JPS5926365B2 - 可変クラウン・ロ−ルを用いた圧延機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可変クラウン・ロールを用いた４重式圧延機
に関するものである。

本発明が対象とする圧延機は、ワーク・ロールとバック
アップ・ロールとからなる４重式で、ロール配列がシン
グル・スタンドまたはタンデム・スタンドで、用途が熱
間圧延または冷間圧延のいずれにも適、シ、附属設備と
して好ましくはロール・ベンダを備えているものである
。

ここで、ワーク・ロールとは被圧延材料に直接に接触す
るロールをいい、また、バックアップ・ロールとはワー
ク・ロールを直接または間接的に支持するロールをいう
ものとする。

可変クラウン・ロールは、アーバとスリーブとの間に形
成された所定の空間内に流体または粘性体を圧入するこ
とによってロールのクラウン量が制御されるように構成
されている。

従来、２重式圧延機にこのような可変クラウン・ロール
を用いているものはあるが、３重式以上の多重式圧延機
に用いた例はない。

従来の可変クラウン・ロールを用いた２重式圧延機にお
いては、ワーク・ロールが高圧延荷重に耐えないこと、
ロールの高硬度スリーブの製作が困難であること、ロー
ルの表面硬度が高いものが要求されるので、スリーブの
靭性値が低下すること、ロールの受圧端部付近でストリ
ップに形状不良が発生しやすいことなどの欠点があった
。

したがって、このような圧延機は調質圧延等の軽荷重圧
延には適しているが、一般の冷間圧延または熱間圧延等
の重荷重圧延には向いていない。

それでは、従来なぜ可変クラウン・ロールを多重圧延機
（特に、バックアップ・ロール）に用イなかったのかと
いう理由は、次のような懸念があったからである。

（１） 通常、直径が５００〜６００胴もあるワーク
・ロールをかいして材料を圧延するのであるから、バッ
クアンプ・ロールを可変クラウン・ロール（以下単にＶ
Ｃロールという。

）にしてみてもさして効果は期待できない。

（２）ＶＣロールのようなパイプ状のロールではたして
圧延できるのか疑問である。

（３）ＶＣロールをふくらませてみても、高荷重のため
にかえってへこんでしまって効果がないのではないか。

（４）スリーブ把握力が不充分でロール曲が沙が生じや
すいのではないだろうか。

（５）疲労安全率の観点からＶＣロールは危険ではない
か。

これらの懸念については、本発明者等は、長年の経験お
よび理論と実験の裏付けにもとすき次のように考えてい
る。

（１） ワーク・ロールをかいしてもバックアップ。

ロールのふくらみ効果は伝達されふくらみ量の１／２〜
１１５程度の変化が材料に現われる。

この程度の変化量でもクラウン制御、形状制御は十分で
きる。

（２）ＶＣロールば受圧部だけにわずかの間隙が設けら
れるので、ミル剛性は中実ロールと実質的に変シがない
。

（３）ＶＣロールのふくらみを高荷重によるへこみより
も大きくすることはできる。

（４） バックアンプ・ロールがＶＣロールの場合に
は、バックアップ・ロールの受圧長さは材料幅′ よ
如も大きくする必要はないので、ス９−ブ把握力は大き
くとれる。

一般に、圧延機はワーク・ロールが駆動されるから、バ
ックアップ・ロールにかかるトルクはワーク・ロールに
かかるトルクよ、りも小さい。

（５）疲労安全率を１．５〜３に設計することは可能で
ある。

したがって、本発明者等はＶＣロールを多重式圧延機に
利用することは十分に可能であると確信している。

したがって、本発明の目的は、可変クラウン・ロールを
４重式圧延機に用いることによって広汎かつ多様な圧延
を可能にすることにある。

本発明の基本的な考え方は、次のような実施態様を意図
している。

イ、４重式圧延機において、１対のバックアップ・ロー
ル、または１対のワーク・ロールを可変クラウン・ロー
ルにすること。

０．４重式圧延機において、１対のバックアップ・ロー
ルまたは１対のワーク・ロールを異なる構造の可変クラ
ウン・ロールにすること。

・・、圧延材料の形状もしくは板クラウンまたは両者の
検出信号によって可変クラウン・ロールのクラウン量を
制御すること。

次に、図面を参照して本発明の具体的実施例について説
明する。

まず、その発明に入る前に、本発明において用いる可変
クラウン・ロールの構成および機能について、第１図を
参照して簡単に述べる。

第１図に示すように、可変クラウン・ロール（以下、単
にＶＣロールという。

）の基本構造は、アーバ１とスリーブ２との間に環状の
間隙３を設けて、媒体加圧ユニット４からアーバ１に設
けた導管１１をかいして間隙３に高圧の媒体（例えば、
水、油、グリース等）を供給し、ユニット４によって媒
体の圧力を加減してロールのクラウン量（ロール外径の
直径方向の膨らみ量）を制御するように構成されている
。

