JP3898927B2

JP3898927B2 - 圧延機スタンド

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Publication number: JP3898927B2
Application number: JP2001307508A
Authority: JP
Inventors: イー、ピューダマーク
Original assignee: アルコアインコーポレイテッド
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: JP2002178017A; JP2004090094A; US6314776B1; EP1195205A2; EP1195205A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は相互に対して軸線方向に摺動可能であるロール、特に六次のプロフィルと共に調整可能なギャップを形成する七次多項式による面のプロフィルを有するワークロールあるいは中間ロールを有する圧延機スタンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばアルミニュームのような帯片製品は典型的に４段あるいは６段圧延機スタンドにおいて圧延される。最近、特に清涼飲料水用缶産業向けの薄いアルミニュームの帯片製品の需要が増大している。そのような用途に対して、帯片は平坦度の変動が最小で２．２８ミリメートル（０．０９０インチ）程度の薄さまで熱延される必要がある。平坦度の欠陥は排除すべきであって、帯片は全長に亘り一定の厚さを有するべきである。帯片の不均一性を排除するには、帯片の中間部分、縁部分すなわち四半部分において望ましくない波状をもたらす可能性のある内部応力が排除されるように帯片をその幅に沿って均一に圧延することが必要である。そのような内部応力が典型的に熱延の間、およびその後の冷延の間に縁部の亀裂（エッジクラッキング）をもたらし、そのため大きな亀裂のあるコイルの部分は切断し、スクラップにする必要がある。エッジクラッキングがコイルの中間において発生する場合、コイル全体をスクラップにする必要がある。
【０００３】
帯片の平坦度の欠陥は部分的には曲げ撓みと称される帯片からロールに加えられる力およびロールの長さに沿って発生するロール径の変化によるものである。これらの変化はロールを平坦化しようとする帯片の力とロールの表面に熱による反りを発生させるロールの熱膨張とによって発生する。ロールの中間点は最も高温であり、そのためロールの熱膨張はロールの中間点において最大であり、ロールの端に向って低減する。その結果のロールギャップのプロフィルはロールの長さに沿って不均一であり、それが帯片の幅に沿って不均一な圧延を発生させる。負荷された時のロールギャップが調整機構によって適正に調整されているとすれば初めて均一な圧延が実現可能である。
【０００４】
そのような一つの調整機構が曲げジャッキである。曲げジャッキは曲げによる撓みと熱による反りとを補償するために力を加えるべくロールのネックに適用される。ジャッキング力はロールの端を曲げることによりロールの中間点におけるロールの面の垂直方向のシフトと対抗するように設計され、そのためロールの端の面はロールの中間点における面と同じ平面にくる。曲げジャッキは、それらが双方とも機能形態において放物線状であるので曲げによる撓みを極めてよく補償するが、ロールギャップのプロフィルは依然として、ワークロールの熱プロフィルが大きな規模であり、帯片の縁部において急激なエッジドロップを有するような状態においては許容される平坦度を備えた薄い帯片を製造するように十分矯正されえない。このような状態においては、曲げジャッキのような放物線状のアクチュエータや伝統的な研磨されたワークロールのクラウンを使用しても必要な補償は提供せず、四半分の反り（クオータバックル）による平坦度の欠陥が帯片に現れる。更に、固定したロールクラウンを備えた曲げアクチュエータを使用しても広範囲の種々の材料硬度や帯片幅の製品を処理する圧延機に対する十分な調整範囲を提供しえない。
【０００５】
各種の圧延した製品の特性を許容し、ワークロールの変動熱クラウンを変動させる一装置が米国特許第４，８８１，３９６号に記載されている。軸線方向に摺動可能なロールは２個のロールの形状から得られる効果がロールの相対的な軸線方向の移動によって決まりうるような仕方で形状が形成されている。各種の放物線および四次形状のロールギャップが、圧延されている製品の特性に圧延機を適合させるようにロールのシフト位置を調整することによって形成することができる。熱による反りの規模や傾斜が大きすぎるのではなく、かつ帯片が可成り厚いものである場合、ロール本体の全長に亘る放物線状の曲げや熱による反りの形成による影響を補償することが可能な連続的に可変のクラウン（ＣＶＣ）を提供するように壜の形状をしたロールを作動させればよい。しかしながら、そのようなＣＶＣロールは広範囲のプロダクトミックスを圧延するためのより大きな融通性と作動範囲とを提供するが、ロールの熱プロフィルを完全に補償するのでなく、依然として帯片の波状部分を発生させうる。
【０００６】
