４１ａ，４１ｂがどのようなシフト位置に配置されても、ベンディングシリンダ４７ａ，４７ｂによってベンディング力を付与することができ、圧延材１の幅方向の板形状制御を行うことができる。
同様に、ロールシフト装置５０には、作業ロール２２ｂが回転可能で、且つ、その軸方向にシフト可能に支持されている。つまり、ロールシフト装置５０は、左右一対の軸受け箱５１ａ，５１ｂを有しており、この軸受け箱５１ａ，５１ｂ内には、作業ロール２２ｂのロールネック部３２ｄ，３２ｅが回転可能に支持されている。
軸受け箱５１ａ，５１ｂは、図３に示した軸受け箱４１ａ，４１ｂと同じ支持構造となっており、軸受け箱５１ａ，５１ｂの両側部には、前後一対のシフトブロック５５ａ，５５ｂが、ハウジング２１ａ，２１ｂの側壁間において、作業ロール２２ｂの軸方向に摺動可能に設けられている。そして、シフトブロック５５ａ，５５ｂ内には、ベンディングシリンダ５７ａ，５７ｂが収容されており、これらベンディングシリンダ５７ａ，５７ｂは、軸受け箱５１ａ，５１ｂの下面を押圧可能となっている。これにより、作業ロール２２ａには、ベンディング力が付与されるようになっている。従って、ロールシフト装置５０も、ロールシフト装置４０と同様のシフト動作、ベンディング動作、板形状制御を行うことができる。
また、ロールシフト装置６０には、作業ロール２２ａ，２２ｂと同じ形状をなす先細り状の中間ロール２３ａが支持されている。即ち、中間ロール２３ａは、軸受け箱６１ａ，６１ｂ内に回転可能に支持されると共に、ハウジング２１ａ，２１ｂの側壁間において、その軸方向に摺動可能に支持されている。そして、中間ロール２３ａには、シフトブロック６５ａ，６５ｂのベンディングシリンダ６７ａ，６７ｂによって、ベンディング力が付与されるようになっている。
同様に、ロールシフト装置７０には、作業ロール２２ａ，２２ｂと同じ形状をなす先細り状の中間ロール２３ｂが支持されている。即ち、中間ロール２３ｂは、軸受け箱７１ａ，７１ｂ内に回転可能に支持されると共に、ハウジング２１ａ，２１ｂの側壁間において、その軸方向に摺動可能に支持されている。そして、中間ロール２３ｂには、シフトブロック７５ａ，７５ｂのベンディングシリンダ７７ａ，７７ｂによって、ベンディング力が付与されるようになっている。
従って、中間ロール２３ａ，２３ｂのシフト動作と相まって、この中間ロール２３ａ，２３ｂに対してベンディング力を付与することができるので、圧延材１の幅方向の板形状制御を更に高精度に行うことができる。
更に、補強ロール２４ａは、軸受け箱２５ａ，２５ｂ内に回転可能に支持されている。この軸受け箱２５ａ，２５ｂは、ウォームジャッキ等により構成される左右一対のパスライン調整装置２７ａ，２７ｂを介して、ハウジング２１ａ，２１ｂに支持されている。即ち、パスライン調整装置２７ａ，２７ｂを駆動することにより、圧延材１のパスラインを上下方向に調整可能になっている。
一方、補強ロール２４ｂは、軸受け箱２６ａ，２６ｂ内に回転可能に支持されている。この軸受け箱２６ａ，２６ｂは、左右一対の圧下用油圧シリンダ２８ａ，２８ｂを介して、ハウジング２１ａ，２１ｂに支持されている。即ち、圧下用油圧シリンダ２８ａ，２８ｂを駆動することにより、その圧下荷重を、中間ロール２３ａ，２３ｂから作業ロール２２ａ，２２ｂを介して、または、直接、作業ロール２２ａ，２２ｂから圧延材１に伝達するようになっている。
従って、リバース圧延機１１を用いて圧延材１を圧延する場合には、圧延材１を作業ロール２２ａ，２２ｂ間において複数回に亘って往復通過させる。そして、この圧延時においては、作業ロール２２ａ，２２ｂを徐々にシフトさせることになるが、そのロール肩部３１ｃ，３２ｃのシフト位置は、圧延材１の両端部の内側の最も深い位置から、圧延材１の減厚に伴って塑性変形したその両端部の移行に合わせて段階的に制御される。これにより、圧延材１のエッジドロップを低減することができる。
