JPH11248604A - 冷間圧延機におけるロール溶損予測方法およびその予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷間圧延でのロール溶損の発生を未然に予測す
ることを課題とする。 【解決手段】中間ロール２の少なくともロール溶損の発
生しやすい部位の温度を温度センサ４で測定して、その
温度センサ４による測定温度が所定温度以上となったと
きに警報手段６を通じてオペレータに警報を発して、溶
損発生を未然に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷間圧延機（調質
圧延機を含む）における圧延ロール（ワークロール、中
間ロール、バックアップロールの総称とする。以下同
じ）の溶損発生を未然に防止するために、冷間圧延操業
中に圧延ロールを監視するロール溶損予測方法およびそ
の予測装置に関するものであり、とくに溶損の発生しや
すいドライ圧延（被圧延材および圧延ロール表面に、潤
滑剤および冷却剤を供給しない圧延）に適用して有効で
ある。

【０００２】

【従来の技術】冷間圧延においては、圧延操業中にロー
ルの一部が局部的に溶融し損傷する、いわゆる溶損と呼
ばれる現象が発生することがある。この溶損と呼ばれる
現象は年に数回以上発生する例は少なく、発生頻度その
ものはそれほど高くない。しかし、圧延操業中にロール
に溶損が発生すると、ロールの損傷に繋がり操業ができ
なくなるばかりでなく、溶融したロール材料の飛散や圧
延機内の金属粉への着火などによる火災が懸念され、設
備に重大な損害を与える恐れがあるので、溶損を予防あ
るいは予測することができればその価値は大きい。

【０００３】しかし、溶損はなんら顕著な前触れなく突
然に発生し、また連続的に発生することがほとんどない
こともあり、溶損の発生機構は末だほとんど解明されて
いない。わずかに、温度上昇をもたらす要因である、当
接する他のロールとの間の摩擦発熱や、あるいはこの当
接部への金属粉（ダル粉等）の混入などが関係している
のではないかと推測されるにとどまっているが、これと
ても冷間圧延においてロールの一部が溶融するほどの高
温となる現象を十分説明するものではない。

【０００４】いずれにせよ何らかの過熱現象であるか
ら、溶損対策として、ロールの冷却が考えられる。とこ
ろが、冷間圧延には被圧延材の表面の汚れを嫌ってドラ
イ圧延と呼ばれる潤滑剤・冷却剤を用いない圧延を行な
う場合があり（代表的なものは、鋼帯などのドライ調質
圧延である）、このドライ圧延においては、ロールの冷
却が困難であり、またロール間やロール・金属粉間の摩
擦も大きくなりやすいため、特に溶損が生じやすい。

【０００５】そこで、従来にあっては、溶損防止または
ロール損傷を抑えるために、ロール材質として耐磨耗性
が高いものや硬度が高いものを使用するといった対策に
とどまっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロール
溶損防止という観点から見ると、ロールの材質に耐磨耗
性が高い材質のものや硬度が高い材質のものを採用する
という対策では、ロールの寿命は多少伸びても、十分に
溶損発生を抑制することができず、試用の域を脱してい
ないという問題があり、また、ロール溶損を予測できる
ものではない。

【０００７】さらに、ロール溶損の発生を監視するとい
ったことは、従来にあっては行なわれていない。なお、
特開昭６３−２０１０９号公報等に記載されているよう
に、熱間圧延などにおいてはロールの温度を測定するこ
とが従来から行なわれてはいるが、この温度測定の目的
はロールクラウンを制御するためのものであって、本願
発明の目的とは関係しないし、またロール軸方向位置以
外にはとくにロール測温部位に注目するものでもない。
もっとも温度測定の装置・方法自体は本願発明に適用可
能である。

【０００８】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、ロール溶損の発生を未然に予測するこ
とを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のうち請求項１に記載したロール溶損予測方
法は、冷間圧延機のロールについて、少なくともロール
溶損の発生しやすい部位のロール温度に基づきロール溶
損の発生を予測することを特徴とするものである。

