JP2020168646A - 蛍光ｘ線装置を備えた圧延機、及び圧延機におけるロールコーティングの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延ロールにおけるロールコーティングの状況を精確に把握し、ロールコーティングの状況を的確に制御する。【解決手段】本発明の蛍光Ｘ線分析装置１を備えた圧延機２は、一対のワークロール４、４を備える圧延機２であって、蛍光Ｘ線によりワークロール４、４のロールコーティング６を測定する蛍光Ｘ線分析装置１が設けられていることを特徴とする。好ましくは、蛍光Ｘ線の測定結果に基づいて、潤滑条件、ブラシ条件、圧延条件を変更することで、ワークロールのロールコーティングを適正な範囲に制御する制御装置が設けられているとよい。【選択図】図２

Description

本発明は、圧延ロールにおけるロールコーティングの状況を精確に把握し、ロールコーティングの状況を的確に制御する方法に関する。

アルミニウム板材（Al熱延材）やチタン板材など非鉄金属板材の圧延においては、鋼製のロールに金属材料が移着してロール表面を覆うことが知られおり、ロールコーティングと呼ばれている。圧延を重ねる毎にロールコーティング厚さが増加すると、板材の表面を悪化させたり、圧延荷重が増加して板厚分布が不均一になり板クラウンが増大するなど、板材品質を大幅に低下させる原因となることが知られている。そのため、従来の圧延機では、ロールコーティングを抑制するために、次のような技術が用いられている。

具体的には、圧延の際に、圧延ロールの表面を研削し、上記したロールコーティングを抑制する技術が知られている。この技術は、ワイヤーブラシや研磨剤を内包したナイロンブラシなどのブラシロールを上下作業ロールへ押し付け、ロール表面を研削するものとなっている。更に、専用の圧延油を併用してロールコーティングの付着量を減らすことも一般的に行われている。

また、圧延ロールにおけるロールコーティングの状況を精確に予測するものとして、摩擦係数を用いた予測方法や、画像解析による予測方法が提案されている。
例えば、特許文献１は、一対の上下作業ロールと、これら上下作業ロールをそれぞれ支持する一対の上下補強ロールとを圧延スタンドに備え、前記上下作業ロールは、それらのロール軸線が前記上下補強ロールのロール軸線に対して交差可能であり、かつ作業ロール自身のロール軸線が相互に交差可能となるように構成され、前記上下作業ロールと前記上下補強ロールとの間に潤滑剤を供給して板材を圧延する圧延方法において、前記板材の圧延中に前記上下作業ロールに板材材料が移着することにより生じるロールコーティングの付着状況を検出する第１手順と、検出されたロールコーティングの付着状況に基づきロールコーティング厚さを推定し、ロールコーティング厚さが設定値を超えると、前記上下作業ロールを所定の交差角に設定し、前記ロールコーティングを研削する第２手順とを有し、前記第１手順は、圧延荷重を計測し、その圧延荷重と予め入力された圧延条件から前記上下作業ロールの摩擦係数を演算し、前記第２手順は、その摩擦係数が設定値を超えるとロールコーティング厚さが設定値を超えたと判断し、前記上下作業ロールを所定の交差角に設定する圧延方法を開示する。

特許文献２は、金属帯の熱間圧延ラインにおける前記金属帯を圧延する圧延ワークロールのロール表面に発生するコーティング層を除去するブラシロールと、前記圧延ワークロールのロール表面の画像を読取る画像読取装置と、この画像読取装置にて読取られた画像データを数値化する画像処理手段と、この画像処理手段にて数値化された画像データをニューラルネットワーク手法を用いてパターン認識するニューロ演算処理手段と、このニューロ演算処理手段にて求められたパターンから所定の推論ルールを用いて前記ブラシロールに対する制御量を推論するファジィ推論処理手段と、このファジィ推論処理手段にて推論された制御量でもって前記ブラシロールにおける前記コーティング層に対する除去量を制御するブラシロール駆動制御手段とを備えたブラシロール自動制御装置を開示する。

一方、ラボ的には、直接ロールコーティングを溶解除去してコーティング量を測定する方法や実験用圧延機において一部が脱着可能なロールを用い、脱着後のロール表面をSEM-EDX（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）などの大掛かりな装置を用いて、直接的に定量、定性評価する方法が行われている。

特許３２３３５８６号公報 特開平０５−３２９５１６号公報

しかしながら、実際の現場における圧延では、圧延時にロール上に生成するロールコーティングは加工条件、潤滑条件、材種、ブラシ条件などによって変化し、直接的にロールコーティングの状態を評価しながら制御することができていないのが実情である。言い換えれば、ロールコーティングの状態が表面品質や圧延潤滑性に影響を与えることは判っているものの、非破壊で定量的に評価する方法は確立されていない。