このとき、ロール胴部３１ａ，３２ａにおける先細り部３１ｂ，３２ｂに対して反対側の端部と、圧延材１の幅方向両端部（エッジ部）とが接触することになるが、ロール胴部３１ａ，３２ｃの表面硬度が高いため、ロール肩部３１ｃ，３２ｃが、パス回数を重ねる毎に、塑性変形した圧延材１の幅方向両端部の移行に合わせてシフトされても、そのロール胴部３１ａ，３２ａへの磨耗傷Ｒ（図１８参照）の発生を抑えることができる。これにより、その表面に転写傷Ｓ（図１８参照）のない高品質の圧延材１を圧延することができる。
ここで、作業ロール２２ａ，２２ｂにおいては、ビッカース硬さが９００ＨＶのハイス鋼の磨耗量に対して、その硬さが１．８倍の１６００ＨＶのセラミックス材または超硬合金材の磨耗量が、１／２５となる試験結果を得ることができた。これにより、この試験結果に基づいて、ビッカース硬さが９００ＨＶのハイス鋼に対して、その硬さが１．３倍の１２００ＨＶの材質であれば、それに対する磨耗量を１／４に設定することができる。そこで、作業ロール２２ａ，２２ｂのロール胴部３１ａ，３２ａの表面を、高硬度材であるセラミックス材または超硬合金材で形成し、その表面硬度を、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上としている。そして、このように、ロール胴部３１ａ，３２ａの表面材質及び表面硬度を規定することにより、特に、圧延荷重を高く設定する電磁鋼板、ステンレス鋼板、超高張力鋼板等の硬質材、及び、中硬質材、更に、圧延により加工硬化する銅合金鋼板等の軟質材の圧延時においても、磨耗傷Ｒの発生を抑えることができる。
次に、第２実施例について、図４を用いて説明する。
図４に示すように、リバース圧延機１２には、中径の作業ロール２２ａ，２２ｂが回転可能に支持されている。これら作業ロール２２ａ，２２ｂの入側及び出側には、作業ロール２２ａと対向する支持ロール８１ａ，８１ｂと、作業ロール２２ｂと対向する支持ロール９１ａ，９１ｂとが、回転可能に支持されている。
作業ロール２２ａのロール胴部３１ａ（図２参照）は、支持ロール８１ａ，８１ｂに支持されており、これら支持ロール８１ａ，８１ｂは、分割ベアリング８２ａ，８２ｂに回転可能に支持されている。一方、作業ロール２２ｂのロール胴部３２ａ（図２参照）は、支持ロール９１ａ，９１ｂに支持されており、これら支持ロール９１ａ，９１ｂは、分割ベアリング９２ａ，９２ｂに回転可能に支持されている。なお、支持ロール８１ａ，８１ｂ，９１ａ，９１ｂは、入側または出側のどちらか一方に設けても構わない。
そして、支持ロール８１ａ，８１ｂ，９１ａ，９１ｂを設けることにより、作業ロール２２ａ，２２ｂの支持剛性を向上させることができるので、その水平方向（圧延材１の搬送方向）の撓みを抑えることができる。これにより、支持剛性が向上した分、作業ロール２２ａ，２２ｂを中径に形成することができる。ここで、中径ロールである作業ロール２２ａ，２２ｂとしては、そのロール径と圧延材１の板幅との比が、０．０８〜０．２５となっている。
従って、作業ロール２２ａ，２２ｂのロール胴部３１ａ，３２ａの表面硬度を高くすることにより、中径に形成した作業ロール２２ａ，２２ｂをその軸方向にシフトさせ、圧延材１のエッジドロップを低減する際にも、圧延材１の幅方向両端部によるロール胴部３１ａ，３２ａへの磨耗傷Ｒを抑えることができる。これにより、その表面に転写傷Ｓのない高品質の圧延材１を圧延することができる。
次に、第３実施例について、図５及び図６を用いて説明する。
図５及び図６に示すように、リバース圧延機１３は、第１実施例に記載したリバース圧延機１１から、中間ロール２３ａ，２３ｂと、これらをシフトするロールシフト装置６０，７０とを取り除いた４段圧延機となっている。
