JPH0555204B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の背景） この発明は全般的に金属圧延機、更に具体的に
云えば、ストリツプとも呼ぶ圧延した金属工作物
の縁のテーパ又は「フエザ（feather）」を制御す
る方法に関する。この明細書では、「縁のテーパ」
並びに「フエザ」と云う用語は互換性をもつて使
う。

金属圧延の分野では、最終圧延パスに於ける横
方向の厚さのプロフイールを制御することが過重
量を制限する為に必要であること、並びに相次ぐ
パスで厚さのプロフイールを制御することが許容
し得る様な平坦さを持つストリツプを製造するの
に不可欠であることが、従来から知られている。
縁と中心に於けるストリツプの厚さの差がストリ
ツプ・クラウンと呼ばれ、クラウンと平坦さの特
性を合せたものをストリツプの「形状（shape）」
と呼ぶ場合が多い。

従来、クラウンは、各々の縁の一番外側の40乃
至50mmを除外した領域にわたるストリツプの厚さ
のプロフイールで定義していた。例えば、アイア
ン・アンド・スチール・ゲンジニア−誌、1977年
９月号（第70頁）所載のウイルモツト他の論文
「ホツト・ストリツプ・ミルの計算機による設定
の新しい方式」では、ストリツプのプロフイール
の指数を限定する前に、各々の縁で一番外側の40
mmを除外している。従来の考え方で、テーパつき
の縁領域を除外しているのは、主に２つの理由が
ある。第１に、合衆国以外の大抵の製造業者は、
合衆国で慣行となつている理論最低重量：
TWM）ではなく、実際の重量で、熱間圧縁した
ストリツプを引続いて販売している。この為、ス
トリツプの過重量の問題はそれ程重要でなくな
り、過重量に影響を与える因子もそれ程重要でな
くなる。第２に、縁領域に於けるロール及びスト
リツプの変形の解析は数多くの因子の為に複雑に
なる。例えば、最終パスに入るストリツプは既に
縁のテーパを持つと共に、一番縁の領域に未知の
温度分布を持つている。一般的に材料の異なる殻
体並びにコア部分で構成されるロールが、ストリ
ツプの縁で変形状態から非変形状態に復元する時
の態様は、これまで圧縁技術の中で調査が為され
ていない。更に、幅の大部分にわたる拘束された
状態から一番の縁で拘束されない状態に変わる時
のストリツプの流動特性は、正確な解析が出来な
い。こういう事情の結果、以下説明する様に、ス
トリツプの過重量の重要な因子であるのに、スト
リツプの縁の挙動は無視されて来た。

従来の形状制御は、圧延スタンドを通る相次ぐ
パス、又は一連の圧延スタンドに於ける荷重の分
布、即ち、力と圧下を通じて、ストリツプ・クラ
ウン及び平坦さを制御することを目的として来
た。ストリツプ・クラウンに影響を与える主要な
因子は、非荷重時のロール・クラウンである。簡
単な装置では、ロール・クラウンはロール研削作
業、圧延スタンドに於けるロールの熱膨張並びに
疲労によつて左右される。ロール曲げ装置（これ
については後で更に説明する）を持つ様な更に複
雑な装置では、非荷重時のロール・クラウンを評
価する際に、ロール曲げ装置の影響も考慮に入れ
る。圧延ロールを通過する時に作られるストリツ
プ・クラウンは、非荷重時のロール・クラウン
と、圧延力による圧延ロールの撓みとによつて決
定される。この為、所定のロール・クラウンと所
定の送出しストリツプ・クラウンが、対応する圧
延力を決定する。この力を発生するのに必要な圧
下は、ストリツプの変形抵抗から決定することが
出来る。

ストリツプ・クラウン及び形状を制御する為
に、ロール・クラウンと共に力と圧下を考慮に入
れる工作物の形状制御の例が、前掲のウイルモツ
トの論文並びに米国特許第3630055号、並びにそ
の改良特許第4137714号に記載されている。この
何れの米国特許も、ロール・クラウンを制御する
手段としてロールの曲げを取入れておらず、何れ
も特定のストリツプ・クラウンを想定している。
然し、ロールの曲げがクラウンの制御に対して持
ついろいろな面は、長い期間にわたつて知られて
おり、この様な装置の１例並びにその作用が、ア
イアン・アンド・スチール・エンジニアリング・
イヤーブツク（1965年）に発表されたM.D.スト
ーン博士及びR.グレイの論文「クラウン制御の
理論及び実際的な面」に記載されている。