本発明が対象とする圧延機の種類は、例えば第２図から
第４図に示すようなものである。

まず、ロール配置に関しては、第２図Ａ−Ｆに示すよう
に、原則として多重式のものに適用できるが、そのうち
特に４重弐〇のものが最適である。

したがって、以下の説明は４重式圧延機を例にとって説
明する。

次に、ロールの配列に関しては、第３図に示すように、
シングル・スタンドのものＡでも、あるいはタンデム・
スタンドのものＢでもよい。

最後に、附属設備に関しては、第４図に示すように、ワ
ーク・ロールＷまたはバンクアップ・ロールＢにロール
・ベンダＪｗ（タフル・チョック・ベンダも含む。

）まだはＪＲを装備した圧延機が好ましい。

本実施例においては、まずバックアップ・ロールのクラ
ウン量を変化させ、その変化の影響をワーク・ロールに
及ぼして、ワーク・ロールの軸全体を湾曲させ、これに
よってワーク・ロールに実質的に一定量のクラウン変化
を生じさせる。

試験用の４重式圧延機において、上方のバックアップ・
ロールにＶＣロールを適用し、その寸法を外径２００胴
×胴長４６０ｒｒａｒＬとし、ワーク・ロールの寸法を
外径８０ｍｍＸ胴長４６０ｔｒａｎとして、板クラウン
および形状試験を行った。

まず、前記試験用の４重式圧延機において、厚み４ｗＩ
ｔＸ幅３５０聴のアルミニウム板を供試圧延材料とし、
圧延荷重２０ ｔｏｎのもとて板クラウン試験を行った
結果を第８図に示す。

図中の記号○、・、△、×はそれぞれＶＣロールの油圧
Ｐ’（Ｋｇ／ｃｍ）０．１６５．３４０．５１０を表わ
す。

図かられかるように、ＶＣロールの油圧を増加させてゆ
くと、ワーク・ロール軸心撓みが変化し、これにつれて
板クラウンが変化する。

これにより、板クラウン制御効果が確認された。

次に、同じ圧延機において、厚み０．４ｍｍＸ幅３００
調の冷延コイルを供試圧延材料とし、圧下率一定のもと
て形状試験を行った結果を第９図に示す。

図中の記号○、・、△はそれぞれ圧下率％０．５ 、１
．０ 、１４．５を表す。

図かられかるように、ＶＣロールの油圧を増加させると
、被圧延材の形状は耳波から中伸まで変化しており、所
定の圧下率においては特定な油圧で良好な平坦度が得ら
れる。

これにより、形状制御効果も確認できた。バックアップ
・ロールにＶＣロールを適用したことによって得られる
利点は次のとおシである。

（１） ワーク・ロールの場合にくらべ、ロール径お
よびスリーブ厚を大きくとれるので、ロールに発生する
応力を小さくできる。

（２）ワーク・ロールをかいして圧延するので、バック
アップ・ロールの受圧長さは材料幅に無関係に設定でき
る。

（３） ロール表面硬度を低くとれるので、スリーブ
ブ材質の選定が容易になる。

（４）同一圧延速度に対してはワーク・ロールに（らべ
て回転数が小さいので、ロータリ・ジヨイントの設計が
容易になる。

（５）スリーブ厚が大きいので、ふくらみ量にくらべて
へこみ量が相対的に小さくなる。

（６）結論として、高速、大荷重、広幅の圧延が可能に
なる。

上述のようにバックアンプ・ロールにＶＣロールを適用
した場合には、ロール径が大きく、スリーブ厚を大きく
とれるので、強度上有利となるとともに、ロール表面硬
度も低（、スリーブの製作が容易となシ、また、同一圧
延速度に対してはワーク・ロールにくらべて回転数が小
さいので、ロール・ジャーナル端部に付けたロータリ・
ジヨイントの設計も容易になり、高圧延荷重に十分耐え
えるロールの製作が可能になる。

