JP4808068B2

JP4808068B2 - 鋼片の圧延方法

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Publication number: JP4808068B2
Application number: JP2006120898A
Authority: JP
Inventors: 仁串田; 恒徳川端; 吉彦久保田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: JP2007290006A

Description

この発明は、線材、棒鋼などの条鋼の素材となる鋼片の熱間圧延工程で、最終圧延機の孔型から出てくる仕上げ鋼片の曲がりを抑制する圧延方法に関する。

線材、棒鋼など条鋼圧延の素材である鋼片は、一般に、連鋳片または鋼塊を均熱した後、分塊圧延工程で、２３０〜２４０ｍｍ角程度の鋼材（ブルーム）にまでリバース圧延された後、通常、数台の連続鋼片圧延機で、断面寸法が１５０〜２００ｍｍ程度の鋼片に圧延される。従来、この鋼片の連続圧延機では、図４（ａ）にロール孔型Ｇ１およびＧ２の配列を示すように、Ｈ−Ｈ方式（水平−水平ロール孔型配列方式）の圧延機配列が採用され、素材Ｓおよび圧延材Ｓ１に対して圧下方向Ｐを交互に変えるため、圧延機間に、圧延材を９０°捻るツイスターを設置して圧延が行なわれていた。しかし、このツイスターを使用した圧延では、圧延材に、ツイスターと接触することによるツイスター疵が発生する場合がある。このツイスター疵をなくすために、図４（ｂ）にロール孔型Ｇ１およびＧ２ａを示すように、圧延機（ロール孔型Ｇ２ａ）の方を９０°交差させて配置し、圧延材Ｓ１を捻らずに直進させて圧延を行なうＨ−Ｖ方式（水平−垂直ロール孔型配列方式）の圧延機の配列が採用されてきている。

前記鋼片の連続圧延機に供給される鋼材（ブルーム）は、上述のように、連鋳片または鋼塊からリバース圧延により、通常、２３０ｍｍ角程度まで断面寸法を減少させるため、圧延に時間を要し、加熱（均熱）過程で生じた温度分布に加えて、圧延中に圧延材断面内に発生する温度分布が大きくなる。このような素材Ｓおよび圧延材Ｓ１の断面内に生じる温度分布は、図５に模式的に示すように、上下等、一対の孔型ロール８、９のロール違いがなくても、孔型Ｇ内での不均一変形を助長して圧延材Ｓ１に捻じれ（捻れ角θ）が発生する原因となる。前記Ｈ−Ｖ方式の圧延機配列では、ツイスターを用いて圧延材を９０°捻って次圧延機に導入する必要がない反面、前記温度分布などに起因する圧延材の捻じれの、ツイスターによる修正効果は得られなくなる。鋼片にこのような捻じれが発生すると、最終圧延機の出側での曲がりによる誘導性の問題からミスロールやガイドロールとのすり疵などの表面疵を引き起こす。また、圧延、冷却後の鋼片自体に曲がりが残存し、鋼片手入れ工程で、表面疵の検知や疵除去などに支障を生じ、さらに、後続の線材、棒鋼圧延工程における加熱炉内での鋼片の転回や粗圧延機列での圧延機間の捻じれなどの問題を引き起こす。

上述のような圧延材の捻じれを防止するために、従来から、圧延機入側にローラーガイドを設置し、このガイドロールで圧延材を完全に固定支持する圧延方法が用いられている。また、例えば、特許文献１では、棒鋼圧延の仕上げスタンドの一対の垂直ロールの入側に、回転可能に支持されたガイド本体を有するツイスターガイドを設けたガイド装置を設置し、仕上げスタンドから出る製品（棒鋼）に捻じれがあると、それと反対方向に回転を付与することによって製品捻じれを矯正する圧延装置が開示されている。さらに、特許文献２では、圧延機の下流側に被圧延材料のプロフィール測定装置を配置し、外径寸法のズレやネジレを測定し、基準プロフィール（基準値）と比較して寸法不良やネジレに対する調節値を算出して、最下流側の圧延機または圧延機毎に圧延ロールのスラスト方向の位置を調節して寸法不良やネジレを是正する圧延方法が開示されている。一方、非特許文献１には、ロールの軸方向の調整は上下ロールの孔型を揃えるために行なうのが原則であるが、圧延材を９０°あるいは４５°ねじる必要のあるときには軸方向の調整で上下孔型の中心を若干ずらすことにより圧延材自身にねじりモーメントを与える場合があることが記載されている。
特開２０００−１７６５２９号公報特開２００４−１７１３１号公報鉄鋼便覧（第３版（1980）、第３巻（２）、第873頁

