JPH0131962B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は板圧延機におけるオンラインロール研
削に関するものである。

一般に板圧延においては、作業ロールが圧延材
に接触する部分だけ局部的に摩耗するため、正常
な板厚分布の板を圧延するには、圧延材の圧延順
序を広幅から狭幅へと移行させてゆく必要があ
り、現在ほとんどの圧延機において、このような
圧延順序の板幅規制を採用している。

ところが近年、特に熱間圧延の場合エネルギー
コストの上昇とともに、連続鋳造設備から供給さ
れるスラブを熱片のまま加熱炉に挿入したり直接
圧延するという工程が採用されはじめたため、上
記の板幅による圧延順序規制を撤廃する要求が強
くなつてきた。またこのような圧延順序規制をな
くすことによつて圧延素材の置き場所を大幅に縮
小せしめることができ、新設ミルの場合、初期の
設備投資額が軽減できることになる。

さて、このような板幅による圧延順序規制を撤
廃する方策として従来から、オンラインロール研
削、圧延材エツジの局部加熱あるいは油圧延など
が提案されている。本発明はこのうちのオンライ
ンロール研削に関するものである。ところで従来
提案されているオンラインロール研削の方法は、
砥石のような工具を圧延機に設置してロール研削
を行なうというものであるが、この方法でロール
全面を研削するには、工具の摩耗を補償するた
め、精度の高いオンラインロールプロフイルメー
タが必要となる。しかしながらこの種のロールプ
ロフイルメータは現在のところ実用化に達したも
のがなく、このためオンラインロール研削は圧延
材エツジに接触する部分に発生するロール局部摩
耗をならす程度の役割しか果していないのが現状
である。

本発明は、このような従来のオンラインロール
研削の限界を解消したものであり、その要旨とす
るところは、相隣る上下ロールのうち少なくとも
１組のロールを圧延板面に平行な面内で交叉させ
ることのできる圧延機において、圧延ロールが板
を噛込んでいない状態で、相隣る上下ロールのう
ち少なくとも１組のロールを圧延板面に平行な面
内で交叉させるとともに、圧下装置により上下作
業ロールを接触せしめ、ロールを回転させてロー
ルを研削することを特徴とするロール研削方法で
ある。

前記相隣る上下ロールのうち少なくとも１組の
ロールを圧延板面に平行な面内で交叉させること
のできる圧延機は、上ロールと下ロールを、圧延
方向に直角な線に対してそれぞれ所要の角度に交
叉（クロス）させるように構成した圧延機であ
る。

上ロール、下ロールを前記のようにクロスさせ
る機構として、第１１図に示す機構を、発明者等
は特願昭55−32612号および特願昭55−32613号に
て提案している。これらの機構は、上ロール、下
ロールのロールチヨツクを、ハウジング或はハウ
ジングに設けた受け台に取り付けているジヤツキ
により、鉛直軸を回動軸として同一水平面内で回
動させ、上ロールと下ロールを圧延方向に直角な
線に対してそれぞれクロスさせるものである。

第１１図は、本出願人が開発し、特願昭55−
32613号にて提案した四段圧延機のクロス機構で
ある。第１１図においては、２８はハウジング、
３０，３０′は受け台、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，
３３ｄ，３３a′，３３b′，３３c′，３３d′はジヤ
ツキ、２６，２７は上ロール用のチヨツク、２
６′，２７′は下ロール用のチヨツクであつて、前
記の機構がロールの両端側にそれぞれ設けられて
いる。

従つて、３３ａ，３３ｂ，……，３３d′の各ジ
ヤツキを作動させて、チヨツク２６，２７，２
６′，２７′を圧延方向イの前後に動かし、上ロー
ル２２，２３、下ロール２２′，２３′をクロスさ
せることができる。クロスさせたときの模様を、
第６図に示す。

