JP4679642B2 - 圧延機 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機に関し、具体的には、帯鋼や棒鋼等の圧延時におけるハウジングやワークロール等に発生する振動を防止する機構を備えた圧延機に関する。

一般的に、圧延機において、ハウジング内には上下一対のワークロールチョックが支持されており、この上下のワークロールチョックにはそれぞれ上下一対のワークロールが回転可能に支持されている。この上下のワークロールは互いに対向するように配置されている。また、上下のワークロールチョックの上方及び下方には上下一対またはそれ以上のバックアップロールチョックが支持されており、この上下のバックアップロールチョックにはそれぞれ上下一対またはそれ以上のバックアップロールが回転可能に支持されている。上ワークロールと上バックアップロールとは互いに対向する一方、下ワークロールと下バックアップロールとは互いに対向するように配置されている。そして、ハウジングの上部には、上バックアップロールを介して上ワークロールに圧延荷重を加える圧下装置が設けられている。

従って、圧延を行う場合には、搬送される帯鋼をハウジングの入側から搬入し、上下のワークロール間（ロールギャップ）に噛み込ませ、上下のワークロール及び上下のバックアップロールを回転させながら圧下装置により所定の圧下荷重を加えることにより、所定の厚さに圧延することができる。

そして、ハウジングと、上下のワークロールチョックまたは上下のバックアップロールチョックとの間には、ギャップが形成されている。このギャップを設けることにより、圧延機を構成する他の部材に干渉することなく、上下のワークロール及び上下のバックアップロールを所定の装置により作業側から引き出し、各ロールを交換できるようにしている。

また、図４に示すように、圧下荷重を加えた圧延時には、圧下荷重の反力Ｆがハウジングの上部に作用することにより、ハウジングの側部（ハウジングポスト）に内狭まり量δの変形が生じる。このように、ハウジングの側部の間隔が狭まると、ハウジングの側部と各ロールチョックとが接触してしまい、ワークロール及びバックアップロールの上下方向のヒステリシスが増加し、高精度の板厚制御の妨げになることから、上記ギャップを設けている。

ところが、このようなギャップを設けると、圧延機の実効的な水平方向動剛性が低下することがあった。このため、この水平方向動剛性が低い状態において高圧下力、高圧下率で圧延を行うと、圧延される帯鋼とワークロールとの間の摩擦力の変化に起因すると考えられる大きな水平方向の振動（ミル振動）がハウジングやワークロール等に発生し、高能率圧延の妨げとなっていた。

そこで、このような問題を解決するものとして、ハウジングの側部に各ロールチョックを水平方向に押圧可能な油圧シリンダ機構を設けた圧延機が種々提供されている。この圧延機では、圧延時に油圧シリンダ機構を作動させることにより、ハウジングと各ロールチョックとの間のギャップを無くして水平方向動剛性を向上させ、振動を抑制して高能率圧延を可能にしている。

このような、従来の圧延機は、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特開２００１−１１３３０８号公報 特開２００３−１３６１１４号公報

しかしながら、近年の圧延では、帯鋼の薄肉化、特殊材における高負荷圧延等のニーズにより、更なる水平方向動剛性の向上が求められているが、従来のような圧延機の構造では、それが十分ではなく、まだ改善の余地があると考えられる。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、圧延時の水平方向動剛性を向上させ、振動を抑制して高能率圧延を可能にすることができる圧延機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る圧延機は、
ハウジングと、
前記ハウジングに支持される上下一対のワークロールチョックと、
前記上下のワークロールチョックにそれぞれ軸支され互いに対向する上下一対のワークロールと、
ワークロール軸に対して水平方向で、且つ、直交する方向から前記ワークロールチョックを押圧する油圧シリンダと、
前記油圧シリンダのヘッド側及びロッド側にそれぞれ接続されて油を給排する油圧給排管と、
前記各油圧給排管に設けられる縮流部とを備え、
圧延時に前記各油圧給排管から前記油圧シリンダのヘッド側及びロッド側の両側に油を供給するようにした
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る圧延機は、
第１の発明に係る圧延機において、
前記ハウジングと前記ワークロールチョックとの間の変位量と前記油圧シリンダの押圧力との比が減少したときの押圧力以上に、前記油圧シリンダの押圧力を設定するようにした
ことを特徴とする。