しかし、前記のローラーガイドで圧延材を固定支持する方法では、比較的大断面の鋼片圧延においては、ローラーガイドで圧延材を保持することは困難なため、保持可能とするためにはガイド装置が大掛かりなものとなり、また、無理に圧延材を固定支持した場合には、圧延材の捻れによってローラガイド（ガイドローラ）と強く接触することになり、表面疵が発生するなどの問題があった。また、特許文献１に開示された圧延装置では、圧延材がツイスターガイドと接触することによる表面疵は避けられなく、圧延機をＨ−Ｖ方式で配列した表面疵防止の利点がなくなる。一方、特許文献２に開示された圧延方法では、一般に、圧延材の捻じれを、圧延ロールの軸方向の調整により制御することは、非特許文献１に記載されているように、周知であり、特許文献２に開示された圧延方法は、汎用されているプロフィール測定手段を用いて単に自動化する圧延方法が開示されているに過ぎない。

そこで、この発明の課題は、鋼片の連続圧延において、ツイスターやローラーガイドを使用せずに、圧延材の断面内温度分布等によって発生する、最終圧延機から出てくる鋼片の捻じれを解消して圧延後の鋼片の曲がりを抑制する方法を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

即ち、請求項１の発明は、少なくとも最終圧延機と最終１台前圧延機が孔型圧延ロールを備え、前記最終圧延機と最終１台前圧延機との間にツイスターを設置しない鋼片の連続圧延方法であって、前記最終圧延機で圧延された鋼片の捻じれとして当該鋼片の捻じれ角を計測し、この捻じれ角と前記最終１台前の圧延機の孔型圧延ロールの軸方向の調整量を予め対応づけておき、当該鋼片の圧延中に、計測した前記捻じれ角に基づいて、前記最終１台前の圧延機のみの孔型圧延ロールを、ロール軸方向に調整して前記捻じれを解消するようにしたことを特徴とする鋼片の圧延方法である。請求項２の発明は、請求項１記載の鋼片の圧延方法において、前記計測した捻じれ角に基づき、前記最終１台前の圧延機の孔型圧延ロールをロール軸方向に調整するフィードバック制御に加え、連続圧延ラインの入側で、鋼片の連続圧延を開始する前の当該鋼片の表面温度分布を計測し、捻じれに関して予め対応づけておいた、表面温度分布と最初の圧延機のロール軸方向の調整量との関係に基づいて、前記最初の圧延機のロール軸方向の調整量をフィードフォワード制御することを特徴とするものである。

本発明者は、棒鋼や線材などの孔型圧延を行う場合に、上下等の一対のロール孔型の非対称性が圧延材に曲がりを生じさせることに着目し、この現象を比較的断面寸法の大きい鋼片圧延に利用して鋼片の曲がりを矯正することに想到した。図１（ａ）は、素材（圧延材）Ｓが傾いたりせずに理想的な角度で圧延機のロール孔型Ｇに入ってきたときでも、上ロール８と下ロール９とがロール軸方向にずれている場合（図１（ａ）では、上ロール８が図示右側にずれている）、圧延材Ｓ１に捻じりモーメントが与えられて、時計回りの回転が生じることを示している。図１（ｂ）は、素材Ｓ（圧延材Ｓ１）の断面内に温度分布が生じている場合（例えば、図１（ｂ）では素材右下面ＳＬから左上面ＳＵにかけて温度が低くなっている）、この素材Ｓがロール孔型Ｇで圧延されると、孔型内での不均一変形が助長されて圧延材Ｓ１は反時計回りに回転しようとする。しかし、図１（ａ）に示したように、上ロール８が図示右方向にずれているため、圧延材Ｓ１に時計回りの回転が与えられ、両者が打ち消しあって圧延材Ｓ１は回転せずに済む。

したがって、上記のようにすれば、最終圧延機のロールが水平圧延ロールであるか垂直圧延ロールであるかにかかわらず、最終圧延機の上下または左右の圧延ロールのロール違いをなくした状態で、すなわち鋼片の仕上げ断面形状を損なわずに、またツイスターとの接触による表面疵の発生を回避して、比較的断面寸法の大きい圧延材断面内の温度分布等に起因して発生する鋼片の捻じれを解消し、圧延後の鋼片の曲がりを抑制することが可能となる。また、最終１台前の圧延機のロール違いにより圧延材に与えられたねじりモーメントにより、この圧延機と最終圧延機との間で、圧延材が鋼片の捻じれ方向と逆方向に緩やかに捻じれるため、比較的断面寸法が大きい圧延材であっても、ツイスターガイドで圧延材長手方向の局部的な位置でねじりを与える場合に比べて引張り応力の作用による表面疵発生のおそれもなくなる。

