JP5994762B2 - ローラレベラの校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延後の鋼板を平坦にするローラレベラの校正方法に関し、例えば板厚が６ｍｍ以上の厚板（厚鋼板）を圧延する厚板圧延工程に用いられるものである。

近年、鋼板の高品質化が求められており、圧延後の鋼板に制御冷却を行う割合が増加する傾向にある。制御冷却は変態組織を制御することで鋼板の機械的性質の向上を図る手法であるが、冷却ムラが生じやすく、温度偏差による熱収縮量の不均一から形状不良や残留応力を発生させるケースが多い。そこで、このように形状不良や残留応力の発生した鋼板をローラレベラに通板し、鋼板を平坦にすると共に鋼板の残留応力を低減している。冷却後の鋼板を平坦化するローラレベラをコールドレベラと呼ぶが、圧延後の鋼板を平坦化するローラレベラはホットレベラと呼ぶ。

ローラレベラは、鋼板の通板路を挟んで上下に千鳥状にレベリングロールを配置し、それらのレベリングロール間に鋼板を通板する。一般に、レベリングロールの圧下量、即ち鋼板の蛇行量を入側で大きくし、出側で小さく又はゼロとする。このローラレベラによる鋼板の平坦化や残留応力の低減化の原理は、後段に詳述するように、入側で大きな変形を与えて形状を均一化し、その後、残留応力を調整すると共に形状を平坦に近づけ、最後に平坦となるように矯正する。

しかしながら、このようなローラレベラもロールの摩耗などの影響で、鋼板の通板方向と交差する方向、一般に板幅方向と呼ばれる方向の圧下が不均一となる。通板方向と交差する方向への圧下が不均一になると、鋼板の通板方向と交差する方向に残留応力を発生させてしまう可能性があるため、ローラレベラの校正が必要となる。そのため、例えば下記特許文献１では、撓み検出センサを用いて鋼板を矯正するときの反力によるフレームやロールの撓みや圧縮変形を補正する。これにより、フレームやロールの撓みや圧縮変形をキャンセルすることができ、通板方向と交差する方向への圧下不均一を低減することが可能となる。また、下記特許文献２では、下側レベリングロール群を模した剛性バーの上に鋼板相当の薄板を乗せ、その薄板の下面のうち、上側レベリングロールに対向する位置に歪みゲージなどの伸び計を取付け、上側レベリングロールで薄板を圧下したときの伸び計の計測値から、例えば上側フレームの傾きを検出し、これを校正する方法が記載されている。

特開２０００−３２６０１２号公報 特表２００６−５１９７０３号公報

しかしながら、前述した何れの特許文献にも、各レベリングロールの通板方向と交差する方向への圧下量の状態を校正することは記載されていない。即ち、各レベリングロールやそれをバックアップするバックアップロールは、操業と共に摩耗、例えば通板方向と交差する方向への偏摩耗が生じ、これにより各レベリングロールの通板方向と交差する方向への圧下量状態が予め設定された状態とは異なってしまっていることが多い。これを校正するために、各レベリングロールの摩耗状態、即ち操業時の外径状態を実測して、各レベリングロールの通板方向と交差する方向の圧下量の実際の状態、つまり圧下量の板幅方向への分布状態を計測することは、装置の構成上からも、実際の操業上からも困難である。例えば、前記特許文献１では、レベリングロールの圧下量の通板方向と交差する方向へのおよその状態を補正することはできても、各レベリングロールの圧下量の通板方向と交差する方向への状態を精密に校正することはできない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、各レベリングロールの圧下量の通板方向と交差する方向への状態を精密に校正することが可能なローラレベラの校正方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のローラレベラの校正方法は、鋼板の通板路を挟んで上下に千鳥状にレベリングロールを配置し、それらのレベリングロール間に鋼板を通板することで前記鋼板を平坦にするローラレベラの校正方法であって、前記通板方向と交差する方向に向けて複数、表面に形成された取付溝の夫々に歪みゲージが取付けられた歪み測定用鋼板を前記レベリングロール間に通板し、前記歪み測定用鋼板の通板時に前記各歪みゲージで得られた表面歪みを測定し、測定した前記通板方向と交差する方向の複数の表面歪みから前記各レベリングロールの前記通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正するものであり、前記複数の取付溝に連絡し、且つ前記通板方向と交差する方向に連続する配線溝を通じて前記複数の歪みゲージの配線を前記歪み測定用鋼板の前記通板方向と交差する方向に突出し、前記鋼板の前記通板方向と交差する方向に突出する前記複数の歪みゲージの配線を記録装置に接続したことを特徴とするものである。

