JP5368702B2 - 圧延ストリップのプロフィル及び平坦性を調節するための凸形ロール - Google Patents

Description

この発明は、場合によっては補強ロール又は中間ロールと補強ロールとで支持されたワークロールを有し、ワークロール、補強ロール及び中間ロールの中の一つ以上が軸方向に対して互いに逆側にシフト可能である、圧延ストリップを製造するための圧延機に関する。

シフト可能なロール対を備えた圧延設備は周知であり、その設備では、それらのロール対の中の少なくとも一つのロール対の各ロールは、胴回りの端部の方向に向かって曲がって延びる曲がった輪郭を備えており、その輪郭は、両方のロール上において、それぞれ圧延材料の一部に渡って互いに逆側に向かって延びており、曲がった輪郭は、両方のロールの胴回りの長さ全体に渡って延びるとともに、両方の胴回りの輪郭が所定の相対的な軸方向の位置において補完し合う形態を有する。

そのようなものとして、特許文献１には、ワークロールがそれぞれ一方のロール端部に向かって細くなって行き、他方の胴回りの端部に向かって太くなって行く形の曲がった輪郭を有するとともに、ワークロール又は補強ロールの細くなって行く端部がそれぞれ圧延材料の縁とそれに対応する補強ロールの端部との間において、有利には圧延材料の各縁上に位置決め、保持されるように、軸方向に対して互いに逆側に設定可能な形に配置されている圧延設備を記載している。

更に、特許文献２により、ロールがほぼ胴回りの長さ全体に渡って延びる曲がった輪郭を備えた、圧延ストリップを製造するための圧延設備が周知である。すべてのロールの輪郭は、初期状態又は負荷が加っていない状態では、ロール胴回りの有効直径の合計の軸方向の推移が、ロールの相対的に変更された軸方向の各位置において、互いに一定の推移からずれた推移を取るとともに、ロールの中心に対して対称的な数学の関数に従うように構成されている。

これらのロールの曲がった輪郭は、通常三次多項式にもとづき数学的に規定される形で推移する。実際に使用されるシフト量とロール上での曲げの現状値によると、一般的にＣＶＣ型ロール（ＣＶＣ：連続可変式クラウン）に関して正と負の設定領域が得られている。この場合、従来のＣＶＣカット面は、負のＣＲＡ値も必要な場合に有効である（ＣＲＡ：ロールの標準的な反りに対して等価なクラウン）。

過去の実際の動作において、６段構成の圧延機のＣＶＣ型ロールのｘ³ カット面により、ロールの消耗に関して不利な経験が得られている。中間ロールの直径の大きな相違は、補強ロールの消耗の増大と粗い表面を引き起こし、長い動作時間後における補強ロール上での損傷模様は、ＣＶＣカット面の形状と一致する。４段式圧延機でも、ほぼ同様にカットの度合いは、圧延計画で必要な程度よりも明らかに大きく、その結果この場合も補強ロール上での不利な磨耗模様が生じている。
ドイツ特許第３６２４２４１号明細書 欧州特許第０２４９８０１号明細書

実際に使用されるシフト量と曲げの現状値によると、過去におけるＣＶＣカット面の負の設定領域はもはや不要となっており、負の曲げを考慮すると、主に正のＣＶＣ作用だけが必要であるため、この発明の課題は、前述したＣＶＣ型ロールのｘ³ カット面の欠点をも防止する、純粋に正の領域におけるロールカット面の形状を提示することである。

この設定した課題は、請求項１に挙げた特徴にもとづき、６段式圧延機の各中間ロール又は４段式圧延機の各ワークロールの胴回りの長さＬが、ロール胴回りの円筒形の区間Ｚとロール胴回りの凸状に曲がった区間Ｒ（ｘ）とから構成されており、ロール胴回りの円筒形の区間から曲がった区間への移行点Ａが、Ｌ／２≦ｘ＜Ｌの範囲内で選択可能であり、両方のロール上において、それぞれ圧延材料の幅の一部に渡って胴回りの端部の方向に対して互いに逆側に延びる曲がった輪郭が、数学の多項式Ｒ（ｘ）＝ａ₀ ＋_... ａ_n ｘⁿ （ｎ≧５）で記述されることによって解決される。