従って、構成を簡素にしたリバース圧延機１３においても、作業ロール２２ａ，２２ｂのロール胴部３１ａ，３２ａの表面硬度を高くすることにより、先細り部３１ｂ，３２ｂを有する作業ロール２２ａ，２２ｂをその軸方向にシフトさせ、圧延材１のエッジドロップを低減する際に、圧延材１の幅方向両端部によるロール胴部３１ａ，３２ａへの磨耗傷Ｒを抑えることができる。これにより、その表面に転写傷Ｓのない高品質の圧延材１を圧延することができる。
次に、第４実施例について、図７乃至図１０を用いて説明する。
図７及び図８に示すように、２０段圧延機であるリバース圧延機１４は、１つの圧延スタンドから構成されており、左右（駆動側、作業側）一対のアウタハウジング１１１ａ，１１１ｂを有している。このアウタハウジング１１１ａ，１１１ｂ内には、上下一対の作業ロール１２１ａ，１２１ｂ、上下二対の第１中間ロール１２２ａ，１２２ｂ、上下三対の第２中間ロール１２３ａ，１２３ｂ、上下四対のバッキングベアリング軸１２４ａ，１２４ｂが回転可能に支持されている。
作業ロール１２１ａ，１２１ｂは、それぞれ第１中間ロール１２２ａ，１２２ｂに接触支持されており、この第１中間ロール１２２ａ，１２２ｂは、それぞれ第２中間ロール１２３ａ，１２３ｂに接触支持されている。また、第２中間ロール１２３ａ，１２３ｂは、バッキングベアリング軸１２４ａ，１２４ｂを回転可能に支持するバッキングベアリング１２５ａ，１２５ｂに接触支持されている。更に、バッキングベアリング軸１２４ａ，１２４ｂは、それぞれ上下四対のサドル１２６ａ，１２６ｂ内に回転可能に支持されており、これらサドル１２６ａ，１２６ｂは、それぞれ上下一対の上インナハウジング１１２ａ及び下インナハウジング１１２ｂに支持されている。そして、リバース圧延機１４では、連れ回り回転する作業ロール１２１ａ，１２１ｂ間において、圧延材１を複数回に亘って往復通過させることにより、当該圧延材１を所定の板厚及び板幅に圧延するようになっている。
上インナハウジング１１２ａは、ウォームジャッキ等により構成される左右二対のパスライン調整装置１１３ａ，１１３ｂを介して、アウタハウジング１１１ａ，１１１ｂに支持されている。即ち、パスライン調整装置１１３ａ，１１３ｂを駆動することにより、圧延材１のパスラインを上下方向に調整可能になっている。
一方、下インナハウジング１１２ｂは、左右一対の圧下用油圧シリンダ１１４ａ，１１４ｂを介して、アウタハウジング１１１ａ，１１１ｂに支持されている。即ち、圧下用油圧シリンダ１１４ａ，１１４ｂを駆動することにより、その圧下荷重を、第２中間ロール１２３ａ，１２３ｂ、第１中間ロール１２２ａ，１２２ｂ、作業ロール１２１ａ，１２１ｂを介して、圧延材１に伝達するようになっている。
作業ロール１２１ａ，１２１ｂは、円柱状のロール胴部１３１ａ，１３２ａと、このロール胴部１３１ａ，１３２ａの一端に形成されるテーパ状の先細り部１３１ｂ，１３２ｂとから構成されている。また、先細り部１３１ｂ，１３２ｂは、そのテーパ面の開始位置（起点）となるロール肩部１３１ｃ，１３２ｃを有している。なお、作業ロール１２１ａ，１２１ｂは、先細り部１３１ｂ，１３２ｂがその軸方向において反対側に位置するように配置されている。
ここで、ロール胴部１３１ａ，１３２ａ及び先細り部１３１ｂ，１３２ｂの表面は、圧延材１を圧延す際に使用されるものであるが、作業ロール１２１ａ，１２１ｂにおいては、少なくともロール胴部１３１ａ，１３２ａの表面（表層）が、高硬度材であるセラミックス材または超硬合金材（例えば、ＷＣ−Ｃｏ系）で形成されている。また、その表面硬度は、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上となっており、好ましくは、１６００ＨＶ程度となっている。なお、先細り部１３１ｂ，１３２ｂの表面も、セラミックス材または超硬合金材で形成し、その表面硬度を、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上としても構わない。
