JP7233827B2 - 熱間圧延機および熱間圧延方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間圧延機および熱間圧延方法に関する。

特許文献１には、上ワークロール、上バックアップロール、下ワークロール、下バックアップロール、及び各々のロールに付設したクロス角調整機構とからなり、クロス角調整機構は、ピストンを相対的に移動してロールチョックを移動する圧延機が記載されている。

特開平９－２２０６０８号公報

上下のロールをクロスすることで、板クラウンと板形状を制御するロールクロス式４段圧延機は、大別して、ワークロールをバックアップロールとともにクロス角を変更するペアクロスミルと、ワークロールだけのクロス角をつけるワークロールミルと、の２つのタイプが開発されており、広い制御範囲を持つことで知られている。

このうち、ペアクロスミルでは、バックアップロールを含めてクロス角の変更を行うため、応答良く形状制御を行うことができない、という課題がある。

これに対し、ワークロールクロスは、ペアクロスよりも傾ける対象物が圧倒的に軽量のため、素早く（応答性よく）傾けることができる。応答性の観点だけからは、ワークロールクロスのみでクロス角を大きくしてクラウン制御ができることが好ましい。

しかしながら、ワークロールクロスは、クロス角が大きい程、バックアップロールとワークロールとの間のスラスト力（軸方向に作用する力）が大きくなるため、小径のワークロールには採用し難い、との課題がある。

一方、従来よりも圧延し難い硬質な鋼板（例．超高張力鋼）等を圧延できるようにし、また、圧延機の大型化（製造コスト増）を避けるために、ワークロール径を小さくして圧延荷重を下げることが求められている。

ここで、上述の特許文献１には、ワークロールクロス法とペアロールクロス法を複合することにより複雑な板幅方向形状制御ができる、と記載されている。この特許文献１では、更に、高次成分をペアクロス法で発生させ、これに２次成分が主である単純クロス法を組合わせて複雑な形状制御を達成し得ることが記載されている。

しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果、制御範囲を広くしつつ、応答性も確保し、小径ワークロールを採用し易くして硬質な鋼板を圧延できるという課題を具体的に解決できないことが明らかとなった。

より具体的には、特許文献１の記載では、ワークロールクロスにおける過大なスラスト力が発生するという課題を解決しておらず、小径のワークロールの採用は難しい。また、特許文献１の記載にもかかわらず、ワークロールクロスミルのみならずペアクロスミルによる制御も、二次成分の形状制御に近いことが明らかとなり、幅１／４位置で生じるいわゆるクォータ伸びに対する制御性が十分ではない、との課題が存在することが明らかとなった。

すなわち、過大なスラスト力によって小径ワークロールを採用することが困難であるとともに，四次成分の形状制御能力が低いことが本発明者らの検討で明らかとなった。

本発明は、従来に比べて広い制御範囲と応答性を確保することが可能な熱間圧延機および熱間圧延方法を提供する。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、熱間圧延機において、上ワークロールおよび上バックアップロールの上側ペアを平行な状態で、かつ下ワークロールおよび下バックアップロールの下側ペアを平行な状態で、前記上側ペアと前記下側ペアの角度調整をし、その後、前記上バックアップロールおよび前記下バックアップロールの角度を維持した状態で前記上ワークロールおよび前記下ワークロールの角度調整をするよう前記ワークロール水平方向アクチュエータおよび前記バックアップロール水平方向アクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べて広い制御範囲と応答性を確保することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１の圧延機の装置構成を示す側面図である。 図１に示す圧延機のうち、上ワークロール周辺の設備の構成の概要を示す上面図である。 実施例１の圧延機での、圧延中のワークロールクロス角の変更の模式図である。 実施例１の圧延機における、ペアクロス状態からワークロールを微小クロスさせた際の板クラウン変化量を示す図である。 本発明の実施例２の圧延機における、ワークロール微小クロス前のスラスト力の様子を示す模式図である。 実施例２の圧延機における、ワークロール微小クロスによるワークロールスラスト力のキャンセリングの様子を示す模式図である。 本発明の実施例３の圧延機の装置構成を示す側面図である。 本発明の実施例４の圧延機の装置構成を示す側面図である。 本発明の実施例５の圧延機における、ベンディングによる制御次数に対するワークロール径の影響の様子を示す図である。 Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２の圧延機において、ベンディングを行った場合の板クラウン変化量の板幅方向の分布を示す図である。 Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２１の圧延機において、ベンディングを行った場合の板クラウン変化量の板幅方向の分布を示す図である。 実施例５の圧延機における、ワークロールクロスの制御次数に対するワークロール径の影響の様子を示す図である。 ワークロールクロスによる板クラウン変化量に対するワークロール径の影響の様子を示す図である。 Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２の圧延機における、クラウン制御範囲を示す図である。 Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２の圧延機における、形状制御範囲を示す図である。 Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２４の圧延機における、クラウン制御範囲を示す図である。 Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２４の圧延機における、形状制御範囲を示す図である。 実施例５の圧延機における、クラウン制御、形状制御範囲に対するＤ_ｗ／Ｌ_ｂの影響を示す図である。