上記した特許文献１、２の技術は、摩擦係数を用いた予測方法を開示するものであったり、画像解析による予測方法であってロールコーティングの状態を直接的に評価しながら、その結果を基に制御可能な技術とはなっていない。
なお、圧延ロール上に形成されたロールコーティングを溶解除去する方法は、アルミニウムによるコーティングにしか適用できていないのが実情である。なぜならば、アルミニウムは、容易に溶解可能な金属であるからである。

一部が脱着可能な圧延ロールは、当該圧延ロールを抜き出した上でコーティングを除去可能かも入れない。しかしながら、この方法を採用したとしても、圧延ロールにおけるロール曲面を完全には揃えることが出来ないため、圧延板製品上に痕跡が残ってしまうため実生産の圧延機では適用が困難である（ラボレベルの評価のみで実用化可能と思われる）。

そこで、本発明は、圧延ロールにおけるロールコーティングの状況を精確に把握する蛍光Ｘ線装置を備えた圧延機、及びロールコーティングの状況を的確に制御するロールコーティングの制御方法を提案することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の蛍光Ｘ線装置を備えた圧延機は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の蛍光Ｘ線装置を備えた圧延機は、一対のワークロールを備える圧延機であって、蛍光Ｘ線によりワークロールのロールコーティングを測定する蛍光Ｘ線分析装置が設けられていることを特徴とする。

好ましくは、前記蛍光Ｘ線分析装置の測定結果に基づいて、潤滑条件、ブラシ条件、圧延条件を変更することで、前記ワークロールのロールコーティングを適正な範囲に制御する制御装置が設けられているとよい。
また、本発明の圧延機におけるロールコーティングの制御方法は、一対のワークロールと前記ワークロールに対して蛍光Ｘ線を用いた分析を行う蛍光Ｘ線分析装置を備えた圧延機に対して、蛍光Ｘ線により測定される測定結果に基づいてワークロールのロールコーティングを制御することを特徴とする。

好ましくは、前記蛍光Ｘ線分析装置の測定結果に基づいて、潤滑条件、ブラシ条件、圧延条件を変更することで、前記ワークロールのロールコーティングを適正な範囲に制御するとよい。

本発明の技術によれば、圧延ロールにおけるロールコーティングの状況を精確に把握し、ロールコーティングの状況を的確に制御することが可能となる。

圧延機を模式的に示した図である。 圧延機に蛍光Ｘ線分析装置を配設した状況を示した図である。 蛍光Ｘ線分析装置により圧延ロールの表面を計測している状況を示した模式図である（圧延チャンス間）。 蛍光Ｘ線分析装置により圧延ロールの表面を計測している状況を示した模式図である（オフライン時に圧延ロールを抜き出した状況下）。 ロールコーティングの制御方法を示した図である。

以下、本発明の蛍光Ｘ線分析装置１（蛍光Ｘ線装置）を備えた圧延機２、及び圧延機２におけるロールコーティングの制御方法の実施形態を図面に基づき説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に示す本実施形態の圧延機２は、例えば連続圧延機に備えられたものの一つである。連続圧延機２は、複数の圧延スタンド３を有するタンデム型（シングルスタンドによるリバース圧延の場合もある）である。また、本実施形態では、アルミ材を圧延材Ｗとして、説明を進める。

図１に示すように、圧延材Ｗの圧延工程では、圧延スタンド３の入側から圧延材Ｗが通された後、所定の圧下率で圧延が施され、出側へと排出される。このような圧延機２を複数通過した後、各圧延スタンド３で圧下され、最終段の圧延スタンド３を出たところで所定の仕上げ板厚となり、巻き取り装置（図示せず）で巻き取られる。このように、目標の仕上げ板厚に形状が整えられた圧延材Ｗが最終製品となる。

以下、連続圧延機２に備えられた圧延スタンド３の一つに着目し、この圧延スタンド３の詳細について説明を行う。
図１に示すように、圧延スタンド３は上下一対のワークロール４、４を有している。このワークロール４は、各々に設けられた電動機（主機と呼ぶこともある）で駆動され、圧延材Ｗを圧延する。上下一対のワークロール４、４の間隔は、油圧などで駆動される圧下装置によって、圧下量（ロールギャップ量）を調整できる構造になっている。