即ち、作業ロール１２１ａ，１２１ｂは、その表層部分が、セラミックス材または超硬合金材で形成されると共に、その内層（軸心）部分が、ハイス鋼で形成された複合ロールとなっている。なお、作業ロール１２１ａ，１２１ｂにおいては、セラミックス材をその表面に溶射した表面溶射ロールとしても構わない。
また、作業ロール１２１ａ，１２１ｂの外側には、ロールシフト装置（ロールシフト手段）１４０が設けられている。このロールシフト装置１４０は、２重偏心構造のスラストベアリング１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ、シフト駆動部１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ、ブラケット１４３ａ，１４３ｂから構成されている。
スラストベアリング１４１ａ，１４１ｂは、作業ロール１２１ａのロール胴部１３１ａ及び先細り部１３１ｂの端面に接触しており、鉛直軸周りに回転可能で、且つ、作業ロール１２１ａの軸方向にシフト可能にブラケット１４３ａ，１４３ｂに支持されている。そして、ブラケット１４３ａ，１４３ｂの上面には、シフト駆動部１４２ａ，１４２ｂが設けられており、詳細は後述するが、このシフト駆動部１４２ａ，１４２ｂは、スラストベアリング１４１ａ，１４１ｂに連結されている。
同様に、スラストベアリング１４１ｃ，１４１ｄは、作業ロール１２１ｂのロール胴部１３２ａ及び先細り部１３２ｂの端面に接触しており、鉛直軸周りに回転可能で、且つ、作業ロール１２１ｂの軸方向にシフト可能にブラケット１４３ａ，１４３ｂに支持されている。そして、ブラケット１４３ａ，１４３ｂの下面には、シフト駆動部１４２ｃ，１４２ｄが設けられており、詳細は後述するが、このシフト駆動部１４２ｃ，１４２ｄは、スラストベアリング１４１ｃ，１４１ｄに連結されている。
なお、スラストベアリング１４１ａ〜１４１ｄ及びシフト駆動部１４２ａ〜１４２ｄは同じ構成をなしているため、これらを代表して、駆動側上部に配置されるスラストベアリング１４１ａ、シフト駆動部１４２ａについて、図９及び図１０を用いて以下に説明することとする。
図９及び図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、スラストベアリング１４１ａは、ブラケット１４３ａに回転可能に支持される軸１６１を有している。この軸１６１の径方向外側には、内側偏心リング１６２、外側偏心リング１６３、ベアリング内輪１６４、複数のころ１６５、ベアリング外輪１６６が、順に配置されており、これらは全て回転可能に支持されている。更に、ベアリング外輪１６６は、内側偏心リング１６２及び外側偏心リング１６３を介して、軸１６１に回転可能に支持されると共に、ベアリング内輪１６４及びころ１６５を介して軸１６１に回転可能に支持されている。なお、軸１６１、内側偏心リング１６２、外側偏心リング１６３は、互いの中心軸が偏心するように、配置可能となっている。
軸１６１と内側偏心リング１６２とは、内側キー１６７により結合されている。内側キー１６７の上部には、小径ピニオン１６８が設けられおり、この小径ピニオン１６８は、軸１６１の中心軸と同軸上に回転可能に支持されている。また、外側偏心リング１６３には、当該外側偏心リング１６３の径方向に延びる長孔１６３ａが形成されており、この長孔１６３ａには、外側キー１６９が摺動可能に嵌入されている。外側キー１６９の上部には、大径ピニオン１７０が設けられており、この大径ピニオン１７０は、軸１６１の中心軸と同軸上に回転可能に支持されている。
