JPH07110273A - モノブロックハウジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一体型モノブロックハウジング構造を有する多
段圧延機において、圧延荷重の算出を可能とすることに
ある。 【構成】一体型モノブロックハウジング構造を有する多
段圧延機の前記モノブロックハウジングの各ハウジング
ポスト部にあって、圧延材の板幅変化の影響が排除可能
な位置、つまり各ハウジングポスト部にあって、パスラ
イン位置を中心にハウジングポスト部寸法の広い側の幅
寸法の２倍以内の高さ方向範囲内の領域内でひずみを検
出し、各ハウジングポスト部の前記検出値に基づいて圧
延荷重を算出するものである。 【効果】本発明によれば、一体型モノブロックハウジン
グ構造を有する多段圧延機において圧延荷重の算出が可
能となり、圧延材料の厚み精度の向上，歩留向上をはか
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一体型モノブロックハ
ウジング構造を有する多段圧延機における圧延荷重検出
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼のような難圧延材を効率良
く圧延するために、特公昭29−4761号広報に示されるよ
うな小径作業ロールを有する多段圧延機が公知である。

【０００３】この形式の圧延機では、１２段もしくは２
０段圧延機が一般的な形式となっており、このロール群
構造により、作業ロールの小径化が実現されている。

【０００４】ところで、この多段圧延機では、硬度の高
い圧延材をより効率的に圧延するために高剛性な一体型
モノブロックハウジングを採用している。この形式の多
段圧延機は、ロールにチョック構造をもつ通常の圧延機
と圧下形態が異なり、補強ロールであるバッキングベア
リングの偏芯構造を利用した圧下装置が採用されてい
る。この構造上の理由から、通常の圧延機のように、ハ
ウジングとチョックとの間に設置した荷重計による圧延
荷重の直接検出は不可能であると考えられていた。

【０００５】そこで、この一体型モノブロックハウジン
グ構造を有する多段圧延機において、圧延荷重を検出す
るために次に示す方法が検討された。

【０００６】第１の方法は、圧下シリンダーのロッドひ
ずみ、もしくは、ロッド差圧から圧延荷重を換算する方
法であった。

【０００７】しかし両者ともバッキングベアリングに偏
芯構造をもつため圧下位置により検出値を補正する必要
が生じるという欠点があり、更に、圧下シリンダー差圧
については、油圧の脈動による影響や大きなヒステリシ
スを有する欠点もあり、圧延荷重の検出目的としては不
適切であると結論されていた。

【０００８】第２の方法は、該バッキングベアリングと
該一体型モノブロックハウジング間に位置するサドルに
生じる応力より圧延荷重を検出する方法が検討された。

【０００９】しかし、この方法については、センサ設置
数が多くなることや、該一体型モノブロックハウジング
とサドルの取り付け面のあたりによって出力の直線性に
影響を与えること、さらに多量のクーラント等の飛散す
る悪環境下であるなどの欠点があり、これも圧延荷重の
検出目的としては不適切であると結論されていた。

【００１０】よって現在まで一体型モノブロックハウジ
ング構造を有する多段圧延機の圧延荷重の検出は一般的
に難しいと考えられていた。

【００１１】尚、従来技術として、該多段圧延機におけ
る圧延荷重を検出する手段としては、特公昭48−79749
号広報に示される様な分割ハウジング構造を有する多段
圧延機が公知である。この該分割ハウジング構造を有す
る多段圧延機では、該一体型モノブロックハウジングを
上下方向に分割したインナーハウジングと称するチョッ
ク構造を有し、さらにそれをアウターハウジングと称す
る外部ハウジングにて支持する構造を有している。この
方式を採用することにより、該インナーハウジングと該
アウターハウジングの支持位置間にロードセルを設置す
ることにより、圧延荷重を直接算出することを可能とし
ている。しかし、この方式では、ハウジングを分割化す
ることにより次の欠点が考えられる。第一に構造の複雑
化，第二にミル剛性の低下とその結果としてのミルの大
型化，第三に上下作業ロールの芯ずれの発生などが挙げ
られる。

【００１２】これら背景により、高剛性を有する該一体
型モノブロックハウジング構造を有する多段圧延機の優
位性を損なうことなく圧延荷重を算出する技術の開発が
望まれるに至った。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の一体型
モノブロックハウジング構造を有する多段圧延機におい
ては、圧延時に圧延荷重を検出することが難しいという
問題点があった。その問題点のために、次に示すような
課題を有していた。

