JP3540883B2

JP3540883B2 - 板圧延方法

Info

Publication number: JP3540883B2
Application number: JP01984396A
Authority: JP
Inventors: 康宏東田; 茂小川; 裕治野見山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2016-02-06
Also published as: JPH09206811A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状の金属製品を製造する圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板材の圧延時に発生する反りは、圧延能率の低下、設備事故の発生、精整工程の増加など、製品の生産性に多大な影響を及ぼす。例えば、精整工程に関しては、レベラー、プレス等による反りの矯正が必要となり、極端な場合、不良部を切断しなければならないこともある。また、さらに大きな反りが発生した場合、板の衝突によって、圧延設備が破損することもある。この場合、板自体が製品価値を失うばかりでなく、生産停止、圧延設備の修理など多大の損害をもたらす。
【０００３】
一般に、圧延反りが発生するのは、下記の圧延条件が原因であると言われているが、反りが発生するメカニズムについては、必ずしも全て解明されている訳ではない。しかしながら、これら全ての条件が上下対称となれば、反りは発生しないと考えられる。
▲１▼ ワークロール径の上下差
▲２▼ ロール周速の上下差
▲３▼ 摩擦係数の上下差
▲４▼ 変形抵抗（上下温度差など）の上下差
▲５▼ 幾何学条件
これらの条件の内、幾何学条件は、ピックアップ量、入側板厚、出側板厚等によって決まるため、パス毎に変化する。原理的には、後述するように入側板厚、出側板厚に対応するピックアップ量を設定すれば、幾何学条件を上下対称することは可能である。しかしながら、リバース圧延等において反り発生を避けるために、幾何学的な上下対称条件を確保しようとすると、各パスごとにパスラインを再設定する必要が生じる。よって、ピックアップ量の許容範囲を求めることができれば、パスラインの設定の回数を減少させることができ、効率良く、反りの無い圧延板を製造することが可能になる。
【０００４】
このピックアップ量を制御する方法が、特願昭６１−２８０１４０、特願平３−１９８８３８に示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特願昭６１−２８０１４０では、ピックアップ量Ｈにより反りを制御する方法が示されている。しかしながら、入出側板厚の影響は考慮されていない上に、ピックアップ量の許容範囲に関しては、全く開示されていない。また、特願平３−１９８８３８では、ピックアップ量Ｈにより反りを制御するという記述はあるが、具体的な方法は全く示されていない上に、ピックアップ量の許容範囲に関しても、全く開示されていない。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、圧延条件に応じてピックアップ量の許容範囲を求め、パスライン設定の回数を低減し、低コストで効率よく、板状の金属製品を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するため、材料とロールとの接触弧長ｌｄを入側板厚と出側板厚との平均値ｈｍで除した値である形状比ｌｄ／ｈｍに応じて、材料噛込み角の許容値α_LOを算出し、当該パスの材料噛込み角αの絶対値がα_LOの絶対値より小さくなるようにピックアップ量Ｈを制御する板圧延方法である。
【０００８】
更に具体的には、本発明は、少なくとも上下にロール系を備えた板圧延機において、材料とロールとの接触弧長を入側板厚と出側板厚との平均値で除した値である形状比ｌｄ／ｈｍに応じて、圧延反りから求めた材料噛込み角の許容値α_WLの絶対値と、上下圧延トルク差から求めた材料噛込み角の許容値α_TLの絶対値の小さい方を、材料噛込み角αの許容値α_LOとして、当該パスの材料噛込み角αの絶対値｜α｜が、α_LOの絶対値｜α_LO｜より小さくなるようにピックアップ量Ｈを制御する板圧延方法である。
【０００９】