前記米国特許第４，８８１，３９６号は、更に帯片の縁部すなわち四半部分領域における波状を低減するための四次多項方程式として表わされるプロフィルを有するロールの使用を記載している。そのような四次多項方程式のロールギャッププロフィルは帯片の品質を改良したものの、特に高速圧延および（または）高速縮面の間ロール温度が高い場合には四半部分の反り（クオータバックル）による平坦度の欠陥を完全に排除しなかった。多段のアルミニューム用熱間圧延機において、帯片は典型的に約３５８．８℃（７５０°Ｆ）で第１の圧延機スタンドに入り、約３４３．３℃（６５０°Ｆ）で該圧延機スタンドを出て行く。ロールは例えば水あるいは油の混合物のような冷却剤によって連続的に噴射される。ロールの中心部は典型的に約１０１．７℃（２１５°Ｆ）であり、該ロールの縁部は約８７．８℃（１９０°Ｆ）である。ロールの長さに亘る温度差（ロールの表面の温度プロフィル）がロールの表面での変動する膨張を、従って帯片の平坦度の変動をもたらす。ロールの表面の温度プロフィルは圧延機スタンドが使用に伴って加熱され最終的に一定の状態に達するにつれて、時間の経過と共に変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、クオータバックルの欠陥のない帯片を得るために帯片圧延機スタンドにおけるロールの変動する熱膨張を補償する装置に対する要求が存在している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この要求は、相互に対して軸線方向に摺動し、ロール間のギャップに金属の運動している帯片を受け入れるように構成され、ロールギャッププロフィルを画成する一対のロールを含む本発明による圧延機スタンドによって満足される。各ロールは研磨されたロールプロフィルを有し、各ロールの直径が式１によって表わされる七次方程式に従ってロールの長さに沿って変動する。

但し、Ｚ_Rはロールの中心から測定されたロールの面の長さに亘る正規化された距離である。式１の二次成分は一定であることが好ましく、最も好ましいのはＤが零であり、そのためロールの形状から四次成分を排除することである。本発明においては、特定の形状に研磨されたロールによって形成されたロールギャップのプロフィルはワークロールの熱膨張による影響を完全に補償し、従って仕上がった帯片におけるクオータバックルの形成を顕著に低減するように調整することができる。
【０００９】
前記圧延機スタンドは、更にロールギャップのプロフィルを調整する制御装置を含む。前記制御装置はロールの軸線方向長さに沿ってのロール温度プロフィルを検出し、該温度プロフィルに基づいてロールギャップのプロフィルを調整する熱トラッキング装置を含む。ロールは冷却噴射装置を介して冷却され、圧延機スタンドモータによって駆動される。温度プロフィルはロールに噴射される冷却剤の量と、圧延機スタンドモータに送られる動力の量とに基づいてロール温度プロフィルをモデル化することによって決められる。前記圧延機スタンドは、更にロール曲げジャッキを含み、前記制御装置は、更に圧延機スタンドにおいて圧延されている帯片の力によって生じるワークロールとバックアップロールとの曲げと平坦化とを検出する圧延機セットアップ装置を含む。圧延機セットアップ装置はロール温度プロフィルと、ロールの平坦化、および圧延機スタンドを出て行く帯片の所望の平坦度とプロフィルとに基づいてロールギャップをモデル化する。
【００１０】
本発明は、更に
（ａ）ロール間のギャップを形成する一対のサイドシフト可能なワークロールであって、各ワークロールが研磨されたロールのプロフィルを有し、各ロールの直径が式１によって表わされる七次方程式に従ってロールの長さに沿って変動し、

Ｚ_Rがロールの中心から測定されたロールの面の長さに亘る正規化された距離である一対のサイドシフト可能なワークロールを提供する段階と、
（ｂ）前記ロールの間で帯片を圧延する段階と、
（ｃ）式４によって表わされる六次方程式

に従って前記ロールの長さに沿ってロール間のギャップが変動するように前記ロールを軸線方向にシフトする段階であって、Ｚ_Mが圧延機の中心線からの正規化された距離であり、Ｓが正規化されたロールのサイドシフト位置である段階とを有する圧延機スタンドにおいて圧延される帯片の平坦度とプロフィルとを制御する方法を含む。
【００１１】
ロール間のギャップは式５によって表わされる六次方程式に従ってロールの長さに沿って変動する。

【００１２】
軸線方向にサイドシフトするロールの位置を設定する段階はロールの熱膨張量を検出する段階と、ロールの膨張を補償するためにロールの軸線方向のサイドシフトの量を制御する段階と、帯片の力からのロールの撓みを補償するように曲げジャッキの力を設定する段階とを含む。ロールは駆動モータによって回転させられ、該ロールを冷却剤と接触させることによって冷却され、ロールの熱膨張の量が、ロールを回転させるためにモータが要する動力の量とロールに送られる冷却剤の量とからロールの熱プロフィルを計算することによって決定される。ロールの軸線方向のサイドシフトの量を調整する段階が更に、圧延機スタンドを出て行く帯片の許容される平坦度を達成するようにロールの熱プロフィルを補償する段階を含む。
【００１３】
本発明のその他の特徴は同じ部材を同じ参照番号で指示する添付図面と共に検討される好適実施例の以下の関連説明に詳しく説明されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は一対のサイドシフト可能なロールと、六次多項方程式によって表現される可変ロールギャップとを有する圧延機スタンドを含む。前記ロールは４段圧延機スタンド用の一対のサイドシフト可能なワークロールあるいは６段圧延機スタンドの中間ロールでよい。
【００１５】