クラウン制御並びに形状制御のいろいろな面に
何年もの間知られているが、これまで理解されて
いなかつたことは、上に述べた手順により、その
結果生ずるストリツプの縁のテーパ又はフエザも
大部分が決まるということである。縁のテーパ又
はフエザの量は、ストリツプの縁から１乃至２吋
（25乃至50mm）のフエザの奥行の領域で主なスト
リツプの厚さの急激な減少を指す。この厚さの変
化は0.01吋（0.25mm）又はそれ以上と云う様に大
きくなることがあり、0.005吋（0.13mm）を越え
る場合は屡々である。普通、ストリツプはその両
側を切取る取るが、このトリミングは鉄鋼の場合
には、僅か3/8乃至1/2吋（10乃至13mm）に相当す
るのが普通であり、この為トリミング後でも、か
なりのフエザが残り得る。アンダライターズ・ラ
ボラトリーズの基準では、縁の測定は、切断した
縁から少なくとも3/8吋（10mm）並びに圧延機の
縁から少なくとも3/4吋（20mm）の所で行なわな
ければならないと定めている。従つて、フエザが
著しければ、縁が小さめの寸法になるのを避ける
為に目標ゲージを上向きに調節しなければなら
ず、そのためストリツプの過重量が生じる。

（発明の効果） 従つて、この発明の目的は、金属ストリツプを
圧延する改良された方法を提供することである。

別の目的は、縁のテーパを考慮に入れて、その
調節が出来る様にする、金属ストリツプを圧延す
る改良された方法を提供することである。

別の目的は、圧延スタンドの圧延力並びに作業
ロールのクラウンの制御を通じて、圧延される金
属工作物の縁のテーパを制御する方法を提供する
ことである。

この発明では、上記並びにその他の目的が、少
なくとも１対の向い合つたロールを持つ圧延機で
使われる方法と、少なくとも１つのロールの実効
クラウンを修正する方法によつて達成される。

この発明の方法は、製造された工作物の縁のテ
ーパを特定された最終の工作物ゲージ並びにクラ
ウンに制御する。この方法は、最初に縁のテーパ
の所望の最大値の関数として、圧延機を通る最終
パスに対し、目標圧延圧力又は単位幅あたりの力
を設定する。最終圧延パスの時の工作物に対する
目標クラウンが設定されると共に、前述の目標圧
延圧力を用いて工作物に対して前述の目標クラウ
ンが発生される様な圧延機の実効クラウン（ロー
ル・クラウン）が決定される。次に、ロールを通
るストリツプの最終パスで、ロール・クラウンを
この実効値に調節する。

この発明は特許請求の範囲に具体的に記載して
あるが、この発明は以下図面について説明する所
から更によく理解されよう。

（詳細な説明） 最初に第１図について説明する。第１図はこの
発明の方法を実施するのに用いることが出来る様
な典型的な圧延スタンドを略図で示している。第
１図は略図であつて、この発明に関係する重要な
要素だけを示していることを承知されたい。更
に、第１図は、この発明を用いるタンデム・ミル
の最終スタンドであつてもよいし、或いは反転ミ
ルのスタンドに於ける工作物の最終パルスを表わ
すものであつてもよいことを承知されたい。