また、前記測定した前記通板方向と交差する方向の複数の表面歪みを前記各レベリングロールの前記通板方向と交差する方向の複数の圧下量に換算し、前記換算された各レベリングロールの複数の圧下量の夫々が予め設定された圧下量になるように前記各レベリングロールの状態を調整することで前記各レベリングロールの前記通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正することを特徴とするものである。

而して、本発明のローラレベラの校正方法によれば、通板方向と交差する方向に向けて複数の取付溝を表面に形成し、それらの取付溝の夫々に歪みゲージを取付けて歪み測定用鋼板を作成する。この歪み測定用鋼板をレベリングロール間に通板し、その通板時に各歪みゲージで得られた表面歪みを測定する。そして、測定した通板方向と交差する方向の複数の表面歪みから各レベリングロールの通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正する。測定した通板方向と交差する方向の複数の表面歪みからは、夫々の位置における圧下量を換算することができるから、換算された通板方向と交差する方向の複数の圧下量が予め設定された圧下量になるように各レベリングロールの状態を調整すれば、各レベリングロールの通板方向と交差する方向の圧下量状態を精密に校正することができる。

また、測定した通板方向と交差する方向の複数の表面歪みを各レベリングロールの通板方向と交差する方向の複数の圧下量に換算し、換算された各レベリングロールの複数の圧下量の夫々が予め設定された圧下量になるように各レベリングロールの状態を調整することで各レベリングロールの通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正する。そのため、各レベリングロールの通板方向と交差する方向の圧下量状態を精密に校正することができる。

また、複数の取付溝に連絡し通板方向と交差する方向に連続する配線溝を通じて複数の歪みゲージの配線を歪み測定用鋼板の通板方向と交差する方向に突出し、鋼板の通板方向と交差する方向に突出する複数の歪みゲージの配線を記録装置に接続した。そのため、通板中に測定された通板方向と交差する方向の複数の表面歪みを各レベリングロール毎にリアルタイムに且つ多数取得することができ、通板時の各レベリングロールの通板方向を交差する方向の圧下量状態を精密に校正することができる。

本発明の校正方法がローラレベラの概略構成図である。 図１のローラレベラのレベリングロールの説明図である。 歪み測定用鋼板の平面図である。 図３の歪み測定用鋼板を図１のローラレベラに通板したときに測定された表面歪みの説明図である。 図４の表面歪みを換算した校正前の換算圧下量の説明図である。 図５の換算圧下量が予め設定された圧下量になるように校正した後の換算圧下量の説明図である。 校正前と校正後の不具合率の説明図である。

次に、本発明のローラレベラの校正方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の校正方法を適用したローラレベラの概略構成図であり、図１ａは側面図、図１ｂは正面図である。本実施形態のローラレベラは、冷却設備の出側に配置された所謂コールドレベラである。本実施形態では、図１ａの左方がローラレベラの入側、右方が出側であり、鋼板Ｓは図１ａの左側から右側に通板される。図１ａの鋼板Ｓの位置がローラレベラにおける通板路に相当する。このローラレベラは、門型のフレーム内の下部に多数の下側バックアップロール１が通板方向にも通板方向と交差する方向にも配置され、それらの下側バックアップロール１の上方に計５本の下側レベリングロール２が通板方向に並べて搭載されている。一方、通板路の上方には計４本の上側レベリングロール３が通板方向に並べて配置され、それらの上側レベリングロール３の上方に上側バックアップロール４が通板方向にも通板方向と交差する方向にも多数接触配置されている。その結果、計９本の上側レベリングロール３及び下側レベリングロール２は、通板路を挟んだ上下に千鳥状に配置されている。