【００１４】まず、圧延開始時の圧下において、圧延荷
重のプリセットを正確に行うことが不可能であった為、
圧延開始直後の板厚を所定の公差内に圧延することがで
きず、歩留まりが低下するということである。

【００１５】また、圧延時の板厚制御については、ＢＩ
ＳＲＡ型自動板厚制御の適用が不可能であるということ
である。

【００１６】更に、ミル定数を実測によって正確に求め
ることが不可能であり、従来一体ハウジング構造を有す
る多段圧延機の圧延時に行われている板厚制御において
設定されるミル定数は、圧延実績，経験等による仮定値
であるということでる。

【００１７】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、一体型モノブロックハウジン
グ構造を有する多段圧延機において圧延荷重の算出を可
能とし圧延材料の厚み精度の向上、歩留の向上を図るこ
とが可能なモノブロックハウジングを有する多段圧延機
の圧延荷重検出方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、一体型モノブロックハウジング構造を有
する多段圧延機であって、該モノブロックハウジングを
有する多段圧延機の圧延荷重検出方法において、前記モ
ノブロックハウジングの各ハウジングポスト部にあっ
て、圧延材の板幅変化の影響が排除可能な位置でひずみ
を検出し、各ハウジングポスト部の前記検出値に基づい
て圧延荷重を算出するようにしたものである。

【００１９】そして、前記圧延材の板幅変化の影響が排
除可能な位置は、前記モノブロックハウジングの各ハウ
ジングポスト部にあって、パスライン位置を中心にハウ
ジングポスト部寸法の広い側の幅寸法の２倍以内の高さ
方向範囲の領域内としたものである。

【００２０】また、前記圧延荷重の算出は、各ハウジン
グポスト部の検出値の代表値に基づいて圧延荷重を算出
するもの、或いは、各ハウジングポスト部の検出値の総
和値に基づいて圧延荷重を算出するもの、或いはまた、
各ハウジングポスト部の検出値の平均値に基づいて圧延
荷重を算出するようにしたものである。

【００２１】なお、前記ひずみは、応力であっても構わ
ないものである。

【００２２】

【作用】本発明は、一体型モノブロックハウジング構造
を有する多段圧延機において、圧延時にハウジング表面
に発生するひずみ又は応力に着目し、ハウジング表面の
板幅の影響を受けない最適位置のひずみ又は応力を検出
することにより、圧延荷重の算出が可能となるものであ
る。

【００２３】つまり、本発明により、従来その構造上の
理由からロードセルを用いた圧延荷重の直接検出は不可
能と考えられていた一体型モノブロックハウジング構造
を有する多段圧延機においても、その高剛性を有すると
いう構造上の有利性をハウジングを分割化することによ
り損なうことなく、圧延荷重の検出が容易に可能となる
ものである。

【００２４】更に、一体型モノブロックハウジング構造
を有する多段圧延機において、板厚制御を行う上で制御
上設定が必要なミルのバネ定数を実測によって正確に求
めることが可能となるものである。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図１から図
６を用いて説明する。

【００２６】図１は、本発明を適用した一体型モノブロ
ックハウジング構造を有する多段圧延機の圧延パスより
の外観図を示し、図２は、図１の操作側よりの矢視図を
示す。

【００２７】尚、一体型モノブロックハウジング１を有
する多段圧延機としては、２０段ロール構造を有するタ
イプの他に１２段ロール構造を有するタイプなどが存在
するが、ここでは、最も一般的な２０段タイプの圧延機
の外観図を用いて説明する。図２において、圧延材を圧
延する作業ロール４，５、作業ロール４，５を駆動する
上下第一中間ロール６〜９及びアイドルロールである上
下第二中間ロール１０〜１５から構成されるロール群を
補強ロールであるバッキングベヤリング１６〜２３を介
し、強固な一体ハウジング型モノブロックハウジング１
にて保持することにより特殊鋼のような難圧延材の高圧
下圧延を可能にしている。

