JP7316842B2 - サイジングローラーガイド装置及びサイジング方法 - Google Patents

Description

本発明は、サイジングローラーガイド装置及びサイジング方法に関するものである。

圧延ロールで圧延された条鋼をサイジング処理するためのサイジングローラーガイド装置（サイジング装置）として、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。

特許文献１には、圧延ロールの出側に設けられ、この圧延ロールから送り込まれた条鋼をサイジング処理する一対の駆動サイジングローラーを有するサイジングローラーガイド装置が開示されている。一方、特許文献２には、圧延ロールの出側に設けられ、この圧延ロールから送り込まれた条鋼をサイジング処理する一対の無駆動サイジングローラーと、一対の無駆動サイジングローラーの出側に配置され、一対の無駆動サイジングローラーでサイジング処理された圧延材を引き出す一対のピンチローラーと、を有するサイジングローラーガイド装置が開示されている。

特開２００１－９５１６号公報 特開２００１－９５１７号公報

しかしながら、特許文献１のサイジングローラーガイド装置では、一対の駆動サイジングローラーを駆動するための駆動機構が必要となるため、サイジングローラーガイド装置の大型化を招く。一方、特許文献２のサイジングローラーガイド装置では、特許文献１のような駆動機構を設ける必要がないが、その代わりに、圧延材を引き出すために一対のピンチローラーを設ける必要があるため、やはり、サイジングローラーガイド装置の大型化を招く。近年では、サイジングミル（精密圧延機）により高寸法精度を確保することが主流となっている。

そこで、本発明の目的は、小型化を図ることができ、かつ、優れた寸法精度でサイジング処理を行うことのできるサイジングローラーガイド装置および条鋼のサイジング方法を提供することにある。

すなわち、本発明によるサイジングローラーガイド装置は、圧延ロールの出側に設けられ、前記圧延ロールから送り込まれた条鋼をサイジング処理する一対のサイジングローラーと、
前記一対のサイジングローラーの面間を調整する面間調整機構と、
前記面間調整機構に非圧縮性流体を供給して前記面間調整機構を駆動する圧力源と、
前記面間調整機構と離れた位置から、前記面間を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記面間調整機構の駆動を制御して、前記条鋼が前記一対のサイジングローラー間に誘導される前の前記面間の寸法を前記サイジング処理のための処理寸法よりも広くし、前記条鋼が前記一対のサイジングローラー間を通過中に前記面間の寸法を前記処理寸法とすることを特徴とする。

また、本発明によるサイジングローラーガイド装置では、前記制御装置は、前記面間調整機構の駆動を制御して、前記条鋼が前記一対のサイジングローラー間に誘導されてから所定時間経過後に前記面間を前記処理寸法とすることが望ましい。

また、本発明によるサイジングローラーガイド装置では、前記一対のサイジングローラー間に誘導された前記条鋼の動作を検知する検知部を備えることが望ましい。

また、本発明によるサイジングローラーガイド装置では、前記面間調整機構は、
前記制御装置からの指令に連動して前進及び後退するピストンと、
前記ピストンが摺動するシリンダスリーブ内に前記非圧縮性流体が流入して前記ピストンが前進及び後退する前進側加圧室及び後退側加圧室を有する駆動シリンダと、
前記駆動シリンダと前記圧力源との間に接続されて前記非圧縮性流体の管路を開閉するサーボ弁とを備えることが望ましい。

また、本発明によるサイジングローラーガイド装置では、前記面間調整機構は、さらに、前記圧力源と前記サーボ弁との間に配置されたアキュームレータを備えることが望ましい。

また、本発明によるサイジング方法は、条鋼が一対のサイジングローラー間に誘導される前の前記一対のサイジングローラーの面間の寸法をサイジング処理のための処理寸法よりも広くし、前記条鋼が前記一対のサイジングローラー間を通過中に前記面間を前記処理寸法とすることを特徴とする。

