JPH04356314A - 金属板の圧延装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被圧延材の金属板素
材に直接通電して加熱しつつ圧延する圧延装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】金属板、例えば鋼板の製造に際しては被
圧延材を加熱した状態で圧延することが多い。このよう
な圧延（熱間圧延、または温間圧延）を行う場合は、予
め被圧延材を加熱炉で加熱して圧延装置に送って圧延を
行うのが通例である。加熱炉を使用せず、或いは加熱炉
と併用して、圧延ライン内で被圧延材を誘導加熱して圧
延する技術も一部で採用されている。

【０００３】金属の圧延において、圧延温度を適正にす
ることは極めて重要である。圧延温度が低すぎると圧延
が困難になったり、圧延機に過大な負荷がかかったり、
所望の材質が得られないといった障害がでる。

【０００４】加熱炉で加熱された被圧延材は、圧延装置
までの搬送の過程で放熱して冷却し、また圧延機のロー
ル（ワークロール）と接触して抜熱され、温度が低下す
る。

【０００５】通常、この温度低下を見込んで加熱を行う
のであるが、過度の昇温は被圧延材のスケールロスを増
やし、かつエネルギーコストの上昇を招く。のみならず
、圧延までの温度低下を予測して加熱しておいても、実
際の圧延のときに適正な圧延温度になるとは限らない。

【０００６】上記のような事情を考慮すると、圧延機に
できるだけ近いところ、即ち、圧延ライン内で被圧延材
を加熱してその温度を調整するのがもっとも合理的であ
る。

【０００７】このような加熱を行う方法として、誘導加
熱と直接通電加熱が考えられる。しかし、誘導加熱は高
周波を使用するため設備が複雑、高価になり、加熱効率
（与える電気エネルギーが熱エネルギーに変換する効率
）も約３０％と低い。

【０００８】被圧延材に直接通電してジュール熱を利用
する方法は線材の圧延では一部で実用化されている。こ
の線材圧延では図６（ａ）　に示すように、孔型ロール
のような給電ロール１４を使用し、かつ同図（ｂ）　に
示すように線材をロールに周回させて給電ロールとの接
触面積を大きくし、直接通電を行うのが普通である。こ
のようにして、できるだけ多量の電流を供給して急速加
熱を行うのであるが、実操業上は通電路の電流密度を２
Ａ／ｍｍ２　以内にしなければスパークの発生しない安
定な給電は難しいとされている。

【０００９】図６に示す線材の直接通電法について考察
してみる。図において、線材１５の直径をｄ、ロール１
４の半径をＲ、線材のロールとの周回　（巻き付き）　
角度をαとすれば、接触面積Ｓは、 　　　　　　　　　　Ｓ＝（πｄ／２）×２πＲ（α／
３６０　）　＝　（π２　ｄαＲ）／３６０となる。い
ま、ｄ＝２ｍｍ、Ｒ＝５０ｍｍ、α＝１２０　°として
上記の式で計算すると、Ｓ＝　３２９　ｍｍ２となる。 電流密度を２Ａ／ｍｍ２　以内に抑えるとしても、約　
６５８　Ａまでの電流を流すことができる。また、線材
の単位長さ（１ｍｍ）当たりの体積は約３ｍｍ３　であ
るから、熱容量は小さく、昇温は容易である。

【００１０】一方、板の場合は、いわゆる耳波や中伸び
等の形状不良があって図６のようにロールに巻き付ける
ことは困難であり、平板のままでロールに接触させなけ
ればならない。仮に、ピンチロールで挟んで圧下すると
しても、そのときの接触弧長は高々　０．１ｍｍ程度で
ある。 仮に板幅が　１００ｍｍ、板厚が　０．５ｍｍとすると
、接触面積Ｓは　１０ｍｍ２、単位長さ当たりの体積は
５０ｍｍ３　となる。電流密度を２Ａ／ｍｍ２　までと
すると２０Ａ　までの電流しか供給できず、これで大き
な熱容量の板を急速加熱するのは不可能である。このよ
うに、板の場合は給電ロールとの接触面積を大きくする
ことができないために急速加熱に必要な多量の電流を供
給することができず、さらに、前記の形状不良などのた
めに電極ロールを板幅方向に安定して接触させることが
難しく、スパークによる疵の発生、板幅方向での温度ム
ラなどの障害が大きいと考えられていた。

