JP5396827B2 - 板圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、板圧延方法に関し、さらに詳しくは、作業ロール圧延方向位置の変動を抑制する板圧延方法に関するものである。

電動機によって駆動される作業ロールと、当該作業ロールに負荷される圧延反力を支持する補強ロールとを有する板圧延機においては、作業ロール軸心位置と補強ロール軸心位置とをずらして一定間隔の圧延方向オフセットを設け、圧延反力の水平方向分力を生じさせて作業ロールを押し付けることにより、安定した形状の板を圧延する方法が採用されており、従来から種々の提案がなされている。

例えば、下記特許文献１には、作業ロールチョックを水平方向に押圧する構造のクロスロール圧延機が開示されている。しかし、この特許文献１の圧延機は、作業ロールチョックのみを押圧する構造であるため、作業ロールチョックと作業ロールとの間に存在する作業ロールベアリングのがたに起因する作業ロールオフセット量の変動を抑制することは出来ないという問題点があった。

また、下記特許文献２には、作業ロールのがたつきを抑制するために作業ロールチョックを拘束するパワークランプ装置をハウジングに配備した板圧延機が開示されている。しかし、この特許文献２の圧延機においても、作業ロールチョックのみを拘束する構造であるため、作業ロールチョックと作業ロールとの間に存在する作業ロールベアリングのがたに起因する作業ロールオフセット量の変動を抑制することは出来ないという問題点があった。

さらに、下記特許文献３には、圧延機の入出側に作業ロールを水平方向に支持するサポートローラを配備した板圧延機が開示されている。この特許文献３の圧延機の作業ロールは直接電動機で駆動されているものではなく、補強ロールを通じて間接的に駆動されている圧延機に関するものである。この種の間接駆動の圧延機の場合、駆動力伝達のため補強ロールから作業ロールに大きな水平力が作用し、特に小径作業ロールの場合は、水平方向作業ロールたわみが大きくなるため、作業ロールに前記サポートローラのような水平方向サポートが必要となるが、前記作業ロールベアリングのがたによって作業ロールオフセット量に上下偏差が生じる可能性があった。

また、下記特許文献４には、作業ロールの片側に水平方向支持のためのサポートローラを配備した板圧延機が開示されている。しかし、この特許文献４の圧延機に用いる当該サポートローラは、作業ロールのオフセットによって生じる圧延反力の水平方向分力と逆方向の力を加えて作業ロールを支持する構造となっているため、作業ロールの軸芯位置を安定化させることができなかった。

さらに、下記特許文献５には、作業ロールに作業ロールに水平方向たわみを与えるためのサポートローラを配備した板圧延機が開示されている。しかし、この特許文献５の圧延機に用いられている作業ロール軸端部は水平方向ベンディング力を付与して荷重制御で支持する構造となっており、作業ロールオフセット位置を厳密に制御する構造とはなっていないという問題があった。

ところで、作業ロール駆動の４段圧延機や６段圧延機においては、作業ロールの水平面での位置を安定化するため、例えば作業ロール直径８００ｍｍ、補強ロール直径１６００ｍｍ程度の熱間圧延仕上圧延機では、作業ロール軸芯位置と補強ロール軸芯位置の圧延方向オフセット分力を作業ロールに加えて、作業ロールチョックを圧延機ハウジングのプロジェクトブロック部または補強ロールチョックに繋がる作業ロールチョック支持部材に押し付けて作業ロール位置を安定化させていた。しかし、前記オフセット分力は圧延荷重の分力であり、被圧延材の噛み込み時に瞬間的に負荷されるため、作業ロールオフセット量に上下・左右偏差を生じ、被圧延材の反りや作業ロールと補強ロールとの間にスラスト力が発生する、という問題があった。

特許第２７９６４６５号公報 特開２００１−１９８６０９号公報 特許第２９７２４０１号公報 特許第２８８５１０２号公報 特許第２９６６１７２号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決して、圧延機の上下および左右（作業側、駆動側）における作業ロールのオフセット量の変動を抑制し、被圧延材の反りや蛇行、キャンバー等の圧延不安定現象を防止することが可能な板圧延方法を提供することを課題とする。

