JP3627654B2

JP3627654B2 - リングローリング圧延機によるリング状被圧延材の圧延方法及び制御装置

Info

Publication number: JP3627654B2
Application number: JP2001001236A
Authority: JP
Inventors: 欣弘平瀬; 孝有泉; 貞和升田; 猛志山田; 正一安藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: JP2002205103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リングローリング圧延機によるリング状被圧延材の圧延方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リングローリング成形圧延とは、圧延素材である環状の荒地の肉厚を大径のメインロールと棒状のマンドレルにより、また高さを円錐状のエッジャーロールによりそれぞれ圧延することによって目標とする半径方向寸法及び高さ寸法を有する製品に仕上げるものである。
【０００３】
このようなリングローリング成形圧延は肉厚方向と高さ方向を同時に圧延することから、圧延効率を確保しながら製品の仕上がり精度をよくするのは非常に難しく、リングローリング圧延機の制御の中核部であるどのようなパラメータをいかに設定して圧延進行パターンを決定するかは熟練者の経験に基づくノウハウになっているのが現状である。
【０００４】
このようなリングローリング圧延機の制御方法についての先行技術としては、例えば特開昭５４−１５５９７７号公報に記載のリング圧延機における圧下力自動制御方法がある。
同公報に開示された制御方法は、ワークの素材たる荒地の径寸法及び軸方向の幅寸法から、ワークの製品としての仕上目標の径寸法及び軸方向寸法の幅寸法に至るまでの圧縮途中の全域又は部分域における上記両寸法の相関関係情報を予めマイクロコンピュータ等からなる情報処理装置に格納しておく一方、圧延途中においてはワークの実際の両寸法を適時タイミングでサンプリングして情報処理装置に取り込み、各タイミングにおけるワークの各サンプリング寸法、すなわち実際のワークの径寸法及び幅寸法の前記相関関係情報の寸法からの偏りを検知して、該偏りを低減させる方向に半径方向圧下力及び軸方向圧下力を増減させるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開昭５４−１５５９７７号公報においても、径寸法及び幅寸法の相関関係情報の具体的内容については一切開示されていない。
このため、圧延工程において、上記従来技術のように例えば径寸法及び幅寸法の相関関係に基づく圧延を行うとしても、具体的にどのような相関関係に基づけばよいかは不明であり、結局上記先行例の制御方法も技術者の経験に基づくノウハウの域を超ていない。
【０００６】
このように、リング状被圧延材の圧延における最も重要な制御の核心部分が経験に基づくノウハウになっているため、経験・ノウハウの優劣が被圧延材の成形状態に諸に影響し、ひどい場合には図４に示すようなリング状被圧延材１の上下面へこみ（高さ方向へこみ）１ａ，１ｂや両側面へこみ（肉厚方向へこみ）１ｃ，１ｄが発生することになる。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、従来はノウハウとされていた圧延進行パターンを示してリングローリング圧延機によって良好な製品リングを得るためのリングローリング圧延機によるリング状被圧延材の圧延方法及び制御装置を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るリングローリング圧延機を用いたリング状被圧延材の圧延方法は、リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下を行うメインロール及びマンドレルと、リング状被圧延材の軸方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールと、リング状被圧延材の外径寸法を検知するトレーサとを具備するリングローリング圧延機によるリング状被圧延材の圧延方法であって、
リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たすように断面形状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％になる圧延工程を圧延途中の全域又は部分域に含むことを特徴とするものである。
【０００９】
