JP2013006190A - 条鋼の圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続圧延の利点である圧延材先後端部の歩留まり向上、およびミスロールの減少を実現した上で、製品寸法変更に伴うロール替えによる生産損失を低減する技術を確立することである。
【解決手段】加熱炉から抽出されたビレットの先行材と後行材を接合して圧延する条鋼の連続圧延において、最終仕上げ圧延機（サイジングミル６）とその上流側圧延機（ブロックミル５）間の圧延材に張力を付加するとともに、サイジングミル６のロール隙を低下し、圧延中に製品寸法を変化させるようにした。サイジングミル６入側の張力を変化させると、張力はサイジングミル６内の各スタンド間張力に伝搬して各スタンドでの幅広がり率が低下するため、サイジングミル６のロール隙を低下して小さくしても、圧延材の孔型からの噛みだしなく目標形状に成形でき、フリーサイズ圧延範囲を広げることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、条鋼の連続圧延におけるフリーサイズ圧延に関するものであって、ロール孔型替えを行うことなく広い範囲の製品寸法の条鋼を成形するための圧延技術に関する発明である。

従来、条鋼すなわち線材、棒鋼の熱間圧延では、加熱炉で所定の長さを有する素材（ビレット）を目標温度まで加熱した後、順次抽出し、１本毎に圧延されていた。このような従来の圧延では、以下のような問題点がある。
（１）線材の圧延では、最終仕上げ圧延速度は100m/s以上に達しており、圧延材の先端部が、圧延機入側のガイド等に突っかけることによるミスロールが発生する場合がある。この突っかけによるミスロールは、圧延材の先端がある限り発生する可能性があり、また圧延速度が大きくなるほど発生し易くなるため、生産性の向上にも限界がある。
（２）表面スケールや材質を制御するために、圧延材は仕上げ圧延後に水冷されるが、特に圧延材の先端部では、冷却水の抵抗により発生するミスロールを防止する観点から非水冷部が設定されている。このため、圧延材先端の非水冷部は切り捨てられており、圧延歩留まりの向上に限界がある。
（３）一般に最終仕上げ圧延機にはブロックミルが用いられており、このブロックミルのロールスタンド間で圧延材に張力を付加した圧延が行なわれている。この張力圧延では、圧延材の先端部と後端部には、圧延機（ロールスタンド）間で張力がかからない状態にあるため、製品寸法が変動する。このため、上記（２）とあわせて、製品寸法の観点からも先端部と後端部は切り捨てられている。

近年、これらの問題点を解決する手段として、例えば特許文献１に記載されているように、条鋼の圧延においても、圧延を開始した先行圧延材の後端と、加熱炉から抽出した後行圧延材の先端を順次接合し、エンドレスで圧延を実施する連続圧延法が開発されてきている。この連続圧延方法を採用することで、先端の通材回数が低下し、またミスロールの発生率も低下し、圧延材先端部および後端部の切捨て量も減少し、生産性や歩留まりが向上する。

特開２０００-５８０２号公報

しかし、孔型ロールによって線材や棒鋼に成形する条鋼圧延では、目標製品寸法毎に異なる形状の孔型ロールが必要となり、また１製品寸法毎の圧延量が比較的少量である場合が多いため、連続圧延を実施したとしても製品寸法毎にロール替えが必要となる。このロール替え時間による生産損失は、連続圧延を実施しても避けることができず、連続圧延による生産性向上の効果を十分にあげることができないという問題があった。また、ロール隙の変更のみで目標板厚を制御することが可能である板圧延の場合と異なり、条鋼の圧延では、ロール隙の変化のみで目標寸法の製品に成形するには、従来のサイジング圧延によるフリーサイズ圧延技術を用いても限界があった。

そこで、この発明の課題は、連続圧延の利点である圧延材先後端部の歩留まり向上、およびミスロールの減少を実現した上で、製品寸法変更に伴うロール替えによる生産損失を低減する技術を確立することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

請求項１に係る条鋼の圧延方法は、加熱炉から抽出されたビレットの先行材と後行材を接合して被圧延材とし、圧延を止めることなく連続して圧延する条鋼の圧延方法において、最終仕上げ圧延機とその上流側圧延機間の圧延材に所定の張力を付加するとともに、最終仕上げ圧延機のロール隙を基準隙から所定量だけ低下させ、圧延中に製品寸法を変化させることを特徴とする。