前述の課題を解消するため、本発明は、圧延前に作業ロールに予め強いロールベンディング力を付与しておくことにより、作業ロールベアリングのがた、あるいは被圧延材が作業ロールに噛み込む際に生じる衝撃荷重等によって発生する作業ロールのオフセット量変動を低減し、被圧延材の反りや蛇行、キャンバー等の圧延不安定現象を防止することができる板圧延方法を提供するものである。
すなわち、第一の発明は、電動機によって駆動される作業ロールと、前記各作業ロールに接して該作業ロールに負荷される圧延反力を支持する補強ロールと、前記作業ロールにロールベンディング力を付与するロールベンディング力付与機構を備え、荷重の変化をロードセルで感知してその情報に基づいて主圧下を油圧制御する圧延機と、を用いた板圧延方法において、前記作業ロールが被圧延材を噛み込む前に、該作業ロールに、目標とする板クラウンと板形状の少なくとも一方を得るのに必要なロールベンディング力の設定値の１．１〜２．０倍のロールベンディング力を与えておき、前記作業ロールが被圧延材を噛み込んだ後、直ちにロールベンディング力を前記設定値に変更することを特徴とする板圧延方法である。

本発明によれば、作業ロールに、設定値以上かつ該設定値の予め定めた所定倍のロールベンディング力を付与して、該作業ロールに強い拘束力を与えることで、作業ロールベアリングのがたや、被圧延材が作業ロールに噛み込む際に生じる衝撃荷重等によって発生する作業ロールのオフセット量変動を抑制することが可能になり、被圧延材の反りや蛇行、キャンバー等の圧延不安定現象を防止することが出来る。
また、被圧延材噛み込み安定後、直ちにロールベンディング力を設定値に変更するので、被圧延材噛み込み時の圧延不安定現象を抑制し、なおかつ寸法精度の良い製品を製造することができる。

本発明者等は、板圧延操業において重大なトラブルに繋がる問題である被圧延材の反りや蛇行、キャンバーの問題に関して、圧延中の作業ロールオフセット量の変動が重大な関与をしていることを見出した。
すなわち、圧延機の作業ロールオフセット量の上下偏差が変動することで被圧延材の反りやうねりが大きく変化すること、また作業ロールオフセット量の左右（作業側と駆動側）偏差が変動することで、作業ロールと補強ロールとの間にスラスト力が発生し、これが被圧延材の蛇行やキャンバーを誘発することを知見した。

作業ロールと補強ロール間に生じるスラスト力は、圧延機の構造や寸法にも左右されるが、ほぼ同程度の圧延荷重の左右差として顕在化する。
そこで本発明では、作業ロールを回転支持する作業ロールベアリングのがたの存在を考慮した上で、作業ロールオフセット量の上下および左右偏差を解消し、安定圧延を実現する手段を提供する。

また、作業ロールに作用するオフセット分力は、上述のように圧延荷重の分力であるため、被圧延材の噛み込み時に瞬間的に負荷され、その瞬間に、作業ロールベアリングのがた、さらには、作業ロールチョックとハウジングとの間に存在するがた、作業ロールチョック部の変形等によって、作業ロールはオフセット分力の方向におよそ１ｍｍ程度水平方向に移動する。発明者等は、このとき圧延材先端形状の不均一や作業ロール表面粗度の不均一等によって、作業ロールと被圧延材との間に作用する摩擦力の挙動が上下および左右で不均一となることがあり、上記の作業ロールの瞬間的な水平方向移動がこれを助長し、その際に作業ロールオフセット量に上下または左右偏差を生じ、被圧延材の反りや蛇行、キャンバーの発生に繋がることを知見した。
そこで、被圧延材の噛み込み時に瞬間的に発生するオフセット分力の抵抗力として、被圧延材が作業ロールに噛み込む前に、目標とする板クラウンと板形状の少なくとも一方、あるいは両方を得るのに必要なロールベンディング力の値である設定値の１．１〜２．０倍の強いロールベンディング力を予め与えておき、作業ロールや作業ロールベアリング拘束力を付与する。
これにより、被圧延材が作業ロールに噛み込む際の衝撃荷重による作業ロールオフセット量の変動を抑制し、反りや蛇行、キャンバーの発生を防止することが可能となる。

被圧延材がロールバイトに噛み込む前に作業ロールに与えておくべきロールベンディング力は、通板速度や被圧延材の寸法、硬度等にもよるが、設定値の１．１倍未満では効果が比較的薄い。すなわち、現行の圧延でも、被圧延材が作業ロールに噛み込む前に予め設定値のロールベンディング力を与えているが、このベンディング力では、最大でも、定常圧延時に生じるオフセット分力に起因する作業ロールオフセット量の変動を抑制するだけの拘束力しか付与できないために、被圧延材の噛み込み時に瞬間的に発生する定常圧延時よりも強い衝撃荷重に対しては、作業ロールオフセット量の変動を抑制しきれない場合がある。
逆に、１．１倍以上であれば、被圧延材の噛み込み時に瞬間的に発生する定常圧延時よりも強い衝撃荷重に対して作業ロールオフセット量の変動を確実に抑制することができる。その一方で、設定値の２．０倍以上のロールベンディング力を与えることは通常の圧延機では能力的に限界があると考えられる。
また、設定値の１．３倍未満のロールベンディング力を与える場合は、被圧延材の鋼種によっては効果が現れ難いが、設定値の１．８倍以上のロールベンディング力を与えることは製造コスト上容易ではないと考えられる。
以上の知見から、被圧延材がロールバイトに噛み込む前に作業ロールに与えておくべきロールベンディング力は、チョック当り設定値の１．１〜２．０倍、さらに好ましくは１．３〜１．８倍である。