【００２８】ここで、バッキングベアリング１６〜２３
は、サドルアッセンブリ２４〜３１にて保持され、その
間には、各バッキングベアリング中心を貫通するバッキ
ングベアリングシャフト、各バッキングベアリングと各
バッキングベアリングシャフト間に介在する圧下偏芯リ
ングによる偏芯構造を有しており、バッキングベアリン
グ１６とバッキングベアリング２０間、バッキングベア
リング１９とバッキングベアリング２３間をサイド圧下
装置にて、バッキングベアリング１７とバッキングベア
リング１８間及びバッキングベアリング２１とバッキン
グベアリング２２を上下圧下装置である圧下シリンダー
２により、圧下用ラック３２，３３を介してそれぞれバ
ッキングベアリングシャフトを設定角度範囲内において
回転させることにより、該バッキングベアリング１６〜
２３はその中心位置を移動出来るようになっている。そ
の機能により、上下第二中間ロール１０〜１５の位置が
変化し、上下第一中間ロール６〜９の位置も変化して、
作業ロール４，５間の距離を変化させるようになってい
る。

【００２９】ところで、従来一体型モノブロックハウジ
ングを有する多段圧延機では、この偏芯軸による圧下機
構を有することにより、ロードセルを用いた圧延荷重の
直接検出は難しい点が指摘されていた。

【００３０】そこで、多段圧延機にて圧延荷重を検出す
る方法として２つの方法に大別できる。

【００３１】第一番目の方法には、一体型モノブロック
ハウジング１を分割化する方法である。しかしこの場合
においては、構造の複雑化，ミル剛性の低下とその結果
としてのミルの大型化，上下作業ロールＷＲの芯ずれの
発生等の欠点が生じてしまう。

【００３２】第二番目の方法には、一体型モノブロック
ハウジング１の構造を変更することなく圧延荷重を検出
する方法である。この方法には次の２つの方法が考えら
れる。

【００３３】第一は、圧下シリンダー２のロッドひず
み、もしくは、シリンダー差圧から圧延荷重を換算する
方法であった。しかし、両者とも、バッキングベアリン
グ１６〜２０に偏芯構造をもつため圧下位置により検出
値を補正する必要が生じるという欠点があり、更に、圧
下シリンダー差圧については、油圧の脈動による影響
や、大きなヒステリシスを有するという欠点もあり、圧
延荷重の検出目的としては不適切であると結論されてい
た。

【００３４】第二には、バッキングベアリング１６〜２
０と一体型モノブロックハウジング１間に位置するサド
ルアッセンブリ２４〜３１に生じる応力より圧延荷重を
検出する方法が検討された。しかし、この方法について
は、センサー設置数が多くなることや、該一体型モノブ
ロックハウジング１とサドルアッセンブリ２４〜３１の
取り付け面とのあたり状況によって出力の直線性に影響
を与えること、さらに多量のクーラント，ヒュームの飛
散する悪環境下であるなどの欠点があり、これも圧延荷
重の検出目的としては不適切であると結論されていた。

【００３５】そこで本発明では、圧延時に一体型モノブ
ロックハウジング１に発生するひずみ又は応力に着目
し、そのハウジング表面のひずみ又は応力を検出するこ
とにより圧延荷重を算出する方法を開発した。

【００３６】図２において圧延時では、作業ロール４，
５間に作用する圧延荷重により一体型モノブロックハウ
ジングの表面にはひずみが発生する。そこで、図１にて
示す板幅変化の影響を受けることなく圧延荷重を算出可
能な位置である最適ひずみ検出位置３のひずみ又は応力
を検出することにより圧延荷重を算出することにより圧
延荷重の算出を可能としているものである。

【００３７】その具体的内容について詳細に説明する。

【００３８】圧延荷重算出のためのハウジング表面ひず
みの最適検出位置としては、次の条件が考えられる。そ
の条件としては、ひずみ又は応力のレベルが高く、設置
環境がよく、板幅変化の影響を受けないことが挙げられ
る。

【００３９】これら条件についての検証，解析及び実験
結果より、モノブロックハウジングの各ハウジングポス
ト部にあって、圧延材の板幅変化の影響が排除可能な位
置でひずみを検出し、各ハウジングポスト部の前記検出
値に基づいて圧延荷重を算出するものである。

【００４０】そして、この圧延材の板幅変化の影響が排
除可能な位置は、具体的には、モノブロックハウジング
の各ハウジングポスト部にあって、パスライン位置を中
心にハウジングポスト部寸法の広い側の幅寸法の２倍以
内の高さ方向範囲の領域内であるものでる。

