JP4744864B2 - 厚鋼板材の圧延設備 - Google Patents

Description

本発明は金属板材の圧延設備、特に鋼、アルミニウム、チタンその他金属材からなる厚板の圧延設備に関する。

一般に、厚板と呼ばれる板厚４ｍｍ以上のシート材は、無張力で圧延されている。このようなシート材は板圧延機で良好な板形状に圧延できるが、圧延後の冷却工程での不均一冷却により形状が悪化するという問題がある。従来このような問題に対しては、冷却工程の後にローラーレベラーや油圧プレスを配置して矯正することで対処しているが、ローラーレベラーや油圧プレスでは、反りやうねりは矯正できるものの、大きく乱れた板形状を矯正することは困難であった。

上記問題を解決する板圧延機として、新型式知能板圧延機がある。この板圧延機は、少なくとも上下いずれか一方において、ロール軸方向に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、圧下装置および圧下位置検出装置を備えている。前記板圧延機は入出側シート材に張力を付与する張力付与装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１６７６０４号公報（段落［００１０］、図１）

上記新型式知能板圧延機は、分割バックアップロールを備えた上に、うねりを防止するために板に張力を付与するピンチロールを装備しているので、圧延後の板形状をフラットにすることができる。しかし、広い板幅の材料を圧延するためにピンチロールの胴長を長くした場合、ピンチロールが大きくたわみ、ロールと圧延材との間に非接触部を生じ、十分な張力を付与できない場合が発生することが判明した。

そこで、本願発明は上述の従来技術の問題点を解決して、板幅にかかわらず板形状や板クラウンなどの板形状の制御性を改善するとともに、うねりやキャンバーのない良好な形状の金属板材を安定して製造することのできる圧延設備を提供することを課題としている。

この発明の厚鋼板材の圧延設備は、少なくとも上下いずれか一方に、ロール軸方向に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を構成する分割ロールに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設け、板厚４ｍｍ以上かつ板幅３５００ｍｍ以上の厚鋼板材を圧延することのできる板圧延機を備え、前記板圧延機入出側の少なくとも一方に被圧延材に張力を付与する上下に対となったピンチロールが配置された圧延設備において、前記ピンチロールは、被圧延材である板材とピンチロールとの接触率が１０％超５８％以下であるように胴部長さ方向の中心または円筒状中央部の端から胴部の端に至るまで胴部直径が漸減する形状となっていることを特徴としている。

上記圧延設備において、前記ピンチロールのロール軸を含む断面の輪郭線がロール軸方向の距離の関数で表示される曲線、または前記輪郭線が前記関数の近似値で表示される曲線であってもよい。

金属板材の圧延設備によれば、うねりやキャンバーのない金属板材を安定して製造することが可能となり、金属板材の製造において生産性を大幅に、例えば５％向上することができる。

図１はこの発明の最良の一形態を示すもので、圧延設備の模式的概略図である。圧延設備は、主として板圧延機１およびピンチロール２からなっている。板圧延機１は、上下ワークロール３、４ならびに上分割バックアップロール５、６および下分割バックアップロール７、８を備えている。

分割バックアップロール、例えば入側上分割バックアップロール５は図２に示すようにロール軸方向に５分割されており、入側上分割ロール５−１〜５−５からなっている。各入側上分割ロール５−１〜５−５はそれぞれ荷重検出装置９−１〜９−５、圧下装置および圧下位置検出装置(図示しない)を備えている。出側上分割バックアップロール６は４分割されており、出側上分割ロール６−１〜６−４（図示しない）からなっている。各出側上分割ロール６−１〜６−４もそれぞれ荷重検出装置、圧下装置および圧下位置検出装置(図示しない)を備えている。出側上分割ロール６−１〜６−４は、隣り合う入側上分割ロール５−１〜５−５の間隙に向かい合っており、入出側上分割ロールは千鳥形に配列されている。上入出側分割バックアップロール５、６は、入側および出側から上ワークロールを支持している。入出側下分割バックアップロール７、８も同様に分割、配列されており、入出側上分割バックアップロール５、６と同様に下入出側分割バックアップロール７、８は下ワークロール４を支持している。

ピンチロール２は板圧延機１の入出側の少なくとも一方に、配置されている。入出側それぞれに配置されているとすると、入出側ピンチロールはいずれも上下に対となったピンチロール１１、１２および１５、１６から構成されることになる。ピンチロール荷重を調整し、トルクを付与することによってワークロール３、４とピンチロール２との間で被圧延材１３に張力を付与する。