本発明によるサイジングローラーガイド装置によれば、寸法不良不要部である条鋼の先端部をサイジング処理することなく一対のサイジングローラー間を通過させ、その後、一対のサイジングローラーの面間を閉じて条鋼のサイジング処理を開始することができる。そのため、一対のサイジングローラー間への条鋼の誘導が容易となり、それに伴って、一対のサイジングローラーの面間の寸法の制御も容易となる。そのため、無駆動のサイジングローラーによっても、高速な圧延材の寸法変化を拘束する高速フィードバック制御により、高寸法精度のサイジング処理が可能となる。

本発明の一実施形態におけるサイジングローラーガイド装置の全体図である。 図１に示すサイジングローラーガイド装置の平面図である。 図１に示すサイジングローラーガイド装置の分解図である。 従来設備及び上記サイジングローラーガイド装置での圧延材の試験データである。 従来設備のみでの圧延材の試験データである。

図１を参照しつつ、本発明によるサイジングローラーガイド装置およびサイジング方法を説明する。図１は、サイジングローラーガイド装置の全体図、図２は、サイジングローラーガイド装置の平面図、図３は、サイジングローラーガイド装置の分解図である。

図１ないし図３に示すサイジングローラーガイド装置１は、圧延ロールの出側に設置されており、同図中左側が圧延ロールの出側に位置する上流側となっている。サイジングローラーガイド装置１は、圧延ロールから送り出された条鋼Ｓ０をサイジング処理する一対のサイジングローラー１１，１１を備えた第１ローラーガイド１０と、一対のサイジングローラー１１，１１の面間を調整する面間調整機構２と、面間調整機構２に非圧縮性流体を供給する圧力源３と、面間調整機構２と離れた位置から一対のサイジングローラー１１，１１の面間を制御する制御装置４とを備えている。

サイジングローラーガイド装置１は、さらに、第１ローラーガイド１０の下流側に位置し、一対のサポートローラー７１，７１を備えた第２ローラーガイド７０と、第１ローラーガイド１０および第２ローラーガイド７０の内側に設置された管状のガイドスリーブ８とを備えている。

このようなサイジングローラーガイド装置１は、圧延ロールから送り出された条鋼Ｓ０を一対のサイジングローラー１１，１１でサイジング処理して圧延材Ｓ１を形成し、この圧延材Ｓ１をガイドスリーブ８内および一対のサポートローラー７１，７１間を通過させて装置の下流側に送り出す構成となっている。

圧力源３は、非圧縮性流体が貯留された貯留タンク３１と、貯留タンク３１に貯留された非圧縮性流体を送り出すポンプ３２と、を有する。また、貯留タンク３１には管路Ｌ１が接続されており、ポンプ３２には管路Ｌ２が接続されている。そして、管路Ｌ２を介してポンプ３２から非圧縮性流体が送り出され、ポンプ３２が送り出した非圧縮性流体が管路Ｌ１を介して貯留タンク３１に送り戻される。ポンプ３２の駆動は、制御装置４によって制御される。

また、第１ローラーガイド１０は、ガイドボックス１２と、ガイドボックス１２に設けられた一対のサイジングローラー１１，１１と、ガイドボックス１２に設けられ、一対のサイジングローラー１１，１１の回転の中心軸となる一対のローラーピン１３，１３と、一対のローラーピン１３，１３の上部に設けられた一対のギアホイール１４，１４と、一対のサイジングローラー１１，１１の上流側に位置し、圧延ロールから送り出された条鋼Ｓ０を受けて一対のサイジングローラー１１，１１間に送り込むデリバリーガイド１５と、一対のサイジングローラー１１，１１を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給装置１６と、を備えている。

各サイジングローラー１１，１１は、自由回転する無駆動ローラーである。そのため、サイジングローラーガイド装置１は、各サイジングローラー１１，１１を駆動するための駆動機構を備えていない。駆動機構を備えていないため、サイジングローラーガイド装置１の小型化を図ることができる。また、各ローラーピン１３，１３は、所定の寸法分偏心しており、ガイドボックス１２に設けられた上下端の図示しない軸受部に回転自在に軸支されている。各ギアホイール１４，１４の図示しない軸部は、各ローラーピン１３，１３の図示しない軸受部と一体的に形成され、この軸部と軸受部とは同心である。

