JP2012511432A5

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Publication number: JP2012511432A5
Application number: JP2011539964A
Authority: JP
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2029-12-15

Description

特に金属製品を圧延するロールスタンド

この発明は、第一ロール並びに第二ロールが中心面に関して非対称に形成された半径経過（ＣＶＣ研削）を備えていて、かつ第一ロールの半径経過が第三或いは第五次多項式によって描かれている様式の、第一のロールを支持する一対の第二ロールが接触する一対の第一のロールを備えている、特に金属製品を圧延するロールスタンドに関する。

このようなロールスタンドは欧州特許第１３０７３０２号明細書（特許文献１）から知られている。この公報にあっては、上記の様式の多項式経過が、ロール軸受の軸方向力を最小化させるための半径経過として捉えられ、半径経過の適切な選択によって水平方向に作用するモーメントを余計な経費を要することなく最小化することが可能である。ＣＶＣワークロールプロフィルのウエッジ割合が特に重要である。上記の構成は、ワークロール研削或いはワークロールプロフィルのウエッジ度がトルク或いは軸方向力が回避される得るほどに最適化されるように行われる。この目的で、多項式（ａ_１）の直線割合が最適パラメータとして使用される。これによりロールの交差（クロッセン）が回避され、軸方向力がロール軸受内において最小化される。

欧州特許第１３０７３０２号明細書（特許文献１）による上記解決策は、円筒状バクアップロールと協働するワークローロールのプロフィルを基本としている。このプロフィルに、ワークロールのウエッジ度の最適化が基準とされる。ストリッププロフィル調整範囲を更に増大させるために、ＣＶＣシステムの調整範囲を拡大する努力がなされてきた。この場合、ワークロールとバックアップロールの間に高い面圧を回避するために、ＣＶＣワークロールを使用することが多くなってきた。無論、最適条件を求める努力がなされても、バックアップロールのＣＶＣ輪郭のウエッジ度を最適化するために、ワークロールにおけるのと同じ構成を使用できないことは明瞭である。

欧州特許第１３０７３０２号明細書

それ故に、この発明の根底をなす課題は、冒頭に記載した様式のロールスタンドを、第一ロールを支持する第二ロールのウエッジ度（たいてい、しかし、他のウエッジ度を否定するものではなく、少なくともワークロールと協働するバックアップロールのウエッジ度も）を、最適操業条件が得られるように形成することである。

この発明によるこの課題の解決策は、第一実施態様によると、前記様式のロールスタンドにあって、第一ロールの半径経過が以下の式：
Ｒ_ＡＷ（ｘ）＝ａ_０＋ａ_１・ｘ＋ａ_２・ｘ^２＋ａ_３・ｘ^３
（式中Ｒ_ＡＷ（ｘ）：第一ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール胴長手方向の座標
ａ_０：第一ロールの実際半径
ａ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ａ_２，ａ_３：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
を備えるように構成することによって解決される。

この場合、第二ロールの半径経過に関して、以下の関数：
Ｒ_ＳＷ（ｘ）＝ｓ_０＋ｓ_１・ｘ＋ｓ_２・ｘ^２＋ｓ_３・ｘ^３
（式中Ｒ_ＳＷ（ｘ）：第二ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール長手方向の座標
ｓ_０：第二ロールの実際半径
ｓ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ｓ_２，ｓ_３：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
が設定され、この際上記値の間に以下の式：
ｓ_１＝ｆ_１・［Ｒ_ＳＷ／Ｒ_ＡＷ・（ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}−ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}）・ａ_３＋ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}・ｓ_３］
（式中ｂ_{ｃｏｎｔＡＷ}：両第一ロールの接触長さ
ｂ_{ｃｏｎｔＳＷ}：第一と第二ロール間の接触長さ或いは第二ロールの長さ
ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０
を意味する）
が成り立つ。

第一ロールの半径経過の係数の間に特に以下の式：
ａ_１＝ｆ_１・ａ_３・ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}
（式中ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０を意味する）
が成り立つ。

選択的解決策は、冒頭に記載した様式のロールスタンドにあっては、以下の式：
Ｒ_ＡＷ（ｘ）＝ａ_０＋ａ_１・ｘ＋ａ_２・ｘ^２＋ａ_３・ｘ^３＋ａ_４・ｘ^４＋ａ_５・ｘ^５
（式中Ｒ_ＡＷ（ｘ）：第一ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール胴長手方向の座標
ａ_０：第一ロールの実際半径
ａ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ａ_２〜ａ_５：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
で表される関係を満足する第一ロールの半径経過が適用される。

