JP5156151B2 - ロールの研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属帯の圧延に用いるロールの研削方法、特に研削量を設定する方法に関する。

金属帯の圧延は、圧延の仕上げ厚さに応じて間隙および圧下力が設定されるロール間に金属帯を通過させることによって行われる。圧延に使用されるロールは、金属帯や他のロールと接触しながら回転するので、多くの金属帯を圧延すると、その表面が次第に損傷、いわゆる表面肌荒れをする。特に金属帯と直接接触するワークロールは、表面肌が荒れると、その荒れが金属帯の表面に転写されるので、金属帯の品質低下を来たす。そこで、金属帯の表面を観察しながら圧延し、荒れの兆候が見られる場合には、ロールが寿命に達したと判断する。ロール寿命に達すると、圧延を停止してロールを圧延スタンドから抜き取り、新しいロールを装入するロール交換を行う。抜き取られたロールは、表面を研削して再度圧延に使用される。

図４は、連続圧延される金属帯を示す。金属帯の圧延では、複数の金属帯を接続して連続圧延することがある。連続圧延は、同じ幅の金属帯を連続圧延する場合もあるが、幅が異なる金属帯同士を接続して連続圧延する場合もある。異幅の金属帯を連続圧延する場合、ロール寿命を勘案しながら、幅Ｗａの広い金属帯１から圧延を開始し、次に幅Ｗｂ（Ｗｂ＜Ｗａ）の狭い金属帯２、さらに幅Ｗｃ（Ｗｃ＜Ｗｂ＜Ｗａ）の狭い金属帯３へと推移するように圧延する。幅が狭い方から広い方へ推移する逆の順序にすると、金属帯エッジの擦過痕が後に圧延される幅広の金属帯に転写されるからである。したがって、ロール交換については、最も幅Ｗａが広い金属帯１および金属帯４の圧延をそれぞれ開始するタイミングｔ１およびｔ３で行うことが望ましい。

金属帯の連続圧延では、ロール寿命を勘案し、上記タイミングｔ１およびｔ３でロール交換できるように、圧延順序等を決定する。しかし、ロール寿命には種々の要因が影響するので、計画どおりの寿命を得られないことがある。たとえば、幅Ｗａの金属帯１および幅Ｗｂの金属帯２を圧延した段階でロール寿命に達することがある。この場合、次に圧延する金属帯３の幅Ｗｃは狭いけれども、タイミングｔ２でロールを交換する。幅Ｗｃの金属帯３の圧延を終了し、次に幅Ｗａが広い金属帯４の圧延をする場合、ロールを圧延に使用した距離が短く、ロール寿命に達していない場合であっても、金属帯４の圧延開始のタイミングｔ３でロール交換する。前述の金属帯エッジの擦過痕転写の問題があるからである。ここで、ロールを圧延に使用した距離とは、１対のロールを使用して圧延した金属帯の累積長さのことをいい、以後圧延距離と呼ぶ。

図５は、ロールの圧延距離と発生頻度との関係を示す。ロールの保守管理の観点からは、全てのロールが金属帯１の圧延開始から金属帯４を圧延する直前まで寿命を有し、圧延距離の長いことが望ましい。しかし、図５に示すように、圧延距離６０ｋｍ以下のロールの占める比率が約４０％にも及ぶのが実情である。

図６は、ロールの研削工程の概要を示す。ロール交換で圧延スタンドから抜き取られたロールは、冷却保管され、その後ロールグラインダー（ＲＧ）にセットされ、自動研削され、仕上り検査を受け、ラックに保管される。自動研削されたロールは、圧延に再使用される。ロールの研削工程は、仕上り検査を除いて、予め定められる設定に従って自動的に実行される。ロールの自動研削では、ロール表面の荒れの状態に関わらず一定量研削するので、圧延距離が短いロールも、圧延距離が長いロールと同じ量を研削される。したがって、圧延距離が短くてロール表面荒れの程度が少ないロールでは、研削量が過剰になりコスト高を招くという問題がある。

このような問題を解決する先行技術として、ロールの研削を開始する前、あるいは研削の途中で、ロール表面を表面波で探傷し、ロール表面の損傷部からの反射波の高さが所定レベルに低下するまで研削することが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の方法によれば、個々のロールの損傷状態を探傷し、探傷結果に応じた量だけ研削するので、研削量が過剰になることを防止することができる。
特開２００５−２５７６９２号公報