さらに、本発明者等は、被圧延材の先端部の噛み込み直後に比べ、噛み込み後定常圧延部においてはオフセット量の変動は軽微であることを知見した。すなわち、被圧延材がロールバイトに噛み込む瞬間の作業ロール圧延方向位置の変動を抑制すれば、圧延中常時強いロールベンディング力によって作業ロールや作業ロールベアリングを拘束し続ける必要はない。むしろ、強いロールベンディング力により作業ロールにモーメントを与え続けることによって、被圧延材が中伸び形状になる懸念がある。特に、設定値の１．２倍以上のロールベンディング力を与えると、中伸びが顕著に出やすく、これ以上の強いロールベンディング力を与えた場合は設定値まで下げる必要がある。
そこで、作業ロールに強いロールベンディング力を与えるのは被圧延材噛み込みの瞬間に限定し、被圧延材噛み込み後直ちに、予め設定計算によって求めた設定値にロールベンディング力を変更する。このことによって、作業ロールベアリングのがたに起因する圧延不安定現象を抑制し、なおかつ寸法精度の良好な製品を製造することが可能になる。

ここで、本発明を実施するための最良の形態について、図１に例示する圧延機に基づいて説明する。図１において、１ａ，１ｂは作業ロール、２ａ，２ｂは補強ロール、３ａ，３ｂは作業ロールチョック、４ａ，４ｂは補強ロールチョック、５は作業ロールにロールベンディング力を与えるロールベンディング力付与機構（作業ロールベンダー）、６は被圧延材を示している。また、７はロードセルであり、８は油圧による主圧下装置であり、９は主圧下装置および作業ロールベンダーの制御装置を示している。
すなわち、図１に示す圧延機は、電動機によって駆動される上下一対の作業ロール１ａ，１ｂと、該作業ロールに接してこの作業ロールに負荷される圧延反力を支持する、上記補助ロールチョック４ａ，４ｂに回転自在に支持された上下補強ロール２ａ，２ｂとを備えている。また、前記各作業ロール１ａ，１ｂは、作業ロールチョック３ａ，３ｂにそれぞれ取付けた作業ロールベアリング（図示せず）によりロール軸が回転自在に支持されており、前記作業ロールベンダー５により、上作業ロール１ａのロール軸に上方向の力を加えて該上作業ロール１ａに上向きのロールベンディング力を、下作業ロール１ｂのロール軸に下方向の力を加えて該下作業ロール１ｂに下向きのロールベンディング力をそれぞれ付加する構成となっている。

上記圧延機によって本発明に係る板圧延方法を実施するに際しては、通常の圧延の通り、被圧延材６が作業ロールに噛み込む前には、被圧延材や最終形状等に基づきロール隙等が設定される。このとき、作業ロールベンディング力付与機構は、制御装置９からの指令により、作業ロール１ａ，１ｂに、目標とする板クラウンと板形状のうちの少なくとも一方（あるいは両方）を得るのに必要なロールベンディング力の設定値以上かつ該設定値の予め定めた所定倍のロールベンディング力５を与え、作業ロール１ａ，１ｂおよび作業ロールベアリングに垂直方向の拘束力を付与する。そして、作業ロール１ａ，１ｂに被圧延材６を噛み込ませて圧延を開始する。
作業ロール１ａ，１ｂは被圧延材６を噛み込む際、噛み込み時に生じる衝撃荷重によって作業ロール１ａ，１ｂに対し圧延方向にオフセット分力が瞬間的に発生するが、作業ロール１ａ，１ｂには上記の通り設定値よりも強いロールベンディング力を負荷しているため、作業ロール１ａ，１ｂおよびロールベアリングはロールベンディング力によって垂直方向に強く拘束され、作業ロールオフセット量の変動が抑止される。また、仮に作業ロールベアリングにがたが存在したとしても、該がたに起因する作業ロール１ａ，１ｂの圧延方向位置移動量が低減される。
この結果、作業ロールオフセット量の上下または左右偏差に伴う被圧延材の反りや蛇行、キャンバーの発生を抑制することが可能となる。

