(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、
圧下装置により前記上下補強ロールおよび上下作業ロールを接触状態で締め込み、
少なくとも前記補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、
上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、
前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、圧下装置の零点と板圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、
これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または圧下位置制御を行う板圧延方法。
【請求項２】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、
少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、
前記上下補強ロールのうち少なくとも上記スラスト反力を測定する側の補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、
前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、
前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法。
【請求項３】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、
少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、
前記上下補強ロールのうち少なくとも上記スラスト力を測定する側の補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、
少なくとも該補強ロールとこれに接するロールとの間に作用するスラスト力を考慮した上で圧延材と作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性を演算し、
前記演算結果に基づいて、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、
前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法。
【請求項４】
少なくとも上下作業ロールと、前記上下作業ロールに接触可能に配設された上下補強ロールとを含む４段以上の多段板圧延機において、
前記補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定するための測定装置と、
前記上下補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力を測定する測定装置とを具備する板圧延機。
【請求項５】
少なくとも上下作業ロールと、前記上下作業ロールに接触可能に配設された上下補強ロールとを含む４段以上の多段板圧延機において、
前記補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定するための測定装置と、
前記上下補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力を測定する測定装置と、
前記スラスト反力測定装置および前記補強ロール反力測定装置に接続され、前記スラスト反力測定装置および前記補強ロール反力測定装置による測定値を入力データとして、少なくとも補強ロールとこれに接するロールとの間に作用するスラスト力を考慮した上で圧延材と作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性、または、前記上下作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性を演算する演算装置とを具備する板圧延機。
【請求項６】
前記板圧延機は、補強ロール以外の少なくとも１組のロールにロールベンディング装置が配設されており、
前記ロールベンディング装置を有するロールのうち少なくとも１本のロールのロールチョックが、ラジアル荷重を支持するロールチョックと、ロール軸方向のスラスト反力を支持するロールチョックとを含み、
前記板圧延機が、更に、前記スラスト反力支持用ロールチョックに作用するスラスト反力を測定する装置を具備する請求項４に記載の板圧延機。
【請求項７】
前記板圧延機は、補強ロール以外の少なくとも１組のロールにロールベンディング装置が配設されており、
前記ロールベンディング装置が、設定されたロールベンディング力に、５Ｈｚ以上の周波数の振動成分を付加できる機構を有する請求項４に記載の板圧延機。
【請求項８】
前記板圧延機は、補強ロール以外の少なくとも１組のロールにロールベンディング装置が配設されており、
前記ロールベンディング装置の荷重負荷部と、前記荷重負荷部に当接するロールチョックとの間にロール軸方向に自由度を有するスライドベアリングが設けられている請求項４に記載の板圧延機。
【請求項９】
前記板圧延機は、補強ロール以外の少なくとも１組のロールに配設されたロールベンディング装置を具備しており、
前記ロールベンディング装置は、ロールチョックに当接して該ロールチョックに荷重を負荷する荷重負荷部を有しており、
前記ロールベンディング装置の荷重負荷と前記ロールチョックとの間に、面外変形に対する弾性変形抵抗がロールベンディング力の最大値の５％以下の薄肉外皮により少なくとも一部が覆われている閉空間に液体を封入した構成の荷重伝達部材が設けられている請求項４に記載の板圧延機。
【請求項１０】
前記板圧延機は、補強ロール以外の少なくとも１組のロールに該ロールを軸方向にシフトするロールシフト装置を具備しており、
前記ロールシフト装置は、前記ロールに対して振幅1mm以上、周期３０秒以下の微小シフト揺動を与える機能を備えている請求項４に記載の板圧延機。
【請求項１１】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた板圧延方法において、
圧下装置により前記上下補強ロールおよび上下作業ロールを接触状態で締め込み、
少なくとも補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、
上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、
測定対象となるロールのチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス状態の力の１／２以下に設定し、
前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、前記圧下装置の零点と板圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、
これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または圧下位置制御を行う板圧延方法。
【請求項１２】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、
少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、
前記上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、
前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、
前記スラスト反力を測定する間、スラスト反力の測定対象となるロールのチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス状態の力の１／２以下に設定し、
前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法。
【請求項１３】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、
少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、
前記上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、
圧延中の少なくとも前記スラスト反力を測定する時間帯については、前記スラスト反力の測定対象となるロールのチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス状態の力の１／２以下に設定し、
少なくとも圧延材と作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性を演算し、
前記演算結果に基づいて、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、
前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法。
【請求項１４】
ロールベンディング装置以外に板クラウン形状制御手段と、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、
少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、
前記上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、
所定の板クラウン形状を得るための設定計算時に、前記ロールベンディング装置以外の板クラウン形状制御手段により、ロールベンディング力の絶対値をロールバランス状態の１／２以下になる板圧延機設定条件を演算し、
前記演算結果に基づいて、圧延開始直後にロールベンディング力をロールバランス状態から前記設定計算値に変更して圧延を実行する板圧延方法。
【請求項１５】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求める板圧延機較正方法において、
板圧延機のハウジングに圧延荷重に相当する鉛直方向の荷重を加え、
圧延荷重測定用ロードセルを介して、板圧延機ハウジングの上方部と下方部に負荷される鉛直方向荷重のうち少なくとも何れか一方の荷重を測定し、
前記鉛直方向荷重を加えた状態で、前記板圧延機の外部から鉛直方向の外力を加えることで、板圧延機ハウジングに上下非対称な負荷を与え、
前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法。
【請求項１６】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求める板圧延機較正方法において、
少なくとも上下補強ロールを組み込んだ状態で、補強ロールの胴部に圧延荷重に相当する鉛直方向の荷重を加え、
圧延荷重測定用ロードセルを介して、板圧延機ハウジングの上方部と下方部に負荷される鉛直方向荷重のうち少なくとも何れか一方の荷重を測定し、
前記鉛直方向荷重を加えた状態で、前記板圧延機の外部から鉛直方向の外力を加えることで、上下補強ロールチョックを介して板圧延機ハウジングに上下非対称な負荷を与え、
前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法。
【請求項１７】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求める板圧延機較正方法において、
補強ロール以外のロールのうち少なくとも一本を抜き取り、
ロールを抜き取った状態の板圧延機の前記ロールの位置に該ロールに代わる較正装置を組み込み、
補強ロールの胴部に圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を加え、
圧延荷重測定用ロードセルを介して、板圧延機ハウジングの上部と下部に負荷される鉛直方向荷重のうち少なくともどちらか一方の荷重を測定し、
前記鉛直方向荷重を加えた状態で、前記板圧延機の外部から前記較正装置に鉛直方向の外力を加えることで、上下補強ロールチョックを介して板圧延機ハウジングに上下非対称な負荷を与え、
前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法。
【請求項１８】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求めるための較正装置において、
前記作業ロールを抜き取った状態の板圧延機内に、前記抜き取ったロールの代わりに組み込むことができる形状を有し、
板圧延機の作業側および駆動側のどちらか一方あるいは双方のハウジングの外側に出る前記較正装置端部に、板圧延機外部からの鉛直方向外力を受ける部材を有する板圧延機較正装置。
【請求項１９】
較正装置の鉛直方向の寸法が、板圧延機の上下作業ロールを合わせた寸法に大略等しく、上下作業ロールを抜き取った状態の板圧延機内に組み込むことができ、板圧延機の圧下装置を用いて圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を負荷することができるように構成された請求項１８に記載の板圧延機較正装置。
【請求項２０】
較正装置の作業側および駆動側のどちらか一方あるいは双方の端部に作用する鉛直方向外力の大きさを測定する測定装置を有する請求項１８に記載の板圧延機較正装置。
【請求項２１】
較正装置の上部または下部のどちらか一方の板圧延機ロールと接触する部材が、前記板圧延機ロールから受けるスラスト力を実質的に開放できるスライド機構を有する請求項１８に記載の板圧延機較正装置。
【請求項２２】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求めるための較正装置において、
板圧延機のロールチョックまたはチョックの外側に突出したロールの端部に装着可能で、かつ、板圧延機外部からの鉛直方向外力を受けることができる板圧延機較正装置。
【請求項２３】
前記較正装置が、該較正装置に作用する鉛直方向の外力の大きさを測定する測定装置を有する請求項２２に記載の板圧延機較正装置。
【請求項２４】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の力学的特性を求める板圧延機較正方法において、
補強ロール以外のロールを抜き取り、
補強ロール以外のロールを抜き取った状態で、補強ロールの胴部に圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を加え、
圧延荷重測定用ロードセルを介して、少なくとも上下どちらか一方の補強ロールの両端に作用する鉛直方向荷重を測定し、
前記鉛直方向荷重を加えた状態で、更に前記補強ロールの胴部に既知のスラスト力を作用させ、
前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法。
【請求項２５】
少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の力学的特性を求めるための較正装置において、
前記補強ロール以外のロールを抜き取った状態の板圧延機内に、これら抜き取ったロールの代わりに組み込むことができる形状を有し、補強ロールとの間に圧延荷重に相当する鉛直方向の荷重を負荷した状態で、補強ロールに既知のロール軸方向スラスト力を負荷する手段を具備する板圧延機較正装置。
【請求項２６】
板圧延機較正装置が、補強ロールとの間に作用する鉛直方向の荷重のロール軸方向分布を測定可能となっている請求項２５に記載の板圧延機較正装置。
【請求項２７】
較正装置に作用するスラスト反力の合力を支持する部材が、較正装置の上下補強ロールと接触する面の鉛直方向位置の中点に位置する請求項２５に記載の板圧延機較正装置。
【請求項２８】
較正装置に作用するスラスト反力の合力を支持する部材が板圧延機のハウジングに接触する箇所がローラーを備えている請求項２７に記載の板圧延機較正装置。
【請求項２９】
較正装置に作用するスラスト反力の合力を支持する部材が較正装置の作業側に設けられ、かつ、前記補強ロールにロール軸方向スラスト力を負荷するアクチュエータも作業側に配設されている請求項２７に記載の板圧延機較正装置。
【請求項３０】
較正装置を板圧延機に組み込んだ状態で板圧延機の作業側および駆動側のどちらか一方あるいは双方のハウジングの外側に出る前記較正装置端部に、外部からの鉛直方向の力を受ける部材が設けられている請求項２５に記載の板圧延機較正装置。
【請求項３１】
較正装置の作業側および駆動側の何れか一方あるいは双方の端部に作用する鉛直方向の外力の大きさを測定する測定装置が設けられている請求項３０に記載の板圧延機較正装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、鋼等の金属板材を圧延する際の圧延方法と、その圧延機設備に関する。