結局のところＣＶＣ^plusのサブセットである、このようなロール胴回りの輪郭が部分的に凸状となった凸形ロールを使用することは、重なり合ったロール間の接触応力を均一に分布させる結果となる。このことは、例えば、特に、Ｓ字形状のカット面（ＣＶＣ）を持つロールの場合の課題であり、その場合には、胴回りの領域に、ロールの磨耗の増大を引き起し、上方に有るロールの相応に補完し合うカット面によってのみ防止することができる、圧力の局所的な極大点が生じる可能性があるからである。

この発明では、ロール胴回りの凸状に曲がった区間を備えたロールは、曲げ応力がロール間隙のプロフィルに対してほぼ放物線状（ｘ² ）に作用するような大きさのロール直径で構成される。

従来のｘ³ のＣＶＣカット面を持つロールは、同様にほぼ放物線状の作用を与えるが、その結果として、より高次の平坦性に関する誤差を調整することができる制御機構はほとんど得られない。このことは、特に、構造上の理由から、ワークロールの直径が小さいためにワークロールが曲がらない形に構成された、所謂高Ｚ圧延機に関しても言えることである。この欠点は、この発明にもとづき、より高い次数ｘ⁵ ＋ｘ⁶ ＋ｘ⁷...のカット面を持つ中間ロール又はワークロールを使用することによって防止することができる。

この発明にもとづくロール胴回りの円筒形の区間から曲がった区間への移行点Ａが、Ｌ／２≦ｘ＜Ｌの範囲内で可変に選択可能な形で設定することができるという特徴によって、様々なプロフィル設定の目的を達成することができる。この移行点Ａが、例えば、ｘ＝Ｌ／２に有る場合、ほぼ放物線状（ｘ² ）の平坦性に関する誤差が克服され、ｘ≧Ｌ／２の移行点Ａでは、より高次（ｘ⁴ 以上）の誤差をより一層調整することができる。

この発明にもとづき構成されたロールが、その作用を十分に発揮することができるためには、これらの凸形ロールの他に、圧延機の残りのロールのロール胴回りを全体として円筒形に構成する。

以下においては、模式図に図示した実施例により、この発明の別の利点及び詳細を詳しく説明する。

図１には、ワークロール１０，１１、中間ロール２０，２１及び補強ロール３０，３１を備えた、圧延ストリップ１を製造するための６段式圧延機が図示されている。ワークロール１０，１１と補強ロール３０，３１は、それらの胴回りの長さ全体に渡って円筒形に構成されており、図示した実施例では軸方向にシフトさせることができない一方、中間ロール２０，２１は、この発明にもとづき、軸方向に対して矢印の方向２２にシフト可能な形で配置されており、ロール胴回りの区間Ｒ（ｘ）が部分的に凸状に曲がった形に構成されている。ここで図示した中間ロール２０，２１では、ロール胴回りの曲がった区間Ｒ（ｘ）と残りのロール胴回りの円筒形の区間Ｚとの間の移行点Ａは、ちょうどロール胴回りの長さＬの中心に有る、即ち、ｘ＝Ｌ／２（ｘは円筒形の胴回りの端部から測った距離）であり、こうすることによって、中間ロール２０，２１は、ほぼ放物線状（ｘ² ）の平坦性に関する誤差を克服するのに適したものとなっている。

図２には、それに代わるこの発明の使用を、ワークロール１５，１６と補強ロール３０，３１を備えた、圧延ストリップ１を製造するための４段式圧延機において、この発明にもとづきワークロール１５，１６を構成した形で図示している。この場合においても、円筒形の補強ロール３０，３１は、軸方向にシフトさせることができない形で配置されている一方、凸形ロールとして構成されたワークロール１５，１６は、軸方向に対して矢印の方向１２にシフト可能となっている。図１による６段式圧延機のワークロール１０，１１の構成と比べて、凸形ロールの形状のワークロール１５，１６が、より一層厚いロールとして構成されているのが明らかに分かる。

