JP5679985B2 - ロールスタンドにおいて協働する２つのワークロールを較正するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、本来の圧延工程の前に対称なロール間隙に調整するためにロールセットの旋回位置、即ちロールセットの下のロールに対する上のロールの角度を算出するために、ロールセットが、予め定めた半径方向力で互いに押し付けられ、生じたロールスタンドの変形ならびに押付力または反力が測定され、そこから算出されるロールセットの旋回位置が、後でワークロールの間で圧延材を圧延するときにロールセットを圧下する際に計算で使用される、ロールスタンドを較正するための方法に関する。

例えば、スチールストリップを圧延するために、協働する２つのワークロールを（少なくとも）２つのバックアップロールによって支持するロールスタンドがよく知られている。例として特許文献１が挙げられる。

ロールスタンドにおいてストリップストリップを圧延するときに高い品質を達成するために、ロールスタンドのロールの交換後に較正を行う必要がある。

ワークロールのための軸方向シフトシステム（例えば、いわゆるＣＶＣシステム）が設けられている場合、ワークロールは、較正時には基本位置（軸方向のシフトがゼロ）にある。較正時、ワークロールは、直接互いに押し付けられて、歪曲線が取得され、そこからスタンド係数が算出されて、ロール間隙が平行もしくは対称に調整される。これは、圧延工程の前に行われる。続く圧延の際に、較正時の条件が計算プログラムによってシミュレートされ、圧延条件（ストリップ幅）に換算され、これにより、圧下位置、したがってストリップ厚さを正確に調整することができる。

この場合、以下のことが注目に値すると分かっている。ストリップ幅は、大抵は２つのワークロール間の接触幅よりも本質的に狭い。そのため、較正時に１回、圧延時に１回、異なる接触状態が生じる。これによりさらに、上記２つの場合に異なるスタンド歪が生じる。使用されるロールの種類によって（特にＣＶＣロールを使用するときには）、ワークロール間の相対的な軸方向のシフトに応じてスタンド係数が変化する。さらに、軸方向にシフトする際には、ロール間隙での幾何的条件およびワークロールとバックアップロール間での幾何的条件が変化する。これは、特に、円筒形のロールではなく、非対称のプロフィルを有する（例えば、ＣＶＣ形状または同様の形状をもつ）ロールが使用される場合に当てはまる。この場合、シフト装置を有するロールスタンドのワークロールは、通常は、シフト量の２倍、バックアップロールの長さよりも長いか、軸方向シフト装置を有しない従来のロールスタンドでは、ワークロールの長さである。

欧州特許第０７６３３９１Ｂ１号明細書 欧州特許第０８１９４８１号明細書 欧州特許第０８７６８５７号明細書

したがって、本発明の課題は、冒頭に記載した種類の方法を、較正時と圧延時のスタンドの異なる歪の効果を考慮に入れることが簡単に可能になるように、発展させることにある。これにより、圧延時に、より高い精度が実現されるべきである。より正確なスタンド係数および信頼性を有するロールの旋回値を得るため、特にワークロール（もしくは６ロール型スタンド（Ｓｅｘｔｏｇｅｒｕｅｓｔ）の場合には中間ロールも）を軸方向にシフトさせた状態で較正が実施されるべきである。

本発明によるこの課題の解決策は、ワークロールを、軸方向にシフトされていないゼロ位置から互いに相対的に軸方向に変位可能であり、ゼロ位置とは等しくないワークロールの相対的なシフト０位置（較正位置）で、対称なロール間隙に調整するための旋回位置の算出が行われ、算出された旋回位置が記憶され、圧延材を圧延するときのロールセットの旋回位置をさらに計算するための計算で使用されることを特徴とする。

この場合、特に、記憶された旋回位置から、較正位置からそれぞれ現在のシフト位置への換算が行われる。

したがって、少なくとも１回、ワークロールのある相対的軸方向位置で（特に最大の正のシフト位置で）、対称なロール間隙に調整するための旋回位置の算出が行われ、この位置が、別のシフト位置へのさらなる換算のための基準値として記憶もしくは参照される。