上側バックアップロール４の上方にはウェッジ調整装置５が配置され、その上方の四隅に油圧シリンダ６が配置されている。このうち油圧シリンダ６は、ウェッジ調整装置５ごと、上側バックアップロール４を介して上側レベリングロール３を下方に押し下げ、通板される鋼板Ｓを圧下・矯正するためのものである。一方のウェッジ調整装置５は、上側バックアップロール４を介した上側レベリングロール３による圧下量を、通板方向と交差する方向で調整するためのものである。そのため、ウェッジ調整装置５には、複数のウェッジ（楔）７が通板方向と交差する方向に並べて配置されている。従って、図１ａに矢印で示すように、ウェッジ７を通板方向に移動するとバックアップロール４の上下方向位置が変化し、これにより上側レベリングロール３の通板方向と交差する方向の圧下量状態が変化する。前述のように上側レベリングロール３全体を圧下する油圧シリンダ６はウェッジ調整装置５の上方四隅にしか配置されていないので、上側レベリングロール３は軸方向中央部、つまり通板方向と交差する方向の中央部であり、同時に鋼板Ｓの板幅方向中央部が圧下反力によって上方に撓みやすい。従って、一般的に上側レベリングロール３の軸方向中央部の圧下量が大きくなるようにウェッジ調整装置５で通板方向と交差する方向の圧下量状態を調整する。

図２は、図１のローラレベラの下側レベリングロール２及び上側レベリングロール３による鋼板Ｓの圧下・矯正の説明図である。ローラレベラの機能を端的に言えば、入側で素材を均一に揃え、それを出側で平坦にする、といえる。ローラレベラでは、前述のようにレベリングロール列による鋼板Ｓの圧下量、つまり蛇行量を入側で大きく、出側で小さくして、鋼板Ｓを平坦化すると共に残留応力を低減する。入側で大きな変形を与えることで断面内部の塑性変形率が大きくなり、形状を均一化することができる。次いで、レベラの長手方向中央部で残留応力を調整すると共に形状を平坦に近づけ、最後に出側で平坦となるように矯正する。このとき、上側レベリングロール２による通板方向と交差する方向の圧下量状態は、前述したウェッジ調整装置５によって調整することができる。しかしながら、実際には操業に伴うレベリングロール２、３やバックアップロール１、４の偏摩耗などによって通板方向と交差する方向の圧下量状態は予め設定された圧下量状態になっていないことが多い。一方で、各レベリングロールの通板方向と交差する方向の圧下量状態を実測することは極めて困難である。

そこで、本実施形態では図３に示す歪み測定用鋼板８を図１、図２の鋼板Ｓと同様にローラレベラに通板し、歪み測定用鋼板８に生じる表面歪みを検出する。この歪み測定用鋼板８の外形諸元は、板長６０００ｍｍ、板幅４０００ｍｍ、板厚２０ｍｍの厚板（厚鋼板）である。この歪み測定用鋼板８の表面には複数の溝が形成されている。本実施形態では、歪み測定用鋼板８の長手方向（通板方向）中央部において、歪み測定用鋼板８の通板方向と交差する方向両端部から３２０ｍｍの位置とその間を７等分する位置の計８カ所と、歪み測定用鋼板８の通板方向と交差する方向中央部の１カ所と、合計９カ所に歪み測定用鋼板８の長手方向に向けて（沿って）取付溝９を形成し、その夫々に歪みゲージ１０を取付け（貼付け）た。また、歪み測定用鋼板８の長手方向中央部において、全ての取付溝９に連絡し且つ歪み測定用鋼板８の通板方向と交差する方向に連続する配線溝１１を形成し、歪みゲージ１０の配線１２を配線溝１１内に収納した。ちなみに、取付溝９の幅は３０ｍｍ、深さは２ｍｍ、配線溝１１の幅は２５ｍｍ、深さは４ｍｍとした。