以下に本発明の熱間圧延機および熱間圧延方法の実施例を、図面を用いて説明する。

なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

また、以下の実施例や図面では、駆動側（「ＤＳ（Ｄｒｉｖｅ Ｓｉｄｅ）」とも記載）とは圧延機を正面から見てワークロールを駆動する電動機が設置されている側を、作業側（「ＷＳ（Ｗｏｒｋ Ｓｉｄｅ）」とはその反対側を意味するものとする。

＜実施例１＞
本発明の熱間圧延機および熱間圧延方法の実施例１について図１乃至図４を用いて説明する。

最初に、熱間圧延機の全体構成について図１および図２を用いて説明する。図１は本実施例の圧延機の側面図であり、図２は図１に示す圧延機のうち、上ワークロール周辺の設備の構成の概要を示す上面図である。

図１において、熱間圧延機１は、圧延材Ｓを圧延する４段のクロスロール圧延機であって、ハウジング１００と、制御装置２０と、油圧装置３０とを有している。なお、圧延機は図１に示すような１スタンドの圧延機に限られず、２スタンド以上からなる圧延機であってもよい。

ハウジング１００は、上下一対の上ワークロール１１０Ａ及び下ワークロール１１０Ｂ、これらワークロール１１０Ａ，１１０Ｂを支持する上下一対の上バックアップロール１２０Ａおよび下バックアップロール１２０Ｂを備えている。

圧下シリンダ装置１７０は、上バックアップロール１２０Ａを押圧することで、上バックアップロール１２０Ａや上ワークロール１１０Ａ，下ワークロール１１０Ｂ，下バックアップロール１２０Ｂに対して圧下力を付与するシリンダである。圧下シリンダ装置１７０は、ハウジング１００の作業側と駆動側にそれぞれ設けられている。

ロードセル１８０は、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂによる圧延材Ｓの圧延力を計測する圧延力計測手段としてハウジング１００の下部に設けられており、計測結果を制御装置２０に出力している。

上ワークロールベンディングシリンダ１９０Ａは、操作側および駆動側のいずれにおいても、ハウジング１００の入側および出側に設けられている。上ワークロールベンディングシリンダ１９０Ａは、適宜これらのシリンダ１９０Ａを駆動することで上ワークロール１１０Ａの軸受に対して鉛直方向にベンディング力を付与する。

同様に、下ワークロールベンディングシリンダ１９０Ｂは、操作側および駆動側のいずれにおいても、ハウジング１００の入側および出側に設けられており、適宜これらのシリンダ１９０Ｂを駆動することで下ワークロール１１０Ｂの軸受に対して鉛直方向にベンディング力を付与する。

バックアップロール摺動装置２００Ａは上バックアップロール１２０Ａの鉛直方向の上部分に、バックアップロール摺動装置２００Ｂは下バックアップロール１２０Ｂの鉛直方向の下部分に、それぞれ設けられている。

油圧装置３０は、ワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂやワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂの油圧シリンダ、バックアップロール押圧装置１５０Ａ，１５０Ｂやバックアップロール定位置制御装置１６０Ａ，１６０Ｂの油圧シリンダ、更にはワークロールベンディングシリンダ１９０Ａ，１９０Ｂにも接続されている。なお、図１では、図示の都合上、通信線や圧油の供給ラインの一部は省略している。以下の図面でも同様である。

制御装置２０は、ロードセル１８０やワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂ、バックアップロール定位置制御装置１６０Ａ，１６０Ｂの位置計測器からの計測信号の入力を受けている。

制御装置２０は油圧装置３０を作動制御し、ワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂやワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂの油圧シリンダに圧油を給排することでワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂやワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂの作動を制御している。

同様に、制御装置２０は油圧装置３０を作動制御し、バックアップロール押圧装置１５０Ａ，１５０Ｂやバックアップロール定位置制御装置１６０Ａ，１６０Ｂの油圧シリンダに圧油を給排することでバックアップロール押圧装置１５０Ａ，１５０Ｂやバックアップロール定位置制御装置１６０Ａ，１６０Ｂの作動を制御している。

これらの作動制御により、制御装置２０は、ワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂ，ワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂによる角度調整、およびバックアップロール押圧装置１５０Ａ，１５０Ｂ，バックアップロール定位置制御装置１６０Ａ，１６０Ｂによる角度調整を制御する。本実施例の制御装置２０による角度調整の詳細は後述する。

更に、制御装置２０は、ワークロールベンディングシリンダ１９０Ａ，１９０Ｂに圧油を給排することでワークロールベンディングシリンダ１９０Ａ，１９０Ｂの作動を制御している。

