JPS6310034A - 温度計測を組み込んだリング圧延でのアキユシヤルロ−ル操作法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はリング圧延法に係り、特にリング状圧延材の端
部の温度低下を防止し得るリング圧延法に関するもので
ある。

（従来の技術及び解決しようとする問題点）リング圧延
では、リング状の材料を径方向、軸方向に圧延を繰り返
して所望寸法の圧延材を製造するが、そのために通常、
キングロール、マンドレルロール、アキュシャルロール
等を備えたリング圧延機が使用されている。このうち、
アキュシャルロールは材料の軸方向移動を抑える材料安
定と軸方向圧延を行うために設置されているものである
。

上記リング圧延機による圧延では、圧延後の材料が周期
的に再び圧延され、その回数１時間が板材等の他の圧延
法に比べて多く長いのが特色であるため、熱間圧延を行
った場合、材料端部の温度が中央部のそれに比べて大き
くなる傾向にある。

一方、リング圧延においては、材料速度を支配している
のはキングロールとマンドレルロールとの間の圧延速度
であり、この圧延速度（材料速度）と７キユシヤルロ一
ル周速度とに相対速度差が生じた場合、圧延面にスリッ
プが生じ、極所的に材料温度が上昇する。

ところが、従来のアキュシャルロール操作法では、アキ
ュシャルロールが上述の如く端部加熱機能を有している
にも拘わらず、材料の軸方向移動を抑える材料安定と軸
方向圧延の２つの機能を利用しているにすぎなかった。

そのため、圧延材の両端部の温度管理が効果的になされ
ておらず、リング材の寸法、形状制御が困廻であった。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、特別な加熱装
置を用いずにリング圧延における圧延材両端部の温度管
理を可能にする方法を提供することを目的とするもので
ある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、アキュシャルロ
ールの材料端部加熱機能を効果的に利用せんとするもの
であり、その特徴とするところは、キングロール、マン
ドレルロール、アキュシャルロールによってリング状材
料を圧延するリング圧延において、材料の両端面上に各
々１個以上の温度センサーを設置し、該温度センサーの
検出信号に基づいて前記アキュシャルロールの位置及び
／又は回転数を調整することにより、材料端面の温度低
下を防止することを特徴とする温度計測を組み込んだリ
ング圧延でのアキュシャルロール操作法にある。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図はリング圧延機の一例を示す図であり。

圧延すべきリング状の材料Ｗは、キングロール１とマン
ドレルロール２によって挟圧されると共に一対の上下の
アキュシャルロール３によって軸方向に挟圧されてリン
グ圧延される。

リング圧延に際しては、第２図に示すように、周速度ｌ
／にで回転しているキングロール１とマンドレルロール
２で径方向に圧延された材料Ｗは材料速度ゾＶで回転す
る。

ここで、第２図に示すように、材料速度１／、とアキュ
シャルロール周速度Ｌ／Ａとの間に相対速度υ＝υＶ−
υＡ が生じたとする。アキュシャルロールが材料にかける単
位面積当りの力量をＰとし、材料との接触面の面積をＳ
とし、接触面に対して均等に力が加わっているとすると
、単位時間当りにアキュシャルロールから材料に与える
摩擦発熱量Ｑは、Ｑ＝μｍゾｌ　Ｐ　−Ｓ　　［Ｗ］・
・・・・・・・・（１）但し、μ：動摩擦係数 となり、この発熱量Ｑが材料端部の表面に与えられる。

したがって、この発熱量をコントロールするパラメータ
としては、１υ１．ｐ、ｓがあるが、これらのうちＰと
Ｓについてはアキュシャルロールによる圧延量によって
制御することになるが、リング圧延においては必ずしも
アキュシャルロールによる圧延を行うとは限らないので
、ＰとＳを用いた制御は適切とは言えない。

本発明は、このような観点から相対速度１ゾ１を利用し
て発熱量をコントロールし、具体的にはアキュシャルロ
ールの位置、回転数を調整して上記相対速度を変化させ
、発熱量をコントロールすることにより、材料の端部温
度を制御するものである。