面間調整機構２は、一対のサイジングローラー１１，１１の面間のギャップを調整する駆動シリンダ２１を有する。駆動シリンダ２１としては、油圧シリンダが好ましく、この場合の非圧縮性流体は、作動油となる（以下、非圧縮性流体を「作動油」ともいう。）。

駆動シリンダ２１は、ガイドボックス１２に設置されている。駆動シリンダ２１は、一対のサイジングローラー１１の面間の動きに連動して前後移動するピストン２１１と、ピストン２１１が摺動するシリンダスリーブ２１４とを備えている。また、シリンダスリーブ２１４の内部は、ピストン２１１が突出する前進側加圧室２１２と、ピストン２１１が引っ込む後退側加圧室２１３とに分けられている。そして、前進側加圧室２１２には管路Ｌｈが接続されており、後退側加圧室２１３には管路Ｌｒが接続されている。

ピストン２１１の先端には、両側面にラックが形成されたラックギア２１１ａが備えられている。ラックギア２１１ａは、一対のギアホイール１４，１４の間に設けられており、これら一対のギアホイール１４，１４に対して、条鋼Ｓ０の進行方向と平行して前後移動可能にラックが噛み合っている。ラックギア２１１ａが条鋼Ｓ０の進行方向と同方向に前進又は逆方向に後退すると、このラックギア２１１ａの移動に伴ってギアホイール１４，１４も外向き又は内向きに回転する。そして、ギアホイール１４，１４の回転に伴ってローラーピン１３，１３が偏心回転し、このローラーピン１３，１３の移動に伴って一対のサイジングローラー１１，１１の面間が広がったり狭まったりする。

面間調整機構２は、さらに、ピストン２１１の前後移動や、前後移動に基づくピストン２１１の位置を検知する変位センサー２３と、後退側加圧室２１３の内圧を検知する圧力センサー２４とを備えている。変位センサー２３の構成は、特に限定されず、例えば、ピストン２１１の後端からこのピストン２１１の内側に設けられた筒状部に挿入されたプローブロッドと、ピストン２１１の後端付近かつプローブロッドの両脇に位置するマグネットと、プローブロッドとマグネットとの相対位置からピストンの移動による変化量を検知する変換部とを備えた構成とすることができる。

例えば、一対のサイジングローラー１１，１１間に条鋼Ｓ０が誘導されると、条鋼Ｓ０からの反力によって一対のサイジングローラー１１，１１の面間が広がり、それに伴ってピストン２１１が後退する。ピストン２１１の後退は、変位センサー２３によって直接検知することができ、また、ピストン２１１の後退により上昇する後退側加圧室２１３の内圧に基づいて圧力センサー２４によって間接的に検知することもできる。つまり、変位センサー２３および圧力センサー２４は、それぞれ、一対のサイジングローラー１１，１１間に誘導された条鋼Ｓ０の動作を検知する検知部９としても機能する。

ただし、検知部９の構成としては、特に限定されず、例えば、変位センサー２３および圧力センサー２４の一方を省略してもよいし、変位センサー２３および圧力センサー２４とは異なる方法で検知するものであってもよい。
検知部９とは別に、一対のサイジングローラー１１，１１間に誘導される前に条鋼Ｓ０の存在を検知する光電子センサーを有していてもよい。制御装置４は、光電子センサーから出力される条鋼Ｓ０の存在に関する検知信号（フィードバック信号）を受け、上記検知信号に基づいて変位センサー２３や圧力センサー２４による検知を制御してもよい。

面間調整機構２は、さらに、駆動シリンダ２１に接続された管路Ｌｈ、Ｌｒと、圧力源３に接続された管路Ｌ１、Ｌ２との間に設置され、これらを接続すると共に、これらの接続状態を切り替えるサーボ弁２２を備えている。サーボ弁２２を用いることにより、高応答な動特性と、連続信号に対する優れた追従性を発揮でき、高い制御精度と分解能を得ることができる。