配線溝１１は、歪み測定用鋼板８の長手方向に僅かに傾斜しながら歪み測定用鋼板８の通板方向と交差する方向に連続し、歪みゲージ１０の取付部位から遠ざかる側の端部が歪み測定用鋼板８の通板方向と交差する方向の一方の端部に開口している。本実施形態では、配線溝１１内に収納された歪みゲージ１０の配線１２を配線溝１１の開口端部から歪み測定用鋼板８の通板方向と交差する方向一端部側に突出し、それらの配線１２を記録装置１３に接続した。この記録装置１３は、一般にデータロガと呼ばれる記録装置であり、本実施形態では歪みゲージ１０で検出された表面歪みを所定のタイミング、例えば０．１秒間隔で読込んで次々と記録するものであり、例えばその間隔やタイミングは自在に設定可能である。

図４は、歪みゲージ１０で検出され且つ記録装置１３で記録された歪み測定用鋼板８の表面歪みの測定値である。この図は、表面歪みを縦軸に、時間を横軸にとり、各歪みゲージ１０で検出された表面歪みを時系列的に表している。即ち、図に表れる複数の曲線の夫々が、各歪みゲージ１０で検出された表面歪みの測定値である。また、図中のＮｏ．１〜Ｎｏ．９は、夫々、図２における上側レベリングロール３及び下側レベリングロール２の番号Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９に相当する。即ち、図４のＮｏ．１は、歪み測定用鋼板８に取付けられた歪みゲージ１０の夫々が図２のＮｏ．１に該当する下側レベリングロール２の位置を通過していることを表している。

図４の表面歪みのうち、各レベリングロール位置における表面歪みを圧下量に換算し、各歪みゲージ１０の取付位置に相当する通板方向と交差する方向位置でまとめたのが図５である。この状態では、ローラレベラの校正を行う前であるから、縦軸に校正前換算圧下量を、横軸の鋼板の通板方向と交差する方向位置（中央を０とした）をとり、各レベリングロールの位置で換算値を線分で結んだ。換算圧下量δ（ｍｍ）は、下記１式で得られる。なお、式中のε：表面歪み（−）、ｔ：板厚（ｍｍ）、ｍ：ロール係数（＝４，５，６）を示す。また、Ｌ：ロール半ピッチ（ｍｍ）であり、隣合う上側レベリングロール３同士の通板方向ピッチの半分、又は隣合う下側レベリングロール２同士の通板方向ピッチの半分であり、実質的には直近の上側レベリングロール３と下側レベリングロール２との通板方向ピッチに相当する。
δ＝２Ｌ²×ε／（ｔ×ｍ） ……(1)

前述したように、各レベリングロールは鋼板Ｓの圧下・矯正時に、通板方向と交差する方向中央部が反力で撓みやすいので、各レベリングロールの通板方向と交差する方向中央部の圧下量が大きくなるように圧下量状態を設定する。しかしながら、図５の校正前換算圧下量は、全体に図の左側、即ち通板方向と交差する方向位置で負の領域の圧下量が小さくなっている。これは、レベリングロールやバックアップロールの局所的な摩耗、具体的には通板方向と交差する方向への偏摩耗が原因であると考えられる。この通板方向と交差する方向への偏摩耗が、通板方向に安定していれば、前述のようにウェッジ調整装置５のウェッジ７を通板方向に移動させれば、偏摩耗分を是正するようにレベリングロールの上下方向位置を調整することが可能な場合もある。しかしながら、通板方向と交差する方向への偏摩耗が通板方向に安定していない場合には、バックアップロールの交換、或いはレベリングロールの交換が必要となる場合もある。

このような知見に基づいて、図５の換算圧下量の夫々を予め設定された圧下量になるように校正したのが図６である。図６の校正後換算圧下量も、歪み測定用鋼板８を用いて表面歪みを検出し、その表面歪みを換算して得た。このように校正された換算圧下量は、通板方向と交差する方向中央部で大きく、且つ通板方向と交差する方向両端部でほぼ等しく、予め設定された圧下量の状態に近しい。その結果、図７に示すように、圧下・矯正後の鋼板の不具合（平坦でない状態）率は、校正前の９．１０％から７．７５％まで減少した。

