JPS63295009A - 板圧延機のロ−ルプロフィル検出方法 - 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、板圧延における板厚精度および板クラウン・
形状に重大な影響をおよぼす圧延操業中の作業ロールプ
ロフィル推定方法に関するものである。

〔従来の技術〕

板圧延機の作業ロールプロフィルは、圧延操業中、摩耗
や熱膨張によって複雑な変化を示すため、既知のロール
組み込み時の作業ロールプロフィルのデータを用いて圧
延機の操業条件を決めていたのでは、作業ロールプロフ
ィルの推定誤差に起因する誤差が、板厚および板クラウ
ン・形状に生じることになる。そこでこのような誤差を
回避するために作業ロールプロフィルの推定を行うこと
が必要となるが、これを行うための従来技術には次の２
種類がある。

■ロール摩耗計算式およびロール熱膨張計算式を用いて
、圧延操業条件より、操業中の任意の時点における作業
ロールプロフィルを演算・推定する方法。

■接触式あるいは非接触式変位計を用いて作業ロールプ
ロフィルを直接測定する方法。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来法のうち■のロール摩耗計算式およびロール熱
膨張計算式を用いる方法は、現状技術では何らかの検出
手段によって作業ロールプロフィルを実測し、計算値を
修正するという作業を行わなければ、推定精度の点で実
用化は困難である。

また、従来法■は、作業ロールプロフィルを直接測定す
るという点で、すぐれた方法であるが、これらの測定装
置は一般に高価であり、また悪い環境で使用される精密
測定装置であるため、その保守および精度の維持には多
大の人手・経費を要する上、作業ロール組替等の通常の
圧延作業の作業性を悪くする要因にもなる。

そこで本発明は、従来法■のような専用の測定装置を用
いることなしに、作業ロールプロフィルを測定すること
を目的としている。

〔問題点を解決するための手段およびその作用〕上記の
ような目的を達成するため、本発明では、板圧延機にお
いて、圧延作業の中断期間に、圧下装置を操作して上下
作業ロールを接触せしめ、さらに締め込むことによって
得られる圧下設定値と圧延反力測定装置による圧延反力
装置値との関係を、該作業ロール組み込み時の同関係と
比較・分析することにより、組み込み時からの作業ロー
ルプロフィルの変化量を演算・算出することを特徴とす
る板圧延機のロールプロフィル検出方法を用いる。また
、別の本発明によれば、ロールの軸方向シフト機能を有
する板圧延機において、圧延作業の中断期間に、該シフ
ト可能なロールの位置を２種類以上とり、圧下装置を操
作して上下作業ロールを接触せしめ、さらに締め込むこ
とによって得られる圧下設定値と圧延反力測定装置によ
る圧延反力測定値との関係を、該作業ロール組み込み時
の同関係と比較・分析することにより、組み込み時から
の作業ロールプロフィルの変化量を演算・算出すること
を特徴とする板圧延機のロールプロフィル検出方法、を
用いて上記目的を達成する。

上記手段のうち、圧下装置は、圧下スクリューを用いた
電動圧下装置と油圧方式の圧下装置の２種類があるが、
いずれにしても板圧延機に必ず備えられている装置であ
る。また、圧延反力測定装置は、現在ではほとんどの圧
延機に備えられており、圧延機の設定計算あるいは圧延
中の自動板厚制御等に活用されている。以上のように、
本発明に必要な装置は、特殊なものではな（、通常の板
圧延機には、はとんど備えられているものである。

圧延作業の中断期間は、当該圧延機において一本の材料
の圧延が終了してから次の材料の圧延が開始されるまで
の期間であり、圧延機の形式および生産量によって変わ
るが、数秒〜数十秒程度あるのが普通である。応答の速
い油圧圧下方式の場合、数秒の中断期間であっても、上
下作業ロールを接触せしめ、さらに締め込むこと（以下
では、このことをキスロール締め込みと称する）は可能
である。電動圧下装置しか備えられていない圧延機で、
通常の圧延中断期間内に、キスロール締め込みを行い、
データ採取を行うことができない場合は、そのときだけ
圧延中断期間を延長すればよい。この作業は圧延材一本
伝に行うｄ・要はないから、（圧延中断期間の延長）に
よる生産量の減少は、実質的に問題とならない程度に抑
えることが可能である。