【００１０】本願の発明者等は、ドライ調質圧延機（ド
ライ圧延を適用することのある調質圧延機）におけるド
ライ圧延で、溶損発生頻度の高い部位がロールの軸方向
端部側であることに注目し、また摩擦などの推定原因か
らロール同士の接触部及びその近傍が発生起点ではない
かとの予測の元に、溶損の発生しやすい部位としてロー
ル同士の接触部及びその近傍のロール軸方向端部近傍の
温度を連続的に監視したところ、当該部位では、溶損が
発生していなくても他の部位よりも温度が高くなってい
ることが分かった。

【００１１】この知見に基づいて、本願発明では、少な
くともロール溶損の発生しやすい部位を監視して、溶損
発生を予測するものである。ここで、操業中に、上記溶
損の発生しやすい部位の温度を測定すると、図１中白丸
で示すように、溶損の発生しない状態であっても他の部
位よりも若干温度が高いものの、実際にロールが溶損す
る温度レベルではない。しかし、連続的な温度の監視結
果から、溶損の発生しやすい部位では、だんだんと温度
が上昇した後に、突然温度が急上昇して溶損することを
確認している。

【００１２】図１中、黒丸が溶損発生直前の温度分布で
ある。溶損発生直前の温度にしてもロールの材料の溶融
温度からははるかに低温であるが、図１の例では安定状
態では１００℃を越えることはないことから、１００℃
を越える温度に達した場合は急激な過熱がすでに開始段
階にあると判断することができるのである。

【００１３】このようなことから、ロール溶損の発生の
予測は、ロール溶損の発生しやすい部位の温度を監視す
ることにより判定できることがわかる。ここで、溶損判
定の目安としては、ロール溶損の発生しやすい部位の温
度が所定値以上となっているか、該部位における単位時
間当たりの温度上昇量が所定温度上昇値以上となってい
るか、あるいは、たとえばロール軸方向の温度分布にお
けるロール温度の高い部分（ロール溶損の発生しやすい
部位）とロール温度の低い部分（ロール溶損の発生しに
くい部位）との温度差が所定温度以上となっているか、
等が好適である。

【００１４】請求項１〜請求項８のいずれに記載の発明
も、これに基づいてなされたものである。次に、請求項
２に記載した冷間圧延機におけるロール溶損予測装置
は、冷間圧延機の、ロール溶損の発生しやすい部位のロ
ールの温度を測定するロール温度測定手段と、上記ロー
ル温度測定手段で測定された測定温度が所定危険温度を
越えたときに溶損の危険ありと判定する溶損判定手段と
を備えることを特徴とするものである。

【００１５】次に、請求項３に記載した発明は、冷間圧
延機の、ロール溶損の発生しやすい部位のロールの温度
を測定するロール温度測定手段と、上記ロール温度測定
手段から連続的に測定温度を入力し、単位時間当たりの
温度上昇が所定危険値を越えたときに溶損の危険ありと
判定する溶損判定手段とを備えることを特徴とするもの
である。

【００１６】本発明は、温度変化（温度上昇）に基づい
て溶損を予測するものであり、請求項２の発明のように
測定温度の絶対値で判定しない分、雰囲気温度やロール
材質等の違いによる誤差を小さくすることが可能とな
る。

【００１７】次に、請求項４に記載した発明は、冷間圧
延機の、ロール溶損の発生しやすい部位およびロール溶
損の発生しにくい部位のロールの温度を測定するロール
温度測定手段と、上記ロール温度測定手段で測定された
ロール溶損の発生しやすい部位における測定温度とロー
ル溶損の発生しにくい部位における測定温度の差が所定
危険温度差を越えたときに溶損の危険ありと判定する溶
損判定手段とを備えることを特徴とするものである。

【００１８】本発明は、ロール溶損の発生しやすい部位
とロール溶損の発生しにくい部位の相対的な温度差によ
って判定するので、請求項２に記載の発明に比べて、雰
囲気やロール材質等の違いによる誤差を小さくすること
が可能となる。

