JP5957341B2 - 熱延鋼板の製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、ロールクロス圧延機における通板方向出側の直近に冷却装置を備えた熱延鋼板の製造設備に関する。

熱延鋼板の圧延においては、圧延機による圧延力や圧延速度等の圧延条件、冷却装置による冷却力や冷却速度等の冷却条件などが、製造される熱延鋼板の特性に影響する。つまり、圧延機や冷却装置等の設定条件を変えることにより、被圧延材である熱延鋼板の特性を変化させることができる。

例えば、熱間圧延設備の仕上げ圧延機後段から最終段までの各スタンドにおいて２０％以上の高圧下で熱延鋼板を圧延した直後に、当該熱延鋼板を冷却装置により急速冷却すると、合金元素の添加量が少なく、結晶粒が微細化された高強度鋼板を製造することができることが知られている（非特許文献１）。高圧下圧延の直後に急速冷却することができる圧延機としては、小型化した冷却装置を圧延機のワークロールにおける通板方向出側の直近に設置したものがある（特許文献１）。

上記の高強度鋼板の製造においては、熱間圧延設備の仕上げ圧延機後段から最終段までの各スタンドにおいて２０％以上の高圧下で圧延するため、ワークロールの弾性変形が大きく、高次成分の変形も追加され複雑に変形する。そのため、圧延される被圧延材の平坦度が低下する。平坦度の低い被圧延材は、均一に冷却されないだけでなく、破断等を起こして操業が不安定になりやすい。

高圧下圧延における被圧延材の平坦度を向上させる技術としては、例えば、ワークロールの弾性変形に応じてロールを傾けるロールクロス機構がある。ロールクロス機構とは、上下のワークロールの軸を交差させて、上下のワークロール間の隙間を調整するものである。上下のワークロールの軸を交差させることにより、ワークロールの幅方向における中央付近では上下のワークロール間の隙間は小さく、ワークロールの幅方向における両端付近では上下のワークロール間の隙間は大きくなる。本機構によってワークロールの弾性変形を相殺させることで、平坦度を向上させている。

ロールクロス機構は、ワークロールおよびバックアップロールを回転自在にそれぞれ支持するワークロールチョックおよびバックアップロールチョックを、圧延機における通板方向出側に設けた通板方向に位置調整可能なクロスヘッドに押付けるものである。クロスヘッドの位置調整においては、位置決め精度と保持剛性が必要であるので、ギヤ等を用いた機械式の位置調整機構が採用されている。ロールクロス機構を有する圧延機に関する技術としては、例えば、特許文献２がある。

特開２０１２−６６２６６号公報 特開２００３−１１２２１１号公報

鉄鋼協会出展文献 第１２５回圧延理論部会 「超微細粒熱延薄鋼板の製造技術ＳＳＭＲ法の開発とその材料特性」

しかし、前述した高強度鋼板を製造するために高圧下圧延直後の急速冷却をすることができる圧延機においては、圧延機における通板方向出側に冷却水が充満するため、クロスヘッドの位置調整を行う機械式の位置調整機構が大量の冷却水に晒されることになる。

そこで、機械式の位置調整機構を圧延機における通板方向入側に設けることが考えられる。しかし、被圧延材が前段の圧延機を抜ける際に当該圧延機には通板方向出側へ力が発生するため、圧延機のワークロールを大きな力で押さえて移動しないようにする必要がある。位置決め精度と保持剛性が高い機械式の位置調整機構に代わって油圧シリンダ等で前述の力を抑えるためには、出側設置に比べて大型の油圧シリンダ等を設置しなければならない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、ワークロールチョックをクロスヘッドに押付ける押圧機構である油圧シリンダ等の大型化を最小限にとどめ、ワークロールをロールクロスさせるクロスヘッドの位置調整機構が冷却水に晒されないようにすることを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る熱延鋼板の製造設備は、被圧延材を圧延する圧延機と、前記圧延機による圧延の直後に前記被圧延材を冷却する冷却装置とを備える熱延鋼板の製造設備であって、前記圧延機は、前記ワークロールチョックを水平面内で移動させるロールクロス機構とを有し、前記機械式ロールクロス機構は、前記圧延機の通板方向入側に設けられ、前記ワークロールチョックが押付けられる押付け部の位置を調整する位置調整機構と、前記圧延機の通板方向出側に設けられ、前記ワークロールチョックを前記位置調整機構の前記押付け部に押付ける押圧機構とを有し、前記ワークロールは、前記ワークロールの軸心が前記バックアップロールの軸心よりも通板方向入側に位置するように設置されることを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る熱延鋼板の製造設備は、第一の発明に係る熱延鋼板の製造設備において、前記位置調整機構は、上下一対の前記ワークロールの軸が水平面内で交差するクロス角度を増大させる際に、当該位置調整機構の前記押付け部を通板方向入側へ移動させるように作動することを特徴とする。