熱による反りは圧延機が加熱されるにつれて増大し、圧延機の作動温度が安定すると安定状態に到達する。ロールの長さに亘る特定の位置における安定した状態の熱プロフィルは圧延直後のロールの表面に沿って実際の温度を測定することによって立証される数学モデルを使用してロールの長さに沿った特定の位置において推定可能である。熱膨張あるいは熱による反りは冷間状態から加熱状態までのロールの直径の増分として検出される。
【００１６】
１６００．２ミリメートル（６３インチ）幅の帯片と１９０５ミリメートル（７５インチ）幅の帯片との安定した状態での圧延時のワークロールの推定された熱による反り（インチ単位）が図１に示されている。熱による反り対ロールの中心からの距離のインチで示すプロットが熱膨張プロフィルとして示されている。図１は、また六次多項方程式曲線が推定された熱膨張プロフィルと適合していることを示す。熱膨張プロフィルが六次多項方程式によって適合するとの認識に基づいて、本発明は七次多項方程式として表現しうる面プロフィル（形状）を有するように研磨されたロールを含む。推定された熱膨張プロフィルに対して八次多項方程式がさらに良好に適合するものと考えられているが、八次多項方程式によるプロフィルで描かれる面プロフィルを有するようにロールを研磨することは達成が更に困難であって、そこまで必要とは考えられない。従って、本発明は七次多項方程式に基づく面プロフィルに関して以下説明するが、本発明は九次多項方程式にも同様に基づくことも可能である。
【００１７】
各ロール、ワークロールあるいは中間ロールは、ロールの直径が式１に従ってロールの長さに沿って変動するように研磨される。

Ｄ（Ｚ_R）は（例えばインチで測定した）ロールの直径であり、
Ｚ_Rはロールの面の中心に原点をおいてロールの面に沿って正規化した距離であり、
Ｃ_Oは（例えばインチで測定した）ロールの呼称直径であり、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＦおよびＧは各ロールの形状係数である。
【００１８】
ロール形状の方程式１は圧延機の分析およびセットアップモデルに対して有用である。しかしながら、ロール研磨機は原点を中心ではなくて、むしろロール面の一端に位置させて絶対距離座標系において作動する。正規化された座標系から変換するには、式２の以下の変換が採用される。
Ｚ_R＝（２／Ｌ_O）（Ｘ−Ｌ_O／２）（式２）
但し、Ｌ_Oはバックアップロールの面の長さに一般に基づく長さの正規化の項であるが、例えばワークロールの面の長さのようなその他の長さも許容される。式１においてＺ_Rを代入することによってロールを研磨するための研磨されたロールのプロフィルに対して式３のロール形状方程式を提供する。
Ｄ（Ｘ）＝Ｃ_O＋Ｃ₁（Ｘ−Ｌ_O／２）＋Ｃ₂（Ｘ−Ｌ_O／２）²＋Ｃ₃（Ｘ−Ｌ_O／２）³＋Ｃ₄（Ｘ−Ｌ_O／２）⁴＋Ｃ₅（Ｘ−Ｌ_O／２）⁵＋Ｃ₆（Ｘ−Ｌ_O／２）⁶＋Ｃ₇（Ｘ−Ｌ_O／２）⁷ （式３）
但し、Ｄ（Ｘ）は（例えばインチ単位で測定した）ロールの直径であり、
Ｘが（例えばインチ単位で測定した）ロール面の一端に原点を位置させてロールの面に亘る距離であり、
Ｌ_Oは（例えばインチ単位で測定した）正規化した長さであり、
Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄，Ｃ₅，Ｃ₆およびＣ₇はロール研磨係数である。
【００１９】
ロール研磨係数の値はロールの必要な六次ロールクラウンに基づいて選択され、ロール間の距離は放物線のクラウンの所望範囲内でシフト可能である。正規化されたロール形状式（式１）とロール研磨式（式３）とにおける係数の間の関係は以下の通りである。
Ｃ₁ ＝Ａ（２／Ｌ_O）
Ｃ₂ ＝Ｂ（２／Ｌ_O）²
Ｃ₃ ＝Ｃ（２／Ｌ_O）³
Ｃ₄ ＝Ｄ（２／Ｌ_O）⁴
Ｃ₅ ＝Ｅ（２／Ｌ_O）⁵
Ｃ₆ ＝Ｆ（２／Ｌ_O）⁶
Ｃ₇ ＝Ｇ（２／Ｌ_O）⁷
【００２０】
ロールが側方へシフトするにつれてロールギャップのプロフィルに対する所望の変更を達成するためには、頂部ロールと底部ロールとに対する奇数番号のワークロール研磨係数は反対の符号を有する必要がある。すなわち、
Ｃ^T _i＝−Ｃ^B _iであり、ｉは１，３，５または７であり、Ｃ^T _iは頂部ロールの研磨係数であり、Ｃ^B _i底部ワークロール研磨係数である。
【００２１】
図２はロールの中間点からの正規化した距離の関数としてのロール直径の呼称値からの本発明の圧延機スタンドの頂部ロールおよび底部ロールの直径との差のグラフである。頂部ロール（実線）と底部ロール（点線）の直径の差のプロットが式１によって描かれている。七次多項方程式の面プロフィルを有するように研磨されたロールの間を通過する帯片によって経験される均等ロールクラウン（ロールギャッププロフィルと称されるロール間のギャップの寸法）は２個のロールの曲線を組み合わせることによって決まり、図２において太線で示されている。
【００２２】
ロールはロール間で形成されたギャップの有効プロフィルを調整するためにサイドシフト位置と称される画定された位置まで横方向に運動可能である。ロールがシフトする場合、ロールは反対方向に同じ距離だけ運動する。最小のサイドシフト位置（ロールがシフトしうる最小距離）と最大サイドシフト位置（ロールがシフト可能な最大距離）との間の所定のサイドシフト位置に対するロールギャップ有効プロフィルが式４によって表わされる。
ＲＰＧ（Ｚ_M，Ｓ）＝（ＨＳ＋Ｉ）Ｚ_M ²＋（ＪＳ＋Ｋ）Ｚ_M ⁶ （式４）
但し、ＲＰＧ（Ｚ_M、Ｓ）は圧延機の中心線からの距離とＳの距離だけシフトしたロールのロールギャップの有効プロフィルであり、