次に、図２を用いて上ワークロール１１０Ａに関係する構成について説明する。なお、上バックアップロール１２０Ａや下ワークロール１１０Ｂ，下バックアップロール１２０Ｂについても、上ワークロール１１０Ａと同等の構成を有しており、その詳細な説明も上ワークロール１１０Ａのものと略同じであるため、省略する。

図２に示すように、熱間圧延機１の上ワークロール１１０Ａの両端側にハウジング１００があり、上ワークロール１１０Ａのロール軸に対して垂直に立てられている。

上ワークロール１１０Ａは、ハウジング１００にそれぞれ作業側ロールチョック１１２Ａ及び駆動側ロールチョック１１２Ｂを介して回転自在に支持されている。

ワークロール押圧装置１３０Ａは、作業側および駆動側のそれぞれにおいて、ハウジング１００の入側と作業側ロールチョック１１２Ａ，駆動側ロールチョック１１２Ｂとの間に配置され、上ワークロール１１０Ａの作業側ロールチョック１１２Ａと駆動側ロールチョック１１２Ｂを圧延方向に所定の圧力で押し付ける。

ワークロール定位置制御装置１４０Ａは、作業側および駆動側のそれぞれにおいて、ハウジング１００の出側と作業側ロールチョック１１２Ａ，駆動側ロールチョック１１２Ｂの間に配置されており、上ワークロール１１０Ａの作業側ロールチョック１１２Ａと駆動側ロールチョック１１２Ｂを反圧延方向に押圧する油圧シリンダ（押圧装置）を有している。ワークロール定位置制御装置１４０Ａは、油圧シリンダの動作量を計測する位置計測器（図示省略）を備えており、油圧シリンダの位置制御を行う。

ここで、定位置制御装置とは、装置内に内蔵されている位置計測器を用いて押圧装置としての油圧シリンダの油柱位置を測定し、所定の油柱位置となるまで油柱位置を制御する装置のことを意味する。

これらワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂや、バックアップロール押圧装置１５０Ａ，１５０Ｂ、定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂ，１６０Ａ，１６０Ｂは、ロールのクロス角を調整する角度調整器の役割をなす。

なお、図１および図２では、クロス装置のアクチュエータであるワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂや、バックアップロール定位置制御装置１６０Ａ，１６０Ｂとして油圧装置を用いる例を示したが、これは油圧装置に限ったものでなく、電動式等の構成の装置を用いることができる。

また、圧延材Ｓの入側に押圧装置、出側に定位置制御装置を配備した形態としているが、反対に配備されることもあり、配置は図１等に示すパターンに限られるものではない。

更に、図１および図２では、定位置制御装置の反対側に押圧装置を具備した例としているが、これは必須ではなく、定位置制御装置のみで構成することができる。ただし、押圧装置を設置することによってロールチョック１１２Ａ，１１２Ｂと定位置制御装置とのガタ取りが可能となり、ロールチョック１１２Ａ，１１２Ｂの圧延方向位置を安定させることができる。

次に、本実施例に係る圧延機の圧延時のクロス角度の調整方法について、図３および図４を参照して説明する。図３は圧延中のワークロールクロス角の変更の模式図、図４はペアクロス状態からのワークロールを微小クロスさせた際の板クラウン変化量を示す図である。

本実施例の制御装置２０は、上ワークロール１１０Ａおよび上バックアップロール１２０Ａの上側ペアを平行な状態で、かつ下ワークロール１１０Ｂおよび下バックアップロール１２０Ｂの下側ペアを平行な状態で、上側ペアと下側ペアの角度調整をする。

更に、制御装置２０は、その後に、上バックアップロール１２０Ａおよび下バックアップロール１２０Ｂの角度を維持した状態で上ワークロール１１０Ａおよび下ワークロール１１０Ｂの角度調整をする。

その際の調整角度としては、例えば、上側のペアと下側のペアとでのクロス角度を０．２度以上とすることができる。

これは、以下のような知見に基づき見出されたものである。

スラスト力は、圧延材Ｓとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとの相対速度差や、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂとの相対速度差によって生じる。

このため、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂのクロス角が大きくなるほど圧延材Ｓとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂ間のスラスト力は増大し、同様に、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂとの間の相対角度が大きくなるほど、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂ間のスラスト力も増大する。

また、ワークロールクロスの場合は、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂ間に作用するスラスト力は、圧延材Ｓとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂ間に作用するスラスト力に比べて大きいことが知られている。

そこで、本発明者らは、図３に示すように、ペアクロスをさせた状態から、更にワークロール１１０Ａ，１１０Ｂを好適には微小（例えば０．１°以下）にクロスさせることを発想した。

図４は、図１に示した熱間圧延機１のうち、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２の硬さの圧延材を２０％圧延し、２ｍｍの板とする圧延条件で、ワークロール径４５０ｍｍ、最大板幅１８８０ｍｍにて、所定のペアクロス角から、±０．０５°のワークロール微小クロスを行った場合の板クラウンＣｈ２５の変化量ΔＣｈ２５をシミュレーションした結果である。

