JP4401184B2 - 圧延ロール - Google Patents

Description

本発明は、圧延機に備えられた圧延ロールに関するものである。

一対の圧延ロールを有する圧延機で厚板等の圧延材の圧延を行う場合、目標板クラウン等を得るために、圧延ロールのイニシャルクラウンに所定の形状を付与したり、当該圧延ロールを軸芯方向に互いに相対移動（シフト）させ、板クラウン制御をするようにしている。
特許文献１には、圧延ロールにその軸芯方向において凹部と凸部とを備えるＳ字形状クラウン（左右非対称クラウン）をイニシャルクラウンとして与える技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術では、圧延ロールにおける最大径と最小径との差であるロール径差が大きくなる場合があった。この場合、ベアリングチョックが一方は前方に移動し他方は後方に押されて、上下一対の圧延ロールが互いに交差する（ロールクロスが生じる）ようになり、ロール曲がり等の不具合を生じ圧延作業が困難になる。圧延ロールの径大部と径小部とでの周速差が大きくなり、圧延材や圧延ロール自体に肌荒れ現象が起こることもあった。
この圧延ロールを用い圧延を行うに際して、板クラウンを適切なものにするために、特許文献２には、奇数次関数と偶数次関数との積であり凹部と凸部とを有する関数（左右非対称曲線）に、後述するメカニカルクラウン制御能力には大きな影響を及ぼさない凸部のみを有する偶数次関数（左右対称曲線）を加算したものを、圧延ロールのイニシャルクラウンとして付与する技術が開示されている。この技術を採用した圧延ロールで圧延を行うと、板クラウンを小さくすることができる。
特公昭６３−６２２８３号公報（第３頁〜第６頁） 特開２０００−１５３０８号公報（第１頁、図２）

しかしながら、イニシャルクラウンを「凹凸曲線＋凸曲線」で与えたとしても、圧延ロールのロール径差が大きくなるといった不具合の改善は期待できない。なぜならば、例えば、図７（特許文献２の図２に相当）に示すように、凹部と凸部とを有する左右非対称曲線（Ｓ字形状曲線）に、凸型の左右対称曲線を重畳したとしても、左右非対称曲線の凸部の形状変化δ１と、凹部の形状変化δ２とは略同量であり、ロール径大部とロール径小部との差であるロール径差はほとんど変化しないからである。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、圧延材の板クラウンを小さくすることができると共にメカニカルクラウン制御能力も非常によく、ロール径差も小さくなるようなイニシャルクラウンを有する圧延機の圧延ロールを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、圧延機に備えられ、且つイニシャルクラウンが軸芯方向で互いに左右反転状態に付与されている一対の圧延ロールにおいて、前記イニシャルクラウンは、凹部と凸部とを有する凹凸曲線からなる第１の左右非対称曲線に、凸部を有する左右対称曲線を圧延ロール軸芯方向にずらしてなる第２の左右非対称曲線を加算して得られる形状であって、前記第２の左右非対称曲線は、当該第２の左右非対称曲線の凸部が前記第１の左右非対称曲線の凹部側に対応するようにずらし量が設定されていることを特徴とする。

この技術的手段によれば、圧延機に備えられたワークロールのイニシャルクラウンを、図２、図３に示す如く、凹凸曲線の凹部に凸曲線の凸部が重なるようにずらして、凹凸曲線に凸曲線を重畳した形状とすることができる。
この重畳操作により、凹凸曲線の凹部をより多くかさ上げすることができるようになり、凹凸曲線の凹部の増加量δ３は、凸部の増加量δ４とより大きいものとなって、イニシャルクラウンの凸部頂上と凹部の底部との偏差、換言すれば圧延ロールのロール径差を小さくすることが可能となる。凹凸曲線に凸曲線を加えた曲線がイニシャルクラウンであるため、圧延機のメカニカルクラウン制御能力も非常によいものとなっている。