非常に好ましい発展形態では、対称なロール間隙に調整するための旋回位置の算出が、少なくとも２回、すなわち、ワークロールの第１の相対的軸方向位置と、ワークロールの第２の相対的軸方向位置で行われ、第１の相対的軸方向位置が第２の相対的軸方向位置とは異なり、少なくとも２つの算出された旋回位置が記憶され、圧延材を圧延するときのロールセットの旋回位置をさらに計算するための計算で使用される。

好ましくは、２つより多くの旋回位置が、ワークロールの２箇所より多くの異なる相対的軸方向位置で算出される。例えば、３〜６つの旋回位置は、ワークロールの３〜６箇所の異なる相対的軸方向位置で算出することができる。この場合、旋回位置の１つは、ワークロールの所定の最大の正のシフト位置または最大の負のシフト位置で算出することができる。

ワークロールの異なる相対的軸方向位置における少なくとも２つの算出された旋回位置は、関数関係を与えられ、さらなる計算の基礎とすることができる。あるいはまた、選択的に、単純化して、ワークロールの異なる相対的軸方向位置における少なくとも２つの算出された旋回位置から、平均値を求め、この平均値をさらなる計算の基礎とすることもできる。

ワークロールは、基本的にはいかなる外面を有していてもよく、例えば、円筒形の外形を有する。同様に、ワークロールが凸形または凹形の外形を有することも可能である。しかし好ましくは、非対称のワークロール外形にすることも考えられ、例えば、凸形と凹形を組み合わせた外形（ＣＶＣロール）や、一般に、多項式、特に少なくとも３次の多項式または三角関数で表現可能な外形も考えられる。

スタンドの変形を測定するときに、スタンドに作用する力は、少なくとも１つのロードセルによって計測することができる。これに対して選択的に、ワークロールを半径方向に変位させるためのピストンシリンダユニットに作用する力を計測することができる。この場合、ロードセルによって計測される力とピストンシリンダユニットに作用する力を、スタンドの各側ごとに計測することも可能である。

１つの発展形態では、較正が、ワークロールに対して曲げ力を加える場合に行われる。この場合、さらなる形態では、較正が、ワークロールに対して少なくとも２つの異なる曲げ力を加える場合に行われる。

発展形態によれば、ロールスタンドが、ワークロール、中間ロール、およびバックアップロールを備える６ロール型スタンドとして形成され、上記の較正工程が、ワークロールに対しても中間ロールに対しても行われる。この場合、ワークロールと中間ロールが互いに相対的に軸方向にシフト可能である場合、較正工程が、ワークロールおよび中間ロールを軸方向にシフトさせた状態で行われ、対称なロール間隙に調整するための旋回位置が取得される。

したがって、ロール間隙をより正確に、かつより安定して調整することができるように、本発明では、特に、較正工程が中心位置（ワークロールの相対的な軸方向の変位なし）で行われるだけでなく、ワークロールがシフトとした状態でも行われる。ワークロール間の接触長さは、ロールを軸方にシフトさせた場合はより短くなり、バックアップロールの長さに相当し、したがって、ストリップ幅により近づけることができる。この場合、ワークロールの形状に応じて、正または負の最大ワークロールシフト位置を調整することができる。任意のシフト位置、例えば、最大シフト位置を、較正時の基準シフト位置として定めることができる。

本発明の例示的実施形態を図面に示す。

圧延方向で見た、較正時にワークロールが第１の位置にある、２つのワークロールおよび２つのバックアップロールを有するロールスタンドの概略図である。 較正時にワークロールが第２の位置にある、図１によるロールスタンドを示す図である。 ワークロールシフトに対する圧下位置補正値の推移を示す図である。 ワークロールシフトに対するスタンド係数の推移を示す図である。

図１に、協働する２つのワークロール１および２を有するロールスタンド３が示されている。ワークロール１、２は、バックアップロール４および５に支持される。この場合、ワークロール１、２は、円筒形に形成されているのではなく、凸形のロール表面を有し、これはこの図には誇張して示されている。

ワークロール１、２は、バックアップロール４、５の長さＬ_Ｓよりも長い長さＬ_Ａを有する。

動作中、ワークロール１、２は、互いに相対的に軸方向ａに互いに変位される。図１には、ワークロール１、２に相対的な軸方向のシフトが与えられていない相対的軸方向位置Ａ（基本位置）が示されている。

