JPS5945445B2 - 金属の冷間圧延における形状制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属特に鋼板等のヌｔ−ＩＪツブの冷間圧延
における形状制御力法に関する。

冷間圧延後のスｌ−ＩＪツブの形状が平担であることは
板厚精度とともに重要な品質特性である。

したがってこの品質特性を向上させるため多くの研究が
なされ、又、特許も出願されている。

形状制御についても同様な傾向にあり、多くの研究が行
なわれているが、従来の形状制御法では形状検出器のあ
る圧延機では形状検出器により、また形状検出器のない
圧延機では作業者の目視判定により圧延中の形状を観察
し、形状が平担でなくなった場合、通常ロール間隔、ロ
ールペンディングカ、又は冷却水及び潤滑油の供給を修
正し、ストリップの形状を良好になるようにする。

このような従来の形状修正力法の大きな欠点は、形状修
正の目的で板およびロールの冷却水及び潤滑状態を調整
することである。

冷間圧延機の潤滑油供給システムとしていわゆるリサー
キュレーションシステムとダイレクト力式がある。

特にリサーキュレーションシステムの場合、通常圧延油
を含んだ溶液でロール冷却、ストリップ冷却及び潤滑が
行なわれる。

このためストリップの形状に影響するロール冷却水の圧
力及び流量を調整すれば、潤滑状態即ちロールと板間の
摩擦係数を変化させることになる。

場合によっては潤滑状態が著しく劣化し、このためロー
ル及び板間の潤滑油膜が維持されなくなり、ロール及び
板が直接接触し、いわゆる金属接触によりストリップ表
面に疵を発生させ、商品価値を著しく劣化させる場合が
ある。

又、潤滑油膜が破れないまでも潤滑状態が劣化すると、
圧延による発熱量が増し、この熱によりロール温度が変
化し、これによりロール熱膨張量が変化し、結果的にス
トリップ形状を変化させる場合がある。

又、潤滑性能は温度に影響され、通常高温になれば潤滑
性は劣化するため更に発熱量が増すという悪循環を繰返
し、結果的にストＩＪツブの形状をむしろ劣化させるこ
とがある。

圧延中のストリップ温度は潤滑状態を左右するのみでな
く、成品の品質特性にも影響をおよぼす３例えば仕上圧
延機出側のストリップ温度が低すぎると圧延中の水分が
残存し、これが鋼板表面を酸化させ、酸化皮膜がストリ
ップ表面に模様として残り、商品となり得ない場合があ
る。

又鋼板の機械的性質にも影響する。

従って、ストリップ温度やロール温度は、圧延する材料
毎の例えば温度とヒートスクラッチとの関係、ロール寿
命、などから予じめ経験的に目標温度を定めておき、冷
却クーラントの量を変更したり、或いは圧延条件そのも
のを変更するなどして目標温度以下或いは目標温度内と
なるように制御するのがよい。

以上説明したように冷間圧延におけるヌＩ−ＩＪツブの
温度、は極めて重要な要因であり、これは適当な値に保
持しなければならない。

単に成品の一つの要求されるべき品質特性である形状を
維持する目的のみでヌｌ−ＩＪツブ温度を変更すること
は好ましくない。

本発明の主要構成要件は、圧延中のストリップ温度は形
状のみでなく成品の品質特性や圧延作業の安定性から見
て好ましい値に制御し、その結果形状におよぼす影響を
予想して形状制御を行う装置を供給するものである。

従来の形状調整力法の一例を第１図で説明する。

この図は可逆式冷間圧延機の例であるが、ストリップＳ
は捲戻し機１より繰出されて圧延ロール３で圧延され、
捲取機２に捲取られている。

？、８は潤滑と冷却をするためのいわゆるロールクーラ
ント設備である。

６はロールポジションコントロール装置、５はロールの
両端に力を加えロールに変形を与えるいわゆるロールベ
ンディング装置である。

この圧延機でもし形状検出器があればその形状検出器４
で、なければ操作者の目視判定により形状を観察し、も
し形状が好ましい状態になけレバロールポジションコン
トロール装置６．ロールクーラント調整器７，８、ロー
ルペンディングカ調整器５を通し、これらの状態を変化
させて形状を良好に保とうとする。