すなわち、凸曲線のずらし量を変えた場合のシミュレーション結果を示した図４の如く、ずらし量が大きくなるにつれて、ロール径差は小さくなると共にメカニカルクラウン制御能力は略一定の値を維持するものとなる。
なお、好ましくは、前記イニシャルクラウンをＣＷ（ｘ）、第１の左右非対称曲線をＣＷ１（ｘ）、第２の左右非対称曲線をＣＷ２（ｘ）とし、当該ＣＷ（ｘ）、ＣＷ１（ｘ）、ＣＷ２（ｘ）が次式で表されるとよい。

さらに、好ましくは、前記第２の左右非対称曲線のずらし量が０ｍｍより大きく５００ｍｍ以下に設定されているとよい。

本発明によれば、圧延ロールのロール径差を小さくでき、且つメカニカルクラウン制御能力の非常によい圧延機とすることができる。

以下、本発明にかかる圧延ロールの第１実施形態を図を基に説明する。
厚板等の圧延を行う圧延機は、一対の圧延ロール（上ワークロール１ａ、下ワークロール１ｂ）と、それらを支えるバックアップロールを供えており、前記ワークロール１ａ、１ｂ間を圧延材が通過し荷重を加えられることで圧延が行われる。
圧延材の板クラウン形状や、圧延材の中央部厚みと端部厚みとの差である板クラウンは、圧延材の品質を決める重要な項目であり、圧延工程においてはこれらを所定値にする必要がある。そのため、図１に示すように、ワークロール１ａ、１ｂのイニシャルクラウンは平坦ではなく、様々な曲線で付与される形状を備えている。

本願発明者は、前記ワークロール１ａ、１ｂのイニシャルクラウンを、図２、図３に示す如く、凹凸曲線に凸曲線を重畳したものとし、両者の重畳時に、凹凸曲線の凹部に凸曲線の凸部が重なるようにずらして加算し、曲線上の凹部をより多くかさ上げすることで、メカニカルクラウン制御能力をほぼそのままにしつつ、ロール径差を小さくするようにしている。
なお、ロール径差とは、一本のワークロールにおけるロールの最大径と最小径との差のことである。

つまり、本実施形態においては、圧延機に備えられ、且つイニシャルクラウンが凹部と凸部とを有する凹凸曲線に凸部のみを有する凸曲線が加算された形状を有すると共に、軸芯方向で互いに左右反転状態に付与されている一対の圧延ロールにおいて、前記イニシャルクラウンは、凸曲線の凸部が凹凸曲線の凹部側に対応するように凸曲線を圧延ロール軸芯方向にずらした上で、当該凸曲線を凹凸曲線に加算して得られる形状としている。
前記凹凸曲線は正弦関数で与えられると共に凸曲線は余弦関数で付与し、当該正弦関数及び余弦関数の振幅と余弦関数のずらし量とを、許容されるロール径差又は圧延材の目標板クラウンに応じて設定している。

具体的には、式（２）に示すような曲線ＣＷ（ｘ）をイニシャルクラウンとして上ワークロール１ａに付与した。曲線を示すための座標軸は図１に示す如くであり、ワークロール１ｂの胴長方向中心をＹ軸が通過するように定めている。

ＣＷ１（ｘ）は、正弦関数で示された奇関数（ｆ（−ｘ）＝−ｆ（ｘ））であり、凹部と凸部とを有し、図２、図３に示す如く、Ｙ軸に関して左右非対称である。正弦関数の振幅ａ１は０．５０ｍｍ、ａ２はロール胴長幅（幅長さ）４７２４ｍｍの略半分で２６００ｍｍである。
ＣＷ２（ｘ）は、余弦関数で示された偶関数（ｆ（−ｘ）＝ｆ（ｘ））であり、凸部のみを有し、Ｙ軸に関して左右対称である。余弦関数の振幅ｂ１は０．５０ｍｍ、ｂ３はロール胴長幅の略半分で２３５０ｍｍである。

イニシャルクラウンＣＷ（ｘ）の形状は、上記ＣＷ１（ｘ）と、ＣＷ２（ｘ）を右方向にｄだけずらしたもの（phase_shifted ＣＷ２（ｘ））とを加算し表現されている。このときのずらし量ｄは、式（１）の余弦関数の位相π・ｂ２／ｂ３に対応するものである。
なお、式（２）は式（１）で、ａ３＝０、ｂ２＝０とすることで導出できるものとなっている。
前記ずらし量ｄを、−５００ｍｍ〜１０００ｍｍに変化させた状況をコンピュータシミュレーションし、その結果を図４に示している。