上下のワークロール４はそれぞれバックアップロール５により背後（圧延材Ｗに接する側の反対側）から支持されるようになっており、圧延スタンド３の出側には、圧延材Ｗの板厚を検出する出側板厚計（図示略）が設けられている。また、圧延スタンド３の入側には、圧延材Ｗの板厚を検出する入側板厚計（図示略）が設けられている。
さて［背景技術］にて述べたように、上記した連続圧延機２（圧延スタンド３）を用いて、アルミニウム板材やチタン板材など非鉄金属板材を熱間圧延乃至は冷間圧延すると、鋼製の圧延ロールの表面にアルミやチタンなどの非圧延材料が移着してロール表面を覆うことが知られおり、ロールコーティング６と呼ばれている。

ロールコーティング６の厚さは圧延を重ねる毎に増加する（厳密には増加したのち安定すると言われている。また、圧延材料、加工条件によっても変化する）が、ロールコーティング厚さが増加すると圧延材Ｗの表面を悪化させたり、圧延荷重が増加して板厚分布が不均一になり板クラウンが増大するなど、板材品質を大幅に低下させる原因となることが知られている。また、ロールコーティング厚さは薄すぎても表面不良になると言われており、ロールコーティング厚さは厚すぎても、薄すぎても良くないとされている。つまり、ロールコーティング厚さの最適領域が対象明細によって存在する。特に、ロールコーティング厚さが薄すぎると板表面からロールへの凝着が増えて表面品質が低下すると言われている。

そこで、図１に示すように、ロールコーティング６を抑制する技術として、ワイヤーブラシや研磨剤を内包したナイロンブラシなどのブラシロール７を上下のワークロール４、４へ押し付け、ロール表面を研削する方法や、専用の圧延油を併用してロールコーティング６の付着量を最適な厚みにコントロールすることが行われている。
本発明では、図１に示した圧延スタンド３（ブラシロール７あり、圧延油あり）に対して、蛍光Ｘ線分析装置１を導入している。この蛍光Ｘ線分析装置１を圧延スタンド３内の適切な場所に設置することで、ワークロール４の表面にＸ線を照射することが可能となる。Ｘ線が照射されたワークロール４の表面からは、ロールコーティング６から励起されてきた特性Ｘ線が放出され、蛍光Ｘ線分析装置１は、この特性Ｘ線を解析することで、非破壊でロールコーティング６の性状、厚みなどを定性的かつ定量的に知ることができる。

加えて、蛍光Ｘ線分析装置１により幅方向に連続あるいは複数のロールコーティング６のばらつきを測定することが可能となる。
図２，図３は、本発明の第１実施形態を示すものであり、これらの図に示す如く、蛍光Ｘ線分析装置１がワークロール４の側方（入側）に配備されており、ワークロール４の軸心方向（幅方向）に沿って往復移動可能に支持されている。これにより、ワークロール４の一方端側から他方端側へと、ワークロール４の表面を漏れ無く探索することが可能となっている。

この蛍光Ｘ線分析装置１を用いて、アルミ材（圧延材Ｗ）の圧延中にワークロール４に付着したコーティングの組成や厚みを計測することもできる。しかしながら、好ましいのは、圧延チャンスの間（圧延が中断されていて、ワークロール４が止まっている間）に、蛍光Ｘ線分析装置１がワークロール４の長手方向（幅方向）に往復移動し、ロールコーティング６を分析する手法が、現場の実情により対応したものとなる。

蛍光Ｘ線分析装置１が、ワークロール４の長手方向に移動することで、ワークロール４の幅方向の品質不均一（不良）を確実に把握することが可能となる。ロールコーティング６のでき方（発生量）は、ワークロール４の長手方向に一様であることは少なく、その結果、圧延材Ｗに関し、そのエッジ部に表面不良が生じたり、そのセンター部に表面不良が生じたりすることが多いが、蛍光Ｘ線分析装置がワークロール４の長手方向に移動することで、事前にロールコーティング６の状況を知ることができ、圧延材Ｗの幅方向の不良を可及的に知見し回避することが可能となる。

なお、蛍光Ｘ線分析装置１は設置されたワークロール４を直接測定することが望ましいが、ロール径が小さいなどスペースがない場合にはオフラインで測定してもよい。このことは、第二実施形態として述べる。
図４は、本発明の第２実施形態を示すものである。第２実施形態においては、圧延スタンド３がクラスタ型圧延機の場合を示している。クラスタ型の圧延機２の圧延スタンド３は、もっぱらチタン材や銅などの圧延に用いられ、多数の圧延ロール（ワークロール４、中間ロール８、バックアップロール５）を有しているため、非常に装置が複雑で、蛍光Ｘ線分析装置１を配備する空間が殆ど無いものとなっている。

このような圧延スタンド３の場合、圧延タイミング間（圧延されていない間）や圧延オフライン時に、ワークロール４を圧延スタンド３の側方に抜き出し、抜き出したワークロール４に対して蛍光Ｘ線分析装置１によるロール表面の性状測定を行うことが好ましい。こうすることで、蛍光Ｘ線分析装置１を設置するスペースに影響されることなく、ロールコーティング６の評価が可能となる。

