JP3053313B2 - 圧延機 - Google Patents

圧延機

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JP3053313B2
JP3053313B2 JP5080917A JP8091793A JP3053313B2 JP 3053313 B2 JP3053313 B2 JP 3053313B2 JP 5080917 A JP5080917 A JP 5080917A JP 8091793 A JP8091793 A JP 8091793A JP 3053313 B2 JP3053313 B2 JP 3053313B2
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美雄 大池
智也 土橋
準治 佐藤
義和 松浦
幹広 小松
啓司 徳重
文秀 野嵜
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Kobe Steel Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B13/00Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
    • B21B13/14Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls
    • B21B13/142Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories having counter-pressure devices acting on rolls to inhibit deflection of same under load; Back-up rolls by axially shifting the rolls, e.g. rolls with tapered ends or with a curved contour for continuously-variable crown CVC
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B2265/00Forming parameters
    • B21B2265/12Rolling load or rolling pressure; roll force

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロール軸心方向距離に
関する最高次の項が3次以上である多項式関数をプロフ
ィルとする上下のワークロールまたは中間ロール(以
下、これを高次関数ワークロール、あるいは高次関数中
間ロールと呼ぶ。また、両者を総称して高次関数ロール
と呼ぶ。)を点対称に配置し、この上下の高次関数ロー
ルをそれぞれ軸心方向に相対移動して、被圧延材の板形
状や板クラウンを制御する圧延機に関する。
【0002】
【従来の技術】高次関数ワークロールを上下点対称に配
置したときの板幅方向ロールギャッププロフィル、ある
いは、高次関数中間ロールを上下点対称に配置したとき
ワークロールが中間ロールプロフィルに沿ってたわむと
仮定したときの板幅方向ワークロールギャッププロフィ
ルは、2次曲線等の偶関数をプロフィルとする左右対称
な凸あるいは凹形のイニシャルクラウンをもつ上下ワー
クロールの板幅方向ロールギャッププロフィルと同じ分
布となり、このイニシャルクラウンを等価ロールクラウ
ンと呼ぶ。
【0003】この場合、上下の高次関数ロールをその軸
心方向で逆向きにシフトすると、等価ロールクラウンが
そのシフト量に応じて連続的に変化するため、被圧延材
の板クラウンや板形状を制御することが可能となる。高
次関数ロール圧延では、被圧延材に対する上下ロールの
周速差を小さくするため、また、高次関数ロールとこれ
に接触しているロールとの間の最大接触面圧を小さくす
るために、高次関数ロールの最大径と最小径の差が最小
となるロール形状を使用することが一般に知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような利点の反
面、ロール軸心方向で径差分布があると、高次関数ロー
ルに接触しているフラット等の左右対称な形状をしたロ
ール(以下、接触ロールと呼ぶ)との間に、図1(b)
に示すように、軸心方向における周速差分布が生じる。
【0005】かかる周速差分布があるとロール間に摩擦
力Fが働き、この摩擦力Fによって高次関数ロールと接
触ロールとが相対的にクロスすることになり、それぞれ
のロールに図1(c)に示すスラスト力が作用する。そ
して、このようなスラスト力が定常的に作用すると、ロ
ールベアリングや駆動用スピンドル等が破壊されやすく
なり、常時高次関数ロールを用いて圧延を行うことが困
難となる。
【0006】そこで、この問題を解決する方法として、
特開昭61−296904号では、ロールプロフィルの
点対称の原点を中心とする左右において、原点を通りロ
ール軸心に平行な直線との間に形成される間隔の面積、
または、これのロール外周全体でとらえた体積の絶対値
を同等とするロールを用いる圧延方法、つまり、ロール
半径をロール中心の左右で平均すると等しいロール形状
が考案されている。このロール形状は、高次関数ロール
