JP2011508672A - 改善した動作特性を備えるプレストレスを与えた圧延機ハウジングのアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明はクラスター圧延機を提供するものである。このクラスター圧延機は、クラスター圧延機の板厚制御システム及びプレストレスロッドを用いるとともに、高剛性、通り抜けのための大型作業ロール間隙、迅速な作業ロール間隙の開口、正確な圧延力の計算、左右の傾斜を有し、より広範な直径範囲にわたる作業ロールを用いる。
【選択図】図１

Description

本出願は、平坦に圧延された金属を扱う圧延作業に用いる圧延機のハウジングの改善を対象にしている。特に、本発明は圧延機の複数のロールクラスター型を対象とする。

高板厚に圧下が加えられ、出口側の板厚が薄く圧延され、又はこの両方の組み合わせが行われる際に、クラスター圧延機は圧延機産業で一般的である。クラスター圧延機は圧延機の動作に多くの利点を与え、以下のことを備える。すなわち、小径作業ロール、ハウジングの高剛性、及び、簡易な板厚制御である。多くの以前の出願では、クラスター圧延機のハウジングは、米国特許第５，４２１，１８４号、米国特許第２，１８７，２５０号（図８）、及び、米国特許第２，７７６，５８６号（図８）に記載されたように、一体（mono block）設計に基づいて構築されてきた。

とりわけ、任意の入口側の板厚の増加が高圧延荷重で即座に対処される場合、高い剛性を有するため、中心線の板厚（又は厚み）制御が優れている。板厚制御は極めて容易であるとともに、ロール間隙を調節するための支持ロール上で偏心軸受を回転させることによって与えられる。改良した圧延荷重は、圧延機の剛性を増大させる様々な角度のロールサドルを介して一体型ハウジングに伝達される。圧延荷重はそれによって垂直方向にのみ一体型ハウジングに伝達されるわけではない。

クラスター圧延機は歴史的に見ても、圧延に関する多くの適用例にとって魅力あるものであったが、圧延作業の柔軟性を改善する必要がある。クラスター圧延機を使用することの不利益の１つは、ストリップ破損がある場合、ロール間隙の開口部が非常に小さいことである。ストリップが破損した後、不適切に圧延された金属ストリップはコッブル（cobble）と呼ぶ。多くの場合、コッブルは一体型ハウジング内部にある金属ストリップの多くの断片となり、このコッブルの断片は、クラスター圧延機の配列における様々なロールに巻きつく。めったに起こらないとはいえ、コッブルは圧延作業中の共通現象である。入り口側の金属ストリップがどれだけ素早く停止可能になるかによって、除去すべき相当量の金属ストリップが付着した圧延機及び付属機器に損害が出ることがある。圧延機及びその他の機器の損害の程度によって、この除去には数分から数時間かかることになる。往々にして、破損したストリップによって妨害されるため、一体物からクラスター圧延機を除去することは非常に困難である。ストリップの張力が突然失われた場合（ストリップの破損を意味する）、大きな間隙ができるように作業ロールを迅速に広げる能力は、コッブルが圧延機に損害を与えるのを防ぐことになる。損害を最小化する所望の開口部の間隙は、一体物の作業ロールの移動に伴う現在利用可能なものよりも大きい。

加えて、クラスター圧延機は、一体物の設計内で作動する作業ロールの直径範囲が限られている。このことは経済的な魅力を下げることになる。作業ロールは使い切ると、通常、再研磨することによって表面を再仕上げするが、作業範囲が制限されると再研磨による再使用を著しく制限することになる。

クラスター圧延機の別の不利益な点は、多様な圧延作業への可撓性能力が減少していることである。商業的環境によっては、大幅な圧下を伴う冷間圧延、及び、軽度の圧下を伴う調質圧延が可能な単一の圧延機を有することは、とても好ましいことである。調質圧延の構造は大きな作業ロールを利用するのが好ましい。大きな作業ロールによって、作業ロールの寿命は延び、圧延作業は迅速になり、ストリップの形状は好ましいものとなり、さらに、圧延の実現可能性が向上する。対照的に、一体型クラスター圧延機は、調質及び冷間圧延作業の両方を可能な圧延機にとっては魅力的なものではない。特に、作業ロールの直径範囲が小さい場合、前記両方の圧延を行うよう構成された圧延機には不適切である。

一体設計はロールの開口部が小さいため、圧延機を通り抜ける能力に乏しい。ストリップの先端部を常に平らにするとともに小型のロール間隙に適切に都合よく入れることは困難である。小さな入り口側のストリップが曲がっているため、ストリップはなかなかロール間隙のかみ込み部（bite）に入らず、長い取手の手動工具を用いてオペレータが手動で介入する必要がある。

一体設計において、圧延作業の間、２つの作業ロール間の圧延荷重、すなわち、垂直な分離力を測定するのは困難である。ロールが圧延機ハウジングに配されることによって、この垂直な分離力が複数のロールによって一体物に分散する。このことは、圧延荷重を正確に測定する能力を著しく制限するものである。圧延荷重を測定し、その圧延荷重を用いることによって、初期のセットアップにおいて正しい板厚までより正確な圧延を行うことで圧延物を改善するのが好ましい。