Ｚ_Mは圧延機の中心線からの正規化された距離であり、
Ｓは正規化したロールのサイドシフト位置である。
【００２３】
定数Ｈ，Ｉ，ＪおよびＫは圧延機の最小のサイドシフト位置と最大サイドシフト位置とによって各々決まる。特に、
Ｈ＝（Ｐ₂−Ｐ₁）／（Ｓ_max−Ｓ_min）
Ｉ＝（Ｐ₁Ｓ_max−Ｐ₂Ｓ_min）／（Ｓ_max−Ｓ_min）
Ｊ＝（Ｑ₂−Ｑ₁）／（Ｓ_max−Ｓ_min）
Ｋ＝（Ｑ₁Ｓ_max−Ｑ₂Ｓ_min）／（Ｓ_max−Ｓ_min）
但し、Ｐ₂は最大サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、
Ｐ₁は最小サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、
Ｑ₂は最大のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、
Ｑ₁は最小のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、
Ｓ_maxは最大の正規化されたサイドシフト位置であり、
Ｓ_minは最小の正規化されたサイドシフト位置である。
【００２４】
好適実施例において、有効ロールクラウンの放物線成分は一定であり、そのためロールがシフトするにつれて、六次の成分のみが変動する。これにより有効ロールギャッププロフィルの式４を式５に簡略化する。
ＲＧＰ（Ｚ_M，Ｓ）＝Ｐ_OＺ_M ²＋［１／（Ｓ_max−Ｓ_min）］［（Ｑ₂−Ｑ₁）Ｓ＋（Ｑ₁Ｓ_max−Ｑ₂Ｓ_min）］Ｚ_M ⁶ （式５）
但し、Ｐ_Oは全てのサイドシフト位置に対する有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさである。この好適実施例において、有効ロールギャッププロフィルの設計式（式５）と水平軸に沿って各ワークロールの直径を画定する式（式１）の係数とにおけるパラメータの間の関係は以下の通りである。
Ａは使用者が選択するパラメータ、
Ｂ＝Ｐ_O
Ｃ＝（−１０ＥＳ_max ²＋１５ＦＳ_max ³−２１ＧＳ_max ⁴）／３
Ｄ＝０
Ｅ＝３ＦＳ_max−７ＧＳ_max ²
Ｆ＝（Ｑ₂Ｓ_min−Ｑ₁Ｓ_min）／（Ｓ_max−Ｓ_min）
Ｇ＝（Ｑ₂−Ｑ₁）／［７（Ｓ_max−Ｓ_min）］
【００２５】
一旦これらの係数ＡからＧまでが決定されると、ロール研磨機が使用する実際の係数Ｃ_i（ｉ＝０，１，．．．，７）は前述のように計算することができる。係数Ｄを零にセットすることによって、一対のサイドシフトするロールによって形成される有効ロールギャップからの四次成分が抑制される。係数Ａは各ワークロールの最大直径差を最小にするように使用者によって選択されるパラメータである。Ａの値はロールセットによって形成されるロールギャップのプロフィルの形状に影響を与えない。静的な放物線成分Ｐ_Oの大きさは、全ての処理条件に対して、かつ圧延機によって一般に圧延される製品に対してその作動範囲内にワークロール曲げジャッキの力を保持するように選択される。有効ロールクラウンの六次成分の最小値は通常零あるいは極めて小さい数となるように選択される。これはロール交換後あるいは長時間の生産遅れの後圧延機を始動させるのに要する設定に対応する。六次成分の最大値は圧延機によって通常処理される最狭幅の帯片を圧延する場合に展開されるワークロールの安定した状態の熱プロフィルを消去するのに要する大きさを決定することによって選択される。
【００２６】
図３は安定状態の圧延機作動における本発明のロール（実線）と放物線プロフィルに研磨した従来技術によるロール（点線）とを使用して、圧延機スタンドを出て行く帯片の予測される形状のモデルにより作成したグラフである。帯片の形状は帯片の中心線からの（インチ単位で）測定した帯片の幅に亘る（平方インチ当たりのポンド、すなわちｐｓｉで示す）テンションの分布を通して決定される。従来技術によるロールはクオータバックル欠陥に相応する、帯片の中心線から約７６２ミリ（３０インチ）のところで高度の圧縮テンションを示す。この減少はジャッキング力（ＪＦ）が低度（１５６キロポンド／チョック）、中程度（１９６キロポンド／チョック）および高度（２４０キロポンド／チョック）の間を変動しても顕著には変化しない。対照的に、本発明においては、低度のジャッキング力が使用されている。例えば、単に約１４０キロポンド／チョックのジャッキング力は図３に示すデータを発生させたモデルに含まれていた。七次多項方程式によって研磨したロールを使用することによって基本的に七次クオータバックル欠陥を排除した。
【００２７】
多数スタンドの連続熱間圧延機において実行された実際の圧延試験においても同様の結果が得られた。従来技術によるロールを備えた圧延機の作動によって一旦圧延機が安定した加熱状態に達すると殆どの帯片のコイルにおいてクオータバックルの欠陥をもたらした。その結果の帯片の縁部におけるより高いテンショウンがある状況下ではエッジクラックを起因させうる。七次多項方程式に従って直径が変動するように本発明によって研磨されたロールを設置すると、クオータバックルの欠陥とエッジクラックとが顕著に低減した。
【００２８】
本発明は、更に圧延機スタンドを出て行く帯片の平坦度を制御する装置と方法とを含む。図４によれば、本装置２は可変のロールギャッププロフィルを有するギャップ（図示せず）を画成する一対のバックアップロール４と一対のサイドシフト可能なワークロール６とを含む。ワークロール６は前述したように（図２）七次多項方程式による面プロフィルを有し、スタンド駆動モータ８によって駆動されることが好ましい。帯片Ｓはワークロール６の間のギャップにおいて縮面され、コイル状にされコイルＣになる。冷却噴射装置１０はロール温度に基づいてロールに冷却剤を送り、ワークロールの噴射制御装置１２によって制御される。