次いで、４重式圧延機のワーク・ロールヲＶＣロールに
する。

本実施例においては、直接にワーク・ロールのクラウン
量を変化させ、この変化をバックアップ・ロールの反作
用によって強化するのである。

試験用の４重式圧延機によって、板クラウンおよび形状
試験を行った。

ワーク・ロールおよびバックアップ・ロールの寸法は前
述したものと同じである。

まず、前記試験用の４重式圧延機において、厚み４ｍｍ
Ｘ幅２５０閣のアルミニウム板を供試圧延材料とし、圧
延荷重２０ ｔｏｎのもとて板クラウン試験を行った結
果を第１０図に示す。

図中記号○、・、×はそれぞれＶＣＯ−／Ｉ／の油圧Ｐ
’ （Ｋｃｉ／ｃｒｔｌ ）０．２００．４００を表す
。

第１０図は第８図と同様な傾向を示していることがわか
る。

次に、同じ圧延機において、厚み０．４ｍｍ Ｘ幅３０
０ｒｒａｎの冷延コイルを供試圧延材料とし、圧下率１
チのもとてＶＣロールの油圧Ｐ’ （Ｋｇ／ｃｒＡ ）
を変化させたときの形状試験結果を第１１図に示す。

第１１図は第９図と同様な傾向を示していることがわか
る。

２重式圧延機のワーク・ロールにＶＣロールを用いた場
合にくらべて、４重式圧延機のワーク・ロールにＶＣロ
ールを用いた場合の利点は、次のとおりである。

（１）４重式ではワーク・ロールのたわみをバックアッ
プ・ロールで受けるので、ＶＣロールのふくらみ効果が
２重式にくらべて大きくなる。

（２）４重式では、ＶＣロールのふくらみと後述するワ
ーク・ロール・ベンダまたはバックアップ・ロール・ベ
ンダとを組み合わせることによって、複雑な形状不良（
例えばｑｕａｒｔｅｒ ｂｕｃｋｌｅ ）を修正するこ
ともできる。

なお、ＶＣロールを上下のバックアップ・ロールまたは
ワーク・ロールに使用した場合には、前述の効果が倍増
することは容易に推測できるであろう。

以上は、対をなすＶＣロールを使用した場合、それらは
当然同じ内部構造を有するものであ不ということを前提
として説明してきた。

しかしながら第５図また哄第６図に示すように、対をな
すバックアップ・ロールまたはワーク・ロールの可変ク
ラウン構造（主として圧力媒体が充填される間隙寸法）
を意図的に異ならせることによって、被圧延材料の狭幅
のものから広幅のものまで広範囲の幅寸法の材料を、ロ
ール替えをせずに、効果的に圧延することができる。

つまり、広幅材料に対しては広幅可変クラウン構造のロ
ールで、狭幅材料に対しては狭幅可変クラウン構造のロ
ールでまた、中間幅材料に対しては広幅可変クラウン構
造のロール単独で、あるいは狭幅可変クラウン構造のロ
ールと組み合せて圧延を行えばよい。

例えば、４重式圧延機で１対のワーク・ロールを異なる
構造の可変クラウン・ロールにする場合の作用効果は次
のとおりである。

第６図において、上下ワーク・ロールの受圧長さを変化
させると、ふくらみ形状が第１６図のように上下で異な
る。

狭幅材用延時に受圧長大のロールをふくらませても板幅
当りのふくらみ量は（板幅中央と板端でのふ（らみ量の
差）小さく効果はほとんど認められない。

これに対し、狭幅材用延時に受圧長さが小のロールをふ
くらませるとロールふくらみ量最大値は受圧長さが犬の
ロールよりは小さくなるが板幅当如のふくらみ量（板幅
中央と板端でのふくらみ量の差）は前者より大きくそれ
だけ板の形状プロフィル制御能力は大きいことになる。