【００１９】なお、ロール溶損の発生しやすい部位のロ
ールの温度と、ロール溶損の発生しにくい部位のロール
の温度を測定する測定手段については、１つの温度測定
手段（一度にあるいは交互にこれらの部位の温度を測定
する）で構成しても、また複数の温度測定手段で構成し
てもよい。

【００２０】次に、請求項５に記載した発明は、冷間圧
延機の、ロール溶損の発生しやすい部位およびロール溶
損の発生しがたい部位のロールの温度を測定するロール
温度測定手段と、上記ロール温度測定手段で測定された
各測定温度をそれぞれ連続的に入力し、単位時間当たり
の温度上昇を算出し、ロール溶損の発生しやすい部位に
おける温度上昇とロール溶損の発生しにくい部位におけ
る温度上昇との差が所定危険温度上昇差を越えたときに
溶損の危険ありと判定する溶損判定手段とを備えること
を特徴とするものである。

【００２１】本発明は、ロール溶損の発生しやすい部位
とロール溶損の発生しにくい部位の相対的な、温度変化
（温度上昇）の差に基づいて溶損を予測するものであ
り、請求項２〜４に記載の発明に比べて、雰囲気やロー
ル材質等の違いによる誤差をさらに小さくすることが可
能となる。

【００２２】次に、請求項６に記載した発明は、請求項
２〜５のいずれかに記載した構成に対し、上記ロール溶
損の発生しやすいロール部位は、当接する他のロールと
の接触部およびその近傍であって、ロール軸方向におけ
る、当接する他のロールとの接触状態から非接触状態に
変化する境界部およびその近傍であることを特徴とする
ものである。

【００２３】本発明は、ドライ圧延の場合による知見に
基づくもので、ドライ圧延であれば、ロール軸方向にお
ける位置は、当接する他のロールにおける端部のテーパ
開始位置（テーパ肩部という）のロール同士が接触する
部分及びその近傍である。

【００２４】次に、請求項７に記載した発明は、請求項
２〜６のいずれかに記載した構成に対し、上記冷間圧延
機は、ドライ調質圧延機であることを特徴とするもので
ある。

【００２５】本発明は、ドライ圧延でとくに溶損が生じ
やすいことを鑑みたものである。次に、請求項８に記載
した発明は、請求項２〜７のいずれかに記載した構成に
対し、上記ロール温度測定手段で温度測定されるロール
は、中間ロールであることを特徴とするものである。

【００２６】常に２つ以上のロールと接触し、また他の
ロールのテーパ肩部に接触する機会の多い中間ロールに
おいて溶損が最も生じやすいために、当該中間ロールの
溶損を監視することとしたものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、上記発明の実施の形態を図
面を参照しつつ説明する。本実施形態は、冷間調質圧延
操業をドライ圧延で行なう６ロール圧延機を例にとって
説明するものである。

【００２８】すなわち、本実施形態の圧延機は、図２に
示すように、パスラインＰを通過する被圧延材（ここで
は鋼帯）Ｓを挾んで上下にそれぞれワークロール１、中
間ロール２、バックアップロール３が配置されて構成さ
れている。

【００２９】そして、本実施形態では、上下の中間ロー
ル２について、それぞれロール２の溶損の発生しやすい
部位の温度を測定する非接触式の温度センサ４が設けら
れている。その温度センサ４は、測定した温度信号を連
続的に、あるいは所定時間間隔ごとに、溶損監視装置５
に供給している。

【００３０】ここで、上記温度センサ４は、ロール温度
測定する手段を構成するもので、たとえば、赤外線セン
サ等から構成される。この温度センサ４は接触式のもの
であってもよいが、ロール表面の疵・汚れの防止等を考
慮すると、非接触式の方が望ましい。

【００３１】上記温度センサ４による温度測定位置は、
ロール溶損の発生しやすい部位である。ロール溶損の発
生しやすい部位は予め判明しており、ドライ圧延にあっ
ては、正面図である図３におけるＡ部に示すように、他
のロールであるワークロール１およびバックアップロー
ル３との接触部における、ロール軸方向に向かって、当
該ワークロール１およびバックアップロール３との接触
が非接触に変化する境界部分、例えば、ワークロール１
およびバックアップロールの肩部（端部に形成されたテ
ーパが開始する部分）と接触する部分である。なお、よ
り詳しくは接触部よりやや端部側の、ロールの撓みによ
り接触したりしなかったりする部分に溶損が発生するよ
うであり、この部分で発生する摩擦熱が大きいものと推
測される。

