JP4335362B2 - 圧延機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対のワークロールを有し、これらのワークロールが場合によっては直接に、または中間ロールを介して、やはり対のバックアップロールで支えられており、少なくとも１つのロール対のロールが軸線方向で互い違いに移動可能となった圧延機、例えば熱間平圧延機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前提部分に係る圧延機が例えば欧州特許明細書第００４９７９８号公報により公知である。この公知の圧延機のロール対のロールが備えている湾曲輪郭は両方のロールの胴長全体にわたって延びて、両方の胴部輪郭が専らこれらのロールの特定の軸線方向相対位置で補い合う形状を有する。この刊行物の先行技術における好ましい実施では、ロール対の両方のロールは同一のＳ字形に研削されて、組込状態のとき相互に１８０°転向させて配置されている。
【０００３】
熱間圧延鋼帯を圧延するときに圧延材の幅にわたって発生して、所定の鋼帯断面を有する平鋼帯の生成を困難にする厚さ誤差をこのような圧延機によって対処する。このような厚さ誤差は、一方ではロールが圧延荷重を受けて長さにわたって曲がることによって、他方では熱間圧延鋼帯に接触したときのロールの膨張によって発生し、これらのロール膨張はクラウン（サーマルクラウン）の増加によって顕在化する。両方の場合ロール間隙断面が変化し、圧延材の幅にわたって−単位時間当たり通過体積一定の法則に従って−さまざまな鋼帯伸びが現れる。これらの伸びは鋼帯の波または反りに現れる。
【０００４】
前提部分に係る解決策はこの問題を輪郭付与ロールによって解決する。ロール胴部を適切に研削した場合、ロールを軸線方向で互い違いに移動させることによって、さまざまなロール間隙横断面を調整し、こうしてロール胴部の変化も補償することが可能となる。例えば、ロールのＳ字形輪郭研削と、軸線方向でロールを互い違いに移動させることによって先行技術において向き合うロールの組込状態を１８０°回すことで、等距離ロール間隙断面の調整も凸面または凹面ロール間隙断面の調整も可能となる。
【０００５】
従来一般的なキャンバを与えたワークロールでは、理想的な場合に平坦鋼帯が生じるように、圧下力を受けたロールの曲りがこの凸面キャンバによって補償されるようにワークロールの曲率半径が選定されたが、これらのワークロールに対して、公知の解決策によって著しい利点が達成された。この解決策の欠点としては、研削キャンバが常に特定の圧下力および圧延材幅のために発生するだけであった。圧下力または圧延材幅が変化すると、別の球形研削ロールを使用しなければならなかった。ロールの熱によるキャンバはこのキャンバで調節することができない。
【０００６】
Ｓ字形輪郭付与ロールを使った前記解決策は荷重および温度の影響を受けて生じるロール胴部変化の或る程度の補償を可能とするが、しかし欠点として、湾曲研削面を備え、熱の影響および摩耗によって変化するロール胴部を製造するのが困難である。なぜならば、ロールの曲りが実質的に対称で、鋼帯が対称である場合、ロール中心を基準に非対称な湾曲は、熱膨張と合わせて、ロールの移動によっては補償することのできない非対称な摩耗を引き起こすからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、熱によるキャンバの結果としてまた荷重を受けて起きるロールの曲りとそのことによって生じるロール間隙変化との十分な調節および補償を可能とし、こうしてこの圧延機の最適な断面・平坦度制御を可能とする、円筒形または対称に研削されたロールを有する熱間平圧延機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明によれば、少なくとも、移動可能なロール対の各ロールが、中空ロールとして構成されており、それらの中空室がロール長手軸線を基準に回転対称に、またロール胴部中心でロール長手軸線に交差する想定横平面を基準に非対称に構成されており、移動可能なロール対の両方のロールが、同一に構成された中空室を相互に１８０°転向させて組込まれていることが提案される。
【０００９】
中空ロールは熱間圧延機に関連して以前から公知であり、例えばドイツ特許第５３３６８５号に述べられている。そこで認められたように、薄板の熱間圧延時に圧延材に接触してまた摩擦熱の結果としてロール縁よりも中心部でロール胴部の強い加熱が現れて、これがロール中の熱分布を不均一にする。これによりロールの不均一な膨張もしくは収縮が現れて、ロール表面をそれ相応に変化させる。これを防止するために、前記特許は、空洞の直径が空洞の縁よりも中心部で大きくなった曲線状中空室断面を円筒形ロールに具備し、好ましくはロール中心線とロール軸線に一致した中心垂線との交点をその中心とした円弧によって中空室断面の曲線を形成することを提案している。
【００１０】
一層古いドイツ特許第２００７３４号に円筒形接触面を有する熱間圧延機用の中空ロールがやはり述べられており、この中空ロールはロール中心を基準に対称に延びる空洞によってロールの熱によるキャンバに対抗して働く。
【００１１】
