JP2008238235A - 熱間圧延における幅プレス方法およびそれを用いた熱延金属板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延にて、被圧延材８の幅プレスを行うに際し、ホールドロール９８が被圧延材８を拘束した状態で不転となってしまう結果、被圧延材８を搬送方向Ａに動かせなくなってしまう問題を解決し、熱間圧延ライン１００の安定的な稼働を図る。
【解決手段】被圧延材８を幅プレスあるいは搬送を行う動作中、スリップを検出した場合に、次の幅プレスを行う動作直後の搬送を行う動作中、ホールドロール９８の被圧延材８への押し付けを、一時的に開放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料（以下、被圧延材）を熱間圧延する際に、ホールドロールにより被圧延材を拘束しながら幅プレスを行う、熱間圧延における幅プレス方法およびそれを用いた熱延金属板の製造方法に関する。

熱間圧延とは、一般的に、連続鋳造または造塊、分塊によって製造されたスラブ状の金属材料を加熱炉にて数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで、薄く延ばし、コイル状に巻き取る一連のプロセスである。

図３に、従来から一般的に用いられている熱間圧延ライン１００の一例を示す。加熱炉１０により数百〜千数百℃に加熱された厚み１２０〜２７０ｍｍの金属材料（以下、被圧延材）８は、粗圧延機１２、仕上圧延機１８により厚み０．８〜２５ｍｍまで圧延されて金属帯状に薄く延ばされる。７はテーブルロールであり、被圧延材８を搬送する。

図３に示す熱間圧延ライン１００の場合、粗圧延機１２は４基、仕上圧延機１８は７基により構成されているが、その圧延機（スタンド）数は様々である。これら各種基数の違いはあるが、粗圧延機１２は、往復圧延または一方向圧延あるいは両者により、一般的に合計で４〜９回の圧延を行なって、粗圧延後の被圧延材８をそれにつづく仕上圧延機１８に向け供給し、仕上圧延機１８では所定の厚みまで圧延を行い、コイラー２４でコイルに巻き取る。

また、高温の被圧延材８には、その表裏面に酸化物の層（以下、スケール）が生成している。そのため、粗圧延機１２の各圧延機の入側や仕上圧延機１８の入側には、ポンプからの供給圧にして１０〜３０ＭＰａ内外の高圧水を被圧延材８の表裏面に吹き付けてスケールを除去するデスケーリング装置１６が設置され、スケールを除去している。

５０は制御装置、７０はプロセスコンピュータ、９０はビジネスコンピュータである。

ところで、図３に示すような熱間圧延ライン１００には、粗圧延機１２の上流側に幅プレス９が設置されているものが少なくない。この幅プレス９について、特許文献１に記載の図の一部を抜粋し、被圧延材の搬送方向を便宜上逆にした上、図示されていない付帯機器の一部を図示したものを、図４に鳥瞰図的に示す。ちなみに、ハウジングなどの構造物は省略してある。

特許文献１に開示されている幅プレス９は、いわゆるフライングサイジングプレスと呼ばれる幅プレス方式である。この方式の場合、図５（ａ）に示すごとく、（イ）の状態を起点として、図４で示したクランク機構９３ａ、９３ｂの動作により、一対の幅プレス用金型９２（以下、単に金型）を、（ロ）被圧延材８の幅方向に閉塞しつつ、１回のプレス動作あたりの被圧延材８の送りピッチＰの半分に相当する距離だけ搬送方向Ａに向けて動かし、（ハ）被圧延材８から離隔しつつ搬送方向Ａと逆方向に向けて送りピッチＰの半分に相当する距離だけ戻し（この間、被圧延材８は送りピッチＰの半分に相当する距離だけ搬送方向Ａに向けて別途動かし）、（ニ）再び、被圧延材８の幅方向に閉塞する、という一連の動作を繰り返す。この間、被圧延材８は、ホールドロール９８（図示していないが被圧延材８の下側にもある）により拘束されつつ、搬送テーブル上を連続的に搬送されている。なお、図４の例では、クランク機構９３ａのクランク軸９１は垂直方向に伸びている。また、油圧シリンダ９５ａとウォームギア９６は、金型９２の閉塞時の開度を調整するための機構である。

