JPH03281008A - ヒートストリーク発生の予測方法及び温度センサーロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、銅帯等の金属帯材を冷間圧延する際にヒート
ストリークの発生を予測する方法、及びその方法に使用
される温度センサーロールに関する。

［従来の技術１ 銅帯等の金属帯材を冷間圧延するとき、ワークロールと
被圧延材との間に焼付きが発生し、ヒートストリークと
呼ばれる表面損傷が被圧延材に発生することがある。ま
た、この焼付きによってワークロールの表面も損傷され
、その傷が後続する被圧延材の表面に転写されることに
もなる。

このヒートストリークは、主として油膜の破断によって
生じる焼付きに起因する。たとえば、強圧下率或いは高
速度で冷間圧延を行うとき、圧延油の潤滑性が悪かった
り、クーラントの冷却効果が小さかったりすると、摩擦
熱、塑性変形に基づく発熱、潤滑油の切れに起因した発
熱等によって板温が上昇する。その結果、ロールバイト
内の油膜圧力や油ａｍ度の上昇を招き、油膜破断が生じ
、ワークロールと被圧延材との間の焼付きを発生させる
ことになる。

ヒートストリークの発生は、製品の表面品質の悪化１歩
留りの低下、圧延能率の低下等、多くの悪影響を及ぼす
、そこで、ヒートストリークの発生を抑制するため、圧
延中のロールバイト直下にある被圧延材の板温を設定値
以下に管理することが必要とされる。

しかしながら、ヒートストリークを未然に防止するため
の適切な板温センサーはこれまでのところ提案されてお
らず、経験的な予測から安全領域内で圧下率、圧延速度
等の圧延条件を設定し、圧延を行っているのが現状であ
る。そのため、圧延設備の能力をフルに活かした操業が
できず、生産能率を低下させる一因となっていた。

また、一部では、圧延機出側に配置した赤外線放射温度
計によって、被圧延材の板温を直接測定する方法が試み
られている（特開昭６２−１９９２０９号公報参照）。

この方法においては、赤外線を測定波長域とする放射温
度計を筒状容器に収容し、その開口側に遮光板と気体供
給口を設け、圧縮空気により圧延油の蒸気層油膜を吹き
飛ばすことにより、板温を非接触で測定している。

［発明が解決しようとする課題Ｊ しかし、赤外線放射温度計で測定する雰囲気は、−１）
Ｑ的には圧延油の蒸気等で汚れた状態にある。また、被
圧延材の表面が圧延油膜で覆われており、板表面の放射
率が状況によって変動する。

しかも、この放射率は、被圧延材の鋼種や酸洗度によっ
ても変動し、測定精度に対する外乱要因となっている。

そのため、一定条件下で放射率を設定することはできず
、また実際の板温に対応した放射率変動パターンを求め
ることも困難である。

その結果、高精度の板温測定値を望むことができず、ヒ
ートストリーク発生の予測も信頼性にかけるものとなっ
ている。

そこで、本発明は、被圧延材に接触する温度センサーロ
ールに異なる表面深さで組み込まれている複数の熱電対
を使用して被圧延材の板温を測定することにより、圧延
ロールバイト直下にある被圧延材の板温を、外乱等の影
響を受けずに安定したレベルで求めることを可能とし、
ヒートストリーク発生の予測精度を向上させることを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のヒートストリーク発生予測方法は、その目的を
達成するため、互いに接近した複数の熱電対をそれぞれ
異なる表面深さで埋め込んだ温度検出ブロックを温度セ
ンサーロールに装着させ、被圧延材に接触するように前
記温度センサーロールを配置し、前記熱電対によって測
定された温度情報に基づき圧延ロールバイト直下の板温
を演算すると共に、測定時の圧下率及び圧延速度から予
め求められたヒートストリーク発生温度と前記板温の演
算値とを比較することを特徴とする。

また、この方法で使用される温度センサーロールは、複
数の熱電対をそれぞれ異なる表面深さで互いに接近させ
て埋め込んだ温度検出ブロックを装着していることを特
徴とする。