【００１１】板に直接通電して加熱し圧延する装置とし
て、特開昭６３−１８３７０６号公報に開示される通電
加熱圧延機がある。この圧延機は、図５に示すように、
上下一対の圧延ロール２の一方を正極、他方を負極とし
てこれに接触する被圧延材１に直接通電し、ロール自体
、或いは被圧延材を加熱しようとするものである。この
装置では圧延ロールはハウジングおよび駆動系から電気
的に絶縁されていなければならないが、大きな負荷がか
かるロールの絶縁は、絶縁材料や構造上の工夫に大きな
コストがかかる。また、この方法では、被圧延材の加熱
は、上下のロールに挟まれた極く狭い範囲で板厚方向に
流れる電流だけで行われるから、十分なジュール熱を発
生させるためには、大容量、特に大電流の電源装置を必
要とする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、被圧
延材を圧延ライン内で急速加熱して圧延することによっ
て、圧延温度の調整を容易にし、かつ、エネルギーコス
ト、材料コストを低減することにある。本発明の直接の
目的は、被圧延材に直接通電して加熱しつつ圧延する装
置、さらに必要に応じて圧延と熱処理を同じラインで実
施できる装置であって、前述のような絶縁の問題がなく
、被圧延材の実効抵抗を大きくして加熱効率を上げるこ
とのできる装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記の圧
延装置にある。

【００１４】「圧延機入側にあって電源に接続される１
組以上のピンチロールと、圧延機に組み込まれて接地さ
れたワークロールとを備えることを特徴とする金属板の
圧延装置」上記の装置は、さらに圧延機の出側　（下流
側）　にあって電源に接続される１組以上のピンチロー
ルとを備えることができる。また、圧延機入側のピンチ
ロールよりも更に上流側に、接地された１組以上のピン
チロールを設けてもよい。

【００１５】本発明において、金属板とは、鋼板（炭素
鋼、合金鋼、ステンレス鋼等の板）チタン板等、あるい
は、これらの複合板、これらと無機材料、有機材料との
複合板など、直接通電によってジュール熱を発生するあ
らゆる板を意味する。通電して加熱する温度は、いわゆ
る熱間圧延温度、各種の熱処理温度、温間圧延のような
比較的低い温度など、目的に応じてに相応しい温度に精
度よく加熱することができる。なお、従来の加熱炉で予
備的に加熱し、本発明の方法を補助的に使用することも
可能であることは言うまでもない。

【００１６】以下、図面を用いて、本発明の構成と作用
とを詳しく説明する。

【００１７】

【作用】図１は、本発明の原理を説明する圧延機近傍の
側面略図である。

【００１８】被圧延材１は矢印方向に進行しつつ上下一
対のワークロール２−１，２−２によって圧延される。 ３−１　および　３−２はバックアプロールである。本
発明においては圧延機の入側（上流側）に給電のための
上下一対のピンチロール４−１，および４−２　を使用
する。そして、このピンチロールの少なくとも一方を電
源５に接続する。このピンチロールは２組以上設けても
よい。

【００１９】ワークロール　２−１，２−２は接地（ア
ース）して、常に電位零にしておく。なお、電源５は直
流電源、交流電源のいずれでもよい。

【００２０】上記の構成の圧延装置に、被圧延材１を通
し、ピンチロールとワークロールを接触させれば、この
間の被圧延材にはピンチロールに与える電圧、電流に応
じた電気が流れ、抵抗発熱によってジュール熱が発生す
る。ピンチロールとワークロールとの間には距離がある
から、その間の被圧延材の実効抵抗は大きく、十分な発
熱量を得ることができる。なお、ピンチロールとワーク
ロールの距離は、被圧延材の種類、加熱目標温度、圧延
条件等に応じて選定すればよい。

【００２１】図１において、５−１　および　５−２は
圧延機の出側（下流側）に設けたピンチロールである。 これは必須ではないが、圧延後の板の保温や、熱処理の
ために所定温度に加熱する手段として、ピンチロール４
−１，４−２　と同様に電源６に接続して使用すること
ができる。レバース圧延の場合にはピンチロール５−１
　および　５−２は圧延機の入側（上流側）となり、圧
延温度に加熱するために使用できる。

【００２２】図１のピンチロール７−１，７−２　も予
備的に設けてよいものである。これはワークロール２−
１，　２−２と同様に接地して使用し、ピンチロール４
−１，　４−２との間の予備的加熱に使用でき、また更
に前方（上流側）の被圧延材の電位を零に保つ。