この場合、第二ロールの半径経過に関して以下の関数：
Ｒ_ＳＷ（ｘ）＝ｓ_０＋ｓ_１・ｘ＋ｓ_２・ｘ^２＋ｓ_３・ｘ^３＋ｓ_４・ｘ^４＋ｓ_５・ｘ^５
（式中Ｒ_ＳＷ（ｘ）：第二ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール胴長手方向の座標
ｓ_０：第二ロールの実際半径
ｓ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ｓ_２〜ｓ_５：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
が用いられる。
ここで、上記値の間に以下の式：
ｓ_１＝ｆ_１・［Ｒ_ＳＷ／Ｒ_ＡＷ・（ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}−ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}）・ａ_３＋ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}・ｓ_３］＋ｆ_２・［Ｒ_ＳＷ／Ｒ_ＡＷ・（ｂ^４ _{ｃｏｎｔＡＷ}−ｂ^４ _{ｃｏｎｔＳＷ}）・ａ_３＋ｂ^４ _{ｃｏｎｔＳＷ}・ｓ_５］
（式中ｂ_{ｃｏｎｔＡＷ}：両第一ロールの接触長さ
ｂ_{ｃｏｎｔＳＷ}：第一と第二ロール間の接触長さ或いは第二ロールの長さ
ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０
ｆ_２＝０〜−９／１１２
を意味する）
が成り立つ。

この場合、第一ロールの半径経過の係数の間に特に以下の式：
ａ_１＝ｆ_１・ａ_３・ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}＋ｆ_２・ａ_５・ｂ^４ _{ｃｏｎｔＡＷ}
（式中ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０
ｆ_２＝０〜−９／１１２
を意味する）
成り立つ。

この場合、第一ロールの半径経過の係数ａ_４とａ_５は零である。この場合に、更に第一ロールの半径の経過は三次多項式として表示される一方、第二ロールの半径の経過は五次多項式として表示される。

逆に、第二ロールの半径経過係数ｓ_４とｓ_５は零であることも可能である。第一ロールの半径の経過は五次多項式として表示される一方、第二ロールの半径の経過は三次多項式として表示される。

そのようなものとして予め知られているように、特に、第一ロールの半径経過は、ロールの終端直径と凸状部分とに接触する接線と、他のロールの終端直径と凹状部分とに接触する接線とが互いに平行に且つロール軸線に対してウエッジ角だけ傾斜して延在している。同様なことは、第二ロールの半径経過Ｒ _ＳＷ（ｘ）にも言えることである。

第一ロールは特にワークロールであり、第二ロールは特にバックアップロールである。

しかし、ロールスタンドが６重式ロールスタンドであり、第一ロールが中間ロールであり、第二ロールがバックアップロールであることも可能である。

その都度の直線部分（ウエッジ割合）、適切な隣接ローロールの接触長さと直径が考慮されるのが一般的である。

図面には、この発明の実施例が図示されている。
被圧延材が二つのバックアップロールにより支持されている二つのワークロールにより圧延されるロールスタンドを概略的に示す。バックアップロールにより支持されるワークロールを透視図で示す。圧延方向に見た被圧延材を含めたワークロールを示す。

図には、既に欧州特許第１３０７３０２号明細書（特許文献１）から知られている態様を図示しており、その点で明白にこれらの態様に関連する態様も図示されている。図１には、金属スラブの形態の被圧延材１が見られ、この金属スラブはワークロールの形態の二つの第一ロール２により圧延される。第一ロール２は第二ロール３、即ちバックアップロールにより支持される。

第一ロール２と第二ロール３は所謂ＣＶＣ研削を有し、即ち中心面４に関してプロフィルが対象ではない。これに関する詳細は上記欧州特許第１３０７３０２号明細書（特許文献１）に記載されている。それによりロール２と３はロール胴長手方向おける座標ｘの上に、ｎ次多項式から得られる関数的経過を有し、三次或いは五次多項式であることが有利であるか、或いは少なくともこれらの多項式で十分である。

ワークロール２が互いに相対的に軸方向力に摺動された場合、ロール間隙は適切に調節可能である。ワークロール２とバックアップロール３の間の荷重は接触領域ｂ_ｃｏｎｔ（図２参照）にわたって不均一に分布しており、かつワークロールの摺動位置と共に変る。

ロール形状から生じる荷重と局所的な正に作用する或いは負に作用する相対速度とは、図２に例示されるように、接触幅ｂ_ｃｏｎｔ上にわたって異なった周辺力Ｑ_ｊを招く。圧延周辺力Ｑ_ｊの分布がロールスタンドの中心周辺にモーメントＭを生じ、これによりロールが交差（クロッセン）し、これにともないロール軸受における軸方向力が生じる。これは、ロールに適切な研削を行うことにより回避される。これは現在のところ三次或いは五次多項式として与えられる半径経過により行われる。

欧州特許第１３０７３０２号明細書（特許文献１）から、所謂ウエッジ係数、即ち直線式多項割合以前の係数を最適化させることが知られていて、そのために適切な関係が提案される。

