JP3541464B2

JP3541464B2 - 条鋼の圧延方法

Info

Publication number: JP3541464B2
Application number: JP29728994A
Authority: JP
Inventors: 了武田; 秀範金堂
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JPH08155514A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、線材，棒鋼のような断面丸形や角形等の条鋼の熱間圧延方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、このような条鋼は、図６（ａ）に示すような２ロールや同図（ｂ）に示すような３ロール法で熱間圧延されて得られる。前者は、被圧延材１００を、水平圧延ロール２００を有する圧延機と垂直圧延ロール２００を有する圧延機が交互に直列に複数台配置された連続スタンドに通し、対向する二個の圧延ロール２００のカリバ３００の間で楕円断面，円形断面と交互に複数回の圧延を繰り返すことにより、円形断面の成形品にする。一方、後者は、被圧延材１００を、互いに１２０°の間隔で星型に配した三個の圧延ロール２００を有する複数台の３ロール圧延機を、ロール配置を１８０°ずつ位相をずらして直列に配したパスラインに通して、複数回の圧延を繰り返すことにより円形断面の成形品にする。
【０００３】
上記２ロール法において、被圧延材１００の断面寸法を真円化する手段は、▲１▼仕上げロールのカリバデザイン：図７に示す圧延ロール２００のカリバ（溝）３００の曲率Ｒの寸法と、▲２▼対向仕上げロール２００間のロール間隙：図７のＨ寸法と、▲３▼被圧延材１００のロール２００に規制されない自由部分の幅：図７のＢ寸法との制御である。
【０００４】
そのＨ，Ｂの寸法の制御は、圧延後に被圧延材１００の短片を採取して測定した測定値か、又は熱間寸法計でオンライン測定した測定値に基づいて、それぞれの仕上げロール２００間のロール間隙Ｈの寸法を変化させて調整することにより行われる。あるいは、仕上げロール２００への入り側材の厚み（図７中のＣ寸法、すなわち仕上げ前圧延機のロール間隙）を変化させて調整することにより行われる。この２ロール法による条鋼の圧延は、図８（ａ）のように、被圧延材１００の幅広がり変形（図７におけるＣ寸法が圧延することでＢ寸法に広がる現象）が大きい。
【０００５】
これに対し、３ロール法においては、被圧延材１００の断面円周が三等分方向から圧延されることから、幅広がり変形が図８（ｂ）に示すように２ロール法に比べて小さい利点がある。
また、近時、対向する２ロールを十字型に配した圧延機を用いた４ロール法圧延が行われるようになり、種々提案がなされている。例えば、特開昭５０−１４０３５４号公報では、断面方形の条鋼素材圧延に４ロール法を適用し、素材の各隅角部を４ロール圧延機で圧延減面して一段小さい方形にすることを、複数台直列に配した４ロール圧延機で繰り返し、最後に４ロール圧延機で形成する円形複合孔型で成形を完了する条鋼の圧延方法が提案されている。また、特開昭６２−４５４０１号公報には、丸棒鋼の熱間圧延の最終仕上げロールの後方に、軸心を前記仕上げロールの軸心に対して４５°に傾斜させた二対四個の丸孔型再整形ローラを直列に配して寸法精度の高い丸棒鋼を得ることが提案されている。更に、特公平１−１６２０２号公報には、連続圧延機群によって棒鋼を圧延するようにしたラインにおいて、その棒鋼のい搬送方向に対し、２重ロール型圧延機次いで４ロール型圧延機の順に配設した圧延機群を１組以上配設し、当該４ロール型圧延機とその前後段の圧延機の間を無張力制御することにより、寸法精度の高い製品が得られる棒鋼の製造方法が提案されている。