背景技術
金属板材の圧延操業における重要な課題の一つに、圧延材の伸び率を作業側と駆動側とで等しくすることがある。伸び率が作業側と駆動側で不均等になった場合、キャンバーや板厚ウェッジという圧延材の平面形状および寸法精度不良を生ずるばかりではなく、蛇行や尻絞りという通板トラブルを生じることがある。
圧延材の作業側と駆動側の伸び率を均等にするために、圧延機の圧下位置の作業側と駆動側での差、すなわち、レベリングが調節される。通常、レベリングの調節は、圧延前に圧下装置を設定する際および圧延中に、オペレータが圧延操業を注意深く観察しながら行っているが、上述したキャンバーや板厚ウェッジの品質不良や通板トラブルの問題を十分に解決できていない。
特公昭58-51771号公報には、圧延機のロードセル荷重の作業側と駆動側の差の和に対する比に基づいてレベリングを調節する技術が開示されているが、圧延機のロードセル荷重の作業側と駆動側の差には、圧延材の蛇行量の影響以外に種々の外乱が含まれており、上記作業側と駆動側の差の比に基づいた制御では、蛇行を助長するような制御になる場合もある。
また、特開昭59-191510号公報には、圧延機の入側の圧延材のずれ、すなわち蛇行量を直接検出することにより、レベリングを調節する技術が開示されている。然しながら、例えば、長尺材の圧延やタンデム圧延の場合には、レベリングの調節が不適当であっても、当該圧延機よりも上流側の圧延材の自重や、上流側の圧延機による拘束条件により、実際に入側の圧延材に蛇行を生じない場合が多い。従って、上記公報に開示された方法では、長尺材の圧延やタンデム圧延の場合には、レベリングの調節が不良であるにもかかわらず蛇行量が検出できないので、レベリングの調節を最適に制御する方法としては使用できない。
更に、例えば、圧延機の出側において蛇行量を検出する方法は、その検出値には、当該圧延機の出側材料速度の作業側と駆動側の差と既に圧延機の出側に存在する圧延材キャンバーの移動による幅方向変位が重畳されているので、蛇行量を測定した時点で当該圧延機のロールバイト中にある圧延材の伸び率を作業側と駆動側で均等化するレベリング制御を最適化するために利用できない。
上述したように蛇行量を直接検出する方法は、それ単体でレベリングを最適化することが不可能であり、かつ、ロールバイト中で生じている現象を直接測定している訳ではないので、外乱が入りやすく、またレベリング制御にも時間おくれを生じるという本質的な欠点がある。
一方、圧延荷重の作業側と駆動側の差は、ロールバイトに生じている現象の作業側と駆動側での非対称性に関する情報を時間遅れなく伝えるので、レベリングの最適制御のために最も重要な情報となり得る。然しながら、既述したように、ロードセルから検出される圧延荷重の作業側と駆動側の差には圧延材の蛇行量以外に種々の外乱が含まれているので、こうした外乱を特定し、圧延材と作業ロール間で生じている圧延現象の作業側と駆動側の差を正確に推定することが必要となる。
本願発明者らは、綿密な調査および解析検討の結果、圧延機のロードセルで測定される圧延荷重の作業側と駆動側の差には、圧延材と作業ロール間の圧延荷重分布のミルセンターに関する作業側と駆動側での非対称性の他に、例えば４段圧延機の場合、作業ロールと補強ロールとの間、６段圧延機の場合、作業ロールと中間ロール、中間ロールと補強ロールとの間にロール軸方向に作用するスラスト力が最も大きな要因として含まれていることを発見した。
これらのロール間に作用するスラスト力は、ロールに余分なモーメントを与え、このモーメントに釣り合うように作業側と駆動側の圧延荷重差が変化するので、圧延機のロードセルで測定された荷重の作業側と駆動側の差から圧延材と作業ロールの間で生じている圧延荷重分布の作業側と駆動側での非対称性を把握するという目的に対しては重大な外乱となる。更に、このロール間スラスト力は、圧延操業中にその大きさばかりではなく、場合によっては方向までも反転することがあるので、予め正確に推測することが非常に困難である。
また、圧延機の圧下零点調整は、ほとんどの場合にキスロール締め込みによって所定の零調荷重まで締め込むことによって実施されるが、このときには上述のロール間スラスト力に加えて、上下作業ロール間のスラスト力が更に、外乱として追加される。
圧下零点調整では、作業側および駆動側のロードセルで測定される荷重が所定の荷重に等しくなるように圧下位置がリセットされ、レベリングの零点も同時にリセットされる。このとき、上述したようなロール間スラスト力が作用してロードセル荷重の作業側と駆動側の差に外乱が含まれていると、正確なレベリングの零点調整ができなくなり、以後のレベリング設定には、常時この零点の誤差が含まれることになる。更に、特開平6-182418号公報に開示されているように圧延機の剛性すなわち圧延機の変形特性のミルセンターに関する作業側と駆動側での非対称性を把握する際にもキスロール締め込みテストを実施するが、この場合にも上記したロール間スラスト力は深刻な誤差要因となる。
発明の開示
本発明は、上述した種々の問題点を解決することを目的としている。
請求項１に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、圧下装置により前記上下補強ロールおよび上下作業ロールを接触状態で締め込み、少なくとも前記補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、圧下装置の零点と板圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または圧下位置制御を行う板圧延方法を要旨とする。
この請求項１に記載の本発明は、特に、ロール間スライド力による外乱を分離して、キスロール締め込みによる圧下零点調整および圧延機の変形特性の作業側と駆動側での非対称性を求める方法に関し、キスロール締め込み時に、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力と、上下補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定する。
ここでスラスト反力とは、各ロール胴部の接触面において主としてロール間の微小なクロス角の存在によって発生するスラスト力の各ロールに関する合力に抗して、当該ロールを定位置に保持するための反力であり、通常はロールチョックを介してキーパプレートに負荷されるが、ロールの軸方向シフト装置を有する圧延機の場合は、該シフト装置に負荷される。また、上下補強ロールの各圧下支点位置に作用する補強ロール反力は、通常ロードセルによって測定するが、油圧圧下装置を有する場合、圧下シリンダー内の圧力の測定値から計算する方法でもよい。
これらのスラスト反力および補強ロール反力を測定することによって、例えば、４段圧延機の場合、各ロールに作用する力およびモーメントの平衡条件に関与する力のうちの未知数は、以下の８個となる。
ＴBT：上補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ＴWBT：上作業ロールと上補強ロールの間に作用するスラスト力
ＴWW：上下作業ロール間に作用するスラスト力
ＴWBB：下作業ロールと下補強ロールの間に作用するスラスト力
ＴBB：下補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ｐdfWBT：上作業ロールと上補強ロールの間の線荷重分布の作業側と駆動側の差
ｐdfWBB：下作業ロールと下補強ロールの間の線荷重分布の作業側と駆動側の差
ｐdfWW：上下作業ロール間の線荷重分布の作業側と駆動側の差
ここで、線荷重分布とは、各ロール胴部に作用する締め込み荷重のロール軸方向分布のことであり、単位胴長あたりの荷重を線荷重と称している。
補強ロールのロールチョックに作用するスラスト反力も測定することができれば、より精度の高い計算が可能であり好ましいことは言うまでもないが、補強ロールのロールチョックはスラスト反力よりもはるかに大きな補強ロール反力を同時に受けるのでスラスト反力の測定は一般には容易ではなく、ここでは補強ロールのスラスト反力の測定値は利用できないものとして説明する。仮に、補強ロールのスラスト反力が測定できた場合は、以下の説明において未知数の数よりも方程式の数の方が多くなるので、すべての方程式の最小自乗解として未知数を求めれば、計算精度がより向上することになる。
上記８個の未知数を求めるために適用可能な方程式は、各ロールのロール軸方向の力の平衡条件式４個と、各ロールのモーメントの平衡条件式４個の合計８個となる。なお、ここでは、各ロールの鉛直方向の力の平衡条件式は既に考慮ずみと仮定しており、未知数からも鉛直方向の力の平衡条件式に関与するものを除いている。以上の８個の未知数に対して、各ロールの力およびモーメントの平衡条件式を解くことにより、上記すべての未知数を求めることが可能となる。
以上のようにしてミルセンターに関する作業側と駆動側での非対称性に関係する力をすべて求めることによって、ロール変形については作業側と駆動側での非対称性を含めて正確に演算することが可能となり、キスロール締め込み時の締め込み荷重と圧下位置の関係より求められるミルストレッチ量からロール変形の寄与を作業側と駆動側で独立に差し引くことにより、作業側と駆動側のハウジングおよび圧下系の変形特性を正確に求めることが可能となる。
一方、圧下装置の零点については、上記の各ロール間に作用する線荷重分布の作業側と駆動側の差によって生じているロール偏平の作業側と駆動側の差分だけ、ロール間スラスト力が発生しない場合の真の作業側と駆動側で均等に圧下した位置からずれていることになるので、その誤差量を圧下設定時に常に補正するようにするか、あるいは、より実用的には、その誤差量を考慮して零点そのものを補正しておけばよい。何れにしても補強ロールの各圧下支点位置の補強ロール反力と補強ロール以外のスラスト反力を測定して、各ロール間線荷重分布の作業側と駆動側の差を推定することが必要である。上記の何れの測定値が欠けても、未知数は８個以上となり、ロール間線荷重分布の作業側と駆動側の差を推定することが不可能となる。
ところで圧延機が４段圧延機ではなく、更に、中間ロールが増えた場合には、中間ロールが一本増える毎に、ロール間接触領域が一箇所増えることになる。こうした場合でも、当該中間ロールのスラスト反力を測定すれば、増える未知数は追加された接触領域に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側の差の２個であり、一方、利用可能な方程式も当該中間ロールのロール軸方向の力の平衡条件式とモーメント平衡条件式の２個が増えることになり、他のロールに関する方程式と連立することにより、すべての解を求めることが可能となる。このようにして、４段以上の圧延機の場合でも、少なくとも補強ロール以外のすべてのロールに作用するスラスト反力を測定することで、キスロール状態におけるすべてのロール間に作用する線荷重分布の作業側と駆動側の差を正確に求めることが可能となり、圧下装置の零点調整および圧延機の変形特性を、特に作業側と駆動側での非対称性を含めて正確に実施することが可能となる。
請求項２に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、前記上下補強ロールのうち少なくとも上記スラスト力を測定する側の補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法を要旨とする。
請求項３に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、前記上下補強ロールのうち少なくとも上記スラスト力を測定する側の補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、少なくとも該補強ロールとこれに接するロールとの間に作用するスラスト力を考慮した上で圧延材と作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性を演算し、前記演算結果に基づいて、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法を要旨とする。
請求項２および請求項３に記載の本発明は、圧延中におけるレベリング制御を、圧延反力の測定値に基づいて正確に実施する板圧延方法に関する。例えば、通常の４段圧延機において、上作業ロールに作用するロール軸方向スラスト反力と、上補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力を測定することによって、上作業ロールおよび上補強ロールに作用するロール軸方向の力およびモーメントの平衡条件式に関与する力のうちの未知数は、以下の４個となる。
ＴBT：上補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ＴWBT：上作業ロールと補強ロールの間に作用するスラスト力
ｐdfWBT：上作業ロールと補強ロールの間の線荷重分布の作業側と駆動側の差
ｐdf：圧延材と作業ロールの間の線荷重分布の作業側と駆動側の差
上記の未知数の中に圧延材〜作業ロール間に作用するスラスト力が含まれていないが、これは次のような理由による。
ロール間のスラスト反力は、弾性体同士の接触によるものであり、接触面におけるロール周速は大きさがほぼ同じであるから、微小なロール間クロス角の発生によって互いに接触するロールの周速ベクトルのロール軸方向成分に不一致を生じたとき、摩擦力ベクトルはロール軸方向に沿った方向となり、例えば0.2°程度の微少なクロス角でもロール軸方向スラスト力と圧延荷重の比はほぼ摩擦係数に等しい３０％前後となる。
これに対して圧延材と作業ロールの間に作用するスラスト力の場合、ロールバイト内の中立点以外の場所では、圧延材の速度と作業ロール周速とは大きさ自体が一致していないので、ロールクロスミルのように１°前後のクロス角を与えた場合でも摩擦力ベクトルの方向はロール軸方向とは一致しない。このため、ロールバイト内の摩擦力ベクトルのロール軸方向成分を積分して得られるスラスト力は摩擦係数よりも大幅に小さく５％前後となる。従って、作業ロールを積極的にクロスさせない通常の圧延機の場合、ロールチョックとハウジングウィンドウの間の間隙によって生じ得るクロス角は通常は０．１°以下であるので、圧延材と作業ロールの間のスラスト力は無視することができる。
上記の４個の未知数を求めるために利用できる方程式は、作業ロールおよび補強ロールのロール軸方向の力の平衡条件式２個と、作業ロールおよび補強ロールのモーメントの平衡条件式２個の合計４個であり、これらを連立して解くことによりすべての未知数を求めることが可能である。以上の未知数が求められれば上ロール系の変形は作業側と駆動側での非対称変形を含め正確に計算することが可能となる。
次に下ロール系については、既に圧延材と作業ロールの間の線荷重分布の作業側と駆動側の差が求められており、これは圧延材に作用する力の平衡条件より上下等しいので、下作業ロールと下補強ロール間の線荷重分布の作業側と駆動側の差が求められれば下ロール系の変形を作業側と駆動側での非対称変形を含めて計算することが可能となる。
この問題を解く際に適用可能な方程式系としては、下作業ロールおよび下補強ロールのロール軸方向の力の平衡条件式２個と、下作業ロールおよび下補強ロールのモーメントの平衡条件式２個の合計４個であり、例えば、下ロール系のスラスト反力も補強ロール反力も測定できない場合の上記方程式系に関係する未知数は次の５個となる。
ＴBB：下補強ロールチョックに作用するスラスト反力
ＴWBB：下作業ロールと下補強ロールの間に作用するスラスト力
ＴWB：下作業ロールチョックに作用するスラスト反力
ｐdfWBB：下作業ロールと下補強ロールの間の線荷重分布の作業側と駆動側の差
ＰdfB：下補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力の作業側と駆動側の差
上記未知数のうち、十分に管理された圧延機では、下作業ロールと下補強ロール間に作用するスラスト力ＴWBBは無視できる程小さい場合があり、この場合には、ＴWBB＝０とすることで、残りの未知数をすべて求めることが可能となる。このような条件が成立しない場合でも、上記の未知数のうち少なくとも一つを既知とするか、または実測することで残りの未知数をすべて求めることが可能となる。更に、好ましくは、下ロール系についても作業ロールのスラスト反力と補強ロール反力の作業側と駆動側の差が測定できれば、未知数の数が方程式の数を下回るので、最小自乗解を求めることにより、更に精度の高い計算が可能となる。
以上の未知数が求められれば下ロール系の変形についても作業側と駆動側での非対称変形を含め正確に計算することが可能となり、上下ロール系のロール変形を合計し、これに補強ロール反力の関数として計算されるハウジング・圧下系の変形を重畳し、現時点の圧下位置を考慮することにより上下作業ロール間ギャップの作業側と駆動側での非対称性を正確に計算することが可能となり、圧延機変形の結果として生ずる板厚ウェッジが計算できる。以上の準備を行った上で、蛇行あるいはキャンバー制御の観点から要求される板厚ウェッジの目標値を達成するための圧下位置操作量、特にレベリング操作量の目標値が演算できることになり、この目標値に従って圧下位置制御を実施すればよい。なお、以上の説明における上下ロール系は、これを入れ換えても本発明が全く同様に適用できることは言うまでもない。