以下に本発明を詳細に説明する。

一般に、２つの相隣るロールの転動現象におい
ては、接触面においてすべりが発生するような使
用法はほとんど行なわれない。すなわち一般的な
４重式圧延機を考えた場合、作業ロールは駆動さ
れているが補強ロールは無駆動であるので作業ロ
ール〜補強ロール間ですべりが発生することはな
い。また上下作業ロールを接触させた場合におい
てもすべりが発生しないように上下作業ロールの
径差の管理が行なわれている。このような管理を
行なつている最大の理由は、周速の異なる作業ロ
ールを接触させた場合、片側はブレーキとなり、
もう一方のロールにはそのブレーキ分も含め異常
に大きなトルクが発生することになり、スピンド
ルあるいはピニオンスタンドを破損する可能性が
あるからである。このように一般にロール転動現
象においては、接触面においてすべりはほとんど
発生していないので、ロール間接触による転動摩
耗は非常に小さい。例えばホツトストリツプミル
仕上圧延機の補強ロールの場合、10日間前後連続
使用した後の摩耗量は直径にして１mm前後であ
る。作業ロールのほうは数時間ごとに組替えるの
で、補強ロールとの接触による摩耗量はごくわず
かとなるが、圧延材との接触部においては、塑性
変形に伴なう本質的なすべりが発生するためかな
り激しいロール摩耗が進行する。このようにして
作業ロールには圧延材板幅に対応したロール摩耗
プロフイルが発生することになる。

ところが本発明のように、相隣る上下ロールを
圧延板面に平行な面内で交叉させた場合、第１図
に示すように２つのロール１，２の周速ベクトル
の方向３，４が異なるため圧延方向に垂直な方向
にすべり５を生ずることになり、これによつてロ
ール間接触によるロール摩耗が著しく増大する。
第２，３図には本発明者らが行なつた摩耗実験の
結果を示す。これは直径200mmの試験片を用いて
行なつた実験の結果であり、第２図は補強ロール
と作業ロールを想定して、特殊鍛鋼材と高合金グ
レイン材を組み合わせて行なつた場合で、第３図
は上下作業ロールを接触させた場合を想定して、
高合金グレイン材どうしを組み合わせたときの結
果を示す。いずれの図も30万回転後の摩耗量を縦
軸に、ロール軸交叉角を横軸にとつて実験結果を
示しているが、交叉角を1.5゜、2.5゜と大きくして
いくと、交叉角０の場合に比べて著しく摩耗量が
増大していることがわかる。またこのときの摩耗
肌は非常に良好な表面性状を示しており、圧延ロ
ールとして十分使用できるものと判断された。本
発明の最大の特徴は、ロール研削を行なうにあた
つて特別な工具を用いることなく、ロールそれ自
身を工具としているところにあるが、この可能性
については上記実験によつて証明された。

次に問題となるのは、本方式でロール研削を行
なつた場合、軸方向のロールプロフイルがどのよ
うになるかという問題である。いま同一板幅の圧
延を大量に行なつて作業ロールのプロフイルが第
４図のようになつたものとし、この段階から本発
明の方法によつてロール研削を行なう場合を考え
る。この場合交叉角にもよるが、一般に接触応力
は摩耗のほとんど見られないの部分が高くな
る。第２図および第３図の実験結果からわかるよ
うに接触応力が高いほど摩耗量すなわち研削量は
大きくなるので、第４図のような摩耗プロフイル
は解消される方向に研削が進む。そして最終的に
はロール胴長方向の接触圧力分布が均一になる方
向に研削が進行していくことになる。このときの
ロールプロフイルは次のようにして推定できる。
いま便宜的に初期ロールカーブがフラツトな２本
のロールを交叉角で交叉させた場合を考える。
第５図には無負荷の状態を圧延方向に垂直な方向
から見た図を示すが、この状態においてはロール
胴長中心部のみが接触しており、ロール胴端部に
は間隙が存在する。この間隙の大きさは簡単な幾
何学により次式で求められる。

ただしｘはロール胴長中心を原点とし圧延方向
に垂直な方向の座標、は交叉角、Ｄはロール直
径（この場合は簡単のため２つのロール直径は同
じとしている）、δは第５図に示すロール間隙で
ある。(1)式でわかるようにこの間隙は放物線分布
をしており、胴端に行くほど大きくなつているこ
とがわかる。