本発明においては、噛込み角の許容値を設定して、これ以下となるようにピックアップ量を許容範囲をもって制御できるため、操業効率が向上する。また、この噛込み角の許容値は、反りの量および上下トルクの上下差の影響を考慮しているために制御が円滑である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１に、本発明を圧延機に適用する一例を示す。ローラーテーブル４の上に設置された圧延材３は、上ワークロール１と下ワークロール２で所定の板厚に圧延される。上ロール系は、上ワークロール１と上バックアップロール５とから構成され、下ロール系は、下ワークロール２と下バックアップロール６とから構成される。
【００１１】
ここで、図１に示すように、入側ローラーテーブルのローラーの最上点高さと下ワークロール最上点高さとの差をピックアップ量Ｈと定義する。正負の符号は、図１のようにローラーテーブル高さの方がワークロール最上点高さより低い場合を正、ローラーテーブル高さの方がワークロール最上点高さより高い場合を負とする。このＨが式（１）を満たす時、図２に示すようにワークロールによる上下の圧下量△ｈ_T，△ｈ_Bは等しくなり、幾何学条件が上下対称となる。前述したように、反りが発生するメカニズムは必ずしも解明されてはいないが、少なくとも上下対称条件で圧延を行えば、反りは発生しないことは明らかである。すなわち、幾何学条件以外の条件を上下対称とし、全ての圧延パスにおいて式（１）が成立するようにピックアップ量Ｈを設定すれば、全ての圧延パスにおいて反りは発生しないことになる。
【００１２】
Ｈ＝（ｈ₀−ｈ₁）／２＝△ｈ_T＝△ｈ_B ・・・・・・・・（１）
ここで、ｈ₀は入側板厚、ｈ₁は出側板厚、△ｈ_Tは上圧下量、△ｈ_Bは下圧下量である。
なお、全パスにおいて式（１）を満足させるためには、例えばパス毎にローラーテーブルを上下しなければならず、非常に圧延効率が低下する。したがって、ピックアップ量Ｈの許容範囲が判明すれば、その範囲内においてはピックアップ量Ｈを再設定する必要がなくなり、圧延効率は大幅に向上する。
【００１３】
しかしながら、式（１）を満足しない場合、すなわち入側材料の上下方向の中心（板厚中心）がロールギャップの上下方向の中心と一致しない場合、幾何学条件に影響を及ぼすのはＨのみではなく、ローラーテーブルの圧延方向の位置等も関係する。例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、板が下向きに入射する場合を例にとると、Ｈ，ｈ₀，ｈ₁および板長さは（ａ），（ｂ）で同一であるが、ローラーテーブルの先端と圧延ロール噛込み位置までの距離が異なるために、板がロールに噛み込む角度が異っている。一方、図４（ａ），（ｂ）に示すように、Ｈ，ｈ₀，ｈ₁および板長さが（ａ），（ｂ）で同一で、板が上向きに噛み込む場合、ローラーテーブルの先端と圧延ロール噛込み位置までの距離は異なるが、板が噛み込む角度は同じとなる。このように、板がロールに噛み込む角度は、噛込み方向、ローラーテーブルと圧延ロール噛込み位置などによって影響を受ける。したがって、これら全ての要因を考慮して、各パス毎の許容値Ｈを直接求めるのは非常に困難である。
【００１４】
そこで、発明者らは、創意工夫の結果、後述する材料噛込み角αの許容値α_OLを基準として、Ｈを定めればよいことを見いだした。さらに、αの許容値α_OLは、ｌｄ／ｈｍで決めることができ、あるいはまた、圧延反り量と上下ロールの圧延トルクによって定まることも見いだした。以下にその詳細を示す。
図５に、Ｈ＞（ｈ₀−ｈ₁）／２の場合における、圧延直前での幾何学条件を示す。Ｈ＞（ｈ₀−ｈ₁）／２の場合、材料はロールに噛込まれようとするので、材料の先端が上方向に向くことになる。そこで、材料の先端が上下ロールに接した時点での材料下面３ａがローラーテーブルと平行な面４ａとのなす角度を材料噛込み角αと定義する。ここで、αの正負の符号は、材料が上から下に向かってロールバイトに噛み込む場合を負、逆に材料が下から上に向かってロールバイトに噛み込む場合を正と定義する。図５の場合、αは正ということになる。
【００１５】
次に、材料噛込み角αが圧延反りに及ぼす影響について、幾何学条件以外の条件（ワークロール径の上下差、ロール周速の上下差など）を上下対称とし、αを変化させて圧延実験を行ない、生じた反り量を測定した。図６は、ロール径５００〜１０００ｍｍ、材料入側板厚２０〜１２０ｍｍで材料噛込み角αを変化させた場合に発生した反り量と形状比ｌｄ／ｈｍとの関係を示したものである。なお、反りは、その曲率半径を測定し、これでワークロール半径を除して規格化した。規格化した曲率半径はｋとして表示している。
【００１６】