なお、蛍光Ｘ線使用時に測定環境の影響を受けることから、未圧延時のワークロール４が停止している状態で使用することが現実的ではあるが、圧延機２内に設置し常にロールコーティング６を測定しながら制御する方法が最も望ましい。
上述した蛍光Ｘ線分析装置１は、ワークロール４の表面を計測した場合に、表面に存在する元素の種類とそれぞれの量を百分率表示などで出力するものであり、AlやTiなどの元素の量からロールコーティング６の状況（厚みなど）を評価可能となっている。なお、この蛍光Ｘ線分析装置１が、従来のSEM-EDX法やAES法などで計測された量と相関性を有していることは、出願人は確認している。

図５は、ロールコーティング６の制御方法をフローチャートの形で示したものである。
まず、図５のＳ１で示すように、Ｎ本目の圧延が終了した後、蛍光Ｘ線分析装置１によりワークロール４の表面を分析する（Ｓ２）。この分析は、第一実施形態のようにリアルタイムで行ってもよいし、第二実施形態のように、圧延チャンス間にワークロール４を引き出した上で行ってもよい。

Ｓ２の結果として、コーティングの厚みが予定よりも厚くなっていたり（あるいは薄くなっていたり）、予期しない成分のコーティングが付着していることがわかった場合には、Ｓ３に示すように、コーティングを制御する処置を行う。
例えば、ブラシ条件Ｃ１に関し、ブラシロール７をワークロール４に押し付ける圧力を変えたり、ブラシロール７の回転数を変更したりする。それでもうまくゆかない場合は、ブラシロール７を形成する材質などが異なる他のブラシに取り替えるなどの処置を行う。また、ワークロール４などを潤滑する潤滑条件Ｃ２を変更するようにする。具体的には、潤滑油の油種を変更したり、供給条件（圧力、温度、吹付け位置）などを変えるようにする。他に、圧延スタンド３の圧下率を変更したり、圧延速度を変えたり、ワークロール４の種類や表面粗さを変更するなどの加工条件Ｃ３の変更を行うようにする。このようにすることで、蛍光Ｘ線分析装置１で求めたロールコーティング６の状態に基づいて、ブラシ条件Ｃ１、潤滑条件Ｃ２、加工条件Ｃ３などを適正に調整することが可能となる。そして、圧延ロールにおけるロールコーティング６を適正な状態に制御可能となる。

以上のことを行った後、Ｓ４に示すように、（Ｎ＋１）本目の圧延を行うようにする。このように制御を行うことで、フィードバック制御（圧延中のロールコーティング６制御）が可能になる。
なお、上記制御にあたり、各条件Ｃ１〜Ｃ３の変更が、ロールコーティング６に与える影響度、改善度の度合い（寄与度）は、ラボ実験などのオフライン評価を事前に行い、制御指針を作成しておくとよい。

以上述べたように、蛍光Ｘ線によりワークロール４表面に存在するロールコーティング６を測定することで、ワークロール４におけるロールコーティング６の状況を精確に把握し、ロールコーティング６の状況を的確に制御することが可能となる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、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、運転条件や操業条件、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値を採用している。

１ 蛍光Ｘ線分析装置
２ 圧延機
３ 圧延スタンド
４ ワークロール
５ バックアップロール
６ ロールコーティング
７ ブラシロール
８ 中間ロール
Ｗ 圧延材
Ｃ１ ブラシ条件
Ｃ２ 潤滑条件
Ｃ３ 加工条件

Claims (4)

1. 一対のワークロールを備える圧延機であって、
   蛍光Ｘ線によりワークロールのロールコーティングを測定する蛍光Ｘ線分析装置が設けられている
   ことを特徴とする蛍光Ｘ線分析装置を備えた圧延機。
2. 前記蛍光Ｘ線分析装置の測定結果に基づいて、潤滑条件、ブラシ条件、圧延条件を変更することで、前記ワークロールのロールコーティングを適正な範囲に制御する制御装置が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光Ｘ線分析装置を備えた圧延機。
3. 一対のワークロールと前記ワークロールに対して蛍光Ｘ線を用いた分析を行う蛍光Ｘ線分析装置を備えた圧延機に対して、
   蛍光Ｘ線により測定される測定結果に基づいてワークロールのロールコーティングを制御する
   ことを特徴とする圧延機におけるロールコーティングの制御方法。
4. 前記蛍光Ｘ線分析装置の測定結果に基づいて、潤滑条件、ブラシ条件、圧延条件を変更することで、前記ワークロールのロールコーティングを適正な範囲に制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧延機におけるロールコーティングの制御方法。