さらに、図示していない圧延材を圧延するために所定のロール間隙に調整することができるように、ロール、特にワークロール１、２を半径方向に互いに調節することができるピストンシリンダユニット６、７が示されている。ワークロール１、２間で有効な、したがってロールスタンド３で有効な力は、ロードセル８、９によって検出することができる。

圧延材を圧延する前に、スタンド３もしくはワークロール１、２が較正される。この場合、ワークロール１、２の間で有効な半径方向の力の作用下にあるロールスタンド３の歪が算出される。すなわち、いわゆるスタンド係数Ｍが決定される。さらに、ロール間隙が、スタンドの中心に対して対称に（テーパなしに）調整される。

較正中（第１の較正ステップが図１に示されている）、２つのワークロール１、２は、直接互いに押し付けられる。この場合、ワークロールは、基本位置Ａにあり、すなわち相対的な軸方向のシフトはゼロ（ＳＰＯＳ＝０）である。ワークロール１、２の接触長さは、ワークロールとバックアップロール間の間隙と比べて、シフトストロークの２倍よりもいくらか長い。

ワークロール１、２を互いに押し付けるとき、生じるロールスタンド３の変形ならびに押付力および反力が測定される。そこから算出されたスタンド係数Ｍが、次に、後で圧延材を圧延するときにワークロールの圧下または調整をする際に計算で使用される。これは、それ自体よく知られている。

対称なロール間隙に調整するための旋回位置の算出またはスタンド係数Ｍの算出が少なくとも２回行われることが、すなわち、まず、図１に示されるようなワークロール１、２の第１の相対的軸方向位置Ａで行われることが、非常に有利である。

次いで、対称なロール間隙に調整するための旋回位置および／またはスタンド係数Ｍが、少なくとももう１回、すなわち図２に示されるようなワークロール１、２の第２の相対的軸方向位置Ｂで算出される。見ることができるように、ワークロール１、２は、ここでは軸方向ａに、しかもそれぞれ数ミリメートルの距離ＳＰＯＳだけシフトされている。

算出された旋回位置および／またはスタンド係数Ｍの２つの値は、記憶され、圧延材を圧延するときのワークロール１、２の圧下をさらに計算するための計算で使用される。

スタンド係数は、２つの相対的軸方向位置Ａ（図１）とＢ（図２）で異なる。幾何的条件から、２つの算出されたスタンド係数Ｍに基づいて、ロールの圧下補正値Ｋも計算することができる。圧下位置補正値も、同様に２つの位置ＡとＢで異なる。

この実施例では、この思想がさらに発展させられる。ここでは、ワークロールの相対的軸方向位置について２つの位置（Ａ、Ｂ）だけが考慮されるだけでなく、計５箇所の異なる位置が考慮されている。ワークロールシフトＳＰＯＳに対する圧下位置補正値Ｋおよびスタンド係数Ｍの推移をプロットした場合、図３および図４に表される関数曲線がすなわち、正確に言えば、次いで関数曲線を描くことができる、丸印を付けられた点が得られる。この場合、横軸上の左右の終点は、ワークロール１、２の最大シフト距離ＳＰＯＳ_ｍａｘもしくは最小シフト距離ＳＰＯＳ_ｍｉｎに対応する。次に、この関数曲線は、ワークロールの実効的な平均圧下の計算の基礎とすることができる。図３には、較正時の基準位置Ｒも記載されており、これから、図３または図４による関数曲線を算出することができる。

すなわち、この実施例によれば、較正工程が複数（ここでは５箇所）の異なるシフト位置で行われ、歪曲線がシフト位置の関数として記憶され、さらなる計算の基礎とされる。複数の歪曲線の取得を伴う較正工程の結果、ワークロールシフトの関数として、厚さコントロールおよびスタンド係数Ｍのための圧下位置の正確な補正値Ｋが得られる。これらの値は記憶される。したがって、計算値に依拠するだけでなく、様々なシフト位置での測定値を使用することによって、精度が高まる。