なお、温度検出ブロックに埋め込まれる複数の熱電対は
、温度センサーロールの胴長方向及び円周方向に関して
可能な限り接近した状態で配置させることが好ましい。

また、温度検出ブロックは、胴長方向及び／又は円周方
向に沿って温度センサーロールの周面に複数個装着させ
ることができる。

［作用］ 本発明者等は、被圧延材の板温を精度良く測定する方法
について検討した。そして、表面深さを異にし、胴長方
向及び円周方向に可能な限り接近させた複数の熱電対を
埋め込んだ温度検出ブロックを温度センサーロールに装
着させ、この温度センサーロールによって圧延ロールバ
イト直下にある被圧延材の板温を演算するシステムを開
発した。

異なる表面深さで埋め込まれた熱電対によって得られる
温度情報は、温度センサーロール表面の熱伝達及び被圧
延材から温度センサーロールへの熱伝導等及び温度セン
サーロール内部における熱伝導の影響を取り込んだもの
である。そこで、逆に測定された内部の温度情報を基に
して、温度勾配及びその時間変化から板温を演算するこ
とができる。このようにして求められた板温は、赤外線
放射温度計による測定とは異なり、外乱要因の影響を受
は難く、高い信頼性をもった値となる。

他方、ヒートストリークは、圧下率、圧延速度等と高い
相関関係をもつヒートストリーク発生温度を超えるとき
に発生する。このヒートストリーク発生温度は、圧下率
、圧延速度等の関数として実験的に求めることができる
。

そこで、温度センサーロールから得られた板温の演算値
をヒートストリーク発生温度と比較することによって、
ヒートストリークの発生を高精度で予測することができ
る。

以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する
。

本発明における板温演算システムは、第１図に示すよう
に温度センサーロール１．送信機２．受信機３．Ａ／Ｄ
変換機４及び演算ｔｉ［５を備＾ている。温度センサー
ロールｌ内部の温度情報は、送信機２によってＦＭに変
換されて伝送され、受信１）１３で受信される。そして
、Ａ／Ｄ変換機４でデジタル情報に変換され、演算機５
に取り込まれる。

演算１）５では、入力された情報に基づいて圧延機６（
第３図参照）の圧延ロールバイト直下にある被圧延材７
の板ｌＴｖが演算される。板温Ｔｖは、予め演算機５に
入力されている測定時の圧下率、圧延速度等から予想さ
れるヒートストリーク発生温度Ｔｓと比較される。

板温Ｔｖがヒートストリーク発生温度Ｔｓよりも高い場
合、ヒートストリークの発生が予測されるものとして、
演算機５から警告灯の点滅や警報音等の適宜の警告を外
部に出力する。或いは、板温Ｔｖの上昇速度が急でヒー
トストリーク発生温度Ｔｓを超えそうな場合にも、ヒー
トストリークの発生が予測されるものとして、演算機５
から警告を外部に出力する。

温度センサーロール１は、第２図に示すように複数の熱
電対１）ａ、ｌｌｂを埋め込んだ温度検出ブロック１２
を装着している。熱電対１）ａの検出端子は、他方の熱
電対１）ｂの検出端子よりも、温度センサーロールｌの
周面から浅い位置に配置されている。また、熱電対１）
ａ、ｌｌｂは、温度センサーロール１の胴長方向及び円
周方向に関して可能な限り接近した位置に設けられてい
る。

これら熱電対１）ａ、１）ｂを備えた温度検出ブロック
１２は、温度センサーロール１の胴長方向に沿って複数
個配置することも可能である。このような複数配置によ
って、圧延ロールバイト直下にある被圧延材７の板温に
関して板幅方向の温度分布を演算することができる。

また、円周方向に関しても、温度検出ブロック１２を複
数個配置してもよい、この複数配置によって、温度セン
サーロール１が１回転する際に、多数の測定点で被圧延
材７の板温を測定することが可能となる。