ところで上記説明においては、圧延材と作業ロールの間の線荷重分布の非対称性としては、線荷重の作業側と駆動側の差のみを考慮する場合を考えたが、線荷重のロール軸方向分布の非対称性としては、上記線荷重の非対称性だけではなく、圧延材中心がミルセンターとは異なる位置で通板される現象も考えられる。圧延材中心とミルセンターとの距離を本発明ではオフセンター量と称するが、オフセンター量については、圧延機の入側のサイドガイドによって一定の許容量内に抑えることが基本である。それでも発生し得るオフセンター量が無視できない場合は、例えば、圧延機の入側または出側の蛇行センサーによる測定値から推定することが好ましい。このようなセンサーが設置できず、しかも無視できないオフセンター量が発生し得る場合には、例えば、次のような方法を採用する。
作業ロールのモーメントの平衡条件式からオフセンター量と上記圧延材と作業ロール間の線荷重分布の作業側と駆動側の差の二つの未知数を分離抽出することは不可能である。そこで、上記のようにオフセンター量を零として線荷重の作業側と駆動側の差のみを未知数とする場合と、線荷重の作業側と駆動側の差は零としオフセンター量を未知数とする場合の２つ場合についてレベリング操作量の目標値を算出し、例えば、両者の演算結果の重み平均で実際のレベリング操作量の目標値を決定する。この重みの付け方については、圧延状況を観察しながら適宜調整することになるが、一般論としては、レベリング操作量の小さい側に大きな重みを配したり、操作量の小さい方の値を採用し、これに更に、通常１．０以下の値のチューニングファクターを乗じて制御出力とする方法が現実的である。
また、圧延機が４段圧延機ではなく、更に、中間ロールが増えた場合には、中間ロールが一本増える毎に、ロール間接触領域が一箇所増えることになる。こうした場合でも、当該中間ロールのスラスト反力を測定すれば、増える未知数は追加された接触領域に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側の差の２個であり、一方、利用可能な方程式も当該ロールのロール軸方向の力の平衡条件式とモーメント平衡条件式の２個が増えることになり、他のロールに関する方程式と連立することにより、すべての解を求めることが可能となる。このようにして、４段以上の圧延機の場合でも、少なくとも補強ロール以外のすべてのロールに作用するスラスト反力を測定することで、圧延中のロール間に作用する線荷重分布の作業側と駆動側の差を含めてすべての未知数を求めることが可能となり、４段圧延機の場合と同様に最適なレベリング操作量を演算することが可能となる。
請求項４に記載の本発明は、少なくとも上下作業ロールと、前記上下作業ロールに接触可能に配設された上下補強ロールとを含む４段以上の多段板圧延機において、前記補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定するための測定装置と、前記上下増強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力を測定する測定装置とを具備する板圧延機を要旨とする。
請求項４に記載の板圧延機によれば、以上の請求項１、２、３の圧延方法を実施することが可能である。既に説明してきたように請求項１、２、３の圧延方法を実施するためには、当該圧延機に、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力の測定装置と、上下補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力の測定装置とが配設されていなければならない。
ここでロール軸方向スラスト反力の測定装置とは、例えば、ロールチョックを介してロールの軸方向の動きを拘束するキーパプレート、キーパプレートを拘束しているスタッドボルトに作用する荷重を検出する装置、ロールの軸方向シフト機能を有する圧延機の場合は該シフト装置に負荷される荷重を検出する装置であり、更にはロールチョック内に装着してスラストベアリングのアウターレースに作用するスラスト力を直接検出する装置であってもよい。
また、上下補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力の測定装置は、圧下支点位置に配設されたロードセルが一般的であるが、例えば、油圧圧下装置を有する圧延機の場合、圧下シリンダー内または圧下シリンダーに直結する配管内の油圧の測定値から計算する方法でもよい。ただし、この場合、油圧圧下が急速に圧下位置を変更している状態では、測定値に大きな誤差を生ずるので、圧力データを採取する時は一時的に圧下位置を保定する等の措置を講ずるべきである。
請求項５に記載の本発明は、少なくとも上下作業ロールと、前記上下作業ロールに接触可能に配設された上下補強ロールとを含む４段以上の多段板圧延機において、前記補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定するための測定装置と、前記上下補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力を測定する測定装置と、前記スラスト反力測定装置および前記補強ロール反力測定装置に接続され、前記スラスト反力測定装置および前記補強ロール反力測定装置による測定値を入力データとして、少なくとも補強ロールとこれに接するロールとの間に作用するスラスト力を考慮した上で圧延材と作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性、または、前記上下作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性を演算する演算装置とを具備する板圧延機を要旨とする。
請求項５に記載の板圧延機は、請求項１、２、３の圧延方法を実施するための更に具体的な圧延機である。既に説明したように請求項１、２、３の圧延方法を実施するためには、請求項４に記載した補強ロール以外のロールに作用するロール軸方向スラスト反力の測定装置と、上下補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力の測定装置の他に、少なくともこれらの測定値を入力して、ロール間に作用する線荷重分布およびスラスト力の非対称性あるいは圧延材と作業ロール間に作用する線荷重分布やスラスト力の非対称性を計算する演算装置が必要である。
ここで、最終的にレベリングの設定・制御のために実施しなければならないロール系の作業側と駆動側での非対称変形解析に不可欠なのが、圧延材と作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性、あるいはキスロール状態の場合は、上下作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性である。請求項５に記載の板圧延機では、これらの値を、少なくとも補強ロール以外のロールに作用するロール軸方向スラスト反力の測定値と上下補強ロールの各圧下支点位置において圧下方向に作用する補強ロール反力の測定値とを入力データとして演算する演算装置を具備している。
ところで、補強ロール以外のロールに作用するスラスト反力を測定する場合、上記した測定装置の例の中で、ロールチョック内のスラストベアリングのアウターレースに負荷される荷重を測定する方式の測定装置を除いては、ロールチョックをロール軸方向に保持する外力を測定することになる。このような形式のスラスト反力測定装置を用いる場合、各ロールに作用するロールバランス力あるいはロールベンディング力に起因するロール軸方向摩擦力が、スラスト反力測定値の大きな外乱となる。すなわち各ロールの胴部に作用するスラスト力の合力によって当該ロールが僅かにスラスト力の方向に移動し、この僅かな変位がロールチョックをロール軸方向に固定しているキーパプレートやロールシフト装置の弾性変形を誘起することによってスラスト反力が測定されるのであるが、ロールチョックが僅かに変位する場合、ロールチョックに当接しているロールベンディング装置やロールバランス装置の荷重負荷部からロールチョックの変位を妨げる方向の摩擦力が作用する。この摩擦力そのものは測定することが一般に困難であるので、測定されたスラスト反力の外乱になる。
そこで、請求項６〜請求項１０に記載の圧延機はこの問題を解決する。
なお、以下の本願発明の説明と請求項においては表現を簡単にするため、ロールバランス装置、ロールバランス力も含めてロールベンディング装置、ロールベンディング力と総称することにする。
本発明による請求項６に記載の本発明は、請求項４に記載の板圧延機において、補強ロール以外の少なくとも１組のロールにロールベンディング装置が配置されており、前記ロールベンディング装置を有するロールのうち少なくとも１本のロールのロールチョークが、ラジアル荷重を支持するロールチョックと、ロール軸方向のスラスト反力を支持するロールチョックとを含み、
前記板圧延機が、更に、前記スラスト反力支持用ロールチョックに作用するスラスト反力を測定する装置を具備する請求項４に記載の板圧延機を要旨とする。
この場合、ラジアル荷重支持用ロールチョックは、例えば軸受のインナーレースとロール軸を隙間ばめにしたり、インナーレースを採用しない円筒コロ軸受とすることによりスラスト力を受けない構造にすることができる。このような構造にすることによって、ロールベンディング力が作用している状態でも、上作業ロールの軸方向の僅かな変位はスラスト反力支持用チョックのみに伝えられるので、上記のようなスラスト反力測定値への外乱は無視できる程小さくなる。
一方、下作業ロールが上作業ロールのようにチョックが分離されていない構造で、下作業ロールにスラスト力が作用した場合、上作業ロールチョックとの間でロールベンディング力に対応する摩擦力が作用するが、上作業ロールチョック側がスラスト力を支持しないので上作業ロールチョックが下作業ロールチョックと共にスラスト力の作用する方向に僅かに変位し、結局下作業ロールに作用するスラスト力の反力も下作業ロールチョックを介して正確に検出することができる。
更に、請求項７に記載の本発明は、請求項４に記載の板圧延機において、補強ロール以外の少なくとも１組のロールにロールベンディング装置が配置されており、前記ロールベンディング装置が、設定されたロールベンディング力に、５Ｈｚ以上の周波数の振動成分を付加できる機構を有する板圧延機を要旨とする。
このようにロールベンディング力に所定の力に加えて振動成分を重畳することで、ロールベンディング力の荷重負荷部とロールチョックとの間の摩擦力が大幅に緩和され、スラスト力測定値の測定精度が大幅に向上する。これは、上述したようにスラスト力が作業ロールに作用した場合、作業ロールがロール軸方向に僅かに変位することでスラスト力が測定されるのであるが、ロールベンディング力が振動している場合、最もロールベンディング力が小さくなった瞬間に作業ロールがロール軸方向に変位してスラスト力を伝達するためである。付加する振動成分の周波数が５Ｈｚ未満の場合は、作業ロールたわみそのものがロールベンディング力の振動に対応して大きく変化し、板クラウン・形状に悪影響を与えるとともに、ロール軸方向の摩擦力低減効果も小さくなるので、付加する振動成分は５Ｈｚ以上、好ましくは１０Ｈｚ以上が適当である。
更に、請求項８に記載の本発明は、請求項４に記載の板圧延機において、補強ロール以外の少なくとも１組のロールにロールベンディング装置が配設されており、前記ロールベンディング装置の荷重負荷部と、前記荷重負荷部に当接するロールチョックとの間にロール軸方向に自由度を有するスライドベアリングが設けられている請求項４に記載の板圧延機を要旨とする。
このようなスライドベアリングの存在によって、ロールベンディング力の荷重負荷部とロールチョックとの間の摩擦力が大幅に緩和され、スラスト反力測定値の測定精度が大幅に向上する。
更に、請求項９に記載の本発明は、請求項４に記載の板圧延機において、補強ロール以外の少なくとも１組のロールに配設されたロールベンディング装置を具備しており、前記ロールベンディング装置は、ロールチョックに当接して該ロールチョックに荷重を負荷する荷重負荷部を有し、前記ロールベンディング装置の荷重負荷部と前記ロールチョックとの間に、面外変形に対する弾性変形抵抗がロールベンディング力の最大値の５％以下の薄肉外皮により少なくとも一部が覆われている閉空間に液体を封入した構成の荷重伝達部材が設けられている板圧延機を要旨とする。
この荷重伝達部材は、ロールベンディング装置の荷重負荷部とロールチョック間に狭圧されるが、薄肉外皮は内部の液体膜が切れることはないように十分な強度を有している。薄肉外皮の面外変形に対する抵抗はロールベンディング力の最大値の５％以下であるので、ロールチョックのロール軸方向への微小変位に対して、ロールベンディング装置の荷重負荷部から作用する見かけ上の摩擦力を十分に小さくすることが可能となる。このような荷重伝達部材を配設しない場合は、ロールベンディング装置の荷重負荷部とロールチョックは固体接触となるので、その摩擦係数は通常３０％前後となる。これに対して、本荷重伝達部材を挿入した場合、内部の液体膜のせん断変形抵抗はほとんど無視できるので、見かけ上の摩擦力はロールベンディング力の最大値の５％以下となる。その結果、スラスト反力測定値の測定精度が大幅に向上する。
更に、請求項１０に記載の本発明は、前記板圧延機は、補強ロール以外の少なくとも１組のロールに該ロールを軸方向にシフトするロールシフト装置を具備しており、前記ロールシフト装置は、前記ロールに対して振幅1mm以上、周期３０秒以下の微小シフト揺動を与える機能を備えている板圧延機を要旨とする。
このようにロールシフト装置に揺動機能を与え、実際に揺動させることによって、ロールベンディング装置の荷重負荷部とロールチョックの間に作用する摩擦力の方向が反転するので、測定されたシフト力すなわちスラスト反力の平均値をとることにより、正確なスラスト反力が測定できることになる。ここで、振幅１mm以上としているのは、１mm未満の振幅の場合、ロールチョックとベアリングのロール軸方向の遊びやロールベンディング装置の荷重負荷部のロール軸方向の変形によって揺動が吸収されてしまい、摩擦力の方向が逆転するまでに至らないためである。また、揺動の周期については、この周期で平均値をとって初めてスラスト反力のデータが１点得られ、これに対応した圧下位置制御が可能になるので、圧延操業にとって意味のある圧下位置制御を実施するためのサイクルタイムを３０秒以下として決定している。
以上の請求項６〜１０記載の圧延機は、スラスト反力測定時の外乱の問題を設備技術上解決したものであるが、請求項１１〜１４記載の板圧延方法は圧延方法によってこの問題を解決する。
請求項１１に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた板圧延方法において、圧下装置により前記上下補強ロールおよび上下作業ロールを接触状態で締め込み、少なくとも補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、測定対象となるロールのチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス状態の１／２以下に設定し、前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、前記圧下装置の零点と板圧延機の変形特性の何れか一方または双方を求め、これに基づいて、圧延実行時の圧下位置設定および／または圧下位置制御を行う板圧延方法を要旨とする。
上記ロール軸方向スラスト反力を測定するときに、スラスト反力の測定対象となるロールチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス力の１／２以下とすることにより、スラスト反力が正確に測定可能となり、また、ロールに作用するモーメントの平衡条件式に対する外乱因子を最小限に抑えることが可能となり、より精度の高い圧下位置設定および圧下位置制御が可能となる。
なお、ここで、ロールバランス状態とは、圧延を実施していない無負荷時の上下作業ロール間ギャップが開いた状態において、上側のロールを上補強ロール側に引き揚げ、その上、各ロール間がスリップしないように、更に、下側のロールについても各ロール間がスリップしないように、各々の補強ロール側に他のロールを押しつける方向へ所定の力を各ロールのチョックに負荷している状態を称する。
請求項１２に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、前記上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、前記スラスト反力および前記補強ロール反力の測定値に基づき、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、前記スラスト反力を測定する間、スラスト反力の測定対象となるロールのチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス状態の力の１／２以下に設定し、前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法を要旨とする。