また、リングローリング圧延機の制御装置は、リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下を行うメインロール及びマンドレルと、被圧延材の軸方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールと、被圧延材の外径寸法を検知するトレーサとを具備するリングローリング圧延機の制御装置であって、
該制御装置は、圧延進行パターンが記憶され、該圧延進行パターンに基づいて前記マンドレル及びエッジャーロールの位置制御を行う制御部を備え、前記圧延進行パターンは、リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たすように断面形状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率を０．９〜１．１％になる圧延工程を圧延途中の全域又は部分域に含むことを特徴とするものである。
【００１０】
また、マンドレルの位置を検出するマンドレル位置検出手段と、エッジャーロールの高さ位置を検出するエッジャーロール位置検出手段と、トレーサの位置を検出するトレーサ位置検出手段とを有し、前記制御部は、これら各検出手段の検出信号を入力して、これらの信号から圧延途中の被圧延材の形状を演算して、これと圧延進行パターンによる被圧延材のあるべき形状とを比較して、両者にずれがある場合にはそのずれを補正するようにマンドレル及びエッジャーロールの位置制御を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図３は本実施の形態のリングローリング圧延機の構成を概略的に示すもので、（ａ）は一部断面表示を含む側面図、（ｂ）は平面図である。図において、１はリング状被圧延材、２はメインロール、３はマンドレル、４はエッジャーロール、５はトレーサロールである。
【００１２】
メインロール２は、固定されており、一定速度で回転しながら圧延材１を一定外周速度で回転させる機能を有している。マンドレル３は、従動で、リング状被圧延材１の内径側に配置され、メインロール２と共にリング状被圧延材１を挟み付け、メインロール方向に移動して肉厚方向の圧下を行うようになっている。
【００１３】
エッジャーロール４，４は、一般にメインロール２とリング状被圧延材１の中心対称の位置に配置されて、円錐状のロールをリング状被圧延材１を挟んで上下に有している。そして、片方または両方のロールが駆動され、通常、上ロールが下方に移動してリング状被圧延材１に対し高さ方向の圧下を行うようになっている。
エッジャーロール４，４を円錐形状としているのは、圧延対象であるリング状被圧延材１の周速が、その内周側と外周側で異なり（内周側＜外周側）、その周速差を吸収させる必要があるためである。従って、エッジャーロール４，４は、円錐状ロールの先端がリング状被圧延材１の中心に一致するように配置され、リング状被圧延材１の径の成長とともにロール周面におけるリング状被圧延材１に対する圧下位置が水平方向（拡径側）に移動していくようになっている。
【００１４】
トレーサロール５は、メインロール２とリング状被圧延材１の中心対称の位置においてリング状被圧延材１の外周面に転接して、その進退によってリング状被圧延材１の外径寸法をトレーサロール５及びメインロール２夫々の被圧延材に対する転接面間寸法として捉えるためのものである。
【００１５】
以上のように構成されたリングローリング圧延機においては、トレーサロール５によりリング状被圧延材１の径を検出しながら、リング状被圧延材１をメインロール２とマンドレル３により半径方向の肉厚圧延を行い、上下のエッジャーロール４，４により軸方向の高さ圧延を行う。
【００１６】
次に、上記のように構成されたリングローリング圧延機における制御装置について説明する。
図１は制御装置の構成の説明図であり、マンドレル３の位置を検出するマンドレル位置検出手段７、エッジャーロール４の高さ位置を検出するエッジャーロール位置検出手段８、トレーサロール５の位置を検出するトレーサロール位置検出手段９を備えている。また、これらのマンドレル位置検出手段７、エッジャーロール位置検出手段８、トレーサロール位置検出手段９からの信号を入力すると共に、マンドレル位置制御部１１及びエッジャーロールの位置制御部１２に制御信号を出力する制御部１３を備えている。
【００１７】
制御部１３には予め設定された圧延進行パターンが記憶されており、制御部１３はこの圧延進行パターンに基づいてマンドレル位置制御部１１及びエッジャーロールの位置制御部１２に対する制御信号を出力する。また、マンドレル位置検出手段７、エッジャーロール位置検出手段８、トレーサロール位置検出手段９からの信号を入力して、これらの信号から実際の被圧延材の形状を演算して、これと予め設定した圧延進行パターンによる被圧延材のあるべき形状とを比較して、両者にずれがある場合にはそのずれを補正するようにマンドレル位置制御部１１及びエッジャーロールの位置制御部１２に制御信号を出力する。