第１図で、工作物１０が上側作業ロール１２と
下側作業ロール１４の間に通され、ストリツプの
厚さ減らしが行なわれることが判る。第１図に示
すスタンドは「４段」スタンドであり、従つて上
側支えロール１６及び下側支えロール１８をも含
むが、こういうことは周知である。ロールの力及
び圧下は、ロールの位置を制御するねじ制御装置
２２の制御の下に、２０に示すねじ機構の様な適
当な手段を通じて制御される。流体圧手段の様な
他の形式のロール位置制御装置も同じ様に使うこ
とが出来る。デイジタル・イクイプメント・コー
ポレーシヨンのVAX−11−780計算機の様な適当
な計算機２４が、装置から或る入力を受取り、計
算を行なつて出力を発生するが、これは従来の典
型的なことである。具体的にこの発明について説
明すると、計算機２４は厚さゲージ２６からの入
力を受取る。このゲージは往復動形厚さゲージに
することが出来、この為、出力ストリツプの厚さ
並びにクラウンを測定する。計算機２４は適当な
荷重セル２８からも入力を受取る。荷重セル２８
はねじ２０と上側支えロール１６との間に配置さ
れることが示されており、圧延力に比例する信号
を計算機に供給する。この発明に関係のない他の
入力が、母線３０から来ることが示されており、
これは周知の様に、ロール速度、オペレータの入
力等を含む。計算機２４はとりわけ前述のねじ制
御装置２２に対する出力制御信号を供給してロー
ルの位置と力を制御すると共に、曲げジヤツキ
（jack）制御装置３２にも出力制御信号を供給す
る。ジヤツキ制御装置が、ロールの両側にある３
つの曲げジヤツキの動作を制御する。図示の様
に、第１の曲げジヤツキ３４は上側支えロール１
６と上側作業ロール１２の間にあり、第２のジヤ
ツキ３６は下側支えロール１８と下側作業ロール
の間で作用する。第３の曲げジヤツキ３８が２つ
の作業ロール１２，１４の間に配置されている。
この為、以下説明するこの発明の作用に従つて計
算が行なわれたことに応答して、公知の考えに従
つて作業ロールのクラウンを修正することが出来
る。

第２図は第１図の金属圧延スタンドの細部を示
す略図である。前と同様な要素は同じ参照記号で
表わしてある。即ち、第２図で示そうとしている
のは、ロール曲げ力の影響と、工作物のフエザ並
びにクラウン領域である。最初にロール曲げ装置
について説明すると、支えロールと作業ロールの
間にあるジヤツキ３４，３６は、矢印で示す向き
の圧力を加える様に作動された時、作業ロールが
更に凹の形をとる様に強制する。即ち、作業ロー
ルからクラウンを取去る。２つの作業ロールの間
に配置された曲げジヤツキ３８の作用により、反
対の効果が出る。これらのジヤツキが矢印の向き
に圧力を加えると、作業ロールのプロフイールに
は一層大きなクラウン、即ち一層凸の外観が生ず
る。

第２図には、そのクラウン領域並びにフエザ領
域を著しく誇張した工作物１０も示されている。
図示の様に、、フエザ領域がストリツプの各々の
縁の近くに現われ、著しくなる傾向を持つが、ク
ラウン領域は、図示の様に、工作物の一層大きな
幅に及ぶ。

第３図は、今日圧延機で出来る様な典型的な薄
板の幅にわたる厚さ変動を示すグラフである。第
３図は、大体32吋（81.3cm）のストリツプの場合
を示し、幅の大部分にわたるストリツプの厚さの
全体的な変化が、クラウンで表わされる領域で示
されていることが判る。ストリツプの中心線から
約14吋（35.6cm）の所で、ストリツプの厚さが比
較的急に減少することが判る。これをこの明細書
ではフエザ領域と呼ぶ。第３図ａにおいて、フエ
ザ領域における厚みの変化の量h₁−h₂が縁のテー
パあるいはフエザの量ｔで示される。この例で
は、この急な勾配の領域又はフエザ領域に、前に
述べたアンダライターズ・ラボラトリーズの規準
による検査点がある。従つて、この為、この例で
は、ストリツプのクラウンよりも、フエザによ
り、ストリツプにかなりの過重量が存在する。完
全に圧延されたストリツプはクラウンもフエザも
なく、第３図に示す様な全体の図は、クラウンや
フエザのない矩形の形になる。しかし、こういう
ことは実際には出来ず、検査点が図示の所にある
から、圧延過程の効率を改善するには、クラウン
を減少するのと少なくとも同じ程度に、フエザを
減少することが重要である。