【００２９】
ワークロール温度はロールの長さに沿って変動し（中心線において最も高い温度）、安定した状態に達するまで圧延機スタンドの始動時から全体的に増加する。ワークロール６の熱プロフィルはコンピュータに基づくワークロールの熱トラッキングモデル化装置１４において計算可能である。熱プロフィルの計算はスタンド駆動モータ８に送られる動力に関するデータと、ロール面に沿って回転される噴射ノズルの数と、冷却剤の温度と、冷却剤の流量とに関するワークロール噴射制御装置１２からのデータとに基づいて計算される。熱トラッキングモデル化装置１４はワークロール６の面に亘るロール温度とワークロール６の厚さを通してのロール温度とに関してワークロール６の熱プロフィルを決定する。特に、熱トラッキングモデルは金属の円筒体（ロール）の熱伝導モデルを含む。前記円筒体の長さに亘る、および円筒体の半径方向外方への温度分布は圧延機が帯片を圧延し、ロールが冷却噴射装置１０によって冷却されるにつれてロールの面からの正味の熱の入力あるいは出力をトラッキングすることによって推測される。前記モデルはスタンド駆動モータ８によって送られている動力をモニタすることによりロールへの熱入力と、装置１０の噴射がオンあるいはオフであるかを検出し、冷却剤の温度の影響と、ロールの面での冷却剤の流量と分布とを評価することによって冷却噴射装置１０からの冷却の量とを周期的に評価する。ロールの面に亘る温度分布が計算される。次に、対応する熱プロフィルが、推定された温度分布に基づくロールに亘るロールの膨張を計算する別のモデルにより計算される。
【００３０】
推定されたワークロールの熱プロフィルはコンピュータに基づくプロフィル／平坦度セットアップモデル化装置１６に提供される。熱トラッキングモデル化装置１４を収納しているコンピュータは、またセットアップモデル化装置１６も収納しうる。セットアップモデル化装置１６はワークロール６を出て行く帯片Ｓの合格の平坦度およびプロフィルを達成するためにワークロールの熱プロフィルの推定、送入される帯片Ｓの推定圧延力および圧延されつつある製品の特性からロールギャップのプロフィルに対する必要な調整を計算する。ワークロールを出て行く帯片Ｓの平坦度は帯片Ｓの可視検査に基づくプロフィル／平坦度セットアップモデル化装置１６を調整する操作者によって検出しうる。
【００３１】
コンピュータに基づくセットアップモデル化装置１６の出力は曲げジャッキ（図示せず）を制御する曲げ制御装置２０およびワークロール６のサイドシフトを制御するロールサイドシフト制御装置２２に対する次の設定を提供する。セットアップモデル化装置１６は変形過程を分析することによって帯片Ｓがロールニップを通過するとき帯片Ｓの厚さが減少するにつれて圧延機スタンドにおいて想定される力を推定する。この分析において、材料の冶金学的特性、当該材料の温度、および変形の量と速度とが検討される。セッタアップ装置は、また帯片Ｓの予測される力に応答してワークロール６およびバックアップロール４との機械的な曲げや平坦化を予測する別のモデルを含む。ワークロール６の撓みの量、熱膨張のプロフィル、研磨されたロールのクラウンおよびロールの平坦化の全てはロールギャップの特性を検出する。セットアップモデル化装置１６は帯片Ｓの予測される力に応答してワークロール６およびバックアップロール４の機械的な曲げおよび平坦化を予測する別のモデルを含む。ワークロール６の撓みの量、熱膨張プロフィル、研磨されたロールクラウンおよびロールの平坦化の全てはロールギャップの特性を決定する。セットアップモデル化装置１６はワークロール６の平坦化とワークロール６の熱膨張を補償するのに要する六次方程式によるロールクラウンの量と、ロールギャップの特性が送入されてくる帯片のプロフィルと適合するようにロールの撓みを補償するのに要する曲げ力とを検出する。このような適合によって圧延機スタンドを出て行く帯片の合格した平坦度を提供する。六次元のクラウンの大きさが一旦決まると、サイドシフト可能なワークロール６の位置セッテイングが、有効ロールクラウンおよびシフト位置との間の代数的な関係により直ちに決められる。
【００３２】
現在好適な実施例を説明したきたが、本発明は添付の特許請求の範囲内の実施例内で実施されることが理解されるべきである、
【図面の簡単な説明】
【図１】ワークロールの半分の長さに亘る推定される熱による反りとそれに六次多項式を適合したグラフである。
【図２】本発明によるワークロールの直径と、それに均等なクラウンのプロフィルとのグラフである。
【図３】本発明と従来技術とに対する帯片の形状対帯片の中心線からの距離とのグラフである。
【図４】本発明による装置の線図である。
【符号の説明】
２装置
４バックアップロール
６ワークロール
８スタンド駆動モータ
１０冷却噴射装置
１２ワークロール噴射制御装置
１４熱トラッキングモデル化装置
１６プロフィル／平坦度セットアップモデル化装置
２０曲げ制御装置
２２ロールサイドシフト制御装置
Ｓ帯片

Claims

相互に対して軸線方向に摺動可能であり、ロール間のロールギャップにおいて金属の運動している帯片を圧延するように構成されている一対のロールを有する圧延機スタンドであって、可変のロールギャップのプロフィルが前記ロールを軸線方向にシフトすることによって調整可能である圧延機スタンドにおいて、