また更に、特公平３−６８４１号公報には、４本のロールをロール軸線延長が同一垂直面内で直行して正方形をなすように配置させた４ロール圧延機を２台用いて、それらの全８本のロールのカリバを、円形素材の直径に対し同一ないし１２０％の直径の円弧と適当な逃がしを配した形状とし、ロールの圧下を任意に選択して、素材を素材直径ないし素材直径の８０％の範囲内でサイジングするようにした、ロール組み替え時間を大幅に短縮できる棒線材のサイジング圧延方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記２ロール法の場合は、幅広がり変形量が大きいことに加えて、その変形量が被圧延材の鋼種や圧延時の温度，速度，ロール径等の圧延条件により異なってくるため、被圧延材の自由部分の幅Ｂの寸法（図７）は一定しない。そのため、例えばコンピュータによるロール間隙Ｈの自動制御を行おうとすると、膨大かつ複雑なシステムソフトの開発と高価な高精度制御設備が必要になるという問題点がある。
【０００７】
一方、３ロール法の場合は、幅広がり変形は小さいものの、例えば圧延直後に熱間寸法計で図９に示す寸法ｄを実測して目標値との偏差を求め自動制御しようとしても、目標値を得るためのロール制御（ロール選定，ロール間隙量など）を一義的には判断できない。例えば、いま、被圧延材１００の前記寸法ｄを大きくする必要があるとすると、先ず、▲１▼仕上げ圧延用の三個のロール２００の全てを後退させてロール間隙を図９の破線のように全体的に変形させるのか、または▲２▼仕上げ前圧延機の三個のロール２００のロール間隙を大きくとり、その変形量を個々の仕上げ圧延用ロールで微調整して部分的に変形させるのかを判断する。更には、それらの処置を施した場合の被圧延材１００の真円度への影響の程度なども考慮しなければならない。そのため、３ロール法の場合は寸法制御のロジックが複雑となり、事実上、制御不可能に近いという問題点がある。
【０００８】
また、前記従来の４ロール法の場合に関しては、本来幅寸法変化が少ないという４ロールミルの特性に着目して、条鋼の圧延ラインの最終圧延機の後方に一般的に設置される熱間寸法計の出力を、４ロール圧延機の圧下装置側にフィードバックしてロール圧下量を自動制御するという簡単な制御により、鋼寸法精度の条鋼製品を高度な制御ソフトや高価な設備を用いることなく簡単に達成するという本発明の主眼となる技術思想は、いずれにも開示されていない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたものであり、４ロール圧延の特性を活用して、圧延条件に影響されない簡単な制御で、高い寸法精度の製品が安価に得られる条鋼の圧延方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の請求項１の発明は、条鋼材を圧延ラインに直列に配列された２台以上の４ロールミルにて熱間圧延する条鋼の圧延方法に係り、各４ロールミルをロール圧下方向の位相を交互に４５°ずつずらして配置すると共に、各ミルのロール毎の圧下制御を行う自動圧下制御装置を設け、且つ最後の４ロールミルの直後に被圧延材の断面寸法を４５°毎に計測できる熱間寸法計を配設し、その熱間寸法計で計測した被圧延材における前記４ロールミルの対向ロール対毎のカリバ間寸法に対応する寸法データを、予め定めた目標寸法又は目標寸法範囲と比較して前記４ロールミルの各対向ロール対毎の所要カリバ間寸法調整量を演算し、その演算結果に基づいて前記自動圧下制御装置により前記４ロールミルの対向ロール対毎のカリバ間寸法をフィードバック制御することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２の発明は、前記条鋼の圧延方法において、４ロールミルと熱間寸法計との距離を１０ｍ以下にすることを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明は、４ロールミルを用いた条鋼の圧延における、次のような諸特性を活用することによりなされたものである。