熱電対１）ａ、ｌｌｂで検出された温度情報は、補償導
線８を介して、温度センサーロール１の側面に取り付け
られている送信機２に入力される。

次いで、温度センサーロールｌ内部の温度情報に基づき
圧延ロールバイト直下にある被圧延材７の板？ｇ　Ｔ　
ｖを演算する手順を説明する。

温度センサーロール１の周面からの深さがｘｌ。

ｘ　ｉ（Ｘ　＋　＜　ｘ　ｘｌである２点の温度をＴ　
＋　、　Ｔ　ｔとし、これら２点とその直線上にある温
度検出ブロック１２表面上の点に関する熱伝導を考える
。

温度センサーロール１の表面温度Ｔｆ及び温度センサー
ロール１表面の熱流束ｑは、それぞれ次式（１）及び（
２）で表される。

Ｔｆ”ＡＴ＋　＋ＢＴｘ　＋ＣＴ’＋＋ＤＴ’１（１） ｑ＝ＥＴ＋　＋ＦＴｉ　＋ＧＴ’＋＋ＨＴ’ヨ（２） ただし、Ｔ　’　＋及びＴ′よけそれぞれＴ１及びＴ２
の時間ｔに関する１階の導関数ｄＴ＋　／ｄｔ。

ｄＴ、／ｄｔである。

また、Ａ−Ｈは、表面深さＸ　１＋　Ｘ　を及び温度検
出ブロック１２の材質によって定まる定数である。

温度センサーロール１が接触しているときの被圧延材７
の板Ｂ　１−ｒは、被圧延材７と温度センサーロールｌ
との間の熱伝達率をａ、とするとき、次式（３）で表さ
れる。

Ｔ　ｒ　＝Ｔ　ｆ　＋ｑ／　ａｔ　　　　”　”　’　
　（３）そして、圧延ロールバイト直下にある被圧延材
７の板温Ｔｖは、クーラント又は外気の温度をＴＯ９被
圧延材７の板厚なり、被圧延材７の密度をρＳ、被圧延
材７の比熱をｃｓ、被圧延材７が圧延ロールバイト直下
から温度センサーロール１に達するまでの時間をｔとす
るとき、次式（４）及び（５）で表される。

Ｔｖ＝　（Ｔｒ−Ｔｃ）Ｘｅｘｐ　（Ｋ）＋Ｔｃ・　・
　（４） Ｋ＝２Ｘａｚ　　ｘｔ／　（ｐｓ　Ｘｃｓ　Ｘｈ）・　
・　・　・　（５） したがって、式（１）〜（５）に基づいて、温度センサ
ーロールｌ内部の２点における温度Ｔ１゜Ｔ、から圧延
機６の圧延ロールバイト直下にある被圧延材７の板温Ｔ
ｖを演算することができる。

なお、一つの温度検出ブロック１２に対して。

３個以上の熱電対を埋め込んでも良い。この場合には、
温度検出ブロック１２内部の測定点が３点以上となるの
で、任意の２点の温度について前述した手順で圧延ロー
ルバイト直下の板温Ｔｖを演算し、この演算を複数回行
う。そして、それら演算値の平均値を採ることによって
演算精度を高めることができる。

すなわち、本発明においては、圧延機６の圧延ロールバ
イト直下にある被圧延材７の板温Ｔｖを常時演算で求め
、測定時の圧下率、圧延速度等から予想されるヒートス
トリーク発生温度Ｔｓと比較する。これにより、ヒート
ストリークの発生が予測され、その予測に基づいて直ち
に圧延速度を減速したり、クーラントの冷却を強化する
等のヒートストリーク発生防止対策を採ることができる
。その結果、圧延？！！６の能力をフルに発揮させた操
業が可能となり、生産効率が向上する。

また、第２図に示した温度センサーロールは、圧延時の
板温を演算するものに限らず、その他の分野にも使用す
ることができる。たとえば、熱処理炉内の搬送ラインに
沿って温度センサーロールを配置しておくとき、炉内の
材料温度を正確に管理することができる。

［実施例Ｊ 第３図に示した４段圧延機６に本発明を適用した実施例
を説明する。

温度センサーロールｌの周面からそれぞれ０゜３ｍｍ及
び０．８ｍｍの表面深さで、熱電対１）ａ及びｌｌｂを
温度検出ブロック１２に埋め込んだ、この温度検出ブロ
ック１２を備えた温度センサーロール１を圧延機６の下
流側に配置して、被圧延材７としてオーステナイト系ス
テンレス鋼を圧下率３０％及び圧延速度６００ｍ／分で
圧延した。この条件下におけるヒートストリーク発生温
度Ｔｓは、約１７０℃であることが実験的に得られてい
る。