しかし、特許文献１の方法では、すべてのロールを研削する都度探傷試験しなければならないので、ロールの研削作業が煩雑になるという問題がある。

本発明の目的は、探傷試験によることなく研削作業を簡易にし、ロール毎に適正な研削量を設定して過剰な研削を防止することができるロールの研削方法を提供することである。

本発明は、圧延機に装入して金属帯の圧延に使用するロールを、圧延に使用した後でロール交換し、ロールグラインダーにセットして研削するロールの研削方法において、
ロールｉ毎に研削量補正係数（Ｗｉ）を、
Ｗｉ＝１／Ｋｗｉ×Σ（Ｐｍｉ×Ｌｉ×ｎｉ）から求め、
ここで、Ｐｍｉはロールｉの平均圧力、Ｌｉはロールｉと金属帯との接触弧長、ｎｉはロールｉの転動数、として金属帯毎に積を求めておき、Ｋｗｉは定数としておくとともに、
研削量補正係数Ｗｉを、予め記憶されている発生頻度の累積との関係に基づき、発生頻度の累積が１／４と１／２を超えるところで区切って、３段階に階層分けし、
研削量補正係数Ｗｉに対応する階層分けされた発生頻度の累積に応じて、順次大きい研削量を設定した研削プログラムにより研削することを特徴とするロールの研削方法である。

また、本発明で、前記ロールとして、ワークロールを研削する。

本発明によれば、ロール毎に求められる研削量補正係数（Ｗｉ）が小さい場合には研削量を少なく、Ｗｉが大きい場合には研削量を多く設定して研削する。研削量補正係数（Ｗｉ）は、ロールの圧延使用実績に基づいて求められ、定性的にロールの表面肌荒れの程度に対応する。研削量補正係数（Ｗｉ）が小さくて表面肌荒れの小さい場合は研削量を少なく設定し、Ｗｉが大きくて表面肌荒れの大きい場合は研削量を大きく設定して研削する。このことによって、ロールの過剰研削を防止することができる。また、ロールの適正研削量を、研削量補正係数（Ｗｉ）から定めるので、研削量設定にあたって探傷試験のような特別な作業が不要であり、研削作業を簡易にすることができる。

また、本発明によれば、ロールとしてワークロールを研削する。ワークロールは、磨耗量および表面肌の荒れによってロール寿命が定まるので、ロール寿命と圧延の実績との良好な対応関係を得ることができる。したがって、圧延の実績に基づく研削量補正係数（Ｗｉ）で適正研削量を設定する方法を、ワークロールに適用することによって、ロール毎の研削量の適正値を高精度に定めることが可能になり、過剰研削防止効果を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態であるロールの研削方法を示す。本実施形態のロールの研削方法は、圧延に使用されるロールのうちワークロールについて例示する。また、図２は、ロールの研削方法に用いられる研削システム１０の概要を示す。本発明のロールの研削方法の説明に先立ち、ロールの研削方法に用いられる研削システム１０の構成について説明する。

研削システム１０は、圧延機１１、ミル計算機１２、ロールショップ計算機１３、ゲートウェイ１４、３基のロールグラインダー１５，１６，１７およびネットワーク１８を含む。ネットワーク１８は、ミル計算機１２、ロールショップ計算機１３およびゲートウェイ１４を接続するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）である。以後、ネットワーク１８をＬＡＮ１８で表記する。ロールグラインダー１５，１６，１７は、ゲートウェイ１４を介してＬＡＮ１８に接続される。ミル計算機１２、ロールショップ計算機１３およびロールグラインダー１５，１６，１７は、ＬＡＮ１８を介して互いに信号の送受信をすることができる。３つのロールグラインダー１５，１６，１７を、便宜上それぞれ第１ロールグラインダー１５、第２ロールグラインダー１６および第３ロールグラインダー１７と呼ぶ。

圧延機１１は、一対のワークロール２１ａ，２１ｂ、一対の中間ロール２２ａ，２２ｂおよび一対のバックアップロール２３ａ，２３ｂから成る圧延ロール２４と、圧延ロール２４を回転駆動するモーター２５と、圧延ロール２４の圧下機構２６と、制御部２７と、上位コンピューター２８とを含み、金属帯の一種である鋼帯２９を所望の厚さに圧延する。以後、上位コンピューター２８を上位ＣＰ２８と略記する。

制御部２７は、モーター２５の動作を制御するとともに、圧下機構２６のロール圧下を制御する制御回路であり、かつモーター２５および圧下機構２６に電力供給する電源でもある。また、制御部２７は、圧延に使用される一対のワークロール２１ａ，２１ｂ毎に、圧延の実績として、平均圧力（Ｐｍｉ）、ワークロール径、圧下量および転動数をミル計算機１２に対して出力する。転動数とは、１対のワークロール２１ａ，２１ｂが１つの鋼帯を圧延するときの累積回転回数をいう。