▲１▼４ロール圧延によれば、圧延時の被圧延材の幅寸法変化（図７の幅広がり変形量）が、図８のグラフから明らかなように、２ロール法や３ロール法に比べて極めて小さい。
【００１３】
▲２▼被圧延材の幅寸法変化が、被圧延材の鋼種や圧延時の温度，速度，ロール径等の圧延条件に影響されることが少ない。
▲３▼２組の正対した対ロールの組み合わせでなるものであるから、対ロールのロール間隙を変更することにより、容易且つ直接的に被圧延材の断面寸法を制御することができる。
【００１４】
すなわち、条鋼の連続圧延ラインで常用されている熱間寸法計の出力値をフィードバックして、上記特性を有する４ロール仕上げミルの圧下量を自動制御することで、直接的に被圧延材の断面寸法を高精度に制御することが可能になる。
本発明の４ロールミルは、条鋼材圧延ラインの最終仕上げ用ローラミルとして、二台以上が直列に配列される。これらの複数台の４ロールミルのロール配置の関係が図１に示される。図１は、２台の４ロールミルからなる前パスミル（図中の破線）と後パスミル（図中の実線）とにおけるロール配置である。前パスミルの一方の対向ロール対４１−４１’及びこれに直交配置されている他方の対向ロール対４２−４２’の圧下方向に対して、後パスミルの一方の対向ロール対４３−４３’及びこれに直交配置された他方の対向ロール対４４−４４’の圧下方向は４５°ずつ位相をずらしてある。図１におけるａ寸法は、前パスミルの対向ロール対４１−４１’のロール間隙寸法（カリバ間寸法）を表し、ｂ寸法は、後パスミルの対向ロール対４３−４３’のロール間隙寸法を表す。また、ｃ寸法は、前パスミルの対向ロール対４２−４２’のロール間隙寸法を表し、ｄ寸法は、後パスミルの対向ロール対４４−４４’のロール間隙寸法を表す。すなわち、これらの各寸法ａ，ｂ，ｃ，ｄが、被圧延材１００の断面（図１のハッチング部分）の直径となる。
【００１５】
本発明の４ロールミルの圧下装置は、ミルの各ロール毎に単独に圧下量を調整できるものであり、例えば、個々のロールの、圧下スクリュウを上下動させるウォーム軸の駆動を電動機で行う電動式であり、この電動機の駆動を自動制御するべく、圧下位置制御系（装置）を具備している。
本発明の条鋼の圧延方法は、例えば図２に示すような条鋼の熱間連続圧延ラインに適用される。図２に例示の圧延レイアウトにおいては、加熱炉Ｈの後方にＮｏ．１〜１８の１８台の２ロール圧延ミルが垂直ロール配置と水平ロール配置との交互配列（Ｖ−Ｈ配列）されて、粗圧延機群と中間圧延機群を構成している。その中間圧延機群に続けて、２台の４ロールミル２０，２０からなる仕上げ圧延機群が直列に配設されている。更に、その仕上げ圧延機群の直後に、熱間寸法計２１が直列に配設されている。
【００１６】
この熱間寸法計２１としては、例えば被測定物である被圧延材１００にハロゲンランプを光源とする平行光線を当てて反対側でその影を結像レンズに受け、その光を微小光電素子によりパルスに変換してディジタル表示したり、チャート記録したりするいわゆるバックライト方式のものでも良く、その他、被圧延材１００自身の赤外線発光を利用する自発光方式のものであっても良い。いずれにしても、この場合の熱間寸法計２１は、４ロールミル２０，２０の対向ロール対毎のカリバ間寸法に対応する被圧延材断面寸法を４５°毎に計測できるものが望ましく、具体的には、図１に示す被圧延材１００のａ，ｂ，ｃ，ｄの各寸法が計測可能なものである。
【００１７】
