JP4907042B2 - Ｃｖｃロール対を有するロールスタンド - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、ＣＶＣロール対、特に水平方向に作用するモーメントが働く接触領域を有するＣＶＣワークロール対及びバックアップロール対を備えたロールスタンドに関する。このモーメントは、ロールの捻れをもたらし、これによってロールネック内に軸方向の力を発生させる。
【０００２】
ヨーロッパ特許発明第 0 049 798号明細書は、ワーキングロールを有する圧延機を記す。これらのワーキングロールは、場合によってはバックアップロール又はバックアップロール及び中間ロールに接して延在している。この場合、これらのワーキングロール及び／又はバックアップロール及び／又は中間ロールは、互いに軸方向にシフト可能である。これらのロール対のうちの少なくとも１つのロール対の各ロールが、胴端部方向に延在する湾曲したプロフィルを形成する。このクラウンは、両ロール面に沿ってそれぞれ反対側に向かって圧延材の幅の一部を介して延在している。この場合、この圧延材の横断面が、事実上この湾曲したプロフィルを有するロールの軸方向のシフトだけによって影響を受ける。その結果、ロールベンディングを使用する必要がない。両ロールの湾曲されたプロフィルは、これらのロールの胴長の全体にわたって延在し、両ロールの所定の軸位置で互いに補完する構造をなす。
【０００３】
ロール形状のプロフィルが５次の多項式によって表されるロール形状が、ヨーロッパ特許発明第 0 294 544号明細書から公知である。このロール形状は、圧延材のさらなる修正を可能にする。
軸力(Lagerkraefte)と適切に作用しないロール力(Walzkraeft)を大幅に小さくするため、ワークロールのプロフィルが、ロール軸に対して平行に延在している線と３カ所で交差する湾曲部を有することが特開昭 61-296904号公開公報中で提唱されている。この場合、両ロールから形成された全直径が全ロール長にわたって等しいように、湾曲されたプロフィルがそれぞれ、対向する側面に向かって両ロール面に形成されている。
【０００４】
しかしながら上述した明細書中では、ロール間隙の形状とプロフィルの制御範囲しかＣＶＣロールによる圧延工程時に役目をはたさないことが問題視されていない。特に、ロールネックの構造経費が、不適切な研削形状の使用時に発生しうるロールの軸力によって影響を受ける。
【０００５】
ＣＶＣロールの胴長にわたる−仮に小さいとしても−直径の差によって、異なる接触力と周速が発生する。
【０００６】
同じ直径を有する対になったロールの位置では、これらの直径の周速が等しい。ロール接触領域のその他の位置では、ロールの直径とそれによる周速がそれぞれ、同じ直径を有する対になったロールの位置のときよりも小さいか又は大きい。このことから、対になったロール間の正又は負の速度差が、座標方向を固定することによってこれらの対になったロールの接触領域にわたって発生する。
【０００７】
異なる大きさと異なって指向された相対速度は、異なる大きさと異なって指向された周囲力(Walzenumfangskraefte)となる。このロールの周囲力のこの分散が、ロールスタンドの中心を軸にしてモーメントを発生させる。このモーメントは、ロールの捻れを引き起こすと同時に、ロールネック内に軸方向の力を発生させうる。
互いに軸方向にシフト可能なワークロールのプロフィルをより高次の多項式にしたがって形成することが、特開平 6-285518 号公開公報から公知である。この場合、最高次の項が、ロール中心からのロール軸心方向距離に関連し、３次以上の項が、点対称に関連する。このとき、ロール半径とロール中心からのロール軸心方向距離との積を、もう１本のロール、例えばバックアップロールとの全接触長さにわたって積分した積分値が０になるように、ワークロールのプロフィルが決定されている。特にワークロールのゆがんだ地点によって発生する軸方向の力が、ワークロールのこのようなプロフィルによって低減され得る。
【０００８】
本発明の課題は、このような種類のロールスタンドにおいてロールネックの軸方向の力が最少になる手段を提供することにある。この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。水平方向に作用するモーメントが、追加の経費なしにＣＶＣロールの形状賦与を変更するだけで最少にされ得る。