第一の発明に係る熱延鋼板の製造設備によれば、ロールクロス機構の位置調整機構を、圧延機の通板方向入側に設けているので、位置調整機構が冷却水に晒されて劣化する虞がない。ロールクロス機構によりワークロールの弾性変形を補うようにして被圧延材の平坦度が向上するので、板切れ等の操業の不安定さが低減する。さらに、被圧延材の平坦度が向上することにより、被圧延材における冷却度合いに斑がなく均一な急速冷却を施すことができるので、合金元素の添加量が少なく結晶粒が微細化された高強度鋼板として板面均一な組織に近づけるものを製造することができる。また、バックアップロールに対してワークロールを通板方向入側に設置しているので、被圧延材が前段圧延機を抜ける際に圧延機に発生する通板方向出側への力により、ワークロールは移動しない。

第二の発明に係る熱延鋼板の製造設備によれば、位置調整機構の押付け部を通板方向入側へ移動させることにより、上下一対のワークロールの軸が水平面内で交差するクロス角度を増大させるので、圧延機における通板方向出側直近に設置する冷却装置の設置空間を広げることになり、可動空間、干渉の制約が緩くなる。よって、圧延機における通板方向出側の空間を確保しつつ、制約なくワークロールのクロス角を増大させることができる。

実施例１に係る熱延鋼板の製造設備を示す縦断面図である。 実施例１に係る熱延鋼板の製造設備を示す縦断面図である。 実施例１に係る熱延鋼板の製造設備におけるクロス角を示す概略図である。 実施例１に係る熱延鋼板の製造設備におけるワークロールのオフセット量を示す概略図である。

以下に、本発明に係る熱延鋼板の製造設備の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

本実施例に係る熱延鋼板の製造設備の構成について、図１乃至図４を参照して説明する。

本実施例に係る熱延鋼板の製造設備は、図２に示すように、被圧延材である帯板１を圧延機２によって圧延し、圧延機２における帯板１の通板方向出側（下流側、図中左方側）に設置した冷却設備３によって冷却する。なお、圧延機２による圧延後の帯板１は、自重等により撓むことがないように、冷却設備３の下流側に設置されたピンチロール装置４によって張力制御されている。帯板１のピンチロール装置４への通板の案内は、ピンチロール装置４の上流側に設置されたサイドガイド５によってなされる。

圧延機２は、熱間圧延設備における最終段に設置され、帯板１を圧延する上下一対のワークロール１０ａ、１０ｂと、ワークロール１０ａ、１０ｂを回転自在に支持するワークロールチョック１１ａ、１１ｂと、ワークロール１０ａ、１０ｂに対向して設置される上下一対のバックアップロール２０ａ、２０ｂと、バックアップロール２０ａ、２０ｂを回転自在に支持するバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂと、ワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂを支持するハウジング３０とを備えている。

圧延機２におけるワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂは、ワークロール１０ａ、１０ｂおよびバックアップロール２０ａ、２０ｂと共に、後述するロールクロス機構により水平面内において移動可能である。

冷却設備３は、冷却水を噴射して帯板１を冷却する水噴射式冷却設備であり、圧延機２におけるワークロール１０ａ、１０ｂの下流側に連なって設置される上下一対の第一の冷却装置４０ａ、４０ｂと、上下一対の第二の冷却装置５０ａ、５０ｂと、上下一対の第三の冷却装置６０ａ、６０ｂとから成る。