第４図乃至第７図は、この発明の方法を理解す
るのに役立ついろいろなグラフである。第４図は
単位幅あたりのロール力の、目標の又は所望のス
トリツプ・クラウンC_Sによる偏微分であり、第５
図は単位幅あたりのロール力の、ロール・クラウ
ンC_Rによる偏微分である。第６図は単位幅あた
りのロール力の、入口に於けるストリツプのクラ
ウン、即ち圧延スタンドに入る時のストリツプの
クラウンC_Eによる偏微分である。第７図はロー
ル・クラウンの、ロール曲げ装置の力による偏微
分である。第４図乃至第７図の何れのグラフも、
（×2.54cm）で表わした工作物の幅に対して示し
てある。第４図、第５図及び第６図は、以下の説
明から判る様に、この明細書で使う用語に合せ
て、縦軸に記号を変えたことを別とすれば、前掲
米国特許第4137741号の第２図、第３図及び第４
図と同一である。

第８図は、この発明の方法で用いられるロール
圧力とストリツプの縁のテーパとの間の関係を確
認する為に行なわれた現場試験の結果を示す。

破線は計算値を示している。これから、圧延圧
力が大きくなるにつれ、直線的にテーパの量が大
きくなることが分かる。小さな丸は測定値を示す
が、計算値と測定値はほぼ一致している。

以上説明したことを念頭において、次にこの発
明に従つて圧延ストリツプのフエザを制御する方
法を説明する。縁のテーパ又はフエザは、圧延ス
タンドを通るストリツプの最終パスの時の圧延圧
力を減少することにより、減少することがで出来
ることが判つた。然し、この圧力、即ち単位幅あ
たりの力の減少は、２つの前掲米国特許、特に米
国特許第4137741号に定義されたストリツプ・ク
ラウン及び平坦さの制限範囲内で行なわなければ
ならない。

この為、この発明の方法の最初の工程は、許容
し得る選ばれた最大の縁のテーパに対し、ストリ
ツプの単位幅あたりの力の限界Ｆ（F_L：目標圧延
力）をみつけることである。この発明の好ましい
特定の実施例では、この限界F_Lは次の式から導
き出すことが出来る。

F_L＝Ｔ／〔2δ／３＋2δ1n2D／√R′Δh〕Ｋ (1) こゝでＴは許容し得る選ばれた最大の縁のテー
パ（フエザ）、δ＝（１−ν²）／π・Ｅで、νは作
業ロールのポワツソンの比、Ｅは作業ロールの殻
体の弾性係数、Δhはストリツプの厚さの減少分、
Ｄは作業ロールの直径、R′は1950年にニユーヨ
ーク州のジヨン・ワイリー・アンド・サンズ・イ
ンコーポレーテツトから出版された「ザ・ローリ
ング・オブ・メタルズ」第１巻（L.R.アンダーウ
ツド）に記載されるヒツチコツク（Hitchcok）
の方程式によつて定められる変形したロールの半
径で、 R′＝Ｒ（１＋16δF／Δh） (2) であり、こゝでＲは変形しない時の作業ロールの
半径、Ｆはストリツプの単位幅あたりの力であ
り、Ｋは定数で約3118である。定数Ｋは次の様な
因数から導き出される。

Ｋ＝２・√３／２・2000・0.9 (3) 因数２は２つの作業ロールがあることに関係
し、√３／２はストリツプの縁で歪みが平面状か
ら３次元に変わることの調節分である。因数2000
はトン数をポンド数に変換するものであり、0.9
はヒツチコツクの方程式によるロールの変形の出
過ぎに対する経験上の調節値である。

式(1)は経験上の調節値を用いて、殻体の弾性係
数を用いたヒツチコツクの式による接触円弧の長
さを持つ円筒及び平たい板を圧縮する場合のヘル
ツの式（1895年にライプチヒで出版されたH.ヘ
ルツの「ゲザーメルテ・ベルケ（Gesammelte
Werke）」第１巻）と本質的に同様である。この
発明で、広い範囲の圧延圧力を発生する様に計画
された試験結果が第８図に示されており、式(1)に
よつて計算した縁のテーパも一緒に示されてい
る。即ち、縁のテーパを予測し、従つてそれを制
御するのに十分な正確さを持つことが実証された
かなり簡単な式が得られる。

