JP3661146B2 - 遊星圧延機と圧延方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の熱間板圧延機と圧延方法に係わる、特に連続鋳造機と直結した完全連続鋼板圧延に好適である。
【0002】
【従来の技術】
板幅方向に分割された遊星ロールによって板材を圧延する技術についての開示は未だに無い。最近の例でも特許出願公表平5−505347のように板幅方向は一体のロールによるものしかない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
板材の圧延機では表面に模様が出てしまうことを嫌って板幅方向は一体のロールを用いることが常識とされていたが形鋼やH形鋼ではその圧延過程では必ずしも全パスで圧延材表面はロールと接しているわけではない。このことは最終側の仕上げ数パスで全表面を一体のロールで圧延すれば実質上問題になる模様は軽減できることを示している。
【0004】
また、セラミックスを圧延ロールに採用すると耐磨耗性、高硬度、高弾性、高潤滑性、高強度、長寿命、低摩擦係数など長所が多いが大径、長尺ものは製作不可能で特に細長いものは更に折れやすく短寿命で採用不可能である。このことは超硬ロールについても同様である。しかし本発明のように小径、短尺でずんぐりした形状のロールが実現できれば高信頼性、高寿命がともに発揮できる。
【0005】
さらに、板幅方向に分割した遊星ロールを太陽軸上のブラケットに軸受けを介して回転自由に装着するとバックロールとのヘルツ接触やそれに伴う異物の噛み込みがなく遊星ロールの長寿命化がはかれる。
【0006】
しかしこのままでは圧延材の搬送仕事が欠落する。一般の圧延機では圧延材に接するロールには円周方向接線力が伝えられて圧延仕事として板厚減少と圧延材搬送仕事の二つの役割を担っているが、この遊星圧延機のみでは遊星ロールは非駆動自由回転なので板厚減少仕事のみは出来るが搬送仕事は出来ない。すなわち別に設けた押込み圧延機で圧延材の搬送を行う必要がある。
【0007】
一方、ここに本発明による圧延機の他の特長がある。すなわち遊星圧延機の太陽軸の回転数は圧延速度に対しかなり自由に選択可能である。遊星ロール軸は少なくとも二軸は圧延材の一断面上を通過して全幅を圧延することが表面品質の確保には必要だが、さらに回転数を上げることが可能で波形模様(リップルマークとよぶ)の高さが低くなりピッチが細かくなると同時に遊星ロールにかかるトルクが低減する。その理由は同じ圧延仕事をするのであるから回転数とトルクの積はほぼ一定だからである。このことは太陽軸を従来より高速回転させることで従来の遊星圧延機では不可避の大振動とリップルマークの低減が同時に実現出来ることを示している。
【0008】
上記の課題を解決するために請求項1及び 4 項では軸方向に複数に分割された回転自由非駆動の遊星ロールが太陽軸上に隣接列ごとに軸方向に半ピッチずれて配列されている複数列の遊星ロールによって板幅全体の圧延をすると共に太陽軸の回転方向は圧延材の進行方向に対して圧延材の性質に応じて順方向または逆方向とし、押込み圧延機と遊星圧延機の両方の圧延機を駆動することによって板厚減少と圧延材搬送の仕事をすることを特徴とする遊星圧延機と圧延方法とした。
【0009】
また、請求項2及び 5 項では遊星ロールはビヤ樽形にしてその中央部の直線部は隣接列同士で重複していて板幅全幅を圧延するとともにその端部クラウニング量は各遊星ロールの板厚減少量よりも大きくして圧延進行方向の模様の少ないいことを特徴とする遊星圧延機と圧延方法とした。
【0010】
また、請求項3及び 6 項では定常時は連続鋳造機と遊星圧延機の間では分割切断や接合がなく圧延が連続して行われ、ロール組替時も押込み圧延機と遊星圧延機は複数組設置されて、圧延しながらのロール組替を可能とすることを特徴とする遊星圧延機と圧延方法として完全連続圧延システムとしてさらにプラニッシングミルや冷間圧延機などを含むシステムとした。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図1は本発明の遊星圧延機のロール部分を示したものである。遊星ロール1は太陽軸2の上にブラケット6により回転自由に装着されている。基本的には隣接する2列の遊星ロール軸で板幅全体を圧延するようにしており隣接列ごとに半ピッチずれている(3列又は4列毎でも良いがずれ量は1/3ピッチ、1/4ピッチになる)。ここで上下ロールの遊星ロール1は軸方向のずれが同じもの同士が向き合うことが安定した圧延のために必要である。
【0012】