この図４に示すように、同じ±０．０５°のワークロール微小クロス角の変更であっても、先のペアクロス角が大きいほどワークロール微小クロス角による制御範囲は広くなることが明らかとなった。

例えば、図４において、ペアクロス角度が０°の状態から、バックアップロールに対してワークロールを±０．０５°の範囲で微小クロスさせた場合、△Ｃｈ２５は１．５μｍと微小であるのに対し、ペアクロス角度が０．２°の状態から，バックアップロールに対してワークロールを±０．０５°の範囲で微小クロスさせた場合は△Ｃｈ２５が２０μｍと、１０倍以上になることが明らかとなった。

そこで、ペアクロス角の大きい範囲、例えば、０．２°以上の範囲で利用する方が小さなワークロールのクロス角度変化であっても大きなクラウン変化を得られて、クラウン及び板形状の制御範囲が広がることから、ペアクロス角度は０．２°以上とすることが望ましいことも明らかとなった。

次に、本実施例の効果について説明する。

上述した本発明の実施例１の熱間圧延機１では、ペアクロスをさせた状態から、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂに対して更にワークロール１１０Ａ，１１０Ｂをクロスさせることによって、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂの相対クロス角は微小、例えば、同じ０．０５°のクロス角度変化でも大きな制御能が得られると同時に、応答性も確保することができる。

また、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂのスラスト力を低減することができるため、小径のワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの適用が可能となり、硬質な鋼板の圧延も可能となる、との効果も奏する。

更には、従来は、ワークロールクロスを適用するにあたり、制御範囲の確保の観点から大きなワークロールクロス角の変更が必要であった。そこで、ロール間への油潤滑を採用することで、スラスト力を低減するという策が取られた。

しかしながら、本実施例の熱間圧延機１や熱間圧延方法の場合、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂ間のクロス角を微小とすることができる。

ロール間に作用するスラスト力は、圧延荷重やロールの表面状態に大きく影響する。例えば、水潤滑で、ロール軸間のクロス角θが０．２°でスラスト係数μ_ｔは概ね０．２とのデータがあり、０．２°以下の範囲ではクロス角θとスラスト係数μ_ｔは、概ね比例関係にある。この関係を用いた場合、例えば、０．０５°の微小クロス角であれば、上記したスラスト係数は、０．２×（０．０５／０．２）＝０．０５［－］と試算される。

従って、圧延材Ｓとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂ間に作用するスラスト係数（０．１以下）と同等以下までスラスト係数を低減できるため、本実施例では、ワークロールクロスであるにもかかわらず油潤滑が不要となる、との効果も得られる。

また、制御装置２０は、上側ペアと下側ペアとでクロスさせるペアクロスの角度を０．２度以上に調整するため、ペアクロスの角度を０．２°以上をキープすることで、上述の効果を特に大きく得ることができる。

＜実施例２＞
本発明の実施例２の熱間圧延機および熱間圧延方法について図５および図６を用いて説明する。図５は、本実施例２の圧延機における、ワークロール微小クロス前のスラスト力の様子を示す模式図である。図６は、本実施例２の圧延機における、ワークロール微小クロスによるワークロールスラスト力のキャンセリングの様子を示す模式図である。

最初に、スラスト力の作用方向に関する考え方を説明する。

圧延材Ｓからワークロールに作用するスラスト係数は、クロス角と圧下率と相関があり、以下の式（１）のような見積もり式が提案されている。

μ_Ｔ，１＝Ｆ（θ_１，ｒ）＝μ_１｛１－ｅｘｐ（－３（θ_１ ^０．９／ｒ^１．１））｝ ・・・（１）
式（１）中、μ_Ｔ，１：圧延材Ｓとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂ間のスラスト係数、μ：摩擦係数、θ_１：圧延材Ｓとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂ間のクロス角、ｒ：圧下率である。

また、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂ間のスラスト係数を、作用方向を考慮し、以下式（２）の定義とする。

μ_Ｔ２＝－Ｋθ_２ ・・・（２）
ここで、μ_Ｔ２：バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂ間のスラスト係数、θ_２：バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂ間のクロス角、Ｋ：影響係数（≒１．０°^－１）、である。

従って、ペアクロス角θ_ＰＣと微小クロス角θ_ＷＲＳ、圧延荷重を用いると、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂに作用するスラスト力は以下のような式（３）の関係で表される。

Ｆ_Ｔ＝Ｐ（μ_Ｔ，１＋μ_Ｔ２）＝Ｐ（Ｆ（θ_１，ｒ）－Ｋθ_２）＝Ｐ（Ｆ（θ_ＰＣ＋θ_ＷＲＳ，ｒ）－Ｋθ_ＷＲＳ） ・・・（３）
式（３）中、θ_ＷＲＳはθ_ＰＣに対して微小であるため、Ｆ（θ_ＰＣ＋θ_ＷＲＳ，ｒ）は正の値を示す。