請求項１３に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、前記上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、圧延中の少なくとも前記スラスト反力を測定する時間帯については、前記スラスト反力の測定対象となるロールのチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス状態の力の１／２以下に設定し、少なくとも圧延材と作業ロール間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性を演算し、前記演算結果に基づいて、板圧延機の圧下位置操作量の目標値を演算し、前記圧下位置操作量の目標値に基づいて、圧下位置制御を行う板圧延方法を要旨とする。
請求項１２、１３に記載の板圧延方法においても、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を正確に測定することが必要であり、前記したように、このスラスト反力を正確に測定し、最適を圧下位置操作量を正確に演算するためには、スラスト反力の測定対象となるロールのチョックに負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置からの摩擦力を最小限に抑えることが必要である。本発明では、これらの装置から作用する力を圧延中のみ、ロールバランス状態の１／２以下にすることでこの問題を解決している。ただし、このようなロールバランス力あるいはロールベンディング力では圧延中の板クラウン形状が所望の値とならない場合もあるので、そのような場合には、圧延中のスラスト力を測定する時間帯に限定して、上記のようにロールバランス力またはロールベンディング力の絶対値を小さくすればよい。
また、請求項１２、１３に記載の板圧延方法では、スラスト反力の正確な測定のために、ロールバランス力またはロールベンティング力の絶対値を小さくすることがポイントとなるが、ロールベンディング装置以外に板クラウン形状制御手段を持たない圧延機では、このような圧延方法を採用することによって所定の板クラウン形状が得られなくなる可能性がある。これに対して、例えば、ロールシフト機構やロールクロス機構のようにロールベンティング装置とは異なる板クラウン形状制御手段を有する板圧延機の場合は、ロールベンディング力の絶対値を通常のロールバランス力の１／２以下に設定しながらも、ロールシフト機構あるいはロールクロス機構を活用することによって所定の板クラウン形状を達成することが可能となる。
請求項１４の発明は、このような圧延機を用いて、常に所定の板クラウン形状を達成しながら、補強ロール以外のスラスト反力を正確に測定し、最適な作業側と駆動側の圧下位置制御を実施する板圧延方法に関する。
すなわち、請求項１４に記載の本発明は、ロールベンディング装置以外に板クラウン形状制御手段と、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機を用いた圧延方法において、少なくとも上下ロールアセンブリの何れか一方、または、上下双方のロールアセンブリにおける、補強ロール以外のすべてのロールに作用するロール軸方向スラスト反力を測定し、前記上下補強ロールの各々の圧下支点位置での圧下方向に作用する補強ロール反力を測定し、所定の板クラウン形状を得るための設定計算時に、前記ロールベンディング装置以外の板クラウン形状制御手段により、ロールベンディング力の絶対値をロールバランス状態の１／２以下になる板圧延機設定条件を演算し、前記演算結果に基づいて、圧延開始直後にロールベンディング力をロールバランス状態から前記設定計算値に変更して圧延を実行する板圧延方法を要旨とする。
また、上記したロール間スラスト力は、一般に上下ロール系で異なる方向および大きさになるので、上下の補強ロールで異なるモーメントが負荷されることになり、圧延機の圧下系およびハウジングに負荷される荷重が上下で異なることになる。このような上下非対称な負荷は、作業側または駆動側の圧延機ハウジングの内力のみで平衡することは不可能で、圧延機ハウジングの基礎部分や、作業側と駆動側のハウジングを結合している部材等を通じて余分な力が加わることによって平衡する。従ってこのような負荷形態になった場合、圧延機は、ハウジングの内力のみで平衡する上下対称な負荷時とは一般に異なる変形特性を示すことになる。このような現象が作業側と駆動側の圧延機ハウジングにおいて個別に生ずるため、上下非対称な負荷によって圧延機は作業側と駆動側での非対称な変形を示すことになる。このような変形は、圧延材の板幅方向板厚分布、そして伸び率の作業側と駆動側の差に重大な影響をおよぼすことになる。
そこで、本発明では、圧延材の伸び率を作業側と駆動側で均等にする圧延操業を実現するための基本要件として、ロール間に発生するスラスト力に起因して生ずる上下非対称負荷に対する圧延機の変形特性を正確に同定する板圧延機較正方法および板圧延機較正装置を提供することをも目的としている。
請求項１５に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求める板圧延機較正方法において、板圧延機のハウジングに圧延荷重に相当する鉛直方向の荷重を加え、圧延荷重測定用ロードセルを介して、板圧延機ハウジングの上方部と下方部に負荷される鉛直方向荷重のうち少なくとも何れか一方の荷重を測定し、前記鉛直方向荷重を加えた状態で、前記板圧延機の外部から鉛直方向の外力を加えることで、板圧延機ハウジングに上下非対称な負荷を与え、前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法を要旨とする。
ここで、圧延機の外部からの鉛直方向外力とは、ロールベンディング力やロールバランス力のような、反力を圧延機ハウジングで支持する力ではないということを意味している。
図２７を参照すると、４段圧延機において、ロール間の微小クロス角の存在により、ミル回転に伴って、上補強ロールには作業側ＷＳへの方向、下補強ロールには駆動側ＤＳへの方向のスラスト力が作用している状態が模式的に示されている。この場合、作業側ＷＳの圧延機ハウジングに負荷される荷重は、上部荷重が大きくなり下部荷重が小さくなる。その結果、作業側ハウジングに負荷される荷重は作業側ハウジング単体で平衡することはできず、ハウジングの基礎部分や、作業側と駆動側のハウジングを結合している部材から外力を受けることで平衡することになる。
これに対して、例えば、ロールベンディング力は、圧延機ハウジングに固定されたプロジェクトブロックからロールチョックに力を加える形式が多くの場合採用されているが、このようなプロジェクトブロックに配備されたアクチュエータを用いて上下非対称な負荷をロールチョックに与えたとしても、その反力は該プロジェクトブロックを通じて圧延機ハウジングに伝えられるため、その力は圧延機ハウジングの内部で平衡してしまい、ハウジングの基礎部分等からの外力が作用することにはならず、上記したようなロール間スラスト力起因の上下非対称負荷とは全く異なる負荷となる。従って、スラスト力起因で生ずる上下非対称負荷に対する圧延機の変形特性を同定する場合、上下非対称な負荷を与えるにしても、その反力を圧延機ハウジング以外の外部構造体で受けるような外力である必要がある。
以上説明したような圧延機外部からの鉛直方向外力を圧延機に加えることで、前記したようなロール間スラスト力起因で発生する上下非対称負荷をシミュレートすることができ、更に、これに対する圧延機の変形特性の同定も可能となる。すなわち圧延機外部からの鉛直方向外力を負荷する前後の圧延荷重測定用ロードセルの測定値を得ることによって、該ロードセル荷重の変化による圧延機ハウジング・圧下系以外の変形量を演算することができ、この変形量と圧延機ハウジングおよび圧下系の変形量との適合条件式より、上下非対称負荷による圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を求めることが可能となる。
なお、ロール系の変形特性については、例えば、特公平4-74084号公報および特開平6-182418号公報に開示されているように、ロールの詳細な外形寸法と弾性定数が把握できていれば、上下非対称負荷が発生した場合においても正確に計算することは可能であるので、ハウジングおよび圧下系の変形特性が正確に同定できれば、圧延機全体の変形特性が把握できたことになる。なお請求項１５では、圧延機ハウジングに上下非対称荷重を与えることができればよいので、例えば、すべてのロールを圧延機から抜き去った状態で、ロールに代わる較正装置を圧延機内に挿入して所定の鉛直方向荷重を負荷するという方法も一つの実施形態になり、逆に、すべてのロールを組み込んだまま圧延機の圧下装置によってキスロール締め込みを行い、更に、外部から鉛直方向外力を加えるという方法も本願発明の範囲に含まれる。
請求項１６に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求める板圧延機較正方法において、少なくとも上下補強ロールを組み込んだ状態で、補強ロールの胴部に圧延荷重に相当する鉛直方向の荷重を加え、圧延荷重測定用ロードセルを介して、板圧延機ハウジングの上方部と下方部に負荷される鉛直方向荷重のうち少なくとも何れか一方の荷重を測定し、前記鉛直方向荷重を加えた状態で、前記板圧延機の外部から鉛直方向の外力を加えることで、上下補強ロールチョックを介して板圧延機ハウジングに上下非対称な負荷を与え、前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法を要旨とする。
この較正方法は、少なくとも圧延中に使用する補強ロールを組み込んだまま圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を加え、更に、上下非対称負荷も与えるので、補強ロールチョックと圧延機の圧下系あるいはハウジングとの弾性接触面の変形特性も含めて圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を把握できることになり、より高精度な変形特性の同定が可能となる。
請求項１７に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求める板圧延機較正方法において、補強ロール以外のロールのうち少なくとも一本を抜き取り、ロールを抜き取った状態の板圧延機の前記ロールの位置に該ロールに代わる較正装置を組み込み、補強ロールの胴部に圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を加え、圧延荷重測定用ロードセルを介して、板圧延機ハウジングの上部と下部に負荷される鉛直方向荷重のうち少なくともどちらか一方の荷重を測定し、前記鉛直方向荷重を加えた状態で、前記板圧延機の外部から前記較正装置に鉛直方向の外力を加えることで、上下補強ロールチョックを介して板圧延機ハウジングに上下非対称な負荷を与え、前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法を要旨とする。
この較正方法では、補強ロールは組み込んだままで較正を実施するので、請求項１６の場合と同様に高精度な圧延機の変形特性の同定が可能となる上、例えば、作業ロールを圧延機から抜き取り、これに代わる較正装置を組み込み、該較正装置を介して天井クレーンから上方向の負荷を与えることにより上下非対称な負荷を容易に与えることが可能となる。
請求項１８に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求めるための較正装置において、作業ロールを抜き取った状態の板圧延機内に、前記抜き取ったロールの代わりに組み込むことができる形状を有し、板圧延機の作業側および駆動側のどちらか一方あるいは双方のハウジングの外側に出る前記較正装置端部に、板圧延機外部からの鉛直方向外力を受ける部材を有する板圧延機較正装置を要旨とする。
この較正装置は、上記請求項１７の板圧延機較正方法を実施するための装置であり、較正装置端部の鉛直方向外力を受ける部材に、例えば天井クレーンから上方向の力を加えることによって容易に上下非対称な負荷を与えることができる。
請求項１９に記載の本発明は、請求項１８に記載の板圧延機構成装置において、較正装置の鉛直方向の寸法が、板圧延機の上下作業ロールを合わせた寸法に大略等しく、上下作業ロールを抜き取った状態の板圧延機内に組み込むことができ、板圧延機の圧下装置を用いて圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を負荷することができるように構成されている板圧延機較正装置を要旨とする。
ここで鉛直方向の寸法が上下作業ロールを合わせた寸法に大略等しいというのは、圧延機の圧下装置を用いて上記のように圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を負荷することができる寸法範囲であることを意味している。上下作業ロールを２本同時に組み替えることは、圧延製品の品質の観点から圧延操業において定常的に行われている作業であり、この組み替え作業を効率良く実施するため組み替え台車等の特別な装置が用意されていることが多い。請求項１９の板圧延機較正装置では、請求項１８の板圧延機較正装置の利点に加えて、較正装置の鉛直方向の寸法が圧延機の上下作業ロールを合わせた寸法に大略等しいため、上記組み替え台車を利用して、通常の作業ロール組み替えと同様にして、作業ロールの抜き取りと較正装置の組み込みを実施できるようにすることが容易となり、作業効率を極めて高くすることが可能となる。
請求項２０に記載の本発明は、請求項１８に記載の板圧延機構成装置において、較正装置の作業側および駆動側のどちらか一方あるいは双方の端部に作用する鉛直方向外力の大きさを測定する測定装置を具備する板圧延機較正装置を要旨とする。
このような較正装置を用いることにより、上下非対称負荷を与えるため圧延機外部から負荷する鉛直方向外力の大きさを該較正装置自身で測定することができるので、例えば、負荷する外力の正確な測定が困難な天井クレーン等の装置をそのまま利用することが可能となる。
請求項２１に記載の本発明は、請求項１８に記載の板圧延機構成装置において、較正装置の上部または下部のどちらか一方の板圧延機ロールと接触する部材が、前記板圧延機ロールから受けるスラスト力を実質的に開放できるスライド機構を具備する板圧延機較正装置を要旨とする。
請求項１８に記載の板圧延機較正装置を用い、請求項１７記載の板圧延機較正方法を実施する場合、圧延機の外部から較正装置に鉛直方向の外力を負荷した際に、較正装置としては一般にモーメントを受けるので、較正装置と圧延機のロールとの接触面において摩擦によるスラスト力が作用する可能性がある。このようなスラスト力は、圧延機の圧延荷重測定用ロードセルに外乱を与えることになるので、該板圧延機較正方法の目的である上下非対称負荷による圧延機の変形特性の把握にとっても外乱となってしまう。
これに対して請求項２１記載の板圧延機較正装置では、上記したようにロールとの間にスラスト方向の摩擦力が作用しても、これを開放し、実質的に零にすることができるので、圧延機の変形特性の同定を、より高い精度で実施することが可能となる。
請求項２２に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の変形特性を求めるための較正装置において、板圧延機のロールチョックまたはチョックの外側に突出したロールの端部に装着可能で、かつ、板圧延機外部からの鉛直方向外力を受けることができる板圧延機較正装置を要旨とする。
このような板圧延機較正装置を用いることによって通常の圧延ロールを組み込んだ状態で、請求項１５または１６に記載の板圧延機較正方法を実施することが可能となる。
請求項２３に記載の本発明は、請求項２２に記載の板圧延機較正装置において、該較正装置に作用する鉛直方向の外力の大きさを測定する測定装置を設けた板圧延機較正装置を要旨とする。
このような較正装置を用いることにより、上下非対称負荷を与えるため圧延機外部から負荷する鉛直方向外力の大きさを該較正装置自身で測定することができるので、例えば、負荷する外力の正確な測定が困難な天井クレーン等の装置をそのまま利用することが可能となる。