したがつてこのまま荷重をかけた場合、(1)式の
間隙に対応して、ロール胴長中心部が最も高い接
触圧力となるような放物線分布の接触圧力分布と
なり、研削が進行していつて接触圧力分布が板幅
方向に均一になつたときというのは、すなわち(1)
式の間隙に対応した凹形のロールカーブが形成さ
れ、無負荷でのロール間隙が板幅方向全体にわた
つて０になるときに相当する。ロール１，２の材
質が同じ場合は、それぞれのロールに−x²（tan²
／２）／Ｄの分布形のロールカーブが形成される。

ロール１，２の材質が異なる場合には、あらかじ
め第２図のような実験を行なつて摩耗の比率αす
なわち、ロール１が単位量だけ摩耗したときのロ
ール２の摩耗量αを求めておくことによつて、ロ
ール１のロールカーブが−2x²（tan²／２）／（１ ＋α）Ｄ、ロール２のロールカーブが−2αx²
（tan²／２）／（１＋α）Ｄと推定される。なおこ こでは簡単のために２つのロール径の等しい場合
について説明したが、ロール径の異なる場合は(1)
式およびαに若干の補正をしなければならない。

以上説明してきたように本発明のロール研削方
法によると交叉角によつて最終的に形成される
ロールカーブが容易に推定できるため、少なくと
も研削によつて異常なロールプロフイルが発生す
ることがなく、したがつてオンラインロールプロ
フイルメータがなくともロール全面をオンライン
で研削できる。

次に本発明の実施態様について述べる。

第６図は特公昭55−64908号公報において既に
公知となつている４段圧延機であり、上部の作業
ロール７と補強ロール６、下部の作業ロール８と
補強ロール９をそれぞれペアにして交叉させ、圧
延板１０を圧延し板クラウン・形状を制御できる
圧延機である。１１は圧延方向に垂直な方向を示
している。いま第６図のようにロールを交叉した
状態で、非圧延時すなわちアイドルタイムに上下
作業ロール７，８を接触させ負荷をかけると、作
業ロールを研削することができる。なお、このと
きの負荷は第２図および第３図のデータから見
て、少なくとも100Kg／mm²以上の最大接触応力が
ロール間に発生しうる程度の負荷とする必要があ
ると考えられる。

第６図の状態のままでは補強ロールは研削され
ないので、これを研削するには第７図または第８
図のようにそれぞれ組となつている作業ロール〜
補強ロール間をクロスさせてやればよい。作業ロ
ール、補強ロールの接触による研削は当然アイド
ルタイムのみならず圧延時も可能である。なお、
第７図〜第１０図は下側ロールの平面図のみを示
している。第９図および第１０図に示すように作
業ロール、補強ロールのどちらか一方の軸心のみ
をクロスする方法も考えられる。ロール研削量に
ついては、交叉角および荷重によつて自在にコン
トロールすることができる。

いま、補強ロール材に特殊鍛鋼、作業ロールに
高合金グレインという現状ホツトストリツプミル
仕上圧延機後段に最も多く用いられている材質組
合せについて、本発明のより具体的な実施態様を
示す。なお補強ロール径は1300mm、作業ロール径
は700mmとする。

本発明者らの研究によると、単位幅あたりの圧
延荷重1000ton／ｍの条件で板厚4.00mm、板幅
1200mmの材料を１コイル（10ton）圧延した場合
に作業ロールに生ずる摩耗量は、約1.1μｍ／半径
と推定される。この間、作業ロールは約181回、
補強ロールは約97回転動している。いまアイドル
タイムに上下作業ロールの交叉角を1.5゜として、
胴長全面にわたつて接触した場合の平均の接触応
力で150Kg／mm²相当の負荷をかけて転動させたも
のとすると、第４図のの領域のように板に接触
していない部分には200Kg／mm²以上の接触応力が
作用するものと考えられる。第３図の実験結果で
＝1.5゜、P₀＝200Kg／mm²のデータを読みとると
約62μｍであるが、第３図はφ200mmの試験片であ
つたのでφ700mmの場合には接触長が3.5倍すなわ
ちすべり距離も3.5倍となるので、摩耗量は30万
回転で約217μｍと推定される。したがつて1.1μ
ｍ／半径の摩耗プロフイルを一気に解消してしま
うには約1520回転作業ロールを回転させればよ
い。この回転数は圧延中の187回に比べてかなり
大きいが、圧延中のように大きなトルクを必要と
しないのでこの間のみ大幅に増速させれば、１分
間程度で完全に研削することができる。この時間
をさらに短かくしたいときには、負荷を大きくし
たり、交叉角を大きくしたりすればよい。また、
オンラインロール研削の目的は、狭幅材の圧延に
よる摩耗プロフイルが、広幅材の異常プロフイル
となつて現われないようにすることであり、アイ
ドルタイムごとに完全に研削する必要もないた
め、さらに短時間で研削を済ますことができると
考えられる。