アキュシャルロールの調整のうち、まずその位置調整に
よる方法について説明する。

一般的にアキュシャルロールの形状は、第３図に示すよ
うに傾斜角θをもったテーパ状になっている。このよう
なアキュシャルロールを外部モータ（図示せず）を用い
て回転させた場合、アキュシャルロールの形状がテーパ
状であり、かつ材料は時々刻々径が増大していくので、
υＡ＝ゾ讐になるように何らかのシステムが用いられて
いる。

ここで、υＡ＝１／ｗの条件から７キユシヤルロールを
前方にΔχ移動させると。

ゾＡ＝　π（ｄ、＋２　Ｚｓｉｎθ）ω・＝・（２）但
し、ω：アキュシャルロール角速度 ｄ０：アキュシャルロール短径 の関係が次式 ％式％（３） のように変化し、したがって、相対速度νはゾ＝ＶＡ−
ゾＡ　’　＝　−７ＣΔｚ２ｓｉｎθ”（Ｌｌが生じ、
摩擦発熱量Ｑは Ｑ＝ｐπΔχ２ｓｉｎＯ・ωＰＳ（Ｗ〕になる。

したがって、アキュシャルロールの前進、後退のみでそ
の変位量と一次の関係にて摩擦発熱量がコントロールで
きるので、材料の表面温度を温度センサーで計測し、そ
のデータを基にアキュシャルロールの位置を制御するこ
とにより、材料の温度制御を行なうことができる。

次に、アキュシャルロールの回転数調整による方法につ
いて説明する。

前記（２）式において、アキュシャルロールの角速度ω
を変化させるならば摩擦発熱量を変化させることができ
る。すなわち、角速度を ω→ω＋Δω に変化させると ゾＡ”　＝ｚ（ｄ、＋　Ｚ　２ｓｉｎθ）（ω＋Δω）
より相対速度 夏＝ゾＡ−ゾＡ” ＝−πΔω（ｄ、＋Ｚ２ｓｉｎθ） が生じ、摩擦発熱量は Ｑ　＝　ｐ　ｘ　（ｄ　ａ　＋　Ｚ　２　ｓｘｎθ）ｐ
ｓΔｗ（Ｗ）になる。

この場合もアキュシャルロールの角速度変化量Δωと摩
擦発熱量Ｑが一次の関係になるので、前述のΔχによる
温度制御法と同様、材料の表面温度を温度センサーで計
測し、そのデータを基にアキュシャルロールの回転数を
制御することにより、材料の温度制御を行なうことがで
きる。

なお、このようなアキュシャルロールの位置、回転数の
調整は、前述の如く一般にリング圧延においては材料速
度ゾＶとアキュシャルロール周速度ゾＡが等しくなるよ
うにアキュシャルロール角速度ω。と位置χ。をコント
ロールするシステムがとられているため、このシステム
に付随させて行えばよい。

また、温度センサーとしては適宜形式のものを使用する
ことができ、材料の両端面上に各々１個以上設けるのが
好ましい（第２図参照）。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第４図は本発明法のアルゴリズムの一例を示しており、
まず、温度センサーに当該材料の圧延可能温度域の下限
値Ｔ□及び上限値Ｔ２を設定し、アキュシャルロールの
外部モータについては定格電流工２に対し設定電流ｌ１
（Ｉ□＜Ｉ２）を設定する。

またサンプリングタイムΔｔを設定しておく。

しかる後、リング圧延を開始し、温度センサーによる材
料検出温度Ｔが設定された下限温度Ｔユ以下になったと
き、アキュシャルロールの周速度を ゾＡ→ゾＡ＋ΔゾＡ に変化させる。これにより相対速度差が生じて前述の摩
擦発熱が発生し、材料温度Ｔを上昇させ或いは低下を防
止することができる。