圧下量は、圧延の操業情報として予め上位ＣＰ２８に入力されており、上位ＣＰ２８から制御部２７に与えられる。また、ワークロール径も、たとえば次のようにして上位ＣＰ２８から制御部２７に与えられる。ロールには、個々のロールを識別するためにロール管理番号ｉが付されている。研削完了後であって圧延使用前のワークロール径を、すべてロール管理番号ｉと対応付けして上位ＣＰ２８に入力しておく。ロール交換時に、新たに使用するワークロール２１ａ，２１ｂの管理番号ｉを制御部２７へ入力する。制御部２７は、入力される管理番号ｉに該当するワークロール径を上位ＣＰ２８から検索して得る。転動数は、モーター２５の回転回数の実績値を制御部２７でワークロール２１ａ，２１ｂの回転回数に換算して求められる。

ミル計算機１２は、制御部２７から出力されるワークロール２１ａ，２１ｂの圧延の実績に基づき、式（１）から研削量補正係数（Ｗｉ）を演算する。
Ｗｉ＝１／Ｋｗｉ×Σ（Ｐｍｉ×Ｌｉ×ｎｉ） ・・・（１）
ここで、Ｋｗｉ：定数
Ｐｍｉ：ロールｉの平均圧力［ｋＮ／ｍｍ］
Ｌｉ：ロールｉと鋼帯との接触弧長［ｍ］
ｎｉ：ロールｉの転動数

定数Ｋｗｉは、ここでは共通して１０００を用いる。なお、定数Ｋｗｉは、研削量補正係数の桁数を調整して取り扱い易くするためのものであり、１０００以外であってもよく、１であってもよい。平均圧力（Ｐｍｉ）は、ワークロール２１ａ，２１ｂが鋼帯２９を圧下する荷重を、鋼帯２９の幅で除した線圧で与えられる。Ｐｍｉは、圧延中の定常状態における圧延荷重から求められ、鋼帯２９の操業実績情報として、制御部２７からミル計算機１２へ与えられる。接触弧長（Ｌｉ）は、たとえばワークロール半径と圧下量との積の平方根で近似的に求めることができ、制御部２７から与えられるワークロール径および圧下量から演算される。転動数（ｎｉ）は、前述のようにモーター２５の回転回数をワークロールの回転回数に換算した値として制御部２７から与えられる。

ミル計算機１２は、ロール交換で新規なワークロール２１ａ，２１ｂが圧延スタンドに装入され、鋼帯２９の圧延が開始されるとともに研削量補正係数（Ｗｉ）の演算を開始する。圧延される一つの鋼帯２９について（Ｐｍｉ×Ｌｉ×ｎｉ）を演算し、圧延する鋼帯２９が次に移ると、次の鋼帯２９について同様に（Ｐｍｉ×Ｌｉ×ｎｉ）を演算する。一対のワークロール２１ａ，２１ｂがロール交換されるまでに圧延した鋼帯２９の全てについての演算結果を累積し、当該ワークロール２１ａ，２１ｂについての研削量補正係数（Ｗｉ）を求める。求められたＷｉは、ミル計算機１２からＬＡＮ１８を介してロールショップ計算機１３へ送られる。

ロールショップ計算機１３は、階層別に区分されるＷｉの値と、その値にそれぞれ対応するプログラム番号を、テーブルデータとして記憶部に予め格納する。ロールショップ計算機１３は、ミル計算機１２からＷｉの演算結果を受信すると、Ｗｉに対応する１つのプログラム番号をテーブルデータから選定し、ＬＡＮ１８およびゲートウェイ１４を介して、研削対象となるロールｉがセッティングされる、たとえば第１ロールグラインダー１５へ送信する。

第１ロールグラインダー１５は、記憶部に予め格納される研削プログラムの中から受信した番号に該当するプログラムを１つ選定し、その選定したプログラムに従ってロールの研削を実行する。プログラムには、ワークロール２１ａ，２１ｂ毎に圧延の実績に基づいて求められるＷｉに応じて、ワークロール２１ａ，２１ｂの適正な研削量が組み込まれている。すなわち、Ｗｉが小さい場合には、少ない研削量が組み込まれ、Ｗｉが大きい場合には、多い研削量が組み込まれている。したがって、Ｗｉに応じて選定されるプログラムによって、ワークロール２１ａ，２１ｂの適正研削量を設定することができる。

