JPH0671613B2 - 線材の圧延方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ブロックミルを使用する線材の圧延方法に関
する。

［従来の技術］ 線材の仕上げ圧延機は、圧延材の進行方向に沿って配列
された多数組の圧延スタンドで構成されており、一般に
圧延速度の高速化（最近では100m/sec程度）と高品質の
確保（表面疵が少なくしかも寸法精度が良い）の背景か
ら、鋼材の捻転が不要なように、隣り合うスタンドのロ
ールが水平面に対して互いに逆方向に45度ずつ傾斜させ
てある。また、各々のスタンドのロールは、所定のギア
比を有する伝達機構を介して、単一の駆動モータに共通
に連結されており、圧延材には僅かにテンションが加わ
るように設定してある。

また、ブロックミルは通常片持ち製造となっており、使
用するロールとしては耐摩耗性に優れた超硬ロール（材
質はWC）が採用されている。

ところで、この種のブロックミルを利用する線材圧延に
おいては、各スタンドにおけるロール回転速度、ロール
径、及びロール圧下隙（上下ロール間の間隙）の３つの
要素が製品の寸法精度に影響を及ぼすが、ロール回転速
度はギア比によって定まるので従来より、調整はできな
いものとされている。

また、各スタンド毎にギア比が一定に定められているの
で、各スタンド毎のロール径についても、むやみに大き
な変更を行なうと、スタンド間でテンション変動を起こ
すことになる。従って、ロール径の調整に関しては、あ
る許容範囲内に抑えるように管理している状況にあり、
それを製品寸法の調整手段として利用することは現実的
には困難である。

そこで従来より、製品寸法の調整は、もっぱらロールの
圧下隙の調整によって行なわれている。

実際の圧延装置においては、ブロックミルの入側上流と
出側下流の両方に配置された寸法測定機によって、圧延
前の鋼材寸法と圧延後の製品寸法とを確認し、その結果
のフィードバックによって各ロールの圧下量の調整を行
なっている。また例えば特公昭61−1209号公報には、ブ
ロックミルの出側に２個の寸法測定機を備える装置が開
示されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来の方法では、フィードバック制御を行な
うので、制御系が安定している場合には問題がないが、
外乱などで制御系に大きな変化が生じた時には、制御の
遅れが問題になる。即ち、実際の圧延速度が100m/secに
も及ぶので、異常圧延が生じてから製品の実際の異常を
検出してそれをロール圧下隙に充分にフィードバックで
きるまでの遅れ時間の間に、規格外の寸法及び品質の製
品が大量にでき上がってしまい、圧延工程の歩留りの低
下につながる。

制御系に変化が生じるのは、例えばロールの交換を行な
った時である。圧延ロールは、摩耗進行，疵発生，折損
事故等々の場合、又は製品寸法が変わった場合に交換し
なければならない。交換する新しいロールとしては、そ
の直径が装置の許容範囲内のものが利用されるが、許容
範囲内であっても、それの交換によるロール径の変化は
圧延状況に大きな変化を及ぼす。この種の変化は、圧延
した製品に偏径，噛出等の形状不良を発生させる原因と
なる。

本発明は、圧延ロールの取替えによってロール径が変化
した場合に、制御の遅れによって生じる不良の発生を抑
え、歩留りを向上させることを課題とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明においては、少なく
とも３組のスタンドロールが線材の進行軸に沿って順次
に配置され、互いに隣り合うスタンドロールが水平面に
対して互いに逆方向に45度ずつ傾斜して配置され、各々
のスタンドロールが所定のギア比を有する伝達機構を介
して単一の駆動モータに共通に接続された線材ブロック
ミルを使用する線材の圧延方法において：各々のスタン
ドのロール径を測定し、測定したロール径と圧延品の寸
法とに基づいて、各々のスタンドにおけるロール間の間
隙値を算出するとともに、ブロックミルの線材入側に配
置された初段スタンドにおけるロール径と、ブロックミ
ルの線材出側に配置された最終スタンドにおけるロール
径とに基づいて、初段スタンドにおけるロール間の間隙
値を補正する。