第１図には、圧延作業の中断期間に圧下装置を操作して
キスロール締め込みを行った結果得られる、圧下設定値
と圧延反力測定値との関係が示されている。通常、圧下
設定値の零点は、ロール組替直後にキスロール締め込み
を行い、圧延反力が所定の零点調整荷重Ｐｏに一致した
ときとして決められ、ロールギャップが開く方向を圧下
設定値の正の方向として定められるので、第１図におい
てもこの慣習に従って図が書かれている。第１図におい
てデータ１がロール組替直後に採取されたデータであり
、圧下設定値ｇ＝０．圧延荷重Ｐ＝ＰａＯ点を通ってい
る。データ２あるいは３は、ロール組替後、しばらく圧
延作業を実施した後の中断期間に採取されたデータを示
している。作業ロールが全体的に膨張している場合は、
データ２のように同じ圧下設定値に対して高い圧延反力
が得られ、作業ロール径が摩耗等によって小さくなって
いる場合は、データ３のように同じ圧下設定値に対して
小さい圧延反力が得られる。

ところで第１図にも示されているように、低荷重領域で
は、ロール組替直後のデータと、圧延後のデータが平行
でない部分が存在する。これは、低荷重領域では、一般
に各ロールが有効胴長の全面で接触していなくて、しか
もその状態におけるミル剛性を左右する各ロール間の接
触範囲は、そのときのロールプロフィルの影響を受ける
ためである。これに対して高荷重領域では、ロール組替
直後のデータと、圧延後のデータがほぼ平行になる部分
が存在しているが、この領域では各ロールは有効胴長全
体で接触しているものと判断される。

なお、厳密に言えば、これらの締め込みデータの変化に
は、補強ロールあるいは中間ロールのプロフィル変化も
影響をおよぼすので、これらのプロフィル変化も、あら
かじめ作成しておいた計算式によって考慮に入れる実施
態様も考えられる。しかしながら、一般に、−組の作業
ロールの連続使用期間中における補強ロールあるいは中
間ロールのプロフィル変化は作業ロールプロフィル変化
に比べて非常に小さいので、ここでは説明を簡単にする
ため、補強ロールあるいは中間ロールのプロフィル変化
は無視するものとする。

さて上記のように高荷重領域において、ロール組替直後
のデータと圧延後のデータが平行になる部分が得られれ
ば、その領域において同じ圧延反力に対する圧下設定値
の差Δｇ（現在値−ロール組替直後）を求める。同じ圧
延反力であれば各ロール間の平均接触が同じで、平均変
形量も同じであると考えられるのでΔｇは作業ロールの
平均半径の変化ΔＲを反映していることとなり、上下ロ
ールのプロフィル変化が同じであると仮定するとＪｌ＝
−Ｌ７１ｆｇ　　　　　　　　　・・・・・・（１）に
よって作業ロール半径の変化を有効胴長全体にわたって
平均した値ΔＲが得られる。

次にΔＲから、胴長方向の半径変化ΔＲの分布、すなわ
ち作業ロールプロフィルを求める方法には、大別して次
の２通りの方法がある。

■作業ロールプロフィルのパターンを仮定するか、ある
いは計算によって求めておき、求められたΔＲから、各
場所におけるΔＲを算出する。

■圧延機のロール変形のシミュレーションを行い、特に
第１図の圧延反力−圧下設定値の低荷重領域の挙動を説
明できる作業ロールプロフィルを算出する。

具体的には、■■を組み合せた方法等、種々の形態が考
えられるが、これについては実施例の項で詳述する。

ロールの軸方向シフトａ能を有する圧延機とは、作業ロ
ールシフト、中間ロールシフトあるいは補強ロールシフ
ト機能を有する４段以上の多段圧延機を意味しており、
補強ロールに配備されたスリーブがロール軸方向にシフ
ト可能である圧延機も含む。このような圧延機の場合、
例えば第２図に示されているように、ロールの軸方向シ
フトによって、ロール間の接触範囲を任意に限定するこ
とができるため、上記のようにキスロール締め込みによ
って得られる圧延反力−圧下設定値の関係から、作業ロ
ールの有効胴長全体にわたる半径変化の平均値ΔＲの他
に、ロールシフトによって限定された接触範囲に相当す
る部分の半径変化の平均値ΔＲ′が得られ、作業ロール
プロフィル変化を求めるための情報が増加し、作業ロー
ルプロフィルの推定精度が向上することになる。