【００４１】また、圧延荷重の算出方法としては、各ハ
ウジングポスト部の検出値の代表値に基づいて圧延荷重
を算出するもの、或いは、各ハウジングポスト部の検出
値の総和値に基づいて圧延荷重を算出するもの、或いは
また各ハウジングポスト部の検出値の平均値に基づいて
圧延荷重を算出するものである。

【００４２】次に、上記説明した最適設置位置の決定理
由について説明する。

【００４３】図３は、広幅板の圧延時に一体型モノブロ
ックハウジングをパス方向からみたときの圧延荷重とハ
ウジング応力の概要図を示すものである。

【００４４】また、図４は、狭幅板を圧延時の一体型モ
ノブロックハウジングをパス方向からみたときの圧延荷
重とハウジング応力の概要図を示す。

【００４５】図３において、板幅Ｗｄの広幅板を圧延し
た時に圧延荷重Ｐが発生する。一体型モノブロックハウ
ジング１のポスト部分以外のミルハウジングの微小要素
３４に発生する最大引張主応力はσ₁Ａ である。

【００４６】同様に図４において板幅Ｗｄ′の狭幅板を
圧延時に広幅圧延時と同等の圧延荷重Ｐが発生する。一
体型モノブロックハウジングＨＳのポスト部分以外のミ
ルハウジングの微小要素３４に発生する最大引張主応力
はσ₁Ａ′ である。

【００４７】ここで、狭幅板圧延時の一体型モノブロッ
クハウジングに負荷される荷重条件を考慮した場合、そ
れは、広幅板圧延時の荷重条件が分布荷重と考えた場合
に集中荷重条件に近づくことになる。よって、広幅，狭
幅板において鋼種の変形抵抗の相違により同等の圧延荷
重Ｐが生じたと仮定した場合において、該ミルハウジン
グの微小要素３４に発生する広幅板圧延時の最大引張主
応力σ₁Ａ に比較して狭幅板圧延時の最大引張主応力σ
₁Ａ′ は、高値になる。つまり、検出されたひずみから
圧延荷重を算出する場合、板幅による影響を校正する必
要性が生じることになる。

【００４８】では、次にポスト部分に発生するひずみ又
は応力について説明する。

【００４９】図３，図４において、ポスト部分には、圧
延荷重とポスト部分の段面積から決定される平均引張応
力σｍと、ポスト中心から圧延荷重重心までのモーメン
トアームにより決定される曲げモーメントにより発生さ
れる曲げ応力の２つの応力が存在する。この２つの応力
の和がポストの縦方向へ生じる最大引張主応力であり、
曲げ応力の影響により、パス板幅方向には、板道側を最
大値とした応力勾配を形成する。

【００５０】ここで、ポスト中心から圧延荷重重心まで
のモーメントアームが長いために曲げモーメントが大き
く、従って曲げ応力が高くなるために、図３に示す広幅
板圧延時の最大引張主応力σ₁Ｂ に対して、図４に示す
狭幅板圧延時の最大引張主応力σ₁ Ｂ′は高くなる。ま
た、曲げ応力による応力勾配の中立点付近においては、
曲げ応力の影響を受けず、平均引張主応力σｍのみが発
生する位置が存在する。

【００５１】つまり、この位置でひずみを検出すれば板
幅変化について補正算出することなく圧延荷重を算出す
ることが可能となるわけである。

【００５２】つぎに、以上説明した圧延荷重の算出方法
について有限要素法により解析した結果について図５，
図６を用いて説明する。尚、一体型モノブロックハウジ
ングを有する多段圧延機については、最大板幅が１６０
０（mm）、定格圧延荷重が１２００（ton ）の圧延機を
モデルとして解析を行った。

【００５３】図５は、一体型モノブロックハウジング１
を操作側の斜め上方よりの矢視図である。

【００５４】図６は、図５に示す点ＯＡから点ＯＡ′ま
での直線上のハウジング表面の最大引張主応力を縦軸
に、位置として点ＯＡからの距離を横軸にそれぞれ示し
たグラフである。

【００５５】この時、板幅１０００（mm）の最大主応力
を曲線Ｗｄ１０００にて、板幅1600（mm）での最大主応
力を曲線Ｗｄ１６００にてそれぞれ示す。

【００５６】ここで、板幅変化について補正することな
く圧延荷重を算出することが可能となる最適ひずみ検出
位置３は、板幅が１０００（mm）から１６００（mm）に
変化しているにもかかわらず最大引張主応力は変化して
いないことがわかる。