［作用］ 圧延装置の稼働前におけるロール間の間隙の初期値設定
は、従来より、圧延する製品の寸法と、各スタンドのロ
ール径の設計標準値に対する過去の実績とに基づいて行
なわれている。従ってそのままの間隙設定では、実際の
ロール径が設計標準値と異なる場合には、それが許容範
囲内のずれであっても、圧延条件が標準圧延条件からず
れるので、実際の圧延製品寸法の測定に基づくフィード
バック制御が作用する前の最初の圧延時には、偏径，噛
出等の形状不良が発生する可能性がある。

本発明者らは、理論解析の結果、ブロックミルの圧延特
性として、第４図及び第５図に示す２つの特性を明らか
にすることができた。詳細については後述するが、これ
らの特性に基づいて、多数のスタンドのうち、ロール間
の間隙の製品寸法に与える影響が大きいのは、線材入側
に配置された初段のスタンドと線材出側に配置された最
終段のスタンドであり、それ以外のスタンドの影響は殆
どないことが分かった。また、初段スタンドのロール径
に対応する鋼材入側速度と最終段スタンドのロール径に
対応する製品出側速度との差異が、製品の品質（形状不
良発生の有無）と大きな相関があることが分かった。

そこで、本発明においては、ブロックミルの線材入側に
配置された初段スタンドにおけるロール径と、ブロック
ミルの線材出側に配置された最終スタンドにおけるロー
ル径とに基づいて、初段スタンドにおけるロール間の間
隙値を補正することによって、ロール取替えを行なった
場合に、圧延装置の稼働前に適正な圧延条件を設定する
ことを実現し、従来より、圧延開始直後に生じていた不
良製品の発生を低減することに成功した。

［実施例］ 第3a図に本発明を実施する一形式の線材ブロックミルを
備える圧延システムの構成を示し、第3b図に第3a図のブ
ロックミルの機構部の外観を示す。第3a図及び第3b図を
参照してこの装置の構成を説明する。

この実施例においては、ブロックミルには10台のスタン
ドS1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9及びS10が備わってお
り、これらは線材１の進行軸に沿って順番に並べてあ
る。また、各々のスタンドは、互いに隣り合うスタンド
が互いに逆向きになる形で、水平面に対してロールの軸
を45度傾斜させて配置してある。各々のスタンドの駆動
軸3₁，3₂，3₃，…は、駆動機構９を介して、単一の駆動
モータ２の駆動軸に連結されている。

駆動機構９には歯車機構が組込まれており、各スタンド
のギア比、即ち減速比は予め固定されている。また、ス
タンドS1〜S10の各々には、それぞれロール間の間隙を
調整するための圧下装置４（4₁，4₂，4₃，…）が備わっ
ている。

圧下装置は、演算器５によって制御される。

ブロックミルの線材入側と線材出側には、それぞれ、線
材の太さを測定する太さ計７及び８が設けられている。
太さ計7,8の測定結果は演算器５に入力され、各スタン
ドのロール間の間隙のフィードバック制御に利用され
る。演算器５に接続された入力端末装置６は、圧延製品
の種類が変わる場合の製品寸法に入力や、ロール取替え
を行なった場合の新しいロール径の入力を行なうのに利
用される。

第3a図に示すシステムにおいては、装置の稼働後には、
従来と同様に、ブロックミルの入側と出側で各々測定し
た線材寸法に基づいて、各スタンドのロール間の間隙が
適正になるようにフィードバック制御を行なうが、装置
の稼働前に、新しい方法を用いてロール間の間隙の初期
設定を行なうようにしている。それによって、取替えを
行なった新しいロールのロール径に適合するように、装
置の稼働前にロール間の間隙が適正に設定され、稼働直
後の不良の発生が防止される。以下、その方法について
説明する。

ブロックミルの圧延特性として、第４図及び第５図に示
す２つの特性は知られている（例えば、第33回塑性加工
連合講演会講演論文集 P.159「線材の圧延特性に関す
る研究」）。第４図は、第3b図のように10台のスタンド
を備えるブロックミルにおいて、各スタンドにおいて圧
下量、即ちロール間の間隙を調整した時のそれが製品幅
に及ぼす影響の大きさを示している。ここで、各スタン
ドの影響係数βｉ（ｉはスタンド番号）は、次式で表わ
される。

