JP3933325B2

JP3933325B2 - 圧延機

Info

Publication number: JP3933325B2
Application number: JP27860798A
Authority: JP
Inventors: 尚也野田; 滋菱川
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP2000102806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属板、条製品を製造する圧延機に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属板製品の品質を定める重要な要素の一つとして、板厚精度が挙げられる。そして、近年の品質要求の高度化に伴い、この板厚精度は、圧延した板材の長手方向のみならず、幅方向にも要求されるようになってきた。即ち、板材の長手方向の板厚変動分を減少させるだけでなく、幅方向の板厚変動分をも減少させる必要が生じてきた。
【０００３】
このような板材の幅方向の板厚分布を一般に板クラウンといい、この板厚変動分の最大値を板クラウン量という。そして、最終的に製品となった段階の板クラウン量は、熱間圧延工程での板クラウンによってほぼ決定される。このように、熱間圧延工程での板クラウンは、最終製品の板クラウン量と密接な関係を有するため、熱間圧延工程での板クラウン制御のための様々な制御方法及び装置が開発され、導入されてきた。
【０００４】
このような制御方法を例示すると、例えば、▲１▼イニシャルクラウン方式▲２▼ワークロールベンダー方式▲３▼クロスロール方式▲４▼スリーブ付バックアップロール方式▲５▼シフトロール方式▲６▼ヒートクラウン方式等が挙げられる。
▲１▼イニシャルクラウン方式とは、ワークロールの研磨時にロールたわみを考慮した適正なロールクラウンを与え、このワークロールを用いて板クラウンを制御する方式である。
【０００５】
▲２▼ワークロールベンダー方式とは、ワークロール軸受箱を油圧ジャッキで押し付け、ロールの撓みを変化させて板クラウンを制御する方式である。
▲３▼クロスロール方式とは、上下ワークロールに可変の交差角をもたせてロールギャップを幾何学的に変化させることで板クラウンを制御する方式である。
▲４▼スリーブ付バックアップロール方式とは、スリーブ付バックアップロールの表面形状を油圧力等で変形させて板クラウンを制御する方式である。
【０００６】
▲５▼シフトロール方式とは、上下ワークロールに特殊な非対称クラウンや片テーパを付与してこれらを夫々、逆方向にシフトさせてロールギャップを幾何学的に変化させることで、板クラウンを制御する方式である。
▲６▼ヒートクラウン方式とは、冷却スプレーをロールの幅方向に強弱のパターンを付けながらワークロールに噴射し、ワークロールを幅方向に不均一に冷却することで、ワークロールの熱膨張量の分布を制御し、これによって、板クラウンを制御する方式等である。
【０００７】
かかる方式を利用した板クラウン制御方法は、例えば、特開平５−１８５１０７号公報に開示されている。かかる公報において、上下作業ロールに略同一形状の凹凸を有するイニシャルクラウンが、互いに点対称になるように形成されている。より詳細には、イニシャルクラウンは点対称にロールセンター及び左右ロール端部で、ロール軸に平行で原点を通る直線と交差すると共に、ロールの左右端部に左右同一幅のフラット域を形成して、ロール端面を左右同心同径とし、原点を通る直線とフラット域の水平レベルとを一致させて互いに軸方向に移動自在に設け、補強ロールと組み合わせる構成が開示されている。
【０００８】
一方、特開昭６３−２０１０６号公報には、作業ロール対の上下に外部ロールが設けられ、これらのロール対のいずれかがバレルの全長に亘りそれらのロール輪郭が湾曲して形成されている圧延機のロールにおいて、ロール対のロール輪郭がロール軸方向に関する三次式であってその極大値と極小値とを有する部分からなり、ロール対の一方と他方のロール輪郭とがバレル長手方向平行移動を含めて点対称に形成され、更に該ロール対が軸方向固定ロールに対し軸方向移動自在にされる構造のものが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した板クラウン制御方法は、板クラウンを制御するに当たって、ロール面長に対する圧延材の板幅の比率が充分に大きい場合には、特に問題なくその性能を発揮してきた。