第一の冷却装置４０ａ、４０ｂは、ワークロール１０ａ、１０ｂの下流側に隣接してハウジング３０内側において帯板１に対して上下一対に設置され、ワークロール１０ａ、１０ｂの冷却水が帯板１に落水するのを防止すると共に、帯板１がワークロール１０ａ、１０ｂに巻き付くのを防止するためにワークロール１０ａ、１０ｂに対接するストリッパガイド４１ａ、４１ｂと冷却水を帯板１に噴射する多数のノズル７０を取付けた第一のノズルヘッダ４２ａ、４２ｂとを有し、第一冷却ゾーンＡにおいて被圧延材１の冷却を行う。第一の冷却装置の上側冷却器４０ａと第一の冷却装置の下側冷却器４０ｂは、第一の油圧シリンダ８０ａ、８０ｂにより、それぞれ第二の冷却装置の上側冷却器５０ａと第二の冷却装置の下側冷却器５０ｂに対して通板方向に摺動し、ワークロール１０ａ、１０ｂにストリッパガイド４１ａ、４１ｂを追従させるべく押付け、その力を調整できる。

第二の冷却装置５０ａ、５０ｂは、第一の冷却装置４０ａ、４０ｂの下流側に隣接して帯板１に対して上下一対に設置され、帯板１が正しく通板されるように案内する通板ガイド５１ａ、５１ｂと冷却水を帯板１に噴射する多数のノズル７０を取付けた第二のノズルヘッダ５２ａ、５２ｂとを有し、第二冷却ゾーンＢにおいて被圧延材１の冷却を行う。第二の冷却装置の上側冷却器５０ａと第二の冷却装置の下側冷却器５０ｂは、第二の油圧シリンダ９０ａ、９０ｂにより、それぞれハウジング３０に対して通板方向に摺動可能である。第一の冷却装置４０ａ、４０ｂは、第二の冷却装置５０ａ、５０ｂに入れ子状の構造で設置されている。

第三の冷却装置６０ａ、６０ｂは、第二の冷却装置５０ａ、５０ｂの下流側に隣接してハウジング３０外側において帯板１に対して上下一対に設置され、帯板１が正しく通板されるように案内する通板ガイド６１ａ、６１ｂと冷却水を帯板１に噴射する多数のノズル７０を取付けた第三のノズルヘッダ６２ａ、６２ｂとを有し、第三冷却ゾーンＣにおいて被圧延材１の冷却を行う。第三の冷却装置の上側冷却器６０ａは図示しない昇降機構により通板方向と直角の上下方向に移動可能であり、第三の冷却装置の下側冷却器６０ｂは図示しない架台に固定されている。

図１に示すように、圧延機２に備えるロールクロス機構は、駆動モータ１００ａ、１００ｂによりクロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂの通板方向における位置を調整する位置調整機構１３０ａ、１３０ｂと、ワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂをそれぞれに対応するクロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂに押付ける押圧機構（本実施例においては、押圧用油圧シリンダ１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂ）とから成る。

位置調整機構１３０ａ、１３０ｂは、圧延機２のハウジング３０における通板方向入側の上部に設置する駆動モータ１００ａ、１００ｂと、駆動モータ１００ａ、１００ｂと連結するウォームギヤ１０１ａ、１０１ｂと、ウォームギヤ１０１ａ、１０１ｂに取付けられるクロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂとから成る。駆動モータ１００ａ、１００ｂを作動させ、ウォームギヤ１０１ａ、１０１ｂを駆動させると、クロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂは通板方向に前後移動する。

圧延機２のハウジング３０における通板方向出側に、ロールクロス機構における押圧機構である押圧用油圧シリンダ１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂを設置する。押圧用油圧シリンダ１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂの伸長動作により、ワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂは、位置調整機構１３０ａ、１３０ｂの押付け部であるクロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂに押付けられる。

つまり、クロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂの位置によってワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂの位置が決まり、ワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂの位置によってロールクロス機構の上ワークロール１０ａおよび上バックアップロール２０ａと下ワークロール１０ｂおよび下バックアップロール２０ｂとが水平方向において成す角度θ（クロス角θ、図３参照）が決まる。

位置調整機構１３０ａ、１３０ｂのクロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂを、クロス角を付けない（θ＝０°）位置から通板方向入側へ移動させることにより、上下一対のワークロールの軸が水平面内で交差するクロス角θを増大させる。このようにすることで、ワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂは、ワークロール１０ａ、１０ｂおよびバックアップロール２０ａ、２０ｂと共に通板方向出側へ移動することはない。よって、冷却装置３の設置空間および可動によって機械干渉を予測し、空間等を余分に確保する必要がなくなる。