近年の線材工場のレイアウトでは、図１にその一例を示すように、仕上げ圧延機として設置されるブロックミル５の後段側に、最終圧延機として、数台程度の圧延機からなり、主に寸法精度の向上を目的とした低減面率の圧延機であるサイジングミル６が設置されている。

一般に、ブロックミル内では、圧延機（ロール）間隔が短いためループを形成して無張力状態にできないため、主に、圧延材のたくれ等によるミスロールを防止する観点から、圧延材にはスタンド（ロール）間張力が付与されている。圧延機の入側、出側に張力が付加されると、圧延後の幅広がり（圧延後の幅寸法−圧延前幅寸法）は減少する。２つの圧延機において圧延機間に張力が付加されている場合、尾端が１つ目の圧延機を抜けると圧延機間張力が０となるため、幅寸法は増大する。従って、線材棒鋼の圧延では製品の寸法変動を防止するために、圧延機間の張力を極力無張力に近いように調整する。一方、ブロックミル−サイジングミル間では、圧延材に張力が作用していると、圧延材の尾端がブロックミルを抜けた瞬間に、圧延材の幅寸法が大きくなり、目標とする製品寸法精度を実現することができなくなる。このため、ブロックミル−サイジングミル間では、圧延材に極力張力が作用しないように、ミルモータの回転数を調整している。

前記サイジングミルでは、通常、最後の２スタンドでは、いずれも軽減面率の「丸」ロール孔型が用いられ、同じロール孔型で、ロール隙の変更のみで比較的広い範囲の製品寸法が圧延できる（フリーサイズ圧延）利点がある。標準孔型寸法よりも小さい直径の製品を成形するには、４スタンド（あるいは最終２スタンド）のロール隙を小さくすることで対応できるが、ロール隙を小さくするほど、すなわち減面率を大きくするほど幅広がりは増大するため、圧延材は孔型からはみ出すことになり、圧延可能な製品寸法範囲にも限界が生じる。

上記のように、加熱炉から抽出されたビレットの先行材と後行材を接合して圧延する連続圧延では、連続圧延が終了するまで圧延材の尾端はないため、最終製品寸法さえ保証できれば、上記ブロックミル−サイジングミル間で圧延材に張力が付加されていても、個々のビレット尾端で幅寸法が大きくなるという問題はなくなる。また、サイジングミル入側の張力が変化すると、この張力はサイジングミル内の各スタンド間張力に伝搬し、サイジングミルの各スタンドでの幅広がり率が低下することから（非特許文献１参照）、最終仕上げ圧延機のロール隙を圧下して小さくしても、圧延材の孔型からの噛みだしなく目標形状に成形でき、圧延可能な製品寸法範囲、すなわちフリーサイズ圧延範囲を広げることができる。

串田ほか：Ｒ＆Ｄ 神戸製鋼技報／Vol.56,No.3(Dec.2006),P.16

請求項２に係る条鋼の圧延方法は、前記最終仕上げ圧延機と上流側圧延機の間に、被圧延材の移動速度を計測するための移動速度計測装置を設けて、前記被圧延材の先端部が前記上流側圧延機を出て、前記最終仕上げ圧延機に噛み込むまでの被圧延材の先端部の移動速度をＶ０、および前記被圧延材の先端部が前記最終仕上げ圧延機に噛み込んだ後、この被圧延材の後端部が前記上流側圧延機を抜けるまでの被圧延材の中間部の移動速度をＶ１としたとき、前記最終仕上げ圧延機を出た後の被圧延材の全長にわたって、その寸法が均一となる移動速度比Ｒ＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０×１００を予め求めておき、実操業において前記移動速度計測装置で計測した移動速度Ｖ０ｍと前記移動速度比Ｒを用いて、式（１）により、
Ｖ１ａ＝Ｖ０ｍ＋Ｖ０ｍ×Ｒ／１００ ---------（１）
前記被圧延材の先端部が前記最終仕上げ圧延機に噛み込んだ後、この被圧延材の後端部が前記上流側圧延機を抜けるまでの被圧延材の中間部の目標移動速度Ｖ１ａを求め、前記被圧延材の移動速度Ｖ１が目標移動速度Ｖ１ａとなるように、前記最終仕上げ圧延機の駆動モータの回転数を制御することによって、前記最終仕上げ圧延機と上流側圧延機間の被圧延材に所定の張力を付加することを特徴とする。