実験範囲は広範囲に及ぶが、材料噛込み角αの反り量に及ぼす影響がｌｄ／ｈｍで良く整理でき、αの正負に対して上下対称の挙動を示すことが分かる。図６から分かるように、本条件の場合、圧延反りに関してはα＜１°に設定すれば、いずれのｌｄ／ｈｍに対しても圧延反りは殆ど発生しないことが分かる。ただし、許容できる反り量は圧延条件等によって異なるので、必要に応じてｌｄ／ｈｍに対して、許容しうる反り量に対応する材料噛込み角αを許容噛込み角α_WLとして図６から読み取ればよい。以下、この反りに関するαの許容値をα_WLとする。なお、図６における反り曲率と形状比の関係は、上記のロール径および材料入側板厚の条件の範囲の実験により得たものであり、通常の圧延条件においては、そのまま利用できると考えられるが、上述の条件の範囲を大きく越える条件の場合には、必要に応じて実験等で同様の関係を求めれば良い。
【００１７】
次に、材料噛込み角αが上下ロールの圧延トルクに及ぼす影響について、上記と同様に幾何学条件以外の条件を上下対称とし、αを変化させて圧延実験を行い、上下ロールのトルクを測定した。図７は、ロール径５００〜１０００mm、材料入側板厚２０〜１２０mmでαを変化させた時の上下ロールのそれぞれのトルクをα＝０°の時の上下トルクＴ₀で除した値と、形状比ｌｄ／ｈｍとの関係を示したものである。圧延反りの場合と同様、実験範囲は広範囲におよぶが、材料噛込み角αの圧延トルクに対する影響がｌｄ／ｈｍで良く整理できることがわかる。ただし挙動は圧延反り量に関する場合とはかなり異なり、同一αでも、ｌｄ／ｈｍが小さくなるにつれて、上下のトルク差が非常に大きくなる。例えば、ｌｄ／ｈｍ＝０．５の条件ではα＝０．３°において上ロールトルクは基準トルクＴ₀（α＝０°での圧延トルクで、上下等しい）の、１．６倍にも達し、下トルクは基準トルクの０．４倍となる。このように、上下ロールいずれかの圧延トルクが基準値Ｔ₀よりも大幅に大きくなると、ミルモータの容量（許容トルク）を越える可能性が高くなり、場合によっては圧延が不可能になる。この許容上下トルクは、ミル条件、圧延条件等によって異なるので、必要に応じてｌｄ／ｈｍに対して許容しうる上下トルクに対応する材料噛込み角αを図７から読み取ればよい。以下、この上下トルク差に関する材料噛込み角αの許容値をα_TLとする。なお、図７における上下トルクと形状比の関係も、上述のロール径および材料入側板厚の条件の範囲の実験により得たものであり、通常の圧延条件においては、そのまま利用できると考えられるが、上述の範囲を大きく越える条件の場合には、実験等で同様の関係を求めれば良い。
【００１８】
上述の様に、許容される反り量と上下トルク差によって、α_WLとα_TLは異なる値を持つ。また、図７ではαの正の場合を示したが、αの正負に対して、αの絶対値が同じであれば、上下対称の挙動を示すことは明らかである。したがって、材料噛込み角の許容値α_LOは、パス毎のｌｄ／ｈｍに対して許容される反り量から決まるα_WLと許容される上下トルク差から決まるα_TLによって、式（２）に示すように、両者の絶対値｜α_WL｜，｜α_TL｜の小さい方の値とすればよい。
【００１９】
材料噛込み角の許容値α_LO＝min （｜α_WL｜，｜α_TL｜）・・・・（２）
α_LOが求まれば、αとＨとの関係は幾何学条件により求まるので、後述する方法によりα＝α_LOとして算出されるＨの最大値Ｈmax 、およびα＝−α_LOとして算出されるＨの最小値Ｈmin を求め、式（３）を満足するようにピックアップ量Ｈを設定すれば良い。図８に、ピックアップ量Ｈの設定手順を示すブロック図を示す。
【００２０】
Ｈmin ＜Ｈ＜Ｈmax ・・・・・・・・・・・・・・（３）
以上のことから、式（３）を満たす限り、ピックアップ量の再設定は不要となる。すなわち、ピックアップ量の設定回数を減少させても、板反りおよび上下トルク差が許容範囲となる圧延を実施できるので、圧延を効率的に行うことが可能となる。
【００２１】
ここで、図９に示すようなテーブルローラー径がｒである圧延機でのピックアップ量Ｈの設定方法を説明する。ここで、記号は以下の通りとする。
Ｒ：ワークロール半径
ｒ：テーブルローラー半径
ｈ₀：入側板厚
ｈ₁：ロールギャップ（出側板厚）
α ：材料噛込み角
Ｈ₂：下ワークロール最上点から、下ワークロールと材料先端の下端との接触位置までの鉛直方向距離
Ｘ₀：上下ロールの中心を結ぶ直線から、下ワークロールと材料先端の下端との接触位置までの水平方向距離
Ｌ₀：上下ロールの中心を結ぶ直線から、材料に接しているローラーテーブルの中心までの水平方向距離
Ｌ₁：材料とテーブルローラーとの接点から材料先端部の下端までの長さ
Ｈ₁：下ワークロールの最上点から、材料とテーブルローラーとの接点までの鉛直方向距離（上方向−，下方向＋）
Ｈ：ピックアップ量（上方向−，下方向＋）
αとＨ₂の関係は幾何学条件から式（４）で表され、ｘ₀とｈ₂の関係も同様に式（５）で表すことができる。
【００２２】
【数１】