サーボ弁２２は、管路Ｌ２、Ｌｒを接続すると共に管路Ｌ１、Ｌｈを接続し、ポンプ３２から退側加圧室２１３内に作動油を供給すると共に前進側加圧室２１２内の作動油を貯留タンク３１に向けて排出してピストン２１１を前方に移動させるピストン前進状態と、管路Ｌ２、Ｌｈを接続すると共に管路Ｌ１、Ｌｒを接続し、ポンプ３２から前進側加圧室２１２内に作動油を供給すると共に退側加圧室２１３内の作動油を貯留タンク３１に向けて排出してピストン２１１を後方に移動させるピストン後退状態とに切り替え可能である。このようなサーボ弁２２の駆動は、制御装置４によって制御される。なお、管路Ｌｈ、Ｌｒを閉じて、前進側加圧室２１２および退側加圧室２１３を密閉することによりピストン２１１をその場で停止させるピストン停止状態に切り替えてもよい。

面間調整機構２は、さらに、管路Ｌ２の途中に設置されたアキュームレータ２５を備えている。アキュームレータ２５によって、ポンプ３２から供給しきれない作動油を供給することができ、シリンダスリーブ２１４内の作動油の流量を急上昇させることができる。そのため、アキュームレータ２５を設置することで、ピストン２１１をさらに高速動作させることができる。このようなアキュームレータ２５としては、特に限定されないが、例えば、プラダ形アキュームレータを用いることができる。つまり、アキュームレータ２５は、図示しないが、本体と、本体の一端で管路Ｌ２に接続され、作動油が出入りする給排油弁と、アキュームレータ本体の内側に配置され所定の気体を封入するプラダと、本体の他端でプラダが封入する気体が供給される給気弁とで構成されている。

ただし、ポンプ３２によってピストン２１１を高速動作させるのに十分な流量の作動油をシリンダスリーブ２１４内に供給することができれば、アキュームレータ２５は、省略してもよい。

制御装置４は、検知部９すなわち変位センサー２３または圧力センサー２４を受け、指令信号との偏差に基づいてサーボ弁２２の駆動を制御する。これにより、一対のサイジングローラー１１，１１の面間の実寸法が指令信号で指定された寸法に調整される。なお、高精度のサイジングの実現には、変位センサー２３による位置制御が好ましい。

また、制御装置４は、面間調整機構２の駆動、特にサーボ弁２２の駆動を制御して、条鋼Ｓ０が一対のサイジングローラー１１，１１間に誘導される前の一対のサイジングローラー１１，１１の面間の寸法をサイジング処理のための処理寸法よりも広くし、条鋼Ｓ０が一対のサイジングローラー１１，１１間を通過中に一対のサイジングローラー１１，１１の面間を処理寸法とする。

このような制御によれば、一対のサイジングローラー１１，１１の面間が処理寸法よりも広い状態で条鋼Ｓ０の先端部が一対のサイジングローラー１１，１１間に供給される。そのため、条鋼Ｓ０の先端部をサイジング処理することなく（サイジング処理時に加わる力よりも小さい力が加わり得る状態で）一対のサイジングローラー１１，１１間を通過させることができる。よって、条鋼Ｓ０を一対のサイジングローラー１１，１１間へスムーズに誘導することができる。

ここで、条鋼Ｓ０の先端部は、寸法不良不要部として後に切断等によって除去されるためサイジング処理の必要がない部分である。そのため、上述のように条鋼Ｓ０の先端部を一対のサイジングローラー１１，１１によってサイジング処理しなくても特段の問題はない。そして、一対のサイジングローラー１１，１１間に条鋼Ｓ０が誘導された後、つまり、一対のサイジングローラー１１，１１間を条鋼Ｓ０が通過中に、サーボ弁２２の駆動によって一対のサイジングローラー１１，１１の面間を処理寸法まで閉じることで、条鋼Ｓ０のサイジング処理が開始される。

このように、条鋼Ｓ０の先端部をサイジング処理せずに、条鋼Ｓ０の途中からサイジング処理を開始することにより、一対のサイジングローラー１１，１１間への条鋼Ｓ０の誘導が容易となり、それに伴って、一対のサイジングローラー１１，１１の面間の寸法の制御も容易となる。そのため、無駆動のサイジングローラー１１，１１によっても高寸法精度サイジング圧延が可能となる。