しかし、圧延材の生産性の向上や圧延機の設備費の低減の為に、大型の圧延機で様々な板幅を有する圧延材を生産する必要がある。大型の圧延機で幅狭の圧延材を生産しようとすると、ロール面長に対する圧延材の板幅の比が小さくなり、有効な制御量が極端に低下する特性がある。その結果、板クラウンを適切に制御できなくなることがある。
【００１０】
一方、圧延材の板幅が狭くても、板クラウンを有効に制御できるようにすると、全体の制御能力を増大させなければならず、オーバースペックとなり、構造上の無理が生じてしまう。又、幅広の圧延材を圧延するときに、板クラウン制御が不安定となる等の問題もあった。
上述の不都合を回避するために、ワークロール間を通過する板材の幅毎にロールを交換したり複数の機構を設置し、板幅変化毎にロール位置を変化させる等の対応が必要である。しかし、このような対応は、圧延機の設備費の増大や圧延材の生産性の低下を招いてしまい、好ましくない。
【００１１】
本発明の目的は、鉄鋼、アルミニウム、銅等の金属板製品の製造工程である熱間圧延工程において、特に、幅広の圧延機を用いて幅狭の板材を圧延する場合に板クラウンを効果的に制御する圧延機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る圧延機は、上下ワークロール及びバックアップロールを備え、圧延材を適正な板クラウンに圧延制御する圧延機であって、上下ワークロール及び上下バックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状が、ロールバレル両端部からロールバレルセンターに向かって膨出しており、且つ、ロールバレルセンターとロールバレル両端部との間で夫々所定量だけ窪み、滑らかな曲線から形成されていることを特徴としている。
【００１３】
従来の圧延機のローラのように、イニシャルクラウンは単なる２次関数の曲線で規定されておらず、上下ワークロール及びバックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状が、ロールバレルセンターとロールバレル両端部との間で夫々所定量だけへこんでいるので、様々な板幅の圧延材を適正な板クラウンを有するように圧延することができる。
【００１４】
好ましくは、本発明の圧延機は、上述の圧延機において、上下ワークロール及び上下バックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状は、ロールバレルセンターを中心に左右対称である多項式や三角関数式又はこれらの式の合成によって近似され、該形状は更に、該形状のロールセンター位置及び左右のバレル端近傍の３点で外接する２次曲線との差分をとって得られる板クラウン制御補正用曲線が、ロールセンターとバレル左右端との中間に夫々、絶対値が前記２次曲線のクラウン量の３パーセント以上、好ましくは、２次曲線のクラウン量の３パーセント以上３５パーセント以下であり、極小値が、バレルセンターからバレル左右端位置までの３５パーセント乃至８５パーセントに存在する窪みを有することを特徴としている。
【００１５】
上下ワークロール及びバックアップロールを合成した形状が、板クラウン制御補正用曲線によって補正されているので、圧延材を適正な板クラウンを有するように圧延することができる。特に大型の圧延機で幅狭の圧延材を圧延する場合などの、ロール面長に対する圧延材の板幅の比が小さい場合に、有効な制御量を低下させずに圧延を行うことができる。
【００１６】
より好ましくは、本発明の圧延機は、上述の圧延機において、上下ワークロールが、夫々異なる形状のイニシャルクラウンを有することを特徴としている。又は、本発明の圧延機は、上述の圧延機において、ワークロール及びバックアップロールが、夫々異なる形状のイニシャルクラウンを有することを特徴としている。
【００１７】
夫々のロール毎に単純な形状のイニシャルクラウンを形成し、これを合成したイニシャルクラウンによって、様々な板幅の圧延材を適正な板クラウンを保つように圧延することができる。従って、ワークロールやバックアップロールの研磨がし易くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る圧延機について説明する。