【０００９】
ＣＶＣロールの半径方向の変化が、一組の多項式
Ｒ（ｘ）＝ａ₀ ＋ａ₁ ・ｘ＋ａ₂ ・ｘ² ＋……＋ａ_n ・ｘⁿ
で表され、特にいわゆる比例係数ａ₁ が最適化パラメータとして使用されていることによって、形状賦与は適切に変更される。ＣＶＣロールのプロフィルは、３次多項式：
Ｒ（ｘ）＝ａ₀ ＋ａ₁ ・ｘ＋ａ₂ ・ｘ² ＋ａ₃ ・ｘ³
Ｌ＝ＣＶＣロールの半径
ａ_i ＝多項式の係数
ｘ＝胴の長手方向の座標
によって定義される。
【００１０】
より高い次数のＣＶＣロールでは、多項式のさらに別の係数（ａ₄ ，ａ₅ ，等）が考慮される。
【００１１】
多項式の係数ａ₀ は、実際のロール半径によって得られる。ＣＶＣシステムに対する所望の制御範囲が得られるように、多項式の係数ａ₂ ，ａ₃ ，ａ₄ ，ａ₅ 等が確定される。多項式の係数ａ₁ は、制御範囲とロール間の線形荷重とに依存せず、したがって任意に選択可能である。軸方向の力がＣＶＣロールの使用時に最少になるように、この比例係数つまり線形成分ａ₁ は選択され得る。
【００１２】
実用性の理由から、最適な比例係数ａ₁ は、オフラインであり、ＣＶＣロールの異なるシフト位置（例えば、最少シフト位置，中間シフト位置，最大シフト位置）の平均値として算定される。確かに、ロールネックの軸方向の力が完全に校正されないものの、ロールの全制御範囲内で最少の軸方向の力の値が得られる。
ＣＶＣの研削の最適化された比例係数では、一方の端部直径とロールの凸状の部分とに接する接線、並びに（ロールの凸状の側面に接する）他方の端部直径とロールの凹状の部分とに接する接線が、互いに平行にかつロール軸に対して最適なくさび角度だけ傾いて延在している。これに対して、直径差を最も小さくする目的で決定されている従来通りに研削されたＣＶＣワークロールでは、これらの接線が、ロール軸に対して平行に延在している。
【００１３】
３次多項式による１本のロールの比例係数ａ₁ が、
ａ₁ ＝−１／２０〜−５／２０・ａ₃ ・ｂ² _cont
の範囲内にあると有益であることが、数学的な考察と経験によるデータとによって判明した。
【００１４】
同様に考察すると、５次多項式による１本のロールの比例係数ａ₁ は、式
ａ₁ ＝ｆ₁ ・ａ₃ ・ｂ_cont ² ＋ｆ₂ ・ａ₅ ・ｂ⁴ _cont
ｆ₁ ＝−１／２０〜−５／２０
ｆ₂ ＝０〜−７／１１２
によって表記可能である。
【００１５】
本発明のその他の特徴は、特許請求の範囲，以下の説明及び本発明の実施の形態が概略的に示されている図面に記載されている。
【００１６】
図１ａ，１ｂ，１ｃ中には、ＣＶＣワークロール１が、異なるシフト位置で示されている。これらのワークロール１は、バックアップロール２によって支持されている。圧延材３が、ワークロール１間に存在する。
【００１７】
ロール間隙内の荷重は、圧延材３にわたって、ワークロール１のシフト位置に関係なく一定とみなされる。この荷重は、矢印４によって示されている。ＣＶＣワークロール１とバックアップロール２との間の荷重は、これらのロールの接触領域ｂ_contにわたって不均等に分布し、ワークロール１のシフト位置によって変化する。この荷重は、矢印５によって示されている。この矢印４と５によって示された荷重の和は、等しくかつ逆方向ある。
【００１８】
図２によれば、ロールの形状から得られる荷重の矢印５及び局所的な正又は負の相対速度が、接触幅ｂ_contにわたって異なる周囲力Ｑ_i を発生させる。このロール周囲力Ｑ_i の分布は、ロールスタンドの中心６を軸にするモーメントＭを引き起こす。このことは、ロール１，２の捻れを引き起こすと同時に、これらのロール１，２のロールネック内に軸方向の力を発生させうる。
【００１９】
このことは、適切なロール研削形状によって阻止される。３次多項式
Ｒ（ｘ）＝ａ₀ ＋ａ₁ ・ｘ＋ａ₂ ・ｘ² ＋ａ₃ ・ｘ³
によるロールプロフィルを有するＣＶＣロールの場合、多項式の係数ａ₀ が、その都度のロール半径を規定し、多項式の係数ａ₂ ，ａ₃ ，ａ₄ ，ａ₅ 等が、ＣＶＣシステムの所望の制御範囲を規定するので、係数ａ₁ ，いわゆる比例係数だけが任意に変更可能である。この比例係数ａ₁ だけが、制御範囲とロール間の線形荷重にとに依存せず、したがって任意に選択可能である。プロフィルが３次多項式によって定義されるＣＶＣロールでは、比例係数ａ₁ が範囲