特許文献２に開示されている幅プレス９は、いわゆるゴーストップと呼ばれる幅プレス方式である。この方式の場合、図４でいえば、クランク機構９３ａに相当するものだけしかなく、９３ｂに相当するものはない。図５（ｂ）に示すごとく、（イ）の状態を起点として、一対の幅プレス用金型９２を、（ロ）被圧延材８の幅方向に、クランク機構９３ａの動作により閉塞し、（ハ）離隔し、（ニ）離隔した際に、図５には図示していないが図４には図示した、被圧延材８を上から押さえてテーブルロール７との間で挟持しつつ搬送するピンチロール９４にて、搬送方向Ａに向け、送りピッチＰに相当する分だけ搬送する、という一連の動作を繰り返す。

さて、被圧延材８を幅プレスあるいは搬送を行う動作中、被圧延材８と金型９２がスリップしてしまう場合がある。このスリップは、図６に示すごとく、金型９２には搬送方向入側に傾斜部がある関係で、白抜きで示した矢印のごとく金型９２を閉塞させて幅プレスを行った際に、搬送方向とは逆の方向に被圧延材８が押し戻されるように力がはたらくため、被圧延材８の表層のスケール生成状況（厚いなど）や、金型９２の温度条件（ある一定以上に高いなど）が重なった場合にスリップするものと考えられている。

特許文献３では、ゴーストップの幅プレス方式の場合を例に、スリップの検出を行えるようにするため、これにさらにプレス荷重の条件を加え、プレス荷重が定常時の１０％以下でピンチロール逆転量が送りピッチの２０％以上となるケースが２回以上発生した場合にスリップの検出を行う（スリップ発生と判定する）ことや、あるいは、プレス荷重が定常時の１０％以下か否かを判定するタイミングを、クランク角度が下死点すなわち金型が最も閉塞したタイミングとする、という具合に条件をさらに加えることを提案している。
特開平０２−１２７９０５号公報 特開昭６１−２４５９３１号公報 特開平０９−１２２７０６号公報

前述したホールドロール９８は、幅プレス時に被圧延材８が座屈したり捻れたりするのを防止する目的上、ある程度以上強い力で被圧延材８に押し付ける必要がある。

ここで、ホールドロール９８は、元来、非駆動である。ホールドロール９８のように被圧延材８の幅中央に位置する機器に駆動機構を設置するのは、水、油圧、潤滑剤、電気などのユーティリティ供給の問題から、駆動用アクチュエータの設置が難しく、事実上不可能だからである。

ところで、幅プレスされることで被圧延材８は増厚する。図７（ａ）は幅プレス中の被圧延材８を搬送方向Ａすなわち下流側から幅方向断面で見たようすを模式的に示したものである。図７（ｂ）は同じく側方から見たようすである。点線で示してあるのは幅方向中央の厚さである。

ここで、前述の通り、非駆動のホールドロール９８により被圧延材８を強い力で押し付けている関係で、被圧延材８の幅方向中央にあるホールドロール９８での拘束部は増厚が抑制されている。このため、ホールドロール９８による拘束部前後のみが増厚することにより、ホールドロール９８での拘束部は若干の凹状になる。その結果、図７（ｃ）中に丸く囲って見えるように、搬送方向上流側の被圧延材８が上側ホールドロール９８の下端よりも上側に突出する。特に、幅プレス時に被圧延材８が座屈したり捻れたりしそうな変形をした場合にその傾向は顕著となる。なお、図７（ｃ）には図示していないが、下側ホールドロール９８の上端よりも下側に突出する場合もある。

このように、座屈したり捩れたりしそうな変形の程度がある一定以上になると、ホールドロール９８での拘束部はそれだけ深い凹状となることから、被圧延材８を搬送方向Ａに搬送しようとしたときに、ホールドロール９８が被圧延材８の図７（ｄ）に丸く囲って示す部分を乗り越えられなくなる。その結果、被圧延材８は、ホールドロール９８に拘束された状態のままで、テーブルロール７やピンチロール９４との間でスリップしてしまうトラブルが発生する場合がある。

