JP5568261B2 - 圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機 - Google Patents

Description

本発明は、作業ロールの小径化が図れる圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機に関する。

従来の所謂中間ロール駆動の６段式の圧延機（以下６段ミルと称す）において、作業ロール径の最小値は、当該作業ロールの圧延可能な板幅内，外にサポート(支持)ロールが無い場合、中間ロール駆動の接線力に耐える作業ロールたわみ剛性値により決まる。例えば、非特許文献１によると、４幅材（４feet）、中間ロール駆動でφ180〜φ380となっている。

ここで作業ロール駆動の場合、前記接線力は働かないが、圧延機入、出側の差張力が働く。従って、駆動系の許容強度の範囲において、作業ロール径の最小値は、前記差張力に耐える作業ロールたわみ剛性値により決まり、少なくとも前記と同等の作業ロール径が可能となる。また、作業ロール駆動の場合、４段式の圧延機（以下４段ミルと称す）においても、この観点において少なくとも前記と同等の作業ロール径が可能となる。

また、６段ミルとしては、従来、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを有するものもあり、さらには、作業ロールの圧延可能な板幅外に支持ベアリングを設け、この支持ベアリングを介して作業ロールに水平曲げを加えるものが特許文献１で開示されている。

特開平５−５０１０９号公報 特開昭６０−２３８０２１号公報

「産業機械」１９９１年５月号（５６〜６０頁）

ところで、最近の需要に対応するため、より硬いステンレス鋼等の特殊鋼を、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを有しない６段ミルや４段ミルで圧延しようとすると、前述した作業ロール径では、大き過ぎ、荷重が高く、必要な圧下量がとれないという問題や光沢不良等の問題があった。

一方、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを有する６段ミルや４段ミルは、サポートロール部のスペースが少なく、十分な強度及び剛性確保が難しく、また、作業ロールの圧延可能な板幅内にサポートロールを支持するサポートベアリングが有るため、材料によってはそのサポートベアリングのマークがサポートロール及び作業ロールを介して板に転写・発生するという問題があった。

また、作業ロールの圧延可能な板幅外に支持ベアリングを設けた圧延機は、いずれも上下同位相の支持ベアリングのため、サイズの大きなベアリングが使用できず、大きな水平力が生じる高荷重、高トルクの硬質材の圧延には採用することができないという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑み提案されたもので、その目的は、硬質材圧延のためより小径の作業ロールを使用可能とし、高い生産性や高い製品品質の帯板を得ることができる圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機を提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明に係る圧延機は、
金属帯板を圧延する上下１対の作業ロールとその作業ロールを支持する上下１対の中間ロールと更にこの上下１対の中間ロールを支持する上下１対の補強ロールから成り、前記作業ロールの圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない６段式の圧延機において、
前記作業ロールが駆動されると共に、同作業ロールは、縦弾性係数21,000kg/mm²の従来材の縦弾性係数との比がＫ＝１．２〜３．０である高い縦弾性係数の材質を使用した単一材から成り、その作業ロールの最小ロール径は、最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記式で表されることを特徴とする。
最小径上限Dmax1=D4max×B/K^(1/4)
ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
B ; 板幅（mm）/1,300mm
K ; 高縦弾性材の従来材との比
（高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm²））
最小径下限Dmin1= D4min×Ｂ/K^(1/4)
ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180

また、金属帯板を圧延する上下１対の作業ロールとその作業ロールを支持する上下１対の補強ロールから成り、前記作業ロールの圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない４段式の圧延機において、
前記作業ロールが駆動されると共に、同作業ロールは、縦弾性係数21,000kg/mm²の従来材の縦弾性係数との比がＫ＝１．２〜３．０である高い縦弾性係数の材質を使用した単一材から成り、その作業ロールの最小ロール径は、最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記式で表されることを特徴とする。
最小径上限Dmax1=D4max×B/K^(1/4)
ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
B ; 板幅（mm）/1,300mm
K ; 高縦弾性材の従来材との比
（高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm²））
最小径下限Dmin1= D4min×Ｂ/K^(1/4)
ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180

上記の課題を解決するための本発明に係るタンデム圧延機は、
複数の圧延機スタンドを並べたタンデム圧延機において、前記何れか一つの圧延機を少なくとも１スタンド設けたことを特徴とする。