金属ストリップの左右の板厚が著しく異なる場合、すなわち、くさび形状のストリップの場合、この一体物は都合よくかつ正確に傾斜可能な配列には設計されていない。アップストリームの熱間圧延操作次第によって、金属ストリップは通常の板厚の１乃至５％の中ほどの適度な厚みを有する。熱間圧延後、クラスター圧延機の圧延を含むさらなる下流工程のために、ストリップは２つに（又はそれ以上）切断される。これによって、幅方向の予測が不可能なクラスター圧延機に、くさび形状のストリップが与えられる。その一体物は圧延荷重を測定していないので、左右の圧延間隙の正確な補正を行うことは難しい。輪郭（profile）制御に用いられるクラウン（crown）の偏心リングの回転では、十分な傾斜能力は与えられない。結果として、くさび形状のストリップは圧延に際して別の問題も有する。この問題とは、ストリップの破損、キャンバーの形成、中心歪みの形成、不均等なエッジ波の形成、及び、それ以外のストリップの異常な平坦性に関する問題の形成などを含む。

一体設計の操作上の問題は他にも認識されており、改善が試みられてきた。例えば、特許文献１は、様々な操作上の問題を改善することを目標として、分割したハウジングとプレストレスロッドの配置について記載している。用いられる方法は機械的に複雑化しており、加工するにも高価で、さらに、ストリップが破損した際に損害を回避するために必要な急速圧延用の開口部が備わっていない。この設計は圧延機を傾けることを考慮していない。また、パスライン（passline）を調節する能力が制限されており、一体設計と等しい。

特許文献２は、熱間鋼の圧延作業に有用な圧延ケージにプレストレスを与えるために油圧シリンダの使用を考慮している。その設計は、平板に圧延された製品において簡易化した、申し分のない市販の板厚制御システムを活用するためには、圧延機の高剛性にとしては不適切である。この方法は機械的に複雑化しており、加工するにも高価で、さらに、ストリップが破損した際に損害を回避するために必要な急速圧延用の開口部が備わっていない。この設計は、圧延機を傾けることもパスラインの調節も考慮していない。

特許文献３は、一体物には活用されない操作上の改善点を提供する必要性について考慮している。この設計は、一体物の剛性を利用するものではなく、さらにもう一組の大型圧延機のハウジングを追加するものであり、圧延機に係る費用を著しく増加させる。この設計は、一体物に活用可能な簡易化した板厚制御を用いておらず、プレストレス設計ではない。この設計は圧延機の剛性が比較的低く、複雑な板厚制御システムを必要とするものである。

米国特許第５，８５７，３７２号 米国特許第５，９９６，３８８号 米国特許第６，２６０，３９７号

本発明の主たる目的は、プレストレスを加えた圧延機を提供することであり、この圧延機は、クラスター圧延機の板厚制御システムを用いる従来の一体型の圧延機ハウジングの利点を有するとともに、上記の制約及び操作上の問題を克服するものである。明らかに高い剛性、簡易化した板厚制御システム、通り抜けのための大型の作業ロール開口部、作業ロール間隙の迅速な開口方法、圧延荷重測定、左右への十分な傾斜を備える圧延機を有するのが非常に望ましく、該圧延機は広い直径範囲にわたって作業ロールを使用可能である。このような圧延機は、市販の調質圧延機及び市販の冷間圧延機として満足できるほどに動作可能である。

図１は冷間圧延作業に適切な本発明の好適な実施形態の一般的な配置である。 図２は調質圧延作業に適切な本発明の好適な実施形態の一般的な配置である。 図３は上方及び下方の圧延機ハウジング内の典型的なクラスター圧延機の配置である。 プレストレスロッドの一般的な配置である。 プレストレスロッドの一般的な配置である。 プレストレスロッドが様々な圧延及び開口構造体でどのように用いられるかを示す。 プレストレスロッドが様々な圧延及び開口構造体でどのように用いられるかを示す。 プレストレスロッドが様々な圧延及び開口構造体でどのように用いられるかを示す。 本発明のクラスター圧延機のハウジングアセンブリの剛性が、ハウジング及びプレストレスロッドの剛性をどのように組み合わせたものかを示す、たわみ力曲線のグラフである。

（本発明を実行するためのモード）
本発明は、支持アセンブリの圧下偏心リングを回転させることによって、クラスター圧延機の出口側で板厚を制御する従来の方法を利用するものである。この方法は商業的に広く認知されており、商業的理由からとても好ましいものである。そのため、特徴や改善点をさらに加えることは、既存の板厚制御方法を組み込むために高剛性の圧延機を好適に利用することである。米国特許第５，４７１，８５９号の従来技術は、圧延機の一方の側のシャフト又はギアシステムによって調節される支持ロール軸受上の偏心リング又はシャフトを用いることについて記載している。この米国特許第５，４７１，８５９号の従来技術は、本明細書で引用することによって組み込まれるものとする。回転偏心機を用いることで少なくとも１つの支持ロール軸受の位置の移動によって出口側の板厚が実質的に制御される板厚制御システムは、「偏心軸受」と呼ばれる。