図３には、ロール胴回りの区間が凸状に曲がった二つの異なる中間ロールと従来のＣＶＣ型中間ロールに対して、小さいワークロールを備えた６段式圧延機に関して設定可能なロール間隙プロフィルが、シフト範囲全体に対してであるが、中間ロールの曲げ値を一定とした形で座標系により図示されている。この場合、グラフは、ロール間隙の二次による影響を垂直目盛で表しており、正の変化に対しては符号２５で、負の変化に対しては符号２５’で表示している。非二次的な変化は、正の変化に対しては符号２６で、負の変化に対しては符号２６’により水平目盛で表している。達成可能な作用を明らかにするために、垂直の尺度に対して、水平の尺度を大幅に拡大して表示している。

この座標系から分かる通り、ロール胴回りの円筒形の区間から曲がった区間への移行点Ａ＝Ｌ／２である中間ロール２０では、それを最大シフト位置２９と最小シフト位置２９’との間でシフトさせた場合、ほぼ二次によるプロフィルの影響が認められる。移行点Ａ＞Ｌ／２である中間ロール２０’では、それを達成可能な両方のシフト位置２９と２９’の間でシフトさせた場合、ｘ⁴ の領域でのプロフィルの影響が明らかに見られる。比較のために図示した従来のＣＶＣ型中間ロール２０''に関するプロフィルの影響は、それを達成可能な限界２９と２９’内でシフトさせた場合、同様にほぼ二次による作用を又もや示している。

図４には、この発明による中間ロール２０と従来のＣＶＣ型中間ロール２０''に関して、中間ロールのシフトに加えて、中間ロールの曲げも変化させた場合に得られる達成可能なロール間隙プロフィルを、図３に対応した座標系で図示している。ここで、図３の６段式圧延機をベースとして、この発明による中間ロール２０に関する設定領域２３とＣＶＣ型中間ロール２０''に関する設定領域が得られている。ＣＶＣ型中間ロール２０''の設定領域２４は、座標系の零点での残留誤差ｘ⁴ （長方形のプロフィル）が常に生じていることを明らかにしている。

図５には、中間ロールの曲げと中間ロールのシフトに関して最適値を設定した場合において、この発明にもとづき中間ロールを構成した図３の６段式圧延機に関して達成可能なロール間隙プロフィル３が、例として図示されている。ロール間隙プロフィル３の推移が、ロール胴回りの長さＬ全体とストリップ幅２の位置に関して図示されている。この図面によって、ストリップの縁５の領域においてのみ、ロール間隙プロフィル３が水平方向に直線的な推移からずれていることが明らかに分かる。

図６から分かる通り、同じ図３の６段式圧延機をベースとして、従来通り構成されたＣＶＣ型中間ロールを採用した場合、水平方向に直線的な推移からずれた、ロール間隙プロフィルにおけるｘ⁴ の残留誤差が残っており、それは既に図４でも示されている通りである。

図５によるロール間隙プロフィル３が水平に推移する凸形ロールの良好な結果に対して、図７に図示された中間ロールと補強ロールとの間の磨耗に対して有利な圧力分布４も更に得られている。

図６のロール間隙プロフィル３に関して、図８に対応した中間ロールと補強ロール間の圧力分布４を生じさせるＣＶＣ型ロールとの比較から、凸形ロールを使用した場合、同形又は均一な圧力分布が得られるとともに、それにより凸形ロールに関するロールの耐用年数がそれに対応して向上されることが明らかに分かる。

この発明にもとづき中間ロールを構成した６段式圧延機のロール この発明にもとづきワークロールを構成した４段式圧延機のロール ６段式圧延機に関して設定可能なロール間隙プロフィル 図３の６段式圧延機をベースとした設定領域 この発明にもとづきワークロールを構成した図３の６段式圧延機に関するロール間隙プロフィル 従来のＣＶＣ型ワークロールを備えた図３の６段式圧延機に関するロール間隙プロフィル 図５のロール間隙プロフィルに関する中間ロールと補強ロール間における圧力分布 図６のロール間隙プロフィルに関する中間ロールと補強ロール間における圧力分布