本発明の構成によれば、作業ロールに高い縦弾性係数の材質を使用したことにより、作業ロールのたわみ剛性を確保してその高剛性分だけ、作業ロール径を小径にすることができ、エッジドロップ低減，表面光沢向上や最小圧延可能板厚みの低減が可能となると共に硬質材用の高荷重、高トルクの圧延機にも適用可能となる。特に、冷間圧延に好適である。

本発明の実施例１を示す６段ミルの正断面図である。 図１のII-II線断面図である。 複合ロールの説明図である。 入出側差張力の説明図である。 作業ロールのたわみ説明図である。 実施例１と従来の作業ロール最小径上限Dmaxの比較を示すグラフである。 同じく作業ロール最小径下限Dminの比較を示すグラフである。 実施例１の応用例を示す作業ロールオフセットの説明図である。 同じく作業ロールにかかる荷重の説明図である。 実施例１の別の応用例を示す中間ロールオフセットの説明図である。 同じく作業ロールにかかる荷重の説明図である。 実施例１のさらに別の応用例を示す６段ミルの作業ロールシフトの説明図である。 本発明の実施例２を示す４段ミルの正断面図である。 図１１のXII-XII線断面図である。 実施例２の応用例を示す４段ミルの作業ロールシフトの説明図である。 本発明のタンデム圧延機への適用説明図である。

以下、本発明に係る圧延機及びそれを備えたタンデム圧延機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す６段ミルの正断面図、図２は図１のII-II線断面図、図３は複合ロールの説明図、図４は入出側差張力の説明図、図５は作業ロールのたわみ説明図、図６は実施例１と従来の作業ロール最小径上限Dmaxの比較を示すグラフ、図７は同じく作業ロール最小径下限Dminの比較を示すグラフ、図８Ａは実施例１の応用例を示す作業ロールオフセットの説明図、図８Ｂは同じく作業ロールにかかる荷重の説明図、図９Ａは実施例１の別の応用例を示す中間ロールオフセットの説明図、図９Ｂは同じく作業ロールにかかる荷重の説明図、図１０は実施例１のさらに別の応用例を示す６段ミルの作業ロールシフトの説明図である。
である。

図１及び図２に示すように、被圧延材である帯板１は、上下１対の作業ロール２にて圧延される。この上下１対の作業ロール２は、各々上下１対の中間ロール３に接触支持され、この上下１対の中間ロール３は、各々上下１対の補強ロール４に接触支持される。

上記上方の補強ロール４は、図示されていないベアリングを介して軸受箱１７ａ，１７ｃに支持され、この軸受箱１７ａ，１７ｃは、ウォームジャッキ又はテーパウエッジ及び段付ロッカープレート等のパスライン調整装置５ａ，５ｂを介してハウジング７（７ａ，７ｂ）に支持されている。ここで、このパスライン調整装置５ａ，５ｂの内部にロードセルを内蔵させ圧延荷重を計測させても良い。

上記下方の補強ロール４は、図示されていないベアリングを介して軸受箱１７ｂ，１７ｄに支持され、この軸受箱１７ｂ，１７ｄは、油圧シリンダー６（６ａ，６ｂ）を介してハウジング７ａ，７ｂに支持されている。

ここで、上下１対の作業ロール２は、高い縦弾性係数の材質を使用する。この高い縦弾性係数の材質としては、タングステンカーバイド（縦弾性係数；53,000kg/mm²）等の超硬合金やセラミックス（縦弾性係数；31,000kg/mm²）等がある。尚、従来材としては特殊鍛鋼（縦弾性係数；21,000kg/mm²）等が使用されていた。

そして、前記高縦弾性材の従来材との比(縦弾性係数比Ｋ)がＫ＝１．２〜３．０に設定されると好適である。

また、図３に示すように、上下１対の作業ロール２として、ロール表層材２Ａに高縦弾性材を使用し、ロール内層材２Ｂに従来材を使用したロール複合材を使用しても良い。この場合の縦弾性係数は、以下に示される等価縦弾性係数比をロール内層材（例えば、従来材）の縦弾性係数に乗じたものを使用する。

即ち、ロール表層材２Ａの外径をd2，縦弾性係数をE2とし、ロール内層材２Ｂの外径をd1，縦弾性係数をE1とすると、等価縦弾性係数比Eeは、次の(1)式で表される。

Ee=（d1⁴＋（d2⁴−d1⁴）×E2/E1）/d2⁴ (1)式

更に、この上下１対の作業ロール２のロールネック部には、図示されていないベアリングを介して軸受箱１３ａ〜１３ｄが取り付けられている。これらの軸受箱１３ａ〜１３ｄには、ロールベンディングを付与するベンディングシリンダー１４ａ〜１４ｄが備え付けられている。これにて作業ロール２にロールベンディングを付与する。

