JP2012240070A - 条鋼圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】仕上げ圧延装置での条鋼材捻転の問題を解決することにより、圧延後の条鋼材において製品寸法や形状のバラツキを低減させる。
【解決手段】本発明の条鋼圧延方法は、条鋼材Ｗをその周方向三方から圧延するための３つの圧延ロールを有し、これら３つの圧延ロールにはロール外周面にカリバが設けられている圧延スタンドを３つ以上備えた仕上げ圧延装置６で用いられるものであり、３つ以上の圧延スタンドのうち最終段に配備された圧延スタンド１３の入側で、３つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃに対し条鋼材Ｗが３点より多い接触状態となるようにして、条鋼材Ｗの圧延を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、条鋼の圧延方法に関する。

ビレットなどの鋼片より線材や棒鋼などの条鋼を製造する条鋼圧延設備（条鋼圧延ライン）では、上流側より順に、加熱炉、粗圧延装置、中間圧延装置、仕上げ圧延装置が配置されているのが一般的である。
このうち仕上げ圧延装置には、条鋼材をその周方向三方から圧延するための３つの圧延ロールを有した圧延スタンド（三方ロール圧延機）が、パスラインに沿って３つ以上備えられた構成のものがある。

このような条鋼圧延設備における圧延の方法に関して、様々な技術が開発されている。
例えば、特許文献１は、３本のロールの軸線延長が垂直面内で形成する正三角形の傾きを６０°違えて配置させた３台の３ロール圧延機による圧延方法において、素材を円形、１パス目のロールカリバーを素材の円の直径と同一以上の円弧、又は直線と適当な逃がしとを配した形状とし、２パス目および３パス目のロールカリバーを素材の円の直径に対し９５％乃至同一の直径の円弧と適当な逃がしとを配した形状とし、ロールの圧下位置を各パス目圧延機それぞれ独立して選択して、素材を素材直径ないし素材直径の８０％の範囲内でフリーサイズ圧延する棒線材のフリーサイズ圧延方法を開示する。この技術は、隣接する圧延スタンド間で、圧延ロールのロール外周面に設けられたカリバの減面率が所定の関係となるように規定することにより、フリーサイズ圧延における条鋼材の直径減少率を拡大させるものである。

また、特許文献２は、棒線材のサイジング圧延機であって、少なくとも棒線材の入口側又は出口側に、圧延ロールを反圧下方向に押圧するプレッシャーロールを配置するとともに、このプレッシャーロールの押圧力を、これを回転自在に枢支し先端にガイドノズルを突設したボディーと、このボディーの後端側からこれを覆うようにして圧延機に取り付けるカバーとの間に介設したプレッシャー部材によって得るように構成した棒線材用圧延機を開示する。この技術は、圧延スタンドに対し、圧延ロールを反圧下方向へ押圧するプレッシャーロールを設けることで圧延ロールにプレストレスを付与できるようにし、もって、圧延後の条鋼材において断面寸法や断面形状の精度を高くするものである。

特開平７−２６５９０４号公報 特開平８−５２５０３号公報

従来、条鋼圧延設備の仕上げ圧延装置において、圧延スタンド間を条鋼材が圧延されてゆく過程で、圧延ロールに条鋼材が噛み込まれるときに当該条鋼材にねじれ（捻転）が発生することがあった。条鋼材に捻転が発生すると、圧延後の条鋼材は断面形状が一定せず、製品寸法に許容を越えたバラツキが発生する確率が高まることになる。そこで、圧延ロール噛み込み時における条鋼材の捻転を防止する必要があった。

とはいえ、例えば、特許文献１の技術（圧延スタンド間で圧延ロールの減面率を規定する構成）を採用するだけでは、前記した条鋼材のねじれの問題を解決することはできず、圧延後の条鋼材において製品寸法や形状のバラツキを低減させるには至らなかった。
また、特許文献２の技術（プッシャーロールによって圧延ロールにプリストレスを付与させる構成）を採用することでも、前記した条鋼材捻転の問題を解決することはできず、やはり圧延後の条鋼材において製品寸法や形状のバラツキを低減させるには至らなかった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、仕上げ圧延装置での条鋼材のねじれの問題を解決することにより、圧延後の条鋼材において製品寸法や形状のバラツキを低減させることができるようにした条鋼圧延方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
すなわち、本発明は、条鋼材をその周方向三方から圧延するための３つの圧延ロールを有し、これら３つの圧延ロールにはロール外周面にカリバが設けられている圧延スタンドを３つ以上備えた仕上げ圧延装置により条鋼材を圧延する方法において、前記仕上げ圧延装置内の最終段に配備された圧延スタンドの入側で、前記３つの圧延ロールと条鋼材との接触点が総数で３点より多い接触状態となるようにして、条鋼材の圧延を行うことを特徴とする。