【００３２】なお、ロールは高速で回転しているので、
同じ軸方向位置のＢ部もＡ部より若干，低温となるもの
の、ほぼ同程度の高温を示すので、この部分を測定部位
としてもよい（ロールの回転を考えると、Ｂ部も広い意
味で「溶損の発生しやすい部位」である）。また、ワー
クロールの肩部とバックアップロールの肩部位置がロー
ル軸方向に離れている場合は、溶損の発生しやすい部位
は図４に示すごとくなる。

【００３３】温度センサ４は、溶損の発生しやすい部分
を直接狙って温度測定するものでも良いし、図３におけ
るＡ部（場合によってはＢ部）を含む範囲を２次元温度
分布として検出するものを用い、測定範囲内で最高温度
を示す部分（通常Ａ部またはＢ部内になる）の温度を、
溶損の発生しやすい部位のロール温度とするようにして
もよい。図３および４の例では、たとえば破線で囲んだ
領域Ｃの２次元温度分布を測定するのが好適である。

【００３４】また、上記溶損監視装置５（溶損判定手
段）には、予め安定操業時の温度よりも高く、溶損発生
温度よりも低い、所定の溶損危険温度（たとえば１００
℃）が設定されている。

【００３５】そして、当該溶損監視装置５では、上記温
度センサ４から測定温度を入力し、その測定温度と溶損
危険温度とを比較して溶損危険温度よりも高い場合に、
警報手段６に警報信号を供給する。

【００３６】警報手段６としては、モニタ、警告ラン
プ、スピーカ等が考えられ、上記警報信号を入力する
と、たとえば、溶損の生じる恐れのあるロールの番号な
どがモニタに表示される。

【００３７】上記構成の装置では、溶損が発生しやすい
中間ロール２において、しかも、溶損の発生しやすい部
位（Ａ部、場合によってはＢ部）の温度を監視しつつ圧
延操業が行なわれる。

【００３８】そして、上記温度が溶損危険温度以上にな
ると、溶損監視装置５が溶損の危険ありと判断し、警報
手段６を通じてオペレータに注意を促す。これによっ
て、実際に溶損が発生してロールが損傷する前に、圧延
機を停止してロール替え等の対処が可能となり、ロール
の損傷を防ぎつつ設備の停止時間が短くて済む。

【００３９】ここで、上記構成では、警報を出すだけで
あるが、圧延機のコントローラと連動させて圧延機を停
止するインターロック機構を設けておいてもよい。ま
た、上記圧延操業はドライ圧延であるので、ロール冷却
のための手段が取りづらいが、ドライ圧延でなければ、
上記警報と共に、ロールの冷却処理を行い溶損を抑止す
るように構成してもよい。

【００４０】次に、第２の実施の形態を説明する。本実
施形態の基本構成は、上記第１の実施の形態と同様であ
り、溶損監視装置５での判定処理が異なるのみである。
即ち、本実施形態の溶損監視装置５では、温度センサ４
から所定時間間隔で連続的にもしくは所定の時間間隔で
測定温度を入力して、新たに入力した現在の測定温度
と、直前に入力した測定温度との間の温度上昇分を求
め、その温度上昇分が所定温度上昇値（たとえば１秒当
たりに換算して３０℃）よりも大きいと判定した場合に
溶損の危険ありとして警報手段６に警報信号を供給する
ようになっている。

【００４１】この方法は、急激な温度上昇が生じて溶損
に到る前に、ある程度の温度上昇が発生することを利用
したものである。なお、判定精度を上げるために、上記
温度上昇分が所定温度上昇値よりも大きいとの判定が連
続して複数回，生じたときに、初めて溶損の危険ありと
判定するようにしてもよいし、上記温度上昇分が所定温
度上昇値以上であると共に、その上昇の変化が所定値以
上の場合に溶損の危険ありと判定してもよい。