βｉ＝（Δb/b）／（Δhi/hi） 但し、（Δb/b）：製品幅の変化率 （Δhi/hi）:iスタンドの圧下の変化率 なお、第４図において、縦軸の符号は、鋼材が小さくな
る方向を正としてある。

第４図を参照すると、製品寸法（仕上幅）に与える影響
が大きいスタンドは、ブロックミル入側の初段（ｉ＝1,
第3a図のS1）とブロックミル出側の最終段（ｉ＝10,第3
a図のS10）の２つである。即ち、初段のスタンドS1のロ
ールを圧下すると製品幅は正で小さくなり、最終段にス
タンドS10のロールを圧下すると製品幅は負で大きくな
る。その他のスタンドにおける圧下の影響は殆どない。

第５図は、初段スタンドS1でロールを圧下した時の各ス
タンド出側における鋼材幅に対する影響を示している。
第５図を参照すると、初段スタンドS1のロールを圧下す
ると、各スタンド出側の鋼材幅は小さくなり、製品幅
（S10の出側の幅）も小さくなることが分かる。勿論、S
1は圧下するのでその出側では幅は大きくなる。

第４図及び第５図に示したように、製品寸法はブロック
ミル入側スタンドS1と出側スタンドS10の圧下の影響が
大きい。換言すると、S1,S10以外のスタンドのロールを
取り替えた場合は、製品寸法への影響は殆どない。

第２図は、上記理論に基づいて、10個のスタンドを圧下
の影響力の大きいS1とS10の２台のスタンドのみを取り
出したものである。これら２台のロールによって本発明
を詳細に説明する。第２図においては、入側及び出側ス
タンドのロール径をそれぞれD_o及びＤとしてある。

第２図において、入側のロールと出側のロールとが同一
の回転速度で駆動されると仮定すれば、ロール径の違い
は次の影響を及ぼす。

D₀＞Ｄの場合： 入側の方が出側より鋼材の進行速度が速いので、入側と
出側のスタンド間で、鋼材には押込力が働き、鋼材幅は
大きくなる。この作用は、D₀＝Ｄの場合に入側スタンド
の圧下量を所定量増加（間隙を小さく）した場合と等価
である。

D₀＜Ｄの場合： 入側の方が出側より鋼材の進行速度が遅いので、入側と
出側のスタンド間で、鋼材には引張力が働き、鋼材幅は
小さくなる。この作用は、D₀＝Ｄの場合に入側スタンド
の圧下量を所定量減少（間隙を大きく）した場合と等価
である。

つまり、以上のことから導かれることは、入側スタンド
のロール径と出側スタンドのロール径との差異と、圧下
量（ロール間の間隙）との関連を調整することによっ
て、製品幅を制御することが可能である、ということで
ある。勿論、入側スタンドのロールと出側スタンドのロ
ールの回転速度が異なる場合には、それの影響もある。

本発明者らは、上述の理論をもとにして、第１図に示す
ロール径差と圧下量との相関関係を見出すことに成功し
た。第１図は、ロール径差と、形状不良（第6a図のよう
な偏径，第6b図のような噛出）の発生がない時の圧下量
補正値（第１スタンドについて、設計標準ロール径にお
いて算出した圧下量に対する補正値）との関係について
実機設備における実績データをプロットしたものであ
り、直線はその回帰線を示している。なお第１図におい
て、ロール径差は、出側スタンドのロール径−入側スタ
ンドのロール径（Ｄ−D₀）と定義した。また、圧下量補
正値は、ロール間の間隙を狭くする方向を正符号として
いる。

一般に、各スタンドのロール間の間隙の適正な初期値を
算出する場合には、ロール径D,D₀が設計標準値と一致
し、しかもＤ＝D₀である、という条件を前提にしてい
る。従って、ロール径が設計標準値からずれている場合
には、算出されるロール間の間隙の初期値は適正な値か
らずれることになる。しかしながら、ロール径のばらつ
きを零にすることは、実操業上不可能なので、各々の圧
延装置で、それに利用できるロール径の許容範囲を定め
て、その範囲内のロールを使用しているのが現状であ
る。

ところが、第１図の如く、予め、入り側スタンドと出側
スタンドのロール径差と圧下量補正値の関係を把握して
おけば、入り側スタンド及び出側スタンドとのロール径
が設計標準値からずれている場合でも、ロール径差（Ｄ
−D₀）に応じて、例えば、第１図の実績データのｂ＝0.
15に従って圧下量を補正すれば、圧延装置の稼働前に、
ロール間の間隙を適正な値に調整でき、製品の形状不良
の発生を防止できることが分かる。

即ち、ロール径差が正符号をとる場合には、第２図にお
けるD₀＜Ｄのケースに該当するので、スタンド間には引
張力が働くので、ロール径の設計標準値に対して算出さ
れた間隙のままでは、製品に第6a図に示すような偏径が
生じる。その場合、入側スタンドの圧下量を小さくし、
間隙が大きくなるように補正することによって、製品の
形状不良の発生を防止できる。また、ロール径差が負符
号になる場合は、スタンド間に押込力が働くので、製品
に第6b図に示すような噛出が生じる。この場合、入側ス
タンドの圧下量を大きくし、間隙が小さくなるように補
正することによって、製品の形状不良の発生を防止でき
る。

第3a図に示すシステムにおいては、ブロックミルのロー
ル交換を行なった場合には、予め測定された各スタンド
のロール径を、オペレータが入力端末装置６から入力す
る。また、製品寸法も入力する。各ロール径及び製品寸
法の情報は、入力端末装置６から演算器５に伝達され
る。演算器５は、入力された各スタンドのロール径と製
品寸法に基づいて所定の演算を行ない、各スタンドのロ
ール間の間隙、即ち圧下量の調整を行なう。

演算器５においては、製品寸法毎に設計基準ロール径に
対する各スタンドのロール間の間隙が予めテーブルとし
て記憶されているので、入力された製品寸法に従ってそ
のテーブルを参照し、各スタンドのロール間の間隙を求
める。また、圧下量とロール間の間隙との関係が実際の
ロール径と設計標準ロール径との差によって変化するの
で、入力された各スタンドのロール径から、各スタンド
の圧下量を求める。

また、テーブルから求められたロール間の間隙は、ロー
ル径が設計標準値と一致する場合に適正な値であるの
で、ロール径が設計標準値と異なる場合には、適正な値
になるように補正を行ない、ロール間の間隙を修正す
る。即ち、初段スタンドS1のロール径と最終段スタンド
S10のロール径との差に基づいて演算した補正値（δと
する）に相当する修正を行なう。この場合、δはロール
間の間隙を狭くする方向を正符号とする。

上記の各スタンドのロール間の間隙の初期設定が完了し
た後で、圧延装置が実際に稼働し、稼働した後は実際に
検出される入側と出側の線材寸法に応じて、フィードバ
ック制御が行なわれ、各スタンドのロール間の間隙が自
動的に調整される。しかし装置が稼働する前に各スタン
ドのロール間の間隙は適正量に設定されているので、装
置が稼働した直後であっても、不良の発生は殆どない。

補正値δの算出について、次に具体的な数値で説明す
る。

第3a図のブロックミルにおける各種数値の一例を次の第
１表に示す。

なお第１表において、ロール間の間隙は、製品寸法が5.
5［mmφ］の場合であり、各スタンドのロール径が設計
標準径であるとみなして、テーブルから求められた値で
ある。またこの例では、初段と第２段目のスタンドS1,S
2の設計標準ロール径が８インチであるが、その他のス
タンドの標準ロール径は６インチになっている。標準径
の違いによるスタンド間の周速度差は、ギア比の違いに
よって予め補償されている。つまり、８インチのロール
は６インチのロールに比べて回転速度が3/4に設定して
あるので、線材が当接するロール外周面の速度は、両者
の間でほとんど差がない。

またこの例では、隣り合うスタンド間のロール径差の許
容値が4mmに設定してあるが、実際のスタンド間のロー
ル径差はS1−S2−S3−S4−S5−S6−S7−S8−S9−S10の
各々の間で、それぞれ3.00,1.00,3.41,0.90,1.10,0.70,
3.20,3.20及び1.30［mm］になっているので許容範囲内
である。なおここでは線材に対する速度差を問題にして
いるので、S2とS3間のように隣合うロールの設計標準ロ
ール径が異なる場合は、S2（設計標準ロール径８イン
チ）のロール径は、ギア比の3/4を乗算して速度比を考
慮したロール径に換算し、S3（設計標準ロール径６イン
チ）の径と比較している。

前述の補正値δは、次式によって求める。

δ＝−（Dout−Din×ａ）×ｂ 但し、Dout:S10のロール径 Din:S1のロール径 a:補正係数（S1とS10とのギア比） b:実験係数（0.15:第１図における回帰式の傾き） なお、ロールの設計標準径にスタンド間で差がない場合
には係数ａは１でよい。尚、ここでδは、上の式に実際
の数値を代入すれば、 δ＝−（151.50−208.20×（3/4））×0.15 ＝＋0.70 従って、前記第１表に示される初段スタンドS1のロール
間の間隙（1.9mm）と補正値の0.70mmから、S1のロール
間の間隙を1.20mmに設定する。この補正によって、実際
に使用されたロールのロール径と標準ロール径との違い
に基づく圧延状態の標準状態に対する変化を未然に防止
することができ、適正な条件で圧延装置の稼働を開始す
ることができ、稼働開始（又は再開）直後の製品の形状
不良の発生を防止できる。なお、初段以外のスタンドに
ついては、ロール間の間隙の補正は不要である。

［効果］ 以上のとおり本発明によれば、ロール間の間隙の初期設
定値の算出に利用される設計標準値と、実際に使用され
るロールの径との違いに基づく圧延状態の変化を未然に
防止することができ、適正な条件で圧延装置の稼働を開
始することができ、稼働開始（又は再開）直後の製品の
形状不良の発生を防止できる。

本発明を実施する前（補正無し）と後（補正有）におけ
る歩留り等の変化を次の第２表に示す。

第２表を参照すると、本発明の実施によって、形状不良
の発生が激減し、歩留りも大幅に向上したことが分か
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、出側スタンドと入側スタンドのロール径差と
入側スタンドの圧下補正量との相関を示すグラフであ
る。 第２図は、第3b図の多数のスタンドのロールを２つのス
タンドで簡易化したモデルを示す正面図である。 第3a図は、本発明を実施する圧延装置の構成を示すブロ
ック図、第3b図は第3a図のブロックミルの機構部の外観
を示す斜視図である。 第４図及び第５図は第3a図のブロックミルの圧延特性を
示すグラフであり、第４図は各々のスタンドの圧下量を
調整する時の製品幅への影響度、第５図は初段スタンド
の圧下量を調整する時の各スタンド出側の鋼材幅に及ぼ
す影響度を示している。 第6a図及び第6b図は、形状不良の例を示す鋼材の断面図
である。 1:線材、2:駆動モータ 3:駆動軸、4:圧下装置 5:演算器、6:入力端末装置 7,8:太さ計、9:駆動機構 S1〜S10:スタンド S1:（初段スタンド） S10:（最終段スタンド）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも３組のスタンドロールが線材の
   進行軸に沿って順次に配置され、互いに隣り合うスタン
   ドロールが水平面に対して互いに逆方向に45度ずつ傾斜
   して配置され、各々のスタンドロールが所定のギア比を
   有する伝達機構を介して単一の駆動モータに共通に接続
   された線材ブロックミルを使用する線材の圧延方法にお
   いて： 各々のスタンドのロール径を測定し、測定したロール径
   と圧延品の寸法とに基づいて、各々のスタンドにおける
   ロール間の間隙値を算出するとともに、ブロックミルの
   線材入側に配置された初段スタンドにおけるロール径
   と、ブロックミルの線材出側に配置された最終スタンド
   におけるロール径とに基づいて、初段スタンドにおける
   ロール間の間隙値を補正する、ことを特徴とする、線材
   の圧延方法。