一方、シフト駆動部１４２ａは、前後一対のシフト用油圧シリンダ１８１，１８２から構成されている。シフト用油圧シリンダ１８１，１８２は、シリンダ部１８１ａ，１８２ａと、このシリンダ部１８１ａ，１８２ａ内に摺動可能に支持されるロッド１８１ｂ，１８２ｂと、このロッド１８１ｂ，１８２ｂの先端に設けられるラック１８１ｃ，１８２ｃとを有している。そして、ラック１８１ｃは、小径ピニオン１６８と噛み合っており、ラック１８２ｃは、大径ピニオン１７０と噛み合っている。
従って、シフト用油圧シリンダ１８１，１８２を、同時に短縮または伸長することにより、内側偏心リング１６２と外側偏心リング１６３とを、互いに同じ回転角度で、且つ、逆方向に回転させることができる。この結果、スラストベアリング外輪１６６は、偏心することなく、作業ロール１２１ａの軸方向のみにシフト可能になっている。
即ち、シフト駆動部１４２ａ，１４２ｂを駆動させ、スラストベアリング１４１ａ，１４１ｂを回転させながらシフトさせることにより、その両者に挟み込まれた作業ロール１２１ａをその軸方向にシフトさせることができる。また、シフト駆動部１４２ｃ，１４２ｄを駆動させ、スラストベアリング１４１ｃ，１４１ｄを回転させることにより、その両者に挟み込まれた作業ロール１２１ｂをその軸方向にシフトさせることができる。
なお、図１０（ａ）に示したスラストベアリング１４１ａ，１４１ｃのシフト状態は、圧延材１の板幅が比較的大きいときであり、図１０（ｃ）に示したスラストベアリング１４１ａ，１４１ｃのシフト状態は、圧延材１の板幅が比較的小さいときである。
更に、第１中間ロール１２２ａ，１２２ｂの外側にも、図示しないロールシフト装置（ロールシフト手段）が設けられている。即ち、第１中間ロール１２２ａ，１２２ｂは、回転可能で、且つ、その軸方向にシフト可能にそのロールシフト装置に支持されている。
従って、リバース圧延機１４を用いて圧延材１を圧延する場合には、圧延材１を作業ロール１２１ａ，１２１ｂ間において複数回に亘って往復通過させる。そして、この圧延時においては、作業ロール１２１ａ，１２１ｂを徐々にシフトさせることになるが、そのロール肩部１３１ｃ，１３２ｃのシフト位置は、圧延材１の両端部の内側の最も深い位置から、圧延材１の減厚に伴って塑性変形したその両端部の移行に合わせて段階的に制御される。これにより、圧延材１のエッジドロップを低減することができる。
このとき、ロール胴部１３１ａ，１３２ａにおける先細り部１３１ｂ，１３２ｂに対して反対側の端部と、圧延材１の幅方向両端部（エッジ部）とが接触することになるが、ロール胴部１３１ａ，１３２ｂの表面硬度が高いため、ロール肩部１３１ｃ，１３２ｃが、パス回数を重ねる毎に、塑性変形した圧延材１の幅方向両端部の移行に合わせてシフトされても、そのロール胴部１３１ａ，１３２ａへの磨耗傷Ｒ（図１８参照）の発生を抑えることができる。これにより、その表面に転写傷Ｓ（図１８参照）のない高品質の圧延材１を圧延することができる。
ここで、作業ロール１２１ａ，１２１ｂにおいては、ビッカース硬さが９００ＨＶのハイス鋼の磨耗量に対して、その硬さが１．８倍の１６００ＨＶのセラミックス材または超硬合金材の磨耗量が、１／２５となる試験結果を得ることができた。これにより、この試験結果に基づいて、ビッカース硬さが９００ＨＶのハイス鋼に対して、その硬さが１．３倍の１２００ＨＶの材質であれば、それに対する磨耗量を１／４に設定することができる。そこで、作業ロール１２１ａ，１２１ｂのロール胴部１３１ａ，１３２ａの表面を、高硬度材であるセラミックス材または超硬合金材で形成し、その表面硬度を、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上としている。そして、このように、ロール胴部１３１ａ，１３２ａの表面材質及び表面硬度を規定することにより、特に、圧延荷重を高く設定する電磁鋼板、ステンレス鋼板等の硬質材の圧延時において、磨耗傷Ｒの発生を抑えることができる。