と接触ロールの間の摩擦力をロール中心の左右で平均す
ると等しくなるように考慮されているものと考えられ
る。
【0007】しかしながら、ロール同士を相対的にクロ
スする作用があるのは図1(a)中に示されているロー
ル中心回りに作用するモーメントMであるのに、上記公
報に記載のものでは、ロール中心から摩擦力が作用する
点までの距離に関しては何ら考慮していないので、かか
る高次関数ロール形状の設定方法は必ずしもスラスト力
を低減するのに最も適しているとはいえない。
【0008】(発明の目的)本発明は、このような実情
に鑑み、高次関数ロールを使用する圧延機において、板
クラウンや板形状の制御に必要な等価ロールクラウンの
可変範囲を満たし、かつ、高次関数ロール及び接触ロー
ルに作用するスラスト力を低減するのに最適な形状の高
次関数ロールを用いることによって、スラスト力を低減
して高次関数ロールによる圧延を常時可能にすることを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明が講じた技術的手段は、ロール軸心方向距離に関
する最高次の項が3次以上である多項式関数をプロフィ
ルとする上下ロールを点対称に配置し、この上下ロール
をその軸心方向で互いに逆方向へ相対移動して被圧延材
の板形状や板クラウンを制御するようにした圧延機にお
いて、前記プロフィルで表されるロール半径と、ロール
中心からのロール軸心方向距離との積を前記プロフィル
で表されるロールとこれに接触しているロールとの軸心
方向接触域全長に渡って積分したときの積分値が0とな
るように、前記上下ロールのプロフィルが決定されてい
る点にある。
【0010】
【作用】上述したスラスト力を低減するには、その発生
原理を考慮して高次関数ロールと接触ロールとが相対的
にクロスするのを抑える必要がある。それには、高次関
数ロールと接触ロールとの間の摩擦力分布によって、そ
れぞれのロールに作用するロール中心回りのモーメント
Mが0となる形状の高次関数ロールを使用するのが最適
である。
【0011】以下、この考えに基づいて、具体的な高次
関数ロール形状の設定方法について詳述する。まず、接
触ロールが左右対称な形状である場合に、高次関数ロー
ルと接触ロールの間の圧延方向動摩擦力Fが高次関数ロ
ール半径と高次関数ロールと接触ロールとの接触域にお
ける軸心方向平均半径の差に比例すると仮定すると、ロ
ールに作用する摩擦力Fは、
【0012】
【数1】
【0013】となる。この摩擦力Fによってそれぞれの
ロールに作用するロール中心回りのモーメントMは、摩
擦力Fにロール中心からの軸心方向距離を掛けることに
よって得られ、
【0014】
【数2】
【0015】となる。従って、
【0016】
【数3】
【0017】がロール中心回りのモーメントMが作用し
ない、すなわちロールにかかるスラスト力を最も低減さ
せうるプロフィルを与える条件式である。上式におい
て、xについて1次の項に関する積分MO は、
【0018】
【数4】
【0019】というように0で定数kは積分記号の外に
出すことができるから、結局、
【0020】
【数5】
【0021】を満たすように高次関数ロール形状を決定
すればよいことになる。なお、高次関数ロールをシフト
すると高次関数ロールと接触ロールの軸心方向接触長が
変わり、上式で表される積分範囲がシフト位置によって
変化するため、ロール形状を決定する際不便である。一
般に、高次関数ロール形状を設計する際に、高次関数ロ
ール全長に渡って積分を行っても接触域軸心方向全長に
渡って積分を行って決定した形状と大差はない。以下の
例では、この方法によって積分を行っている。
【0022】ここで、ロールプロフィルが、
【0023】
【数6】
【0024】という3次式の場合を例にとって係数の決
定方法を示す。この場合、上高次関数ロールのロールギ
ャップ面のプロフィルRu (x)は、R(x)とロール
軸心に関して対称であるから、
【0025】
【数7】
【0026】と表される。一方、下高次関数ロールのロ
ールギャップ面のプロフィルRd (x)はRu (x)と
点対称であるから、
【0027】
【数8】
【0028】である。ここで、du , d は上下ロール
センター半径である。また、ロール胴長の半分で無次元
化されたシフト量sずつ上下ロールが移動すると、シフ
ト方向は上下逆であるから、それぞれのプロフィルは、
u (x−s),Rd (x+s)となり、この場合、ロ
ールギャッププロフィルG(x)は、
【0029】
【数9】
【0030】となる。xに関する0次の項はロール圧下
位置設定によって変更できるので、xに関する2次の項
が等価ロールクラウンを決定する。ロール中央はx=
0,ロール端ではx=±1であるから、等価ロールクラ
ウンCRは、
【0031】
【数10】
【0032】と表される。従って、各係数は以下の意味
をもつことがわかる。 a:シフト量に対する等価ロールクラウンの可変量を決
定 b:シフト位置0の等価ロールクラウンを決定 c:高次関数ロール形状の傾き d:高次関数ロール中心半径 係数a,bは等価ロールクラウンの可変範囲によって決
定され、係数dはロール中心半径であるから、係数cだ
けが未定である。
【0033】そこで、上記した積分M1 を実行すると、
【0034】
【数11】
【0035】であるから、c=−3a/5の時にM1