本発明による鋼片の圧延方法は、最終圧延機で圧延された鋼片の捻じれとして当該鋼片の捻じれ角を計測し、この捻じれ角と前記最終１台前の孔型圧延ロールの軸方向の調整量を予め対応づけておき、鋼片の圧延中に、計測した捻じれ角に基づいて、前記最終１台前の圧延機のみの孔型圧延ロールを軸方向に調整するようにしている。

このように、最終圧延機出側での鋼片の捻じれ角、すなわち捻じれ量と最終１パス前のロールの軸方向の調整量を予め対応付けておくことにより、圧延中に、鋼片の捻じれ角に対応した、最終１パス前のロール軸方向の調整量を求めて迅速にフィードバック制御を行なうことが可能となる。

この発明では、鋼片の連続圧延工程で、最終圧延機で圧延された鋼片の捻じれの計測値に基づいて、少なくとも最終１台前の圧延機の孔型圧延ロールを、ロール軸方向に調整するようにしたので、鋼片の仕上げ断面形状を損なわずに、またツイスターとの接触や捻じりによる表面疵の発生を回避して、圧延材断面内の温度分布等に起因して発生する鋼片の捻じれを解消することが可能となる。また、最終圧延機出側での鋼片の捻じれ量（捻じれ角）と最終１パス前のロールの軸方向調整量を予め対応付けるようにしたので、圧延中に、鋼片の捻じれ角に対応した、前記ロール軸方向の調整量を求めてフィードバック制御を行ない、迅速に捻じれを解消することが可能となる。

以下に、この発明の実施形態を、実施例を交えて、図２および図３に基づいて説明する。

図２は、鋼片の連続圧延ライン１のレイアウトを示したものである。この連続圧延ライン１は、２ロール方式の水平圧延機１Ｈ、３Ｈ、５Ｈおよび垂直圧延機２Ｖ、４Ｖが、一例として、合計５台交互に直列（タンデム）配置され、最終圧延機５Ｈは水平圧延機、最終１台前の圧延機４Ｖは垂直圧延機となっている。最終圧延機５Ｈの下流側には、鋼片の捻じれ量を測定する手段として、例えば、光学的形状測定装置（特開２００１−２５５１２５号公報参照）などの、捻じれ角（θ）測定装置６が設置されている。分塊圧延工程で、２３０〜２４０ｍｍ角程度に圧延された素材（ブルーム）Ｂ１は、加熱炉（図示省略）で、所要の圧延温度にまで加熱された後、前記圧延機１Ｈ、２Ｖ、３Ｈ、４Ｖ、５Ｈで、交互に、垂直方向および水平方向から圧下を受けて、断面寸法が１５０〜１６０ｍｍ角程度の鋼片Ｂ２に仕上げられる。そして、最終圧延機５Ｈから出てきた鋼片Ｂ２の捻じれ角（θ）が測定され、制御装置７を介して、最終１台前の圧延機４Ｖの作業側ロールが、予め求めて制御装置７に組み入れた、捻じれ角とロールの軸方向調整量とを対応付けた関係式またはテーブル値などの手段に基づいて、ロール軸方向に調整するフィードバック制御が行なわれる。このロール軸方向の調整は、例えば、一般に、２ロール方式圧延機のロール軸方向の調整機構として汎用されている、ターンバックルを用いたスラスト調整機構（図示省略）で、ターンバックルの調整ねじを、油圧または電動で伸縮させてチョックとロールを一緒に軸方向に移動させることにより、行なうことができる。以下に実施例について説明する。

素材として、２４０ｍｍ角のブルームを所要の圧延温度（ブルーム１本内の最高温度：１１００℃、最低温度：９５０℃、１本内温度差：１５０℃）に加熱した後、前記連続圧延ライン１で、２４０ｍｍ角→菱孔型（No.3圧延機３Ｈ：水平ロール）→菱孔型（No.4圧延機４Ｖ：垂直ロール）→角（１５５ｍｍ角）孔型（No.5圧延機５Ｈ：水平ロール）の孔型スケジュールで、１５５ｍｍ角の鋼片に圧延する過程で、最終圧延機（No.5圧延機５Ｈ）で圧延された鋼片（１５５ｍｍ角）の長手方向に等間隔の１０箇所の位置での捻じれ量（捻じれ角θ）を、捻じれ角測定装置６で計測した。