また、リバース圧延機１４では、各ロール１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ及びバッキングベアリング軸１２４ａ，１２４ｂを、２０段のクラスター配置としたことにより、作業ロール１２１ａ，１２１ｂの支持剛性が向上した分、作業ロール１２１ａ，１２１を小径に形成することができる。そして、作業ロール１２１ａ，１２１ｂが小径になることで、ロールネック部を形成させることができなくとも、２重偏心構造のスラストベアリング１４１ａ〜１４１ｄを設けることにより、作業ロール１２１ａ，１２１ｂを、簡素な構成で、且つ、省スペースでその軸方向にシフトさせることができる。ここで、小径ロールである作業ロール１２１ａ，１２１ｂとしては、そのロール径と圧延材１の板幅との比が、０．０３〜０．１０となっている。
更に、インナハウジング１１２ａ，１１２ｂを、上下方向に分割配置した上下分割構造とすることにより、作業ロール１２１ａ，１２１ｂ間の隙間を大きくすることができるので、圧延材１の板切れ時におけるコブル処理の作業性を向上させることができる。
次に、第５実施例について、図１１及び図１２を用いて説明する。
図１１及び図１２に示すように、２０段圧延機であるリバース圧延機１５は、上下一体構造のモノブロックハウジング１９１を有している。上側のバッキングベアリング１２５ａのうち、両側に配置されるバッキングベアリング１２５ａは、パスライン調整用のサドル１９２ａを介して、モノブロックハウジング１９１に支持されており、中央に配置されるバッキングベアリング１２５ａは、圧下用のサドル１９２ｂを介して、モノブロックハウジング１９１に支持されている。このように、モノブロックハウジング１９１を上下一体構造とすることにより、リバース圧延機１５の簡素化及び小型化を図ることができる。
従って、簡素化及び小型化を図ったリバース圧延機１５においても、作業ロール１２１ａ，１２１ｂのロール胴部１３１ａ，１３２ａの表面硬度を高くすることにより、先細り部１３１ｂ，１３２ｂを有する作業ロール１２１ａ，１２１ｂをその軸方向にシフトさせ、圧延材１のエッジドロップを低減する際に、圧延材１の幅方向両端部によるロール胴部１３１ａ，１３２ａへの磨耗傷Ｒを抑えることができる。これにより、その表面に転写傷Ｓのない高品質の圧延材１を圧延することができる。
次に、第６実施例について、図１３を用いて説明する。
図１３に示すように、リバース圧延機１６は、第４，５実施例に記載したリバース圧延機１４，１５から、第２中間ロール１２３ａ，１２３ｂを取り除いた１２段圧延機となっている。なお、バッキングベアリング軸１２４ａ，１２４ｂ及びバッキングベアリング１２５ａ，１２５ｂは、上下３対となっている。このように、各ロール１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ，１２２ｂ及びバッキングベアリング軸１２４ａ，１２４ｂを、１２段のクラスター配置としたことにより、リバース圧延機１６の簡素化及び小型化を図ることができる。
従って、簡素化及び小型化を図ったリバース圧延機１６においても、作業ロール１２１ａ，１２１ｂのロール胴部１３１ａ，１３２ａの表面硬度を高くすることにより、先細り部１３１ｂ，１３２ｂを有する作業ロール１２１ａ，１２１ｂをその軸方向にシフトさせ、圧延材１のエッジドロップを低減する際に、圧延材１の幅方向両端部によるロール胴部１３１ａ，１３２ａへの磨耗傷Ｒを抑えることができる。これにより、その表面に転写傷Ｓのない高品質の圧延材１を圧延することができる。