そこで、本実施例の熱間圧延機１や熱間圧延方法では、図５に示すようなスラスト力が作用している状態からワークロールクロスを行う場合に、θ_ＷＲＳを正の値となる方向、すなわち、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度をバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂの角度より大きくなる方向に調整する。

これにより、図６に示すように、圧延材Ｓから作用するスラスト力とバックアップロールから作用するスラスト力を相殺させて、ワークロールに作用するスラスト力を低減させることを図る。

また、ワークロールシフトを行う場合には、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂに作用するスラスト力を利用することが望ましい。

すなわち、ワークロールをシフトする方向にスラスト力が作用するようにワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの微小クロス角を設定すれば、ワークロールシフトをサポートするようにスラスト力が働くことになるため、シフト装置の容量を低減することができる。

その他の構成・動作は前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例２の熱間圧延機および熱間圧延方法においても、前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、制御装置２０は、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度調整をする際、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度をバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂの角度より大きくなる方向に調整することにより、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂに作用する圧延材Ｓからのスラスト力と反対方向にバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂからのスラスト力を作用させることができ、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂに作用するスラスト力の総計をより小さくできる。そのため、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの軸方向への負荷をより小さくでき、小径のワークロール１１０Ａ，１１０Ｂを採用し易くなり、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂのベアリングも破損し難くなる、との効果が得られる。

＜実施例３＞
本発明の実施例３の熱間圧延機および熱間圧延方法について図７を用いて説明する。図７は本実施例３の圧延機の装置構成を示す側面図である。

図７に示す本実施例の熱間圧延機１Ａは、実施例１の熱間圧延機１からバックアップロール摺動装置２００Ａ，２００Ｂを除いたものである。

また、本実施例の熱間圧延機１Ａの制御装置２０Ａは、上側ペアと下側ペアとでクロスさせるペアクロスでの角度調整を、圧延材Ｓの圧延を開始する前に実行する。更に、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度調整を、圧延材Ｓの圧延中に実行する。

その他の構成・動作は前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例３の熱間圧延機および熱間圧延方法においても、前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法とほぼ同様な効果が得られる。

上述のように、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂのロールチョックは、押圧装置１５０Ａ，１５０Ｂや定位置制御装置１６０Ａ，１６０Ｂ、ロードセル１８０を通してハウジング１００から支持されている。

このような状態において、圧延中にバックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂのクロス角を変更するには、圧延荷重によって固定部材との間に大きな摺動抵抗が生じるため、クロス角を変更するアクチュエータは大容量になるとともに、摺動部には可動するためのベアリング等の部材が必要になる。

この可動部材の剛性は低く、圧延機自体の剛性を低下させる要因となる。その場合、圧延材Ｓの形状が乱れる要因となるとともに、圧延材Ｓの蛇行を招き、通板の安定性が低下することになる。

これに対し、ペアクロスでの角度調整を、圧延材Ｓの圧延を開始する前に実行することによって、低負荷時の変更とすることができる。したがって、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂのクロス角を変更するアクチュエータの容量を低減することができるとともに、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂを支持部材との摺動面に滑らかに可動するようなベアリング等の機構を設ける必要がなくなる。そのため、設備を低容量・簡便にすることで設備コストを低減することができるとともに、圧延機の剛性低下を避け、圧延をより安定化することが可能となる、との効果が得られる。

更に、制御装置２０Ａは、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度調整を、圧延材Ｓの圧延中に実行することで、広い制御範囲を確実に得たうえで、応答性を確保することができる。

＜実施例４＞
本発明の実施例４の熱間圧延機および熱間圧延方法について図８を用いて説明する。図８は本実施例４の圧延機の装置構成を示す側面図である。

図８に示す本実施例の熱間圧延機１Ｂは、実施例１の熱間圧延機１からバックアップロール摺動装置２００Ａ，２００Ｂを除き、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの軸に作用するスラスト力を測定するスラスト力測定装置３００Ａ，３００Ｂを更に設けた装置である。

また、本実施例の熱間圧延機１Ｂの制御装置２０Ｂは、スラスト力測定装置３００Ａ，３００Ｂで測定されたスラスト力が所定の上限値を上回った際は、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂに対するワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度を変更するようワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂ、ワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂを制御する。例えば、圧延材Ｓとワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの間で作用するスラスト力の方向を正とした場合、スラスト力が上限値を上回った場合は、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂのクロス角度を大きくなるように制御する。

更に、スラスト力測定装置３００Ａ，３００Ｂで測定されたスラスト力が所定の下限値を下回った際は、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂに対するワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度を変更するようワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂ，ワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂを制御する。例えば、スラスト力が下限値を下回った場合は、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂのクロス角度を小さくするように制御する。

