JP5396931B2 - 金属帯の巻き取り方法および巻き取り設備 - Google Patents

Description

本発明は、熱延鋼帯などの金属帯をピンチロールを経てコイラーに巻き取るための巻き取り方法および巻き取り設備に関する。

熱延鋼帯の巻き取り設備では、図４に示すように、仕上圧延機２０で圧延された鋼帯Ｓを、ピンチロール２１により後方張力を与えながらコイラー２２に巻き取る。ピンチロール２１は、上ロール２１aおよび下ロール２１bからなり、各ロールはモータで駆動される。また、ピンチロール２１と仕上圧延機２０との間には、鋼帯Ｓの両側をガイドするサイドガイド（図示せず）が設けられている。
このような熱延鋼帯の巻き取り設備では、鋼帯Ｓの処理数が多くなると、ピンチロール２１が摩耗するため、鋼帯Ｓを所定本数巻き取る毎にピンチロール２１を交換するようにしている。

ピンチロール２１を交換すると、鋼帯Ｓとの摩擦係数や摺動抵抗が変化するため、ピンチロール２１が負担する鋼帯Ｓに対する張力バランスが崩れてしまう。その結果、鋼帯Ｓの尾端巻き取り時に蛇行やダブり込み、或いはマンドレルの暴走といった不安定挙動が生じ、鋼帯Ｓを安定して巻き取ることができなくなることがある。また、ピンチロール２１で適切な後方張力が付与できないと、鋼帯Ｓが折れこんだままピンチロール２１やラッパーロール（巻き取り後の鋼帯を巻き緩まないように押さえつけるためのロール）で圧下され、絞り疵が発生する場合がある。また、巻き取られる鋼帯Ｓは、微小ではあるが板厚が完全に一定ではなく、仕上圧延機２０の性能にもよるが５０μｍ程度の不規則な板厚変動が存在する。このような板厚変動によりピンチロール押力も変動し、このためピンチロール２１が負担する鋼帯Ｓに対する張力バランスが崩れ、摩擦係数などの経時変化の場合と同様の巻き取りの不安定挙動が発生することがある。

以上のような問題に対して、例えば、特許文献１には、巻き取りの不安定挙動が発生しない操業条件範囲内で巻き取りを行う方法が開示されている。また、特許文献２には、巻き取りが安定となるように、幅方向に分割したピンチロールを用いた巻き取り方法が開示されている。また、特許文献３には、鋼帯の蛇行量の計測値を用いてピンチロールをシフトすることで、蛇行制御を行う巻き取り方法が開示されている。また、特許文献４には、ピンチロールとコイラーとの間に第２のピンチロールを設け、鋼帯の蛇行量に応じて第２のピンチロールの鋼帯幅方向での位置調整を行う巻き取り方法が開示されている。

特開２００６−２８１２６２号公報 特開平２−２６３５０９号公報 特開２００１−７１０１４号公報 特開２００３−２６０５１５号公報

しかし、上述した従来技術には、以下のような問題がある。
特許文献１の方法では、巻き取りが安定となる操業条件範囲が狭いため、ピンチロール軸とコイラー軸のアライメント不良や板厚変動等の外乱により、巻き取りが不安定となる恐れがある。
特許文献２の方法では、ピンチロールが幅方向に分割されているため、分割部で鋼帯に疵をつけてしまう恐れがある。また、ピンチロールの構造が複雑となるため、ピンチロールの保守、管理が困難となる。
特許文献３，４の方法では、蛇行制御を行なっているが、尾端部の無張力状態での巻き取りでは、外乱により蛇行速度が大きくなり、蛇行制御が困難となる。

したがって本発明の目的は、設備的な負担が少なく、しかも金属帯を絞り疵などを生じさせることなく安定して巻き取ることができる金属帯の巻き取り方法および巻き取り設備を提供することにある。