一方広幅材では受圧長さが小のロールをふくらませても
板幅中央部の形状修正効果しか無く板端部はほとんど形
状が修正されない。

しかし、受圧長さが大のロールをふくらませると板幅全
長にわたって形状が修正される。

このように、上下異種の可変クラウン・ロールを装備す
ることにより、狭幅材から広幅材まで形状修正能が向上
する。

４重圧延機で１対のバックアンプ・ロールを異なる構造
の可変クラウン・ロールとした場合も基本的にはワーク
・ロールの場合と同様の作用効果と見なしてよい。

ただし、この場合はワーク・ロールという剛性をもった
ものをかいして材料を圧延するわけであるから、板形状
への可変クラウン・ロールの影響は間接的となり、ワー
ク・ロールの場合の作用効果はどふくらみ形状の影響は
顕著に現れない。

しかし、アルミ箔圧延機のようにワーク・ロール長さ／
ワーク・ロール径の比が大きな細長ミルでは上下可変ク
ラウン・ロールの受圧長さを変化させることによる狭幅
材から広幅材までの形状制御能向上効果は非常に大きい
。

前述のように、ＶＣロールを適当に用いることによって
、板クラウン修正および形状修正効果が得られることが
確認された。

したがって、ＶＣロールと検出器とを結び付けて板クラ
ウン・形状制御システムを構成することができる。

例えば第１図に概略的に示すように、圧延機２１の出側
に板クラウン検出器または形状検出器２２を設け、そこ
からの検出信号を制御装置２３に送り、ここで検出信号
と設定値とを比較して、圧延機２１に設置したＶＣロー
ルの媒体加圧ユニット４（第１図）を制御する。

検出器は非接触式のものが好ましい。

板クラウン検出器としては、Ｘ線厚み計、β線厚み計、
フライング・マイクロメータ等の各種計器がある。

また、形状検出器としては光学式、電磁式、変位式、振
動式等の各種計器がある。

板クラウンと形状との関係について次に簡単に説明する
。

いま、被圧延材の板厚分布について圧延機入側の板クラ
ウン比率をＣｒｉとし、圧延機出側の板クラウン比率を
Ｃｒｏとする。

Ｃｒ１＝Ｃｒｏのときには、長手方向の伸びについての
幅方向分布が等しいので、形状不良は起らない。

Ｃｒｉ ＞ Ｃｒ。のときには、板幅中央部が両端部よ
シ伸ばされたことになるので、中伸形状となる。

逆に、Ｃｒｉ〈Ｃｒｏのときには、板幅中央部よシ両端
部の方が伸ばされたことになシ、耳波形状となる。

したがって、板クラウンと形状とは密接な関係にある。

一般に、ρ・ずかの板クラウン変化で大きな形状変化が
生じるので、主として形状のみに注目して圧延する（特
に、冷間圧延の場合）。

しかし、熱間圧延のように板厚が大きくメタル・フロー
が起シやすい場合には、板クラウンが変化しても材料が
幅方向に流れやすいので、極端な形状不良は起らない。

したがって、熱間圧延ではクラウン制御を行いやすい。

このようにして、多パス圧延では圧延作業に不利とはな
らないような形状不良の範囲内で板クラウン制御を行い
、最終パスで形状制御を行えばよい。

タンデム圧延では上流スタンドで板クラウン制御を行い
、最終スタンドで形状に注目した制御を行えばよい。

従来の圧延機では、ワーク・ロール・ペンタマたはバッ
クアップ・ロール・ベンダによって形状修正を行ってい
た。

本発明の応用例として、ロール・ベンダとＶＣロールと
の組合せが考えられる。

このような構成によると予測しなかった相乗効果が得ら
れることが数値実験の結果判明した。

以下、この実験について説明する。

例薄 供試圧延機は、第１２図に
示すように、４重式圧延機であって、上側バックアップ
・ロールＢ’＆ｖＣロールトシ、ワーク・ロールＷ間に
ロール・ベンダを設けた構成になっている。

この圧延機の主要寸法および圧延条件を第１表に示す。

このような供試圧延機において、ＶＣロールの供給油圧
Ｐ’ （Ｋｇ／ｃｒＡ ）を各段階に変えた場合にワー
ク・ロールのペンディング力ＪＷ （ｔｏｎ ）と板ク
ラウンとの関係について試験を行った結果を第１３図か
ら第１５図までに示す。