図３は、ロールの研削量補正係数（Ｗｉ）と発生頻度との関係を示す。図３に例示するワークロールのＷｉと発生頻度との関係では、Ｗｉが９．０００未満のワークロールの発生頻度の累積と、Ｗｉが９．０００以上のワークロールの発生頻度の累積とが、ほぼ同じである。また、Ｗｉが９．０００未満の範囲で、さらに５．０００未満と５．０００以上とに区分すると、５．０００未満のワークロールの発生頻度の累積は約２０％を占める。ワークロールのＷｉと発生頻度との関係からＷｉの階層を種々に区分することができるが、ここでは、Ｗｉ≧９．０００、９．０００＞Ｗｉ≧５．０００およびＷｉ＜５．０００の３つの階層に区分する。Ｗｉの階層の区分と、Ｗｉに対応する各プログラムで設定される適正研削量とを表１および表２にそれぞれ例示する。

プログラム１は、Ｗｉが５．０００未満の場合に選定される研削プログラムであり、表面の肌荒れの程度がわずかなワークロールに適用され、研削量が少なく設定される。プログラム３は、Ｗｉが９．０００以上の場合に選定される研削プログラムであり、表面の肌荒れの程度が大きいワークロールに適用され、研削量が多く設定される。プログラム２は、プログラム１とプログラム３との中間程度の肌荒れのワークロールに適用され、研削量も中間程度に設定される。

各研削プログラムにおける研削ステップについて説明する。第１定寸は、高負荷研削で表面を粗取りする研削量であり、プログラム１および２では５μｍ、プログラム３では１０μｍに設定される。第２定寸は、第１定寸よりも負荷を軽減し、第１定寸の粗削りによる研削模様を改善しながら表面を粗取りする研削量であり、プログラム１および２では５μｍ、プログラム３では１０μｍに設定される。第３定寸は、さらに負荷を低減し、第１および第２定寸研削時の研削模様を除去するための研削量であり、プログラム１では１０μｍ、プログラム２および３では２０μｍに設定される。仕上げは、ロールの表面を美麗にかつ目標粗度になるように仕上げる研削であり、研削量そのものを設定するのではなく、ロールグラインダーの作動電流、切り込み量、研削パス回数などを設定して研削する。したがって、いずれのプログラムともに仕上げの研削量は、研削条件に応じた実績値となる。ただし、第１定寸から第３定寸までのステップにおいて、ロール表面の手入れするべき傷や肌荒れは除去されているので、研削対象のロールの種類を、ワークロールに限定すれば、仕上げ研削量はほぼ同等の研削量になる。

図１に戻って、ロールの研削方法について説明する。ロール交換で新規なワークロール２１ａ，２１ｂが圧延スタンドに装入され、鋼帯２９の圧延が開始される状態で、ロールの研削方法が開始される。ステップａ１では、圧延開始とともにミル計算機１２が研削量補正係数（Ｗｉ）の演算を開始する。圧延が開始されると、制御部２７は、平均圧力（Ｐｍｉ）、ワークロール径、圧下量および転動数をミル計算機１２へ送信する。ミル計算機１２は、制御部２７から送信される圧延の実績に基づいてＷｉの演算を行なう。

ステップａ２では、ロール交換が行われるか否かが判定される。この判定は次のようにして行うことができる。ロール交換を表す信号の発信スイッチを制御部２７に設け、ロール交換時に、オペレーターが該スイッチを操作して制御部２７からミル計算機１２へ送信する。または、制御部２７からミル計算機１２に送られる転動数の信号が、予め定める時間よりも長く途絶えるときを、ロール交換と判定するようにしてもよい。ロール交換が行われるまでは、ステップａ２を繰り返す。ロール交換が行われない間は、同じワークロール２１ａ，２１ｂで圧延を継続しているので、当該ワークロール２１ａ，２１ｂについてのＷｉの演算結果を累積する。ロール交換に該当するとステップａ３へ進む。ステップａ３では、ミル計算機１２がＷｉの演算を停止する。ロール交換されることによって、当該ワークロール２１ａ，２１ｂについての演算結果の累積が終了するので、演算を停止してＷｉを確定する。

ステップａ４およびａ５では、ミル計算機１２から与えられるＷｉに従い、ロールショップ計算機１３が、研削プログラムを選定するためのＷｉの階層判定を行う。Ｗｉが５．０００未満の場合ステップａ６へ進み、Ｗｉが５．０００以上で９．０００未満の場合ステップａ７へ進み、Ｗｉが９．０００以上の場合ステップａ８へ進む。ステップａ６では、ロールショップ計算機１３がＷｉ＜５．０００に対応するプログラム１を選定する。ステップａ７では、ロールショップ計算機１３が５．０００≦Ｗｉ＜９．０００に対応するプログラム２を選定する。ステップａ８では、ロールショップ計算機１３がＷｉ≧９．０００に対応するプログラム３を選定する。