ひとたびそのようなトラブルが発生すると、被圧延材８を搬送方向Ａに動かせなくなり、幅プレス９ひいては熱間圧延ライン１００の全体が停止してしまう事態に陥る。

以上の問題は、上記特許文献１乃至３ほかのあらゆる幅プレスに関する先行技術にも共通していえる問題であった。

本発明は、上記のような、被圧延材８がホールドロール９８に拘束された状態でスリップしてしまう結果、被圧延材８を搬送方向Ａに動かせなくなる、という、従来技術の問題を解決するべくなされたものである。

発明者らは、先述の図７（ｃ）、図７（ｄ）で示した、被圧延材がホールドロール９８に拘束された状態でスリップしてしまうトラブルの発生を回避する方策を検討した。

そもそも、ホールドロール９８により被圧延材８を拘束する目的は、幅プレス時に被圧延材８が座屈したり捻れたりする変形を抑制することである。したがって、金型９２が被圧延材８から離隔している間は、必ずしも被圧延材８をホールドロール９８により拘束していなくてもよい。

そこで、金型９２が閉塞して被圧延材８を幅プレスする動作の直後、すなわち金型９２が被圧延材８から離隔している間に、ホールドロール９８が被圧延材８を拘束した状態から開放し、被圧延材８の図７（ｄ）に丸く囲って示す部分を、ホールドロール９８が乗り越えられるようにすることで、被圧延材８の搬送不能トラブルを防止できると考え、想到したのが本発明である。フライングサイジングプレスの方式か、ゴーストップの方式か、にはよらない。

すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）熱間圧延にて、被圧延材の幅プレスを行うに際し、被圧延材を幅プレスあるいは搬送を行う動作中、スリップを検出した場合に、次の幅プレスを行う動作直後の搬送を行う動作中、ホールドロールによる被圧延材の拘束を一時的に開放することを特徴とする熱間圧延における幅プレス方法。
（２）ホールドロールによる被圧延材の拘束を一時的に開放する際、ホールドロールの被圧延材への押し付け位置からの偏差に目標値を持たせた位置制御を行うことを特徴とする（１）の熱間圧延における幅プレス方法。
（３）（１）又は（２）のいずれかの熱間圧延における幅プレス方法を用いた熱延金属板の製造方法。

本発明によれば、被圧延材８がホールドロール９８に拘束された状態でスリップしてしまう結果、被圧延材８を搬送方向Ａに動かせなくなる、という、従来技術の問題を解決することができ、熱間圧延ライン１００の安定的な稼働を図ることができる。

（第１の実施の形態）
以下、図１を参照しつつ、鋼の被圧延材８に対し、幅プレスを行う場合を例に、本発明の一つの実施の形態について、具体的に説明する。

図１（ａ）は、図４で示したような、クランク軸が垂直な、フライングサイジングプレスの幅プレス方式によるクランク機構を模式的に示したものである。図１（ａ）に示したように、クランク軸（図１（ａ）の紙面に対し法線方向）の回転が水平に対して４５°下側の位置にきたときに金型９２がちょうど被圧延材８に接触するような幅の被圧延材８に対し、幅プレスを行う場合を例にとる。

ここで、金型９２がちょうど被圧延材８に接触したときのクランク軸の回転角度（クランク角度）を新たに０°と定義すると、さらに回転が下死点すなわち金型９２が最も閉塞した状態（４５°）を経るが、それを超えて金型９２が離隔しはじめると、被圧延材８から離れることになる。図１（ｃ）では、シャドウで示している回転角度０〜４５°の領域が、金型９２が被圧延材８に接触し、閉塞しながら幅プレスを行っている動作中に相当する。

この間、図１（ｂ）にホールドロール９８を側面からみたようすを模式的に示すと、上側のホールドロール９８に対しては、油圧シリンダ９５などにより、所望の油圧の圧力でホールドロール９８を被圧延材８に押し付ける制御を行うようにしている。なお、この図１（ｂ）の例では、下側のホールドロール９８には昇降用アクチュエータは取り付けられていないが、上側のホールドロール９８と同様の昇降用アクチュエータを備えて、所望の圧力で被圧延材８に押し付ける制御を行うようにしてもよい。