第１の発明に係る圧延機によれば、ハウジングと、前記ハウジングに支持される上下一対のワークロールチョックと、前記上下のワークロールチョックにそれぞれ軸支され互いに対向する上下一対のワークロールと、ワークロール軸に対して水平方向で、且つ、直交する方向から前記ワークロールチョックを押圧する油圧シリンダと、前記油圧シリンダのヘッド側及びロッド側にそれぞれ接続されて油を給排する油圧給排管と、前記各油圧給排管に設けられる縮流部とを備え、圧延時に前記各油圧給排管から前記油圧シリンダのヘッド側及びロッド側の両側に油を供給するようにしたことにより、前記油圧シリンダの水平静剛性が向上し、前記ハウジングの変形を低減させることができので、圧延時の水平方向動剛性を向上させることができると共に、油が前記縮流部を通過した際の圧力損失により減衰性能が向上されるので、振動を抑制して高能率圧延を可能にすることができる。

第２の発明に係る圧延機によれば、第１の発明に係る圧延機において、前記ハウジングと前記ワークロールチョックとの間の変位量と前記油圧シリンダの押圧力との比が減少したときの押圧力以上に、前記油圧シリンダの押圧力を設定するようにしたことにより、圧延機の水平方向のガタを無くすことができるので、更に水平方向動剛性を向上させることができる。

本発明の一実施例に係る圧延機の側面図である。 圧延時の油圧シリンダ機構の作用を示した図である。 ワークロール交換時の油圧シリンダ機構の作用を示した図である。 圧延時においてハウジングに作用する応力の様子を示した図である。 従来の圧延機の水平方向動剛性と比較した図である。 押圧力の設定領域を示した図である。

符号の説明

１１ ハウジング、 １２ 上ワークロールチョック、 １３ 下ワークロールチョック、 １４ 上ワークロール、 １５ 下ワークロール、 １６ 上バックアップロールチョック、 １７ 下バックアップロールチョック、 １８ 上バックアップロール、 １９ 下バックアップロール、 ２０ 圧下装置、 ２１，２２ 上ワークロールチョックライナ、 ２３，２４ 下ワークロールチョックライナ、 ２５ 油圧シリンダ機構、 ２６ 中間ハウジングライナ、 ２７，２８ 上バックアップロールチョックライナ、 ２９，３０ 下バックアップロールチョックライナ、 ３１，３２ 上ハウジングライナ、 ３３，３４ 下ハウジングライナ、 ５１ シリンダ、 ５２ 蓋部材、 ５３ ピストン、 ５４ ロッド部材、 ５５ シリンダライナ、 ５６，５７ 油圧給排管、 ５８，５９ 縮流部、 ６０ 油圧ポンプ

以下、本発明に係る圧延機について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係る圧延機の側面図、図２は圧延時の油圧シリンダ機構の作用を示した図、図３はワークロール交換時の油圧シリンダ機構の作用を示した図、図４は圧延時においてハウジングに作用する応力の様子を示した図、図５は従来の圧延機の水平方向動剛性と比較した図、図６は押圧力の設定領域を示した図である。

先ず、図１を用いて圧延機全体の構成について説明する。

図１に示すように、４段圧延機にはハウジング１１が設けられており、このハウジング１１には、入側に配置される入側ポスト部１１ａと、出側に配置される出側ポスト部１１ｂとが形成されている。このポスト部１１ａ，１１ｂの上端間は上連結部１１ｃで連結される一方、下端間は下連結部１１ｄで連結されている。即ち、帯鋼Ｓは入側ポスト部１１ａ側から搬送されて圧延された後、出側ポスト部１１ｂ側から排出されるようになっている。

ハウジング１１内には上下一対のワークロールチョック１２，１３が支持されており、この上下のワークロールチョック１２，１３にはそれぞれ上下一対のワークロール１４，１５が回転可能に支持されている。上ワークロール１４と下ワークロール１５とは互いに対向するように配置されている。ワークロールチョック１２，１３の上方及び下方には上下一対のバックアップロールチョック１６，１７が支持されており、この上下のバックアップロールチョック１６，１７にはそれぞれ上下一対のバックアップロール１８，１９が回転可能に支持されている。上ワークロール１４と上バックアップロール１８とは互いに対向する一方、下ワークロール１５と下バックアップロール１９とは互いに対向するように配置されている。ハウジング１１の上連結部１１ｃには、上バックアップロール１８を介して上ワークロール１４に対して圧下荷重を加える圧下装置２０が設けられている。

