JP4744133B2

JP4744133B2 - 板圧延機および板圧延方法

Info

Publication number: JP4744133B2
Application number: JP2004367006A
Authority: JP
Inventors: 利幸白石; 佳士郎池田; 佳昭四阿; 裕二池本; 彰佐古; 寛治林
Original assignee: Nippon Steel Corp; Mitsubishi Hitachi Metals Machinery Inc
Current assignee: Nippon Steel Corp; Primetals Technologies Holdings Ltd
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: JP2006167787A

Description

本発明は、上下いずれか一方において、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各分割バックアップロールにそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下機構および圧下位置検出装置を設けた板圧延機において、反りと板形状との非干渉制御を可能とする板圧延機および板圧延方法に関するものである。

近年、３分割以上に分割された分割バックアップロールのそれぞれについて荷重分布を検出して、圧延材とワークロール間の荷重分布を推定し、推定した荷重分布に基づいて板形状を制御する板圧延機が注目されている（例えば、特許文献１参照）。この板圧延機では、原理的に圧延機出側で板形状を計測してフィードバックする必要はなく、したがって時間遅れなく直接的に板形状を制御することができる。この板圧延機によれば、良好な板品質、つまり良好な板プロフィルおよび平坦度を得ることができる。以下、このような板圧延機を知能型板圧延機という。

この知能型板圧延機では、板形状（耳波、中波その他）、うねり、キャンバーなどは十分に制御可能となっているが（例えば、特許文献２参照）、反りに関してはまだ改良の余地があった。すなわち、ワークロールの垂直方向のたわみはほぼ十分な制御が可能であるが、ワークロールの水平方向変位に関しての制御は十分とは言いがたかった。ワークロールの水平方向変位は、入、出側分割バックアップロールからワークロールに負荷される圧延荷重の水平方向成分の差により生じる。上記ワークロールの水平方向変位により、上下ワークロールの中心位置が相対的にずれて反りが発生する。例えば、図３（ｂ）に示すように下ワークロール中心点Ｃ_Ｂが上ワークロール中心点Ｃ_Ｔに対し圧延機出側にずれると、上反りが発生する。逆に、圧延機入側にずれると、図３（ｃ）に示すように下反りが発生する。特に圧延荷重が高い場合には、反りが許容範囲を超え、不良品が発生しやすくなる。

上記反りを防ぐために知能型板圧延機の前後にピンチロールを配置し、張力を負荷することが考えられる（ピンチロールによる張力負荷については、例えば、特許文献３参照）。しかし、反り防止のためには十分な大きさの張力を必要とし、ピンチロールのモータ容量が大きくなり設備費が高くなる。特に板厚が薄い場合、張力が低いとロールバイト出口とピンチロールとの間で板が座屈するおそれがあり、必ずしもロールバイト出口で板は水平とならない。板の座屈を防止するためには、更に張力を増大する必要がある。また、厚板圧延では切り板圧延であり、先端部には張力を負荷できないという問題もある。

また、厚板材などの鋼板を軽圧下圧延する場合において鋼板のトップ部はピンチロールからワークロールまで張力を付加できない非定常部が生じ、上記技術を適用することはできないという深刻な問題がある。
（特開平５−６９０１０号公報、段落［００２０］）（特開平８−２６７１１５号公報、段落［００１４］）（特開２０００−１６７６０４号公報、段落［００３３］）

本発明は上記従来の板圧延機が有する問題点を解決するものであって、良好な板形状、うねりがないとともに、反りのない板圧延材を得ることができる板圧延機および板圧延方法を提供することを課題としている。

本発明の板圧延機は、上下いずれか一方に、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各分割バックアップロールがそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下装置および圧下位置検出装置を備えた板圧延機において、前記ワークロールを支持するバックアップロールの一方が、支持するワークロールの入側及び出側に配された分割バックアップロールであり、他方がソリッド・バックアップロールであって、前記ソリッド・バックアップロールで支持された側のワークロールに水平方向の変位可能なベンディング力を負荷するワークロールチョックに設けられた水平ベンディング力負荷装置と、上下ワークロール間に垂直方向に作用するベンディング力を負荷する垂直ベンディング力負荷装置とを備え、前記上下ワークロールに駆動装置が連結されていることを特徴としている。

本発明の板圧延方法は、前記板圧延機において、板圧延時に前記上下ワークロールの一方のロールの中心を通る鉛直中心線上に他方のロールの中心が位置するように少なくとも上下ワークロールの一つの前記水平ベンディング力を制御するとともに、前記水平ベンディング力による板形状変化を補償するように前記垂直ベンディング力を制御することを特徴としている。

本発明の板圧延機は、前記ソリッド・バックアップロールで支持された側のワークロールに水平方向の変位可能なベンディング力を負荷するワークロールチョックに設けられた水平ベンディング力負荷装置により反り発生を防ぎ、上下ワークロール間の垂直ベンディング力負荷装置により水平ベンディング力による板形状変化を補償することができる。したがって、特にシート材のトップ部において良好な板形状と、うねりおよび反りのない優れた品質の圧延板材を製造することができる。