本出願のために、オペレータが通常圧延機を制御する圧延機の側は、「オペレータ側」又は「前部」と呼ばれる。反対側は「駆動側」又は「後部」と呼ばれる。両側は金属ストリップの縦方向に分割される。圧延作業に用いられるロールは、オペレータ側から圧延機のハウジングにほとんど常時挿入される。

図１は冷間圧延作業に適切な本発明の好適な実施形態の一般的な配列である。クラスター圧延機は図を簡略化するために圧延機の窓領域（１０１）から取り除かれる。４つのプレストレスロッド（１０２）は、上方の圧延機ハウジング（１０４）及び下方の圧延機ハウジング（１０６）の間の長さにわたる。典型的なプレストレスロッド（１０２）は、上方の圧延機ハウジング（１０４）に堅く固定された上部油圧シリンダ（１０３）の上にわずかに突出している。下方ハウジング（１０６）に堅く固定された下部油圧シリンダ（１０５）は、上方の圧延機ハウジング（１０４）と下方の圧延機ハウジング（１０６）との間の分離距離を形成するために用いられる。くさび状の調節ブロック部（１０７）は、順にストリップのパスラインを調節することになる下方の圧延機ハウジング（１０６）の上昇を調節するために、下方の圧延機ハウジング（１０６）の下に配される。あるいは、パスラインは機械スクリュー、油圧シリンダ、電動ギア配列、又は、電子機械的位置装置によって調節可能である。上方の圧延機ハウジング（１０４）はプレストレスロッド（１０２）上を垂直にスライドし、この垂直運動は前部から後部へのわずかな傾斜を含む。

４つのプレストレスロッドは上方及び下方の圧延機ハウジングの四つの角に配されることが示されている。プレストレスロッドの正確な位置は重要ではない。しかしながら、１つのプレストレスロッドは、上面図から下方を見ればわかるように、金属ストリップの長手方向及び作業ロールの回転中心線によって定義される４つの四分円の各々に配されている。「四つの角」とは各四分円を意味するものと理解される。通常は、プレストレスロッドは作業ロールの回転中心線及び金属ストリップの中心線に対してほぼ左右対称であるが、これは必要条件ではない。

圧延作業の前、及び、圧延機を通り抜けた後、上部油圧シリンダはプレストレスロッドに張力を形成し、これにより、その後、上方及び下方の圧延機ハウジングが共に押しつけられる。この力が各ハウジング内に圧縮力を生み出す。プレストレス力は、作業ロールのかみこみ部内で形成される圧延力がハウジング内の圧縮力を減少（除去ではない）させるように選択される。

４つのプレストレスロッドの上方ハウジングの滑らかな移動を確保するために、安定棒（１０８）を用いてロッドの位置を垂直に保つ。留め具は、剛性のボルト、ピン、又はボール接続部であってもかまわない。安定棒の目的は、プレストレスロッドの上方の圧延機ハウジングの滑らかな移動を可能にする適切な耐性に対するように、４つのプレストレスロッドを垂直にかつ正しく間隔をあけて保つことである。

図２は大型の作業ロールが用いられる本発明の好適な実施形態の一般的な配置である。上方の圧延機ハウジング（２０２）は、下部油圧シリンダ（２０４）からのピストン（２０３）によって下方の圧延機ハウジング（２０５）の上に押し上げられる。上部シリンダ（２０１）は、依然としてロッド内に張力状態をもたらす。ピストン（２０３）は、油圧位置制御システムを用いることによって、上方及び下方の圧延機ハウジングを分離させる。したがって、上方及び下方の圧延機ハウジングのプレストレスが維持される。上部及び下部油圧シリンダは後で追加的に記載されるものとする。

上部の油圧シリンダはプレストレスシリンダとも呼ばれる。下部油圧シリンダはスペーサシリンダとも呼ばれる。

図３は、本発明の好適な実施形態における典型的な２０のロールクラスター配列の一般的な配列である。パスライン（３０１）は圧延機のクラスターの中心にあり、上部の１０のロールは上部のロールサスペンション機構（３０２ａ）を介して上方ハウジングと接続する。上部の１０のロールは上方の圧延機ハウジングとともに動き、これによってプレストレスロッド上でスライドする。下部の１０のロールは下部のロールサスペンション機構（３０２ｂ）を介して下方ハウジングに接続されている。作業ロール（３０３ａ）（３０３ｂ）は平坦な金属表面と接触する２つのロールである。

あるいは、他の実施形態では、他の数のロール、例えば、６、１２、１８、２０、及び、３０のロールが、圧延機ハウジング内で使用可能である。図３に示す２０のロールクラスター配列は単なる一例に過ぎない。