ここで、図１４に示すように、上述した第１〜第６実施例におけるリバース圧延機１１〜１６の作業ロール２２ａ，２２ｂ及び１２１ａ，１２１ｂ（各圧延スタンド）の出側には、板厚計測器（検出手段）２００が配置されている。この板厚計測器２００は、圧延材１の幅方向両端部（エッジ部）における各１点または各複数点での板厚を計測するものである。
次いで、エッジドロップ低減方法について、作業ロール２２ａ，２２ｂを用いた場合を代表して、図１５を用いて説明する。なお、図１５に示すように、作業ロール２２ａ，２２ｂのロール肩部３１ｃ，３２ｃと圧延材１の幅方向両端部との間の距離を、駆動側でδｄ，操作側でδｗとする。
そして、板厚計測器２００によって計測された圧延材１の操作側端部の板厚が、所定の板厚よりも薄い場合には、そのロール肩部３１ｃが圧延材１の幅方向中心側に移動するように、作業ロール２２ａをその軸方向にシフトさせる。即ち、距離δｗが大きくなるように、作業ロール２２ａをシフトさせる。このとき、作業ロール２２ａに対向したスラストベアリング１４１ａは、図１０（ｃ）に示したシフト状態となっている。
一方、板厚計測器２００によって計測された圧延材１の操作側端部の板厚が、所定の板厚よりも厚い場合には、そのロール肩部３１ｃが圧延材１の幅方向外側に移動するように、作業ロール２２ａをその軸方向にシフトさせる。即ち、距離δｗが小さくなるように、作業ロール２２ａをシフトさせる。このとき、作業ロール２２ａに対向したスラストベアリング１４１ａは、図１０（ａ）に示したシフト状態となっている。
また、板厚計測器２００によって計測された圧延材１の駆動側端部の板厚が、所定の板厚よりも薄い場合には、そのロール肩部３２ｃが圧延材１の幅方向中心側に移動するように、作業ロール２２ｂをその軸方向にシフトさせる。即ち、距離δｄが大きくなるように、作業ロール２２ｂをシフトさせる。このとき、作業ロール２２ｂに対向したスラストベアリング１４１ｃは、図１０（ｃ）に示したシフト状態となっている。
一方、板厚計測器２００によって計測された圧延材１の駆動側端部の板厚が、所定の板厚よりも厚い場合には、そのロール肩部３２ｃが圧延材１の幅方向外側に移動するように、作業ロール２２ｂをその軸方向にシフトさせる。即ち、距離δｄが小さくなるように、作業ロール２２ａをシフトさせる。このとき、作業ロール２２ａに対向したスラストベアリング１４１ａは、図１０（ａ）に示したシフト状態となっている。
更に、図１６に示すように、タンデム圧延機２１０の第１〜第５圧延スタンド２１１，２１２，２１３，２１４，２１５に、上述した作業ロール２２ａ，２２ｂ、中間ロール２３ａ，２３ｂ、補強ロール２４ａ，２４ｂを適用しても構わない。このとき、最終の第５圧延スタンド２１５の出側には、板厚計測器２００が設けられている。これにより、圧延時において、作業ロール２２ａ，２２ｂにおけるロール胴部３１ａ，３２ｂの表面への磨耗傷Ｒの発生を抑えることができるため、圧延する圧延材１の板幅の制限を受けることなく、圧延を行うことができる。
即ち、従来のように、ハイス鋼等で形成された作業ロールを用いて圧延を行う場合には、そのロール胴部の表面に磨耗傷Ｒが発生してしまうため、板幅が大きい圧延材から、それよりも板幅が小さい圧延材と順に圧延を行う必要があった。これに対して、作業ロール２２ａ，２２ｂのロール胴部３１ａ，３２ａの表面硬度を高くすることにより、圧延材１の幅方向両端部によるロール胴部３１ａ，３２ｂへの磨耗傷Ｒを抑えることができるため、圧延材１の板幅の制約を受けることなく、圧延を行うことができる。これにより、圧延操業の自由度を大きくすることができる。
本発明は、圧延材の幅方向の板形状制御を行うために、作業ロールをその軸方向にシフトさせる作業ロールシフト機能を具備した圧延機に適用可能である。
１１〜１６ リバース圧延機
２２ａ，２２ｂ，１２１ａ，１２１ｂ 作業ロール
３１ａ，３２ａ，１３１ａ，１３２ａ ロール胴部
３１ｂ，３２ｂ，１３１ｂ，１３２ｂ 先細り部