なお、条鋼Ｓ０が一対のサイジングローラー１１，１１間に誘導される前の一対のサイジングローラー１１，１１の面間の寸法としては、特に限定されず、処理寸法等によって異なるが、例えば、処理寸法よりも２ｍｍ～１０ｍｍ程度広い寸法であることが好ましく、４ｍｍ～５ｍｍ程度広い寸法であることがより好ましい。このような寸法とすることにより、一対のサイジングローラー１１，１１の面間が条鋼Ｓ０に対して十分に広くなり、条鋼Ｓ０の先端部を一対のサイジングローラー１１，１１間へ誘導し易くなると共に、処理寸法との差を十分に小さくすることができ、一対のサイジングローラー１１，１１の面間を処理寸法とするのに必要な時間がより短くなる。そのため、条鋼Ｓ０の先端部が一対のサイジングローラー１１，１１間を通過した後、より迅速に条鋼Ｓ０のサイジング処理を開始することができる。

このような制御方法に対して、例えば、一対のサイジングローラー１１，１１間に条鋼Ｓ０が誘導される前から一対のサイジングローラー１１，１１の面間を処理寸法としておくと、条鋼Ｓ０がサイジングローラー１１，１１に供給される際に、条鋼Ｓ０の先端が一対のサイジングローラー１１，１１の面間に過度な力で衝突し、当該力によって、サイジングローラー１１，１１の面間が処理寸法からずれてしまう。ずれた面間の寸法を再び処理寸法まで戻すのに時間がかかり、条鋼Ｓ０に寸法不良の部分が生じ易くなる。つまり、条鋼Ｓ０の長さ方向で寸法精度にムラが生じ易くなる。

また、制御装置４は、一対のサイジングローラー１１，１１間に条鋼Ｓ０が誘導されてから所定時間経過後に一対のサイジングローラー１１，１１の面間が処理寸法に閉じるようにサーボ弁２２の駆動を制御する。これにより、複数の条鋼Ｓ０に対して、サイジング処理を同条件で繰り返し行うことができる。そのため、定品質の圧延材Ｓ１を製造することができる。

ここで、従来設備（Ｖ－Ｈ方式タンデム圧延）及び本発明によるサイジングローラーガイド装置での圧延試験（実施例）、並びに従来設備（Ｖ－Ｈ方式タンデム圧延）のみでの圧延試験（比較例）について説明する。

＜試験条件（共通）＞
圧延材種 ：Ｓ４５Ｃ
圧延サイズ：φ１８

＜試験内容＞
圧延材の最先端から所定距離かつ最後端までの所定距離における圧延材のオーバル（圧延により膨らみやすい部分）及び天地（圧延により膨らみにくい部分）の変化量を測定した。

＜実施例及び比較例の考察＞
図４に示すとおり、サイジングローラーガイド装置１では、圧延材の最先端から２０００ｍｍの地点に至るまでに高速で圧下することで、その後圧延材の最後端に至るまで上記圧延サイズに対してオーバルの変化量を公差範囲に留めることができた。すなわち、圧延材Ｓ１の製造歩留り率向上に繋がることが検証できた。
一方、図５に示すとおり、従来設備のみでは、ＪＩＳ許容差に収まるが、上記圧延サイズに対してオーバルが約＋０．９～＋０．５ｍｍと公差範囲を外れ、製品全長５５０～６２０ｍ中、先端約３ｍ、後端約５ｍの計約１．３％は、公差外不良部として製品とすることができなかった。