通常これらの修正は手動操作で行われるが、形状検出器
の情報で制御器１２により自動的に行われる場合もある
。

第２図に従って本発明の詳細な説明する。

図中の番号１〜８は第１図と同様である。

１０は圧延中の諸データを採取し、演算装置１１及び演
算装置１３に演算のための情報として与える装置である
。

諸データとは圧延機の電流、電圧、圧延力、鋼板の張力
、クーラント濃度、及び流量、圧力である。

更に測定装置があれば圧延機人出側のヌトリップ温度計
よりの温度、及び圧延ロールの幾何学的な寸法並びに機
械的性質を示す情報である。

本発明の一つの構成要件は演算装置１１でこれらの情報
から公知の圧延及び伝達に関する温度を推定する。

ここで公知の圧延及び伝達に関する式をストリップ及び
ロールの温度に関して解くわけであるが、いわゆる伝熱
係数を実験的に定める必要があり、発明者らは実際圧延
中のデーターより伝熱係数を求め、推定した温度が実測
値とよく一致することを確認した。

以下に本発明に使用した圧延及び伝達に関する周知の式
（昭和４８−年度塑性加工春季講演会論文集４１〜４４
頁）及び計算によって推定された温度と実測値の対比に
ついて詳細に述べる。

冷間圧延に於けるストリップ、ロールの温度変化要因と
しては ■冷却水・空気・潤滑油による冷却 ■ストリップ・ロール間の熱伝導 ■ストリップとロール間の摩擦発熱 ■圧延によるストリップの加工発熱が考えられる。

まずストリップの温度に関しては、 ■ 冷却水等による冷却はニュートンのＡ却の法則側よ
り θ２− θａ＋（θ、−θａ）ｅ−Ａ１ ・
・・・・・・・・・・（１）ここで Ａ＝２ａ／ｐＣｈ で表わされ、微小時間毎にＡを計算して（１）式に代入
していけば任意の時間の温度が計算される。

◎ 加工による発熱は、理想変形仕事と考えればで表わ
される。

θ 摩擦による発熱量はＨｉｌｌのトルク式において、
μ＝０の場合とそうでない場合の差を熱に換算すると ここで Ｌμｍ２ＫｆｍＲΔｈ （００７＋１３２ｒ
） ｐＪＦ−で表わされる。

ここでβはまさつ熱のロールとストリップに対する配分
比で、ロールにβ、ストリップに（１−β）の割合で配
分されると仮定したもので実際上、計算と実測の修正係
数的な意味をもつものである。

ストリップ温度に関しては前述０項のストリップ・ロー
ル間の熱伝達はストリップ単位長さ当りの接触時間が極
めて短い為無視出来る。

次にロールの温度に関しては、円周方向、ロール動向に
温度分布は一様だとし、半径方向のみの一次元問題と考
える。

円柱の熱伝導方程式は、境界条件は、摩擦発熱、熱伝導
、冷却水による冷却を含めて、等側熱伝達係数ａＢ、等
価冷却剤温度θＥを導入すれば、 この（４Ｘ５）をｖ型の連立型差分近似すればしたがっ
て、（６＞ ＞ （８）の連立−次力程式を解けばよい
。

この方程式は３項力程式となっておりＴｈｏｍａｓの方
法で解くことができる。

なおθ：湿温度 ｈ：板厚、 Ｊ：仕事の熱当量、α
：熱伝達係数、 τ、ｔ：時間、 Ｒロール径、 ρ
：密度、 Ｋｆｍ：変形抵抗、 Ｃ：比熱、 ε：歪
、 ｌｄ二ロールとストリップの接触弧長 以上の式を用いて演算したヌｌ−ＩＪツブ温度とロール
表面温度を実測値と対比した例を第３図、４図に示すが
、いずれもよく一致している。

第３図はストリップ温度を示し、実測値は圧延終了２分
後に測定したものである。

第４図はロール表面温度を示す。

推定されたスト’Ｊツブ及びロールの温度と演算装置１
１に目標値として与えられている温度とを対比し、差を
生じた場合は目標の温度に修正すべき伝熱係数を求め、
別途実験的に明らかにされた伝熱係数とクーラント量の
関係より必要クーラント量を求め、クーラント調整器Ｔ
、８゜９を駆動し、クーラント量を調整する。