【００２３】ピンチロール４−１，　４−２の主な作用
は上記のとおりであるが、このロールで被圧延材を押え
込み、かつ圧延機との間で被圧延材に張力を負荷して、
良好な通板状態で安定した接触状態を確保することがで
きる。

【００２４】上記のような本発明装置で、極めて多量の
電流を被圧延材に供給できるということは、先に述べた
これまでの常識からみると意外なことである。即ち、線
材の圧延では高々２Ａ／ｍｍ２　程度の電流密度が限界
であるとされていたのに、本発明装置では　２００Ａ／
ｍｍ２　程度まで高めてもスパーク発生等の支障もなく
通電ができる。

【００２５】従って、熱処理容量の大きい板であっても
、大電流の供給によって急速加熱ができるのである。 その理由は、ピンチロールを用いることにより、被圧延
材に適度の張力を負荷することができ、これがロールと
被圧延材との接触状態を改善していることにあると考え
られる。

【００２６】図２は、本発明装置の一例の要部を示すも
ので、前記のワークロール　２−１，２−２を含む圧延
機とピンチロール４−１，４−２　の詳細を説明する側
面図である。まず、圧延機について説明する。

【００２７】圧延機には、バックアプロール３−１，　
３−２と、ワークロール２−１，　２−２とが組み込ま
れている。装置の基本構造とこれを使用して被圧延材１
を圧下する機構は従来の圧延機と同じである。本発明で
は、図３に拡大して示すように、ワークロール２−１，
２−２　の軸　８−１および８−２　に、例えば銅合金
製の導電性ブラシ９をスプリング１０で押圧できるよう
に取りつける。このブラシ９はハウジング１１の一部に
通電可能に連結されており、従ってワークロールの電位
は大地の電位と同じになる。ピンチロール４−１，　４
−２も同様のブラシを使用して、電源５　（図１）に接
続される。

【００２８】また、必要に応じて使用される図１に示し
たピンチロール５−１，　５−２およびピンチロール７
−１，　７−２の電気的な接続も同じようにして実施で
きる。

【００２９】上記のような装置によって圧延を行うとき
には、まず、ピンチロール４−１，　４−２にブラシを
接触させて、直流または交流の電流を供給する。一方、
ワークロール２−１，　２−２にもブラシを接触させて
接地する。この状態で被圧延材１を通すと、電流はピン
チロールから被圧延材−ワークロール−ハウジング−大
地の回路を流れ、被圧延材にはジュール熱が発生する。 被圧延材の温度は、供給する電力の制御によって自在に
調整することができる。なお、この制御のために、ワー
クロールの近傍に被圧延材の温度を検出する温度センサ
ーを設置しておくのが望ましい。

【００３０】本発明の方法によれば、ピンチロールと圧
延機の間隔を適正に選ぶことによって、被圧延材の加熱
範囲（長さ）を十分にとることができる。即ち、ジュー
ル熱発生に必要な有効抵抗を大きくすることができるか
ら、前述の図４に示したような装置に較べて、はるかに
少ない電流で、効果的に加熱を行うことができる。供給
電流が少なくてすむということは、電源や配線の容量も
小さくできるということであり、設備面でも有利である
。さらに、ワークロールは接地されているので絶縁は不
必要である。

【００３１】図１および図２に示したのは、いわゆる４
Ｈｉの普通の圧延機であるが、本発明はこのような圧延
機を用いるラインだけに限られるものではない。バック
アプロールを持たない２Ｈｉの圧延機、あるいは６Ｈｉ
の圧延機、さらに中間ロールを軸方向に操作する、いわ
ゆるロールシフトタイプの圧延機等を備えたラインにも
適用できる。

【００３２】図４は、小径のワークロール２−１，　２
−２を持ち、中間ロール１２−１，２−２とサポートロ
ール１３−１，１３−２　を備えた６Ｈｉ圧延機に本発
明を適用した例を示す図である。

【００３３】このタイプの圧延機は、圧延荷重が同一で
あってもワークロールが小径であるため接触圧を大きく
することができるので薄物や硬質材の圧延に利用される
。このような圧延機に、先に述べた特開昭６３−１８３
７０６号記載の上下ワークロールからの通電方式を適用
しようとすれば、中間ロール、バックアプロールのいず
れかで絶縁を行うのが必須となる。バックアプロールは
駆動系と繋がっており絶縁は困難であるから、中間ロー
ルの絶縁の方が妥当かと思われる。しかし、このタイプ
の圧延機は元来ワークロールを小径化して強圧下を行う
ためのものであり、ワークロールと中間ロールの接触圧
は極めて大きいため、中間ロールの絶縁も難しい。