次の工程は、上に定めた許容し得る最大圧力
F_Lを用いて目標クラウンC_Sを発生する様なロー
ル・クラウンを決定することである。この発明の
好ましい実施例では、これが前掲米国特許第
4137741号に記載される方法に従つて行なわれる。
この米国特許では、目標クラウンを達成する為の
単位幅あたりの力がＦで表わされ、次の式で表わ
される。

Ｆ＝（RM）（RD）〔（MH）（PCW）（TC）＋（RCW）（
ERC）−（ECW）（SEC）〕(4) こゝでＦは目標クラウンを達成する為の単位幅
あたりの力、RMは向い合うロールの弾性係数に
比例する値、RDは向い合うロールの直径に比例
する値、MHは工作物の変形抵抗に比例する値、
PCWは工作物の幅に比例する値、TCは工作物に
対する目標クラウンに比例する値、RCWは板の
幅に比例する値、ERCは向い合うロールの実効
クラウンに比例する値、ECWは工作物の幅に比
例する値、SECは工作物の入口クラウンに比例す
る値である。

第４図、第５図及び第６図のグラフで示すもの
を含めて、この発明の用語で云えば、式(4)は次の
様に書き直すことが出来る。

F_L＝∂F／∂C_S・C_S＋∂F／∂C_R・C_R・−∂F／∂C_E・C_E(
5) こゝで式(5)を所要の作業ロールのクラウンにつ
いて解けば、 C_R＝〔E_L−∂F／∂C_S・C_S・∂F／∂C_E・C_E〕／∂F／∂C
_R(6) 前に説明した様に、このC_Rは、許容し得る最
大圧力F_Lの時に目標クラウンを発生する様なロ
ール・クラウンである。

上に述べた計算は、勿論、第４図、第５図及び
第６図の曲線に対応する記憶してある数値を用い
て、計算機２４（第１図）で行なわれる。ロー
ル・クラウンの誤差、即ちロール・クラウンの所
望の値と実際の値の間の差を補正する為に、ロー
ル曲げ力を調節することにより、ロール・クラウ
ンが調節される。

作業ロールの実際のクラウンは、本質的に４つ
の成分の和である。即ち (1) 実際にロールに研削したロール・クラウン、 (2) 温度によるクランウンの変化（これはロール
の温度が変化する時、計算機によつて追跡する
ことが出来る）。

(3) 疲労によるクラウンの変化（これも計算機に
よつて追跡することが出来る）。

(4) ロールの曲げによるクラウンの変化
（ΔC_RB）。

この内の最初の３つの成分は判つていて、計算
機に定数として記憶することが出来るから（もつ
とも２と３の場合は瞬時的な定数であるが）、作
業ロールの実際のクラウンは、ロール曲げ手段に
よつて、上に計算した所望の値に調節することが
出来る。ロールの曲げの関数としてのロール・ク
ラウンの変化（ΔC_RB）は次の式で表わされる。

ΔC_RB＝ΔE_RB・∂_R／∂F_RB こゝでF_RBはロール曲げ装置の力、∂C_R／∂F_RBは前に 説明した第７図の偏微分曲線によつて定められる
関係である。

従つて、米国特許第4137741号に記載される形
の拘束を守りながら、最大量の所望のフエザが達
成される。クラウンの式(6)に用いる時の、式(1)か
ら導き出したF_Lが、例えばロール曲げ装置の範
囲が制限されている為に、式(6)の拘束を越える場
合、反復過程により、米国特許第4137741号に記
載される様に、ストリツプのそれまでのパスの時
の力を調節することが出来る。それが出来ない場
合、最終パスに対して圧延スタンドの設定に折合
いをつけることが必要である。相次ぐパスでスト
リツプ・クラウンを定める平坦さの条件は、縁の
テーパを減少することよりも一層重要であるのが
普通であるから、この折合いは、普通は一層大き
な縁のテーパを許すことになる。