図４Ａは、プレストレスロッドの好適な実施形態を示す。この図は垂直な断面図である。垂直なプレストレスロッド（４０１）は、このプレストレスロッド（４０１）に堅く取り付けられた下方の圧延機ハウジング（４０３）内部にある。上方の圧延機ハウジング（４０２）は、プレストレスロッド（４０１）に沿って垂直にスライドする。上方の圧延機ハウジング（４０２）に堅く取り付けられた上部油圧シリンダ（４０４）を用いて、チャンバ（４０６ａ）内に油圧を与えるとともにチャンバ（４１３ａ）から油圧を抜くことによって、プレストレスロッド上に垂直荷重をかける。シリンダピストン（４０５）は、加工、溶接、通り抜け、又は他の手段によって、プレストレスロッド（４０１）に堅く取り付けるか又は一体化される。圧力がチャンバ（４０６ａ）にかけられると、プレストレスロッド（４０１）によって上方ハウジング（４０２）及び下方ハウジング（４０３）が共に押しつけられる。これによって、圧延機のハウジングにプレストレスを与える。プレストレスがチャンバ（４０８）内の油圧を介して利用されるとともにチャンバ（４１４）内の油圧を抜くのであれば、プレストレスは摩耗板（wear plate）（４１０）と下部シリンダピストン（４０９）との接触を介して大きくなるか、又は、上方ハウジング（４０２）が下部の油圧シリンダ（４０７）に直接接触することもある。あるいは、下部の油圧は、空気を閉じ込めるのを防ぐために、抜くよりもむしろチャンバ（４１３ａ又は４１４）に供給可能である。

プレストレス力はチャンバ（４０６ａ）内の大きな油圧によって発生する。例えば、最大圧力は５０００ポンド平方インチであるが、別に設計された圧力の限界が選択されてもよい。油圧を用いて、予想される圧延荷重を超えるプレストレス力を提供することもある。このプレストレス力によって上方ハウジング（４０２）が、下方ハウジング（４０３）に堅く取り付けられた下部油圧シリンダ（４０７）を通して下方ハウジング（４０３）に対して押しつけられる。作業ロールのかみこみ部で圧延力が発生すると、プレストレス力は、一体物と同じように強剛性の圧延機ハウジングを維持する。

下部油圧シリンダが特定の圧延応用例に対して完全に引っ込められると、上方ハウジングは下部油圧シリンダの外板を介して下方のハウジングに押しつけられる。あるいは、下部油圧シリンダの外板が下方ハウジング内に埋め込まれ、上方及び下方ハウジングは互いに直接接触する。

下部のパスライン調節システム（４１１）は、作業ロールの噛み込み部位置を一定に保つために、下方ハウジングの位置を調節するよう用いられる。これは通常、同じパスラインを維持するとされる。下部のパスライン調節システムは、プレストレスロッドの下に描かれるが、これが唯一の可能な実施形態である。図１はパスライン調節システムの好適な位置を示す。パスライン調節システム（４１１）の厚み、すなわち、高さは、以下の手段によって調節される。この手段は、２つのくさび状板をともに回転、押圧、又は引くとともに、油圧シリンダ、電気モータ、油圧モータ、スクリュー機構、ハンドホイールなどを備える。他の垂直ジャッキ方式も首尾よく用いられ、これらは様々なスクリュー、ギア、及び回転装置を備える。

摩耗板（４１０）は上部ハウジング（４０２）にボルトで留められる。圧延機が完全に開いている場合を除けば、摩耗板（４１０）は下部シリンダピストン（４０９）と接触するのが好ましい。摩耗板（４１０）と下部シリンダピストン（４０９）の両方とも、上部ハウジングが下部シリンダピストン上で振動可能なように、適合する機械加工球面を有する。この球面は、例えば２５インチの大きな機械加工直径を有する。摩耗板の使用は必要とされないが、好適な実施形態である。あるいは、摩耗板は、上方ハウジングの適合する表面を圧迫する下部のシリンダピストンに一体化される。

図４Ｂは、上部の油圧シリンダ（４０４）をどのように用いれば、下方の圧延機ハウジング（４０３）から上方の圧延機ハウジング（４０２）を急速に遠ざけることによって、作業ロールの噛み込み部で迅速に開口部を形成するのかを示す。油圧がチャンバ（４１３ｂ）に与えられ、チャンバ（４０６ｂ）から抜かれることによって、取り付けられた上部の油圧シリンダを通って上方の圧延機ハウジングが持ち上げられる。２つの作業ロールの開口速度は、ストリップが破損した際に緊急停止するために、少なくとも毎秒１／８インチが可能であるのが望ましく、油圧システムを設計する際に選択可能である。

プレストレスロッド（４０１）と上部の油圧シリンダの特別な詳細が、簡略図４Ａ及び４Ｂには示されていないことを理解されたい。上部油圧シリンダをプレストレスロッドから分解するとともに、下部油圧シリンダへのアクセス維持を改善するために、上方ハウジングが下方ハウジングから持ち上げ可能であることが望ましい。これは使い勝手が良く分解可能な上部油圧シリンダ設計によって達成することができる。同様に、上部油圧シリンダピストンはプレストレスロッド通されるのが好ましい。あるいは、プレストレスロッドは上部の油圧シリンダより下に互いにねじで留められる２つの部品であってもよい。同様に、様々な油圧オイルシールの詳細は従来技術であるので示されていない。

改善したアクセス維持に関して、図４Ａ及び図４Ｂに示される上方ハウジング（４０２）及び下方ハウジング（４０３）部分は、圧延機ハウジングの残りの部分からさらに切り離されてもよい。このような設計によって、修理のためにプレストレスロッド全体を機械工場へ移動させることが可能である。