上記のように構成された圧延設備において、板幅が４５００〜５０００ｍｍを超える、いわゆる超広幅材を圧延しようとすると、ピンチロールの胴長は少なくとも６０００ｍｍは必要となる。このときのロール直径は工業的に常識的な直径は８００〜１０００ｍｍ程度である。これら寸法のピンチロールを用いて所要のピンチロール荷重で被圧延材を挟持すると、図３に示すようにワークロールがたわみ、両端部のみがピンチロールに接する。この場合、接触率が小さいので、うねりを防止するのに必要な張力を得ることができない。被圧延材とピンチロールとの接触率ηは、
η＝（ΔＷ1＋ΔＷ2）／Ｗ×１００ （％）
で表される。ここで、Ｗは被圧延材の幅であり、ΔＷ1およびΔＷ2はそれぞれ被圧延材の側端からのピンチロールとの接触長さである。
なお、上記のピンチロール直径は鋼の圧延用なので、鋼より軟らかい素材であるアルミニウムの場合は、例えば、直径６５０ｍｍが好ましい例となり、鋼より硬い素材であるチタンの場合は例えば、直径１２００ｍｍが好ましい例となる。

必要な張力を得るためにピンチロール荷重を増すことが考えられるが、接触部の応力が大きくなるために接触部に疵が発生し、製品の商品価値を著しく低下させてしまう。また、極端な場合には接触部が塑性変形する。無論、ピンチロール直径を非常に大きくすればたわみも小さくなるが、ピンチロールが非常に高価になる。

発明者らは研究の結果、ピンチロールを図４に示すような特定の断面形状にすると同一のピンチロール荷重でも接触率が大幅に増加し、接触率が大きくなればピンチロール荷重を大きくしなくても十分な張力を被圧延材に付与できることを知見した。このように作用するピンチロールは、胴部長さ方向の中心または円筒状中央部の端から胴部の端に至るまで胴部直径が漸減する形状となっている。表１は、ピンチロール形状と接触率との関係を実験した結果を示している。

表１によれば、上記特定形状のピンチロールは、特に広幅材の場合に接触率がフラットロールに比べかなり高いことがわかる。

図４−１および図４−２は、この発明のピンチロールの断面形状の例を示している。図４−１（ａ）に示すピンチロール２０は、胴部直径が胴部長さ方向の中心ｃから胴部の端ｅまで直線的に漸減している。傾斜部２１のテーパー（Ｄ−ｄ）／ｗは、例えば１．００×１０^−５〜１．００×１０^−３である。ここで、ｗは胴部長さの１／２の長さ、Ｄは胴部中心の直径、ｄは胴部端の直径である。

図４−１（ｂ）に示すピンチロール２４は、円筒状中央部２５と傾斜部２６とからなっている。胴部直径が中央部の端ｆから胴部の端ｅまで直線的に漸減している。胴部長さの１／２の長さｗに対する傾斜部２６の長さｗ1の比ｗ1／ｗは、例えば０．１６７〜０．８３３である。傾斜部２６のテーパー（Ｄ−ｄ）／ｗ1は、例えば１．６０×１０^−５〜４．００×１０^−３である。

図４−１（ｃ）に示すピンチロール２８は、胴部直径が胴部長さ方向の中心ｃから胴部の端ｅまで曲線的に漸減している。曲線はｓｉｎ曲線の山または谷の一部である。傾斜部２９の胴径減少率（Ｄ−ｄ）／ｗは、例えば１．３３×１０^−５〜６．６７×１０^−４である。

図４−２（ｄ）に示すピンチロール３２は、円筒状中央部３３と傾斜部３４とからなっている。胴部直径が中央部３３の端ｆから胴部の端ｅまで曲線的に漸減している。曲線はｓｉｎ曲線の一部である。胴部長さの１／２の長さｗに対する傾斜部３４の長さｗ1の比ｗ1／ｗは、例えば０．１００〜０．９３３である。傾斜部３４の胴径減少率（Ｄ−ｄ）／ｗ1は、例えば２．１４×１０^−５〜３．３３×１０^−４である。
なお、図４−１（ｂ）および図４−２（ｄ）においては、ピンチロールの中央部は円筒状であるが、場合によっては、図４−２（ｅ）のピンチロール３５に示すように、凹凸状中央部３９（図４−２（ｅ）では、例として凹状）からなっていても良い。
さらに、図４−２（ｆ）のピンチロール３６に示すように、例えば補強の目的で、板が通過する外側の端部においては、胴部の端ｅよりも胴部直径を増加させたピンチロール端部４１を有しても良い。

ピンチロール各部の寸法は、ピンチロールおよび被圧延材の弾性変形によりピンチロールと被圧延材との接触率が拡大して圧延後の板形状が平坦となる張力が被圧延材に生じるように決められる。各部寸法は、被圧延材の材質、板厚および板幅、ピンチロールの材質、胴部の直径、長さおよび形状、ピンチロール荷重、ならびに圧延前または後の板形状などに応じて、圧延理論に基づく計算または実験により決定することができる。