このように本実施形態のローラレベラの校正方法では、通板方向と交差する方向に向けて複数の取付溝９を表面に形成し、それらの取付溝９の夫々に歪みゲージ１０を取付けて歪み測定用鋼板８を作成する。この歪み測定用鋼板８をレベリングロール２、３間に通板し、その通板時に各歪みゲージ１０で得られた表面歪みを測定する。そして、測定した通板方向と交差する方向の複数の表面歪みから各レベリングロール２、３の通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正する。測定した通板方向と交差する方向の複数の表面歪みからは、夫々の位置における圧下量を換算することができるから、換算された通板方向と交差する方向の複数の圧下量が予め設定された圧下量になるように各レベリングロール２、３の状態を調整すれば、各レベリングロール２、３の通板方向と交差する方向の圧下量状態を精密に校正することができる。

また、測定した通板方向と交差する方向の複数の表面歪みを各レベリングロール２、３の通板方向と交差する方向の複数の圧下量に換算し、換算された各レベリングロール２、３の複数の圧下量の夫々が予め設定された圧下量になるように各レベリングロール２、３の状態を調整することで各レベリングロールの２、３通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正する。そのため、各レベリングロール２、３の通板方向と交差する方向の圧下量状態を精密に校正することができる。

また、複数の取付溝９に連絡し通板方向と交差する方向に連続する配線溝１１を通じて複数の歪みゲージ１０の配線１２を歪み測定用鋼板８の通板方向と交差する方向に突出し、鋼板の通板方向と交差する方向に突出する複数の歪みゲージ１０の配線１２を記録装置１３に接続した。そのため、通板中に測定された通板方向と交差する方向の複数の表面歪みを各レベリングロール２、３毎にリアルタイムに且つ多数取得することができ、通板時の各レベリングロール２、３の通板方向を交差する方向の圧下量状態を精密に校正することができる。
なお、本実施形態のローラレベラの校正方法の原理は、操業していない状態でのホットレベラ、即ち圧延設備出側のローラレベラにも適用可能である。

１ 下側バックアップロール
２ 下側レベリングロール
３ 上側レベリングロール
４ 上側バックアップロール
５ ウェッジ調整装置
６ 油圧シリンダ
７ ウェッジ
８ 歪み測定用鋼板
９ 取付溝
１０ 歪みゲージ
１１ 配線溝
１２ 配線
１３ 記録装置
Ｓ 鋼板

Claims (2)

1. 鋼板の通板路を挟んで上下に千鳥状にレベリングロールを配置し、それらのレベリングロール間に鋼板を通板することで前記鋼板を平坦にするローラレベラの校正方法であって、
   前記通板方向と交差する方向に向けて複数、表面に形成された取付溝の夫々に歪みゲージが取付けられた歪み測定用鋼板を前記レベリングロール間に通板し、
   前記歪み測定用鋼板の通板時に前記各歪みゲージで得られた表面歪みを測定し、
   測定した前記通板方向と交差する方向の複数の表面歪みから前記各レベリングロールの前記通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正するものであり、
   前記複数の取付溝に連絡し、且つ前記通板方向と交差する方向に連続する配線溝を通じて前記複数の歪みゲージの配線を前記歪み測定用鋼板の前記通板方向と交差する方向に突出し、
   前記鋼板の前記通板方向と交差する方向に突出する前記複数の歪みゲージの配線を記録装置に接続したことを特徴とするローラレベラの校正方法。
2. 前記測定した前記通板方向と交差する方向の複数の表面歪みを前記各レベリングロールの前記通板方向と交差する方向の複数の圧下量に換算し、
   前記換算された各レベリングロールの複数の圧下量の夫々が予め設定された圧下量になるように前記各レベリングロールの状態を調整することで前記各レベリングロールの前記通板方向と交差する方向の圧下量状態を校正することを特徴とする請求項１に記載のローラレベラの校正方法。

Images