本発明の板圧延方法は、板圧延時に上下ワークロールのロール中心を鉛直中心線上に位置させるので反り発生を防ぐことができる。さらに、垂直ベンディング力の制御により水平ベンディング力による板形状変化を補償する。したがって、特にシート材のトップ部において良好な板形状と、うねりおよび反りのない優れた品質の圧延板材を製造することができる。

図１は、この発明を実施する圧延機の一例を示す構成図である。この例では知能型板圧延機は非対称５段圧延機であり、メインハウジング８内に分割バックアップロールハウジング５、下ワークロールチョック２B、および下バックアップロールチョック７が昇降可能に支持されている。上ワークロール１Tは、上ワークロールチョック２Tを介して上分割バックアップロールハウジング５に上下および水平方向に変位可能に支持されている。

分割バックアップロール３、４は、図２に示すように８分割の出側分割バックアップロール群３ａ〜３ｈと７分割の入側分割バックアップロール群４a〜４ｇからなっている。これらの分割バックアップロールはそれぞれ、圧下装置、荷重検出装置および圧下位置検出装置（いずれも図示しない）を備えている。分割バックアップロール３、４は、ハウジングパスライン調整装置１３により昇降され、圧延材のパス位置が調整される。

下バックアップロール６はソリッド（非分割一体型）バックアップロールであり、下バックアップロールチョック７に支持されている。下バックアップロールチョック７は、油圧圧下装置１２により圧下力が加えられる。

上ワークロールチョック２Tには、上ワークロール１Tの水平方向の位置を制御するための上ワークロール用水平ベンディング装置９ａ、９ｂが設けられている。下ワークロールチョック２Bには、下ワークロール１Bの水平方向の位置を制御するための下ワークロール用水平ベンディング装置１０ａ、１０ｂが設けられている。さらに、下ワークロールチョック２Bには、上下ワークロール１T、１Bのたわみを制御するための垂直ワークロールベンディング装置１１ａ、１１ｂが設置されている。

上下ワークロール１T、１Bのロール径は同径であり、上下のロール径差は０．５ｍｍ以内になるように管理されている。また、これらの上下ワークロール１T、１Bには圧延時のトルクを伝達するためにスピンドルが連結されており、電動機および減速機（いずれも図示しない）を介して上下ワークロール１T、１Bは回転される。

上記のように構成された知能型板圧延機において、圧延中に各入、出側分割バックアップロール３、４の測定荷重から上ワークロール１Ｔに負荷される荷重の水平方向成分の差を求める。この荷重差に基づいて、上ワークロール中心点Ｃ_Ｔの水平方向の位置を計算する。ついで、上ワークロール中心点Ｃ_Ｔを通る鉛直中心線ＣＬ上に下ワークロール中心点Ｃ_Ｂが位置するように下ワークロール１Ｂの水平ベンディング力を制御する。例えば、図３（ｂ）に示す場合、下ワークロール１Ｂが圧延機入側に向かって水平移動するように下ワークロール１Ｂに水平ワークロールベンディング装置１０ａ、１０ｂを操作して水平ベンディング力を加え、下ワークロール１Ｂを圧延機入側に向かって変位させる。下ワークロール中心点Ｃ_Ｂが鉛直中心線ＣＬ上に位置すると、図３（ａ）に示すように、反りのない水平な圧延板材が得られる。このように上ワークロールの水平位置を基準として下ワークロールの水平位置を制御する理由は、上ワークロールは分割バックアップロールにより水平方向の位置がほぼ拘束されており水平方向の変位量は下ワークロールに比べて大きくないからである。逆に、下ワークロールの水平位置を基準として上ワークロールの水平位置を制御する場合には、上ワークロールと分割バックアップロールとの相対位置のずれによる板形状の変化を補償するために水平ベンディング力とともに、分割バックアップロールの位置も制御する。なお、上ワークロールの水平位置を基準として下ワークロールの水平位置を制御する場合は、制御系装置が簡単であり、安価である。一方、下ワークロールの水平位置を基準として上ワークロールの水平位置を制御する場合は、板形状および反りを高精度で制御することができる。

また、上記のように構成された知能型板圧延機において、次のように反りを制御することもできる。すなわち、圧延中に各入、出側分割バックアップロール３、４の測定荷重から上ワークロール１Tに負荷される荷重の水平方向成分の差を求める。この荷重差に基づいて、上ワークロール中心点Ｃ_Ｔの水平方向の位置を計算し、上ワークロール中心点Ｃ_Ｔの水平方向の位置が許容範囲内に入るように上ワークロールに付加する水平ベンディング力を計算して、上ワークロールの水平方向の位置を制御する。ついで、上ワークロール中心点Ｃ_Ｔを通る鉛直中心線ＣＬ上に下ワークロール中心点Ｃ_Ｂが位置するように下ワークロール１Bの水平ベンディング力を制御する。下ワークロール中心点Ｃ_Ｂが鉛直中心線ＣＬ上に位置すると、反りのない水平な圧延板材が得られる。