この図中のロールクラウンは式（３）のＣＷｅｑ（Ｓ）で計算され、上下ワークロール形状の平均値ＣＷｍ（ｘ、Ｓ）の胴中央（ｘ＝０ｍｍ）と胴端部（ｘ＝−２３００ｍｍ）との偏差を示すものである。

また、メカニカルクラウン制御能力とは、式（４）に示される如く、上ワークロール１ａを下ワークロール１ｂに対して左右方向へ±Ｓ（−１６０〜１６０ｍｍ）だけシフトさせた場合のロールクラウンＣＷｅｑ（Ｓ）の偏差である。（本願発明におけるメカニカルクラウン制御能力の定義）。
メカニカルクラウン制御能力が大きい場合、ワークロールの左右方向シフトによりロールクラウンＣＷｍが大きく変化し、様々な圧延仕様に圧延機が対応できることになって、生産性の向上につながる。換言すれば、ロールクラウンＣＷｍ（ｘ、Ｓ）の可変能力をメカニカルクラウン制御能力としている。なお、図中の説明ではメカニカルクラウン制御能力を単にクラウン制御能力と表記している。

図４からわかるように、ワークロール１ａ、１ｂのイニシャルクラウンとして与えられる凸関数において、凸曲線を表現する余弦関数ＣＷ２（ｘ）のずらし量ｄがプラス量に転じるに従って（凹凸曲線の凹部側に凸曲線の凸部がずれるに従って）、ロール径差は小さくなり、ずらし量ｄ＝０の時にロール径差０．９５ｍｍであったものが、ｄ＝１０００ｍｍでロール径差０．６ｍｍと減少している。
また、メカニカルクラウン制御能力は、ずらし量ｄが増えるに従って、若干大きくなり０．５ｍｍの値を示した後、その後緩やかに減少するようになっており、ロールクラウンは、ずらし量が増えると共に、０．４ｍｍから０．３ｍｍへと減っていくようになる。

このことより、正弦関数で与えられる凹凸曲線の凹部側に、余弦関数で与えられる凸曲線の凸部が対応するように、凸曲線を圧延ロール軸芯方向にずらした上で加え、ワークロール１ａ、１ｂのイニシャルクラウンとすることにより、ロールクラウンとメカニカルクラウン制御能力は大きく変化しないものの、ロール径差を著しく小さくすることができた。
次に本発明にかかる第２実施形態について説明する。
本実施形態では、凸関数をずらして凹凸関数に加えることは第１実施形態と略同様であるが、ロール径差を所定の範囲（圧延仕様から許容される値に）抑えつつ、圧延機のメカニカルクラウン制御能力を最大にするようなずらし量ｄを明らかにするものである。

上ワークロール１ａのイニシャルクラウンは、式（２）で与える。座標軸や、下ワークロール１ｂのイニシャルクラウンの付与のやり方は第１実施形態と同様である。
ＣＷ１（ｘ）は、正弦関数で示されＹ軸に関して左右非対称である。正弦関数の振幅ａ１は０．５０ｍｍ、ａ２はロール胴長幅（幅長さ）４７２４ｍｍの略半分で２６００ｍｍである。
ＣＷ２（ｘ）は、余弦関数で示されＹ軸に関して左右対称である。余弦関数の振幅ｂ１は０．５０ｍｍ、ｂ３はロール胴長幅（幅長さ）の略半分で２３５０ｍｍである。