ここで、まず、スリップを検出しない定常の状態での、ホールドロール９８の被圧延材８への押し付け制御のしかたについて、以下に説明する。

図１（ｃ）に示した例では、シャドウで示している、金型９２が被圧延材８に接触し、閉塞しながら幅プレスを行っている動作中は、ホールドロール９８を比較的高い圧力で被圧延材８に押し付け、そうでない金型９２が被圧延材８から離隔している間は、ホールドロール９８を比較的低い圧力で被圧延材８に押し付けるようにしている。

幅プレスを行っている動作中、ホールドロール９８を比較的高い圧力で被圧延材８に押し付けるようにしているのは、被圧延材８が座屈したり捻れたりするのを防止するためである。

金型９２が被圧延材８から離隔している間、ホールドロール９８を比較的低い圧力で被圧延材８に押し付けるようにしているのは、金型９２が被圧延材８から離隔している間は、被圧延材８が座屈したり捻れたりするおそれがないため、ホールドロール９８を被圧延材８に押し付ける力を軽減することで、搬送方向Ａへの搬送を少しでもスムーズにするためである。

なお、比較的高い圧力の方（高圧）は、一例を挙げると３．５〜８．５ＭＰａであり、多くの場合、その値の内外である。比較的低い圧力の方（低圧）は、一例を挙げると０．２５〜０．５ＭＰａであり、多くの場合、その値の内外である。ホールドロール９８の直径は、一例を挙げるとΦ７５０〜８００ｍｍであり、多くの場合、その値の内外である。

金型９２が被圧延材８に接触し、閉塞しながら幅プレスを行っている動作中か、金型９２が被圧延材８から離隔している間かは、クランク角度によって判断するようにすればよい。なお、クランク角度は、クランク軸に図示しないパルスジェネレータを取り付け、その発するパルスを制御装置５０でカウントすることで求めればよい。

ちなみに、本発明では、必ずしも図１（ｃ）に示したように、クランク角度によってホールドロール押し付け圧を高圧にしたり低圧にしたり切り替える必要まではなく、ずっと高圧に維持したり、あるいは、被圧延材８が座屈したり捻れたりすることがない限りにおいて、可及的に低圧にずっと維持したり、あるいはさらに、被圧延材８が座屈したり捻れたりすることがない限界の低圧と、それに比較してさらに低圧の図１（ｃ）にいう低圧と、を切り替えるようにするなどしてもよい。

次に、本発明の構成上のポイントである、スリップを検出した場合に、次の幅プレスを行う動作直後の搬送を行う動作中、ホールドロール９８による被圧延材８の拘束を一時的に開放する制御のしかたについて、以下に説明する。

本発明を実施するためには、被圧延材８と金型９２がスリップしたことを検出する必要がある。発明者らは、理論的考察の末、第一義的には、幅プレスを行う動作中あるいはその直後の搬送を行う動作中のトータルとしてみた場合に、図２（ａ）に示すごとく、被圧延材８との接触により従動して回転するピンチロール９４の回転周長が、スリップが発生した場合には、被圧延材８の搬送方向Ａへの送りピッチＰ相当分よりも少なくなる、と考えるに至った。

ちなみに、図２中に示すように、ピンチロール９４にはパルスジェネレータが取り付けられており、その発するパルスを制御装置５０でカウントできるしくみになっており、その結果から、ピンチロール９４の回転周長と回転方向（逆転）を検知できる。なお、送りピッチＰは、一例を挙げると４００ｍｍであり、多くの場合、その値の内外である。

また、金型９２をはさんで搬送方向Ａにみて入側と出側にピンチロール９４が設置されているが、回転周長はいずれか一方の値をとるか、両者の平均をとるか、などは適宜決定してよい。

もっとも、ピンチロール９４の回転が搬送方向への送りピッチＰ相当分よりも例えば１ｍｍ少ないだけでスリップと判定する、というほど杓子定規である必要はなく、例えばプラスマイナス５０ｍｍの許容範囲を設けるなどしてもよいし、あるいは、先述の特許文献４のように、プレス荷重やクランク角度などの条件をさらに加えるなどしてもよく、スリップの検出の具体的な方法は一義的に上記に説明したものに限るものではない。