上ワークロールチョック１２の入側端部及び出側端部には上ワークロールチョックライナ２１，２２が設けられている。また、下ワークロールチョック１３の入側端部及び出側端部には下ワークロールチョックライナ２３，２４が設けられている。そして、入側ポスト部１１ａには、上ワークロールチョックライナ２１及び下ワークロールチョックライナ２３のそれぞれに対向するように油圧シリンダ機構２５が設けられている。一方、出側ポスト部１１ｂには、上ワークロールチョックライナ２２及び下ワークロールチョックライナ２４に対向するように中間ハウジングライナ２６が設けられている。

上バックアップロールチョック１６の入側端部及び出側端部には上バックアップロールチョックライナ２７，２８が設けられている。また、下バックアップロールチョック１７の入側端部及び出側端部には下バックアップロールチョックライナ２９，３０が設けられている。そして、ポスト部１１ａ，１１ｂには、上バックアップロールチョックライナ２７，２８に対向するように上ハウジングライナ３１，３２が設けられる一方、下バックアップロールチョックライナ２９，３０に対向するように下ハウジングライナ３３，３４が設けられている。

次に、図２を用いて油圧シリンダ機構２５の構成について説明する。なお、ワークロールチョックライナ２１，２３に対向するそれぞれの油圧シリンダ機構２５は同様の構成をなしているので、ここでは、上ワークロールチョックライナ２１に対応する油圧シリンダ機構２５についてのみ説明する。

図２に示すように、油圧シリンダ機構２５は入側ポスト部１１ａに設けられるシリンダ５１を有しており、このシリンダ５１内は蓋部材５２で塞がれることにより油が封入されている。また、シリンダ５１内にはピストン５３が摺動可能に配置されており、このピストン５３には蓋部材５２を貫通するようにロッド部５４が設けられている。更に、ロッド部５４の先端には上ワークロールチョックライナ２１と対向するようにシリンダライナ５５が設けられている。そして、シリンダ５１のヘッド側には油圧給排管５６が連通される一方、そのロッド側には油圧給排管５７が連通されている。油圧給排管５６，５７は縮流部５８，５９を備えると共に油圧ポンプ６０に接続されている。

つまり、油圧ポンプ６０を駆動することで油圧給排管５６，５７を介してシリンダ５１内に油を給排することができ、この給排量に応じてピストン５３がシリンダ５１内を摺動することができる。また、ピストン５３の摺動によりロッド部５４のシリンダライナ５５が上ワークロールチョックライナ２１に着脱可能、即ち、押圧可能となっている。そして、押圧時においては、油圧シリンダ機構２５は、上ワークロールチョックライナ２１及び上ワークロールチョック１２を介して上ワークロール１４に、当該上ワークロールの軸方向に対して水平方向で、且つ、直交する方向から所定の押圧力ｆで押圧することができる。なお、油圧給排管５６，５７内を流れる油量は、縮流部５８，５９よりも油圧ポンプ６０側に設けられる図示しない開閉弁により制御されている。

従って、上述した構成をなすことにより、圧延を行う場合には、圧下装置２０の上下方向の伸縮によりバックアップロール１８，１９を介してワークロール１４，１５のロールギャップを所定値に設定した後、ハウジング１１の入側から帯鋼Ｓを搬入する。次いで、搬入した帯鋼Ｓをワークロール１４，１５間（ロールギャップ）に噛み込ませ、ワークロール１４，１５及びバックアップロール１８，１９を回転させながら、圧下装置２０により所定の圧下荷重を加えて圧延を行う。そして、所定の厚さに圧延された帯鋼Ｓはハウジング１１の出側から排出され次工程に供給される。

このとき、図４に示すように、圧下荷重の反力Ｆに対してハウジング１１のポスト部１１ａ，１１ｂには内狭まり変形量δの変形が発生する。そこで、図２に示すように、油圧シリンダ機構２５を作動させて押圧力ｆを発揮させることにより、入側ポスト部１１ａに押付力（押圧力ｆの反力）ｆ’を作用させ、内狭まり変形量δを減少させる。

つまり、油圧ポンプ６０を駆動させ、油圧給排管５６，５７からシリンダ５１内のヘッド側及びロッド側に油を同時に、且つ、同圧で供給する。これにより、シリンダ５１内のヘッド側及びロッド側に油が充填されシリンダ５１の水平方向動剛性が向上される。また、両側からのピストン５３への圧力付与面積には差があるため、ピストン５３はロッド側に移動する。