また、本発明の簡略化した構成によれば、対称なロール間隙に調整するための旋回位置および／または算出されたスタンド係数もしくは補正値の平均値を求め、さらなる計算の基礎とすることも可能である。

計算モデルによって、ロール間隙内の負荷分布およびワークロールとバックアップロール間の負荷分布の幾何的な変化および変動と、これに関連した、較正状態からの歪変化がシミュレートされ、測定値と比較される。すなわち、これにより、計算モデルが適応され、これが設定精度を高める。さらなるステップでは、較正状態からそれぞれ現在のシフト位置およびストリップ幅へと換算が行われる。すなわち、厚さコントロールがこの効果を考慮し、これにより、より正確な厚さに調整が行われる。

本発明による方法で好適に使用されるワークロールは、円筒形の外形を有さず、いわゆるＣＶＣロールまたは三角関数によって表現可能なロールであることが好ましい。すなわち、非対称に成形されたワークロールである。しかし、基本的には、この方法は、あらゆる様式のロールに使用可能であり、すなわち、特に、円筒形のワークロール、従来の凸形または凹形に湾曲されたワークロール、いわゆる「テーパード（Ｔａｐｅｒｅｄ）」ロール（これについては特許文献２参照）、いわゆるＣＶＣテーパードロール（これについては特許文献３参照）、または一般に、ｎ次多項式を有する半径関数（Ｒ（ｘ）＝ａ_０＋ａ_１ｘ＋ａ_２ｘ^２＋・・・＋ａ_ｎｘ^ｎ。ここで、Ｒ：半径、ｘ：ロール胴の長手方向座標、ａ_ｉ：多項式の係数）により表現可能なワークロールにおいて使用可能である。

すなわち、歪曲線を取得するためもしくは較正工程において、測定されたロードセルの力またはシリンダの力が基準の力として参照される。選択的に、各側に対してロードセルの力およびシリンダの力の平均値を求めて、較正工程で使用することもできる。

選択的に、較正工程中、ワークロール曲げ力が、平衡力から、例えば、最大曲げ力に増加される。また、歪挙動に対するワークロール曲げの効果もしくはゼロ点をより正確に把握するために、別の選択肢もしくは補完形態として、それぞれ２つの異なる曲げ力レベルに関して較正工程が行われる。それらの結果が、スタンド歪モデルの補正または自動的な適応のために使用され、現在の境界条件（例えば、直径、ロール形状）でのワークロール曲げの影響がより正確に表現される。

すなわち、提案される較正では、較正プロセスは、ワークロールの接触長さが互いに減少されるように、しかも特にワークロールの接触長さがバックアップロール長さにほぼ相当するように較正が（も）行われるように実施される。すなわち、較正は、例えば、ワークロールがただ１つの軸方向シフト値（好ましくは最大の正のシフト位置）に移動されるように行われる。較正中のこのシフト位置は、基準位置として記憶される。次いで、計算モデルによって、ロール間隙内およびワークロールとバックアップロール間の幾何的変化および負荷分布の変動と、これに関連した歪変化が、圧延プロセス中のそれぞれ現在のシフト位置に対して換算される。厚さコントロールは、この効果を補償し、正確な厚さに調整される。

ここでは、例として、本方法を４ロールスタンド（Ｑｕａｒｔｏｇｅｒｕｅｓｔ）において説明した。同様に、６ロールスタンドで本方法を実施することも可能である。より長い中間ロールを有するスタンドの較正では、中間ロールが、例えば、最大のシフト位置に移動されるか、様々なシフト位置で較正が行われる。同様に、中間ロールシフト位置に依存して、旋回位置ならびに補正値およびスタンド係数が記憶される。ワークロールと中間ロールがシフト可能に構成される場合、両方の効果が合わせられる。

１ ワークロール
２ ワークロール
３ ロールスタンド
４ バックアップロール
５ バックアップロール
６ ピストンシリンダユニット
７ ピストンシリンダユニット
８ ロードセル
９ ロードセル
Ａ 第１の相対的軸方向位置
Ｂ 第２の相対的軸方向位置
Ｌ_Ａ ワークロールの長さ
Ｌ_Ｓ バックアップロールの長さ
ＳＰＯＳ ワークロールの軸方向シフト距離
ＳＰＯＳ_ｍａｘ 最大のシフト距離
ＳＰＯＳ_ｍｉｎ 最小のシフト距離
Ｋ 圧下位置補正値
Ｒ 較正時の基準位置
Ｍ スタンド係数