各ロールが研磨されたロールプロフィルを有し、各ロールの直径Ｄ（Ｚ_R）は、七次方程式
Ｄ（Ｚ _R ）＝Ｃ _O ＋ＡＺ _R ＋ＢＺ _R ² ＋ＣＺ _R ³ ＋ＤＺ _R ⁴ ＋ＥＺ _R ⁵ ＋ＦＺ _R ⁶ ＋ＧＺ _R ⁷
に従ってロールの長さに沿って変動し、
但し、Ｃ _O がロールの呼称直径であり、Ｚ _R がロールの中心から測定したロールの面の長さに沿って正規化した距離であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＦおよびＧが各ロールの形状係数であり、そして
前記可変のロールギャッププロフィルが、六次方程式
ＲＧＰ（Ｚ _M ，Ｓ）＝（ＨＳ＋Ｉ）Ｚ _M ² ＋（ＪＳ＋Ｋ）Ｚ _M ⁶
に従ってロールの長さに沿って変動し、
但し、Ｚ _M が圧延機の中心線からの正規化された距離であり、Ｓが正規化されたロールサイドシフト位置であり、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫが圧延機の最小のサイドシフト位置と最大サイドシフト位置によって各々決まる定数であり、それぞれＨ＝（Ｐ _２ −Ｐ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｉ＝（Ｐ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｐ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｊ＝（Ｑ _２ −Ｑ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｋ＝（Ｑ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｑ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ）であり、これらにおいて
Ｐ _２は最大サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｐ _１は最小サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｑ _２は最大のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｑ _１は最小のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｓ _ｍａｘは最大の正規化されたサイドシフト位置であり、Ｓ _ｍｉｎは最小の正規化されたサイドシフト位置である
ことを改良点とすることを特徴とする圧延機スタンド。
Ｄが零であることを特徴とする請求項１に記載の圧延機スタンド。
ロールギャップのプロフィルを調整する制御装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の圧延機スタンド。
前記制御装置がロールの長さに沿ったロール温度プロフィルを検出し、前記温度プロフィルに基づいてロールギャップのプロフィルを調整する熱トラッキング装置を含むことを特徴とする請求項３に記載の圧延機スタンド。
前記ロールが冷却噴射装置を介して冷却され、かつ圧延機スタンドモータによって駆動され、更に前記ロールに噴射される冷却剤の量と、圧延機スタンドモータに送られる動力の量に関したデータおよび冷却剤の温度に関したデータに基づいたモデルがコンピュータに基づいた作業ロールの熱トラッキングモデル化装置において計算され、前記モデルが前記ロール温度プロフィールを決定するよう使用されることを特徴とする請求項４に記載の圧延機スタンド。
ロール曲げジャッキを更に含み、前記冷却装置が更に圧延機スタンドにおいて帯片によって変形するロールの曲げと平坦度とを決定する圧延機セットアップ装置を含み、前記圧延機セットアップ装置が前記ロール温度プロフィルと、前記ロールの曲げと平坦度とに基づいてロールギャップをモデル化して圧延機スタンドから出て行く帯片の許容しうる平坦度を達成することを特徴とする請求項４に記載の圧延機スタンド。
各ロールを軸線方向にシフトするように構成されたロールのサイドシフタを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の圧延機スタンド。
相互に対して軸線方向に摺動可能であって、ロール間のロールギャップにおいて金属の運動している帯片を圧延するように構成された複数のロールを有する圧延機スタンドであって、可変のロールギャップのプロフィルが前記ロールを軸線方向にシフトすることによって調整可能である圧延機スタンドにおいて、
前記ロールの間でギャップを形成する一対のサイドシフト可能なワークロールであって、各ワークロールが研磨されたロールプロフィルを有し、各ワークロールの直径Ｄ（Ｚ _Ｒ）は、七次方程式
Ｄ（Ｚ _R ）＝Ｃ _O ＋ＡＺ _R ＋ＢＺ _R ² ＋ＣＺ _R ³ ＋ＤＺ _R ⁴ ＋ＥＺ _R ⁵ ＋ＦＺ _R ⁶ ＋ＧＺ _R ⁷
に従ってロールの長さに沿って変動し、
但し、Ｃ _O がロールの呼称直径であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＦおよびＧが各ロールの形状係数であり、そして
Ｚ _R がロールの中心から測定したロールの面の長さに亘って正規化した距離であり、
前記可変のロールギャッププロフィルが、六次方程式
ＲＧＰ（Ｚ _M ，Ｓ）＝（ＨＳ＋Ｉ）Ｚ _M ² ＋（ＪＳ＋Ｋ）Ｚ _M ⁶