〔実施例〕

次に本発明の好ましい実施例について説明する。

まず、ロールシフト機能のない圧延機の場合は、得られ
るデータは第１図に示されているように、作業ロール組
替直後のキスロール締め込みデータと、現時点における
キスロール締め込みデータの２本の線図のみである。と
ころで、板圧延機の補強ロール軸受には油膜軸受を使用
している場合が多く、この場合、ロールの回転速度によ
って軸受内の油膜厚さが変化し、キスロール締め込みに
よって得られる圧延反力−圧下設定値の関係が、ロール
回転速度の影響を受けることになる。これは、作業ロー
ルプロフィルの変動を推定しようとする本発明の方法に
とって誤差要因となるので、キスロール締め込みを行う
ときは、必ずある一定の決められたロールの回転角速度
に設定してから締め込みを実施するようにするか、また
は、ロール組替直後と異なる回転角速度でデータ採取を
行った場合は、回転角速度の相違による油膜厚さ変化の
影響を別途推定し、これを取り除いてからデータの比較
・分析を行わなければならない。

さて、第１図のように組替直後のデータと圧延後のデー
タが、はぼ平行になる圧延反力領域まで締め込まれれば
、式（１１によって作業ロールの半径変化の有効胴長全
体にわたる平均値ΔＲが求められる。次にロールの有効
胴長全体にわたるロール半径の変化ΔＲの分布を推定す
る。ロールの熱膨張が大きくＡＲ＞０となる場合と、ロ
ールの摩耗が大きくＡＲ＜Ｏとなる場合のいずれの場合
においても、最も大きな半径変化を生じるのは、圧延材
と常に接触しているロールの胴中央部近傍であり、圧延
材と接触する可能性の少ないロール胴端部近傍ではロー
ルの半径変化は非常に小さいと考えられる。したがって
、ＡＲ＞Ｏの場合は、ロールプロフィルは中凸形に変化
しており、ＡＲ＜０の場合は、ロールプロフィルは中口
形に変化しているものと推測される。そこでロールプロ
フィル変化のパターンが操業実績より、ある程度判明し
ているような場合は、次のようにしてＡＲからロールプ
ロフィル変化を推定する。

いま作業ロールの胴中心を原点とし、ロール軸方向の座
標をＸとし、作業ロールの有効胴長をβとする。また、
作業ロールプロフィルの変化のパターンがＸの既知関数
ｆ　（Ｘｌで表現されるものとするとき、作業ロール半
径の変化量の分布ΔＲはΔＲ＝ΔＲ（ｘｌ　＝　ａ　ｒ
　ｆｘ）　　　　　　　　−−（２］と表現される。こ
こでａは未知のパラメータであるが、 なる条件より、次式のように求められる。

式（３）のａを式（２）に代入することにより、作業ロ
ールプロフィルの変化量が求められることになる。

ここで作業ロールプロフィル変化のパターンを表わすｆ
　（Ｘ）に関しては、ロール摩耗の計算式およびロール
熱膨張の計算式に、それまでの圧延操業条件を代入する
ことにより求める方法も考えられる。

他の実施例として、例えば“Ｋ、　Ｎ、　５ｈｏｈｅｔ
　ａｎｄＮ、　Ａ、　Ｔｏｗｎｓｅｎｄ：　Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　５ｔｅｅｌ　Ｉｎ５ｔ
ｉｔｕｔｅ、　２０６−１１　（１９６８）　、　１０
８Ｂ、　”に紹介されているような分割モデル法による
数値解析を行い、作業ロールプロフィルを求める方法が
考えられる。

この方法のアルゴリズムを第３図に示す、まず、第１図
のデータより半径変化の平均値ΔＲを算出し、その後、
ＡＲを満足するようなロールプロフィルの変化量ΔＲ（
×）を仮定する。次に仮定されたＡＲ（Ｘ）に基いて、
例えば分割モデル法によるロール変形解析を行い、ロー
ル変形に起因する圧延反力−圧下設定値の関係を求める
。それを、ロール組替直後のロールプロフィルに基いて
同様の計算を行うことにより求められる圧延反力−圧下
設定値の関係と比較し、第１図の実測値における両者の
差に一致するまでＡＲ（Ｘ）を仮定しなおして収束計算
を行う。このときＡＲ（Ｘ）の分布によって、特に低荷
重領域のロール間接触範囲が変わるので、この領域での
実測値と計算値の相違が収束計算の重要な指標となる。