ここで、圧延荷重は、油圧シリンダー６ａ，６ｂにて付与され、圧延トルクは図示されていないスピンドルより作業ロール２に伝達される。上下１対の中間ロール３は、前記帯板１の板幅中心に対して上下点対称のロール胴端部位置にロール径が減少するロール肩３ａをそれぞれ有している。

また、上下１対の中間ロール３は、図示されていないベアリングを介して軸受箱１５ａ〜１５ｄに支持されている。上下１対の中間ロール３は、駆動側軸受箱1５ｃ，１５ｄを介して図示されていないシフト装置にて、軸方向に移動可能となっている。更に、これらの軸受箱１５ａ〜１５ｄには、ロールベンディングを付与するベンディングシリンダー1６ａ〜１６ｄが備え付けられている。これにて中間ロール３にロールベンディングを付与する。

ここで、図４及び図５を用いて圧延機入，出側の差張力による作業ロールのたわみについて説明する。

まず、図４に示されるように、圧延機の入側張力をTb、出側張力をTfとすると、これらの差である差張力が、作業ロール２に加わる。この作業ロールの軸受けは、操作側と駆動側各１個であるため図５に示す単純支持の支持条件となる。この場合の作業ロールの水平たわみδｓは、次の(2)式で表される。ここで、単位長さ当たりの差張力をＦ、支持間隔をＬ、従来の作業ロール２の直径をＤｃ、従来の作業ロール径の断面２次モーメントをＩｃ、従来の作業ロールの材質（特殊鍛鋼）の縦弾性係数（21,000kg/mm²）をＥｃとする。

δｓ=５×Ｆ×Ｌ⁴／（３８４×Ｅｃ×Ｉｃ) (2)式
ここで、Ｉｃ＝π×Ｄｃ⁴／６４
Ｆ＝（Tf−Tb）/Ｌ/2

ここで、上下１対の作業ロール２に、高い縦弾性係数の材質を使用する。この場合の作業ロール２の水平方向のたわみδｒは、次の(3)式で表される。実施例の作業ロール２の直径をＤｒ、実施例の作業ロール径の断面2次モーメントをＩｒ、実施例の作業ロールの材質の縦弾性係数をＥｒとする。

δｒ=５×Ｆ×Ｌ⁴／（３８４×Ｅｒ×Ｉｒ） (3)式
ここで，Ｉｒ＝π×Ｄｒ⁴／６４
ここで，δｒ=δｓとすると、Ｄｒは下記の(4)式で表される。

Ｄｒ=Ｄｃ/K^(1/4) (4)式

一方、作業ロールの最小ロール径は、同様に最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記の(5)式で表される。

最小径上限Dmax1=D4max×Ｂ/K^(1/4) (5)式
ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
Ｂ ; 板幅（mm）/1,300mm
K ; 高縦弾性材の従来材との比
（高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm²））

本実施例の板幅毎の最小径上限Dmax1を図６に示す。ただし、作業ロール材質は、超硬合金の場合としてK=2.5とした。

最小径下限Dmin1= D4min × Ｂ/K^(1/4) (6)式
ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180

本実施例の板幅毎の最小径下限Dmin1を図７に示す。ただし、作業ロール材質は、超硬合金の場合としてK=2.5とした。

このようにして、本実施例では、作業ロール２の圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない６段ミルにおいて、高縦弾性材の超硬合金やセラミックス材質の作業ロール２を使用するので、作業ロールのたわみ剛性を確保してその高剛性分だけ、作業ロール径を小径にでき、硬質材圧延において高い生産性や高い製品品質の帯板１を得ることができる。

また、図８Ａ，図８Ｂに示されるように、高縦弾性材の作業ロール２を水平方向の圧延方向入側に、入出側差張力（Tf−Tb）/2の大きさに応じ可変にオフセットさせても良い（図８Ａ中のオフセット量α参照）。これにより、入出側差張力（Tf−Tb）/2は圧延荷重Ｑのオフセット水平方向分力Ｆａにより減ぜられ、作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力は減ぜられる。図８Ｂ中Ｆｂはオフセット垂直方向分力を示す。

その結果、作業ロール２のたわみをより小さくできるメリットがある。
作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力;Ｆｗは、次の(7)式で示される。