に従ってロールの長さに沿って変動し、
但し、Ｚ_Mが圧延機の中心線からの正規化された距離であり、Ｓが正規化されたロールサイドシフト位置であり、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫが圧延機の最小のサイドシフト位置と最大サイドシフト位置によって各々決まる定数であり、それぞれＨ＝（Ｐ _２ −Ｐ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｉ＝（Ｐ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｐ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｊ＝（Ｑ _２ −Ｑ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｋ＝（Ｑ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｑ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ）であり、
これらにおいて、Ｐ _２は最大サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｐ _１は最小サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｑ _２は最大のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｑ _１は最小のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｓ _ｍａｘは最大の正規化されたサイドシフト位置であり、Ｓ _ｍｉｎは最小の正規化されたサイドシフト位置であることを改良点とすることを特徴とする圧延機スタンド。
前記ロール間のギャップがロールの長さに沿って、六次方程式
ＲＧＰ（Ｚ_M，Ｓ）＝Ｐ_OＺ_M ²＋［１／（Ｓ_max−Ｓ_min）］［（Ｑ₂−Ｑ₁）Ｓ＋（Ｑ₁Ｓ_max−Ｑ₂Ｓ_min）］Ｚ_M ⁶
に従って変動し、ここで
Ｐ_Oが全てのサイドシフト位置に対して有効なロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、
Ｓ_maxが最大の正規化したサイドシフト位置であり、
Ｓ_minが最小の正規化したサイドシフト位置であり、
Ｑ₂が最大のサイドシフトにおいて達成される有効なロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、
Ｑ₁が最小のサイドシフトにおいて達成される有効なロールギャッププロフィルの六次の大きさであることを特徴とする請求項８に記載の圧延機スタンド。
ロールギャップのプロフィルを調整する制御装置であって、ロールの長さに沿ってロール温度プロフィルを決定し、前記温度プロフィルに基づいてロールギャップのプロフィルを調整する熱トラッキング装置を有する制御装置を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の圧延機スタンド。
圧延機スタンドにおいて圧延された帯片の平坦度を制御する方法において、
（ａ）それらの間でギャップを形成する一対のサイドシフト可能なワークロールであって、各ワークロールが研磨されたロールプロフィルを有し、各ワークロールの直径Ｄ（Ｚ _Ｒ）は、七次方程式
Ｄ（Ｚ _R ）＝Ｃ _O ＋ＡＺ _R ＋ＢＺ _R ² ＋ＣＺ _R ³ ＋ＤＺ _R ⁴ ＋ＥＺ _R ⁵ ＋ＦＺ _R ⁶ ＋ＧＺ _R ⁷
に従ってロールの長さに沿って変動し、
但し、Ｃ _O がロールの呼称直径であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＦおよびＧが各ロールの形状係数であり、そして
Ｚ_Rがロールの中心から測定したロールの面の長さに亘って正規化した距離である一対のサイドシフト可能なワークロールを提供する段階と、
（ｂ）ワークロール間で帯片を圧延する段階と、
（ｃ）ロールの間のギャップが、六次方程式
ＲＧＰ（Ｚ_M，Ｓ）＝（ＨＳ＋Ｉ）Ｚ_M ²＋（ＪＳ＋Ｋ）Ｚ_M ⁶に従ってロールの長さに沿って変動するように最大のサイドシフト位置と最小のサイドシフト位置との間でロールを軸線方向にシフトさせる段階であって、
但し、Ｚ_Mが圧延機の中心線からの正規化した距離であり、Ｓが正規化されたロールのサイドシフト位置であり、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫが圧延機の最小のサイドシフト位置と最大サイドシフト位置によって各々決まる定数であり、それぞれ
Ｈ＝（Ｐ _２ −Ｐ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｉ＝（Ｐ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｐ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｊ＝（Ｑ _２ −Ｑ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｋ＝（Ｑ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｑ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ）であり、ここで