既述したロール間スラスト力は、また、例えば、ロールチョック内のスラスト軸受に作用する荷重を直接検出する装置や、ロールシフト装置やキーパプレート等のロールチョックをロール軸方向に固定している構造体に作用する力を検出する装置によって測定することは可能である。然しながら、このようにしてスラスト力が測定でき、補強ロールに作用するスラスト力が測定できても、これがどのようにロードセル荷重に影響をおよぼすかは自明ではない。すなわちロードセル荷重は補強ロールのチョックに作用する鉛直方向荷重を測定するのであるが、このロードセル荷重の作業側と駆動側の差によって発生するモーメントは、作業ロールとの接触面を介して補強ロールに作用するスラスト力と、このスラスト力に抗して、補強ロールをロール軸方向に固定するために発生するスラスト反力とによって発生するモーメントと釣り合うように決まる。ところが、補強ロールは、キーパプレート以外にも、圧下装置やロールバランス装置から大きな荷重を受けており、これらの鉛直方向荷重に起因する摩擦力もスラスト反力の一部となり得るため、合力としてのスラスト反力の作用点の位置は一般に不明であり、これを求めることが大きな課題となる。
そこで、請求項２４に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の力学的特性を求める板圧延機較正方法において、補強ロール以外のロールを抜き取り、補強ロール以外のロールを抜き取った状態で、補強ロールの胴部に圧延荷重に相当する鉛直方向荷重を加え、圧延荷重測定用ロードセルを介して、少なくとも上下どちらか一方の補強ロールの両端に作用する鉛直方向荷重を測定し、前記鉛直方向荷重を加えた状態で、更に前記補強ロールの胴部に既知のスラスト力を作用させ、前記ロードセル荷重を測定する板圧延機較正方法を要旨とする。
この方法によれば、既知のスラスト力を負荷する前後の前記ロードセル荷重の作業側と駆動側の差から、前記スラスト力の負荷によって補強ロールに生じたモーメントが計算され、この付加的モーメントはスラスト反力作用点位置と前記スラスト力作用点位置との鉛直方向距離と前記スラスト力とによって与えられるから、これらを等値した方程式を解くことによって直ちにスラスト反力作用点位置が求められる。
請求項２５に記載の本発明は、少なくとも上下補強ロールと上下作業ロールとを含む４段以上の多段板圧延機のロール間に作用するスラスト力に対する板圧延機の力学的特性を求めるための較正装置において、前記補強ロール以外のロールを抜き取った状態の板圧延機内に、これら抜き取ったロールの代わりに組み込むことができる形状を有し、補強ロールとの間に圧延荷重に相当する鉛直方向の荷重を負荷した状態で、補強ロールに既知のロール軸方向スラスト力を負荷する手段を具備する板圧延機較正装置を要旨とする。
このような機能を有する較正装置を用いることで、請求項２４に記載した板圧延機較正方法を実施することが可能となり、上記したように本較正装置から与える既知のスラスト力と圧延機のロードセル荷重の測定値とから補強ロールに作用するスラスト反力作用点位置を求めることが可能となる。
請求項２６に記載の本発明は、請求項２５に記載の板圧延機較正装置において、前記板圧延機較正装置が、補強ロールとの間に作用する鉛直方向の荷重のロール軸方向分布を測定可能となっている板圧延機較正装置を要旨とする。
請求項２５の板圧延機較正装置に、このような機能を付加することによって、請求項２４に記載した板圧延機較正方法に従って既知のスラスト力を付与した際、圧延機の変形が変化するので、補強ロールと較正装置との間に作用する鉛直方向の荷重のロール軸方向分布が変化しても、その変化量を直接測定でき、該鉛直方向荷重分布の変化量が圧延機のロードセル荷重の作業側と駆動側の差におよぼす影響を分離することができ、既述した補強ロールに作用するスラスト反力作用点位置を正確に求めることが可能となる。
請求項２７に記載の本発明は、請求項２５記載の板圧延機較正装置において、前記較正装置に作用するスラスト反力の合力を支持する部材が、較正装置の上下補強ロールと接触する面の鉛直方向位置の中点に位置するようにした板圧延機較正装置を要旨とする。
請求項２５の板圧延機較正装置は、補強ロールに既知のロール軸方向スラスト力を負荷するので、この力に対応するスラスト反力が該較正装置本体に作用する。このスラスト反力は、例えば、上下補強ロールに負荷するスラスト力が常に逆向きで同じ大きさであれば、そのスラスト反力が互いに平衡状態を保ち、較正装置全体としてのスラスト反力の合力は零となる。然しながら、本較正装置は、後記するように常にそのような上下スラスト力バランスで使用するとは限らないため、一般には本較正装置に作用するスラスト反力の合力は零にならず、これを支持する部材が必要となる。請求項２７では、この部材の位置を特定している。すなわち、請求項２７に記載されているように、スラスト反力の合力を支持する部材が較正装置の上下補強ロールと接触する面、すなわち、スラスト力の上下作用点の中点に位置する場合には、スラスト反力の合力によって該較正装置に新たなモーメントが発生しないため、これによって補強ロールと該較正装置間に負荷している鉛直方向荷重のロール軸方向分布が変化することがなく、請求項２４の板圧延機較正方法による補強ロールのスラスト反力作用点位置の同定が高精度に実施できることになる。
請求項２８に記載の本発明は、請求項２７記載の板圧延機較正装置において、較正装置に作用するスラスト反力の合力を支持する部材が板圧延機のハウジングに接触する箇所がローラーを備えている板圧延機較正装置を要旨とする。
板圧延機較正装置全体としてのスラスト反力の合力は圧延機ハウジングやキーパプレートのような固定部材によって最終的に支持されることになるが、これらの固定部材と較正装置のスラスト反力支持部材との間には、スラスト反力の合力の他、一般に、この力に付随する鉛直方向の摩擦力が作用する。この摩擦力は該較正装置に余分なモーメントを発生することになるので、請求項２４に記載した板圧延機較正方法による補強ロールのスラスト反力作用点位置の同定にとって外乱となる。これに対して、請求項２８に記載するように、較正装置のスラスト反力支持部材と圧延機ハウジング、または、これに類する固定部材との接触箇所をローラー形式にすることによって、スラスト反力に起因する摩擦力を実質的に開放することが可能となり、上記したような補強ロールのスラスト反力作用点位置の同定を高精度に実施することが可能となる。
請求項２９に記載の本発明は、請求項２７記載の板圧延機較正装置において、較正装置に作用するスラスト反力の合力を支持する部材が較正装置の作業側に存在し、かつ、前記補強ロールにロール軸方向スラスト力を負荷するアクチュエータも作業側に配設されている板圧延機較正装置を要旨とする。
このような構成とすることによって、駆動側にも同様の支持部材が存在する場合に比べて、該較正装置の組み込みが容易になるとともに、補強ロールに負荷したスラスト力の反力が該較正装置の作業側のみでバランスすることになり、較正装置の中央部や駆動側には余分な力が作用することがなくなり、較正装置自体にスラスト反力起因の余分な変形を生じることがなくなり、請求項２４に記載した板圧延機較正方法を高い精度で実施することが可能となる。
請求項３０に記載の本発明は、請求項２５に記載の板圧延機較正装置において、較正装置を板圧延機に組み込んだ状態で板圧延機の作業側および駆動側の何れか一方あるいは双方のハウジングの外側に出る前記較正装置端部に、外部からの鉛直方向の力を受ける部材を設けた板圧延機較正装置を要旨とする。
この装置を用いると、前記した補強ロールのスラスト反力作用点位置の同定以外に、例えば、天井クレーンから該部材に鉛直方向の力を加えることによって、圧延機に上下非対称な荷重を加えることになり、外力を加える前後の圧延機のロードセル荷重の変化より、上下非対称な負荷に対する圧延機の変形特性を同定することが可能となる。
請求項３１に記載の本発明は、請求項３０記載の板圧延機較正装置において、較正装置の作業側および駆動側の何れか一方あるいは双方の端部に作用する鉛直方向の外力の大きさを測定する測定装置を設けた板圧延機較正装置を要旨とする。
このような構成とすることによって、例えば、天井クレーンのように負荷する鉛直方向力を正確に測定できない外力負荷装置を用いる場合でも、該較正装置に負荷される外力を正確に把握することができ、上下非対称荷重による圧延機の変形特性を正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を適用する４段圧延機の正面図である。
図２は、本発明の実施形態による４段圧延機の略示図である。
図３は、本発明実施形態による圧延機の圧下零点調整方法のフローチャートである。
図４は、４段圧延機の各ロールに作用するロール軸方向のスラスト力と、鉛直方向の作業側と駆動側間の非対称成分を示す模式図である。
図５は、４段圧延機のハウジング・圧下系の変形特性の演算方法のフローチャートである。
図６は、本発明実施形態による補強ロールの反力および作業ロールのスラスト力の測定方法のフローチャートである。
図７は、本発明実施形態による圧下位置制御方法のフローチャートである。
図８は、本発明の他の実施形態によるロールベンディング装置を有する４段圧延機の該略図である。
図９は、本発明の更に他の実施形態によるロールシフト装置を有する４段圧延機の該略図である。
図１０は、本発明の更に他の実施形態によるロールベンディング装置を有する４段圧延機の概略図である。
図１１は、本発明の更に他の実施形態によるロールベンディング装置を有する４段圧延機の場合の概略図である。
図１２は、荷重伝達部材の拡大図である。
図１３は、他の実施形態による荷重伝達部材の拡大図である。
図１４は、本発明実施形態による作業ロールベンディング装置、作業ロールシフト装置、および、スラスト反力測定装置機構を有する４段圧延機の場合の概略図である。
図１５は、４段圧延機の場合の圧下零点調整方法の更に他の実施形態を示すフローチャートである。
図１６は、本発明実施形態による補強ロールの反力および作業ロールのスラスト力の測定方法のフローチャートである。
図１７は、４段圧延機における本発明の更に他の実施形態による圧下位置の制御方法のフローチャートである。
図１８は、ロールクロス方式４段圧延機における本発明の更に他の実施形態による圧下位置の制御方法のフローチャートである。
図１９は、本発明実施形態による板圧延機較正装置の略示正面図である。
図２０は、図１における板圧延機較正装置の平面図。
図２１は、本発明の更に他の実施形態による板圧延機較正装置の略示正面図である。
図２２は、図２１の板圧延機較正装置の平面図。
図２３は、本発明の更に他の実施形態による板圧延機較正装置の略示正面図である。
図２４は、本発明の更に他の実施形態による板圧延機較正装置の略示正面図である。
図２５は、図２１、２２に示す板圧延機較正装置を用いた板圧延機較正方法のフローチャートである。
図２６は、図２４に示す板圧延機較正装置を用いた板圧延機較正方法のフローチャートである。
図２７は、４段圧延機のロール間に作用するスラスト力と圧延機ハウジングに作用する力を示す模式図である。
図２８は、更に他の実施形態による板圧延機較正装置の正面図である。
図２９は、図２８の板圧延機較正装置の平面図である。
図３０は、更に他の実施形態による板圧延機較正装置の正面図である。
図３１は、図３０の板圧延機較正装置の平面図である。
図３２は、更に他の実施形態による板圧延機較正装置の正面図である。
図３３は、図３２の板圧延機較正装置の平面図である。
図３４は、本発明請求項２４の板圧延機較正方法で、補強ロールに作用するスラスト反力作用点の位置を求める方法の好ましい実施例のアルゴリズムを示す図である。
図３５は、本発明の他の実施形態による板圧延機較正方法であって、圧延機に上下差荷重が生じたときの圧延機変形特性を求める方法のフローチャートである。
発明を実施する最良の態様
以下に添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。以下では、簡単にするためすべて４段圧延機を例として説明するが、既に説明したように本発明は、更に中間ロールが加えられた形式の５段あるいは６段以上の圧延機にも同様に適用できる。
まず、図１、２を参照すると、本発明を適用する圧下装置を備えた４段圧延機の一例が示されている。この圧延機は門形のハウジング２０に上下補強ロール２４、３６と上下作業ロール２８、３２が、上下補強ロールチョック２２ａ、２２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび上下作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂを介して回転自在に支持されている。上下補強ロールチョック２２ａ、２２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび上下作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂは、ハウジング２０に沿って鉛直方向に移動可能に支持されており、上下作業ロール２８、３２に所望の圧延荷重を与えるために、ハウジング２０の上部に圧下装置１が配設されている。以下、電導モータにてスクリューを駆動する圧下装置について説明するが、本発明は、油圧圧下装置にも適用することができる。
圧下装置１は、押圧ブロック３８ａ、３８ｂを介して上補強ロールチョック２２ａ、２２ｂに当接するスクリュー４０ａ、４０ｂと、減速装置４４ａ、４４ｂを介してスクリュー４０ａ、４０ｂに連結された一対の駆動モータ４６ａ、４６ｂとを具備している。駆動モータ４６ａ、４６ｂはシャフト４０ａ、４０ｂを介して互いに連結されている。ハウジング２２ａ、２２ｂの上部には、スクリュー４０ａ、４０ｂと係合するナット４２ａ、４２ｂが固定されており、駆動モータ４６ａ、４６ｂによりスクリュー４０ａ、４０ｂを回転することにより、スクリュー４０ａ、４０ｂは鉛直方向に上下動し、上補強ロールチョック２２ａ、２２ｂの鉛直位置決めが行われる。これにより、上下作業ロール２８、３２間に所望の圧延荷重が与えられる。より詳細には、スクリュー４０ａ、４０ｂと上作業ロールチョック２２ａ、２２ｂの当接部を側面から見た拡大断面図である図１を参照すると、スクリュー４０ａ、４０ｂと上補強ロールチョック２２ａ、２２ｂの間には、先端部４０ａ、４０ｂａを支承するスラスト軸受３８ａ、３８ｂａを有する押圧ブロック３８ａ、３８ｂが設置されており、スクリュー４０ａ、４０ｂの押圧ブロック３８ａ、３８ｂを介して上補強ロールチョック２２ａ、２２ｂに当接している。また、本実施形態における圧延機は、上下作業ロール２８、３２を各々の長手方向にシフトさせるための作業ロールシフト装置７０を具備している。作業ロールシフト装置７０は、連接棒７２を介して上下作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂに連結されている。
押圧ブロック３８ａ、３８ｂと上補強ロールチョック２２ａ、２２ｂの間、および、下補強ロールチョック３４ａ、３４ｂと該圧延機のベース２０ａの間には補強ロール反力測定用ロードセル１０ａ〜１０ｄが配設されている。更に、作業ロールシフト装置７０の連接棒７２と上下作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂの間には、上下作業ロール２８、３２のスラスト反力測定用ロードセル１０ｅ、１０ｆが配設されている。
ロードセル１０ａ〜１０ｆは演算装置１０に接続されている。演算装置１０は、ロードセル１０ａ〜１０ｆの出力信号に基づいて、少なくとも作業ロール２８、３２間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性、または上下作業ロール２８、３２間に作用する荷重のロール軸方向分布のミルセンターに関する非対称性を演算する。
演算装置１０による演算結果は圧下装置駆動機構制御装置１４に送られ、この演算結果に基づいて圧下装置駆動機構としてのスクリュー４０ａ、４０ｂの駆動モータ４６ａ、４６ｂが制御される。なお、演算装置１０としては、通常はプロセスコンピュータが用いられるが、この演算装置が独立したコンピュータになっている必要はなく、より包括的な機能を有するコンピュータの中で、上記した機能を果たすプログラムの一部が存在すれば、そのプログラムの一部とコンピュータを合わせて上記演算装置１０と見なすことができる。
油圧圧下装置の場合には、圧下装置駆動機構が油圧ポンプ等を含んでいることは言うまでもない。
なお、作業ロールシフト装置７０ａ、７０ｂのアクチュエータが油圧シリンダー（図示せず）の場合は、ロードセル１０ｅ、１０ｆの代わりに油圧シリンダー内あるいは油圧シリンダーに連結された油圧配管（図示せず）の圧力を測定する圧力測定装置（図示せず）で作業ロール２８、３２のスラスト反力を測定してもよい。また、作業ロールシフト装置７０ａ、７０ｂを有しない場合は、既に説明したように、作業ロール２８、３２のロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂ内に配設されたスラスト反力測定装置（図示せず）や、作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂをロール軸方向に拘束するキーパプレート（図示せず）に作用する荷重を測定する装置等を用いることができる。
次に、図３を参照して図１、２に示した圧延機における圧下装置の零点調整の好ましい実施形態を声明する。