上記のような課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］金属帯をピンチロールを経てコイラーに巻き取る方法において、
ピンチロールをスラスト方向（ここで、スラスト方向とは「ロール軸線方向」を意味する。）に移動自在とし、鋼帯の通板方向がライン方向に対してずれを生じることにより発生する摩擦力に起因して鋼帯に作用するスラスト力により、ピンチロールがスラスト方向に移動するようにしたことを特徴とする金属帯の巻き取り方法。
［2］上記［1］の巻き取り方法において、ピンチロールのロール軸受を、その支持体に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする金属帯の巻き取り方法。
［3］上記［1］の巻き取り方法において、ピンチロールのロール本体を、ロール軸に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする金属帯の巻き取り方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの巻き取り方法において、ピンチロールのスラスト方向への移動に対してダンパ抵抗を付与することを特徴とする記載の金属帯の巻き取り方法。
［5］金属帯をピンチロールを経てコイラーに巻き取る設備において、
スラスト方向（ここで、スラスト方向とは「ロール軸線方向」を意味する。）に移動自在なピンチロールを備え、該ピンチロールが、鋼帯の通板方向がライン方向に対してずれを生じることにより発生する摩擦力に起因して鋼帯に作用するスラスト力により、スラスト方向に移動できるようにしたことを特徴とする金属帯の巻き取り設備。
［6］上記［5］の巻き取り設備において、ピンチロールのロール軸受を、その支持体に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする金属帯の巻き取り設備。
［7］上記［5］の巻き取り設備において、ピンチロールのロール本体を、ロール軸に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする金属帯の巻き取り設備。
［8］上記［5］〜［7］のいずれかの巻き取り設備において、ピンチロールのスラスト方向への移動に対してダンパ抵抗を付与する手段を備えることを特徴とする金属帯の巻き取り設備。

本発明によれば、ピンチロールをスラスト方向移動自在に構成するだけでよいため設備的な負担が少なく、しかも、金属帯の蛇行とこれによる巻き取りの不安定挙動の主たる要因であるピンチロール上で金属帯に作用するスラスト力を低減ないし無くすことができるので、金属帯を絞り疵などを生じさせることなく安定して巻き取ることができる。

ピンチロールを通過する鋼帯に作用する力を説明するための図面 本発明の巻き取り方法で使用するピンチロールの一実施形態を模式的に示す説明図 本発明の巻き取り方法で使用するピンチロールの他の実施形態を模式的に示す説明図 熱延鋼帯の巻き取り設備を示す説明図

ピンチロールを通過する金属帯（以下、「鋼帯」を例に説明する）の通板方向は、程度の違いはあってもライン方向に対してずれを生じており、このずれは不可避的なものである。図１は、その場合の鋼帯に作用する力を示している。鋼帯速度ｖとピンチロール周速ｖ_ｒはｖ＞ｖ_ｒの関係にあるので、図１に示すように通板方向がライン方向に対してずれ（ずれ角度θ）を生じていると摩擦力が発生し、この摩擦力が鋼帯に作用するスラスト力を生む。これが発散していくことで鋼帯に蛇行が生じ、巻き取りの不安定挙動につながる。
このような問題に対して本発明では、ピンチロールをスラスト方向に移動自在とし、このピンチロールを介して鋼帯をコイラーに巻き取る。ピンチロールがスラスト方向移動自在（すなわち、ロール軸線方向に自由にスライド移動が可能）であることにより、鋼帯に作用するスラスト力を低減ないし無くすことができる。その結果、鋼帯の蛇行とこれによる巻き取りの不安定挙動を防止することができる。

ピンチロールは、上下ロールから構成されるが、上下ロールともにスラスト方向移動自在とする。また、ピンチロールは複数設けられる場合があるが、その場合には、１つのピンチロールをスラスト方向移動自在としてもよいし、複数のピンチロールをスラスト方向移動自在としてもよい。
ピンチロールをスラスト方向移動自在とするには、例えば、ピンチロールのロール軸受をその支持体に対してスラスト方向（ロール軸線方向）スライド自在に支持させる方式、ピンチロールのロール軸をその軸受に対してスラスト方向（ロール軸線方向）スライド自在に支持させる方式、ピンチロールのロール本体（ロール胴部）をロール軸に対してスラスト方向（ロール軸線方向）スライド自在に支持させる方式、などが採用できる。