両方の公知の解決策では、圧下力の変化の結果としての曲りの補償を想定していない。しかしこの曲りは、本発明により提案されるロールによって、ロール胴部の熱的変化と同様に簡単に解消することができる。公知の対称中空室構成から離れて本発明は、各ロールのロール胴部有効長さの少なくとも一部にわたって延びる本発明によるロールの中空室を、ロールを基準に非対称に、またロール対の他方のロールを基準に鏡像的に配置し、同時に互い違いのロール移動を設けることを提案する。荷重を受けてロールが曲ると、ロールの非対称中空室はその特別の組込状態において、ロール胴部の長さにわたって非対称な弾性曲線を引き起こし、この弾性曲線は中空室を適切に形成した場合Ｓ字形に延びる。前提部分を構成する先行技術で提案されたのと同様に、有効ロール胴部に現れる点対称キャンバは、ロールを互い違いに移動させて、ロール間隙横断面を任意に変更し、ロール間隙断面を平坦、凸面、凹面に設定するのに利用することができる。しかしロール胴部の中心を基準に非対称に選択された中空室断面は、ロールの外殻が円筒形に研削されているので、前提部分を構成する先行技術におけるようにはワークロールの摩耗を受けない。
【００１２】
本発明の好ましい構成によれば、ロールが片側開口中空円筒として構成されており、それらの密閉正面端にそれぞれ一方のロール首部が同軸で一体に形成されまたは装着されており、またその反対側の開口端内には、各ロールのロール内面とロール首部外面との間にロール端に向かって開口した隙間が残るように他方のロール首部が同軸で嵌め込まれており、これらのロール首部と各ロールとの間の結合がロールの内部で各１つの支持軸受によって行われ、この支持軸受がロール首部とロール内面との間の空間を満たし、この支持軸受とロールの密閉正面端との間に中空室が形成される。片側の中空室と反対側の間隙と合わせて支持軸受によるロールの非対称な支えは、荷重下に望ましいロールのキャンバを引き起こす。しかしこのようなロールの製造は単純に機能的である。
【００１３】
本発明によるロールの中空室断面の制限は直線の多角形化によって行うことができるが、しかし好ましくは本発明によれば、ロールの長さにわたってさまざまな厚さのロール外殻をロールに付与する湾曲輪郭を利用することができる。これにより、選択した曲率もしくはそれから生じるロール外殻直径に合わせて圧延荷重下でも熱的条件下でもロールの希望する曲げ挙動が得られる。
【００１４】
好ましい実施では、湾曲輪郭が凸面部分と凹面部分とで構成される。中空室断面のこれら両方の部分は、両方のロールの組込位置を１８０°回した場合、ロールの互い違いの移動によってロール胴部断面の調整を特別簡単に可能とし、ロール胴部の或る移動位置ではロール胴部輪郭が補い合い、別の移動位置ではロール間隙が凹面から凸面へと変化する。
【００１５】
しかし、湾曲輪郭がその他では円筒形のロールの一部にわたって延びていることも、本発明の枠内で考えられる。従って、例えば一方のロール半片またはその一部の上での凹面部分も凸面部分も他方のロール半片の円筒形部分と交替させることができる。
【００１６】
湾曲中空室輪郭が奇数次数の多項式、好ましくは３次多項式、によって形成されると、特に有利である。３次多項式は、ロールの対称曲りの下で点対称性に関して変化しない特性を有する。
【００１７】
本発明の他の好ましい構成では、中空室断面がロール胴部有効長さの領域内で階段状輪郭によって限定される。階段状輪郭は容易に製造することができ、いわば湾曲輪郭と同様に希望する目的を達成する。
【００１８】
本発明の特に好ましい構成では、ロールの中心軸線と同軸で円筒形外殻体に嵌め込まれた同一外径、各種内径のリングによって階段状輪郭が形成される。これらのリングは内部で円筒形の外殻に押し込むことができ、場合によっては中空室断面を変更するために他のリングと取り替えることができる。
【００１９】
更に、外殻体とリングが異なる材料で形成されていることが考えられ、例えば外殻体は特別耐摩耗性の材料から、リングは弾性材料から作製しておくことができる。
【００２０】
また、本発明の他の特徴により、別の強度および／または別の熱伝導率の材料でロールの中空室を充填することも考えられる。既にロール製造時に、即ち鋳造時に、ロール材料からなる外殻体を、熱的、機械的ベンディングの要請に対応した別の材料の耐熱性心部と対にすることが考えられる。また、本発明の構成では、圧延操作時にロールの熱的変化を付加的に調節するためにロールの既設中空室に冷媒を導入することが考えられる。
【００２１】
ロールの外殻と中空室を限定する内部部品が別々に構成されている解決策では、外殻を互換性摩耗体として構成することが考えられる。
【００２２】
摩耗した場合に容易に再研削しまたは交換することのできる円筒形ロール胴部を使用することに本発明の特別の利点はあるが、ロールの曲りの一部を補償することのできる公知の対称キャンバを円筒形ロール胴部に備えることも考えられる。対称キャンバを与えたロールの再研削は摩耗したＳ字形輪郭付与ロール胴部表面よりも一層簡単であり、そこでも本発明の利点は完全に発揮される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例が図面に示してあり、以下に説明される。