そして、表１に示すように、予め求めておいた、捻じれ角θと最終１台前の圧延機（No.4ロールスタンド）のロール軸方向の調整量ｔａとを対応付けたテーブル値から、前記捻じれ角θに対応する調整量ｔａを求めて、前記制御装置７により、No.4圧延機４Ｖの作業側ロール４ａを軸方向に調整するフィードバック制御を行なった。

図３は、上記ロール軸方向の調整後の、最終圧延機（No.5圧延機５Ｈ）で圧延された１５５ｍｍ角鋼片のTopからBottomにかけての捻じれ量（捻じれ角θａ）を、ロール軸方向の調整無のときと比較して示したものである。ロール軸方向の調整無の場合には、鋼片のTopからBottomにかけて、捻じれ角度θａが大きくなり、最終圧延機（No.5圧延機５Ｈ）からでてきた鋼片の曲がりの許容範囲以下になる捻じれ角度を超えているが、上述のロール軸方向の調整を、表１のテーブル値に基づいて圧延材（鋼片）１本内でのフィードバック制御により行なうと、調整１本目の鋼片の中程からBottomにかけて捻じれ量（捻じれ角）が殆んどなくなり、調整後２本目からは、鋼片のTopからBottomにかけて、捻じれ量（ねじれ角）がなくなって、捻じれが解消していることがわかる。

なお、前記連続圧延ライン１の入側で、素材（ブルーム）の表面温度分布を計測し、予め対応付けておいた、表面温度分布−最初の圧延機（例えば、図２で圧延機１Ｈなど）のロール軸方向の調整量の関係に基づいて、前記最初の圧延機のロール軸方向の調整量をフィードフォワード制御することも可能である。このフィードフォワード制御と上記のフィードバック制御を組み合わせることにより、さらに精度のよい捻じれの制御が可能となる。

本発明は、鋼片圧延のみならず、例えば、線材、棒鋼の粗列圧延機間での圧延材の捻じれの解消にも適用が可能である。

（ａ）ロール違いによって圧延材が回転する様子を模式的に示す説明図である。（ｂ）圧延材断面内の温度分布に回転がロール違いによって相殺されることを模式的に示す説明図である。連続鋼片圧延ラインの一例を示す説明図である。ロール軸調整によって、鋼片の捻じれが解消する推移を示す説明図である。（ａ）従来のＨ−Ｈ方式圧延での圧延材の９０度捻じりを示す説明図である。（ｂ）Ｈ−Ｖ方式圧延により、圧延材の９０度捻りが不要となることを示す説明図である。素材（圧延材）の温度分布により、圧延材に捻じりが発生する様子を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１：鋼片連続圧延ライン１Ｈ、３Ｈ、５Ｈ：水平圧延機
２Ｖ、４Ｖ：垂直圧延機１ａ〜５ａ：孔型ロール
６：捻じれ角測定装置７：制御装置８：上ロール９：下ロール
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２：孔型Ｐ：圧下方向

Claims

少なくとも最終圧延機と最終１台前圧延機が孔型圧延ロールを備え、前記最終圧延機と最終１台前圧延機との間にツイスターを設置しない鋼片の連続圧延方法であって、前記最終圧延機で圧延された鋼片の捻じれとして当該鋼片の捻じれ角を計測し、この捻じれ角と前記最終１台前の圧延機の孔型圧延ロールの軸方向の調整量を予め対応づけておき、当該鋼片の圧延中に、計測した前記捻じれ角に基づいて、前記最終１台前の圧延機のみの孔型圧延ロールを、ロール軸方向に調整して前記捻じれを解消するようにしたことを特徴とする鋼片の圧延方法。
前記計測した捻じれ角に基づき、前記最終１台前の圧延機の孔型圧延ロールをロール軸方向に調整するフィードバック制御に加え、連続圧延ラインの入側で、鋼片の連続圧延を開始する前の当該鋼片の表面温度分布を計測し、捻じれに関して予め対応づけておいた、表面温度分布と最初の圧延機のロール軸方向の調整量との関係に基づいて、前記最初の圧延機のロール軸方向の調整量をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１に記載の鋼片の圧延方法。