ステップａ９では、表面肌荒れのわずかなワークロールに対する適正な研削量が設定されるプログラム１に従って、たとえば第１ロールグラインダー１５がワークロールを研削する。ステップａ１０では、表面肌荒れが中程度のワークロールに対する適正な研削量が設定されるプログラム２に従って、たとえば第２ロールグラインダー１６がワークロールを研削する。ステップａ１１では、表面肌荒れの程度が大きいワークロールに対する適正な研削量が設定されるプログラム３に従って、たとえば第３ロールグラインダー１７がワークロールを研削する。ロールグラインダーによるワークロール研削完了により一連の動作が終了する。

なお、第１〜第３ロールグラインダー１５，１６，１７は、動作するプログラム番号が固定されているのではなく、プログラム１〜３のいずれに対しても動作することができる。ロールショップ計算機１３で選定される番号のプログラムで、どのロールグラインダーを動作させるかは、Ｗｉが演算されるロールの管理番号ｉと、ロールグラインダーにセッティングされるロールの管理番号ｉとが、整合するようにゲートウェイ１４が振り分けて定める。

次に、ロール毎に適正研削量を設定するロールの研削方法を適用した場合と、ロールの圧延距離に関わらず一定の研削量を設定してロールを研削した場合とを比較した結果について説明する。研削対象のロールには、普通鋼鋼帯の冷間圧延に使用する５％Ｃｒ鍛鋼からなるワークロールを供した。ロールの研削方法では、前述のように、ロール毎に圧延の実績に基づいて定められる研削量補正係数（Ｗｉ）の階層を３つに区別し、階層別に適正研削量が設定されるプログラムを選定してロールを研削した。ロールの圧延距離に関わらず一定量を研削する方法では、すべてのロールについて一定の研削量が設定されるプログラムに従って研削した。ロールの圧延距離に関わらず適用されるプログラムで設定される研削量を表３に示す。

それぞれの方法で１ケ月の間に研削した約８００本のロールについて、１本のロールが１回の研削機会で研削される量を算術平均して求めた。その結果、圧延距離に関わらず一定量を研削する方法では、研削量が約１００μｍであった。一方、研削量補正係数（Ｗｉ）に応じて適正研削量を設定するロールの研削方法では、研削量が約７５μｍであった。このように、ロールの研削方法を適用することによって、１回あたりの研削量を約２５％低減することができ、ロール原単位を改善することができた。

以上で説明しているように、本実施の形態では、研削量補正係数（Ｗｉ）の大きさに応じて、適正な研削量を設定して研削するロールの研削方法を、ワークロールに利用している。しかしながら、これに限定されることなく、圧延に使用される他の中間ロールやバックアップロールに対しても有効に利用することができる。

本発明の実施の形態であるロールの研削方法を示すフローチャートである。 ロールの研削方法に用いられる研削システム１０の概要を示す図である。 ロールの研削量補正係数（Ｗｉ）と発生頻度との関係を示すグラフである。 連続圧延される金属帯を示す平面図である。 ロールの圧延距離と発生頻度との関係を示すグラフである。 ロールの研削工程の概要を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 研削システム
１１ 圧延機
１２ ミル計算機
１３ ロールショップ計算機
１５，１６，１７ ロールグラインダー
２１ ワークロール

Claims (2)

1. 圧延機に装入して金属帯の圧延に使用するロールを、圧延に使用した後でロール交換し、ロールグラインダーにセットして研削するロールの研削方法において、
   ロールｉ毎に研削量補正係数（Ｗｉ）を、
   Ｗｉ＝１／Ｋｗｉ×Σ（Ｐｍｉ×Ｌｉ×ｎｉ）から求め、
   ここで、Ｐｍｉはロールｉの平均圧力、Ｌｉはロールｉと金属帯との接触弧長、ｎｉはロールｉの転動数、として金属帯毎に積を求めておき、Ｋｗｉは定数としておくとともに、
   研削量補正係数Ｗｉを、予め記憶されている発生頻度の累積との関係に基づき、発生頻度の累積が１／４と１／２を超えるところで区切って、３段階に階層分けし、
   研削量補正係数Ｗｉに対応する階層分けされた発生頻度の累積に応じて、順次大きい研削量を設定した研削プログラムにより研削することを特徴とするロールの研削方法。
2. 前記ロールとして、ワークロールを研削することを特徴とする請求項１記載のロールの研削方法。

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