図５Ａは、下部の油圧シリンダピストンが用いられる際に、プレストレスロッドがどのように使用されるかを示す。下部の油圧シリンダは、チャンバ（５０３）の圧力によって、及び、チャンバ（５０４）内の圧力を抜くことによって活性化する。このことによって、下部の油圧シリンダピストン（５０５）が、上方ハウジング（５０８）を持ち上げる上方ハウジングの摩耗板（５０６）へと垂直に移動する。プレストレスロッドの張力は、チャンバ（５０１）内の油圧によって、及び、チャンバ（５０２）内の油圧を抜くことによって用いられる。上部の油圧シリンダ、及び、下部の油圧シリンダは互いに相対している。下方ハウジングに対する上方ハウジングの位置を安定させるため、ピストン（５０５）がオペレータの選択した位置に到達可能なように、高応答性で正確な位置センサ（５０７）を用いてチャンバ（５０３）内の油圧を制御する。

位置センサ（５０７ａ）は、０．０００１インチ未満という非常に正確な位置分解能を有するのが好ましい。この位置センサ（５０７）は同様に、時定数を１００ミリ秒未満で感知する高応答性を有するのが好ましい。時定数はセンサのステップ応答が最終値の６３％に達するまでに要する時間のことを言う。このセンサは機械的、光学的、電子的、磁石的、キャパシタンス、レーザーに基づくもの、又は、これらの組み合わせであってもよい。センサは、図５Ａに示されるように、取付金具よりはむしろ圧延機ハウジングの内部に組み込まれてもよい。バックラッシュ、耐性に関連する問題、又は、正確性と応答性を低下させる他の諸問題を回避するために、センサは好ましく設計及び取り付けされる。

チャンバ（５０３）内の油圧は、高応答性の油圧システムによって制御されるのが好ましく、この油圧システムはチャンバ（５０３）内の油圧を非常に近似した制御値へと制御することが可能である。サーボ弁、比例弁、電磁弁、又は、他の同様に対応する油圧弁を首尾よく用いることもある。好ましくは、圧力チャンバ（５０３）内の油圧制御の時定数はわずか５０ミリ秒である。油圧制御弁は、近接するアキュムレータを含む適切な支持装置を備える完全な油圧システムで用いるのが好ましい。他の好適な実施形態において、チャンバ（５０３）に対する制御ループ応答は、板厚制御システム全体の安全性を確保する自動板厚制御応答よりも早い。典型的には、一体型クラスター圧延機における自動板厚制御システムは、約３０乃至１００ミリ秒の時定数を有し、チャンバ（５０３）に対する制御ループ応答は、より高速な応答に適切に対応可能である。

チャンバ（５０１）内の油圧量は、作業ロールの噛み込み部における垂直な圧延力を上回る必要のあるプレストレス量に基づく。その力は、上方ハウジング（５０８）が上方ハウジングの摩耗板（５０６）及び下部の油圧シリンダピストン（５０５）と完全に接触し続けるに十分なほど強力なものでなければならない。下部油圧シリンダの高正確性及び応答性の位置制御と組み合わされると、圧延機の高剛性はクラスター圧延機の一体物と比べてもほとんど遜色ない。チャンバ（５０１）内の油圧は圧延作業の間、油圧ブロックされ、圧延力に基づいて変化する。チャンバ（５０２）内の油圧は、空気の閉じ込めを防ぐために、圧延作業の間、実質的に抜かれるか、又は、低圧で操作される。

圧延作業の間、下部のシリンダは一定の位置を保つよう制御され、出口側のストリップの板厚制御を提供するためには用いられない。上部の油圧シリンダからのプレストレス力のため、プレストレスを加えられた、分離した圧延機ハウジングは、一体型圧延機ハウジングとほとんど遜色ない剛性を提供する。板厚制御システムで用いられると、本発明は一体物の剛性の９０乃至９５％を効果的に有する。

好適な実施形態では、同じ油圧ポンプを用いることによって、下部の油圧シリンダと上部の油圧シリンダの双方を制御する。

下方の圧延機ハウジングから上方のハウジングを迅速に遠ざけることによって、作業ロール噛み込み部に開口部を迅速に形成するために、上部油圧シリンダが用いられる場合、図５Ｂは図４Ｂと同様である。分離速度は、圧延機と装置への潜在的な損傷を最小化するために、少なくとも毎秒１／８インチであるのが望ましい。

図５Ｃは、下部の油圧シリンダを用いることによって、圧延機の開口部を急速に形成するという点を除けば、図５Ｂと同様である。図５Ｂとわずかに異なるだけの好適な実施形態では、位置センサ（５０７ｂ）の端部は上方の圧延機ハウジング及び下方の圧延機ハウジング内部に包含されている。

図５Ｃは、上部及び下部油圧シリンダ上の圧力測定器具の配置を追加的に示す。圧力トランスデューサー（５０９）は、プレストレス荷重を生み出す上部の油圧シリンダ圧力をモニタし、圧力トランスデューサー（５１０）は、下部のシリンダをモニタする。好適な実施形態において、少なくとも１つの上部の油圧シリンダ、及び、少なくとも１つの下部の油圧シリンダについて、圧延作業の間、圧力をモニタする。追加的なトランスデューサーは、必要とあらば、各油圧ピストンの両側で使用されてもよい。