また、ピンチロールを単にスラスト方向移動自在とした場合には、スラスト方向で振動を生じる恐れがあり、このような振動を生じないようにするために、ピンチロールのスラスト方向への移動に対してダンパ抵抗を付与することが好ましい。
このダンパ抵抗の付与には、ピンチロールのスラスト方向へのスライド部（例えば、支持体に対するロール軸受のスライド部、軸受に対するロール軸のスライド部、ロール軸に対するロール本体のスライド部）の摩擦抵抗力を利用してもよいが、ダンパ抵抗を付与する手段として、油圧ダンパ、粘性ダンパなどのダンパを設けることが好ましい。なお、このようなダンパとは別に、スラスト方向で移動したピンチロールを元の位置に復帰させるための手段を設けてもよい。

図２は、本発明で使用するピンチロールの一実施形態を模式的に示すもので、この実施形態は、ピンチロールのロール軸受を、その支持体に対してスラスト方向（ロール軸線方向）スライド自在に支持させたものである。
図において、１ａは上ロール、１ｂは下ロールである。また、２ａ，２ｂは、これら上下ロール１ａ，１ｂのロール軸１０ａ，１０ｂを回転自在に支持するロール軸受、３は上ロール１ａを下ロール１ｂに対して圧下する圧下シリンダ、４ａ，４ｂは上下ロール１ａ，１ｂの駆動モータ、５ａ，５ｂはロール軸受の支持体である。また、Ｓは鋼帯である。

この実施形態では、上下ロール１ａ，１ｂのロール軸受２ａ，２ｂを支持体５ａ，５ｂに対してスラスト方向（ロール軸線方向）スライド自在に支持させることで、ピンチロール（上下ロール１ａ，１ｂ）をスラスト方向移動自在としている。ロール軸受２ａ，２ｂと支持体５ａ，５ｂとの間には、支持体５ａ，５ｂに対してロール軸受２ａ，２ｂをスライド自在に案内・支持するスライド部６ａ，６ｂが設けられる。このスライド部６ａ，６ｂは、通常、所謂メタルタッチのスライド方式とするが、これに限定されない。
上下ロール１ａ，１ｂは、スラスト方向への移動に対してダンパ抵抗を付与するためのダンパ７を備えている。このダンパ７は、例えば、油圧ダンパなどで構成され、その一端がロール軸受２ａ，２ｂの端面に連結され、他端が、適当な固定基部８に連結されている。なお、図２では、紙面に向かって右側のロール軸受２ａ，２ｂに連結されるダンパ７だけが表されているが、ダンパ７は左右のロール軸受２ａ，２ｂに対してそれぞれ設けられている。

図３は、本発明で使用するピンチロールの他の実施形態を模式的に示すもので、この実施形態は、ピンチロールのロール本体（ロール胴部）をロール軸に対してスラスト方向（軸線方向）スライド自在に支持させたものである。
この実施形態では、上下ロール１ａ，１ｂのロール本体１１ａ，１１ｂ（ロール胴部）をロール軸１０ａ，１０ｂに対してスラスト方向（ロール軸線方向）スライド自在に支持させることにより、ピンチロール（上下ロール１ａ，１ｂ）をスラスト方向移動自在としている。ロール軸１０ａ，１０ｂとロール本体１１ａ，１１ｂとの間には、ロール軸１０ａ，１０ｂに対してロール本体１１ａ，１１ｂをスライド自在に案内・支持するスライド部９ａ，９ｂが設けられる。ロール軸１０ａ，１０ｂとロール本体１１ａ，１１ｂは一体に回転する必要があるため、前記スライド部１２ａ，１２ｂはスプラインで構成される。