【００１８】
図２は制御部１３に格納された圧延進行パターンの説明図である。図２において、横軸はリング状被圧延材の厚さを示しており、初期厚さＴＡ、最終厚さＴＢである。また、縦軸はリング状被圧延材の高さを示しており、初期高さＨＡ、最終高さＨＢである。したがって、図２では初期形状ＯＡＢＣのリング断面が圧延により最終形状Ｏａｂｃになることをも示している。
【００１９】
図２から判るように、本実施の形態の圧延進行パターンは、圧延途中においてリング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量（ＨＡ−ＨＢ）／（ＴＡ−ＴＢ）がほぼ一定値で直線的に変化するようにしたものである。換言すれば、図２において初期形状の頂点Ｂが最終形状の頂点ｂに直線的に変化するような形状変化によって初期形状ＯＡＢＣから最終形状がＯａｂｃに至るというものである。
そして、さらに本実施の形態の圧延進行パターンは、上記、高さ変化量／肉厚変化量（ＨＡ−ＨＢ）／（ＴＡ−ＴＢ）の値として、０．３６〜０．４７の範囲に設定し、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％になるように圧延するものである。
【００２０】
ここで、リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量を０．３６〜０．４７とし、かつ半径方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％になるようにする理由を説明する。
【００２１】
一般的に、リング状被圧延材のような一回転あたりの圧延が軽圧下圧延においてはダブルバルジ形状の変形をし、半径方向の圧下率が大きいと、図３に示すような高さ方向へこみ１ａ，１ｂが生ずることが知られている。
また、リング状被圧延材は高さ方向と厚み方向を同時に圧延するものであり、良好な圧延形状を得るにはこれらに一定の関係を持たせることが必要となる。
【００２２】
これらの知見に基づいて、発明者は、高さ／肉厚の圧下比について０．２７〜０．５８の範囲で、また肉厚圧下率について０．８〜１．２の範囲でそれぞれ変化させてリング状被圧延材の圧延状態（へこみ箇所及び量）について検証した。この結果を次の表１に示す。
なお、使用した鋼種はＳ４８Ｃで、リング状被圧延材の最終製品形状は、外径１４００ｍｍ、内径１３００ｍｍ、高さ９０ｍｍ、肉厚５０ｍｍである。
また、表１にはリングローリング圧延機の制御条件（高さ／肉厚圧下比、肉厚圧下率）、及び初期外径、初期内径、初期高さ、初期肉厚と、その圧延条件での実験結果（へこみの有無、へこみ箇所、へこみ量、判定）を示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１を見ると、高さ／肉厚圧下比が０．３６〜０．４７でかつ肉厚圧下率が０．９〜１．１の圧延制御条件においてへこみのない最終成形品を圧延することができることがわかる。
以上のように、発明者は、実験による検証の結果、上記のように、本発明の圧延進行パターンとして、圧延過程においてリング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値とし、かつ半径方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％の範囲内になるようにすることによって、良好な製品形状が得られることを見出したのである。
【００２５】
次に、上記のように構成された制御装置によって、リング状被圧延材を圧延する際の動作について説明する。
まず、目標とする製品寸法を基準として、上述した圧延進行パターンに基づいて荒素材の断面形状を決定する。
【００２６】
次に、上記のようにして荒素材の断面形状が決定された後、これを満たす荒素材を選定し、これを図３に示すリングローリング圧延機にセットして、制御部１３から、圧延進行パターンが上記のようになるように、マンドレル位置制御部１１及びエッジャーロール高さ制御部１２に対する制御信号を出力する。
そして、圧延開始後は、制御部１３はマンドレル位置検出手段７、エッジャーロール位置検出手段８、及びトレーサロール位置検出手段９からの信号を入力して、これらの信号から実際の被圧延材の形状を演算して、これと予め設定した圧延進行パターンによる被圧延材のあるべき形状とを比較して、両者にずれがある場合にはそのずれを補正するようにマンドレル位置制御部１１及びエッジャーロールの位置制御部１２に制御信号を出力する。マンドレル位置制御部１１及びエッジャーロールの位置制御部１２は、制御部１３からの信号を入力して、該信号に基づいてマンドレル３及びエッジャーロール４の位置制御を行う。