圧延工程の間の圧延機の制御システムは比較的簡易である。要約すると、プレストレスロッドに張力をもたらすために、上部の油圧シリンダは、最初に所望の圧力まで負荷をかける。上部シリンダを送り込む油圧弁が圧延作業のために閉じられ、すなわち、油圧ブロックされる。上部のシリンダ圧は、板厚制御及び生じる金属ストリップの厚みの変化によって、自然に変化可能である。上部の油圧シリンダ圧は制御ループでは調節されず、このことによって、板厚制御システムとの制御衝突を回避する。下部の油圧シリンダは、上記の如く、あらゆる場合、上方及び下方の圧延機ハウジング間の所望の開口部に基づいて位置モード状態の制御ループ上で作動する。出口側のストリップの板厚制御は、偏心軸受によって行われる。

圧延作業の間の下部の油圧シリンダの位置は、偏心軸受の作業範囲に適切な範囲内で選択される。例えば、偏心軸受は、設定されたプログラムによって計算された位置まで回転可能である。これが零点位置を築く。大型の作業ロールが使用されると、上方及び下方のハウジング間の距離は大きくならなければならない。圧延機の底部に配されたパスライン調節システムは、設定されたプログラムに基づいてパスラインを維持するために、圧延機ハウジングを下げる。

また、本発明は、圧延機のティルティング機能によって圧延するために使用可能である。下部油圧シリンダは、適度に広範な作業範囲内で傾斜する余地を与えるために、非常に小さな量だけ（０．０１０”又は０．０５０”）持ち上げることも可能である。圧延機を傾けない場合は、上方及び下方の圧延機が接触するように、上部シリンダを下げてもよい。プレストレスが与えられた後は、圧延機は一体物と同じように作動する。

圧延機が調質圧延機として用いられ、大型の作業ロールの直径を使用する場合、下部の油圧シリンダを持ち上げて、ティルティング機能を容易に果たすことが可能である。下部の油圧シリンダの左右の位置を調節する能力は、本発明の特徴的な利点である。

往々にして、新しいロール、又は、擦り切れたロールの再研磨に関する直径の問題が生じる。本発明は、一体型圧延機と比較して、金属ストリップ形状又は板厚へ大きな影響を与えることなく、１つの端部の大径を有するロール、すなわち、テーパー状のロールの使用を提供するものである。

上記の如く、既存のクラスター圧延機のハウジングは、往々にして非常に制限された作業ロール範囲を有する。この制限は一体型圧延機ハウジングの垂直空間が制限されているためである。本発明は、スペーサシリンダによって提供される追加的な空間のおかげで、圧下のための作業ロールの直径の継続的な変化が可能である。従来の一体型圧延機ハウジングに関する方法では不可能なことであるが、作業ロールの最大直径が作業ロールの最小直径より５０％乃至２００％大きい場合、操作上の作業ロールの直径の１．５対３という比率は可能である。従来の一体型ハウジングに関する方法では一般的には１０乃至２０％の直径範囲のみが可能なだけで、場合によっては５０％までの直径範囲が可能である。本発明は圧延作業に都合よく使用される直径範囲の大きな作業ロールを提供するものである。作業ロールの直径範囲は、意図する圧延機の操作設計に基づいて変化してもよい。

本発明は、平坦な金属ストリップを商用の望ましい堅固な耐性にまで十分に圧延することが可能である。好ましくは、中心線の出口側の板厚（又は厚さ）は、入ってくる金属の長さの９５％以上に対して標的となる出口側の板厚の１％以内である。本発明は、様々な厚みの商用に圧延された平坦な金属及びクラスター圧延機で共通して圧延された材料に適用される。

オペレータによっては、一定の定常状態又は一定の条件下で作動するものとして圧延機をみなす傾向がある。実際には、圧延工程の間、多くの重要かつ継続中の変化がある。作業ロールは通常、圧延力を変化させるべく熱を発し、膨張する。入ってくるストリップは予想もしないような厚み又は形状の変化を遂げるかもしれない。ロールのかみ込み部における摩擦は、ロールの摩耗、潤滑の変化、速度変化、及び、圧延力の変化によって変わる。満足な商業運転を行うためには、適切な修正が継続的に行わなければならない。往々にして、変化は比較的小さく、様々な制御ループを用いることによって、商用の耐性の範囲内で圧延機の圧延を維持するために適切な修正を行う。

一般的に、４つの下部の油圧シリンダ全てと４つの上部の油圧シリンダ全ては、状況に合わせて操作され、任意の位置及び圧力の変化は通常、均一に適用される。しかしながら、傾斜は前部（オペレータ側）から後部（駆動側）へとかけられており、各部を異なる方向へと移動させてもよい。往々にして、大きさが同じで方向が反対となる調節によって各部を移動させてもよい。さらに、各部は、優れた形状を制御するために、特定の範囲内で同じ圧延力を維持するよう調整される。