本発明の一実施形態に係る圧延機１０は、図１に模式的に示すように、圧延材を直接圧延するワークロール１１ａ，１１ｂと、ワークロール１１ａ，１１ｂの上下に設けられたバックアップロール１２ａ，１２ｂと、これらのロールに圧延荷重を加える圧下装置１３と、圧下装置１３を制御して圧延を適正に行う圧延制御装置１４等とから構成されている。
【００１９】
上下ワークロール１１ａ，１１ｂは、イニシャルクラウンを有する中高のバレル形状を有している。このイニシャルクラウンは図２(ｘ)に示す形状を有し、この形状は、ワークロールの長手方向中心（バレルセンター）を座標中心としたとき、例えば、以下の多項式によって表される。
ｙ＝ｄ−(0.16Ｌ⁴−0.67Ｌ³＋0.84Ｌ²−0.03Ｌ)…(A-1)
但し、ｙ：ロール形状(mm)
ｄ：バレルセンターにおけるロール半径(mm)
Ｌ：バレルセンターからの距離(m)
【００２０】
図１に示すように、上下バックアップロール１２ａ，１２ｂにはイニシャルクラウンは形成されていない。即ち、上下バックアップロール１２ａ，１２ｂは、真円筒のバレル形状を有している。本実施形態の場合、上述の通り、上下ワークロール１１ａ，１１ｂのイニシャルクラウンはバレルセンターからの距離Ｌの４次関数であり、上下バックアップロール１２ａ，１２ｂにはイニシャルクラウンは形成されていないので、上下ワークロール１１ａ，１１ｂ及びバックアップロール１２ａ，１２ｂのイニシャルクラウンを合成した形状はロールバレルセンターを中心に左右対称である多項式（４次関数式）によって近似される形状、即ち、式(A-1)で表される形状に等しい。
【００２１】
イニシャルクラウンの合成形状は、上下の直径当たりのワークロールクラウンと上下の半径当たりのバックアップロールクラウンを加え、そのクラウン量を２で割ったときの形状とする。尚、イニシャルクラウンの合成形状をワークロールのみに付与した圧延機で圧延した場合の板と、合成以前のイニシャルクラウンをワークロールとバックアップロールに夫々付与した圧延機で圧延した板とが略同等の形状を有することは既に確認済みである。
【００２２】
更に、図２(y)及び図２(z)に示すように、上下ワークロール１１ａ，１１ｂのイニシャルクラウンを表す４次関数式(A-1)とロールバレルセンター位置及び左右のバレル端近傍の３点で外接する２次曲線式は、以下の式(A-2)で示される。
ｙ＝ｄ−0.1254Ｌ²…(A-2)
かかる式(A-1)から式(A-2)を引いた式(A-3)が、板クラウン制御補正用曲線となる。即ち、
ｆ(L)＝−0.16Ｌ⁴＋0.67Ｌ³−0.7146Ｌ²＋0.03Ｌ…(A-3)
図２(u)に示す式(A-3)の窪みの極小値ｂは、２次曲線を表す式(A-2)のクラウン量ａの３パーセント以上３５パーセント以下の範囲に含まれている。窪みの極小値ｂがこのクラウン量ａの３パーセント未満であると補正が不十分となり、板クラウン形状改善の効果が得られず、窪みの極小値ｂがこのクラウン量ａの３５パーセントを超えると補正し過ぎとなり、板クラウン形状に不都合が生じる。更に、式(A-3)の窪みの極小値ｂのバレルセンターからの距離ｃは、バレルセンターからバレル左右端位置までの距離の３５パーセント乃至８５パーセントである。窪みの極小点ｃの位置が３５パーセント乃至８５パーセントの範囲未満であると、板幅の広い板材の板クラウン改善効果が十分でなく、窪みの極小点ｃの位置が３５パーセント乃至８５パーセントの範囲を超えると、板幅の狭い板材の板クラウン改善効果が十分でなくなる。
【００２３】
尚、上下ワークロール及び上下バックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状の最大膨出量が９００μｍ以下であり、ロールバレルセンターとロールバレル両端部との間の窪み量が前記最大膨出量の３パーセント乃至３５パーセントの範囲で限定すれば、圧延機のサイズ、主に使用する荷重領域、製品構成等において、特に限定されることなく広範囲に亘って上述の所望の合成イニシャルクラウン形状を得ることが可能となる。
【００２４】
【実施例】
上述の実施形態のように、イニシャルクラウンを上下ワークロールにのみ形成した４段圧延機を用いてアルミニウム材料を熱間粗圧延する一方、従来の２次曲線で表されるイニシャルクラウンを上下ワークロールにのみ形成した４段圧延機を用いてアルミニウム材料を熱間粗圧延し、両者の製品（圧延材）の板クラウン量を比較した。
【００２５】