図３に見られる如く、ワークロール２の半径経過は、終端直径６とワークロール２の凸状部分とに接触する接線５と、他の終端直径８とロール２の凹状部分とに接触する接線７とが互いに平行に且つロール軸線に対してエッジ角αだけ傾斜して経過している。バックアップロール３の半径経過に関しても同様のことが言える。

それに応じて、この概念は更に以下に要約する：

ワークロール輪郭の構成とウエッジ割合（多項式関数の線型係数）の確定に関する規則は、既に公知の欧州特許第１３０７３０２号明細書（特許文献１）により、或いはこれに極めて類似して行われる。係数ａ_２，ａ_３，ａ_４とａ_５（五次多項式の場合）はロール間隙における所望の調整範囲或いは効果から生じる。欧州特許第１３０７３０２号明細書（特許文献１）に記載されるように、接触幅としてワークロールとバックアップロールの間の接触長さ或いは選択的にＣＶＣ−ワークロールの構成に関しての、特にウエッジ割合（ａ _１）関してのワークロール長さが継ぎ足される。これらの規則を維持するとき、ワークロールプロフィルと特にａ_１係数（ウエッジ割合）が最適に構成される。

同様に多項式関数によって記載され得るワークロールプロフィルのウエッジ割合ｓ_１には、同様な（反復的にオフラインで算出され得る）関係が成り立つ。ウエッジ割合いｓ_１の値はそれに付属するワークロールプロフィルとワークロール長さに依存して変る。バックアップロール形状はワークロール形状に適合されなければならない。係数ｓ_２，ｓ_３，ｓ_４とｓ_５（五次多項式によるバックアップロールプロフィルの表示の場合に）は所望調整範囲或いはワークロールＳ−形状への適合から生じる。直線部分に関しては、この場合、バックアップロールプロフィルの構成のための上記処置が適用される。

三次多項式としての半径経過の表示では、バックアップロールがＣＶＣ−プロフィルを有する特別な場合には、係数ｓ_３が同じ零である。

上記関係は、Ｓ状プロフィルと同様であるプロフィルに、例えば所謂「スマートクラウン」関数（サイン関数）或いは連続点によって与えられ、上記多項式関数の一つと近似できるプロフィルに適用される。

６重式ロールスタンドでは、処置が同じ方法で実施することが可能である。この場合、類似してワークロールが構成される。中間ロールのウエッジ度の構成はバックアップロールにおけると同様に行われる。中間ロールが確定された後、４重式のバックアップロールの構成に類似して６重式バックアップロールの構成が行われる。一般的に言うと、この場合、相応する隣接ロールのそれぞれの直線割合、接触長さと直径が考慮される。

特別な場合、例えばワークロールプロフィルを五次多項式関数によって、バックアップロール或いは中間ロールを三次多項式関数によって或いはこれらのロールプロフィルをこれとは逆の様式で構成することが可能である。この場合、ワークロールに関しては、上記規則性が適用される。バックアップロールと中間ロールに関しては、ウエッジ度は同様に上記処置により最適化される。

上記実施例は、一方において三次多項式による半径プロフィルの近似化に、他方にあっては五次多項式に適用される。しかし、基本的には、もちろん高次の多項式を用いることも可能である。とにかく稀に少なくとも五次より高次の多項式が適用される。

１．．．．．被圧延材
２．．．．．第一ロール（ワークロール）
３．．．．．第二ロール（バックアップロール）
４．．．．．中心面
５．．．．．接線
６．．．．．終端直径
７．．．．．接線
８．．．．．終端直径
α．．．．．ウエッジ角