いずれにしても、例えば、以上の説明に示した方法あるいはその他の方法によりスリップを検出した場合、本発明では、図１（ｃ）に示すごとく、スリップを検出した時点での幅プレスあるいは搬送を行う動作に対し、その次の幅プレスを行う動作直後の搬送を行う動作中に、ホールドロールの被圧延材への押し付けを一時的に開放する。

図１（ｃ）中、ホールドロール上昇／下降としている箇所が、ホールドロールの被圧延材への押し付けを、一時的に開放しているタイミングに該当する。

このとき、油圧シリンダの制御のしかたは、ホールドロールの被圧延材への押し付けを一時的に開放できる限度において、どのような制御を行ってもよい。

（第２の実施の形態）
さらに、本発明では、同じく図１（ｃ）に示すごとく、ホールドロール９８の被圧延材８への押し付けを一時的に開放する際に、圧力を制御する定圧制御から位置（油圧シリンダ中の油柱長）を制御する定位置制御に切り替えるようにして、ホールドロール高さを制御することが好ましい。ここで、ホールドロール９８の被圧延材８への押し付け位置からの偏差に、例えば、図１（ｃ）中の例でいえば、設定被圧延材厚＋１０ｍｍという具合に、偏差目標を持たせた位置制御とするのがより好ましい。ここで、設定被圧延材厚とは、例えば、幅プレスを行う前の被圧延材８の厚さのような値を用いるのが好ましく、例えば、２５０ｍｍというような値を用いるのが好ましい。また、設定被圧延材厚に加える値（図１（ｃ）の例では、＋１０ｍｍ）は、ホールドロールによる拘束部の凹部の深さや、油圧シリンダの動作速度等を考慮して適宜定めればよい。

このように、ホールドロール９８の被圧延材８への押し付け位置からの偏差に目標値を持たせた位置制御とするのは、全くこのような目標値を与えないと、ホールドロール９８が被圧延材８の凹状となった拘束部を乗り越えられなかったり、逆に油圧シリンダが上昇し過ぎてしまい、次の被圧延材８に対し幅プレスを行う際に再度ホールドロール９８を被圧延材８に押し付ける動作が間に合わなくなるおそれがあるからである。

本発明によれば、熱間圧延にて、被圧延材の幅プレスを行うに際し、被圧延材８がホールドロール９８に拘束された状態でスリップし、被圧延材８を搬送方向Ａに動かせなくなる、という、従来技術の問題を解決することができ、鋼のみならず、あらゆる金属について、それを熱間圧延する熱間圧延ラインの安定的な稼働を図ることができる。

本発明の実施の形態について説明するための線図 本発明の実施の形態について説明するための線図 本発明を適用すべき、従来からある熱間圧延ラインの一例を示す線図 幅プレスの原理について説明するための斜視図 幅プレスの原理について説明するための平面図 被圧延材と金型がスリップする理由について説明するための平面図 従来技術の問題について説明するための線図

符号の説明

７ テーブルロール
８ 被圧延材
９ 幅プレス
９１ クランク軸
９２ 金型
９３，９３ａ，９３ｂ クランク機構
９４ ピンチロール
９５，９５ａ 油圧シリンダ
９６ ウォームギア
９８ ホールドロール
１０ 加熱炉
１２ 粗圧延機
１５ 仕上入側温度計
１６ デスケーリング装置
１８ 仕上圧延機
２３ ランナウトテーブル
２４ コイラー
５０ 制御装置
７０ プロセスコンピュータ
９０ ビジネスコンピュータ
１００ 熱間圧延ライン
Ａ 搬送方向

Claims (3)

1. 熱間圧延にて、被圧延材の幅プレスを行うに際し、被圧延材を幅プレスあるいは搬送を行う動作中、スリップを検出した場合に、次の幅プレスを行う動作直後の搬送を行う動作中、ホールドロールによる被圧延材の拘束を一時的に開放することを特徴とする熱間圧延における幅プレス方法。
2. ホールドロールによる被圧延材の拘束を一時的に開放する際、ホールドロールの被圧延材への押し付け位置からの偏差に目標値を持たせた位置制御を行うことを特徴とする請求項１の熱間圧延における幅プレス方法。
3. 請求項１又は２のいずれかの熱間圧延における幅プレス方法を用いた熱延金属板の製造方法。

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