【００２３】
【数２】

【００２４】
Ｌ₁とｘ₀，Ｈ₁とＬ₁およびＨとＨ₁の関係も、幾何学条件から求められ、式（６），（７），（８）で示される。
Ｌ₁＝（Ｌ₀−ｘ₀＋ｒsin α）／cos α ・・・・・・・・（６）
Ｈ₁＝ｈ₂＋Ｌ₁・sin α ・・・・・・・・（７）
Ｈ＝Ｈ₁−ｒ（１−cos α）・・・・・・・・（８）
式（４）においてα＝−α_LOを代入し、ｈ₂に関して解くと、Ｈの最小値であるＨmin （設定すべきローラーテーブルの許容最大高さ）に対応したｈ₂min が求まる。なお、方程式の解法には、ニュートンラプソン法等を用いることができる。このｈ₂min を式（５）に代入してｘ₀min を求め、式（６）よりＬ₁min 、式（７）よりＨ₁min を求める。Ｈ₁min が求まれば式（８）よりローラーテーブルの許容最大高さとなるＨmin が求まる。
【００２５】
α＝＋α_LOの場合も同様にして、ローラーテーブルの許容最小高さとなるＨmax が求まる。
以上のことから、式（９）を満たす限り、ピックアップ量の再設定は不要となる。すなわち、ピックアップ量の設定回数を減少させても、板反りおよび上下トルク差が許容値となる圧延を実施できるので、圧延を効率的に行うことが可能となる。
【００２６】
Ｈmin ＜Ｈ＜Ｈmax ・・・・・・・・・・（９）
【００２７】
【実施例】
ワークロール径１０００mmの圧延機を用いて、板厚１２０mmのスラブを下記の圧下スケジュールでリバース圧延した。
実施例においては、上下トルクがＴ₀（α＝０°のトルク）の１．２倍以下となる｜α_TL｜を図７より求めた上で、許容ピックアップ量（Ｈmin ，Ｈmax ）を算出し、各パスの設定ピックアップ量Ｈを決定した。反りに関しては、トルクで求まる｜α_TL｜が実施されれば、十分な平坦度が確保できるので、式（２）よりα_OL＝｜α_TL｜として、圧延を実施した。その結果を表１の「実施例」に示す。
【００２８】
また、設定ピックアップ量を、上下対称となるピックアップ量に各パスとも変更した場合を表１の比較例１として示す。圧延は良好であったが、各パスでピックアップ量を変更したために、圧延効率は非常に悪かった。
更に、設定ピックアップ量を、各パスとも同一にした場合を表１の比較例２として示す。１パス目は、上下対称の設定であったために、良好な圧延ができた。しかしながら、２パス目では、噛込み角αの絶対値が０．１５°以上になったために、圧延トルクが過大となり、ミルモーターの能力不足で圧延ができなかった。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、反りの無い板を効率良く製造できることを可能としたので、形状の優れた板状の金属製品を量産できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を圧延機に適用する一例を示す図。
【図２】幾何学条件が上下対称となる場合のピックアップ量の概念を示す図。
【図３】ローラーテーブルの水平方向の位置が材料噛込み角に影響を及ぼす場合を示す図。
【図４】ローラーテーブルの水平方向の位置が材料噛込み角に影響を及ぼさない場合を示す図。
【図５】材料噛込み角αの定義を示す図。
【図６】材料噛込み角αが反り曲率に及ぼす影響を示す図。
【図７】材料噛込み角αが上、下ロールトルクに及ぼす影響を示す図。
【図８】ピックアップ量の設定手順を示すブロック図を示す図。
【図９】ローラーテーブルの半径がｒである圧延機の幾何学条件を示す図。
【符号の説明】
１…上ワークロール
２…下ワークロール
３…圧延材料
４…ローラーテーブル
５…上バックアップロール
６…下バックアップロール

Claims

少なくとも上下にロール系を備えた板圧延機において、材料とロールとの接触弧長を入側板厚と出側板厚との平均値で除した値である形状比ｌｄ／ｈｍに応じて、圧延反りから求めた材料噛込み角の許容値α_WLの絶対値と、上下圧延トルク差から求めた材料噛込み角の許容値α_TLの絶対値の小さい方を、材料噛込み角αの許容値α_LOとして、当該パスの材料噛込み角αの絶対値｜α｜が、α_LOの絶対値｜α_LO｜より小さくなるようにピックアップ量Ｈを制御することを特徴とする板圧延方法。