【００４２】他の構成、及び作用・効果は、上記第１の
実施形態と同様である。次に、第３の実施形態を説明す
る。本実施形態の基本構成は、上記第１の実施の形態と
同様である。但し、温度センサ４は、ロール溶損の発生
しやすいＡ部（もしくはＢ部）を測定する第１の温度セ
ンサと、ロール溶損の発生しにくい部位、たとえばロー
ル軸方向中央部（図３中，符号Ｄ）を測定する第２の温
度センサとを備える。なお、第１の温度センサと第２の
温度センサを１基の温度センサで共用しても良い。この
場合、たとえば、Ａ部とＤ部を含む領域の２次元温度分
布を測定する、あるいはＡ部とＤ部を交互に温度測定す
る、などの方法が利用できる。

【００４３】また、溶損監視装置５は、上記第１の温度
センサから入力した測定温度から第２の温度センサから
人力した測定温度を引いて温度差を求め、その温度差が
予め設定した所定危険温度差以上（たとえば５０℃）で
ある場合に溶損の危険ありとして警報手段６に警報信号
を供給するようになっている。

【００４４】これは、溶損を生じる場合には、図１から
分かるように、ロール溶損の発生しにくい部位とロール
溶損の発生しやすい部位との温度差が大きくなることを
利用したものである。

【００４５】上記所定危険温度は、溶損が生じる際の温
度差よりも低い温度である。また、温度差ではなく、第
２の実施形態のごとく、所定時間当たりの温度上昇分を
第１の温度センサからの入力と第２の温度センサからの
入力についてそれぞれ求め、その差が所定値以上（例え
ば３０℃）となった場合に、溶損の危険ありと判定させ
てもよい。

【００４６】また、ロールの中央部及び肩部のみではな
く、ロール軸方向全体の温度分布を測定して、予め判明
している溶損の発生し易い部位に関係なく、その最大温
度と最小温度との温度差が所定危険温度以上である場合
に溶損の危険ありと判定させるようにしてもよい。この
ようにしても、最大温度となる箇所は（予め判明してい
るかどうかに関わらず）溶損の発生しやすい箇所と位置
づけられるべきものである。

【００４７】他の構成、及び作用・効果は、上記第１の
実施形態と同様である。また、溶損監視装置５での上記
溶損発生の予測判定は、上記各実施形態で説明した各判
定を適宜組み合わせて行ってもよい。

【００４８】また、上記実施形態では、６ロール圧延機
で説明しているが、４ロール圧延機等の他のロール構成
の圧延機に対しても適用可能であり、また、中間ロール
２に限定されず、ワークロール１およびバックアッフロ
ール３の温度を測定して監視させるようにしてもよい。
但し、中間ロールで溶損は発生し易いため、中間ロール
２の溶損を監視するのが最も有意義である。

【００４９】また、上記実施形態では、ドライ圧延の場
合を例に説明しているために、ロール溶損が発生し易い
部位が肩部Ａとなっているが、ドライ圧延でない場合に
は、圧延条件に応じてロール溶損が発生し易い部位を決
定すればよい。もっとも、ロール軸方向全体の温度を測
定する場合には、ロール溶損が発生し易い部位を予め決
定しておく必要はない。

【００５０】一方、ロール溶損が発生し易い部位等が判
明している場合には、温度測定部位が限定されるので、
装置構成が簡易となる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明を採用
すると、未然に溶損発生が検出できて、ロールの損傷や
設備の消失などの損失が生じる前に、ロール替え等の処
置が可能となるという効果がある。特に、請求項７に記
載した発明のようにドライ圧延に有効である。

【００５２】このとき、請求項２に記載の発明を採用す
ると、ロールの絶対温度から溶損の予測ができる。ま
た、請求項３の発明を採用すると、温度変化（温度上
昇）に基づいて溶損を予測できて、請求項２の発明に比
べて、雰囲気温度やロール材質等の違いによる誤差を小
さくすることが可能となる。