１ サイジングローラーガイド装置
１０ 第１ローラーガイド
１１ サイジングローラー
１２ ガイドボックス
１３ ローラーピン
１４ ギアホイール
１５ デリバリーガイド
１６ 冷却水供給装置
２ 面間調整機構
２１ 駆動シリンダ
２１１ ピストン
２１１ａ ラックギア
２１２ 前進側加圧室
２１３ 退側加圧室
２１４ シリンダスリーブ
２２ サーボ弁
２３ 変位センサー
２４ 圧力センサー
２５ アキュームレータ
３ 圧力源
３０ 第２ローラーガイド
３１ 貯留タンク
３２ ポンプ
４ 制御装置
７０ 第２ローラーガイド
７１ サポートローラー
８ ガイドスリーブ
９ 検知部
Ｌ１ 管路
Ｌ２ 管路
Ｌｈ 管路
Ｌｒ 管路
Ｓ０ 条鋼
Ｓ１ 圧延材

Claims (6)

1. 圧延ロールの出側から送り込まれる条鋼をサイジング処理するための一対の自由回転するサイジングローラーと、
   前記一対のサイジングローラーの間に設けられた、ラックが形成されたピストンと、
   前記サイジングローラーのそれぞれと同心で軸支され、前記ラックと噛み合うギア形状を介して、サイジングローラーのそれぞれを偏心回転させる機構を備える、
   前記一対のサイジングローラーの面間を調整する面間調整機構と、
   前記ピストンの位置を検知する検知部と、
   前記面間調整機構に非圧縮性流体を供給して前記ピストンを駆動する圧力源と、
   前記面間調整機構と離れた位置から、前記面間を制御する制御装置とを備え、
   前記面間調整機構は、
   前記検知部の検知に基づく前記制御装置からの指令によりピストンを前進又は後退させることで、ラックの前進又は後退と連動してサイジングローラーを偏心回転させて、
   一対のサイジングローラーの面間を調整する機構であって、
   前記制御装置は、条鋼が前記一対のサイジングローラー間に誘導される前の前記面間の寸法をサイジング処理のための処理寸法よりも広くし、
   条鋼の先端部分が前記一対のサイジングローラー間に誘導された後の面間の寸法を前記処理寸法とすると共に、
   条鋼が前記一対のサイジングローラー間を通過中は、前記検知部の検知に基づいて前記ピストンの位置を制御することで面間の寸法を前記処理寸法に維持する
   ことを特徴とするサイジングローラーガイド装置。
2. 前記制御装置は、前記面間調整機構のピストンの駆動を制御して、条鋼が前記一対のサイジングローラー間に誘導されてから予め設定された所定時間経過後に前記面間を前記処理寸法とする請求項１に記載のサイジングローラーガイド装置。
3. 前記検知部は、前記一対のサイジングローラー間に誘導された条鋼からの反力に伴う前記ピストンの前後移動に基づくピストンの位置を検知する請求項１または２に記載のサイジングローラーガイド装置。
4. 前記面間調整機構は、
   前記ピストンが摺動するシリンダスリーブ内に前記非圧縮性流体が流入して前記ピストンが前進及び後退する前進側加圧室及び後退側加圧室を有する駆動シリンダと、
   前記駆動シリンダと前記圧力源との間に接続されて前記非圧縮性流体の管路を開閉するサーボ弁とを備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサイジングローラー装置。
5. 前記圧力源は、非圧縮性流体が貯留された貯留タンクと、貯留タンクに貯留された非圧縮性流体を送り出すポンプと、
   該ポンプから前記サーボ弁へ非圧縮流体を送り出す管路と、
   前記サーボ弁から前記貯留タンクへ非圧縮流体を送り戻す他の管路と
   を備えると共に、
   前記非圧縮流体を送り出す管路の前記圧力源と前記サーボ弁の間に、非圧縮流体を供給するためのアキュームレータを有する請求項４に記載のサイジングローラーガイド装置。
6. 請求項１に記載のサイジングローラーガイド装置を用いて、
   条鋼が一対のサイジングローラー間に誘導される前の前記一対のサイジングローラーの面間の寸法をサイジング処理のための処理寸法よりも広くし、
   条鋼の先端部分が前記一対のサイジングローラー間に誘導された後の面間の寸法を前記処理寸法とすると共に、
   条鋼が前記一対のサイジングローラー間を通過中は、前記検知部の検知に基づいて前記ピストンの位置を制御することで面間の寸法を前記処理寸法に維持することを特徴とするサイジング方法。
   

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