仕上げ圧延装置が第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドを備える構成では、条鋼材が３点より多い接触状態となるように、次式を満たしつつ条鋼材の圧延を行うのがよい。
Ｒ１／Ｒ３≧ｆ（Ｄｓ）
ただし、Ｒ１：第１圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
Ｒ３：第３圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
Ｄｓ：第２圧延スタンドでの減面率
また、仕上げ圧延装置が第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドを備える構成では、前記第３圧延スタンドにおいて、条鋼材が３つの圧延ロールに対して均等な６点接触状態となるように、次式を満たしつつ条鋼材の圧延を行うとよい。

Ｒ１／Ｒ３≧2000×Ｄｓ−385
Ｒ１／Ｒ３≧44×Ｄｓ＋4.5
ただし、Ｒ１：第１圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
Ｒ３：第３圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
Ｄｓ：第２圧延スタンドでの減面率

本発明に係る条鋼圧延方法では、仕上げ圧延装置での条鋼材捻転の問題を解決することにより、圧延後の条鋼材において製品寸法のバラツキを低減させることができる。

条鋼圧延設備の全体図である。 仕上げ圧延装置を示す側面図である。 仕上げ圧延装置の第１〜第３圧延スタンドによる圧延状況の説明図である。 仕上げ圧延装置の最終スタンド（第３圧延スタンド）による圧延状況を拡大して示した正面図（図３のＣ−Ｃ線矢視拡大図）である。 カリバの曲率半径比（Ｒ１／Ｒ３）と第２圧延スタンドの減面率（Ｄｓ）と条鋼材の製品形状との関係を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る条鋼材の圧延方法に用いる条鋼圧延設備１を示している。
この条鋼圧延設備１は、線材や棒鋼等の条鋼材Ｗを製造するものであって、上流側（図１左側）から下流側（図１右側）に向けて順に、ビレットなどの鋼片を加熱する加熱炉３、粗圧延装置４、中間列圧延装置５、仕上げ圧延装置６、冷却装置７、巻き取り装置８が設置されている。粗圧延装置４、中間列圧延装置５、仕上げ圧延装置６は、それぞれ複数の圧延スタンド（圧延機）を備えている。

図２及び図３に示すように、仕上げ圧延装置６は、第１圧延スタンド１１、第２圧延スタンド１２、第３圧延スタンド１３の３つの圧延スタンドを備えている。
第１圧延スタンド１１は、圧延ハウジング１５内で回転自在に支持された３つの圧延ロール１１ａ〜１１ｃを有している。各圧延ロール１１ａ〜１１ｃのロール外周面には、条鋼材Ｗを圧延するための凹円弧面となるカリバ１６が形成されている。

これら圧延ロール１１ａ〜１１ｃのロール配置は、第１圧延スタンド１１中のパスラインを通る条鋼材Ｗをその真上から圧下する位置（圧延ロール１１ａ）と、この圧延ロール１１ａを起点として条鋼材Ｗのまわりに１２０°おきの開き角度をおいた周方向２位置（圧延ロール１１ｂ，１１ｃ）との合計３位置とされており、これら３位置に配置された３つの圧延ロール１１ａ〜１１ｃによって条鋼材Ｗをその周方向三方から圧延する。

第２圧延スタンド１２は、圧延ハウジング１７内で回転自在に支持された３つの圧延ロール１２ａ〜１２ｃを有している。各圧延ロール１２ａ〜１２ｃのロール外周面には、条鋼材Ｗを圧延するための凹円弧面となるカリバ１８が形成されている。
これら圧延ロール１２ａ〜１２ｃのロール配置は、第１圧延スタンド１１のロール配置に対して、周方向へ１８０°ずらしたロール配置とされており、これら各位置に配置された３つの圧延ロール１２ａ〜１２ｃによって条鋼材Ｗをその周方向三方から圧延する。

第３圧延スタンド１３は、圧延ハウジング１９内で回転自在に支持された３つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃを有している。各圧延ロール１３ａ〜１３ｃのロール外周面には、条鋼材Ｗを圧延するための凹円弧面となるカリバ２０が形成されている。
これら圧延ロール１３ａ〜１３ｃのロール配置は、第２圧延スタンド１２のロール配置に対して、周方向へ更に１８０°ずらしたロール配置とされており、これら各位置に配置された３つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃによって条鋼材Ｗをその周方向三方から圧延する。