３１ｃ，３２ｃ，１３１ｃ，１３２ｃ ロール肩部
３１ｄ，３１ｅ，３２ｄ，３２ｅ ロールネック部
４０，５０，１４０ ロールシフト装置
４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂ 軸受け箱
４２ 着脱フック
４３ シフトフレーム
４４ａ，４４ｂ シフトシリンダ
４５ａ，４５ｂ，５５ａ，５５ｂ シフトブロック
４６ ステー
４７ａ，４７ｂ，５７ａ，５７ｂ ベンディングシリンダ
１４１ａ〜１４１ｄ スラストベアリング
１４２ａ〜１４２ｄ シフト駆動部
１４３ａ，１４３ｂ ブラケット
１６１ 軸
１６２ 内側偏心リング
１６３ 外側偏心リング
１６４ ベアリング内輪
１６５ ころ
１６６ ベアリング外輪
１６７ 内側キー
１６８ 小径ピニオン
１６９ 外側キー
１７０ 大径ピニオン
１８１，１８２ シフト用油圧シリンダ
２００ 板厚計測器
２１０ タンデム圧延機

Claims (6)

  1. ロール先端に向かうに従ってロール径が漸次小さくなる先細り部をロール胴部の一端に有し、且つ、前記先細り部がその軸方向において反対側に位置するように圧延材を挟持する上下一対の作業ロールと、前記作業ロールをその軸方向にシフトさせるロールシフト手段とを有する圧延スタンドを、少なくとも１スタンド以上備えた作業ロールシフト機能を具備した圧延機であって、
    前記作業ロールは、少なくともロール胴部の表面が、セラミックス材または超硬合金材で形成される
    ことを特徴とする作業ロールシフト機能を具備した圧延機。
  2. ロール先端に向かうに従ってロール径が漸次小さくなる先細り部をロール胴部の一端に有し、且つ、前記先細り部がその軸方向において反対側に位置するように圧延材を挟持する上下一対の作業ロールと、前記作業ロールをその軸方向にシフトさせるロールシフト手段とを有する圧延スタンドを、少なくとも１スタンド以上備えた作業ロールシフト機能を具備した圧延機であって、
    前記作業ロールは、少なくともロール胴部の表面が、ビッカース硬さで、１２００ＨＶ以上で形成される
    ことを特徴とする作業ロールシフト機能を具備した圧延機。
  3. 請求項１または２に記載の作業ロールシフト機能を具備した圧延機において、
    前記ロールシフト手段は、２重偏心構造のベアリングを有する
    ことを特徴とする作業ロールシフト機能を具備した圧延機。
  4. 請求項３に記載の作業ロールシフト機能を具備した圧延機において、
    前記作業ロールは、そのロール径と圧延材の板幅との比が、０．０３〜０．１となる小径ロールである
    ことを特徴とする作業ロールシフト機能を具備した圧延機。
  5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の作業ロールシフト機能を具備した圧延機において、
    少なくとも最終圧延スタンドの出側に設けられ、圧延材の幅方向両端部の板厚を検出する検出手段を備え、
    前記検出手段により検出された圧延材の板厚に応じて、前記作業ロールの先細り部のシフト位置を制御する
    ことを特徴とする作業ロールシフト機能を具備した圧延機。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の作業ロールシフト機能を具備した圧延機において、
    前記圧延スタンドは、圧延材の搬送方向を逆転させながら複数パス多重圧延を行う可逆式圧延スタンドであって、
    前記ロールシフト手段は、圧延材のパス毎に前記作業ロールを段階的にシフトさせる
    ことを特徴とする作業ロールシフト機能を具備した圧延機。
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