Ｐ _２は最大サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｐ _１は最小サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｑ _２は最大のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｑ _１は最小のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｓ _ｍａｘは最大の正規化されたサイドシフト位置であり、Ｓ _ｍｉｎは最小の正規化されたサイドシフト位置である段階とを含むことを特徴とする帯片の平坦度を制御する方法。
ロールを軸線方向にサイドシフトする前記段階がロールの熱膨張の量を検出し、ロールの熱膨張を補償するようにロールの軸線方向のサイドシフトの量を制御する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
前記ロールが駆動モータによって回転し、該ローラを冷却剤と接触させることによって該ローラが冷却され、前記ロールの熱膨張の量が該ロールを回転させるためにモータが要する動力の量と、該ロールに送られる冷却剤の量とから該ロールの熱プロフィルを計算することによって決定されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記ロールの軸線方向のサイドシフトの量を調整する段階が圧延機スタンドを出て行く帯片の平坦度を補償する段階を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
圧延機スタンドにおいて圧延される帯片の平坦度を制御する方法において、
各々のロールが研磨されたロールプロフィルを有し、各ロールの直径Ｄ（Ｚ _Ｒ）は、七次方程式
Ｄ（Ｚ _R ）＝Ｃ _O ＋ＡＺ _R ＋ＢＺ _R ² ＋ＣＺ _R ³ ＋ＤＺ _R ⁴ ＋ＥＺ _R ⁵ ＋ＦＺ _R ⁶ ＋ＧＺ _R ⁷
に従ってロールの長さに沿って変動し、
但し、Ｃ _O がロールの呼称直径とし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＦおよびＧが各ロールの形状係数であり、Ｚ _R がロールの中心から測定したロールの面の長さに亘って正規化した距離である一対のサイドシフト可能なワークロールを提供し、各ワークロールの直径が該ロールの長さに沿って変動する一対のサイドシフト可能なワークロールの間のギャップを、六次方程式
ＲＧＰ（Ｚ _M ，Ｓ）＝（ＨＳ＋Ｉ）Ｚ _M ² ＋（ＪＳ＋Ｋ）Ｚ _M ⁶
に従ってロールの長さに沿って変動させ、但し、Ｚ _M が圧延機の中心線からの正規化した距離であり、Ｓが正規化されたロールのサイドシフト位置であり、Ｈ、Ｉ、ＪおよびＫが圧延機の最小のサイドシフト位置と最大サイドシフト位置によって各々決まる定数であって、それぞれＨ＝（Ｐ _２ −Ｐ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｉ＝（Ｐ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｐ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｊ＝（Ｑ _２ −Ｑ _１）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ），Ｋ＝（Ｑ _１Ｓ _ｍａｘ −Ｑ _２Ｓ _ｍｉｎ）／（Ｓ _ｍａｘ −Ｓ _ｍｉｎ）であり、
ここでは、Ｐ _２は最大サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｐ _１は最小サイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの二次の大きさであり、Ｑ _２は最大のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｑ _１は最小のサイドシフトにおいて達成された有効ロールギャッププロフィルの六次の大きさであり、Ｓ _ｍａｘは最大の正規化されたサイドシフト位置であり、Ｓ _ｍｉｎは最小の正規化されたサイドシフト位置であるように、
前記ギャップを形成するように提供する段階と、
前記ロールの間で帯片を圧延する段階と、
前記ロールの熱膨張の量を検出し、前記ロールの熱膨張を補償するように該ロールの軸線方向のサイドシフトの量を調整する段階とを含むことを特徴とする圧延機スタンドにおいて圧延される帯片の平坦度を制御する方法。
前記ロールが駆動モータによって回転され、前記ロールが該ロールを冷却剤と接触させることによって冷却され、前記ロールの熱膨張の量が、前記ロールを回転させるためにモータが要する動力の量と前記ロールに送られる冷却剤の量に基づいたモデルがコンピュータに基づいた作業ロールの熱トラッキングモデル化装置において計算され、前記モデルが使用されて前記ロール温度プロフィルを決定することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記ロールの軸線方向のサイドシフトの量を調整する段階が圧延機スタンドを出ていく帯片の平坦度を補償する段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。