このような構成の仕上げ圧延装置６において、本発明では、図４に示すように、最終段に配備された圧延スタンド（本実施形態では第３圧延スタンド１３）の入側で、３つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃ（カリバ２０，２０，２０）に対して、条鋼材Ｗが総数で３点より多い接触状態となるようにして条鋼材Ｗの圧延を行うものとなっている。このようにすることで、最終段に配備された圧延スタンド（第３圧延スタンド１３）で、条鋼材Ｗに噛み込み時の捻転（ねじれ）が発生するのを防止でき、圧延後における条鋼材Ｗの断面形状を可及的に円形に近づけることができる。

図３、図４に基づいて、仕上げ圧延装置６における条鋼材Ｗの圧延状況を詳しく説明する。
まず、第１圧延スタンド１１では、仕上げ圧延される前の径大な円形断面をした条鋼材Ｗがその周方向の三方を三つの圧延ロール１１ａ〜１１ｃにより同時に圧下される。これにより、この第１圧延スタンド１１の出側では、条鋼材Ｗが正三角形の各辺を膨らませたような（おむすび型）断面形状となる。

次に、第２圧延スタンド１２では、第１圧延スタンド１１による圧延で条鋼材Ｗに生じた三つの突出部（逆三角形状の各頂点に対応する部分）が、三つの圧延ロール１２ａ〜１２ｃによってそれぞれ同時に圧下される。これにより、この第２圧延スタンド１２の出側では、条鋼材Ｗが正六角形の各辺を膨らませたような断面形状となる。
次に、第３圧延スタンド１３では、第２圧延スタンド１２による圧延で条鋼材Ｗに生じた六つの突出部（六角形状の各角部に対応する部分）が、三つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃ毎に、それぞれ周方向に離れた２点で均等に接触しながら（すなわち、均等６点接触で）同時に圧下されるようになる。この状況は図４に示す如くである。

本願発明人は、この均等６点接触が実現されるならば、第３圧延スタンド１３において、条鋼材Ｗに噛み込み時の捻転が発生するのを防止でき、第３圧延スタンド１３の出側では、条鋼材Ｗが圧延目標とされる径小の円形又は円形に近い断面形状として得られることを知見している。
さらに、本願発明者は、コンピュータシミュレーションを行うことにより、最終段となる第３圧延スタンド１３で条鋼材Ｗを６点接触（３点より多く接触）させるための圧延条件を探ることとした。コンピュータシミュレーションの結果から、圧延条件として、第１圧延スタンド１１のカリバ１６の曲率半径Ｒ１と第３圧延スタンド１３のカリバ２０の曲率半径Ｒ３の比率（Ｒ１／Ｒ３）、ならびに第２圧延スタンド１２での減面率（Ｄｓ）が大きく影響することを知見するに至った。

すなわち、
Ｒ１／Ｒ３≧ｆ（Ｄｓ） (1)
ただし、
Ｒ１：第１圧延スタンド１１に備えられた圧延ロールのカリバ１６の曲率半径
Ｒ３：第３圧延スタンド１３に備えられた圧延ロールのカリバ２０の曲率半径
Ｄｓ：第２圧延スタンド１２での減面率（入側と出側との間での条鋼材Ｗの断面積比）
を満たすような圧延条件で、仕上げ圧延装置６での条鋼材の圧延を行うとよい。

図５は、様々な圧延条件の下でコンピュータシミュレーションを行い、その結果をまとめたものである。図５の横軸は、第２圧延スタンド１２の減面率（Ｄｓ）を示し、縦軸は、第１圧延スタンド１１のカリバの曲率半径と第３圧延スタンド１３カリバの曲率半径との比（Ｒ１／Ｒ３）を示す。
図５の中の印（○、△、×）は条鋼材Ｗにおける製品形状を示している。

○印で示される条鋼材Ｗは、仕上げ圧延装置６で条鋼材Ｗがねじれることが無く、圧延後の条鋼材Ｗにおいて製品寸法や形状のバラツキが許容範囲に入る良品となったことを示す。○印の条鋼材Ｗの圧延では、第３圧延スタンド１３の入側で、３つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃに対し、条鋼材Ｗが均等６点接触する（周方向に同じ開き角度をおいた６点に接触する状況である）ことが確認されている。