【００５３】また、請求項４に記載した発明を採用する
と、相対的な温度差によって判定するので、請求項２に
記載の発明に比べて、雰囲気温度やロール材質等の違い
による誤差を小さくすることが可能となる。

【００５４】また、請求項５に記載した発明を採用する
と、相対的な、温度変化（温度上昇）の差に基づいて溶
損を予測できて、請求項２〜４に記載の発明に比べて、
雰囲気やロール材質等の違いによる誤差をさらに小さく
することが可能となる。

【００５５】また、請求項８に記載した発明を採用する
と、圧延機内で一番溶損が発生する中間ロールを監視す
るので、圧延機全体での溶損発生の予測のための装置構
成が簡易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドライ圧延での、ロール長手方向におけるロー
ルの温度分布を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る装置構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態に係る溶損の発生し易い部
位を説明するための図である。

【図４】本発明の実施の別の形態に係る溶損の発生し易
い部位を説明するための図である。

【符号の説明】

２ 中間ロール ４ 温度センサ ５ 溶損監視装置 ６ 警報手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷間圧延機のロールについて、少なくと
   もロール溶損の発生しやすい部位のロール温度に基づき
   ロール溶損の発生を予測することを特徴とする冷間圧延
   機におけるロール溶損予測方法。
2. 【請求項２】 冷間圧延機の、ロール溶損の発生しやす
   い部位のロールの温度を測定するロール温度測定手段
   と、上記ロール温度測定手段で測定された測定温度が所
   定危険温度を越えたときに溶損の危険ありと判定する溶
   損判定手段とを備えることを特徴とする冷間圧延機にお
   けるロール溶損予測装置。
3. 【請求項３】 冷間圧延機の、ロール溶損の発生しやす
   い部位のロールの温度を測定するロール温度測定手段
   と、上記ロール温度測定手段から連続的に測定温度を入
   力し、単位時間当たりの温度上昇が所定危険値を越えた
   ときに溶損の危険ありと判定する溶損判定手段とを備え
   ることを特徴とする冷間圧延機におけるロール溶損予測
   装置。
4. 【請求項４】 冷間圧延機の、ロール溶損の発生しやす
   い部位およびロール溶損の発生しがたい部位のロールの
   温度を測定するロール温度測定手段と、上記ロール温度
   測定手段で測定されたロール溶損の発生しやすい部位に
   おける測定温度とロール溶損の発生しにくい部位におけ
   る測定温度の差が所定危険温度差を越えたときに溶損の
   危険ありと判定する溶損判定手段とを備えることを特徴
   とする冷間圧延機におけるロール溶損予測装置。
5. 【請求項５】 冷間圧延機の、ロール溶損の発生しやす
   い部位およびロール溶損の発生しがたい部位のロールの
   温度を測定するロール温度測定手段と、上記ロール温度
   測定手段で測定された各測定温度をそれぞれ連続的に入
   力し、単位時間当たりの温度上昇を算出し、ロール溶損
   の発生しやすい部位における温度上昇とロール溶損の発
   生しにくい部位における温度上昇との差が所定危険温度
   上昇差を越えたときに溶損の危険ありと判定する溶損判
   定手段とを備えることを特徴とする冷間圧延機における
   ロール溶損予測装置。
6. 【請求項６】 上記ロール溶損の発生しやすいロール部
   位は、当接する他のロールとの接触部およびその近傍で
   あって、ロール軸方向における、当接する他のロールと
   の接触状態から非接触状態に変化する境界部およびその
   近傍であることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか
   に記載された冷間圧延機におけるロール溶損予測装置。
7. 【請求項７】 上記冷間圧延機は、ドライ調質圧延機で
   あることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載さ
   れた冷間圧延機におけるロール溶損予測装置。
8. 【請求項８】 上記ロール温度測定手段で温度測定され
   るロールは、中間ロールであることを特徴とする請求項
   ２〜７のいずれかに記載された冷間圧延機におけるロー
   ル溶損予測装置。