次に補強ロールであるが、例えば補強ロール〜
作業ロール間の交叉角を1.5゜とし、作業ロールの
1520回転に対応して１回のアイドルタイムに818
回転まわるものと考えると、補強ロールおよび作
業ロールの等価半径は227.5mmで、第２図の実験
の等価半径50mmの4.55倍であるから、このときの
摩耗量は接触応力150Kg／mm²とすると100μｍ×
4.55×818/300000＝1.24μｍとなる。一般に現状
の補強ロールの組替周期は10日間であり、その間
に10万tonの圧延を行なうものとすると10tonコイ
ルが１万本ということになり、毎回のアイドルタ
イムごとに上記の研削を行なうと10万tonの圧延
の間に12.4mm／半径研削する。この研削量はあま
りに大きいため、補強ロール〜作業ロール間のク
ロス角は、1.5゜よりもさらに小さくし、またアイ
ドルタイムの何回かに１回というような研削方法
をとる方が望ましいと考えられる。

本発明によれば、ロール摩耗プロフイルをなら
すだけでなく、ロール表面の疲労層をも取り除く
ことが可能であり、ロール組替周期を大幅に延長
することができ、圧延機の作業率の向上にも多大
の寄与をするものと考えられる。

なお以上の説明においては、ロール材質として
高合金グレインおよび特殊鍛鋼を一例としてとり
上げたが、他のいかなる材質においても本発明が
適用できることは言うまでもない。また、圧延機
としても２重式、４重式の他、６重式等のいかな
る板圧延機においても本発明は適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つのロールをクロスした場合の平面
図と、接触域における周速ベクトルを示す図、第
２図は直径200mmの試験片で特殊鍛鋼と高合金グ
レインを組み合わせて行なつた摩耗実験結果、第
３図は同じく高合金グレインどうしを組み合わせ
て行なつた摩耗実験結果、第４図は一定の板幅の
圧延材を大量に圧延した後の作業ロールプロフイ
ルの模式図、第５図は２つのロールを交叉させた
ときの模式図、第６図はクロスロール方式の圧延
機の模式図でイは側面図、ロはイ図Ａ−Ａ矢視
図、第７図〜第１０図は４重式圧延機で本発明を
実施する場合のロール交叉状況の各種パターンを
示す図である。第１１図は、本発明を実施すると
きの、ロールクロス圧延機におけるロールクロス
機構を示す図である。 １……上ロール、２……下ロール、３……接触
点における上ロールの周速ベクトル、４……接触
点における下ロールの周速ベクトル、５……上ロ
ールが受けるすべり速度成分、６……上補強ロー
ル、７……上作業ロール、８……下作業ロール、
９……上補強ロール、１０……圧延板、１１……
圧延方向に垂直な方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相隣る上下ロールのうち少なくとも１組のロ
   ールを圧延板面に平行な面内で交叉させることの
   できる圧延機において、圧延ロールが板を噛み込
   んでいない状態で、相隣る上下ロールのうち少な
   くとも１組のロールを圧延板面に平行な面内で交
   叉させるとともに、圧下装置により上下作業ロー
   ルを接触せしめ、その状態でロールを回転させて
   ロールを研削することを特徴とするロール研削方
   法。 ２ 圧延板面に平行な面内で交叉させる１組のロ
   ールが上下作業ロールである特許請求の範囲第１
   項記載の方法。