本発明の条鋼の圧延方法は、例えば図３の制御ブロック図に示すような制御系統に従い、前記熱間寸法計２１で計測されたａ，ｂ，ｃ，ｄの各寸法データをフィードバックして、予め定めた目標寸法又は目標寸法範囲と比較し、４ロールミルの各対向ロール対毎の所要カリバ間寸法の調整量を演算し、その演算結果に基づいて各４ロールミル２０の圧延ロールに設けられた圧下制御装置を駆動することにより、４ロールミルの対向ロール対毎のカリバ間寸法を制御して高精度の条鋼断面寸法を得るものである。
【００１８】
すなわち、上記図３の制御ブロック図において、Ｍは４ロールミル２０の電動式圧下装置の駆動用電動機で、圧下位置制御系２８からの指令信号に従い駆動制御されるものである。４ロールミル２０の直後に配置されている熱間寸法計２１により被圧延材の所定外径寸法データ（図１に示すａ，ｂ，ｃ，ｄの各寸法データ）の出力は、演算部２２にフィードバックされる。この演算部２２には、予め、プロセスコンピュータあるいはディジスイッチによる設定値が、目標寸法又は目標寸法範囲としてメモリ２４に格納されている。演算部２２は、メモリ２４から呼び出した目標寸法又は目標寸法範囲と熱間寸法計２１からのフィードバック寸法データとを比較して偏差εを演算して、その演算結果をＤ／Ａ変換器２７を介して圧下位置制御系２８に出力する。これにより、４ロールミル２０の電動式圧下装置の駆動用電動機Ｍの駆動を制御し、圧下装置の圧下量ひいては各４ロールミル２０の対向ロール対４１−４１’，４２−４２’，４３−４３’及び４４−４４’のロール間隙寸法（カリバ間寸法）を調整し、もって高精度の条鋼断面寸法を確保するものである。
【００１９】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図２に示す条鋼の熱間連続圧延ラインを用いて、丸鋼材からなる被圧延材１００の圧延実験を実施した。
図４は圧下制御をしないで圧延した場合の、最終仕上げ４ロールミルの出側直後の製品条鋼の直径計測値の経時的変動を記録したチャートである。図中のａ，ｂ，ｃ，ｄの各折れ線は、それぞれ、図１に示される被圧延材１００の各外径寸法ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応するものである。このグラフから、平均直径54.0ｍｍの条鋼製品に±0.3 内外の変動が読み取れる。
【００２０】
一方、図５は、図３に示す制御ブロック図にしたがい、前パス４ロールミルの１組の対ロール４１−４１’のロール間隙寸法ａを0.16ｍｍだけ変化させる圧下制御を行いつつ圧延した場合の、最終仕上げ４ロールミルの出側直後の製品条鋼の直径計測値の経時的変動を記録したチャートである。この場合には、最大でも0.07ｍｍ程度の変動しか認められず、製品条鋼の全ての外径寸法ａ，ｂ，ｃ，ｄが目標寸法範囲内に収まり、真円度の良好な丸鋼製品が製造できた。
【００２１】
なお、条鋼の直径計測を行うにあたり、計測機器である熱間寸法計２１と４ロールミル２０との間の距離が大き過ぎると、十分な精度のフィードバック値が得られない。これは、ロールミルスタンド間で被圧延材１００にねじれが発生して、熱間寸法計２１による測定値箇所が最適箇所からずれるためである。
すなわち、熱間寸法計２１によりフィードバックされる被圧延材１００の直径寸法値は図１０に示すｙ寸法及びその直交方向のｘ寸法が最適であるが、ねじれ角θだけ被圧延材１００がねじれると、その測定値はｙ’及びｘ’になる。これらの測定値ｙ’，ｘ’と最適値ｙ，ｘとの差が大きいとフィードバック値としての精度が不十分となり所期の制御がなされなくなる。そこで、ねじれ角θ（°）の大きさと４ロールミルから熱間寸法計までの距離ｌ（ｍ）との関係を求めて多くの実験を行い、図１１の結果を得た。この結果から明らかなように、ねじれ角θは距離ｌに比例してほぼ直線的に増加し、距離ｌが長いほど大きくなる。