図１に示したロール対が上ロール１と下ロール２とを有し、これらのロールは矢印３で示唆したように互いに逆方向に移動可能である。ロール対の両方のロール１、２は中空ロールとして構成されており、それらの中空室４、５は各ロール１、２のロール長手軸線６を基準に回転対称に、またロール胴部の中心でロール長手軸線に交差する想定横平面７を基準に非対称に構成されている。同一に構成された中空室４、５が相互に１８０°転向させて組込まれているようにロール１、２は組込まれており、圧延操作のときロール１、２の希望する非対称変形が生じ、この変形が方向３でのロール１、２の移動と合わせて可変ロール間隙を生じる。
【００２４】
ロール１、２の中空室４、５は、図１に示したように、圧延材８に接触する領域によって生じるロール胴部有効長さの一部にわたってのみ延ばすことができ、またはロール胴部有効長さの全体にわたって延ばすこともできる。
【００２５】
ロール１、２の中空室４、５は多種多様な形状が考えられ、それらが例示的に図２〜図１０に示してある。簡素化の理由から図２〜図１０ではそれぞれロール対の一方のロール１もしくは２のみが示してあることを指摘しておかねばならない。それぞれ他方のロール１または２は、図１にのみ示したように、それぞれ１８０°転向させて組込まれており、図示ロールと１対にされている。
【００２６】
図２ではロール１または２の中空室４または５が直線部分で構成されており、回転体として形成される中空室断面をこれらの直線部分が限定する。中空室は事実上３つの円錐台で構成されており、そのうち２つの円錐台はそれらの底面が合致し、第３円錐台はその上面が隣接円錐台の上面と合致している。
【００２７】
しかし、図３に示すように、主請求項の条件に対応した湾曲輪郭１５によってロール１、２の中空室４、５を限定することも同様に考えられる。湾曲輪郭は任意に選択可能であり、三角関数の一部、多項式の一部とすることができ、または螺旋の一部とすることもできる。
【００２８】
図４に示したように、湾曲輪郭１５が凸面部分と凹面部分とで構成され、それらの各部分が円半径によって決定可能であるとき、好ましい事情が得られる。図５に示すように、符号９に示唆したように奇数次数の多項式、好ましくは３次多項式によって湾曲輪郭１５が形成されることも、やはり好ましい。
【００２９】
本発明によるロールの中空室を構成する他の可能性は、図６に示すように階段状輪郭によってロール胴部有効長さの領域内で中空室を限定することにある。符号１０としたこれらの階段状輪郭はリリーフ加工によって製造することができる。
【００３０】
図７に示すように、同一外径と各種内径とを有するリング１２を嵌め込んだ円筒形外殻体１１を使用することによって、階段状輪郭の簡単な製造が可能となる。更にこの変更態様の利点として、円筒形外殻体は互換性であり、リング１２は再利用することができる。
【００３１】
ロール１、２の中空室４、５は強度および／または熱伝導率の異なる材料１３で充填されていることが図８に示唆されている。この場合にも、その他の中空ロールの場合と同様に、互換性摩耗体として役立つ外殻１４を中空ロールに具備することができる。この例が図９に略示されている。
【００３２】
請求項１に記載された中空室を装備したロール１、２またはそのロール外殻１１または１４が対称キャンバを有し、これらのキャンバを中空室断面に重ねることができることを図１０は示している。
【００３３】
図１１は本発明によるロールの好ましい実施態様を示している。ロール１もしくは２は片側開口中空円筒として構成されており、その密閉正面端に各１つのロール首部１６が同軸で一体に形成されまたは装着されており、その反対側の開口端には、ロール１もしくは２のロール内面１８とロール首部外面１９との間にロール端に向かって開口した間隙２１が残るように他方のロール首部１７が同軸に嵌め込まれており、ロール首部１７と各ロール１もしくは２との間の結合はロール内部で支持軸受２０によって行われ、この支持軸受がロール首部１７とロール内面１８との間の空間を満たす。支持軸受２０とロールの密閉正面端との間に中空室４もしくは５が形成される。
【００３４】
選択された中空室造形においてＳ字形に延びる非対称弾性曲線は、請求され図示されたすべてのロール形状で達成可能である。ロール１、２を矢印３の方向で互い違いに移動させることによって、圧延荷重下に現れるロールの曲りは、ロール１、２を互い違いに移動させてロール間隙断面を変えることによって補償することができる。中空室断面自体はロールの摩耗によっては変化せず、無負荷ロールの再研削は簡単な手段で容易に実施することができる。更に、ロール胴部の摩耗は本発明により提案されたロール外殻の交換によって考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図２】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図３】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図４】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図５】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図６】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図７】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図８】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図９】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図１０】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。