上下ロール１ａ，１ｂは、スラスト方向への移動に対してダンパ抵抗を付与するダンパ１２を備えている。このダンパ１２は、例えば、油圧ダンパなどで構成され、本実施形態ではロール本体１１ａ，１１ｂの内部に配置され、その一端がロール軸１０ａ，１０ｂに突設された取付部１３に連結され、他端が、ロール本体１１ａ，１１ｂに突設された取付部１４に連結されている。なお、図３では上ロール１ａ内のダンパ１２のみが表されているが、下ロール１ｂ内にも同様のダンパ１２が設けられる。
その他の構成は図２の実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

なお、上述したダンパ７，１２などのダンパ手段のダンパ機能に特別な制限はないが、蛇行をより安定的に抑制するという観点からは、下式を満足するダンパ係数Ｃ（Ｎｓ／ｍ）を有するものが好ましい。

ここで、ｖ：鋼帯速度（単位：ｍ／ｓ）、ｖ_ｒ：ピンチロールの周速（単位：ｍ／ｓ）、λ：ラグ率＝（ｖ−ｖ_ｒ）／ｖ、Ｆ：鋼帯通板方向がライン方向に対してずれを生じることにより発生する摩擦力の大きさ（単位：Ｎ）、Ｌ：ピンチロールとコイラー（マンドレル）間の距離（単位：ｍ）、Ｅ：鋼帯の縦弾性係数（単位：Ｎ／ｍ^２）、Ｉ：鋼帯の断面二次モーメント（単位：ｍ^４）、ｍ：ピンチロールの質量（単位：ｋｇ）である。

１ａ 上ロール
１ｂ 下ロール
２ａ，２ｂ ロール軸受
３ 圧下シリンダ
４ａ，４ｂ 駆動モータ
５ａ，５ｂ 支持体
６ａ，６ｂ スライド部
７ ダンパ
８ 固定基部
９ａ，９ｂ スライド部
１０ａ，１０ｂ ロール軸
１１ａ，１１ｂ ロール本体
１２ ダンパ
１３ 取付部
１４ 取付部

Claims (8)

1. 金属帯をピンチロールを経てコイラーに巻き取る方法において、
   ピンチロールをスラスト方向（ここで、スラスト方向とは「ロール軸線方向」を意味する。）に移動自在とし、鋼帯の通板方向がライン方向に対してずれを生じることにより発生する摩擦力に起因して鋼帯に作用するスラスト力により、ピンチロールがスラスト方向に移動するようにしたことを特徴とする金属帯の巻き取り方法。
2. ピンチロールのロール軸受を、その支持体に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする請求項１に記載の金属帯の巻き取り方法。
3. ピンチロールのロール本体を、ロール軸に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする請求項１に記載の金属帯の巻き取り方法。
4. ピンチロールのスラスト方向への移動に対してダンパ抵抗を付与することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属帯の巻き取り方法。
5. 金属帯をピンチロールを経てコイラーに巻き取る設備において、
   スラスト方向（ここで、スラスト方向とは「ロール軸線方向」を意味する。）に移動自在なピンチロールを備え、該ピンチロールが、鋼帯の通板方向がライン方向に対してずれを生じることにより発生する摩擦力に起因して鋼帯に作用するスラスト力により、スラスト方向に移動できるようにしたことを特徴とする金属帯の巻き取り設備。
6. ピンチロールのロール軸受を、その支持体に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする請求項５に記載の金属帯の巻き取り設備。
7. ピンチロールのロール本体を、ロール軸に対してスラスト方向スライド自在に支持させることにより、ピンチロールをスラスト方向に移動自在としたことを特徴とする請求項５に記載の金属帯の巻き取り設備。
8. ピンチロールのスラスト方向への移動に対してダンパ抵抗を付与する手段を備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の金属帯の巻き取り設備。

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