ところで、前記オフセット分力が瞬間的に負荷されるのは被圧延材噛み込み直後であるため、被圧延材が噛み込む瞬間の作業ロールベアリングの圧延方向位置変動を抑制すればよく、本発明により、その後の強いロールベンディング力による作業ロールへのモーメントが被圧延材の板クラウン・形状に及ぼす影響を緩和することができる。
すなわち、寸法精度の良い圧延製品を得るため、作業ロール１ａ，１ｂが被圧延材６を噛み込んだ後、必要に応じて、予め設定計算によって求めた前記設定値にロールベンディング力を変更する。実際には、衝撃荷重およびその後の荷重の変化はロードセル７で感知されると共に、その情報が制御装置９に伝えられ、さらに該制御装置９からロールベンディング力付与機構へロールベンディング力を前記設定値に変更するよう指令が伝えられる。本手法は、制御目標値をある実績値に基づき設定し、その目標値に近づくようにリアルタイムで制御する、いわゆるロックオン制御とは異なる手法である。

この場合において、ロールベンディング力を変更するタイミングは、被圧延材の噛み込み安定後可能な限り早い方が好ましく、タンデム圧延であれば当該スタンドの次スタンド噛み込み直後、単スタンドの圧延機やタンデム圧延の最終スタンドであれば被圧延材噛み込み時に発生するインパクトドロップの回復直後が好ましい。

なお、本発明の圧延方法は、ロールベンディング力付与機構を有する圧延機であれば、図１以外の構成の圧延機であっても、圧延機の形式に因らず実施することができる。この場合においては、別途特別な機構・装置を必要しないため、簡単且つ確実に実施することが可能である。

本発明の効果を確認するため、図１に示す７スタンド熱間タンデム圧延機の第１スタンドで圧延実験を行った。作業ロール径８００ｍｍ、補強ロール径は１６００ｍｍである。
作業ロールに付与するロールベンディング力は、被圧延材噛み込み前に予め設定計算で求めた値（設定値）の１．６倍である８００ｋＮで一定としておき、被圧延材第２スタンド噛み込み後にロールベンディング力を前記設定値に変更するものとした。
入側板厚３０ｍｍ、板幅１０００ｍｍ、同一寸法の普通鋼板５０枚について第１スタンド出側板厚２１ｍｍとする圧延を実施した。
この結果、圧延した５０枚の平均反りは９ｍｍであり、反りとしては小さいものしか発生しなかった。

比較例として、作業ロールに与えるロールベンディング力を、被圧延材の噛み込み前後に関わらず、通常の設定計算から求めた設定値に一定に設定して圧延する方法によって、上記実施例と同一寸法の板５０枚を圧延した。
その結果、圧延した板の５０枚の平均反りは４１ｍｍであり、反りとしては大きいものが発生した。

また、被圧延材の蛇行、キャンバーに関しては、本発明方法による圧延では圧延枚数５０枚を行った中では発生しなかったのに対し、前記比較例による圧延では、圧延枚数５０枚のうち１０ｍｍ以上の顕著なキャンバーが３枚発生した。
この結果、本発明により、作業ロールチョックの拘束だけでは不十分であったロールベアリングのがたに起因する作業ロール圧延方向位置の変動を抑制することが可能になり、反りや蛇行、キャンバー等の圧延不安定現象を解消することができることがわかった。

本発明の実施に使用する圧延機の一例を概略的に示す側面図である。

符号の説明

１ａ 上作業ロール
１ｂ 下作業ロール
２ａ 上補強ロール
２ｂ 下補強ロール
３ａ 上作業ロールチョック
３ｂ 下作業ロールチョック
４ａ 上補強ロールチョック
４ｂ 下補強ロールチョック
５ ロールベンディング力付与機構（作業ロールベンダー）
６ 被圧延材
７ ロードセル
８ 主圧下装置
９ 主圧下装置および作業ロールベンダーの制御装置

Claims (1)

1. 電動機によって駆動される作業ロールと、前記各作業ロールに接して該作業ロールに負荷される圧延反力を支持する補強ロールと、前記作業ロールにロールベンディング力を付与するロールベンディング力付与機構を備え、荷重の変化をロードセルで感知してその情報に基づいて主圧下を油圧制御する圧延機と、を用いた板圧延方法において、
   前記作業ロールが被圧延材を噛み込む前に、該作業ロールに、目標とする板クラウンと板形状の少なくとも一方を得るのに必要なロールベンディング力の設定値の１．１〜２．０倍のロールベンディング力を与えておき、
   前記作業ロールが被圧延材を噛み込んだ後、直ちにロールベンディング力を前記設定値に変更することを特徴とする板圧延方法。

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