第１３図は被圧延材の板幅１２２４ｍ、圧延荷重５００
ｔｏｎにおける冷延テンパ圧延の結果を示す。

図において、横軸はワーク・ロールのペンディング力Ｊ
Ｗ （ｔｏｎ ）を、また、縦軸は板幅１／４の位置に
おける板クラウンδｃ（ｗｎ）をそれぞれ示す。

図において、Ａは従来のベンディング効果（２０，３μ
）、ＢはＶＣロール油圧変化のみの効果（３２，５μ）
、ＣはＶＣロールとベンダとによる相乗効果（５０，３
μ）をそれぞれ示す。

第１４図は被圧延材の板幅９１３ｍｍ、圧延荷重９５０
ｔｏｎにおける冷間タンデム圧延の結果を示す。

図において、横軸および縦軸ならびに記号Ａ１Ｂ、Ｃの
表示は第１３図と同じである。

ただし、この場合、Ａ＝１３．６μ、Ｂ＝２０．９μ、
Ｃ＝３５．５μである。

第１５図は被圧延材の板幅９１３ｍｍ、圧延荷重９００
ｔｏｎの熱間タンデム圧延の結果を示す。

図において横軸Ｊｗ、縦軸δｃ１記号Ａ、Ｂ、Ｃについ
ては第１３図のものと同じである。

ただし、ここでのδＣは板幅端より５０閣の位置での板
クラウンを示し、この場合、Ａ＝２７．０μ、Ｂ−３６
，５μ、Ｃ＝６３．９μである。

第１３〜１５図から明らかなように、ＶＣロール単位の
みを使用したとき油圧Ｏ〜３００にり／ｌｓｔの変化で
、従来のロール・ベンダと同等もしくはそれ以上の効果
があり、また、ＶＣロールとロール・ベンダとを組み合
せることによって、従来のロール・ベンダにくらべて２
〜４倍の板クラウン制御効果が得られる。

また、両者を組み合せることによシ、ワーク・ロールに
複雑な撓み曲線を与えることができ、従来修正できなか
ったクォータ・バックル（２，４伸び）と呼ばれる形状
不良の修正が可能となった。

以上は、主としてシングル・スタンド圧延機について説
明してきたが、ＶＣロールを熱間または冷間用の連続圧
延機（第３図Ｂ）に適用できることはいうまでもない。

この場合、全スタンドにＶＣロールを適用することが望
ましいが、設備費の節減という観点から、第２表または
第３表に示すように、一部のスタンドに適用しても十分
な効果が得られる。

なお、第３表においては仕上連続圧延機に適用した場合
を示したが、粗圧延機に適用しても有効である。

特に、半連続式のホット・ストリップ・ミルの粗圧延機
に連装した場合には、クラウン制御のみならず、ストリ
ップのトップまたはボトムのクロップ形状の改善に効果
がある。

連続圧延機においても、従来のロール・ベンダと組み合
せれば、さらに制御範囲が拡大される。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変クラウン・ロールの構造概要図。 第２図は本発明が対象とする圧延機の代表例を示すロー
ル配置図。 第３図は本発明が適用される圧延機のロール配列図。 第４図はロール・ベンダの機能を示す説明図。 第５図および第６図は本発明の別の実施例を示す４重式
圧延機の概略横断面図。 第１図は本発明の圧延機による形状または板クラウン制
御の説明図。 第８図から第１１図までは本発明の圧延機による各種試
験結果を示すグラフ。 第１２図は本発明にもとすく４重式圧延機にロール・ベ
ンダを組付けた機構を示す概略横断面図。 第１３図から第１５図までは第１２図の圧延機による各
種試験結果を示すグラフ。 第１６図は異なる可変クラウン構造を有するＶＣロール
の作用効果を示すグラフ。 １：アーバ、２ニスリーブ、３：間隙、２１：４重式圧
延機、２２：検出器、Ｗ：ワーク・ロール、Ｂ：バック
アップ・ロール、ＪＢ 、Ｊｗ：ロール−ベンダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワーク・ロールとバックアップ・ロールとからなる
   ４重式圧延機において、１対のバックアップ・ロールを
   圧力媒体によってクラウン量を制御する可変クラウン・
   ロールにし、該１対のロールを異なる幅の可変クラウン
   構造に構成したことを特徴とする圧延機。 ２ ワーク・ロールとバックアップ・ロールとからなる
   ４重式圧延機において、１対のワーク・ロールを圧力媒
   体によってクラウン量を制御する可変クラウン・ロール
   にし、該１対のロールを異なる幅の可変クラウン構造に
   構成したことを特徴とする圧延機。