そして、温度センサーロール１に接触しているときの被
圧延材７の板温Ｔｒ及び圧延ロールバイト直下にある被
圧延材７の板ＩＴｖの変化を１本発明による方法で求め
た。その結果を、第４図に示す。なお、第４図には、赤
外線放射温度計による測定で求めた板温Ｔｒ及びＴｖを
併せ示している。

第４図から明らかなように、赤外線放射温度計を使用し
た方法で求められた板温Ｔｒ、Ｔｖは、約±３０℃のバ
ラツキをもって不安定に変動していた。これは、赤外線
放射温度計による測定値が圧延雰囲気の変化等に起因し
た外乱要因の影響を受けたものと考えられる。このよう
に不安定に変動する板ＩＴｖからヒートストリークの発
生を予測することは難しく、また予測したとしても精度
に信頼性が欠けるものである。

これに対し、本発明法によって求めた圧延ロールバイト
直下の板温Ｔｖは、約１６０℃のレベルで安定したもの
であった。そこで、この板ｌＴｖを実験的に求められて
いるヒートストリーク発生温度Ｔｓ＝１７０℃と比較す
ることによって、圧延ロールバイト直下にある被圧延材
７の１２ｉｉ温Ｔｖが確実にヒートストリーク発生温度
Ｔｖ以下であるという正確な情報を得ることができた。

その結果、現在の圧延条件を維持したままで圧延を継続
しても、ヒートストリークの発生がなく表面性状の良好
なステンレス冷延鋼帯を製造することができた。

〔発明の効果］ 以上に説明したように、異なる表面深さで温度検出ブロ
ックに埋め込んだ複数の熱電対を使用して温度センサー
ロールに接触する被圧延材の板温を測定し、この板温か
ら圧延ロールバイト直下１こある被圧延材の板温を算出
することによって、赤外線放射温度計を使用する場合に
比較して外乱要因等による影響を受けることな（、安定
したレベルで板温が求められる。この板温をヒートスト
リーク発生温度と比較することによって、ヒートストリ
ークの発生を性格に予測することが可能となり、歩留り
の良い操業が行われる。

また、求められた板温は安定したレベルであるため、圧
下率や圧延速度を上げヒートストリーク発生限界に近い
圧延条件での操業が可能となる。

したがって、圧延機をフルに株働させることができ、生
産性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の板温演算システムを示し、第２図は温
度センサーロールの構造を示し、第３図は該温度センサ
ーロールが組み込まれた圧延機を示し、第４図は本発明
の効果を従来法と比較して表したグラフである。 １・・・温度センサーロール　２・・・送信機３・・・
受信機　　　　　　　４・・・Ａ／Ｄ変換機５・・・演
算機　　　　　　　６・・・圧延機７・・・被圧延材　
　　　　　８・・・補償導線１）ａ、１）ｂ・＝熱電対 １２・・・温度検出ブロック Ｔｆ・・・温度センサーロールの表面温度Ｔｒ・・・温
度センサーロールに接触している被圧延材の板温 Ｔｖ・・・圧延ロールバイト直下にある被圧延材の板温
Ｔｓ・・・ヒートストリ ク発生温度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに接近した複数の熱電対をそれぞれ異なる表
   面深さで埋め込んだ温度検出ブロックを温度センサーロ
   ールに装着させ、被圧延材に接触するように前記温度セ
   ンサーロールを配置し、前記熱電対によって測定された
   温度情報に基づき圧延ロールバイト直下の板温を演算す
   ると共に、測定時の圧下率及び圧延速度から予め求めら
   れたヒートストリーク発生温度と前記板温の演算値とを
   比較することを特徴とするヒートストリーク発生の予測
   方法。
2. （２）複数の熱電対をそれぞれ異なる表面深さで互いに
   接近させて埋め込んだ温度検出ブロックを装着している
   ことを特徴とする温度センサーロール。