現在この発明の好ましい実施例と考えられるも
のを図示し且つ説明したが、当業者であれば、い
ろいろな変更が考えられよう。例えば、この発明
はロール曲げ能力を持つ圧延機で実施することが
好ましいが、１個の製品を反復的に圧延する様な
圧延機では、この発明に従つてロールの研削を実
施することにより、この発明の少なくとも若干の
利点が得られる。更に、1980年９月29日乃至10月
４日東京で開催されたジ・アイアン・アンド・ス
チール・インステチユート・オブ・ジヤパンのプ
ロシーデイングス・オブ・インターナシヨナル・
コンフアレンス・オン・スチール・ローリング第
521頁所載のT.クラシゲ他の論文「スミトモ可変
クラウン・ロール装置を用いた鉄鋼ストリツプの
形の制御」に記載される様な可変クラウン支えロ
ールや、周知のロール噴水分布の変更の様な実効
ロール・クラウンを変えるこの他の方法もある。
従つて、この発明がこゝに図示し且つ説明した特
定の装置に制約されるものではなく、特許請求の
範囲の記載に合致する限り、この他の全ての変更
を包括するものであることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施するのに用いる環境並
びに要素のブロツク図、第２図は圧延スタンド並
びに現在圧延中の工作物を示す略図で、圧延スタ
ンド全体の構造とロール曲げ力を例示している。
第３図はストリツプ・クラウンとフエザを示す圧
延された工作物を示すグラフ、第３図ａはストリ
ツプの圧延による板厚変化を示す横断図を示す
図、第４図乃至第６図は、工作物の幅の関数とし
て、特定されたパラメータ（目標クラウン、ロー
ル・クラウン及び入口クラウン）による力の偏微
分を示す曲線、第７図は工作物の幅の関数とし
て、ロール曲げ力によるロール・クラウンの偏微
分を示すグラフ、第８図はこの発明に従つて計算
された予測値と比較した現場試験の結果を示すグ
ラフである。 主な符号の説明、１０：工作物、１２，１４：
作業ロール、１６，１８：支えロール、２２：ね
じ制御装置、２４：計算機、２６：厚さゲージ、
２８：荷重セル、３２：曲げジヤツキ制御装置、
３４，３６，３８：ジヤツキ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ その間を通る金属工作物の厚さを減らす少な
   くとも１対の向い合つた作業ロールを持つ金属圧
   延機で、特定のクラウンに製造される工作物の縁
   のテーパを制御する方法に於て、 縁のテーパの許容し得る選ばれた最大量の関数
   として、作業ロールを通る工作物の最終パスに対
   する目標圧延圧力を設定し、 前記最終パスの後の工作物に対する目標クラウ
   ンを設定し、 前記目標圧延圧力を用いて工作物に対し前記目
   標クラウンを発生する様な最終ロール・クラウン
   を決定し、 前記ロールのクラウンを前記最終ロール・クラ
   ウンに調節する工程から成る方法。 ２ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   F_Lを目標圧延圧力（単位幅あたりの力）、Ｔを縁
   のテーパの許容し得る選ばれた最大量、δ＝（１
   −ν²）／π・Ｅ、こゝでνは作業ロールのポワツ
   ソンの比、Ｅは作業ロールの殻体の弾性係数、
   4hをストリツプの厚さの減少分、Ｄを作業ロー
   ルの直径、R′を変形したロールの半径、Ｋを定
   数として、前記目標圧延圧力が次の式 F_L＝Ｔ／［2δ／３＋2δ 1n2D／√R′Δh］Ｋ に従つて定められる方法。 ３ 特許請求の範囲１又は２に記載した方法に於
   て、F_Lを目標圧延力（単位幅あたりの力）、Ｆを
   ストリツプの単位幅あたりの圧延機の圧延力、C_S
   を工作物の目標クラウン、C_Eを作業ロールの間
   に入る時点の工作物のクラウンとして、前記最終
   ロール・クラウン（C_R）が次の式 C_R＝［F_L−∂F／∂C_S・C_S＋∂F／∂C_E・C_E］／∂F／∂C
   _R に従つて定められている方法。