ここでＡＲ（Ｘ）の分布を仮定する方法には、過去の操
業経験から得られたいくつかのロールプロフィルのパタ
ーンを組み合せる方法、あるいはロール摩耗計算式およ
びロール熱膨張計算式を用いた計算結果を修正して行く
方法等が考えられる。

次にロールの軸方向シフト機能を有する板圧延機の場合
の実施例について説明する。まずこの場合においても、
作業ロールの有効胴長ｌにわたって平均した作業ロール
半径の変化量ΔＲは、ロールシフトを行わない状態での
キスロール締め込みデータより得ることができる。例え
ば、第２図のように中間ロールあるいは補強ロールシフ
トを行った状態でキスロール締め込みを行い、その圧延
反力−圧下設定値の線図を、同状態でロール組替直後に
行ったキスロール締め込みデータと比較し、平行部にお
いて同じ圧延反力に対してΔｇ′の圧下設定値の差が観
測されたものとする。第２図の状態では作業ロール４が
関与するロール間接触範囲は、上下作業ロール間のｌと
、作業ロール４〜中間ロールまたは補強ロール５間のｌ
′の２種類である。そこでＥ′の範囲にわたって作業ロ
ールの半径変化を平均した値をΔｇ′とするとき、式（
１）に対応する式として ２ΔＲ＋２ΔＲ′　−Δｇ′　　　　　　・・・・・・
（４）が成立する。いまΔＲ２Δｇ′は既知であるから
、式（４）より によってΔｇ′が求められる。このようにして求められ
たΔｇ′は作業ロールプロフィル変化のパターンをあら
かじめ仮定してお〈実施例の場合でも、これを修正して
より精度を上げるのに有効である。また、第３図のよう
にして作業ロールプロフィルを収束計算によって求める
場合にも、仮定するロールプロフィルをΔｇ′により、
さらに限定することが可能となり、より迅速な収束が期
待できる。

また、ロールシフト位置を多くとることができれば、以
下のようにしてロールプロフィル変化を直接離散的に求
めることができる。第２図においてｌ“の範囲の作業ロ
ール半径の変化量の平均値をΔＲとするとき、平均値の
定義より、ΔＲ−１−Δｇ′　・ｌ′　＋ΔＲ−β”・
・・・・・（７） が成立するからΔＲは次式のように求められる。

したがってロールシフト量を少しずつ変更したキスロー
ル締め込みデータを採取することによりΔ−〃 Ｒが種々のロール胴端からの範囲に対して得られ、これ
らの値を式（７）と同様の関係式に代入することにより
、ロール半径の変化量が、各シフト量きざみの区間の代
表値（平均値）として離散的に求められることになる。

例えば、第４図に示すように胴端からｇ＋の範囲のロー
ル半径変化の平均値がΔＲ＋　、胴端からＩｔ　１　＋
１２の範囲のロール半径変化の平均値がΔＲ１２と、上
記手続きによって求められたものとする。β２の範囲に
おけるロール半径変化の平均値をΔＲ２とするとき、式
（７）と同様に ΔＲ１２・　（β１＋ｊ！２）＝ ΔＲＩ−１！１＋ΔＲ２・１２ が成立するから、ΔＲ２は次式によって計算される。

このような手続きを繰り返すことにより、各区間におけ
るロール半径変化の平均値が離散的に求められる。任意
の位置におけるロールプロフィル変化を求めたい場合は
、求められた各区間のロール半径変化の平均値を各区間
の中点のロール半径変化とみなし、これを内挿すればよ
い。

次に、作業ロールシフト可能な圧延機の場合の実施例に
ついて説明する。作業ロールシフトは第５図に示されて
いるように上下作業ロールが逆方向にシフトされるのが
一般的である。この場合、作業ロールシフト量βＳによ
って、作業ロール−補強ロール接触範囲ｌＢは、ロール
有効胴長をｌとしてｌＢ＝β−１ｓで与えられ、上下作
業ロール接触範囲１ｗはｊ！ｗ＝４２−２１ｓで与えら
れる。

第５図のような状態でキスロール締め込みを行い、その
圧延反力−圧下設定値の線図を、同状態でロール組替直
後に行ったキスロール締め込みデータと比較し、両線図
がほぼ平行となる高荷Ｍ頒域において、同圧延反力に対
してΔｇ′の圧下設定値の差が観測されたものとする。