これに対し、図５中の×印の条鋼材Ｗは、圧延後の断面形状が一定せずに、製品寸法のバラツキが許容範囲から外れたものとなっている。×印の条鋼材Ｗの圧延では、３つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃに対し条鋼材Ｗが３点以下で接触することが確認されている。
なお、図５の△印の条鋼材Ｗは、○印で示される条鋼材Ｗより製品寸法や形状のバラツキが若干大きいものの、許容範囲には十分収まっているものを示している。△印の条鋼材Ｗの圧延では、第３圧延スタンド１３の入側で３つの圧延ロール１３ａ〜１３ｃに対し、条鋼材Ｗが６点接触が維持されない（言い換えれば、５点乃至は４点に接触する状況である）ことが確認されており、第３圧延スタンド１３での捻転は殆どない。

以上の結果をまとめた図５において、条鋼材Ｗが良品となる領域（グレー領域）を明らかとすべく、境界線αと境界線βを規定した。
規定された境界線αと境界線βは、以下に示す線形一次式で表される。境界線αが式（２）であり、境界線βが式（３）である。

Ｒ１／Ｒ３≧2000×Ｄｓ−385 (2)
Ｒ１／Ｒ３≧44×Ｄｓ＋4.5 (3)

すなわち、式（２）、式（３）を満たす第２圧延スタンド１２の減面率（Ｄｓ）、第１圧延スタンド１１のカリバの曲率半径Ｒ１、第３圧延スタンド１３カリバの曲率半径Ｒ３を実現する圧延条件、言い換えれば、図５のグレー領域に入るようなＤｓとＲ１／Ｒ３を実現する圧延条件とすることで、仕上げ圧延装置６での条鋼材捻転を確実に防止することができ、その結果、圧延後の条鋼材Ｗにおいて製品寸法、形状のバラツキを低減させることが可能となる。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
例えば、仕上げ圧延装置６は、圧延スタンドの設置数を３つより多くして構成したものとしてもよい。

また、条鋼材Ｗの鋼種や断面径などは特に限定されるものではない。

１ 条鋼圧延設備
３ 加熱炉
４ 粗圧延装置
５ 中間列圧延装置
６ 仕上げ圧延装置
７ 冷却装置
８ 巻き取り装置
１１ 第１圧延スタンド
１１ａ〜１１ｃ 第１圧延スタンドの圧延ロール
１２ 第２圧延スタンド
１２ａ〜１２ｃ 第２圧延スタンドの圧延ロール
１３ 第３圧延スタンド
１３ａ〜１３ｃ 第３圧延スタンドの圧延ロール
１５ 第１圧延スタンドの圧延ハウジング
１６ 第１圧延スタンドが備える圧延ロールのカリバ
１７ 第２圧延スタンドの圧延ハウジング
１８ 第２圧延スタンドが備える圧延ロールのカリバ
１９ 第３圧延スタンドの圧延ハウジング
２０ 第３圧延スタンドが備える圧延ロールのカリバ
Ｗ 条鋼材

Claims (3)

1. 条鋼材をその周方向三方から圧延するための３つの圧延ロールを有し、これら３つの圧延ロールにはロール外周面にカリバが設けられている圧延スタンドを３つ以上備えた仕上げ圧延装置により条鋼材を圧延する方法において、
   前記仕上げ圧延装置内の最終段に配備された圧延スタンドの入側で、前記３つの圧延ロールと条鋼材との接触点が総数で３点より多い接触状態となるようにして、条鋼材の圧延を行うことを特徴とする条鋼圧延方法。
2. 仕上げ圧延装置が第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドを備える構成では、
   条鋼材が３点より多い接触状態となるように、次式を満たしつつ条鋼材の圧延を行うことを特徴とする請求項１に記載の条鋼圧延方法。
   
   Ｒ１／Ｒ３≧ｆ（Ｄｓ）
   ただし、Ｒ１：第１圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
   Ｒ３：第３圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
   Ｄｓ：第２圧延スタンドでの減面率
3. 仕上げ圧延装置が第１圧延スタンド〜第３圧延スタンドを備える構成では、前記第３圧延スタンドにおいて、条鋼材が３つの圧延ロールに対して均等な６点接触状態となるように、次式を満たしつつ条鋼材の圧延を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の条鋼圧延方法。
   
   Ｒ１／Ｒ３≧2000×Ｄｓ−385
   Ｒ１／Ｒ３≧44×Ｄｓ＋4.5
   ただし、Ｒ１：第１圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
   Ｒ３：第３圧延スタンドに備えられた圧延ロールのカリバの曲率半径
   Ｄｓ：第２圧延スタンドでの減面率