また、圧延機２に帯板１が噛み込む際に通板方向出側へ掛かる力を抑えるように、図４に示すように、ワークロール１０ａ、１０ｂをバックアップロール２０ａ、２０ｂに対して通板方向入側にオフセット量ｄだけオフセットさせて設置する。通板方向出側へ掛かる力は、バックアップロール２０ａ、２０ｂおよび押圧用油圧シリンダ１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂに分散して作用するため、押圧用油圧シリンダ１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂの巨大化を抑えることができる（図１参照）。

次に、本実施例に係る熱延鋼板の製造設備の作動について、図１乃至図４を参照して説明する。

駆動モータ１００ａ、１００ｂを作動し、ウォームギヤ１０１ａ、１０１ｂを駆動し、クロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂを所定の位置へ移動する。押圧用油圧シリンダ１４０ａ、１４０ｂ、１５０ａ、１５０ｂの伸長動作により、ワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂは、所定の位置に移動したクロスヘッド１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂに押付けられる。

図３に示すように、ワークロールチョック１１ａ、１１ｂおよびバックアップロールチョック２１ａ、２１ｂの水平移動により、上ワークロール１０ａおよび上バックアップロール２０ａは角度θだけ傾き、下ワークロール１０ｂおよび下バックアップロール２０ｂは角度θだけ傾く。

高圧下圧延によりワークロール１０ａ、１０ｂが弾性変形を起こし、上ワークロール１０ａと下ワークロール１０ｂとの隙間は帯板１の幅方向における中央付近で大きくなる。それを補うようにして、ロールクロス機構により上ワークロール１０ａおよび上バックアップロール２０ａと下ワークロール１０ｂおよび下バックアップロール２０ｂとをクロス角θで交差させたことにより、上ワークロール１０ａと下ワークロール１０ｂとの隙間は帯板１の幅方向における中央付近で小さくなる。双方の作用によって圧延機２で圧延された帯板１の平坦度は向上する。

平坦度の向上した帯板１は、図２に示すように、第一冷却ゾーンＡにおいて、圧延機２におけるワークロール１０ａ、１０ｂにより圧延された直後（本実施例では圧延後０．２秒以内）に第一の冷却装置４０ａ、４０ｂにより冷却される。次いで、第二冷却ゾーンＢにおいて、第一の冷却装置４０ａ、４０ｂによる冷却から間を置くことなく、帯板１は第二の冷却装置５０ａ、５０ｂにより更に冷却される。次いで、第三冷却ゾーンＣにおいて、帯板１は第三の冷却装置６０ａ、６０ｂにより十分に冷却される。

第一の冷却装置４０ａ、４０ｂを簡易な構造で形成して小型化したことにより、ストリッパガイド４１ａ、４１ｂがワークロール１０ａ、１０ｂに対接するほどに圧延機２の通板方向出側の直近に第一の冷却装置４０ａ、４０ｂを配置することができ、圧延直後に帯板１の冷却を開始することができる。よって、合金元素の添加量が少なく、結晶粒が微細化された高強度鋼板を製造することができる。

第二の冷却装置５０ａ、５０ｂを簡易な構造で小型化したことにより、第一の冷却装置４０ａ、４０ｂと第三の冷却装置６０ａ、６０ｂとの間に配置でき、第一の冷却装置４０ａ、４０ｂによる冷却後にも帯板１を連続的に冷却することができる。よって、第一の冷却装置４０ａ、４０ｂと合わせて帯板１を十分に冷却させることができる。なお、第二の冷却装置５０ａ、５０ｂに第一の冷却装置４０ａ、４０ｂよりも高い冷却能力を備えることにより、冷却設備３全体としての冷却能力を向上させることができる。第二の冷却装置５０ａ、５０ｂは、ワークロール１０ａ、１０ｂの直近ではなく、第一の冷却装置４０ａ、４０ｂの下流側に設置されるので、冷却能力の向上に伴う大型化が許容される。