上方の圧延機ハウジングの重量、上部ロールの重量、及び、上方の圧延機ハウジングに取り付けられる任意の器具の重量を考慮すると、圧延力は、定常状態で行われる圧延状態の間、上部及び下部の油圧シリンダによって発生したその力の差によって決定可能である。上部及び下部シリンダの油圧は、計算を容易にする圧力トランスデューサーによってモニタされる。計算は圧延作業中に実行可能であり、圧延力の表示がオペレータに示される。

板厚制御及び圧延目的のための圧延機の全体の圧延力−たわみ曲線を測定可能であることは、本発明の明らかに優れている点である。一体物の場合、作業ロール噛み込み部における垂直な圧延力は合理的には測定できないため、圧延力−たわみ曲線を測定するのは困難である。本発明において、圧延力−たわみ曲線は、上部及び下部油圧シリンダを利用して測定するのが比較的容易である。この曲線、及び、それによって決定される圧延機の剛性は、圧延作業を開始する際に迅速かつ正確な板厚制御を確実に行うために、圧延機の適切な設定にとって非常に有用である。様々なロール及び圧延条件に対して、圧延工程の初期の作業パラメータを改善する能力は、工程の生産性を改善するために有用である。

圧延力−たわみ曲線はオフライン状態でのキャリブレーション方法で獲得されることもある。好適な方法は、下部シリンダを引っ込め、事前に選択された上部油圧シリンダの圧力とともに上方及び下方ハウジングにプレストレスを与え、さらに、下部シリンダを上昇させることによって上方の圧延機ハウジングを下方の圧延機ハウジングから分離させることである。２つのハウジング間の分離距離は、周知のプレストレス油圧とともに、２つのハウジングの圧延機の係数を測定するために用いられる。ハウジングの係数が円形のプレストレスロッドシャフトの周知の係数に組み合わせられると、プレストレスト・アセンブリ全体の係数は周知となる。図６に示すように、プレストレスト・アセンブリ全体の係数が周知となると、たわみ曲線も周知のものとなる。さらに、上部または下部油圧シリンダが周知のものとなると、圧延力が計算によって決定可能となる。

図４に関連して、下部（スペーサ）シリンダ（４０７）及びピストン（４０９）を用いることによって、圧延機を操縦する、すなわち、上記の如く、前部から後部までティルティング機能を提供する。このティルティング機能によって、ストリップ幅にわたって圧延力が変化するとともに、片側に厚い端部を有するストリップを圧延することが可能となる。好ましくは、上部シリンダは、左右のティルティング機能を提供するものではないが、下部シリンダがティルティング機能を提供することを可能にする。

ストリップが通り抜ける間、まず圧延機に送り込まれると、容易に通り抜けるために、送り込まれる材料及び厚みの種類次第で、上部の油圧シリンダが、減少プレストレスレベル、通常の動作プレストレスレベル、又は、圧延機が全開した状態で作動する。同様に、下部の油圧シリンダの位置は、上部の油圧シリンダの動作を支持するために調整されることによって通り抜けを容易に行う。

図６は、２つの断片がプレストレス荷重Ｆ_０とともにボルトで締め付けられる際、それらがあたかも１つの断片であるかのように動くことを示す。外力Ｆ_ｓ（本発明の圧延力）は伸張可能なロッドをさらに伸ばすことになるとともに、圧縮部分（本発明のハウジング）を圧縮されていない状態にすることになる。この計算に基づくと、すなわち、圧延機全体の係数は（Ｋ＝Ｋ_Ｃ＋Ｋ_Ｔ）は、圧延機ハウジング（Ｋ_Ｃ）又は伸張可能なプレストレスロッド（Ｋ_Ｔ）のいずれかよりも大きい。

本発明の場合、上部の油圧シリンダ又は下部の油圧シリンダのいずれかの油圧油は、一体物と比較すると、圧延機の剛性の著しい低下をもたらすものではない。プレストレスハウジングの概念に関連して、下部の油圧シリンダにおける急速な油圧制御システムは、圧延機の板厚を修正する必要性と比較して、非常に大きな剛性をもたらすものである。

本発明の場合、上部の油圧シリンダ又は下部の油圧シリンダのいずれかの油圧油は、一体物と比較すると、圧延機の剛性の著しい低下をもたらすものではない。（ＡＧＣ制御ループよりもはるかに高速な位置モードで作動させる）下部の油圧シリンダにおける急速な油圧制御システムは、圧延機の噛み込み部での板厚修正の必要なタイミングと比較して、非常に高い剛性をもたらすものである。上部の油圧シリンダ又は下部の油圧シリンダのいずれかで用いられる油圧油は、本システムの剛性を強化するために、グリコールなどの高体積弾性率の液体であってもよい。

本発明の様々な実施形態が記載されている一方で、本発明は当業者に対して様々な操作方法に修正及び適合されてもよい。従って、本発明は本明細書に示された記載及び数字に限定されるものではなく、請求の範囲によって包含される実施形態、変化、修正などの全てを含むものとする。

Claims (19)