その他の構成・動作は前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例４の熱間圧延機および熱間圧延方法においても、前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、圧延対象となる鋼板の硬度が高いほど、ワークロールに対するスラスト力は大きくなる。そこで、制御装置２０Ｂは、スラスト力測定装置３００Ａ，３００Ｂで測定されたスラスト力が所定の上限値を上回った際は、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂに対するワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度を変更するようワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂ，ワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂを制御することにより、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの耐え得るスラスト力を超えないように制御することができ、部材の破損を防止できる。

更に、制御装置２０Ｂは、スラスト力測定装置３００Ａ，３００Ｂで測定されたスラスト力が所定の下限値を下回った際は、バックアップロール１２０Ａ，１２０Ｂに対するワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの角度を変更するようワークロール押圧装置１３０Ａ，１３０Ｂ，ワークロール定位置制御装置１４０Ａ，１４０Ｂを制御することで、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂとそれを支持する部材との間のがた取りが可能となり、ワークロールの板幅方向位置を安定させることができる。

＜実施例５＞
本発明の実施例５の熱間圧延機および熱間圧延方法について図９乃至図１８を用いて説明する。

図９はベンディングによる制御次数に対するワークロール径の影響の様子を示す図、図１０はＤ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２の圧延機において、ベンディングを行った場合の板クラウン変化量の板幅方向の分布を示す図、図１１はＤ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２１の圧延機において、ベンディングを行った場合の板クラウン変化量の板幅方向の分布を示す図、図１２はワークロールクロスの制御次数に対するワークロール径の影響の様子を示す図、図１３はワークロールクロスによる板クラウン変化量に対するワークロール径の影響の様子を示す図、図１４はＤ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２の圧延機における、クラウン制御範囲を示す図、図１５はＤ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２の圧延機における、形状制御範囲を示す図、図１６はＤ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２４の圧延機における、クラウン制御範囲を示す図、図１７はＤ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２４の圧延機における、形状制御範囲を示す図、図１８はクラウン制御、形状制御範囲に対するＤ_ｗ／Ｌ_ｂの影響を示す図である。

本実施例の熱間圧延機は、基本的な装置構成は実施例１の熱間圧延機１と同じである。

本実施例の熱間圧延機は、更なる限定として、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの直径をＤ_ｗ、圧延材Ｓの最大圧延板幅をＬ_ｂとしたときに、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂは、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂが０．１５以上０．３以下の条件を満たすものとなっている。

一般的なペアクロスミルでは、ワークロール径Ｄ_Ｗと最大圧延板幅Ｌ_ｂとの比Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂは０．３２～０．４０の範囲にあり、この範囲では、ワークロールのベンディングにて二次の形状制御を行うことは可能であるが、より高次の形状制御を行うことは困難であった。また、ワークロールクロスミルも原理はペアクロスミルに類似しており、傾向は概ね同じであった。

図９以降に示す図は、２０ｋｇｆ／ｍｍ^２の硬さの圧延材を２０％圧延し、２ｍｍの板にする、という条件での板クラウン，板形状の変化量のシミュレーション結果を示す図である。ここで、板形状ではなく、板クラウンの制御次数を示したのは、板クラウンと板形状が概ね対応するためである。この図９に示すように、ベンディングによる板クラウンの制御次数は、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂが減少するほど増大する傾向があることがわかる。

図１０にＤ_ｗ／Ｌ_ｂが０．３２の場合（Ｄ_ｗ：６００ｍ、Ｌ_ｂ：１８８０ｍｍ）の場合のインクリーズベンディングを加えた際の板クラウン変化量の分布を、図１１にＤ_ｗ／Ｌ_ｂが０．２１の場合（Ｄ_ｗ：４００ｍ、Ｌ_ｂ：１８８０ｍｍ）において、インクリーズベンディングを加えた際の板クラウン変化量の分布を示す。

これら図１０および図１１に示すように、高次の制御次数であるＤ_ｗ／Ｌ_ｂが０．２１の場合（制御次数２．６）、板中央近傍のクラウン変化量は小さく、板端部の影響が大きいことがわかる。

また、図１２に示すように、ワークロールクロスの制御指数は約1.65であるためため、少なくともＤ_ｗ／Ｌ_ｂを０．３以下とすることで、ワークロールクロスとベンディングとの制御次数の差を大きくとることができ、複合伸びのような複雑な形状を制御できることが予期されることがわかる。

また、クラウン制御次数は約1.65であり、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂの影響は極めて小さい。この次数は、ロール扁平や軸曲がり等のため、圧延条件の影響を若干受けるものと考えられるが、ワークロール径に関わらず、制御次数は概ね２．０である。

図１３は、板端から２５ｍｍ位置と板中央の板厚差をクラウンＣｈ２５とし、ペアクロス角度０．５°の状態から，バックアップロールに対してワークロールを－０．０５°から０．０５°にでクロスさせた際のクラウン変化量におけるクラウン変化量ΔＣｈ２５についてロール径を変更してシミュレートした結果である。この図１３に示すように、小径化に伴い幾何学的に発生するギャップが大きくなるため、制御できる範囲も当然ながら広くなることがわかる。