圧下零点調整は、ロール組み替えの後に実施され、通常は、補強ロール反力が所定の零調荷重、例えば１０００ｔ、になるまで圧下装置１によりキスロール締め込みを実施する（ステップＳ１０）。このとき作業側と駆動側の補強ロール反力が等しくなるように作業側と駆動側のスクリュー４０ａ、４０ｂのレベリングも調整した上で圧下位置を仮に零にリセットする（ステップＳ１２）。前記補強ロール反力としては、上作業ロール反力、つまり、押圧ブロック３８ａ、３８ｂと上補強ロールチョック２２ａ、２２ｂの間のロードセル１０ａ、１０ｂにより測定される反力、または、下作業ロール反力、つまり、下ロールチョック３４ａ、３４ｂとベース２０ａの間のロードセル１０ｃ、１０ｄにより測定される反力の何れかを単独で用いることができる。上下補強ロール反力の平均値、つまり、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより測定される反力の平均値を用いてもよい。
次に、ステップＳ１４において、キスロールを締め込んだ状態でロードセル１０ａ〜１０ｄにより補強ロール２４、３６の反力が測定され、ステップＳ１６においてロードセル１０ｅ、１０ｆにより上下作業ロール２８、３２のスラスト反力が測定される。これらの測定値は、後述するように補強ロール２４、３６と作業ロール２８、３２に作用するロール軸方向の力の平衡条件式およびモーメントの平衡条件式から、演算装置１２により補強ロール２４、３６のスラスト反力、各ロール２４、２８、３２、３６間に作用するスラスト力および線荷重分布の作業側と駆動側間の差が演算される（ステップＳ１８）。この演算方法の具体例を次に示す。
図４を参照すると、各ロール２４、２８、３２、３６に作用するロール軸方向の力と各ロール２４、２８、３２、３６のモーメントに関係する力を模式的に示されている。ここでは、鉛直方向の力については、ロールのモーメントに関係する作業側と駆動側での非対称成分のみを考慮しており、更に説明を簡単にするため、ロール間に作用する線荷重分布の作業側と駆動側での非対称成分のうち幅方向、つまり、ロールの長手方向座標の１次式成分のみを考慮の対象としている。実際に適用する場合には、圧延機の変形特性に応じて、幅方向座標の３次以上の成分を重ね合わせた非対称成分を採用することも可能である。
図４に示した力の成分のうち測定値が利用できるのは次の４個である。
ＰdfT：上補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力作業側と駆動側間の差
ＰdfB：下補強ロール圧下支点位置における補強ロール反力作業側と駆動側間の差
ＴWT：上作業ロールに作用するスラスト反力
ＴWB：下作業ロールに作用するスラスト反力
また、未知数となるのは次の８個の変数である。
ＴBT：上補強ロールチョック２２ａ、２２ｂに作用するスラスト反力
ＴWBT：上補強ロール２４と上作業ロール２８の間に作用するスラスト力
ＴWW：上下作業ロール２８、３２の間に作用するスラスト力
ＴWBB：下作業ロール３２と下補強ロール３６の間に作用するスラスト力
ＴBB：下補強ロールチョック３４ａ、３４ｂに作用するスラスト反力
ｐdfWBT：上補強ロール２４と上作業ロール２８の間の線荷重分布の作業側と駆動側間の差
ｐdfWBB：下作業ロール３２と下補強ロール３６の間の線荷重分布の作業側と駆動側間の差
ｐdfWW：上下作業ロール２８、３２の間の線荷重分布の作業側と駆動側間の差
なお、図４中の補強ロールに作用するスラスト反力の作用点位置と補強ロール軸心位置との距離ｈBTおよびｈBBは、例えば、既知のスラスト力を与えて補強ロール反力変化を観察することで予め決定しておくものとする。
また作業ロールのスラスト反力の作用点位置は、図４では作業ロール２８、３２の軸心位置に作用するものとしているが、作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂの形式や支持機構によってはロール軸心位置よりずれる可能性もある。このような場合には、やはり作業ロール２８、３２に既知のスラスト力を与える等の方法によってスラスト反力位置を予め決定しておくものとする。
図４から、上補強ロール２４、上作業ロール２８、下作業ロール３２、下補強ロール３６のロール軸方向の力の平衡条件式はそれぞれ次のようになる。
−ＴWBT＝ＴBT                       …（１）
ＴWBT−ＴWW＝ＴWB                   …（２）
ＴWW−ＴWBB＝ＴWB                   …（３）
ＴWBB＝ＴBB                         …（４）
また、上補強ロール２４、上作業ロール２８、下作業ロール３２および下補強ロール３６のモーメントの平衡条件式は次式で与えられる。
ＴWBT・（ＤBT／２＋ｈBT）＋ｐdfWBT（１WBT）2／１２
＝ＰdfT／ａBT／２                         …（５）
ＴWBT・ＤWT／２＋ＴWW・ＤWT／２−ｐdfWBT（１WBT）2
／１２＋ｐdfWW（１WW）2／１２＝０         …（６）
ＴWBB・ＤWB／２＋ＴWW・ＤWB／２＋ｐdfWBB（１WBB）2
／１２−ｐdfWW（１WW）2／１２＝０         …（７）
ＴWBB・（ＤBB／２＋ｈBB）−ｐdfWBB（１WBB）2／１２
＝−ＰdfB・ａBB／２                       …（８）
ここで、ＤBT、ＤBB、ＤWT、ＤWBは、それぞれ上下補強ロール２４、３６の直径および上下作業ロール２８、３２の直径であり、１WBT、１WW、１WBBはそれぞれ上補強ロール２４と上作業ロール２８の間の接触領域、上下作業ロール２８、３２の間の接触領域、および、下作業ロール３２と下補強ロール３６の間の接触領域のロール軸方向の長さである。
なお、式（５）および（８）では、式（１）および（４）を用いてＴBTおよびＴBBを消去している。以上の８個の方程式を連立して解くことにより、上記８個の未知数をすべて求めることができる。
次に、上記演算結果を用いて、圧下装置の零点を調節した状態における各ロール２４、２８、３２、３６の変形量の作業側と駆動側間の差を計算し、この作業側と駆動側間の差をスクリュー４０ａ、４０ｂの支点位置、つまり、スクリュー４０ａ、４０ｂの中心軸線に換算して圧下装置の零点位置の補正量を演算する（ステップＳ２０）。
ロール変形量の作業側と駆動側間の差は、主として各ロール２４、２８、３２、３６間に作用する線荷重分布の作業側と駆動側での非対称成分によって発生する。ここでロールの変形は、ロールの偏平変形と、ロールの撓み変形と、ロールのネック部における撓み変形を含んでいるが、ロール変形の作業側と駆動側間の差の主因はロール偏平変形量の作業側と駆動側間の差である。このロール偏平変形量の作業側と駆動側間の差は、既に求められたｐdfWBT、ｐdfWBB、ｐdfWWより直ちに計算することができる。この計算結果より求められるロール胴端位置における偏平変形量の合計の作業側と駆動側間の差を補強ロールの圧下支点位置にまで外挿することで、圧下装置の零点位置の補正量が演算され、圧下零点位置を上記ロール変形量の作業側と駆動側間の差が存在しない場合の位置に修正される（ステップＳ２２）。なお、この偏平変形量の外挿に際してはロールのたわみの非対称性およびロールネック部の変形の非対称性を考慮してもよい。
零調時に発生したロール間スラスト力は、圧延中も全く同様に発生する可能性は小さいので、圧下位置の基準となる圧下零点としては、ロール間スラスト力が零の状態を基準とすることが好ましい。このため上記したロール間スラスト力に起因する作業側と駆動側での非対称負荷が発生しない理想状態を真の圧下零点とすることが望まれる。すなわち、上記で計算したロール変形量の作業側と駆動側での非対称量分を解消する方向に圧下位置を移動した位置を真の零点とすることになる。圧下位置零点をこのように設定することによって、実際の圧延時に発生する作業側と駆動側での非対称負荷および変形を考慮して正確な圧下設定を実施することが可能となる。
なお同様の効果を得ることを目的とする場合、図３のように圧下零点を修正してしまうのではなくて、零調時のこのようなロール非対称変形量そのものを記憶しておき、実際の圧下設定時に常にその分を補正する方法でも対処することは可能である。このような方法でも、実質的に圧下設定計算時に零点を補正していることになり、本発明の別の実施形態となることは明らかである。
また、ここでは作業側と駆動側での非対称変形のみに注目して説明したが、実際の零調時の補強ロール反力の作業側と駆動側の合計値すなわち零調荷重の作業側と駆動側の合計値とその目標値との間に差異がある場合は、この作業側と駆動側の対称成分も含めて圧下装置の零点位置を修正することも板厚精度の観点で重要である。ただし、この場合も実際の零調荷重を記憶しておき、圧下設定計算時に常に実際の零調荷重を基準として用いることでも対処可能である。
ところで、零調荷重は、基本的には荷重の作業側と駆動側間の差が零を目標とするのが一般的である。然しながら、実際の零調荷重に有意な作業側と駆動側間の差を生じた場合、上述したように、この作業側と駆動側間の差も含めて記憶しておいて、圧下設定計算時に、常に、この作業側と駆動側間の差を含めた実績零調荷重を基準として用いることで対応可能である。もっとも、圧下設定計算時に零調荷重の実績荷重を用いることができない場合は、図３で示したようなロール変形量の作業側と駆動側間の差だけではなく、補強ロール反力の作業側と駆動側間の差に起因するハウジングおよび圧下系の変形量の作業側と駆動側間の差も補正する必要がある。
次に、図５を参照して４段圧延機の変形特性、いわゆるミルストレッチを求める方法を説明する。ミルストレッチは、圧延機に圧延荷重が負荷された際、圧延機の弾性変形の結果として生ずる上下作業ロール間のギャップの変化を意味する。このミルストレッチの把握の際、ロール系の変形については高精度に求めることができるが、ロール系以外のハウジング・圧下系の変形特性は多くの弾性接触面を含むため理論的に正確に把握することは一般に困難である。
特公平4-74084号公報には、圧延作業前に予めキスロール締め込みテストを実施して、そのときの各締め込み荷重に対する変形量からロール系の変形量を計算して分離し、ハウジング・圧下系の変形特性を分離する方法が開示されている。また、特開平6-182418号公報には、作業側と駆動側のハウジング・圧下系の変形特性を独立して分離する方法が開示されている。
ところが、特開平6-182418号公報の方法では、ロール間に作用するスラスト力の影響が一切考慮されていないので、ロール間スラスト力がある程度以上の値になった場合には十分な精度が得られない問題がある。本発明によれば、図４を参照して説明したように、キスロール締め込みテストを実施する際に、上下・作業側と駆動側の補強ロール反力と上下作業ロールのスラスト反力を測定することにより、この問題も解決することができる。
まず、各圧下位置条件に対するロードセル１０ａ〜１０ｄにより上下補強ロール２４、３６の反力と、上下作業ロール２８、３２のスラスト反力を測定値する（ステップＳ２４）。次に、上記した圧下零点調整の場合と全く同様にして、補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２に作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式より、上下補強ロール２４、３６のスラスト反力、ロール２４、２８、３２、３６間に作用するスラスト力および線荷重分布の作業側と駆動側間の差を演算する（ステップＳ２６）。
これらロール間の荷重分布が求められれば、特公平4-74084号公報に開示されている方法等によって、補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２のたわみ変形および偏平変形を作業側と駆動側間の差を含めて計算することができ、これらの変形の結果として補強ロール２４、３６の圧下支点位置に生じる変位を計算することができる（ステップＳ２８）。最後にミル全体の変形量は圧下位置変化で評価されているので、これより上記圧下支点位置におけるロール系の変形量を差し引き、ハウジング・圧下系の変形特性を作業側と駆動側で独立に演算する（ステップＳ３０）。
こうして、正確に得られたロール間スラスト力に基づくロール変形計算を実施することで、ハウジング・圧下系の変形特性を、その作業側と駆動側間の差を含めて正確に求めることが可能になる。
なお、ロール間スラスト力がかなり大きくなるような圧延機に本方法を適用する場合、上下補強ロール反力に大きな差異を生じ、上下補強ロール反力差がハウジング・圧下系の変形特性におよぼす影響が無視できない場合もある。このような場合には、例えば、ロール間に微小なクロス角を与える等の手段で種々の上下ロール反力差を生じせしめて、上記手続きに従ってハウジング・圧下系の変形特性を求め、これを上下反力差の関数としても整理することで正確な圧延機の変形特性を得ることが可能となる。
また、一般に、ハウジング・圧下系の変形特性は、圧延荷重によって変化するので、複数の圧下位置および締め込み荷重水準に対してデータ採取を行うことが必要である。図６に複数の圧下位置および荷重水準に対してデータを採取するアルゴリズムを示す。
先ず、ステップＳ３２において、全てのロール２４、２８、３２、３６が接触したキスロール状態で、圧下装置１により所定の圧下位置まで締め込み、その状態で圧下位置の実績値を測定する（ステップＳ３４）。次いで、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより圧下荷重を測定し（ステップＳ３６）、ロードセル１０ｅ、１０ｆにより上下作業ロール２８、３２のスラスト反力を測定する。次いで、ステップＳ４０において、所定の圧下位置水準に関するデータ採取が完了したか否かを判断する。データ採取が完了していなければ、つまり、ステップＳ４０においてＮｏの場合、ステップＳ４２において圧下位置を変更してステップＳ３４に戻り、上記の手順を繰り返す。所定の圧下位置水準に関するデータの採取が完了すると、つまりステップＳ４０においてＹｅｓの場合、ステップＳ４４においてデータの採取が完了する。
データを採取する圧下位置水準の数は多い方がよいが、通常の圧延機では１０〜２０点程度のデータを採取できれば実用的な精度は得られる。ただし、この時、圧下装置を締め込む方向と開放する方向とで締め込み荷重に差異を生じる、いわゆるミルヒステリシスを生ずることが多いので、このような場合には、締め込み方向と開放方向の少なくとも１往復動作に対するデータを採取し、例えば、両者の測定データを平均化する等の操作を行うことが好ましい。
図７を参照して、作業ロール〜圧延材間に作用するスラスト力が無視できないようなロールクロス方式４段圧延機の圧下位置制御の好ましい実施形態を説明する。
まず、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより圧延中の上下補強ロール２４、３６の圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定し、ロードセル１０ｅ、１０ｆにより上下作業ロール２８、３２のスラスト反力を測定する（ステップＳ４６）。次に、既述した補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２に作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式より、補強ロール２４、３６のスラスト反力、補強ロール２４と作業ロール２８の間および作業ロール３２と補強ロール３６の間に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側間の差、および、作業ロール２８、３２と圧延材（図示せず）の間に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側間の差を演算する（ステップＳ４８）。
この例では、圧延材のオフセンター量はセンサーによって測定された値等で既知であるとしているので、上記演算手続きは、図３の圧下零点調整の場合と同様の手法で実行できる。この演算により得られたロール間および圧延材と作業ロールの間の荷重分布を用いて、補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２のたわみ変形および偏平変形を作業側と駆動側間の差を含めて計算すると共に、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより測定された補強ロール２４、３６の反力の関数としてハウジング・圧下系の変形を計算し、現時点での板厚分布を演算する（ステップＳ５０）。この時、ハウジング・圧下系の変形特性については、上記図６に示した方法で得られた特性を用いることが好ましい。
そして圧延操業上の目標として予め決められている板厚分布と、上記演算された現時点の板厚分布実績の推定値とから、上記目標値を達成するための圧下位置操作量の目標値を演算し（ステップＳ５２）、この目標値に基づいて圧下位置制御を実施する（ステップＳ５４）。
この方法によることで、ロールバイト直下で発生している板厚分布の非対称性を正確かつ時間遅れなく把握することが可能となり、特に迅速かつ適切な圧下位置制御が求められるホットストリップ仕上圧延における先端通板および尾端通板時の通板安定に大きな効果が得られる。