この場合、１ｗの範囲における作業ロール変化の平均値
をΔＲＷ。

１８の範囲における作業ロール変化の平均値をΔＲＢと
するとき、式（４）に対応する式として次式を得る。

２ΔＲＷ＋２ΔＲＢ　＝Δｇ　′−・−・・・（１０）
しかしながら、この場合、ΔＲＷ、　　ΔＲＢともに未
知数であるのでこのままでは両者を求めることはできな
い。そこで何らかの条件式を導入してΔＲｗ、　ΔＲＢ
を求める。例えば、ロールシフｌ−ｆｆ１零におけるキ
スロール締め込みより、接触範囲βにおけるロール半径
変化の平均値がΔＲとわかっているので、ΔＲＢがΔＲ
ｗとΔＲの内挿によって求められると仮定してもよい。

最も簡単な直線内挿で求められると仮定する場合、ΔＲ
Ｂは次のように求められる。

今の場合、ｌ−７ｌｗ＝２４　ｓ、　　Ｉ！Ｂ　−１ｌ
ｗ＝１　ｓ。

１ｌ−１ｔＢ＝Ｉｌｓであるから式（１１）は％式％（
１） 式（１２）を式（１０）に代入すると ３ΔＲｗ＋ΔＲ＝Δｇ′ □　　　　１ 、゛、　　ΔＲｗ＝−（Δｇ′　−ΔＲ）　　　・・・
・・・（６）式（１３）によって、１２ｗの範囲の作業
ロールの半径変化の平均値が得られる。ΔＲｗの有用性
は、先に説明した補強ロールあるいは中間ロールシフト
の場合の実施例のΔＲ′と同じであるので説明は省略す
る。

作業ロールシフト方式圧延機の場合でも、上下作業ロー
ルを別個にシフトすることができる場合は、第６図に示
すように一方のロールのみをシフトした状態でキスロー
ル締め込みを行うことにより、式（１０）に相当する式
が ３ΔＲｗ＋ΔＲ＝Δｇ′　　　　　・・・・・・（１４
）となり、ΔＲは既知であるのでただちにΔＲｗが求め
られる。

〔発明の効果〕

以上、説明してきたように、本発明によれば、特別な測
定装置を用いることなしに、圧延操業中の作業ロールプ
ロフィルの検出が可能となり、圧延板の板厚および板ク
ラウン・形状の精度向上に多大の効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は板圧延機の上下作業ロールを接触せしめ、さら
に締め込むことによって得られる圧延反力と圧下設定値
の関係を示す図、第２図は補強ロールあるいは中間ロー
ルシフトを行った場合のロール配置を示す図、第３図は
第１図の圧延反力−圧下設定値線図の圧延前後の変化よ
りロールプロフィルを推定するアルゴリズムの一例、第
４図は作業ロール上の区間分けを示す図、第５図は作業
ロールシフト方式圧延機で作業ロールをシフトした状態
のロール配置を示す図、第６図は上側の作業ロールのみ
をシフトした状態のロール配置を示す図である。 ｌ・・・ロール組替直後の圧延反力−圧下設定値線図 ２・・・作業ロール径が平均的に大きくなっている場合
の圧延反力−圧下設定値線図 ３・・・作業ロール径が平均的に小さくなっている場合
の圧延反力−圧下設定値線図 ４・・・作業ロール ５・・・補強ロールまたは中間ロール 出　願　人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　稔 ン ５：舗独ロールまたに中間ロール 顔　−′　　−“

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）板圧延機において、圧延作業の中断期間に、圧下
   装置を操作して上下作業ロールを接触せしめ、さらに締
   め込むことによって得られる圧下設定値と圧延反力測定
   装置による圧延反力測定値との関係を、該作業ロール組
   み込み時の同関係と比較・分析することにより、組み込
   み時からの作業ロールプロフィルの変化量を演算・算出
   することを特徴とする板圧延機のロールプロフィル検出
   方法。
2. （２）ロールの軸方向シフト機能を有する板圧延機にお
   いて、圧延作業の中断期間に、該シフト可能なロールの
   位置を２種類以上とり、圧下装置を操作して締め込むこ
   とによって行われる特許請求の範囲第一項記載の板圧延
   機のロールプロフィル検出方法。