図１４乃至図１７に、板クラウンの制御範囲と２次と４次の板形状の制御範囲をシミュレーションによって見積もった結果を示す。

図１４および図１５では、ペアクロス（０．５０°）、Ｄ_ｗ＝６０２ｍｍ、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２の条件とし、図１６および図１７では、ペアクロス（０．５０°）、Ｄ_ｗ＝４５０ｍｍ、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２４の条件とした。

そして、図１４、および図１６では、端から２５ｍｍ位置の板クラウン変化量ΔＣｈ２５に対する幅１／４位置（クォータ位置）の板クラウン変化量ΔＣｈ１／４の関係を、図１５、および図１７では、圧延方向の伸び歪み偏差の２次成分の変化量ΔＣ２に対する４次成分の変化量ΔＣ４の関係を示す。

図１４および図１５に示すＤＷ／Ｌｂ＝０．３2という従来範囲の条件では、ワークロールクロスのクロス角を変更する場合も、或いは、ワークロールベンディングを増減させる場合のいずれも、ΔＣｈ２５に対するΔＣｈ１／４の値や、ΔＣ２に対するΔＣ４の値は概ね等しい勾配で変化し、ΔＣｈ２５とΔＣｈ１／４、或いは、ΔＣ２とΔＣ４をそれぞれ個別で制御できる範囲が非常に狭いことがわかる。

それに対して、図１６および図１７に示すように、Ｄ_Ｗ／Ｌ_ｂを０．２４と、本発明の条件とした場合には、ワークロールクロスのクロス角を変更する場合とワークロールベンディングを増減させる場合とでは、ΔＣｈ２５に対するΔＣｈ１／４の値や、ΔＣ２に対するΔＣ４の値は異なる勾配で変化する。そのため、ワークロールベンディングの増加、０．４５°→０．５５°へのワークロールクロス角の変更、ワークロールベンディングの減少、０．５５°→０．４５°へのワークロールクロス角の変更、を順に追った軌跡は平行四辺形の形となり、ΔＣｈ２５とΔＣｈ１／４、或いは、ΔＣ２とΔＣ４をそれぞれ個別で制御できる範囲が格段に広がることがわかる。

ここで、ΔＣｈ２５とΔＣｈ１／４、ΔＣ２とΔＣ４をそれぞれ個別に制御できる範囲の指標として、ΔＣｈ２５とΔＣｈ１／４のグラフの平行四辺形の中の面積をＳ_Ｃ、ΔＣ２とΔＣ４のグラフの平行四辺形の中の面積をＳ_Ｓと定義する。そのうえで、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂが０．３５での面積Ｓ_{Ｃ０．３５}、Ｓ_{Ｓ０．３５}に対する比率をプロットＤ_ｗ／Ｌ_ｂに対してプロットした結果を図１８に示す。

図１８に示すように、現状においてもワークロール径が小径の部類に入るＤ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．３２に比べて、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂ＝０．２８以下とすることで、約２倍以上の複合伸びの制御範囲を持つことができ、格段に形状制御性は向上することが明らかとなった。

ここで、熱間圧延プロセスでは、一般的にはワークロールにモータをつなぎ、回転駆動させている。その場合、ワークロールが小径化するとスピンドル径が細くなるため、伝達可能なトルクも小さくなる。

ワークロールの小径化によって圧延トルクも減少することにはなるが、ワークロール小径化の影響は、スピンドルの伝達限界の方が大きい。すなわち、あまりに小径のワークロールでは機械的に成立させることに困難が生じてきて、デメリットがメリットを上回ると考えられる。

圧延トルクは、圧延条件に依存するが、一般的な熱延プラントでは、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂは少なくとも０．１５以上とすることでデメリットをメリットが上回る形態で成立させることが可能と判断されることから、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂの下限は０．１５以上とすることが望ましい。

以上まとめると、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂの好適な範囲は、０．１５以上０．３０以下、より好適には０．１５以上０．２８以下とすることが望ましい。

その他の構成・動作は前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例５の熱間圧延機および熱間圧延方法においても、前述した実施例１の熱間圧延機および熱間圧延方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂに対してベンディング力を付与するワークロールベンディングシリンダ１９０Ａ，１９０Ｂを更に備え、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂの直径をＤ_ｗ、圧延材Ｓの最大圧延板幅をＬ_ｂとしたときに、ワークロール１１０Ａ，１１０Ｂは、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂが０．１５以上０．３以下の条件を満たすことにより、ベンディング力制御とクロス角制御の両方の制御を行い、従来のワークロール径以下で従来よりも硬質な鋼板の圧延ができるとともに、より複雑な形状制御が可能となる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