圧延機の仕様は、ワークロールが直径９６０(mm)×全長４３２０(mm)、バックアップロールが直径１５００(mm)×全長４２５０(mm)である。又、バックアップロール▲１▼（本実施形態に係るバックアップロール）のイニシャルクラウンは、式(A-1)に、ｄ＝480(mm)を代入したものであり、バックアップロール▲２▼（従来例に係るバックアップロール）のイニシャルクラウンは、２次曲線で表されるイニシャルクラウンで半径当たりのクラウン量を＋350μmとしたものであり、更に、バックアップロール▲３▼（従来例に係るバックアップロール）のイニシャルクラウンは、２次曲線で表されるイニシャルクラウンで半径当たりのクラウン量を＋650μmとしたものである。
【００２６】
かかるワークロールによって材料サイズ：厚さ20(mm)×幅1250(mm)，厚さ20(mm)×幅4000(mm)の２種類のアルミニウム材を圧延したところ、以下のクラウン量が得られた。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１に示すように、従来例のロール▲２▼で板幅1250(mm)の材料を圧延すると、板クラウン量は大きすぎ、従来例のロール▲３▼で板幅4000(mm)の材料を圧延すると、板クラウン量は小さすぎる。しかし、本実施形態に係るロール▲１▼で圧延した場合は、板幅1250(mm)の板材、板幅4000(mm)の板材の両材料とも適度な板クラウン量が得られ、広範囲の板幅を有する材料を精度良く圧延できることが分かった。
【００２９】
尚、上述の実施形態と異なり、イニシャルクラウンは、ロールバレルセンターからの距離Ｌ(m)の４次式に限定されず、ロールバレルセンターを中心に左右対称である多項式と三角関数式を合成した形状を有しても良い。
又、イニシャルクラウンは、必ずしも上下ワークロールのみに形成されていなくても良い。例えば、上下ワークロール及びバックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状が２次曲線と三角関数とを合成した形状を有するとき、図３に示すように、２次曲線で表されるイニシャルクラウンをバックアップロール２２ａ，２２ｂに形成し、三角関数で表されるイニシャルクラウンをワークロール２１ａ，２１ｂに形成しても良い。
【００３０】
更に又、上述のように、上下ワークロール及びバックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状が２次曲線形状と三角関数とを合成した形状を有するとき、図４に示すように、三角関数で表されるイニシャルクラウンを上ワークロール３１ａに形成し、２次曲線で表されるイニシャルクラウンを下ワークロール３１ｂに形成しても同様の板クラウン制御効果が期待できる。このように、単純な曲線で表されるイニシャルクラウンを別々のロールに形成することは、ロール研磨時にＮＣ研磨機がなくロールを複雑な形状に研磨できない場合に特に有効である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る圧延機は、上下ワークロール及び上下バックアップロールを備え、圧延材を適正な板クラウンに圧延制御する圧延機であって、上下ワークロール及び上下バックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状が、ロールバレル両端部からロールバレルセンターに向かって膨出しており、且つ、ロールバレルセンターとロールバレル両端部との間で夫々所定量だけ窪み、滑らかな曲線から形成されていることを特徴としている。
【００３２】
従来の圧延機のローラのように、イニシャルクラウンは単なる２次関数の曲線で規定されておらず、上下ワークロール及び上下バックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状が、ロールバレルセンターとロールバレル両端部との間で夫々所定量だけへこんでいるので、様々な板幅の圧延材を適正な板クラウンを有するように圧延することができる。従って、従来のように圧延材の板幅に応じて圧延ロールを交換する必要がなく、生産性を向上させることができる。
【００３３】
本発明の請求項２乃至請求項５に記載の圧延機は、請求項１に記載の圧延機において、上下ワークロール及びバックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状がロールバレルセンターを中心に左右対称である多項式や三角関数式又はこれらの式の合成によって近似され、該形状は更に、該形状のロールセンター位置及び左右のバレル端近傍の３点で外接する２次曲線との差分をとって得られる板クラウン制御補正用曲線が、ロールセンターとバレル左右端との中間に夫々、絶対値が前記２次曲線のクラウン量の３パーセント以上、好ましくは、２次曲線のクラウン量の３パーセント以上３５パーセント以下であり、極小値が、バレルセンターからバレル左右端位置までの３５パーセント乃至８５パーセントに存在する窪みを有することを特徴としている。