【図１１】本発明による中空ロールのさまざまな変更態様を示す。

Claims (14)

1. 一対のワークロールを有し、前記ワークロールが直接に、または中間ロールを介して、一対のバックアップロールにより支えられており、少なくとも１つのロール対のロールが軸線方向で互い違いに移動可能に構成され、少なくとも、前記移動可能なロール対の各ロール（１，２）が、中空ロールとして構成されており、中空室（４，５）がロール長手軸線（６）を基準に回転対称に、またロール胴部中心でロール長手軸線（６）に交差する想定横平面（７）を基準に非対称に構成されており、前記移動可能なロール対の両方のロール（１，２）が、同一に構成された前記中空室（４，５）を相互に１８０°転向させて組込まれている圧延機において、
   前記ロール（１，２）が片側開口中空円筒として構成されており、前記ロールの密閉正面端にそれぞれ一方のロール首部（１６）が同軸で一体に形成され、または装着されており、前記ロールの反対側の開口端内には、各ロール（１，２）のロール内面（１８）とロール首部外面（１９）との間にロール端に向かって開口した隙間（２１）が残るように他方のロール首部（１７）が同軸で嵌め込まれており、前記ロール首部（１７）と各ロール（１，２）との間の結合が前記ロールの内部で各１つの支持軸受（２０）によって行われ、前記支持軸受が前記ロール首部（１７）と前記ロール内面（１８）との間の空間を満たし、前記支持軸受と前記ロール（１，２）の密閉正面端との間に前記中空室（４，５）が形成されていることを特徴とする圧延機。
2. 前記中空室（４，５）が各ロール（１，２）のロール胴部有効長さの少なくとも一部にわたって延びていることを特徴とする請求項１に記載の圧延機。
3. 前記中空室（４，５）がロール胴部有効長さの領域内で湾曲輪郭（１５）によって限定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧延機。
4. 湾曲輪郭（１５）が凸面部分と凹面部分とにより構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧延機。
5. 湾曲輪郭が円筒形のロール（１，２）の一部にわたって延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧延機。
6. 湾曲輪郭（１５）が奇数次数の多項式によって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧延機。
7. 前記奇数次数の多項式が３次多項式となっていることを特徴とする請求項６に記載の圧延機。
8. 前記中空室（４，５）がロール胴部有効長さの領域内で階段状輪郭（１０）によって限定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧延機。
9. 前記ロール（１，２）の中心軸線（６）と同軸で円筒形外殻体（１１）に嵌め込まれた同一外径、各種内径のリング（１２）によって前記階段状輪郭（１０）が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の圧延機。
10. 前記外殻体（１１）と前記リング（１２）とが異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項９に記載の圧延機。
11. 前記ロール（１，２）の材料とは異なる強度および／または熱伝導率の材料（１３）で前記中空室（４，５）が充填されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧延機。
12. 前記ロール（１，２）の中空室（４，５）に冷媒が導入可能となっていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の圧延機。
13. 前記中空ロールが、互換性摩耗体として役立つ外殻（１１，１４）を備えていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の圧延機。
14. 前記ロール（１，２）が、または前記ロール（１，２）の外殻（１１，１４）が、対称キャンバを有していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の圧延機。

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