この場合、リング圧延では時々刻々接触面積Ｓ、接触面
圧Ｐが変化するので、あまり相対速度差を大きくすると
、アキュシャルロールのモータのトリップという危険性
があるため、アキュシャルロールのモータ電流工を測定
し、設定電流工１以上に流れたときはΔゾＡを減少させ
、モータ電流Ｉを低減させる。それでもモータ電流Ｉが
増加し、モータの定格電流Ｉｚ（＞ＩＬ）以上になった
場合にはΔゾＡを零にする。

また材料温度Ｔが予め設定された上限温度１２以上にな
ったときもΔゾＡを零に戻す。

以上の動作をサンプリングタイムΔを毎に行なうことに
より、材料温度Ｔを所定の圧延可能温度範囲内にコント
ロールすることができる。

なお、このように相対速度差によって材料に入熱させる
ことができるが、材料の放熱による温度低下とこの入熱
による温度上昇との関係を考慮すると、材料端部の温度
計測を行なう必要があり、以下に示す計算例からも理解
されよう。

Ｔｉ−６％Ａｆｌ−４％Ｖからなる外径８５６ｍｍ、内
径６００ｍｍの円筒材を送り速度０　、５　ｍｍ／ｓｅ
ｅで外径１７００ｍｍまでリング圧延した場合、リング
材の端部の温度変化に次のとうりである。なお。

圧延時間は約１４０秒でその間に材料を３８回転させる
ものとする。

第５図は最初の４０秒間における材料のある面の表面温
度変化を示している。同図かられかるように、端面に熱
を与えないと放冷により自然冷却して直ちに圧延温度下
限値Ｔ□以下に達してしまうのに対し、アキュシャルロ
ールをコントロールして発熱量を２．３ｋｗと適切にす
ると材料温度は所望の圧延可能温度域内に維持すること
ができる。

但し１発熱量を４．６ｋｗとあまり大きくしすぎると急
激に温度が上昇してしまい、逆に圧延可能温度上限値Ｔ
２を超えてしまう。

第６図は圧延開始後、２０秒、５０秒、１４０秒後の材
料の断面内部の温度分布を計算により求めた例である。

第５図に示した最初の圧延期間では発熱量２．３ｋｗの
場合が良好であったが、リング圧延においては径の拡が
りにつれて材料の回転周期が長くなるので、圧延終了時
の１４７０秒では２．３ｋｗの発熱量では充分とは云え
ない。

これらの結果より、リング圧延中、温度計測しながら材
料端部の温度管理と摩擦による入熱量をコントロールす
る必要があることがわかる。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、リング圧延での
７キユシヤルロールの位置、回転数を調整することによ
って材料の温度制御を行なうものであるから、リング圧
延において最も温度降下が著しい材料開端部を加熱でき
、材料を圧延可能温度域内に適切に温度管理することが
可能となる。

また、新たにバーナ等の外部熱源による熱投入がなくと
も既存の装置にて熱投入が可能であるので、チタン、チ
タン合金、その他水素脆性がその材料の構造強度に大き
く影響するような材料のリング圧延には特に有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図はリング圧延機のロール構成を示す説明図、 第２図は材料速度とアキュシャルロール周速度の関係を
説明する図、 第３図はアキュシャルロールの位置変化と材料の関係を
説明する図。 第４図は本発明法のアルゴリズムの一例を示す図、 第５図は材料端部の表面温度の時間的変化を示す図、 第６図は材料端部の内部温度の時間的変化を示す図であ
る。 １・・・キングロール、　２・・・マンドレルロール。 ３・・・アキュシャルロール、４・・・温度センサー。 Ｗ・・・圧延材料。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. キングロール、マンドレルロール、アキュシャルロール
   によってリング状の材料を圧延するリング圧延において
   、材料の両端面上に各々１個以上の温度センサーを設置
   し、該温度センサーの検出信号に基づいて前記アキュシ
   ャルロールの位置及び／又は回転数を調整することによ
   り、材料端部の温度低下を防止することを特徴とする温
   度計測を組み込んだリング圧延でのアキュシャルロール
   操作法。