Ｓ…圧延材
１，１Ａ，１Ｂ…熱間圧延機
２０，２０Ａ，２０Ｂ…制御装置
３０…油圧装置
１００…ハウジング
１１０Ａ…上ワークロール
１１０Ｂ…下ワークロール
１１２Ａ…作業側ロールチョック
１１２Ｂ…駆動側ロールチョック
１２０Ａ…上バックアップロール
１２０Ｂ…下バックアップロール
１３０Ａ，１３０Ｂ…ワークロール押圧装置
１４０Ａ，１４０Ｂ…ワークロール定位置制御装置
１５０Ａ，１５０Ｂ…バックアップロール押圧装置
１６０Ａ，１６０Ｂ…バックアップロール定位置制御装置
１７０…圧下シリンダ装置
１８０…ロードセル
１９０Ａ…上ワークロールベンディングシリンダ
１９０Ｂ…下ワークロールベンディングシリンダ
２００Ａ，２００Ｂ…バックアップロール摺動装置
３００Ａ，３００Ｂ…スラスト力測定装置

Claims (9)

1. 上下一対のワークロールと、
   前記ワークロールをそれぞれ支持する上下一対のバックアップロールと、
   前記ワークロールを水平方向に移動させるワークロール水平方向アクチュエータと、
   前記バックアップロールを水平方向に移動させるバックアップロール水平方向アクチュエータと、
   前記ワークロール水平方向アクチュエータによる角度調整、および前記バックアップロール水平方向アクチュエータによる角度調整を制御する制御装置と、を備えた熱間圧延機において、
   前記制御装置は、
   上ワークロールおよび上バックアップロールの上側ペアを平行な状態で、かつ下ワークロールおよび下バックアップロールの下側ペアを平行な状態で、前記上側ペアと前記下側ペアの角度調整をし、その後、前記上バックアップロールおよび前記下バックアップロールの角度を維持した状態で前記上ワークロールおよび前記下ワークロールの角度調整をするよう前記ワークロール水平方向アクチュエータおよび前記バックアップロール水平方向アクチュエータを制御する
   ことを特徴とする熱間圧延機。
2. 請求項１に記載の熱間圧延機において、
   前記制御装置は、前記上側ペアと前記下側ペアとでクロスさせるペアクロスの角度を０．２度以上に調整する
   ことを特徴とする熱間圧延機。
3. 請求項１に記載の熱間圧延機において、
   前記制御装置は、前記ワークロールの角度調整をする際、前記ワークロールの角度を前記バックアップロールの角度より大きくなる方向に調整する
   ことを特徴とする熱間圧延機。
4. 請求項１に記載の熱間圧延機において、
   前記制御装置は、前記上側ペアと前記下側ペアとでクロスさせるペアクロスでの角度調整を、圧延材の圧延を開始する前に実行する
   ことを特徴とする熱間圧延機。
5. 請求項４に記載の熱間圧延機において、
   前記制御装置は、前記ワークロールの角度調整を、前記圧延材の圧延中に実行する
   ことを特徴とする熱間圧延機。
6. 請求項１に記載の熱間圧延機において、
   前記ワークロールの軸に作用するスラスト力を測定するスラスト力測定装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記スラスト力測定装置で測定されたスラスト力が所定の上限値を上回った際は、前記バックアップロールに対する前記ワークロールの角度を変更するよう前記ワークロール水平方向アクチュエータを制御する
   ことを特徴とする熱間圧延機。
7. 請求項１に記載の熱間圧延機において、
   前記ワークロールの軸に作用するスラスト力を測定するスラスト力測定装置を更に備え、
   前記制御装置は、前記スラスト力測定装置で測定されたスラスト力が所定の下限値を下回った際は、前記バックアップロールに対する前記ワークロールの角度を変更するよう前記ワークロール水平方向アクチュエータを制御する
   ことを特徴とする熱間圧延機。
8. 請求項１に記載の熱間圧延機において、
   前記ワークロールに対してベンディング力を付与するベンディングアクチュエータを更に備え、
   前記ワークロールの直径をＤ_ｗ、圧延材の最大圧延板幅をＬ_ｂとしたときに、前記ワークロールは、Ｄ_ｗ／Ｌ_ｂが０．１５以上０．３以下の条件を満たす
   ことを特徴とする熱間圧延機。
9. 上下一対のワークロールと、
   前記ワークロールをそれぞれ支持する上下一対のバックアップロールと、
   前記ワークロールを水平方向に移動させるワークロール水平方向アクチュエータと、
   前記バックアップロールを水平方向に移動させるバックアップロール水平方向アクチュエータと、
   前記ワークロール水平方向アクチュエータによる角度調整、および前記バックアップロール水平方向アクチュエータによる角度調整を制御する制御装置と、を備えた熱間圧延機による熱間圧延方法であって、
   上ワークロールおよび上バックアップロールの上側ペアを平行な状態で、かつ下ワークロールおよび下バックアップロールの下側ペアを平行な状態で、前記上側ペアと前記下側ペア角度調整をするステップと、
   前記上バックアップロールおよび前記下バックアップロールの角度を維持した状態で前記上ワークロールおよび前記下ワークロールの角度調整をするステップと、を有する
   ことを特徴とする熱間圧延方法。

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