なお、以上説明したような圧延機単体から得られる情報を、蛇行センサーやルーパロードセル等の圧延機入側および出側の検出装置、更にはタンデム圧延の場合、上流側および下流側の他の圧延機からの情報等を組み合わせて総合的な制御を実施することも有効である。
図７では、ロールクロス方式圧延機を対象として、作業ロール２８、３２と圧延材の間に作用するスラスト力も考慮した制御方法を示したが、ロールクロス方式圧延機ではない通常の４段圧延機の場合、既に説明したように作業ロールと圧延材間のスラスト力は無視できる程小さいので、上下どちらか一方のロール系の情報だけでも、図７と同様の制御が実施可能であるし、上下すべての測定値を用いることができる場合は、未知数が１個少なくなるので、ロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式をすべて用いて最小自乗解を求めることにより、より精度の高い解を求めることが可能となる。
図８には、本発明の他の実施形態による４段圧延機を示す。本実施形態による圧延機は、上下作業ロール２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂの間に設けられた一対のロールベンディング装置６０ａ、６０ｂと、作業ロール２８、３２の軸方向のスラスト力を支持するためのスラスト反力支持用チョック５０ａ、５０ｂとを具備している点を除いて、図２の圧延機と概ね同様に構成されている。ロールベンディング装置６０ａ、６０ｂは、ロールベンディング装置駆動制御装置９０によりロールベンディング力が制御されるようになっている。図８の板圧延機では、作業ロール２８、３２の軸方向のスラスト力は、スラスト反力支持用チョック５０ａ、５０ｂにより支持され、上下作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３２は、上下方向および圧延方向に作用するラジアル荷重のみを支持する構造となっている。
作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂには、ロールベンディング力が負荷されているので、ロールベンディング装置６０ａ、６０ｂ、特にその荷重負荷部分と作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂとの間で、作業ロール２８、２１の軸方向に摩擦力が作用する。これはスラスト反力の測定誤差の原因となり得る。そこで、図８の実施形態では、スラスト反力支持用チョック５０ａ、５０ｂを設けることにより、ロールベンディング力を支持する作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂがスラスト力を受けない構造とすることで、上記のロール軸方向に作用する摩擦力を最小限に抑える構成となっている。これにより、スラスト反力の測定精度が飛躍的に向上する。
ところで、図８のように作業ロールシフト装置７０を有する場合、通常は作業ロール２８、３２のシフト方向が逆であるので、ラジアル荷重支持用チョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂは図示しないキーパプレート等で軸方向に移動しないように拘束しておくことが好ましい。
また、図８の実施形態ではスラスト反力測定用ロードセル１０ｅ、１０ｆは作業ロールシフト装置７０に設けられているが、作業ロールシフト装置を備えていない圧延機の場合は、スラスト反力支持用チョック５０ａ、５０ｂをスラスト反力測定用ロードセル１０ｅ、１０ｆを介してキーパプレート（図示せず）等でロール軸方向に拘束する。
更に、作業ロールシフト装置を備えない圧延機の場合は、ロール軸方向移動量が極めて小さいので、既に述べたように、上下どちらか一方の作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂのみをラジアル荷重支持用チョックとスラスト反力支持用チョックに分離するだけでも同様の効果が得られる。
次に、図９を参照して本発明の更に他の実施形態による圧延機を説明する。図９の実施形態による圧延機は、油圧サーボ方式の作業ロールベンディング装置６２ａ、６２ｂを有している点を除いて、図２の実施形態による圧延機と概ね同様に構成されている。図９において、図２の実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号がふされている。
図９の実施形態において、ロールベンディング装置駆動制御装置９２は、ロールベンディング装置６２ａ、６２ｂに、所定の作業ロールベンディング力に加えて１０Ｈｚの周波数の振動成分を重畳することができる。既に述べたようにこのような板圧延機を用い、スラスト反力を測定時に、所定のロールベンディング力に振動成分を重畳することでスラスト反力の測定精度を高めることができる。
また、ロールシフト装置駆動制御装置９４は、上下作業ロール２８、３２を所定位置へ移動させるとに加えて、矢印２３ａ、２３ｂで示すように、上下作業ロール２８、３２を軸方向に振幅１ｍｍ以上、周期３０秒以下の微小シフト揺動を与えるように、作業ロールシフト装置７０ａ、７０ｂを駆動、制御することができる。このような機能な、例えば、油圧サーボ方式の作業ロールシフト装置であれば、ロールシフト装置駆動制御装置９４において目標ロールシフト位置を与える出力信号に、例えば、関数発生器により所定の揺動に相当する信号を重畳することによって実現できる。
このような作業ロールシフト装置７０ａ、７０ｂを用いて、作業ロールスラスト反力のデータ採取時に微小シフト揺動、好ましくは、±３ｍｍ、周期５秒程度の正弦波微小シフト揺動を与え、少なくとも１周期分のスラスト反力測定値を平均化して上述したスラスト反力値とする。このようにすることで、作業ロールベンディング装置６２ａ、６２ｂと作業ロールチョック２６ａ、２６ｂとの間に作用する摩擦力の方向を反転させてスラスト反力を測定し、これを平均化することで上記摩擦力の影響を解消することが可能となる。
なお、この振幅については、作業ロールシフト装置７０ａ、７０ｂの機械精度に応じて最適な値を選択することが必要である。例えば、作業ロールシフト装置７０ａ、７０ｂの機械的な遊びが６ｍｍよりも大きい場合は、作業ロール２８、３２に有効な揺動を与え、ロールベンディング装置６２ａ、６２ｂと作業ロールチョック２６ａ、２６ｂとの間の摩擦力を反転させるためには、少なくとも±４ｍｍ程度の揺動を与えなければならない。
また、この振幅があまりに大きいと圧延操業そのものに影響をおよぼすことになるので、上記摩擦力が反転する程度の最小の振幅を採用することが好ましい。また揺動の周波数については、スラスト反力の測定周期の観点からは短い方が好ましいが、短すぎる場合には、スラスト反力のピーク値が過大になり圧延操業に影響をおよぼしたり作業ロールシフト装置の負荷限界を越えることもあるので、そのような場合には必要とされるスラスト反力の測定周期を上限として揺動周期を長くすることが好ましい。
図１０を参照して本発明の更に他の実施形態による圧延機を説明する。図９の実施形態による圧延機は、ロールベンディング装置６４ａ、６４ｂと上作業ロールチョック２６ａ、２６ｂとの間にロール軸方向に変位自在のスライドベアリング８０ａ、８０ｂが配設されている。このような構成とすることで、ロールベンディング力が作用している場合でも、ロールベンディング装置６４ａ、６４ｂと作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂとの間に作用するロール軸方向の摩擦力は無視できるほど小さくなり、作業ロール２８、３２に作用するスラスト反力を正確に測定することが可能となる。
なおスライドベアリングは、その動作範囲に限界があり、その動作限界位置では動作限界を越える方向の摩擦力低減効果が失われるので、例えば、バネ機構等で無負荷時には動作範囲の中央位置に戻るような機構を設け、定期的にキスロール締め込みを実施しロールベンディング力を開放してスライドベアリング８０ａ、８０ｂを動作範囲の中央位置に戻す操作を実施することが好ましい。ただし、このバネ機構の復元力は、上下作業ロール２８、３２に作用するスラスト力に比べ十分に弱く、かつ、該スライドベアリング８０ａ、８０ｂの無負荷時の動作抵抗よりは強いものでなければならない。
また図１０では、上作業ロールチョック２６ａ、２６ｂにスライドベアリング８０ａ、８０ｂを、そして、下作業ロールチョック３０ａ、３０ｂにロールベンディング装置６４ａ、６４ｂを設けているが、スライドベアリング８０ａ、８０ｂとロールベンディング装置６４ａ、６４ｂの位置関係を上下入れ換えてもよい。更には、スライドベアリングをロールベンディング装置の荷重負荷部分に配設してもよい。
更に、図１０の板圧延機では作業ロールの軸方向シフト装置を備えていないが、作業ロールシフト装置を備えている場合でもスライドベアリングを設けることができる。ただし、作業ロールシフト装置を使用して作業ロール位置を変更した時、スライドベアリングが動作限界位置に達する場合もあり得る。そのような場合には上記したように作業ロールベンディング力を開放する等の操作をしてスライドベアリングを動作範囲の中央位置に戻すことが好ましい。
図１１を参照して本発明の更に他の実施形態による圧延機を説明する。図１１の実施形態では、作業ロールベンディング装置６６ａ、６６ｂと、該作業ロールベンディング装置６６ａ、６６ｂに当接する作業ロールチョック２６ａ、２６ｂとの間に、荷重伝達部材８２ａ、８２ｂが配設されている。荷重伝達部材８２ａ、８２ｂは、面外変形に対する弾性変形抵抗が、ロールベンディング力の最大値の５％以下の薄肉外皮で、少なくとも一部は覆われている閉空間に液体が封入され、ロールベンディング力の最大値に対しても該液体膜が切れることがないように構成されている。
図１２に、荷重伝達部材８２ａ、８２ｂの一例を示す。図１２の例では、荷重伝達部材８２ａは、下作業ロールチョック３０ａ、３０ｂの上方部において、下作業ロールチョック３０ａ、３０ｂに対して間隔をおいて配設された金属板８３と、該金属板８３の下面と下作業ロールチョック３０ａ、３０ｂの上面の間の空間を包囲するように設けられた薄肉の外皮８３ａとを含んでいる。外皮８４により包囲された金属板８３の下面と下作業ロールチョック３０ａ、３０ｂの上面の間の空間には液体８５が封入されている。外皮８４の材料としては、例えば、高強度の高分子材料、あるいは炭素繊維の織物に液体流出防止のライニングが施された複合材料等を用いることができる。
このように薄肉で十分な強度を有する外皮８４を用いることにより、ロールベンディング装置６６ａ、６６ｂと作業ロールチョック３０ａ、３０ｂとが、ロール軸方向、つまり図１２において左右方向に僅かに相対変位しても、荷重負荷部８２ａ、８２ｂ、から発生する剪断変形抵抗、すなわち見かけの摩擦係数はほとんど無視できる程小さくできる。また内部の液体として防錆効果を有する液体が好ましく、例えば油脂やグリース等を用いてもよい。
図１３に、荷重伝達部材８２ａ、８２ｂの別の実施形態を示す。図１３の実施形態による荷重伝達部材８２ａ、８２ｂは、薄肉の外皮８６で形成された袋状の閉空間に液体８５を封入した構成となっている。このような構成にすることで、図１２の荷重伝達部材と比較して、荷重伝達部材８２ａ、８２ｂが経時的に劣化したときにも、これを容易に交換可能となる。
ところで、図１１の板圧延機は、作業ロール２８、３２のための軸方向シフト装置を備えていないが、作業ロールシフト装置を有する場合でも図１２に示した形式の荷重伝達部材であれば対応可能である。ただし、この場合、図１０で説明したスライドベアリングと同様に動作限界位置を中央に戻すための機構および操作を実施することが好ましい。
なお、図１１では、上作業ロールチョック２６ａ、２６ｂにロールベンディング装置６６ａ、６６ｂを設け、下作業ロールチョック３０ａ、３０ｂに荷重伝達部材８２ａ、８２ｂを配設しているが、ロールベンディング装置６６ａ、６６ｂと荷重伝達部材８２ａ、８２ｂを上下入れ換えてもよいし、荷重伝達部材８２ａ、８２ｂをロールベンディング装置６６ａ、６６ｂに配設してもよい。
図１４を参照すると、作業ロールシフト機構を有する４段圧延機の一例が示されている。図４の圧延機では、作業ロールシフト装置７０ａ、７０ｂに作業ロール２８、３２がスラスト反力測定用ロードセル１０ｅ、１０ｆを介して連結されており、ロードセル１０ｅ、１０ｆによって作業ロール２８、３２のスラスト反力が測定される。既述の実施形態と同様に、ロードセル１０ａ〜１０ｆは演算装置１２に接続されている。作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂにはインクリース作業ロールベンディング装置１０２ａ、１０２ｂまたはディクリース作業ロールベンディング装置１００ａ、１００ｂ、１０４ａ、１０４ｂから鉛直方向の力が加えられている。インクリース作業ロールベンディング装置１０２ａ、１０２ｂ、および、ディクリース作業ロールベンディング装置１００ａ、１００ｂ、１０４ａ、１０４ｂは、ロールベンディング装置駆動制御装置１１０により駆動、制御される。
従来技術では、ロールベンディング装置１０２ａ、１０２ｂ、１００ａ、１００ｂ、１０４ａ、１０４ｂと作業ロールチョック２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂとの間に作用する摩擦力が、ロードセル１０ｅ、１０ｆによるスラスト反力測定の外乱因子となる。
この問題を解決するために、本実施形態では、作業ロール２８、３２の軸方向スラスト反力を測定する際には、ロールベンディング装置駆動制御装置１１０が、スラスト反力の測定対象となるロールのチョック荷負荷を与えるロールバランス装置またはロールベンディング装置の力の絶対値をロールバランス状態の力の１／２以下、好ましくは零にする。このようにすることによって、スラスト反力を正確に測定することが可能となり、またロールに作用するモーメントの平衡条件式に対する外乱因子を最小限に抑えることが可能となり、より精度の高い圧下位置設定・制御が可能となる。
なお、ここでロールバランス状態とは、圧延を実施していない無負荷時の上下作業ロール２８、３２間のギャップが開いた状態において、上作業ロール２８を上補強ロール２４側に吊り上げると共に、各ロール２８、２４がスリップしないように、かつ、下作業ロール３２および下補強ロール３６についても各ロール３２、３６がスリップしないように、それぞれの補強ロール２４、３６側に各作業ロール２８、３２を押しつける方向へ予め決められた力を各ロールのチョックに負荷を与えている状態を言う。
図１５を参照すると、図１４の圧延機における圧下零点調整方法が示されている。既述したように、圧下零点調整は、ロール組み替えの後に実施されるものであり、通常は、補強ロール反力が所定の零調荷重になるまでキスロール締め込みが実施される（ステップＳ６０）。このとき作業側と駆動側の補強ロール反力が等しくなるように圧下レベリングも調整した上で圧下位置を仮に零にリセットする（ステップＳ６２）。この補強ロール反力としては、ロードセル１０ａ、１０ｂにより測定される上補強ロール２４の反力またはロードセル１０ｃ、１０ｄにより測定される下補強ロール３６の反力の何れかを単独で用いてもよいし、或いは、ロードセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより測定される上下補強ロール２４、３６の反力の平均値を用いてもよい。
次に、キスロール締め込み状態のまま作業ロールのロールバランス力またはロールベンディング力を開放し零にする（ステップＳ６４）。既に述べたようにここでロールベンディング力を零にするのは、次に実施する作業ロールのスラスト反力測定を正確にするためである。従って、ロールベンディング力は、必ずしも零にする必要はなく、通常のロールバランス状態における力の１／２以下の適切な値を経験的に見い出し、その値に設定することができる。要は、ロールベンディング力は、スラスト反力測定にとって実質的に外乱にならない程度に小さい値にすればよい。
このときロールベンディング力を変化させることによってロードセル荷重も変化することになるが、この状態で再度、圧下位置の零リセットを実施するかどうかは、特に問題にはならない。すなわち、特公平４−７４０８４号公報に開示されているように、圧下零調時のロール変形については別途計算して圧下位置設定計算時に利用するので、この計算値に使用するロールベンディング力が変化するのみであるからである。
次いで、その状態でロードセル１０ａから１０ｄにより上下補強ロール２４、２３の反力を測定し（ステップＳ６６）、ロードセル１０ｅ、１０ｆにより上下作業ロール２４、３６のスラスト反力を測定する（ステップＳ６８）。このとき、上記したように作業ロールに作用するロールバランス力またはロールベンディング力は実質的に零に設定されているので、作業ロールに作用するスラスト反力を正確に測定することができる。