【００３４】
上下ワークロール及びバックアップロールを合成した形状が、板クラウン制御補正用曲線によって補正されているので、圧延材を適正な板クラウンを有するように圧延することができる。特に大型の圧延機で幅狭の圧延材を圧延する場合などの、ロール面長に対する圧延材の板幅の比が小さい場合に、有効な制御量を低下させずに圧延を行うことができる。
【００３５】
従って、既存の圧延設備において、設備投資及び生産性を低下させるロール交換などの段取り作業を行うことなく、幅広から幅狭の広範囲に亘る板幅の材料を精度良く、即ち、適正な板クラウン量に圧延することが可能となる。
更に、本発明の請求項５に記載の圧延機は、上下ワークロールが、夫々異なる形状のイニシャルクラウンを有することを特徴としている。
【００３６】
更に又、本発明の請求項６に記載の圧延機は、ワークロール及びバックアップロールが、夫々異なる形状のイニシャルクラウンを有することを特徴としている。
夫々のロール毎に単純な形状のイニシャルクラウンを形成し、これを合成したイニシャルクラウンによって、様々な板幅の圧延材を適正な板クラウンを保つように圧延することができる。従って、ワークロールやバックアップロールの研磨がし易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧延機１０を示す概略図である。
【図２】図１の圧延機のワークロール１１ａ，１１ｂに形成されたイニシャルクラウン形状を説明するための図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る圧延機２０のロール部分のみを示す概略図である。
【図４】本発明の更に別の実施形態に係る圧延機３０のロール部分のみを示す概略図である。
【符号の説明】
１０圧延機
１１ａ，１１ｂワークロール
１２ａ，１２ｂバックアップロール
２１ａ，２１ｂワークロール
２２ａ，２２ｂバックアップロール
３１ａ，３１ｂワークロール
３２ａ，３２ｂバックアップロール

Claims

上下ワークロール及び上下バックアップロールを備え、圧延材を適正な板クラウンに圧延制御する圧延機において、前記上下ワークロール及び前記上下バックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状が、ロールバレル両端部からロールバレルセンターに向かって膨出しており、且つ、前記ロールバレルセンターと前記ロールバレル両端部との間で夫々所定量だけ窪み、滑らかな曲線から形成されていることを特徴とする圧延機であって、更に前記合成した形状が前記ロールバレルセンターを中心に左右対称である多項式や三角関数式又はこれらの式の合成によって近似され、前記形状は更に、該形状の前記ロールセンター位置及び左右の前記バレル端近傍の３点で外接する２次曲線との差分をとって得られる板クラウン制御補正用曲線が、前記ロールセンターと前記バレル左右端との中間に夫々、極小値の絶対値が前記２次曲線のクラウン量の３パーセント以上である前記板クラウン制御補正用曲線の窪みを有し、前記上下ワークロールは、夫々互いに異なる形状のイニシャルクラウンを有することを特徴とする圧延機。
前記板クラウン制御補正用曲線の窪みの極小値の絶対値が、前記２次曲線のクラウン量の３パーセント乃至３５パーセントであることを特徴とする、請求項１に記載の圧延機。
前記板クラウン制御補正用曲線の窪みの極小値が、前記バレルセンターからバレル左右端位置までの３５パーセント乃至８５パーセントの位置に存在することを特徴とする、請求項１に記載の圧延機。
前記ワークロール及び前記バックアップロールは、夫々互いに異なる形状のイニシャルクラウンを有することを特徴とする、請求項１に記載の圧延機。
前記上下ワークロール及び前記上下バックアップロールのイニシャルクラウンを合成した形状の最大膨出量が９００μｍ以下であり、前記ロールバレルセンターと前記ロールバレル両端部との間の前記窪み量が前記最大膨出量の３パーセント乃至３５パーセントであることを特徴とする、請求項１に記載の圧延機。