前記ＣＷ１（ｘ）の凹部側にＣＷ２（ｘ）の凸部がくるようにずらした上で、両者を加算した曲線を上ワークロール１ａのイニシャルクラウンとするようにする。このとき実際にずらす量ｄは、式（１）の余弦関数の位相π・ｂ２／ｂ３に対応するものである。
図５には、本実施形態のコンピュータシミュレーション結果を示している。横軸はずらし量ｄ、縦軸はメカニカルクラウン制御能力である。
このシミュレーションにおいては、ロール径差は０．８ｍｍで一定とし（条件i）、ワ
ークロール１ａ、１ｂの左右方向シフト量Ｓ＝０の際のロールクラウンを０．５ｍｍとして（条件ii）、ロールシフト量Ｓをー１６５〜１６５ｍｍと変化させメカニカルクラウン
制御能力を考察してみた。その際、ＣＷ１，ＣＷ２の振幅であるａ１，ｂ１は条件i，条
件iiを満たすものとし、メカニカルクラウン制御能力を最大とするＣＷ２のＣＷ１に対す
るずらし量ｄを求めるようにした。

図５から明らかなように、ずらし量ｄが略３５０ｍｍの時にメカニカルクラウン制御能力が０．３０ｍｍと最大値をとることがわかり、凹凸曲線にずらし量０で凸曲線を加えた従来のイニシャルクラウンを有するワークロール１ａ、１ｂのメカニカルクラウン制御能力に比べ、約３０％の向上が図られていることがわかる（図６参照）。
以上のことから、正弦関数で与えられる凹凸曲線の凹部側に、余弦関数で与えられる凸曲線の凸部が対応するように、凸曲線を圧延ロール軸芯方向にｄ＝３５０ｍｍずらした上で加え、ワークロール１ａ、１ｂのイニシャルクラウンとすることにより、ロール径差一定のもとで、メカニカルクラウン制御能力を最大とすることが可能であると判明した。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、凹凸曲線は３次式等の奇数次多項式で付与されてもよく、正弦関数と奇数次多項式との積や和などで得られる曲線としてもよい。凸関数は２次式等の偶数次多項式で付与されてもよく、余弦関数と偶数次多項式との積や和などで得られる曲線としてもよい。
また、式（１）でのａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３の値は、「凹凸曲線の凹部に凸曲線の凸部が対応するように重畳した曲線でワークロール１ａ、１ｂのイニシャルクラウンを与える」という技術思想の範囲であれば、適宜変更可能であり、圧延条件等を満たすように設定可能である。

また、第１及び第２実施形態において、メカニカルクラウン制御能力を、上ワークロール１ａを下ワークロール１ｂに対して左右方向へシフトさせたときのロールクラウンＣＷｅｑ（Ｓ）の偏差としているが、当然、下ワークロール１ｂが上ワークロール１ａに対してシフトしてもよく、互いが左右方向に移動する場合のロールクラウンの偏差としてもよい。

本発明にかかるワークロールの模式図である。 イニシャルクラウンとして与える凹凸関数と凸関数とを示した図である。 イニシャルクラウンとして与える凹凸関数と凸関数とを示した図である。 第１実施形態の結果を示した図である。 第２実施形態の結果を示した図である。 第２実施形態と従来例とを比較した図である。 従来例を示す図である。

１ａ 上ワークロール
１ｂ 下ワークロール

Claims (3)

1. 圧延機に備えられ、且つイニシャルクラウンが軸芯方向で互いに左右反転状態に付与されている一対の圧延ロールにおいて、
   前記イニシャルクラウンは、凹部と凸部とを有する凹凸曲線からなる第１の左右非対称曲線に、凸部を有する左右対称曲線を圧延ロール軸芯方向にずらしてなる第２の左右非対称曲線を加算して得られる形状であって、
   前記第２の左右非対称曲線は、当該第２の左右非対称曲線の凸部が前記第１の左右非対称曲線の凹部側に対応するようにずらし量が設定されていることを特徴とする圧延ロール。
2. 前記イニシャルクラウンをＣＷ（ｘ）、第１の左右非対称曲線をＣＷ１（ｘ）、第２の左右非対称曲線をＣＷ２（ｘ）とし、当該ＣＷ（ｘ）、ＣＷ１（ｘ）、ＣＷ２（ｘ）が次式で表されることを特徴とする請求項１に記載の圧延ロール。
   

   
3. 前記第２の左右非対称曲線のずらし量が０ｍｍより大きく５００ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の圧延ロール。

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