Claims (19)

1. 本来の圧延工程の前に対称なロール間隙に調整するためにロールセットの旋回位置、即ちロールセットの下のロールに対する上のロールの角度を算出するために、前記ロールセットが、予め定めた半径方向力で互いに押し付けられ、生じた前記ロールスタンドの変形ならびに押付力または反力が測定され、そこから算出される前記ロールセットの旋回位置が、後でワークロール（１、２）の間で圧延材を圧延するときに前記ロールセットを圧下する際に計算で使用される、ロールスタンド（３）を較正するための方法において、
   前記ワークロール（１、２）を、軸方向にシフトされていないゼロ位置から互いに相対的に軸方向に変位可能であり、ゼロ位置とは等しくない前記ワークロール（１、２）の相対的なシフト位置で、対称なロール間隙に調整するための旋回位置の算出が行われ、算出された旋回位置が記憶され、前記圧延材を圧延するときの前記ロールセットの旋回位置をさらに計算するための計算で使用されることを特徴とする方法。
2. 記憶された旋回位置から、較正位置からそれぞれ現在のシフト位置への換算が行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 対称なロール間隙に調整するための旋回位置の算出が、少なくとも２回、すなわち、前記ワークロール（１、２）の第１の相対的軸方向位置と、前記ワークロール（１、２）の第２の相対的軸方向位置で行われ、前記第１の相対的軸方向位置が前記第２の相対的軸方向位置とは異なり、少なくとも２つの算出された旋回位置が記憶され、前記圧延材を圧延するときの前記ワークロール（１、２）の旋回位置をさらに計算するための計算で使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. ２つより多くの旋回位置が、前記ワークロール（１、２）の２箇所より多くの異なる相対的軸方向位置で算出されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. ３〜６つの旋回位置が、前記ワークロール（１、２）の３〜６箇所の異なる相対的軸方向位置で算出されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記旋回位置の１つが、前記ワークロール（１、２）の所定の最大の正のシフト位置（ＳＰＯＳ _ｍａｘ ）または最大の負のシフト位置（ＳＰＯＳ _ｍｉｎ ）で算出されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ワークロール（１、２）の異なる相対的軸方向位置における前記少なくとも２つの算出された旋回位置が、関数関係を与えられ、さらなる計算の基礎とされることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ワークロール（１、２）の異なる相対的軸方向位置における前記少なくとも２つの算出された旋回位置から、平均値が求められ、前記平均値がさらなる計算の基礎とされることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ワークロール（１、２）が、円筒形の外形を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ワークロール（１、２）が、凸形または凹形の外形を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ワークロール（１、２）が、凸形と凹形を組み合わせた外形を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ワークロール（１、２）が、多項式または三角関数によって表現可能な外形を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ロールスタンド（３）の変形を測定するときに、前記ロールスタンド（３）に作用する力が、少なくとも１つのロードセル（８、９）によって計測されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記ロールスタンド（３）の変形を測定するときに、前記ワークロール（１、２）を半径方向に変位させるための少なくとも１つのピストンシリンダユニット（６、７）に作用する力が計測されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記ロードセル（８、９）によって計測される力と前記ピストンシリンダユニット（６、７）に作用する力が、駆動側および操作側でそれぞれ計測されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記較正が、前記ワークロール（１、２）に対して曲げ力を加える場合に行われることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記較正が、前記ワークロール（１、２）に対して少なくとも２つの異なる曲げ力を加える場合に行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記ロールスタンド（３）が、ワークロール、中間ロール、およびバックアップロールを備える６ロール型スタンドとして形成され、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の前記較正工程が、前記ワークロール（１、２）に対しても前記中間ロールに対しても行われることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ワークロールと前記中間ロールが互いに相対的に軸方向にシフト可能である場合、前記較正工程が、前記ワークロールおよび前記中間ロールを軸方向にシフトさせた状態で行われ、対称なロール間隙に調整するための旋回位置が取得されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。

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