遊星ロール1の面長は出来るだけ長く、ブラケット6の長さは出来るだけ短いことが圧延製品品質の向上のためによい。というのはロールバイトにおいてブラケット6にはさまれた部分は遊星ロール1で減厚されている部分によって引っ張られて受動的に減厚されるからである。また縞模様を軽減するためにも遊星ロール1には適宜ビヤ樽形のクラウニングを施すことが好まれる。
【0013】
遊星ロール1はいわゆるバックロールとのヘルツ接触が無い。従って遊星ロール1の撓み曲線は圧延材4の板幅端部においても局所的な変動の無いなだらかなものとなるのでいわゆる形状制御性の優れた作業ロールシフトや中間ロールシフトによる高級制御の必要性を軽減する。
【0014】
図2は図1のII−II断面を示したもので軸方向の位置の同じ遊星ロール1同士が対向している。太陽軸2の回転方向は圧延材の流れ方向に対し順方向、逆方向のどちらでも可能である。圧延材が脆性で破断しやすい場合は逆方向とし、延性が強く高強度の場合は順方向とする。逆方向回転の場合は押込み圧延機5と力の方向が逆になるのでトルクが増えるが一般的に脆性材は変形抵抗が小さいため負荷は小さい。
【0015】
図3は図1のIII部分を拡大かつ一部を断面で示したもので各遊星ロール1はその端部にCだけクラウニングを施している。クラウニング量Cはその半径分のC/2が遊星ロール1一個の片側板厚減少量よりも大きくなるよう設計され、さらにその開始基点は隣接する遊星ロール1との円筒部ラップ量Lがプラスであるようにされると圧延後の板表面が滑らかになり縦縞が薄くなる。
【0016】
各々の遊星ロール1は太陽軸2に設けられたブラケット6にロールシャフト
19によって軸受け20を介して装着される。太陽軸2からブラケット6を経由して潤滑油が供給され、またオイルシールによって異物の侵入を防いでいる。なお、本図では軸受け20を遊星ロール1の中に設けた例を示したが逆にブラケット6の中に軸受け20を設けロールシャフト19と遊星ロール1を一体にするとブラケット6が長くなり遊星ロール1が短くなるが軸受け20の温度上昇を少なく出来る。
【0017】
図4は押込み圧延機5と遊星圧延機3を示したもので二つの圧延機はそのハウジングを共用して距離を短縮し座屈に対する安定化をはかっている。またその駆動は減速機内のギヤートレインで連結し差動ギヤを採用すると、無効動力の相殺や剛性の向上が図れる。
【0018】
図5は本発明の遊星圧延機を用いた全連続鋼板製造設備を示した全体システム図である。従来、スラブ用連続鋳造設備は1ストランド当たり凡そ100万トン/年、冷間圧延設備もやはり凡そ100万トン/年であるが熱間圧延設備のみが凡そ500万トン/年であり熱間圧延設備のみが能力的に過大である。すなわち熱間圧延設備が凡そ100万トン/年の生産能力で相応する安い費用で実現できれば全体のバランスがとれることを示唆している。
目安として、完全連続を実現すると、
連続鋳造機でのスラブ厚200mmにおいて速度1.6m/min、
プラニッシングミル出口熱延鋼板厚4mmにおいて速度約80m/min、
冷間圧延機出口冷延鋼板厚1mmにおいて速度約300m/minであり、それぞれは従来技術で容易に実現できる。
【0019】
本発明のねらいは前記の検討結果にもとづき正に安価にして生産能力のバランスが取れた完全連続鋼板製造システムを熱間圧延設備に本発明の遊星圧延機を導入することにより実現するものである。
【0020】
連続鋳造機7を出たスラブ4.1は鋳造当初こそはダミーバーとの接続をガス切断機8で切断されるがその後の正常時は他の分割切断や接合なしに遊星圧延機3を主機とする熱間圧延設備に供給される。スラブ4.1の断面形状は矩形では端部で重層構造になってしまうので鋳型または途中に設置するエッジャーによって端部を丸型又は大きな面取りをほどこしておく。また操業中の板幅変更は主に連続鋳造機7で行なう。
【0021】
デスケーリング装置9を経たスラブ4.1は更なる酸化を防止するため気密カバー10の中を進行する。気密カバー10には二酸化炭酸ガス、窒素ガスや還元性ガスなどが開口部からの漏れを補うよう供給される。押込み圧延機5と遊星圧延機3は複数組備わっていて通板中のロール組替を可能にしている。気密カバー10も同様に複数室構成になっている。特に薄い製品を圧延する際には2台共使用し、2台目の遊星圧延機3では板厚が薄く座屈しやすいので押込み圧延機5の押込み力を下げプラニッシングミル11で前方より引っ張って圧延する。
【0022】