Ｆｗ=（Tf−Tb）/2−Q×α／（(Ｄｗ+ＤI)／２) (7)式
ここで、作業ロール径はＤｗ、中間ロール径はＤIとする。

また、図９Ａ，図９Ｂに示されるように、中間ロール３を水平方向の圧延方向出側に、入出側差張力（Tf−Tb）/2の大きさに応じ可変にオフセットさせても良い（図９Ａ中のオフセット量β参照）。これにより、入出側差張力（Tf−Tb）/2は圧延荷重Ｑのオフセット水平方向分力Ｆａにより減ぜられ、高縦弾性材の作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力は減ぜられる。図９Ｂ中Ｆｂはオフセット垂直方向分力を示す。

その結果、作業ロール２のたわみをより小さくできるメリットがある。
作業ロール２にかかる水平方向のトータルの力;Ｆｗは、次の(8)式で示される。

Ｆｗ=（Tf−Tb）/2−Q×β／（(Ｄｗ+ＤI)／２) (8)式
ここで、作業ロール径はＤｗ、中間ロール径はＤIとする。

また、本実施例では、上下１対の作業ロール２は、軸方向にシフトする構造を示していないが、以下のように作業ロール２は、軸方向にシフト可能な構造としても良い。尚、作業ロールのシフト構造は、例えば特許文献２に示される構造がある。

図１０に示すように、上下１対の作業ロール２は、帯板１の板幅中心に対して上下点対称方向のロール胴端部位置に先細り状のロール肩２ａをそれぞれ有している。また、上下１対の作業ロール２のロールネック部には、図示されていない軸受が操作側と駆動側に取り付けられている。上下１対の作業ロール２は、この図示されていない駆動側軸受を介して、図示されていないシフトシリンダーにより、軸方向に移動可能となっている。

次に、先細り状のロール肩２ａを持つ作業ロール２のシフトによるエッジドロップ低減方法について以下説明するが、先ず、作業ロール２は、上下点対称の方向に先細り状のロール肩２ａが設けられ、このロール肩位置と板端までの距離をδw，δdとする。また、圧延機出側で操作側及び駆動側の板端部付近の１点又は複数の点の板厚みを測定する図示されていない板厚み計を設ける。

そして、上記操作側で測定された板端部付近の１点又は複数の点の板厚みが所定の板厚みより薄ければ、上作業ロール２をロール軸狭幅方向にシフトさせる。即ち、δwを大きくする方向に上作業ロール２をシフトさせるのである。また、逆に測定された板端部付近の板厚みが所定の板厚みより厚ければ、上作業ロール２をロール軸広幅方向にシフトさせる。即ち、δwを小さくする方向に上作業ロール２をシフトさせるのである。

また、上記駆動側で測定された板端部付近の１点又は複数の点の板厚みが所定の板厚みと異なる場合、同様に所定の板厚みとなるよう下作業ロール２をシフトさせる。元々高縦弾性材の作業ロール２の適用により作業ロール径を小径にすることができるため、その分圧延荷重を下げることができ、結果歩留り低下の原因となるエッジドロップと呼ばれる板端部の急激な減厚を低減可能である。

この小径作業ロールと作業ロールシフトの併用により、先細り状のロール肩２ａの最小化やシフト位置δw，dの最小化が可能となり、これらの値に敏感な割れ易い電磁鋼板等の脆性材料の圧延に特に好適である。尚、本図は、図１のミルを代表として記載しているが、図８の作業ロール可変オフセットミルや図９の中間ロール可変オフセットミルでも良い。

また、本実施例では、上下１対の中間ロール３は、帯板１の板幅中心に対して上下点対称のロール胴端部位置にロール径が減少するロール肩３ａをそれぞれ有している例を示したが、上下１対の中間ロール３は、非特許文献１に示されるような帯板１の板幅中心に対して上下点対称のＳ字カーブロールクラウンを設け、軸方向にシフトさせる構造としても良い。この場合、ロール肩３ａを持つ６段ミルよりも形状制御能力は劣るが、４段ミルよりも形状制御能力は優る。また、このミルに前述した図１０に示される作業ロールシフトを適用しても良い。

図１１は本発明の実施例２を示す４段ミルの正断面図、図１２は図１１のXII-XII線断面図、図１３は実施例２の応用例を示す４段ミルの作業ロールシフトの説明図である。