本願発明者らが特許文献２で開示したように、最終仕上げ圧延機を出た後の圧延材の全長にわたって、その寸法が均一となる移動速度比Ｒを予め実験などにより求めておき、計測した圧延材先端部の移動速度Ｖ０ｍと前記移動速度比Ｒを用いて、前記目標移動速度Ｖ１ａを求めることにより、簡単な演算処理により、圧延材先端が最終仕上げ圧延機に咬み込まれた瞬間か端部にら、最終仕上げ圧延機の駆動モータ制御が可能となるので、従来技術に比べて先未制御部分が生じず、製品全長にわたって、寸法変動が無く、また、高精度の寸法制御が可能となる。

特開２００４−６６２６３号公報

請求項３に係る条鋼の圧延方法は、前記移動速度計測装置がドップラー速度計であることを特徴とする。

この発明では、条鋼の連続圧延において、最終仕上げ圧延機であるサイジングミルとその上流側圧延機であるブロックミル間の圧延材に張力を付加するとともに、最終仕上げ圧延機のロール隙を圧下するようにしたので、最終仕上げ圧延機のロール隙を圧下して小さくしても、圧延材の孔型からの噛みだしなく目標形状に成形でき、フリーサイズ圧延範囲を広げることができる。

また、最終仕上げ圧延機を出た後の圧延材の全長にわたって、その寸法が均一となる移動速度比Ｒを予め実験などにより求めておき、計測した圧延材先端部の移動速度Ｖ０ｍと前記移動速度比Ｒを用いて、前記目標移動速度Ｖ１ａを求めることにより、簡単な演算処理によって圧延材先端が最終仕上げ圧延機に咬み込まれた瞬間から、最終仕上げ圧延機の駆動モータ制御が可能となるので、従来技術に比べて先端部に未制御部分が生じず、製品全長にわたって寸法変動が無く、かつ高精度の寸法制御が可能となる。

線材工場のレイアウトの一例を示す説明図である。 （ａ）サイジングミル各スタンド出側の圧延材の断面形状を示す説明図である（基準条件）。（ｂ）同上（本発明例）（ｃ）同上（本発明例）（ｄ）同上（比較例）

以下に、この発明の実施形態を添付の図１および図２に基づいて説明する。

図１に線材工場のレイアウトの一例を示したように、被圧延素材であるビレットは、加熱炉１で所要の熱間圧延温度にまで加熱された後抽出され、粗圧延機列２および中間圧延機列３、４で順次圧延され、水冷帯８での水冷により仕上げ圧延開始温度が調節され、ブロックミル５で仕上げ圧延される。そして、仕上げ圧延により温度上昇した被圧延材１１は、水冷帯９で水冷されて圧延開始温度が調節され、寸法精度の向上等を目的としてサイジングミル６で最終圧延された後、水冷帯１０での調整冷却により巻取り温度が調節されて巻取り機７で巻取られ、所要の調整冷却が施された後コイル状に集束されて製品となる。

前記圧延素材のビレットは、加熱炉１の出側で、接合装置（図示省略）により溶接され、ビレットは、１つの製品寸法Ｄ０に対応する基準孔型により、例えば、鋼種や受注量毎などロット単位で連続圧延される。次に、受注量により、製品寸法をＤ０からＤ１に変更するときには、ブロックミル５−サイジングミル６間で、被圧延材１１に作用する張力が予め設定した値となるように、ブロックミル５およびその上流側の圧延機のロール回転数を一律に低下させる。このロール回転数調整と同時に、サイジングミル６のロール隙を予め設定した値に変更することにより、孔型替えをしなくても、製品寸法Ｄ０に対応する基準孔型を用いて、寸法Ｄ１の製品を、鋼種や受注量毎などロット単位で連続圧延することができる。前記製品寸法Ｄ０からＤ１への目標製品寸法の移行は圧延を止めずに進行するため、移行する製品寸法Ｄ１として、基準孔型を用いる製品寸法Ｄ０に近い寸法を選択すれば、寸法移行に伴うブロックミル５−サイジングミル６間の張力設定の変更時、およびサイジングミル６におけるロール隙変更時の製品の寸法変動を、寸法公差内に吸収することができる。