第５図に、発明者らが実験的に明らかにしたクーラント
量と伝熱係数との関係の一例を示す。

発明者らの知見によるとストリップ温度を修正するため
にはストリップクーラントが有効であり、従って主とし
て調整器９を通してストリップクーラントを調整する。

又、ロール温度はスｌ−ＩＪツブの温度にあまり影響を
およぼさないためロール温度制御には７゜８のロールク
ーラント調整器を駆動し、クーラント量を調整する。

又、圧延中のヌｌ−ＩＪツブ温度が測定できる場合は実
測温度と目標温度を比べ差を生じた場合は前述の方法に
より制御する。

以上述べた方法により、ストリップ温度及びロール温度
は一定に保たれる。

この場合ストリップの形状は良好に保たれる補償はない
が発明者らの知見によると通常形状は良好に保たれもし
形状が不良になってもその程度は軽く、以下に述べる簡
単な形状制御装置で良好な形状を常に維持することが可
能である。

以下、形状制御装置について説明を行う。

形状検出器４からの信号により形状を観察し、良好な形
状でなければ演算装置１３で形状修正に必要なロールペ
ンディンフカ及びロールポジションの修正量を求め、ロ
ールベンドカ調整器５、ロール位置調整器６を駆動し、
夫々を修正する。

本発明の優位性は更に以下の点にもある。

即ち演算装置１３で求められた形状制御のための修正量
を比較器１４で監視し、修正量が大きくなり修正不能例
えばロールベンドカの使用限界に達し７た場合、実用上
可能な範囲でロールの目標温度を修正する。

その具体的な実施法はロールベンドカとロール温度の関
係を別途に求めておきこの関係式によりロール温度目標
値を修正し、再び温度制御装置により修正された目標温
度に制御される。

前に説明した通り、ロール温度制御をロールクーラント
で行なえばストリップ温度に著しい影響を与えずロール
温度を制御することが可能である。

以下に本発明の具体的効果について述べる。

発明者らは特に圧延力の高くなる硬質材を用いてストリ
ツブ温度と圧延速度の関係を調査し、同時にストリップ
表面へのスリップ疵発生の有無を調査した。

第６図にその結果を示すが、ストリップ温度が１２０°
−１３０℃を超えるとロールとストリップ間の潤滑油膜
が維持されなくなり、ロールとストリップの直接接触い
オっゆる金属接触によりヌｌ−ＩＪツブ表面にスリップ
疵を発生する。

この為、従来圧延法では圧延速度を落して圧延せざるを
得なかったが、本発明の圧延法ではス） ＩＪツブ温度
を、冷却クーラント量を調整するなどして積極的に制御
する事によりスリップ疵の発生なしに高速圧延が可能と
なった。

Ｇ１は本発明圧延法に依るもの、Ｇ２は従来の圧延法に
依るもの、Ｘ印はスリップ発生を示す。

素材はＣ＝０．１２％の硬質材である。以上本発明の詳
細を可逆式冷間圧延機で、圧延油潤滑力式としてはリサ
ーキュレーションシステムを例にとって説明したが、コ
ールドクンデムミルであっても、又、ダイレクトシステ
ムであっても本発明を適用することは当然可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の形状調整法を説明するブロック図、第２
図は本発明方法を実施する装置のブロック図、第３図は
本発明を説明するためのタンデム圧延における圧延速度
に対するストリップ温度の計算値と実測値の比較結果を
示すグラフ、第４図は同じく圧延時間に対するロール表
面温度のシミュレーション結果と実測値の比較結果を示
すグラフ、第５図はクーラント量と熱伝達率の関係を示
すグラフ、第６図はストリップ温度と圧延速度の関係を
示すグラフである。 １・・・・・・捲戻し機、２・・・・・・捲取機、３・
・・・・・圧延ロール、４・・・・・・形状検出器、５
・・・・・・ロールベンゾインク装置、６・・・・・・
ロールポジションコントロール装置、７・・・・・・ロ
ールクーラント設備、８・・・・・・ロールクーラント
設備、９・・・・・・ストリップクーラント設備、１０
・・・・・・情報入出力装置、１１・・・・・・演算装
置、１２・・・・・・形状制御器、１３・・・・・・演
算装置、１４・・・・・・比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属ストリップを冷間圧延するに際し金属ストリッ
   プならびに圧延ロールの冷却制御装置により、前記金属
   スト＋７ツプならびに圧延ロールの温度を、圧延材料毎
   に予じめ温度と成品の品質特性との関係から求めた設定
   温度となるように冷却量、圧延条件等を制御するととも
   に、ロールベンディング装置ならびにロール位置調整装
   置を操作して金属ストリップの形状制御を行ない、さら
   にロールペンディングカならびにロール位置の修正量を
   モニターし、これらの操作量により制御不能となる場合
   に、上記金属ストリップならびに圧延ロールの温度制御
   の目標値を許容範囲内で修正することを特徴とする金属
   の冷間圧延における形状制御方法。