本実施例の圧延機は、図１１，図１２に示すように、４段圧延機であり、実施例１である６段圧延機から上下１対の中間ロール３及び同軸受箱１５ａ〜１５ｄ、ベンディングシリンダー１６ａ〜１６ｄ一式を取り除いた構成となる。この場合、板形状制御能力は大きく低下するが構造がより簡易なものになる。

また、本実施例では、上下１対の作業ロール２は、軸方向にシフトする構造を示していないが、図１３のように、作業ロール２は、帯板１の板幅中心に対して上下点対称方向のロール胴端部位置に先細り状のロール肩２ａをそれぞれ有し、軸方向にシフト可能な構造としても良い。これによると、より簡易な構造でエッジドロップ低減が可能となる。

また、前記応用例では、上下１対の作業ロール２は、帯板１の板幅中心に対して上下点対称方向のロール胴端部位置に先細り状のロール肩２ａをそれぞれ有し、軸方向にシフト可能な構造の例を示したが、上下１対の作業ロール２は、非特許文献１に示されるような帯板１の板幅中心に対して上下点対称のＳ字カーブロールクラウンを設け、軸方向にシフトさせる構造としても良い。この場合、図１３に示した４段ミルよりも形状制御能力は優る。

また、本発明の小径作業ロール圧延機をタンデム圧延機に適用する場合、図１４に示されるように、NO．1スタンドに適用すると、高縦弾性材の小径作業ロールにより、強圧下が可能となる。また、最終スタンド、本図ではNO．４スタンドに適用すると、高縦弾性材の小径作業ロールにより、より薄い板が圧延可能となる。無論全スタンドについて本発明の小径作業ロール圧延機を適用しても良い。これにより、より薄くて硬い材料が圧延可能となる。尚、本図では、本発明の小径作業ロール圧延機として、６段ミルを代表として表示したが、４段ミルでも同様に適用できる。

１ 帯板
２ 作業ロール
３ 中間ロール
４ 補強ロール
５ａ，５ｂ パスライン調整装置
６ａ，６ｂ 油圧シリンダー
７ａ，７ｂ ハウジング
１３ａ〜１３ｄ 作業ロール軸受箱
１５ａ〜１５ｄ 中間ロール軸受箱
１７ａ〜１７ｄ 補強ロール軸受箱
１４ａ〜１４ｄ 作業ロールベンディングシリンダー
１６ａ〜１６ｄ 中間ロールベンディングシリンダー

Claims (3)

1. 金属帯板を圧延する上下１対の作業ロールとその作業ロールを支持する上下１対の中間ロールと更にこの上下１対の中間ロールを支持する上下１対の補強ロールから成り、前記作業ロールの圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない６段式の圧延機において、
   前記作業ロールが駆動されると共に、同作業ロールは、縦弾性係数21,000kg/mm²の従来材の縦弾性係数との比がＫ＝１．２〜３．０である高い縦弾性係数の材質を使用した単一材から成り、その作業ロールの最小ロール径は、最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記式で表されることを特徴とする圧延機。
   最小径上限Dmax1=D4max×B/K^(1/4)
   ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
   B ; 板幅（mm）/1,300mm
   K ; 高縦弾性材の従来材との比
   （高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm²））
   最小径下限Dmin1= D4min×Ｂ/K^(1/4)
   ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180
2. 金属帯板を圧延する上下１対の作業ロールとその作業ロールを支持する上下１対の補強ロールから成り、前記作業ロールの圧延可能な板幅内，外に支持ロールを有しない４段式の圧延機において、
   前記作業ロールが駆動されると共に、同作業ロールは、縦弾性係数21,000kg/mm²の従来材の縦弾性係数との比がＫ＝１．２〜３．０である高い縦弾性係数の材質を使用した単一材から成り、その作業ロールの最小ロール径は、最小径上限Dmax1と最小径下限Dmin1間にあり、これらは下記式で表されることを特徴とする圧延機。
   最小径上限Dmax1=D4max×B/K^(1/4)
   ここで、D4max ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径上限：φ380
   B ; 板幅（mm）/1,300mm
   K ; 高縦弾性材の従来材との比
   （高縦弾性材の縦弾性係数/従来材の縦弾性係数（21,000kg/mm²））
   最小径下限Dmin1= D4min×Ｂ/K^(1/4)
   ここで、D4min ; 従来板幅1,300mmの作業ロール最小径下限：φ180
3. 複数の圧延機スタンドを並べたタンデム圧延機において、前記請求項１または２に記載の圧延機を少なくとも１スタンド設けたことを特徴とするタンデム圧延機。

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