即ち、ヘッド側からの付与圧力はロッド側からの付与圧力よりも大きくなるので、ピストン５３がロッド側に移動し、ロッド部５４のシリンダライナ５５はワークロールチョックライナ２１，２３を押圧力ｆで押圧する。そして、ワークロールチョック１２，１３は出側ポスト部１１ｂ側に移動し、ワークロールチョックライナ２２，２４が中間ハウジングライナ２６を押圧力ｆで押圧する。次いで、ワークロールチョックライナ２２，２４とハウジングライナ２６との間のガタがなくなると、入側ポスト部１１ａに押付力ｆ’が作用し、変形量δはδ’だけ減少する。これにより、ワークロール１４，１５を回転可能に支持するワークロールチョック１２，１３とハウジング１１のポスト部１１ａ，１１ｂとの間に隙間が生じることがなくなるので、圧延機の水平方向動剛性が向上される。

また、圧延中においては、圧延される帯鋼Ｓとワークロール１３，１４との間で摩擦が発生し、この摩擦力が変化すると、ハウジング１１やワークロール１４，１５等に振動が発生してしまうおそれがある。このような振動が発生するとピストン５３も水平方向に振動することになるが、ピストン振動に伴って移動した油が縮流部５８，５９を通過することにより、その圧力損失が増加されるので、ピストン５３の振動が抑制される（ダンパー効果）。即ち、圧延時における圧延機の水平方向の振動が低減される。

一方、ロール交換を行う場合には、図３に示すように、圧延停止時において、油圧シリンダ機構２５を作動させて、ロッド部５４のシリンダライナ５５をワークロールチョックライナ２１，２３から離脱させる。つまり、油圧ポンプ６０を駆動させ、油圧給排管５７からシリンダ５１内のロッド側に油圧を供給するか、または、油圧給排管５８からシリンダ５１内のヘッド側から油圧を排出する。これにより、ピストン５３はヘッド側に移動し、ロッド部５４のシリンダライナ５５はワークロールチョックライナ２１，２３から離脱され、ハウジング１１の入側ポスト部１１ａとワークロールチョック１２，１３のワークロールチョックライナ２１，２３との間にギャップが形成される。そして、ワークロールチョック１２，１３及びワークロール１４，１５を所定の装置により作業側から引き出し、新しいものと交換する。

従って、圧延中において、シリンダ５１のヘッド側及びロッド側に同圧で油を充填させることにより、シリンダ５１の水平方向静剛性を向上させることができる共に、ポスト部１１ａ，１１ｂに水平方向の押付力ｆ’及び押圧力ｆを発生させることができる。これにより、圧下荷重の反力Ｆによる内狭まりの変形量δを減少させることができるので、圧延機の水平方向動剛性を高くすることができ、高圧下力、高圧下率で圧延を行っても、ハウジング１１やワークロール１４，１５等に、圧延される帯鋼Ｓとワークロール１４，１５との間の摩擦力の変化に起因すると考えられる大きな振動が生じることがなくなり、高能率圧延を可能にすることができる。

また、圧延される帯鋼Ｓとワークロール１４，１５との間の摩擦変化による振動が発生しても、その振動が油圧シリンダ機構２５に伝達され、ピストン５３の振動により移動した油が縮流部５８，５９を通過するので、油の圧力損失を増大させることができ、減衰性能を向上させることができる。

なお、押圧力ｆを適正に制御することにより、ポスト部１１ａ，１１ｂの水平方向の変形量を管理することができるため、圧延時の水平方向動剛性は、従来の構成に比べて格段に大きくなる。

そこで、図５を用いて本発明の構成と従来の構成との水平方向動剛性について比較してみることにする。図５に示すＩはスクリュー機構を備えた圧延機、IIは油圧シリンダ機構を備えた圧延機、IIIは油圧給排管に縮流部またはオリフィスを有する油圧シリンダ機構を備えた圧延機（特許文献１，２の圧延機に相当）、IVは本発明に係る圧延機であって、シリンダ５１のヘッド側及びロッド側に同圧で油を供給すると共に、油圧給排管５６，５７にそれぞれ縮流部５８，５９を備えた圧延機を示している。これより、本発明に係る圧延機は、Ｉ〜IIIに示す従来の圧延機よりも水平方向動剛性が向上されることがわかる。