前記張力およびロール隙変更時の寸法変動距離、すなわち寸法変動が生じる圧延材の長さをできるだけ短くするために、寸法移行時に全圧延機の回転数を一律に調整して、最終圧延速度を遅くしてもよい。この回転数の一律調整は、となり合う圧延機でロール径×ロール回転数の比が一定になるように、圧延機のモータ回転数を変更することにより、行なうことができる。また、前記製品寸法移行時は、サイジングミル６の出側に設置したオンライン寸法測定器（図示省略）で計測した製品の実績幅寸法と、目標幅寸法の差に基づいて、ブロックミル５−サイジングミル６間の回転数比、すなわちこの間の圧延材に作用する張力をフィードバック制御してもよい。この回転数比の制御は、サイジングミル６の方のモータ回転数を調節することにより、行なうことが望ましい。

前記ブロックミル５−サイジングミル６間の張力については、特許文献２に記載したように、被圧延材の先端がサイジングミル（最終仕上げ圧延機）６に噛み込むまでの、この被圧延材の先端部の移動速度（V0）と、圧延材の先端がサイジングミル６に噛み込んだ後、この被圧延材の後端部がブロックミル(上流側圧延機)を抜けるまでの被圧延材の中間部の移動速度（V1）を、ブロックミル−サイジングミル間に設置した、例えば、ドップラー速度計などの移動速度計測装置（図示省略）で計測し、移動速度比Ｒ＝(V1-V0)/V0を用いて制御することもできる。すなわち、サイジングミル（最終仕上げ圧延機）６を出た後の圧延材の全長にわたって、その寸法が均一となる移動速度比Ｒ＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０×１００を予め求めておき、実操業において前記移動速度計測装置で計測した被圧延材トップ部の移動速度Ｖ０ｍと前記移動速度比Ｒを用いて、式（１）により、
Ｖ１ａ＝Ｖ０ｍ＋Ｖ０ｍ×Ｒ／１００ ---------（１）
圧延材の先端部がサイジングミル（最終仕上げ圧延機）に噛み込んだ後の被圧延材の目標移動速度Ｖ１ａを求め、前記被圧延材の移動速度Ｖ１が目標移動速度Ｖ１ａとなるように、サイジングミル（最終仕上げ圧延機）の駆動モータの回転数を制御することによって、サイジングミル（最終仕上げ圧延機）とブロックミル（上流側圧延機）５間の被圧延材に作用する張力を制御することができる。なお、本発明者らが実施した数値解析および実機実験の結果から、ブロックミルーサイジングミル間の圧延機間張力が120MPaを超えると、圧延材が断線する場合があった。この断線は、張力のほかに圧延材の鋼種や温度にも依存するが、前記解析および実験結果から、ブロックミル５−サイジングミル６間の張力は100MPa未満とすることが好ましい。

製品寸法Φ11.5mmを基準製品寸法とし、サイジングミルでの圧延条件を表１としたときの、数値解析によるサイジングミル各スタンド（＃１(No.1std)〜＃４(No.4std)）出側の圧延材の断面形状を図２（ａ）〜（ｄ）に、製品寸法およびサイジングミルにおけるスタンド間張力の解析結果を表２に示す。

表１(No.1)に示したように、製品直径が11.5mmの場合の圧延条件、すなわちブロックミル−サイジングミル間張力（＝０）、サイジングミル各スタンドのロール隙を基準圧延条件とした。この基準圧延条件では、図２（ａ）に示すように、被圧延材１１は各スタンド（＃１〜＃４）の孔型１２ａ〜１２ｄに適正充満している（被圧延材１１ａ〜１１ｄ）。この基準圧延条件の孔型１２ａ〜１２ｄを用いて製品寸法を変化させる場合、例えば、No.4（比較例）のように製品直径を11.0mmに変化させる場合には、各スタンド（＃１〜＃４）のロール隙を基準ロール隙（基準隙）から0.5mm低下させている。この条件で圧延した場合、製品寸法は寸法公差、偏径差ともに良好となるが（表２、No.4）、図２（ｄ）に示すように、＃１で、孔型１２ａからの噛みだしが生じる（矢印指示部位）。この被圧延材１１ａの噛み出しが生じた場合、次のスタンド（＃２）の孔型１２ｂでこの噛み出し部分が押さえ込まれて、被圧延材１１ｂに折れ込み疵が発生することになる。また、サイジングミル＃１(1std)〜＃２(2std)間で負のスタンド間張力すなわち圧縮力が作用し、ミスロールやスタンド間の振動の発生が懸念される。当然、これよりも小さい寸法を目標製品直径とした場合、上記の現象がさらに顕著となる。