図５は、ピンチロール寸法、板厚、板幅、圧下率、ピンチロール荷重およびピンチロール形状を変化させ、圧延中の接触率ηと圧延後の被圧延材のうねりの急峻度λとの関係を実験で求めた結果を示している。ピンチロール荷重は被圧延材に疵や塑性変形が生じない荷重としている。急峻度λは図６に示すように、δ／Ｌ×１００（％）で与えられる。ここで、Ｌは波長、δは波高さである。図５において、接触率が１０％超５８％以下の範囲のピンチロールはすべて本発明が特定する断面形状のピンチロールであり、接触率ηが１０％以下の範囲のピンチロールはすべて本発明が特定する断面形状でないピンチロールである。図５から、接触率ηが１０％超５８％以下の範囲であると低いピンチロール荷重で十分な張力が与えられるので、急峻度λは低いことがわかる。一方、接触率ηが１０％以下である場合、うねりを発生させないようにするためには大きなピンチロール荷重が必要となる。その場合、うねりは発生しないが、わずかな面積で接触するために、被圧延材に疵や塑性変形が生じてしまう。したがって、接触率ηが１０％以下の場合、疵や塑性変形が生じないようにするためにはピンチロール荷重を低くせざるを得ないので、張力が小さくなり、大きなうねりが発生する。

本発明は上記最良の形態に限られるものではない。ピンチロールの胴部の形状は図４に示したものに限られるものではなく、例えばピンチロールのロール軸を含む断面の輪郭線がロール軸方向の距離の関数であって、その関数が三角関数、指数関数、対数関数、べき関数、折れ線、またはこれら関数の和、差、積、商を組み合わせたものであってもよい。また、これら関数の近似値であってもよい。

なお、本発明はうねりの防止だけではなく、特願平２００３−０７６９７０号の明細書に記載されているようなキャンバー制御を実施する場合にも有用である。すなわち、特願平２００３−０７６９７０号の明細書に記載の発明は、前述の新型式知能板圧延機の出側に被圧延材を挟持する少なくとも１対のピンチロールとからなる圧延設備を用いて、ピンチロールから被圧延材に作用する圧延方向力の左右バランス、および被圧延材を通じて圧延機のワークロールに作用する圧延方向力の左右バランスの何れか一方または双方を測定するか、または測定値をもとに演算算出し、該圧延方向力の左右バランスの測定値または演算値に基づいて圧延機のロール開度の左右非対称成分を制御することにより、キャンバーのない、あるいは極めてキャンバーの軽微な金属板材を安定して製造することのできる、金属板材の圧延方法および圧延装置を提供するものである。

本発明により、板幅や板クラウンにかかわらず、被圧延材に疵等の悪影響を及ぼさずに、ピンチロールで安定して被圧延材を挟持できるので、上記の、被圧延材に作用する圧延方向力の左右バランス、および被圧延材を通じて圧延機のワークロールに作用する圧延方向力の左右バランスを精度良く測定でき、結果として、板幅や板クラウンにかかわらず、キャンバーのない、あるいは極めてキャンバーの軽微な金属板材を安定して製造することが可能となる。

この発明のピンチロールを備えた圧延設備の一例を概略側面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 ピンチロールと被圧延材との接触状態を模式的に示す図面である。 本発明のピンチロールの例を模式的に示す正面図である。 本発明のピンチロールの他の例を模式的に示す正面図である。 接触率ηとうねりの急峻度λとの関係を示す線図である。 うねりの急峻度λを説明する図面である。

符号の説明

１ 板圧延機 ２ ピンチロール
３ 上ワークロール ４ 下ワークロール
５ 入側上バックアップロール ６ 出側上バックアップロール
７ 入側下バックアップロール ８ 出側下バックアップロール
９ 入側上バックアップロール荷重検出装置
１０ 出側上バックアップロール荷重検出装置
１１ 出側上ピンチロール １２ 出側下ピンチロール
１３ 被圧延材 １４ 圧延方向
１５ 入側上ピンチロール １６ 入側下ピンチロール
２０、２４、２８、３２、３５，３６ ピンチロール
２１、２６、２９、３４、３７，３８ ピンチロール傾斜部
２５、３３、４０ 円筒状中央部
３９ 凹凸状中央部
４１ ピンチロール端部

Claims (3)

1. 少なくとも上下いずれか一方に、ロール軸方向に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、前記分割バックアップロールを構成する分割ロールに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設け、板厚４ｍｍ以上かつ板幅３５００ｍｍ以上の厚鋼板材を圧延することのできる板圧延機を備え、前記板圧延機入出側の少なくとも一方に被圧延材に張力を付与する上下に対となったピンチロールが配置された圧延設備において、
   前記ピンチロールは、被圧延材である板材とピンチロールとの接触率が１０％超５８％以下であるように胴部長さ方向の中心または円筒状中央部の端から胴部の端に至るまで胴部直径が漸減する形状となっていることを特徴とする厚鋼板材の圧延設備。
2. 前記ピンチロールのロール軸を含む断面の輪郭線がロール軸方向の距離の関数で表示される曲線からなる請求項１記載の厚鋼板材の圧延設備。
3. 前記輪郭線が前記関数の近似値で表示される曲線からなる請求項２記載の厚鋼板材の圧延設備。

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