第三の冷却装置６０ａ、６０ｂに第一の冷却装置４０ａ、４０ｂおよび第二の冷却装置５０ａ、５０ｂよりも高い冷却能力を備えることにより、圧延した帯板１を図示しないコイルに巻き取れるほどに十分な冷却を行うことができる。第三の冷却装置６０ａ、６０ｂは、ワークロール１０ａ、１０ｂまたは第一の冷却装置４０ａ、４０ｂの直近ではなく、第二の冷却装置５０ａ、５０ｂの下流側に設置されるので、冷却能力の向上に伴う更なる大型化が許容される。

帯板１が図示しない前段圧延機を抜けると、圧延機２には通板方向出側への力が発生する。本実施例の熱延鋼板の製造設備においては、図４に示すように、バックアップロール２０ａ、２０ｂに対してワークロール１０ａ、１０ｂを通板方向入側に設置しているので、ワークロール１０ａ、１０ｂが移動しない。

以上のようにして、ロールクロス機構によりワークロール１０ａ、１０ｂの弾性変形を補うようにして帯板１の平坦度が向上し、板切れ等を起こして操業が不安定となる虞が低減する。さらに、帯板１における冷却度合いに斑がなく均一な急速冷却を施すことができるので、合金元素の添加量が少なく結晶粒が微細化された高強度鋼板として高品質なものを製造することができる。

本発明は、圧延直後に冷却する場合においてもロールクロス機構の機械的構造部が冷却水に晒されて劣化する虞がないので、鋼板における結晶粒の微細化を目的とする熱間圧延における製造設備として好適である。もちろん、最終段の圧延機に限定されず、最終段以外に設置される圧延機の通板方向出側に冷却設備３を設置し、本実施例のようなロールクロス機構を設けた熱延鋼板の製造設備としても良く、圧延中に圧延条件を変更し得る連続鋳造圧延における製造設備としても良い。

１ 帯板
２ 圧延機
３ 冷却設備
４ ピンチロール装置
５ サイドガイド
１０ ワークロール
２０ バックアップロール
３０ ハウジング
４０ 第一の冷却装置
４１ 第一の冷却装置のストリッパガイド
４２ 第一の冷却装置のノズルヘッダ
５０ 第二の冷却装置
５１ 第二の冷却装置の通板ガイド
５２ 第二の冷却装置のノズルヘッダ
６０ 第三の冷却装置
６１ 第三の冷却装置の通板ガイド
６２ 第三の冷却装置のノズルヘッダ
７０ ノズル
８０ 第一の油圧シリンダ
９０ 第二の油圧シリンダ
１００ 駆動モータ
１０１ ウォームギヤ
１１０ ワークロールチョックに対応するクロスヘッド
１２０ バックアップロールチョックに対応するクロスヘッド
１３０ 位置調整機構
１４０ ワークロールチョックに対応する押圧用油圧シリンダ
１５０ バックアップロールチョックに対応する押圧用油圧シリンダ

Claims (2)

1. 被圧延材を圧延する圧延機と、前記圧延機による圧延の直後に前記被圧延材を冷却する冷却装置とを備える熱延鋼板の製造設備であって、
   前記圧延機は、前記被圧延材を圧延する上下一対のワークロールと、前記ワークロールを回転自在に支持する上下一対のワークロールチョックと、上下一対の前記ワークロールと対向する上下一対のバックアップロールと、前記バックアップロールを回転自在に支持する上下一対のバックアップロールチョックと、上下一対の前記ワークロールと上下一対前記バックアップロールの軸が水平面内で交差するように前記ワークロールチョックと前記バックアップロールチョックを水平面内で移動させるロールクロス機構とを有し、
   前記ロールクロス機構は、前記圧延機の通板方向入側に設けられ、前記ワークロールチョックと前記バックアップロールチョックが押付けられる押付け部の位置を調整する位置調整機構と、前記圧延機の通板方向出側に設けられ、前記ワークロールチョックと前記バックアップロールチョックを前記位置調整機構の前記押付け部に押付ける押圧機構とを有し、
   前記ワークロールは、前記ワークロールの軸心が前記バックアップロールの軸心よりも通板方向入側に位置するように設置される
   ことを特徴とする熱延鋼板の製造設備。
2. 前記位置調整機構は、上下一対の前記ワークロールの軸が水平面内で交差するクロス角度を増大させる際に、当該位置調整機構の前記押付け部を通板方向入側へ移動させるように作動することを特徴とする請求項１に記載の熱延鋼板の製造設備。

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