一方、No.2の本発明例では、製品直径を11.0mmに変化させるために、No.4の比較例の場合と同様に、各スタンド（＃１(No.1std)〜＃４(No.4std)）のロール隙を0.5mm低下させている。しかし、本発明例の場合には、表１(No,2)に示したように、最終仕上げ圧延機と上流側圧延機間、すなわちブロックミル−サイジングミル間（＝サイジングミルNo.1std入側）に、前述の100MPa以下の適正な張力を作用させているため、図２（ｂ）に示すように、＃１の孔型１２ａで噛み出しを生じることなく、被圧延材は各スタンド(＃１〜＃４)に適正に充満し（被圧延材１１ａ〜１１ｄ）、また＃１〜＃４の各スタンド間には、いずれも張力が作用し、圧縮力は作用していない。このように、圧延中に製品寸法を変化させても、折れ込み疵やミスロールの発生などの問題もなく、サイジングミルによる高寸法精度の圧延を実現することができる。

また、No.3の本発明例では、目標製品直径を10.5mmとするために、各スタンド（＃１(No.1std)〜＃４(No.4std)）のロール隙を、基準ロール隙（基準隙）から0.7〜1.0mm低下させている。このように、目標製品直径をさらに小さくしても、サイジングミル＃１入側に100MPa以下の適正な張力が作用しているため、図２（ｃ）に示すように、＃１の孔型１２ａで噛み出しや断線を生じることなく、被圧延材は各スタンド(＃１〜＃４)の孔型１２ａ〜１２ｄに適正に充満し（被圧延材１１ａ〜１１ｄ）、また＃１〜＃４の各スタンド間には、いずれも張力が作用し、圧縮力は作用していなく、No.2の本発明例の場合と同様に、サイジングミルによる高寸法精度の圧延を実現することができる。なお、上記実施例は、最終仕上げ圧延機がサイジングミルの場合の解析結果であるが、最終仕上げ圧延機がブロックミルの場合でも、本発明を適用し、同様の効果が得られる。

１：加熱炉 ２：粗圧延機列 ３、４：中間圧延機列
５：ブロックミル ６：サイジングミル ７：巻取り機
８、９．１０：水冷帯 １１、１１ａ〜１１ｄ：被圧延材
１２ａ〜１２ｄ：孔型

Claims (3)

1. 加熱炉から抽出されたビレットの先行材と後行材を接合して被圧延材とし、圧延を止めることなく連続して圧延する条鋼の圧延方法において、最終仕上げ圧延機とその上流側圧延機間の圧延材に所定の張力を付加するとともに、最終仕上げ圧延機のロール隙を基準隙から所定量だけ低下させ、圧延中に製品寸法を変化させることを特徴とする条鋼の圧延方法。
2. 前記最終仕上げ圧延機と上流側圧延機の間に、被圧延材の移動速度を計測するための移動速度計測装置を設けて、前記被圧延材の先端部が前記上流側圧延機を出て、前記最終仕上げ圧延機に噛み込むまでの被圧延材の先端部の移動速度をＶ０、および前記被圧延材の先端部が前記最終仕上げ圧延機に噛み込んだ後、この被圧延材の後端部が前記上流側圧延機を抜けるまでの被圧延材の中間部の移動速度をＶ１としたとき、前記最終仕上げ圧延機を出た後の被圧延材の全長にわたって、その寸法が均一となる移動速度比Ｒ＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｖ０×１００を予め求めておき、前記移動速度計測装置で計測した移動速度Ｖ０ｍと前記移動速度比Ｒを用いて、式（１）により、
   Ｖ１ａ＝Ｖ０ｍ＋Ｖ０ｍ×Ｒ／１００ ---------（１）
   前記被圧延材の先端部が前記最終仕上げ圧延機に噛み込んだ後、この被圧延材の後端部が前記上流側圧延機を抜けるまでの被圧延材の中間部の目標移動速度Ｖ１ａを求め、前記被圧延材の移動速度Ｖ１が目標移動速度Ｖ１ａとなるように、前記最終仕上げ圧延機の駆動モータの回転数を制御することによって、前記最終仕上げ圧延機と上流側圧延機間の被圧延材に所定の張力を付加することを特徴とする請求項１に記載の条鋼の圧延方法。
3. 前記移動速度計測装置がドップラー速度計であることを特徴とする請求項２に記載の条鋼の圧延方法。
   
   

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