【００３４】図４に示すような本発明のピンチロールを
用いて通電する方式であれば、かかる困難な絶縁は不必
要である。即ち、本発明は複雑な構造、多様な機能をも
つ新鋭の圧延機に適用されたときに一層その利点が大き
い。

【００３５】

【実施例】図２に示した圧延装置を使用して、ステンレ
ス鋼（ＪＩＳ　ＳＵＳ　３０４）の板を圧延した。装置
の主な仕様と圧延条件は次のとおりである。

【００３６】 ワークロール径　　　　・・・　１００　ｍｍバックア
プロール径・・・　３３０　ｍｍ前方張力　　　　　　
　　　　・・・　　５　ｋｇｆ／ｍｍ２後方張力　　　
　　　　　　　・・・　　５　ｋｇｆ／ｍｍ２　最大荷
重　　　　　　　　　　・・・　１００トンピンチロー
ル径　　　　・・・　８０　ｍｍワークロールとピンチ
ロールの軸芯間距離・・・７００　ｍｍ被圧延材・・・
ＳＵＳ　３０４ 初期　（圧延前）　板厚・・・　０．２５　ｍｍ製品　
（圧延後）　板厚・・・　０．２０　ｍｍ板　　幅　　
　　　　　　　　　　・・・　３００　　ｍｍ加熱前の
温度　　　　　　・・・　　２０　　℃圧延速度・・・
１．５　ｍ／分 圧延荷重・・・　８５　トン 電源　　　　・・・交流　（商用周波数）　　１００　
Ｖ、１５００　Ａ加熱目標温度　（目標圧延温度）　・
・・　７４０　　℃供給電力・・・１５　ＫＶＡ 以上の条件で圧延を行ったところ、ワークロールの直前
で測定した被圧延材の温度は　７４０℃の目標温度に対
して誤差は±５℃で圧延操作はきわめて順調であった。 この実施例では圧延荷重を　８５　トンとして、スパー
クの発生なしに圧延できたが、１トン程度の軽圧下でも
スパーク発生がないことも確認された。また、ピンチロ
ールの圧下力は、圧下左右　（ロールのドライブ側とワ
ーク側）　合計で１００ｋｇ以上とすればよいことも確
認できた。但し、ミルの圧下バランスや張力を制御して
被圧延材の平坦性を確保しながら圧延することが肝要で
ある。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、金属板に直接通電して加熱し
圧延する新しい装置を提供するものである。この装置で
は加熱が効率的に行われ、かつ温度制御も容易であるか
ら、エネルギーの節約とともに、圧延作業の円滑化、製
品材質の向上が図れる。本発明の装置は、ロールの絶縁
が不要であり、電源設備も小容量ですむため、設備コス
トは低廉である。

【００３８】本発明の装置は、各種の金属板および金属
と他の材料との複合板等を加熱して圧延する場合に有効
に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の概略側面図である。

【図２】本発明装置の一例を示す圧延機近傍の側面図で
ある。

【図３】図２のワークロールの軸部分の拡大略図である
。

【図４】本発明の他の例を示す概略側面図である。

【図５】従来の直接通電圧延機の原理を示す略図である
。

【図６】線材の直接通電加熱における給電ロールと線材
の関係を説明する略図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧延機入側にあって電源に接続される１組
   以上のピンチロールと、圧延機に組み込まれて接地され
   たワークロールとを備えることを特徴とする金属板の圧
   延装置。
2. 【請求項２】圧延機入側にあって電源に接続される１組
   以上のピンチロールと、圧延機に組み込まれて接地され
   たワークロールと、圧延機出側にあって電源に接続され
   る１組以上のピンチロールとを備えることを特徴とする
   金属板の圧延装置。
3. 【請求項３】圧延機入側にあって電源に接続される１組
   以上のピンチロールと、圧延機に組み込まれて接地され
   たワークロールと、上記ピンチロールよりも上流側にあ
   って接地された１組以上のピンチロールと、圧延機出側
   にあって電源に接続される１組以上のピンチロールとを
   備えることを特徴とする金属板の圧延装置。