【００５７】以上より、板幅変化の影響を受けない最適
ひずみ検出位置３でのひずみ又は応力を検出することに
より、圧延荷重を算出することができるわけである。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
延荷重の検出が難しいとされていた一体型モノブロック
ハウジング構造を有する多段圧延機においても、その圧
延荷重の検出が可能となり、圧延材料の厚み精度の向
上，歩留の向上を図ることができる。

【００５９】そして、更に、以下のような効果をあげる
ことが可能となる。

【００６０】（１）圧延開始時の圧下において、圧延荷
重によって圧下プリセットを正確に行うことが可能とな
る。これによって圧延作業における操業効率の向上をは
かることが可能となる。

【００６１】（２）圧延時の板厚制御については、本発
明により一体ハウジング構造を有する多段圧延機におい
ても圧延荷重の検出が可能となるため、従来採用されて
いるフィードフォワード方式、もしくは、マスフロー方
式に加え、圧延荷重偏差により板厚を制御するゲージメ
ータ方式の板厚制御の採用が可能となる。 （３）制御方式を問わず板厚制御を行う上で制御上設定
が必要な、ミルのバネ定数を実測によって正確に求める
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である一体型モノブロックハ
ウジング構造を有する多段圧延機を圧延パスからの外観
図である。

【図２】図１に示した一体型モノブロックハウジング構
造を有する多段圧延機の操作側よりの矢視図である。

【図３】広幅板を圧延した時の一体型モノブロックハウ
ジングをパス方向からみたときの圧延荷重とハウジング
応力の概要を示す図である。

【図４】狭幅板を圧延した時の一体型モノブロックハウ
ジングをパス方向からみたときの圧延荷重とハウジング
応力の概要を示す図である。

【図５】一体型モノブロックハウジングを操作側の斜め
上方より見た矢視図である。

【図６】図５に示す点ＯＡから点ＯＡ′までの直線上の
ハウジング表面の最大引張主応力を縦軸に、位置として
点ＯＡからの距離を横軸にそれぞれ示したグラフであ
る。

【符号の説明】

１…一体型モノブロックハウジング、２…圧下シリンダ
ー、３…最適ひずみ検出位置、４，５…作業ロール、６
〜９…第一中間ロール、１０〜１５…第二中間ロール、
１６〜２３…バッキングベアリング、２４〜３１…サド
ルアッセンブリ、３２，３３…圧下用ラック、３４…ハ
ウジングの微小要素。

フロントページの続き (72)発明者 小島 龍次 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一体型モノブロックハウジング構造を有す
   る多段圧延機であって、該モノブロックハウジングを有
   する多段圧延機の圧延荷重検出方法において、 前記モノブロックハウジングの各ハウジングポスト部に
   あって、圧延材の板幅変化の影響が排除可能な位置でひ
   ずみを検出し、各ハウジングポスト部の前記検出値に基
   づいて圧延荷重を算出することを特徴とするモノブロッ
   クハウジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載のモノブロックハウジング
   を有する多段圧延機の圧延荷重検出方法において、 前記圧延材の板幅変化の影響が排除可能な位置は、前記
   モノブロックハウジングの各ハウジングポスト部にあっ
   て、パスライン位置を中心にハウジングポスト部寸法の
   広い側の幅寸法の２倍以内の高さ方向範囲の領域内であ
   ることを特徴とするモノブロックハウジングを有する多
   段圧延機の圧延荷重検出方法。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２に記載のモノブロッ
   クハウジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法に
   おいて、 前記各ハウジングポスト部の検出値の代表値に基づいて
   圧延荷重を算出することを特徴とするモノブロックハウ
   ジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法。
4. 【請求項４】請求項１又は請求項２に記載のモノブロッ
   クハウジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法に
   おいて、 前記各ハウジングポスト部の検出値の総和値に基づいて
   圧延荷重を算出することを特徴とするモノブロックハウ
   ジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法。
5. 【請求項５】請求項１又は請求項２に記載のモノブロッ
   クハウジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法に
   おいて、 前記各ハウジングポスト部の検出値の平均値に基づいて
   圧延荷重を算出することを特徴とするモノブロックハウ
   ジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法。
6. 【請求項６】請求項１又は請求項２に記載のモノブロッ
   クハウジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法に
   おいて、 前記ひずみは応力であることを特徴とするモノブロック
   ハウジングを有する多段圧延機の圧延荷重検出方法。