Claims

第一ロール（２）及び第二ロール（３）が中心面（４）に関して非対称的に形成された半径経過（ＣＶＣ研削）を備えていて、第一ロール（２）の半径経過が次式の関係：
Ｒ_ＡＷ（ｘ）＝ａ_０＋ａ_１・ｘ＋ａ_２・ｘ^２＋ａ_３・ｘ^３
（式中Ｒ_ＡＷ（ｘ）：第一ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール胴−長手方向における座標
ａ_０：第一ロールの実際半径
ａ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ａ_２，ａ_３：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
を満たす様式の、第一ロールを支持する一対の第二ロール（３）が接触する一対の第一ロール（２）を有する金属物品（１）を圧延するロールスタンドにおいて、
第二ロールの半径経過が次式の関係：
Ｒ_ＳＷ（ｘ）＝ｓ_０＋ｓ_１・ｘ＋ｓ_２・ｘ^２＋ｓ_３・ｘ^３
（式中Ｒ_ＳＷ（ｘ）：第二ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール胴−長手方向における座標
ｓ_０：第二ロールの実際半径
ｓ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ｓ_２，ｓ_３：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
を満たし、
かつ上記値の間に以下の関係式：
ｓ_１＝ｆ_１・［Ｒ_ＳＷ／Ｒ_ＡＷ・（ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}−ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}）・ａ_３＋ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}・ｓ_３］
（式中ｂ_{ｃｏｎｔＡＷ}：両第一ロールの接触長さ
ｂ_{ｃｏｎｔＳＷ}：第一と第二ロール間の接触長さ或いは第二ロールの長さ
ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０
を意味する）
が成り立つように構成されていることを特徴とするロールスタンド。
第一ロール（２）の半径経過の係数の間に次式：
ａ_１＝ｆ_１・ａ_３・ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}
（式中ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０を意味する）
が成り立つように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧延スタンド。
第一ロール（２）及び第二ロール（３）が中心面（４）に関して非対称的に形成された半径経過（ＣＶＣ研削）を備えていて、第一ロール（２）の半径経過が次式の関係：
Ｒ_ＡＷ（ｘ）＝ａ_０＋ａ_１・ｘ＋ａ_２・ｘ^２＋ａ_３・ｘ^３＋ａ_４・ｘ^４＋ａ_５・ｘ^５
（式中Ｒ_ＡＷ（ｘ）：第一ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール胴長手方向の座標
ａ_０：第一ロールの実際半径
ａ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ａ_２〜ａ_５：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
を満たす様式の、第一ロールを支持する一対の第二ロール（３）が接触する一対の第一ロール（２）を有する金属物品（１）を圧延するロールスタンドにおいて
第二ロール（３）の半径経過が次式の関係：
Ｒ_ＳＷ（ｘ）＝ｓ_０＋ｓ_１・ｘ＋ｓ_２・ｘ^２＋ｓ_３・ｘ^３＋ｓ_４・ｘ^４＋ｓ_５・ｘ^５
（式中Ｒ_ＳＷ（ｘ）：第二ロールの半径経過
ｘ：ロール胴中心の原点（ｘ＝０）を備えるロール胴長手方向の座標
ｓ_０：第二ロールの実際半径
ｓ_１：最適化パラメータ（ウエッジ係数）
ｓ_２〜ｓ_５：係数（ＣＶＣシステムの調整範囲）
を意味する）
を備えており、
かつ上記値の間に以下の関係式：
ｓ_１＝ｆ_１・［Ｒ_ＳＷ／Ｒ_ＡＷ・（ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}−ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}）・ａ_３＋ｂ^２ _{ｃｏｎｔＳＷ}・ｓ_３］＋ｆ_２・［Ｒ_ＳＷ／Ｒ_ＡＷ・（ｂ^４ _{ｃｏｎｔＡＷ}−ｂ^４ _{ｃｏｎｔＳＷ}）・ａ_３＋ｂ^４ _{ｃｏｎｔＳＷ}・ｓ_５］
（式中ｂ_{ｃｏｎｔＡＷ}：両第一ロールの接触長さ
ｂ_ｃｏｎｔＳＷ：第一と第二ロール間の接触長さ或いは第二ロールの長さ
ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０
ｆ_２＝０〜−９／１１２
を意味している）
が成り立つように構成されていることを特徴とするロールスタンド。
第一ロール（２）の半径経過の係数の間に次式：
ａ_１＝ｆ_１・ａ_３・ｂ^２ _{ｃｏｎｔＡＷ}＋ｆ_２・ａ_５・ｂ^４ _{ｃｏｎｔＡＷ}
（式中ｆ_１＝−１／２０〜−６／２０ロールスタンド
ｆ_２＝０〜−９／１１２
を意味する）
が成り立つように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のロールスタンド。
第一ロール（２）の半径経過の係数ａ_４とａ_５は零であることを特徴とする請求項３或いは４に記載のロールスタンド。
第二ロール（３）の半径経過係数ｓ_４とｓ_５は零であることを特徴とする請求項３或いは４に記載のロールスタンド。
第一ロール（２）の半径経過Ｒ_ＡＷ（ｘ）及び／又は第二ロール（３）の半径経過Ｒ _ＳＷ（ｘ）が、終端直径（６）とロール（２）の凸状部分とに接触する接線（５）と、他の終端直径（８）とロール（２）の凹状部分とに接触する接線（７）とが互いに平行に且つロール軸線に対してウエッジ角（α）だけ傾斜して延在しているように、形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロールスタンド。
第一ロールがワークロール（２）であり、第二ロールがバックアップロール（３）であることを特徴とする請求項１或いは３に記載のロールスタンド。
ロールスタンドが６重式ロールスタンドであり、第一ロールが中間ロールであり、第二ロールがバックアップロールであることを特徴とする請求項１或いは３に記載のロールスタンド。
一般に適切な隣接ロールのそれぞれの直線部分、接触長さと直径が係数の決定の際に考慮されていることを特徴とする複数のロールから成る請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロールスタンド。