JPH08309410A - 圧延ロール温度推定方法及び圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ロールバイト内の圧延ロール温度を精度良く測
定することで、ヒートストリークの発生率を低減可能な
圧延方法を提供することを目的としている。 【構成】圧延ロール２の出側にロール冷却水ノズル３が
配置され、圧延ロール２の入側に圧延油ノズル７が配置
される。ロール冷却水ポンプ４とロール冷却水ノズル３
とを接続する配管９の途中に供給水用の測温センサ１０
及び流量センサ１１が介挿される。戻り配管６にも戻り
水用の測温センサ１２が介挿される。コントローラ５
は、上記測温センサ及び流量センサから供給される温度
信号及び流量信号に基づいて、抜熱量を計算し、この抜
熱量（入熱量）及び伝熱解析に基づきロールの最高温度
を求め、さらに、上記最高温度が、ヒートストリーク発
生の臨界温度よりも低い温度となるように、ロール冷却
水量を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延ロールの圧延ロー
ルバイト部の温度を精度よく推定する圧延ロール温度推
定方法、及び、その推定方法で推定した温度に基づいて
ヒートストリーク発生を防止するために圧延ロールの冷
却を制御することに特徴を有する圧延方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】冷間圧延された鋼板表面にはヒートスト
リークと呼ばれる不良が発生することがある。このヒー
トストリークの発生は、ロールバイト直下での圧延材の
温度と相関があることが知られている。このヒートスト
リークを抑えるために、従来から、圧延材の板温を測定
したり、圧延ロールの温度を測定したりしている。

【０００３】上記圧延材の温度の測定は、従来、例え
ば、特開平５−１３８２２４号公報に記載されているよ
うに、内部に温度センサーである複数の熱電対を埋設し
て構成される温度センサロールを圧延機の出側に配設
し、その温度センサロールで圧延材の板温を測定し、そ
の測定値から圧延ロールバイト直下の圧延材の板温を推
定している。そして、その推定した温度とヒートストリ
ーク発生の臨界温度との温度差が小さくなるように圧延
速度を制御している。

【０００４】または、特開平１−２２４１０５号公報に
記載されているように、放射温度計によって、圧延ロー
ルの表面温度の幅方向分布を測定する。そして、測定し
たロール表面の温度と供給するロール冷却水の温度との
温度差に基づいて、ロール冷却水の噴射量を変えてい
る。または、特開昭５７−１５６８０７号公報に記載さ
れているように、圧延ロール表面に直接、温度センサを
接触させて、圧延ロール表面の温度を測定する。そし
て、その測定した温度と予め設定した最適温度領域との
比較結果に基づいて、ロール冷却水量を制御している。

【０００５】また、ワークロール自体の内部に温度セン
サーである複数の熱電対を埋設して、圧延ロールの内部
温度を測定する方法もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記圧
延機出側で板温を測定する方法では、ロールバイト直下
の板温測定が困難であり、ヒートストリーク発生の検出
が遅いという問題がある。また、放射温度計を使用した
測定では、ロール全周に渡っての測温が出来ず、特に、
ロールバイト部の内部の測温が不可能である。また、ロ
ール表面には圧延油膜が被着していることなどによる圧
延状況によって、板表面の放射率が変動し、また、圧延
油等による蒸気雰囲気での測定であるので、測温結果の
精度に欠ける。

【０００７】また、上記接触式センサによる測定でも、
ロール全周に渡っての測温が出来ず、特に、ロールバイ
ト部の内部の測温が不可能である。また、高速冷間圧延
等の場合に、圧延ロール表面に疵が入るおそれがあり、
この疵が、製品に悪影響を及ぼす。また、上記圧延ロー
ル内部に埋設した温度センサによる測定では、温度セン
サの遅れ時間によって正確な測温できない。例えば、高
速圧延を行っている圧延ロールのロールバイト部の温度
挙動を知ることが困難である。また、圧延ロール表面の
温度を測温することができない。

【０００８】冷間圧延においては、ロールの表面温度や
内部温度、特に、ロールバイト部の温度が、ヒートスト
リークと呼ばれる不良に対して支配的であることから、
当該ロールバイト部のロールの表面温度や内部温度を正
確に把握する必要があるが、上記のような従来の温度測
定では、その精度等に限界があるために、ヒートストリ
ークの発生率を所定以上に抑えることができない。

【０００９】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、ロールバイト部の圧延ロール温度を精
度良く測定することで、ヒートストリークの発生率を低
減可能な圧延方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧延ロール温度推定方法は、冷却媒体によ
り冷却されながら圧延を行う圧延方法において、上記冷
却媒体の供給量、供給温度、及び戻り温度から、上記圧
延ロールへの入熱量を求め、その求めた入熱量及び圧延
ロールの伝熱解析に基づいて圧延ロールバイト部の上記
圧延ロールの温度を推定することを特徴としている。

【００１１】また、請求項２に記載した圧延方法は、直
接給油方式により圧延油が供給される冷間圧延方法にお
いて、ロール冷却水の供給量、給水温度、及び戻り温度
から上記圧延ロールへの入熱量を求め、その求めた入熱
量及び圧延ロールの伝熱解析に基づきロールバイト部の
ロール表面最高温度を推定し、その推定したロール表面
最高温度が、ヒートストリーク発生の臨界温度よりも低
い温度となるように、圧延油流量及びロール冷却水量の
少なくとも一方の供給量を調整することを特徴としてい
る。

【００１２】

【作用】まず、請求項１に記載した発明の作用を説明す
る。冷却媒体の供給温度をＴ₁ 、冷却媒体の戻り温度を
Ｔ₂ 、冷却媒体の供給量をｑとすると、ロールからの抜
熱量Ｑ₀ は、次式によって計算される。 Ｑ₀ ＝ｑ・（Ｔ₂ −Ｔ₁ ）・Ｃ・ρ ここで、Ｃは、冷却媒体の比熱、ρは、冷却媒体の密度
である。

【００１３】このとき、熱的に定常な状態での圧延操業
であれば、上記抜熱量はロールへの入熱量と略等しいと
見なすことができる。従って、ロールへの冷却媒体の供
給量、供給温度、及び戻り温度を測定することで、ロー
ルへの入熱量が求められる。さらに、上記ロールへの入
熱の熱源は、ロールバイト部での加工熱及び摩擦熱によ
るので、当該ロールへの入熱は圧延ロールバイト部にお
いてのみ発生すると見なせる。従って、上記ロールへの
入熱量及び圧延ロール内部の伝熱解析に基づいて、圧延
ロールバイト部の圧延ロール表面やロール内部の温度が
推測される。

【００１４】次に、請求項２に記載した発明の作用を説
明する。この請求項２に記載した発明においては、ロー
ル冷却水が上記請求項１の冷却媒体であり、このロール
冷却水の供給温度、戻り温度、供給量の基づいて圧延ロ
ールへの入熱量が求められ、その求めた入熱量に基づい
て圧延ロール内部の伝熱解析等を行うことにより、ロー
ルバイト部のロール表面最高温度が推定される。

【００１５】そして、このロール表面最高温度がヒート
ストリークの発生の臨界温度よりも低くなるように、ロ
ール冷却水量や圧延油流量を変更する。例えば、ロール
表面最高温度が目標値（上記臨界温度よりも低い値）よ
りも高くなれば、上記ロール冷却水量等を増加し、ロー
ル表面最高温度が上記目標値よりも低くなれば、上記ロ
ール冷却水量等を減少する。

【００１６】これによって、ロールバイト直下の板温を
ヒートストリーク発生の臨界温度よりも低く抑えること
が可能となる。そして、ヒートストリークの発生は、ロ
ールバイト直下の圧延材の温度と相関があることから、
上記のような方法を採用することで、ヒートストリーク
発生を抑えることができる。

【００１７】また、本請求項２では直接給油方式を採用
しているので、ロール冷却水及び圧延油の流量を個々に
制御可能となると共に、当該直接給油方式では、給油す
る圧延油は、循環方式に比べて温度を低く設定可能であ
る。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本実施例は、直接給油式の冷間タンデム圧延機の最終ス
タンドの圧延ロールに対して、本願発明を適用した一例
である。まず構成について説明すると、系統図である図
１に示すように、鋼帯等の圧延材１が所定のパスライン
に沿って走行し、圧延ロール２によって圧延されるよう
になっている。

【００１９】上記圧延ロール２の出側には、ロール冷却
水ノズル３が配置されている。そのロール冷却水ノズル
３は、ロール冷却水ポンプ４を介して図示しない冷却水
タンクに接続されている。そして、上記ロール冷却水ポ
ンプ４を駆動することで、ロール冷却水ノズル３にロー
ル冷却水が供給され、続けて、そのロール冷却水が圧延
ロール２に向けて噴射されるようになっている。

【００２０】上記ロール冷却水ポンプ４は、コントロー
ラ５からの指令によってその吐出流量が調整されるよう
になっている。また、上記圧延ロール２に供給されたロ
ール冷却水は、戻り配管６を介して系外へ排出される。
また、圧延ロール２の入側には、圧延油ノズル７が配置
されている。その圧延油ノズル７は、圧延油ポンプ８を
介して図示しない圧延油タンクに接続され、上記圧延油
ポンプ８を駆動することで、上記圧延油ノズル７に圧延
油が供給され、続いて、その圧延油が圧延材１の表面に
向けて噴射されるようになっている。

【００２１】上記ロール圧延油ポンプ８は、コントロー
ラ５からの指令によってその吐出流量が調整されるよう
になっている。また、上記ロール冷却水ポンプ４とロー
ル冷却水ノズル３とを接続する配管９の途中には、供給
水用の測温センサ１０及び流量センサ１１が介挿されて
いる。供給水用の測温センサ１０は、ロール冷却水ノズ
ル３に供給されるロール冷却水の温度を測定し、その温
度信号をコントローラ５に供給可能となっている。ま
た、上記流量センサ１１は、ロール冷却水ノズル３に供
給される単位時間当たりのロール冷却水量を測定し、そ
の流量信号をコントローラ５に供給可能となっている。

【００２２】また、上記戻り配管６にも、戻り水用の測
温センサ１２が介挿されている。この測温センサ１２
は、戻り配管６を通過するロール冷却水の温度を測定
し、その温度信号をコントローラ５に供給可能となって
いる。また、上記コントローラ５は、所定時間毎に、図
２に示すような流れに沿って処理を行う。先ず、上記測
温センサ１０，１２及び流量センサ１１から供給される
温度信号及び流量信号を入力し（ステップ１）、その信
号に基づくロール冷却水の供給量ｑ、供給温度Ｔ₁ 及び
戻り温度Ｔ₂ により、下記（１）式に基づいてロールか
らの抜熱量Ｑを計算する（ステップ２）。

【００２３】 Ｑ ＝ｑ・（Ｔ₁ −Ｔ₂ ）・Ｃ・ρ ・・・（１） ここで、Ｃはロール冷却水の比熱を、ρはロール冷却水
の密度を示している。このとき、熱的に定常状態の圧延
であれば、上記抜熱量Ｑは、圧延ロール２での入熱量と
見なせる。次に、コントローラ５では、上記抜熱量（入
熱量）Ｑに基づき、下記（２）式に基づく図３に示すよ
うな非定常一次元熱伝導モデルに従って、ロールバイト
部のロール表面温度Ｔを計算する（ステップ３）。

【００２４】 θ₁ ′＝２Ｆ・〔θ₀ ＋｛（１／２Ｆ）−１｝θ₁ ＋Ｑ・（δ／λ）〕 ・・・（２） Ｆ ＝（λ／Ｃρ）・（Δｔ／δ） ここで、 Ｑ ：熱流束 〔ｋｃａｌ／ｍ² ｈ℃〕 λ ：熱伝導度 〔ｋｃａｌ／ｍｈ℃〕 Ｃ ：比熱 〔ｋｃａｌ／ｋｇ℃〕 ρ ：密度 〔ｋｇ／ｍ² 〕 δ ：分割エレメントの大きさ 〔ｍ〕 Δｔ：時間きざみ 〔ｈ〕 θ₁ 、θ₀ ：δだけ相対的に離れた位置での温度〔℃〕
（ θ₁ に対応する位置からθ₀ に対応する位置へ熱伝
導が生じるとする） なお、上記（２）式における、θ₀ とθ₁ を順次、熱の
伝導方向に沿って決定していくことで、上記ロール表面
温度Ｔを求めることができる。次に、コントローラ５で
は、上記計算したロール表面温度Ｔの推移から最高温度
Ｔ_MAX を求める（ステップ４）。

【００２５】なお、上記ロール表面温度Ｔは、図４に示
すように推移するので、ロールバイト部出側位置で最高
温度Ｔ_MAX となっている。また、上記圧延ロール２のロ
ール表面温度Ｔの推移を求める際の初期温度Ｔ₀（上記
温度θ₁ の初期値）は、圧延後に抜き取った圧延ロール
２の表面温度を使用している。この温度分布は、本実施
例では、図５に示すように、５０℃〜５５℃の度数が７
０％を占めるため、安全をみて５５℃としている。

【００２６】次に、コントローラ５では、上記最高温度
Ｔ_MAX と、予め求めたヒートストリーク発生の臨界温度
Ｔ_P よりも低い温度に設定した目標値Ｔ_H との偏差を求
め（ステップ５）、上記偏差が小さくなるような、圧延
ロール２に供給するロール冷却水量又は圧延油流量を求
め（ステップ６）、その流量で吐出する指令を、上記ロ
ール冷却水ポンプ４又は圧延油ポンプ８に供給するよう
になっている（ステップ７）。

【００２７】ここで、上記ヒートストリーク発生の臨界
温度Ｔ_P は、例えば、次のようにして決定する。試運転
等において、図６又は図７に示すように、上記最高温度
Ｔ_MAX とヒートストリーク発生との相関について求め
る。図５は、最終スタンドでの圧下率をパラメータとし
て最高温度Ｔ_MAX とヒートストリーク発生との関係を求
めたものである。また、図６は、圧延材１の変形抵抗を
パラメータとして最高温度Ｔ_MAX とヒートストリーク発
生との関係を求めたものである。

【００２８】そして、上記求めた関係から、ヒートスト
リーク発生の臨界温度Ｔ_P を決定する。本実施例では、
上記図５及び図６から、３００℃とした。次に、上記シ
ステムの動作等について説明する。搬送されてくる圧延
材１は、その表面に対して圧延油ノズル７から圧延油が
供給された後に、最終スタンドに噛み込み、当該スタン
ドの圧延ロール２で圧延される。そして、上記圧延加工
によって、ロールバイト部の圧延ロール２及びロールバ
イト直下の圧延材１が発熱する。

【００２９】上記熱は、ロール冷却水ノズル３から連続
的に噴射されるロール冷却水によって冷却されて、所定
以上にならないように制御される。上記ロール冷却水の
供給量は、コントローラ５からの指令によって駆動され
るロール冷却水ポンプ４からの吐出流量によって決定さ
れる。このとき、コントローラ５では、単位時間単位
に、一対の測温センサ１０，１２及び流量センサ１１か
らの信号に基づきロールバイト部のロール表面の最高温
度Ｔ_MAX を推定し、その最高温度Ｔ_MAX がヒートストリ
ーク発生の臨界温度Ｔ_Pよりも低くなるように、ロール
冷却水ポンプ４を介して圧延ロール２に供給するロール
冷却水量を変更する。例えば、図８に示すように、最高
温度Ｔ_MAX が増加するようであれば、供給するロール冷
却水量を増加して、上記最高温度Ｔ_MAX を上記臨界温度
Ｔ_P よりも低い所定の目標値Ｔ_H に制御する。

【００３０】上記目標値Ｔ_H は、上記臨界温度Ｔ_P に近
い方が圧延効率上から好ましいが、当該目標値Ｔ_H から
の最高温度Ｔ_MAX の変動によって当該最高温度が上記臨
界温度Ｔ_P を越えないような値にする必要がある。実際
に上記のように、ロール冷却水を制御して冷間圧延を実
施したところ、ヒートストリークの発生率は、０．０１
％に抑えることができた。

【００３１】また、上記抜熱量（入熱量）Ｑを用いて上
記熱伝導モデルで求めたロールバイト部でのロール表面
及び内部の温度の推移は、実際に、圧延ロール２に測温
センサを埋設して測定した値に近似しており、上記のよ
うにして求めたロールバイト部の圧延ロール２の温度
は、実際のロールバイト部でのロール表面及び内部の温
度に近似していることを確認した。

【００３２】また、上記実施例では、推定した圧延ロー
ル２表面の最高温度Ｔ_MAX に基づいて、ロール冷却水量
を制御した一例を示したが、図９に示すように、上記最
高温度Ｔ_MAX に基づいて圧延油の流量を制御するように
してもよい。この場合でも、上記最高温度Ｔ_MAX を上記
臨界温度Ｔ_P 以下に抑えることができることを確認し
た。

【００３３】なお、上記説明では、ロール冷却水量又は
圧延油流量の一方の流量のみを、上記最高温度Ｔ_MAX の
変動に合わせて調整するようにしているが、両流量を共
に変更するように制御しても構わない。また、本実施例
では、圧延ロール２の初期温度Ｔ₀ を圧延後のロール抜
き取り温度から決定したが、他の方法で測定した温度を
圧延ロール２の初期温度Ｔ₀ として使用してもよい。但
し、上記圧延ロール２の初期温度Ｔ₀ は適用する圧延材
や圧延機に応じて適正な値を選ぶ必要がある。

【００３４】また、本実施例では、タンデム圧延機の最
終スタンドに適用した一例を示したが、直接給油式冷間
圧延機であれば、リバース圧延機等であってもよいし、
最終スタンドだけでなく、他のスタンドに対しても同様
な制御を実施してもよい。また、上記伝熱解析のモデル
は一例であるので他の公知の伝熱モデルを使用した伝熱
計算によって、ロールバイト部の圧延ロール温度を求め
るようにしてもよい。

【００３５】また、上記図１に示す実施例では、上側の
圧延ロール２について、本願発明に基づくロール冷却水
等の制御を実施しているが、下側の圧延ロール２のみ、
又は、上下両圧延ロール２に対して、上記制御を実施し
てもよい。また、上記ロールバイト部の圧延ロール２の
温度の推定方法は、直接給油式冷間タンデム圧延機のみ
に限定されない。即ち、冷却媒体により冷却されながら
圧延を行う圧延ロール２であれば、循環式給油方式の圧
延機、又は、熱間圧延機等に適用しても構わない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明においては、ロールバイト部の圧延ロールの
温度を精度良く推定することができるという効果があ
る。また、請求項２に記載した発明では、直接給油式の
ロールバイト部のロール表面温度を精度よく推定でき、
ヒートストリーク発生の臨界温度以下にロールバイト内
の圧延ロールの温度を確実に抑えることができるので、
ヒートストリークの発生を低減可能となるという効果が
ある。

【００３７】また、上記ロール表面温度を精度よく測定
できるということは、ヒートストリーク発生限界に近い
圧延条件下での操業が可能となり、圧延操業の生産性向
上に繋がるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例を示す系統図である。

【図２】本発明に係る実施例のコントローラでの処理を
示す流れ図である。

【図３】本発明に係る実施例の伝熱解析のモデルを示す
図である。

【図４】本発明に係る実施例で推定したロールバイト内
の温度分布。

【図５】本発明に係る実施例の圧延ロール抜き取り時の
温度分布を示す図である。

【図６】本発明に係る実施例の圧下率をパラメータとし
た際の最高温度とヒートストリーク発生との相関関係を
示す図である。

【図７】本発明に係る実施例の変形抵抗をパラメータと
した際の最高温度とヒートストリーク発生との相関関係
を示す図である。

【図８】ロール冷却水量と最高温度との関係を示す図で
ある。

【図９】圧延油流量と最高温度との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧延材 ２ 圧延ロール ３ ロール冷却水ノズル ４ ロール冷却水ポンプ ５ コントローラ ６ 戻り配管 ７ 圧延油ノズル ８ 圧延油ポンプ １０ 測温センサ １１ 流量センサ １２ 測温センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却媒体により冷却されながら圧延を行
   う圧延方法において、上記冷却媒体の供給量、供給温
   度、及び戻り温度から、上記圧延ロールへの入熱量を求
   め、その求めた入熱量及び圧延ロールの伝熱解析に基づ
   いて圧延ロールバイト部の上記圧延ロールの温度を推定
   することを特徴とする圧延ロール温度推定方法。
2. 【請求項２】 直接給油方式により圧延油が供給される
   冷間圧延方法において、ロール冷却水の供給量、給水温
   度、及び戻り温度から上記圧延ロールへの入熱量を求
   め、その求めた入熱量及び圧延ロールの伝熱解析に基づ
   きロールバイト部のロール表面最高温度を推定し、その
   推定したロール表面最高温度が、ヒートストリーク発生
   の臨界温度よりも低い温度となるように、圧延油流量及
   びロール冷却水量の少なくとも一方の供給量を調整する
   ことを特徴とする圧延方法。