1. クラスター圧延機ハウジングのアセンブリであって、
   ａ）圧延作業用の複数の上部ロールを収容するためのロールキャビティを有する上方ハウジング、
   ｂ）前記圧延作業用の複数の下部ロールを収容するためのロールキャビティを有する下方ハウジングを備え、
   ｃ）前記圧延作業が平坦な金属ストリップの厚みを減少させ、
   前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリはさらに、
   ｄ）４つの垂直なプレストレスロッドを備え、前記４つの垂直なプレストレスロッドの１つは、前記上方ハウジングの四つの角の各々、及び、前記下方ハウジングの四つの角の各々に配され、
   ｅ）前記上方ハウジングは前記垂直なプレストレスロッド上を垂直に移動し、
   ｆ）前記垂直なプレストレスロッドの全てが前記下方ハウジングに堅く取り付けられ、
   前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリはさらに、
   ｇ）前記垂直なプレストレスロッドの各々の上に上部油圧シリンダを備え、前記油圧シリンダは前記上方ハウジングに接続され、
   ｈ）前記上部油圧シリンダのピストンは前記垂直なプレストレスロッドに接続され、
   ｉ）前記上部油圧シリンダは、前記垂直なプレストレスロッドにおいて所定の引張荷重をもたらすために用いられ、前記所定の引張荷重は少なくとも、前記圧延作業中に、前記上方ハウジング及び前記下方ハウジングの双方におけるプレストレスをもたらすほどは十分に大きく、
   前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリはさらに、
   ｊ）前記上方ハウジング及び前記下方ハウジングに接続された少なくとも２つの距離センサを備え、前記距離センサは、選択された２つの点における前記上方ハウジングと前記下方ハウジングとの間の距離を測定し、
   前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリはさらに、
   ｋ）前記垂直なプレストレスロッドの各々を囲む下部油圧シリンダを備え、前記下部油圧シリンダは前記下方ハウジングに接続され、
   ｌ）前記下部油圧シリンダのピストンは垂直に移動するとともに、所定の間隙までの前記圧延作業中、前記上方ハウジングと前記下方ハウジンを垂直に分離させることが可能であり、
   ｍ）前記下部油圧シリンダは、前記所定の間隙を維持するのに十分な制御応答を有する下部の油圧制御システムによって制御され、及び、
   ｎ）前記圧延作業中の前記平坦な金属ストリップの中心線の出口側の板厚が、前記平坦な金属ストリップの各々の側の少なくとも１つの支持ロール偏心軸受の回転によって実質的に決定され、
   前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリが、商用目的で前記平坦な金属ストリップの板厚を減少させるために有用であることを特徴とする、前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
2. 垂直位置調節システムが前記下方ハウジングの下に配され、前記垂直位置調節システムが前記下方ハウジングの垂直位置を変化させるために用いられることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
3. 前記垂直位置調節システムが、くさび、油圧シリンダ、電動モータ、油圧モータ、スクリュー機構、ハンドホイール、スクリュー、及び、ギアからなる群からの少なくとも１つを利用することを特徴とする、請求項２記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
4. 前記上部ロール及び前記下部ロールを組み合わせた数が、６、１２、１６、１８、２０、及び、３０ロールからなる群からの任意の数であることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
5. 前記下部油圧シリンダが、前記圧延作業中に、左右の前記所定の間隙を変化させるために用いられることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
6. 前記上部油圧シリンダは、前記圧延作業中に前記平坦な金属ストリップが破損した際に、前記上部ロールを前記下部ロールから分離させるために用いられることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
7. 前記上部ロールと前記下部ロールとの前記分離は、少なくとも毎秒１／８インチの速度であること特徴とする、請求項６記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
8. 前記上部油圧シリンダの少なくとも１つからの圧力測定は、前記圧延作業中の圧延力を決定するために用いられることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
9. 前記下部油圧シリンダの少なくとも１つからの圧力測定は、前記圧延作業中の圧延力を決定するために用いられることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
10. 前記上部油圧シリンダは、前記圧延作業中に油圧ブロックされることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
11. 前記下部油圧シリンダは、わずか５０ミリ秒の時定数を備える第２の油圧制御システムによって制御されることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
12. 前記商用目的は、入力側のストリップ長の９５％以上に対して事前に選択された標的厚みの１％以内の中心線の出口側の板厚であることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
13. 前記上部油圧シリンダの第１の油圧、前記下部油圧シリンダの第２の油圧、及び、前記距離センサは、前記上方ハウジングの選択位置と前記下方ハウジングの選択位置との間の垂直分離と圧延力との関係を決めるために用いられることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
14. 前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリの前部上の前記下部油圧シリンダの２つは、前記圧延作業中の傾斜のために、前記クラスター圧延機ハウジングのアセンブリの後部上の前記下部油圧シリンダの残りの２つから分離して調整されることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
15. 安定棒は前記垂直なプレストレスロッドの各々の上端部に接続されることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
16. 前記上部油圧シリンダの油圧及び前記下部油圧シリンダの油圧は、前記圧延作業の圧延力を測定するために用いられることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
17. 前記上方ハウジングは前記圧延作業中に傾斜するよう制御可能であることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
18. 最大乃至最小直径の作業ロール比率が、１．５乃至３を含む間であることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。
19. 前記下部油圧シリンダは、前記少なくとも１つの偏心軸受を回転させるために用いられる制御システムの時定数未満の時定数を備える第２の油圧制御システムによって制御されることを特徴とする、請求項１記載のクラスター圧延機ハウジングのアセンブリ。

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