そして、本発明に係る圧延機のように水平方向動剛性が大きくなった場合、以下の理由により、圧延時の振動低減または振動発生の回避が可能となる。振動がロールと帯鋼との間の外力（圧下力）Ｆによる強制振動である場合、共振点での振動振幅ｘはｘ＝Ｆ／２Ｋζで表される。ここで、Ｋは共振モードのモーダル剛性、ζは減衰比と称される量であり、２Ｋζは動剛性と定義される量である。外力Ｆが一定の場合、振幅ｘは動剛性２Ｋζに反比例して小さくなる。つまり、動剛性２Ｋζが増大すると共に、振幅ｘは小さくなることが説明できる。また、振動が自励的である場合、励振の大きさＰがＰ＞２Ｋζを満たすときに振動が発生する。即ち、動剛性が大きくなると、２Ｋζとなる領域が増え、振動が発生しない安定圧延域が拡がることを意味する。従って、本発明に係る圧延機においては、水平方向動剛性が向上した結果、振動が発生しない安定圧延域が拡大され、安定した圧延を行うことができる。

また、油圧シリンダ機構２５の押圧力ｆを設定するときには、図６に示すように、押圧力ｆ₀以上またｆ₀よりも高く設定して圧延を行うようにしている。図６は、押圧力ｆで押圧したときのハウジング１１（入側ポスト部１１ａ）とワークロールチョック１２，１３（ワークロールチョックライナ２１，２３）との間の変位量Ｌを計測したものであるが、押圧力ｆ₀（このときの変位量をＬ₀と示す）を境界にして変位量Ｌを示す特性直線の傾きが変わっている（変曲点）ことがわかる。これは、押圧力ｆ₀よりも小さい押圧力のときの変位増加量ΔＬ₁は、押圧力ｆ₀よりも大きい押圧力のときの変位増加量ΔＬ₂よりも大きい、即ち、押圧力ｆ₀を超えると、ハウジング１１とワークロールチョック１２，１３との変位増加量が減少（ΔＬ₁＞ΔＬ₂）している。

押圧力ｆを徐々に加えていくと、押圧力ｆ０までの特性直線傾きが大きくなる理由として、シリンダライナ５５とワークロールチョックライナ２１，２３との間、ワークロールチョック１２と上ワークロールチョックライナ２１，２２との間、ワークロールチョック１３と下ワークロールチョックライナ２３，２４との間、ワークロールチョックライナ２２，２４と中間ハウジングライナ２６との間、中間ハウジングライナ２６とハウジング１１との間等には、微小な隙間が存在している。即ち、各部材間で微小な隙間が存在する押圧力ｆ０までは変位量Ｌ（変位増加量ΔＬ１）が大きくなる一方、各部材間が微小な隙間が存在しない密着した状態となる押圧力ｆ０からは変位量Ｌ（変位増加量ΔＬ２）が小さくなる。従って、押圧力ｆをｆ０以上またはｆ０より高く設定することにより、各部材間等のガタをなくすことができるので、更に水平方向動剛性を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、油圧シリンダ機構を入側ポスト部においてワークロールチョックに対向するように設けたが、バックアップロールチョックにも対応するように設けても構わない。また、油圧シリンダ機構を出側ポスト部においてワークロールチョック及びバックアップロールチョックに対向するように設けても構わない。更に、２段圧延機、６段圧延機、及びクロス圧延機等の多機種に亘り適用することができる。

ワークロール間への帯鋼の噛み込み時に発生する衝撃力を抑制して帯鋼の板厚精度の向上を図る圧延機に適用可能である。

Claims (2)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに支持される上下一対のワークロールチョックと、
   前記上下のワークロールチョックにそれぞれ軸支され互いに対向する上下一対のワークロールと、
   ワークロール軸に対して水平方向で、且つ、直交する方向から前記ワークロールチョックを押圧する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダのヘッド側及びロッド側にそれぞれ接続されて油を給排する油圧給排管と、
   前記各油圧給排管に設けられる縮流部とを備え、
   圧延時に前記各油圧給排管から前記油圧シリンダのヘッド側及びロッド側の両側に油を供給するようにした
   ことを特徴とする圧延機。
2. 請求項１に記載の圧延機において、
   前記ハウジングと前記ワークロールチョックとの間の変位量と前記油圧シリンダの押圧力との比が減少したときの押圧力以上に、前記油圧シリンダの押圧力を設定するようにした
   ことを特徴とする圧延機。

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