符号の説明

１ 圧延ストリップ
２ 圧延ストリップの幅
３ ロール間隙プロファイル
４ 圧力分布
５ ストリップの縁
１０，１１ 円筒形のワークロール
１２ ワークロールのシフト方向
１５，１６ この発明によるワークロール
２０，２０’，２１ 中間ロール
２０^'' ＣＶＣ型中間ロール
２２ 中間ロールのシフト方向
２３，２４ 設定領域
２５，２５’ 二次成分
２６，２６’ 非二次成分
２７ 中間ロールのシフト
２８ 中間ロールの曲げ
２９ 最大シフト位置
２９’ 最小シフト位置
３０，３１ 補強ロール
Ａ 曲がった区間と円筒形の区間との間の移行点
Ｌ ロール胴回りの長さ
Ｒ（ｘ） 凸状のロール胴回り区間
ｘ 円筒形のロール胴回りの端部から移行点Ａの位置を測るための進行方向
Ｚ 円筒形のロール胴回り区間

Claims (6)

1. 中間ロール（２０，２１）と補強ロール（３０，３１）とで支持されたワークロール（１０，１１）を有し、中間ロール（２０，２１）が軸方向に対して互いに逆向きにシフト可能である、圧延ストリップ（１）を製造するための６段式圧延機の形の圧延機であって、
   この６段式圧延機の各中間ロール（２０，２１）の胴回りの長さ（Ｌ）が、ロール胴回りの円筒形の区間（Ｚ）とロール胴回りの凸状に曲がった区間（Ｒ（ｘ））とから構成されており、ロール胴回りの円筒形の区間から曲がった区間への移行点（Ａ）が、ロール胴回りの円筒形の区間の端部から測って、Ｌ／２≦ｘ＜Ｌの範囲内で選択可能であり、両方のロール（２０，２１）上において、それぞれ圧延材料の幅の一部に渡って胴回りの端部の方向に対して互いに逆側に延びる曲がった輪郭が、数学の多項式Ｒ（ｘ）＝ａ₀ ＋_... ａ_n ｘⁿ （ｎ≧５）で記述される圧延機において、
   ほぼ放物線状（ｘ ² ）である平坦性に関する誤差を調整及び解消するために、移行点（Ａ）が、ｘ＝Ｌ／２の値に設定されていることを特徴とする圧延機。
2. 補強ロール（３０，３１）で支持されたワークロール（１５，１６）を有する、圧延ストリップ（１）を製造するための圧延機において、
   この４段式圧延機の各ワークロール（１５，１６）の胴回りの長さ（Ｌ）が、ロール胴回りの円筒形の区間（Ｚ）とロール胴回りの凸状に曲がった区間（Ｒ（ｘ））とから構成されており、ロール胴回りの円筒形の区間から曲がった区間への移行点（Ａ）が、ロール胴回りの円筒形の区間の端部から測って、Ｌ／２≦ｘ＜Ｌの範囲内で選択可能であり、両方のロール（１５，１６）上において、それぞれ圧延材料の幅の一部に渡って胴回りの端部の方向に対して互いに逆側に延びる曲がった輪郭が、数学の多項式Ｒ（ｘ）＝ａ ₀ ＋ _... ａ _n ｘ ⁿ （ｎ≧５）で記述されることと、
   この４段式圧延機のワークロール（１５，１６）が軸方向に対して互いに逆向きにシフト可能であることと、
   を特徴とする圧延機。
3. ロール胴回りの凸状に曲がった区間（Ｒ（ｘ））を備えた、凸形ロールと称されるロール（１５，１６，３０，３１）のロールの直径は、曲げ応力がロール間隙プロフィル（３）に対してほぼ放物線状（ｘ² ）に作用するような大きさで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧延機。
4. ほぼ放物線状（ｘ² ）である平坦性に関する誤差を調整及び解消するために、移行点（Ａ）が、ｘ＝Ｌ／２の値に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧延機。
5. より高次（ｘ⁴ 以上）の誤差の大部分を調整及び解消するために、移行点（Ａ）が、ｘ≧Ｌ／２の値に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧延機。
6. ロール胴回りの凸状に曲がった区間（Ｒ（ｘ））を備えたロール（１５，１６，２０，２１）以外の圧延機の残りのロールが、全体として円筒形のロール胴回り（Ｚ）で構成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の圧延機。

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