【００２２】
しかし、距離ｌが１０ｍ以下であれば、ねじれ角θは１０°以下となる。ねじれ角θが１０°以下の場合の前記被圧延材１００の直径寸法の測定値ｙ’，ｘ’と最適値ｙ，ｘとの差は0.05以下であり、フィードバック値として十分な精度であるといえる。そこで、４ロールミルと熱間寸法計との距離ｌは１０ｍ以下に限定する。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の請求項１の条鋼の圧延方法によれば、仕上げ圧延用に２台以上の４ロールミルを直列に配列した熱間連続圧延ラインを用い、各４ロールミル毎にロール圧下方向の位相を交互に４５°ずつずらして配置し、最後の４ロールミルの直後には被圧延材の断面寸法を４５°毎に計測できる熱間寸法計を配設し、該熱間寸法計で計測した４ロールミルの対向ロール対のカリバ間寸法に対応する製品条鋼の外径寸法データをフィードバックして目標寸法又は目標寸法範囲と比較し、４ロールミルの各対向ロール対毎の所要カリバ間寸法調整量を演算して、その演算結果に基づき４ロールミルの対向ロール対のカリバ間寸法を自動制御するものとした。そのため、４ロールミル圧延にあっては幅寸法変化が２ロール法や３ロール法に比べて極めて小さいという特性を活かして、簡単な装置でしかも高度の制御ソフトを必要とせずに、高寸法精度の条鋼製品が安価に提供できるという効果が得られる。
【００２４】
また、本発明の請求項２の条鋼の圧延方法によれば、上記効果に加えて、熱間寸法計による被圧延材の直径寸法の測定値にフィードバック値として十分な精度が得られ、その結果、高寸法精度の条鋼圧延が保証されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における４ロールミルのロール配置図である。
【図２】本発明を実施する条鋼の連続熱間圧延ラインのライン構成図の一例である。
【図３】本発明の一実施例の制御ブロック図である。
【図４】従来の条鋼の圧延方法による圧延機出側製品丸鋼の直径の経時的変動を示すグラフである。
【図５】本発明の条鋼の圧延方法による圧延機出側製品丸鋼の直径の経時的変動を示すグラフである。
【図６】（ａ）は２ロール法で熱間圧延する条鋼の圧延手順の説明図、（ｂ）は３ロール法で熱間圧延する条鋼の圧延手順の説明図である。
【図７】２ロール法におけるロールカリバ寸法と被圧延材の幅広がり変形寸法とを説明する図である。
【図８】２ロール法，３ロール法，４ロール法の各幅広がり変形量を比較したグラフである。
【図９】３ロール法における寸法関係を説明する図である。
【図１０】被圧延材１０のねじれ角θと直径寸法との関係を説明する図である。
【図１１】ねじれ角と４ロールミル〜熱間寸法計間の距離との関係を表したグラフである。
【符号の説明】
２０４ロールミル
２１熱間寸法計
２８圧下位置制御装置（系）
１００被圧延材

Claims

条鋼材を圧延ラインに直列に配列された２台以上の４ロールミルにて熱間圧延する条鋼の圧延方法において、前記各４ロールミルをロール圧下方向の位相を交互に４５°ずつずらして配置すると共に、各ミルのロール毎の圧下制御を行う自動圧下制御装置を設け、且つ最後の４ロールミルの直後に被圧延材の断面寸法を４５°毎に計測できる熱間寸法計を配設し、該熱間寸法計で計測した被圧延材における前記４ロールミルの対向ロール対毎のカリバ間寸法に対応する寸法データを、予め定めた目標寸法又は目標寸法範囲と比較して前記４ロールミルの各対向ロール対毎の所要カリバ間寸法調整量を演算し、その演算結果に基づいて前記自動圧下制御装置により前記４ロールミルの対向ロール対毎のカリバ間寸法をフィードバック制御することを特徴とする条鋼の圧延方法。
請求項１において、４ロールミルと熱間寸法計との距離を１０ｍ以下にしたことを特徴とする条鋼の圧延方法。