遊星圧延機3で圧延されたバー4.2は遊星圧延では不可避なリップルマークがつくのみならず分割ロールに起因する縦縞がつき市松模様状になってしまう。マークの軽減には遊星圧延機3の太陽軸2の回転数を上げること、遊星ロール1の径を小さくして列数を増やすことなどが有効であるがプラニッシングミル11で圧延することが必須である。プラニッシングミル11も通板中のロール組替を実現するため少なくとも2スタンドは必要である。プラニッシングミル11前後以降は速度が数十倍に速くなるため特に酸化防止対策なしで大気中の通販で十分である。
【0023】
プラニッシングミル11を出た熱延鋼板4.3は水冷却装置12を経て熱延鋼板として出荷する場合はフライングシャー13.1で分割切断されたあとダウンコイラー14に巻き取られて出荷する。
【0024】
冷間圧延を必要とするものは分割切断されること無く酸洗装置15を経て冷間圧延機で圧延される。ここでも通板中のロール組替が必要であり、スタンド数も複数必要である。圧延された冷延鋼板4.4はルーパー17を経てフライングシャー13.2で分割切断されてテンションリール18により巻き取られ出荷する。酸洗効果を向上するために酸化膜を破断する軽圧下圧延機やテンションレベラーを酸洗装置15の上流に追加しても良い。焼鈍も同時に処理するために冷間圧延機16の出側に連続焼鈍設備を追加してもよい。
【0025】
事故が発生した際にはガス切断機8やフライングシャー13.1、13.2が分割切断をして被害を低減する。
【0026】
極端に設備費を下げたい場合は押込み圧延機5、遊星圧延機3、プラニッシングミル11を1台づつのみにすると連続鋳造機7での1ヒート毎に生産は中断するが予備のスタンド、モーターなどが省略できさらに安価なシステムが可能になる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によればロール寿命が長く形状の良いコンパクトな熱間圧延設備が提供できるのみならず完全連続鋼板圧延設備が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の遊星圧延機のロール部
【図2】図1のII−II断面
【図3】図1のIII部詳細
【図4】遊星圧延機スタンド
【図5】完全連続鋼板圧延設備
【符号の説明】
1 遊星ロール
2 太陽軸
3 遊星圧延機
4 圧延材(4.1 スラブ、4.2 バー、4.3 熱延鋼板、
4.4 冷延鋼板)
5 押込み圧延機
6 ブラケット
7 連続鋳造機
8 ガス切断機
9 デスケーリング装置
10 気密カバー
11 プラニッシングミル
12 水冷却装置
13.1、13.2 フライングシャー
14 ダウンコイラー
15 酸洗装置
16 冷間圧延機
17 ルーパー
18 テンションリール
19 ロールシャフト
20 軸受け
C クラウニング量(図示はC/2)
L ラップ量
Claims (6)
- 軸方向に複数に分割された回転自由非駆動の遊星ロールが太陽軸上に隣接列ごとに軸方向に半ピッチずれて配列されている複数列の遊星ロールによって板幅全体の圧延をすると共に太陽軸の回転方向は圧延材の進行方向に対して圧延材の性質に応じて順方向または逆方向とし、押込み圧延機と遊星圧延機の両方の圧延機を駆動することによって板厚減少と圧延材搬送の仕事をすることを特徴とする遊星圧延機。
- 遊星ロールはビヤ樽形をしていてその中央部の直線部は隣接列同士で重複していて板幅全幅を圧延するとともにその端部クラウニング量は各遊星ロールの板厚減少量よりも大きいことを特徴とする請求項1項記載の遊星圧延機。
- 定常時は連続鋳造機と遊星圧延機の間では分割切断や接合がなく圧延が連続して行われ、ロール組替時も押込み圧延機と遊星圧延機は複数組設置されて、圧延しながらのロール組替を可能とすることを特徴とする請求項1項又は2項記載の遊星圧延機。
- 軸方向に複数に分割された回転自由非駆動の遊星ロールが太陽軸上に隣接列ごとに軸方向に半ピッチずれて配列されている複数列の遊星ロールによって板幅全体の圧延をすると共に太陽軸の回転方向は圧延材の進行方向に対して圧延材の性質に応じて順方向または逆方向とし、押込み圧延機と遊星圧延機の両方の圧延機を駆動することによって板厚減少と圧延材搬送の仕事をすることを特徴とする圧延方法。
- 遊星ロールはビヤ樽形をしていてその中央部の直線部は隣接列同士で重複していて板幅全幅を圧延するとともにその端部クラウニング量は各遊星ロールの板厚減少量よりも大きいことを特徴とする請求項4項記載の圧延方法。
- 定常時は連続鋳造機と遊星圧延機の間では分割切断や接合がなく圧延が連続して行われ、ロール組替時も押込み圧延機と遊星圧延機は複数組設置されて、圧延しながらのロール組替を可能とすることを特徴とする請求項4項又は5項記載の圧延方法。
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