0となり、a,b,c,dすべての係数が決定される。
つまり、これによって必要な等価ロールクラウン可変範
囲を満たし、かつ、ロール間のクロスを抑えることによ
ってスラスト力を低減する効果のある高次関数ロール形
状を選ぶことが可能である。
【0036】なお、ロールプロフィルを表す関数R
(x)によっては、ロール間接触面圧等を考慮した条件
の下で、上記積分M1 が最小となる高次関数ロール形状
を選ぶことも考えられる。
【0037】
【実施例】ロール胴長2186mm、ロール直径700
mmの4段圧延機の上下ワークロールとして、本発明に
よる3次式高次関数ロールと従来の3次式高次関数ロー
ル、及びフラットロールの3種類のワークロールを用い
て同一材料を圧延し、スラスト力を測定した。その結果
を下表に示す。
【0038】
【表1】
【0039】なお、従来の3次式高次関数ロールとは、
最大径と最小径との差が最小となるように設計された3
次式高次関数ロールを意味し、この従来のロールプロフ
ィルと本発明のロールプロフィルとを比較すると、図3
のようになる。この表からも明らかなように、本発明に
よってロールがクロスするのを抑えることができ、その
結果、フラットロールと同じ程度までロールのスラスト
力を抑えることができた。
【0040】また、従来の3次式高次関数ロールでは圧
延荷重が高いと振動が発生する場合があったが、本発明
による3次式高次関数ロールでは、フラットロールと同
様に振動が生じることはなかった。ロールがクロスする
のを抑えることによる付帯効果であると考えられる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高次関数ロールを使用する圧延に際して、高次関数ロー
ル及び接触ロールに作用するスラスト力を低減すること
ができ、スラスト力に耐えうるための大幅な設備改造を
行うことなく、高次関数ロールを用いた圧延を常時行う
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は4段圧延機における高次関数ワークロ
ールとバックアップロールの配置図、(b)は高次関数
ロール周速差によって摩擦力が発生する原理の説明図、
(c)はロールのクロスによってスラスト力が発生する
原理の説明図である。
【図2】本発明によるロール形状の決定方法を示す説明
図である。
【図3】本発明及び従来の高次関数ロールの形状を示す
グラフである。
【符号の説明】
1U 高次関数ワークロール(上側) 1D 高次関数ワークロール(下側) 2U バックアップロール(上側) 2D バックアップロール(下側) 3 被圧延材
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B21B 37/00 BBH B21B 37/00 BBH 37/28 116J 117Z (72)発明者 松浦 義和 兵庫県加古川市金沢町1番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 小松 幹広 兵庫県加古川市金沢町1番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 徳重 啓司 兵庫県加古川市金沢町1番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (72)発明者 野嵜 文秀 兵庫県加古川市金沢町1番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (56)参考文献 特開 平6−277727(JP,A) 特開 平5−177218(JP,A) 特開 平5−104112(JP,A) 特開 昭61−296904(JP,A) 特開 平2−268910(JP,A) 特開 平4−361804(JP,A) 特開 平1−313102(JP,A) 特開 平1−262008(JP,A) 特開 昭63−20106(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 29/00 B21B 13/14 B21B 27/02 B21B 31/18 B21B 37/00 BBH B21B 37/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロール軸心方向距離に関する最高次の項
    が3次以上である多項式関数をプロフィルとする上下ロ
    ールを点対称に配置し、この上下ロールをその軸心方向
    で互いに逆方向へ相対移動して被圧延材の板形状や板ク
    ラウンを制御するようにした圧延機において、 前記プロフィルで表されるロール半径と、ロール中心か
    らのロール軸心方向距離との積を前記プロフィルで表さ
    れるロールとこれに接触しているロールとの軸心方向接
    触域全長に渡って積分したときの積分値が0となるよう
    に、前記上下ロールのプロフィルが決定されていること
    を特徴とする圧延機。
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JP2006231362A (ja) * 2005-02-24 2006-09-07 Jfe Steel Kk 圧延方法
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