ａ₁ ＝−１／２０〜−５／２０・ａ₃ ・ｂ² _cont
内にあるときに、この比例係数ａ₁ は最少のモーメントＭを発生させる。
【００２０】
プロフィルが５次の多項式によって定義されているＣＶＣロールの場合、比例係数が、
ａ₁ ＝ｆ₁ ・ａ₃ ・ｂ_cont ² ＋ｆ₂ ・ａ₅ ・ｂ⁴ _cont
ｆ₁ ＝−１／２０〜−５／２０
ｆ₂ ＝０〜−７／１１２
であるときに、モーメントＭが最少になる。
【００２１】
図３中には、従来通りに研削されたＣＶＣワークロール対が示されている。このＣＶＣワークロール対は、直径差を最も小さくする目的で決定されている。一方の端部直径７とロールの凸状の部分とに接する接線８、並びに他方の端部直径９とロールの凹状の部分とに接する接線１０は、この従来通りに研削されたワークロールの軸に対して平行に延在している。これに対して、最適な比例係数で決定された図４によるＣＶＣロールの対応する接線は、平行ではあるものの、ロール軸に対して最適なくさび角度・（α）だけ傾いている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】 バックアップロールを伴うＣＶＣワークロール対の異なるシフト位置、及びロール間隙内とロール間との線形荷重分布を示す。
【図１ｂ】 バックアップロールを伴うＣＶＣワークロール対の異なるシフト位置、及びロール間隙内とロール間との線形荷重分布を示す。
【図１ｃ】 バックアップロールを伴うＣＶＣワークロール対の異なるシフト位置、及びロール間隙内とロール間との線形荷重分布を示す。
【図２】 ２本のロールの接触領域内の周囲力の分布を示す。
【図３】 従来の研削によるＣＶＣアークロール対を示す。
【図４】 最適な比例係数によるＣＶＣワークロール対を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１，１′ ＣＶＣワークロール
２ バックアップロール
３ 圧延材
４ 矢印（ロール間隙内の荷重）
５ 矢印（ワークロール１とバックアップロール２との間の荷重）
６ ロールスタンドの中心
７，７′ 端部直径
８，８′ 接線
９，９′ 他方の端部直径
１０，１０′ 他方の接線

Claims (2)

1. 上ロールと下ロールが同一形状であるＣＶＣワークロール対、及び、バックアップロール対を備えたロールスタンドであって、
   水平方向に作用するモーメントＭがロールの捻りをもたらし、これによってロール軸受に軸方向の力を発生させる接触領域ｂ_ｃｏｎｔを備えるロールスタンドにおいて、
   モーメント（Ｍ）は、ＣＶＣロール（１，１′）の半径の変化（プロフィル）でＣＶＣを適切に研削することによって最少であり、この半径の変化は、一組の多項式：
   Ｒ（ｘ）＝ａ_０＋ａ_１・ｘ＋ａ_２・ｘ^２＋……＋ａ_ｎ・ｘ^ｎ
   Ｒ（ｘ）＝半径の変化
   ｎ ＝整数
   ｘ ＝胴の長手方向の座標
   ａ_０ ＝実際のロール半径
   ａ_１ ＝オフラインであり、ＣＶＣロールの異なるシフト位置の平均値として形成されている最適化パラメータ（比例係数）
   ａ_２〜ａ_ｎ＝ＣＶＣシステムの制御のための多項式の次数の係数
   によって定義されていて、
   一方の端部直径（７′）とロール（１′）の凸状の部分とに接する接線（８′）、並びに他方の端部直径（９′）とロール（１′）の凹状の部分とに接する接線（１０′）が、互いに平行にかつロール軸に対して最適なくさび角度（α（α≠０））だけ傾いて延在しているように、ＣＶＣの研削が最適な比例係数（Ｋｅｉｌｉｇｋｅｉｔ）で形成されていることを特徴とするロールスタンド。
2. ３次多項式にしたがって変化する半径を有する１本のロール（１，１′）の最適化パラメータａ_１は、
   ａ_１＝ｆ_１・ａ_３・ｂ_ｃｏｎｔ ^２
   ｆ_１＝−１／２０〜−５／２０
   の範囲内にあり、５次多項式にしたがって変化する半径を有する１本のロール（１，１′）の最適化パラメータａ_１は、
   ａ_１＝ｆ_１・ａ_３・ｂ_ｃｏｎｔ ^２＋ｆ_２・ａ_５・ｂ_ｃｏｎｔ ^４
   ｆ_１＝−１／２０〜−５／２０
   ｆ_２＝０〜−７／１１２
   の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のロールスタンド。

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