【００２７】
上記のような圧延進行パターンに基づくフィードバック制御による圧延を続行して、初期及び中期の主圧延工程が終了し、最終形状の近くになったら仕上げ工程として、外径成長速度が一定となるような制御に切り替えて、製品形状になるように形状を整える圧延を行う。
そして、トレーサロール位置検出手段からの情報に基づいて、リング状被圧延材の外径が目標値になったことを確認すると圧延を終了する。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、従来は熟練者のノウハウとされていた圧延進行パターンが、一定の明確な基準として示され、経験及びノウハウのないものであってもへこみのない良好なリング状被圧延材の圧延が可能となる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態においては、リング状被圧延材の外径寸法を検知するトレーサとしてリング状被圧延材に転接するトレーサロールを例に挙げたが、トレーサとしては例えば光学的手段を用いた非接触型のものであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たすように断面形状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％になるようにして圧延するので、経験及びノウハウのないものであってもへこみのない良好なリング状被圧延材の圧延が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である制御装置の構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の圧延進行パターンの説明図である。
【図３】本発明の実施の形態のリングローリング圧延機の槻念図である。
【図４】リングローリング成形の課題の説明図である。
【符号の説明】
１リング状被圧延材
２メインロール
３マンドレル
４エッジャーロール
５トレーサロール
７マンドレル位置検出手段
８エッジャーロール位置検出手段
９トレーサロール位置検出手段
１１マンドレル位置制御部
１２エッジャーロール位置制御部
１３制御部

Claims

リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下を行うメインロール及びマンドレルと、リング状被圧延材の軸方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールと、リング状被圧延材の外径寸法を検知するトレーサとを具備するリングローリング圧延機によるリング状被圧延材の圧延方法であって、
リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たすように断面形状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率が０．９〜１．１％になる圧延工程を圧延途中の全域又は部分域に含むことを特徴とするリング状被圧延材の圧延方法。
リング状被圧延材の半径方向の肉厚圧下を行うメインロール及びマンドレルと、被圧延材の軸方向の高さ圧下を行う上下一対のエッジャーロールと、被圧延材の外径寸法を検知するトレーサとを具備するリングローリング圧延機の制御装置であって、
該制御装置は、圧延進行パターンが記憶され、該圧延進行パターンに基づいて前記マンドレル及びエッジャーロールの位置制御を行う制御部を備え、前記圧延進行パターンは、リング状被圧延材の高さ変化量／肉厚変化量が０．３６〜０．４７の範囲内のほぼ一定値を満たすように断面形状を変化させ、かつ、１回転あたりの半径方向肉厚圧下率を０．９〜１．１％になる圧延工程を圧延途中の全域又は部分域に含むことを特徴とするリングローリング圧延機の制御装置。
マンドレルの位置を検出するマンドレル位置検出手段と、エッジャーロールの高さ位置を検出するエッジャーロール位置検出手段と、トレーサの位置を検出するトレーサ位置検出手段とを有し、前記制御部はは、これら各検出手段の検出信号を入力して、これらの信号から圧延途中の被圧延材の形状を演算して、これと圧延進行パターンによる被圧延材のあるべき形状とを比較して、両者にずれがある場合にはそのずれを補正するようにマンドレル及びエッジャーロールの位置制御を行うことを特徴とする請求項２記載のリングローリング圧延機の制御装置。