なお、水平変位量と水平ベンディング力についてはあらかじめ実験で求めておいても良いし、特開平８−２６７１１５号公報で開示された理論を適用して計算しても良いし、水平ベンディング力装置の油圧シリンダーに位置センサーを設けて実測しても良い。

上述のように下ワークロール１Bが変位すると、板端部の荷重分布が変化し、反りはなくなるが板端部の形状が変化する。この板形状変化を補償（解消）するには、所望の板形状を得るワークロール１T、１Bの荷重分布、圧延機出側の板厚分布、ならびに各ワークロール１T、１Bとバックアップロール３、４の変位および適合条件から、所望の板形状を得る各分割バックアップロール３、４の変位を求める。求めた変位に基づいて各分割バックアップロール３、４の変位を制御するとともに、垂直ワークロールベンディング装置１１a、１１ｂを操作して垂直ベンディング力も同時に制御する（例えば、特開平８−２６７１１５参照）。

なお、水平ベンディング装置を備えた知能型板圧延機が知られている（例えば、特開平７−２５６３０９号公報参照）。この知能型板圧延機は、ワークロールに水平ベンディング力を加えてワークロールとバックアップロールとの間のヘルツ応力を低減し、これにより高圧下圧延を可能とするものである。高圧下圧延であるために圧延荷重が大きく、軸受の強度上、小径のワークロールに反りを防止する程度の水平変位を与える程度の大きなベンディング力を負荷することができない。

この発明は、上記最良の形態に限られるものではない。

この発明の他の形態として、圧延板材は鋼の以外に、例えばアルミニウム、銅、チタンなど、またはこれらの合金であってもよい。

図１に示す知能型板圧延機を用いて実験を行った。圧延に用いた金属シートは、低炭素鋼（板厚：２０ｍｍ、板幅：３５００ｍｍ、長さ：３０ｍ）、および高張力鋼板（板厚：６ｍｍ、板幅：３５００ｍｍ、長さ：５０ｍ）である。ワークロール径は３００ｍｍであり、圧下率０．２％で前記自動形状制御により圧延を行った。

圧延後の板形状はフラットであったが、高張力鋼板では圧延長さ１ｍ当たり０．２ｍｍの反りが認められた。そこで、入、出側の上分割バックアップロール荷重の水平方向成分差に基づき上ワークロール中心の変位量を計算し、上下ワークロールの中心位置が一致するように下ワークロールの水平ベンディング力を制御した。水平ベンディング力の制御により反りはなくなったが、板形状が若干悪くなった。これは下ワークロールの水平位置の変化により、板端部の荷重分布が変化したことによる。下ワークロールの変位で生じる板端部の形状変化を補償するために垂直ワークロールベンディング装置も同時に制御した。その結果、良好な板形状とともに反りのない製品を安定して製造することができるようになった。

本発明の板圧延機の一例を示す構成図である。図１に示す板圧延機の上ワークロールおよび分割バックアップロールの平面図である。上、下ワークロールの中心位置と反りとの関係を模式的に示す図面である。

符号の説明

１T：上ワークロール２T：上ワークロールチョック
１B：下ワークロール２B：下ワークロールチョック
３、４：分割バックアップロール５：分割バックアップロールハウジング
６：下バックアップロール７：下バックアップロールチョック
８：メインハウジング
９ａ、９ｂ：上ワークロール用水平ベンディング装置
１０ａ、１０b：下ワークロール用水平ベンディング装置
１１ａ、１１ｂ：ワークロール垂直ベンディング装置
１２：油圧圧下装置１３：パスライン調整装置

Claims

上下いずれか一方に、軸方向に３分割以上に分割した分割バックアップロールによってワークロールを支持する機構を有し、各分割バックアップロールがそれぞれ独立に荷重検出装置、圧下装置および圧下位置検出装置を備えた板圧延機において、
前記ワークロールを支持するバックアップロールの一方が、支持するワークロールの入側及び出側に配された分割バックアップロールであり、他方がソリッド・バックアップロールであって、
前記ソリッド・バックアップロールで支持された側のワークロールに水平方向の変位可能なベンディング力を負荷するワークロールチョックに設けられた水平ベンディング力負荷装置と、上下ワークロール間に垂直方向に作用するベンディング力を負荷する垂直ベンディング力負荷装置とを備え、
前記上下ワークロールに駆動装置が連結されていることを特徴とする板圧延機。
請求項１に記載の板圧延機において、板圧延時に前記上下ワークロールの一方のロールの中心を通る鉛直中心線上に他方のロールの中心が位置するように少なくとも上下ワークロールの一つの前記水平ベンディング力を制御するとともに、前記水平ベンディング力による板形状変化を補償するように前記垂直ベンディング力を制御することを特徴とする板圧延方法。