次に以上の測定値に基づき、既述の式（１）〜（８）を解くことにより、図３、４を参照して説明したうように、補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２に作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式より、補強ロール２４、３６のスラスト反力、ロール２４、２８、３２、３６の各々の間に作用するスラスト力および線荷重分布の作業側と駆動側間の差を演算する（ステップＳ７０）。
次に、上記演算結果を用いて、圧下装置の零点を調節した状態における各ロール２４、２８、３２、３６の変形量の作業側と駆動側間の差を計算し、この作業側と駆動側間の差をスクリュー４０ａ、４０ｂの支点位置、つまり、スクリュー４０ａ、４０ｂの中心軸線に換算して圧下装置の零点位置の補正量を演算する（ステップＳ７２）。
ロール変形量の作業側と駆動側間の差は、主として各ロール２４、２８、３２、３６間に作用する線荷重分布の作業側と駆動側での非対称成分によって発生する。ここでロールの変形は、ロールの偏平変形と、ロールの撓み変形と、ロールのネック部における撓み変形を含んでいるが、ロール変形の作業側と駆動側間の差の主因はロール偏平変形量の作業側と駆動側間の差である。このロール偏平変形量の作業側と駆動側間の差は、既に求められたｐdfWBT、ｐdfWBB、ｐdfWWより直ちに計算することができる。この計算結果より求められるロール胴端位置における偏平変形量の合計の作業側と駆動側間の差を補強ロールの圧下支点位置にまで外挿することで、圧下装置の零点位置の補正量が演算され、圧下零点位置を上記ロール変形量の作業側と駆動側間の差が存在しない場合の位置に修正される（ステップＳ７４）。なお、この偏平変形量の外挿に際してはロールたわみの非対称性およびロールネック部の変形の非対称性を考慮してもよい。
既述したように、零調時に発生したロール間スラスト力は、圧延中も全く同様に発生する可能性は小さいので、圧下位置の基準となる圧下零点としては、ロール間スラスト力が零の状態を基準とすることが好ましい。このため上記したロール間スラスト力に起因する作業側と駆動側での非対称負荷が発生しない理想状態を真の圧下零点とすることが望まれる。すなわち、上記で計算したロール変形量の作業側と駆動側での非対称量分を解消する方向に圧下位置を移動した位置を真の零点とすることになる。圧下位置零点をこのように設定することによって、実際の圧延時に発生する作業側と駆動側での非対称負荷および変形を考慮して正確な圧下設定を実施することが可能となる。
次に、また、図５を参照して既に説明したように、ハウジング、圧下系の変形特性を作業側と駆動側で独立に求める。
更に、図６を参照して既述したように、一般に、ハウジング・圧下系の変形特性は、圧延荷重によって変化するので、複数の圧下位置および締め込み荷重水準に対してデータ採取を行うことが必要である。
図１６を参照すると、先ず、ステップＳ７６において、キスロール状態で所定の圧下位置まで締め込みキスロール締め込みテストを開始する。次いで、ロールバランス力またはロールベンディング力を開放し零にする（ステップＳ７８）。既に述べたようにここでロールベンディング力を零にするのは、次に実施する作業ロールのスラスト反力測定を正確にするためであり、従って、必ずしも零にする必要はなく、スラスト反力測定にとって実質的に外乱にならない程度の小さい値にすればよく、通常のロールバランス状態における力の１／２以下の適切な値を経験的に見い出し、その値に設定することでも目的を達することができる。
次に、その状態で圧下位置の実績値を測定し（ステップＳ８０）、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより上下補強ロール２４、３６の反力を測定し（ステップＳ８２）、ロードセル１０ｅ、１０ｆにより上下作業ロール２８、３２のスラスト反力を測定する（ステップＳ８４）。
既述したように、一般に、ハウジング・圧下系の変形特性は、圧延荷重によって変化するので、図１６に示すキスロール締め込みテストでは、複数の圧下位置および締め込み荷重水準に対してデータ採取を行う。すなわち、ステップＳ８６において、所定の圧下位置水準に関するデータ採取が完了したか否かを判断する。データ採取が完了していなければ、つまり、ステップＳ８６においてＮｏの場合、ステップＳ８８において圧下位置を変更してステップＳ３４に戻り、上記の手順を繰り返す。所定の圧下位置水準に関するデータの採取が完了すると、つまりステップＳ８６においてＹｅｓの場合、ステップＳ９０においてデータの採取が完了する。
上述の圧下位置水準の数は多い方がよいが、通常の圧延機では１０〜２０点程度のデータを採取できれば実用的な精度は得られる。ただし、この時、圧下装置を締め込む方向と開放する方向とで締め込み荷重に差異を生じる、いわゆるミルヒステリシスを生ずることが多いので、このような場合には、締め込み方向と開放方向の少なくとも１往復動作に対するデータを採取し、例えば、両者の測定データを平均化する等の操作を行うことが好ましい。
図１７を参照して、作業ロール〜圧延材間に作用するスラスト力が無視できない場合の４段圧延機の圧下位置制御の好ましい実施形態を説明する。
まず、作業ロールベンディング力の絶対値をロールバランス状態の１／２以下、より好ましくは零にした状態において、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより圧延中の上下補強ロール２４、３６の圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定し、ロードセル１０ｅ、１０ｆにより上下作業ロール２８、３２のスラスト反力を測定する（ステップＳ９２）。
次に、既述した補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２に作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式より、補強ロール２４、３６のスラスト反力、補強ロール２４と作業ロール２８の間および作業ロール３６と補強ロール３６の間に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側間の差、および、作業ロール２８、３２と圧延材（図示せず）の間に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側間の差を演算する（ステップＳ９４）。
この例では、圧延材のオフセンター量はセンサーによって測定された値等で既知であるとしているので、上記演算手続きは、図３の圧下零点調整の場合と同様の手法で実行できる。この演算により得られたロール間および圧延材と作業ロールの間の荷重分布を用いて、補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２のたわみ変形および偏平変形を作業側と駆動側間の差を含めて計算すると共に、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより測定された補強ロール２４、３６の反力の関数としてハウジング・圧下系の変形を計算し、現時点での板厚分布を演算する（ステップＳ９６）。この時、ハウジング・圧下系の変形特性については、上記図６に示した方法で同定したものを用いることが好ましい。
そして圧延操業上の目標として予め決められている板厚分布と、上記演算された現時点の板厚分布実績の推定値とから、上記目標値を達成するための圧下位置操作量の目標値を演算し（ステップＳ９８）、この目標値に基づいて圧下位置制御を実施する（ステップＳ１００）。
この方法によれば、ロールバイト直下で発生している板厚分布の非対称性を正確かつ時間遅れなく把握することが可能となり、特に迅速かつ適切な圧下位置制御が求められるホットストリップ仕上圧延における先端通板および尾端通板時の通板安定に大きな効果が得られる。なお、以上説明したような圧延機単体から得られる情報を、蛇行センサーやルーパロードセル等の圧延機入・出側の検出装置、更にはタンデム圧延の場合、上流側および下流側の他の圧延機からの情報等を組み合わせて総合的な制御を実施することも有効である。
図１７では、作業ロール２８、３２と圧延材の間に作用するスラスト力も考慮した制御方法を示したが、ロールクロス方式圧延機ではない通常の４段圧延機の場合、既に説明したように作業ロールと圧延材の間のスラスト力は無視できる程小さいので、上下どちらか一方のロール系の情報だけでも、図１７と同様の制御が実施可能であるし、上下すべての測定値を用いることができる場合は、未知数が１個少なくなるので、ロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式をすべて用いて最小自乗解を求めることにより、より精度の高い解を求めることが可能となる。
図１８を参照して、ロールクロス方式４段圧延機の圧下位置制御の他の実施形態を説明する。
まず、圧延前の設定計算において作業ロールベンディング力が零という条件下で所望の板クラウン形状を達成するためのロールクロス角度を演算し、該演算結果に基づいてロールクロス角度を設定し、圧下位置、ロール周速等のその他の圧延機設定も実施し、ロールベンディング装置はロールバランス状態で待機しておく（ステップＳ１０２）。この状態で圧延を開始し、ロードセル荷重が十分な荷重に達した時点で作業ロールベンディング力を零に変更する。この状態で、ロードセル１０ａ〜１０ｄにより圧延中の上下補強ロール２４、３６の圧下支点位置に作用する補強ロール反力を測定し、ロードセル１０ｅ、１０ｆにより上下作業ロール２８、３２のスラスト反力を測定する（ステップＳ１０４）。
次に、補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２に作用するロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式より、補強ロール２４、３６のスラスト反力、補強ロール２４、３６と作業ロール２８、３２の間に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側間の差、および、作業ロール２８、３２と圧延材の間に作用するスラスト力と線荷重分布の作業側と駆動側間の差を演算する（ステップＳ１０６）。この例では、圧延材のオフセンター量はセンサーによって測定された値等で既知であるとしているので、上記演算手続きは、図３の圧下零点調整の場合と同様の手法で実行できる。
次に、この演算により得られたロール間および圧延材と作業ロールの間の荷重分布を用いて、補強ロール２４、３６および作業ロール２８、３２のたわみ変形および偏平変形を作業側と駆動側間の差を含めて計算し、更に補強ロール反力の関数としてハウジング・圧下系の変形を計算し、現時点での板厚分布を演算する（ステップＳ１０８）。この時、ハウジング・圧下系の変形特性については、上記図１６に示した方法で同定したものを用いることが好ましい。
そして圧延操業上の目標として予め決められている板厚分布と、上記演算された現時点の板厚分布実績の推定値とから、上記目標値を達成するための圧下位置操作量の目標値を演算し（ステップＳ１１０）、この目標値に基づいて圧下位置制御を実施する（ステップＳ１１２）。
この方法によることで、ロールバイト直下で発生している板厚分布の非対称性を正確かつ時間遅れなく把握することが可能となり、特に迅速かつ適切な圧下位置制御が求められるホットストリップ仕上圧延における先端通板および尾端通板時の通板安定に大きな効果が得られる。なお、以上説明したような圧延機単体から得られる情報を、蛇行センサーやルーパロードセル等の圧延機の入側および出側の検出装置、更にはタンデム圧延の場合、上流側および下流側の他の圧延機からの情報等を組み合わせて総合的な制御を実施することも有効である。
図１８では、ペアクロス圧延機を対象として、作業ロール２８、３２と圧延材の間に作用するスラスト力も考慮した制御方法を示したが、ペアクロス圧延機ではない通常の４段圧延機の場合、既に説明したように作業ロールと圧延材の間のスラスト力は無視できる程小さいので、上下どちらか一方のロール系の情報だけでも、図１８と同様の制御が実施可能であるし、上下すべての測定値を用いることができる場合は、未知数が１個少なくなるので、ロール軸方向の力の平衡条件式とモーメントの平衡条件式をすべて用いて最小自乗解を求めることにより、より精度の高い解を求めることが可能となる。
図１９、２０を参照して、本発明の好ましい実施形態による板圧延機較正装置を説明する。板圧延機較正装置は、主として、較正装置本体２０１と、外部からの鉛直方向の力を受ける鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂと、その鉛直方向外力の大きさを測定するためのロードセル２０３ａ、２０３ｂとから構成されている。較正装置本体２０１は、圧延機の上下作業ロール（図１９、２０には図示されていない）を合わせた寸法に大略等しい鉛直方向寸法を有しており、図１９、２０に示すように上下作業ロールを抜き取った後の圧延機内に組み込むことができる。
図１９、２０の例では、鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂは、本較正装置の組み込み作業の支障とならないように、組み込み時にはピボット２０４ａ、２０４ｂを中心として回動して、較正装置全体の高さを小さくできるようになっている。このピボット２０４ａ、２０４ｂを設けることにより、鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂ自身が較正装置本体１にモーメントを伝達すること避けることができるという点でも好ましいものである。
較正装置本体２０１の作業側ＷＳには、突出する較正装置位置決め部材２０８ａ、２０８ｂが設けられており、較正装置本体２０１を作業側ＷＳから組み込む際に圧延機ハウジングポストに接触させることで較正装置本体２０１のロール軸方向位置を決めることが可能となっている。ただし、一旦、較正装置を位置決めした後は、較正装置位置決め部材２０８ａ、２０８ｂには負荷がかからないように配慮すべきである。例えば、組み込み後に、較正装置位置決め部材２０８ａ、２０８ｂを作業側ＷＳや較正装置本体２０１内部に移動退避できるような構成とすることが好ましい。
ここで、較正装置本体２０１の断面形状は図示していないが、本較正装置はミル停止状態で使用することを原則としているため、必ずしも作業ロールのような円形断面とする必要はなく、むしろ補強ロール２１２ａ、２１２ｂとの間に作用するヘルツ応力を緩和するため、補強ロールと当接する部分は凹曲面形状とすることが実用的である。
鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂを介して、図１９、２０の破線で示すように、例えば天井クレーン２１６ａ、２１６ｂから上方向の力を加え、その力の大きさを鉛直方向外力測定用ロードセル２０３ａ、２０３ｂにより測定することで、既知の鉛直方向外力を圧延機に与えることが可能となる。
図２１、２２を参照して本発明の板圧延機較正装置の更に他の実施形態を説明する。
図２１、２２の板圧延機は、図１９、２０の例に加えて上補強ロール２１２ａに接触する部分にスライド部材２０５を有している。スライド部材２０５はスライドベアリング２０７を介して較正装置本体２０１に軸方向に移動自在に取り付けられており、その軸方向の位置は、スライド部材位置制御装置２０６により制御される。
スライド部材位置制御装置２０６は、この較正装置を圧延機に組み込む間、或いは、圧延機の圧下装置または圧延機の外部装置から鉛直方向に荷重を負荷する間は、スライド部材の位置を較正装置本体２０１に対して相対的に固定し、鉛直方向の荷重を負荷した後にスラスト力を開放できるようになっている。これは、例えば、油圧駆動方式で簡単に実現することができる。較正装置をこのように構成することにより、較正装置を圧延機に組み込んだ状態において、補強ロールとの間で作用する摩擦力のためのスラスト力を開放することができ、圧延機の負荷を正確に把握することが可能となる。
なお図２１、２２の例では、スライド部材は上側のみとしたが下側にスライド部材を設けてもよい。ただし、本実施形態による較正装置は、組み込み後に較正装置位置決め部材２０８ａ、２０８ｂを移動、退避することが好ましい。そのような場合には、本較正装置に作用するスラスト力は上下補強ロールとの接触面に作用する摩擦力のみとなるので、上下どちらか一方にスライド部材を設けスラスト力を開放すれば、その反力となる他方のスラスト力も同時に零となるので、上下双方にスライド部材を設けることは必須要件ではない。そしてどちらか一方にスライド部材を設ける場合、較正装置本体２０１の位置の安定性の観点から、図２１、２２の例のように上側にスライド部材を設ける方が好ましい。
図２３を参照して、本発明の更に他の実施形態による板圧延機較正装置を説明する。
較正装置２０９ａ、２０９ｂは、上補強ロール２１１ａのロールチョックの外側に突出したネック部２１２ａ、２１ｂに取り付けられており、鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂにより圧延機の外部からの外力を補強ロールネック２１２ａ、２１２ｂに伝達する。この例においても、ロール端部に取り付ける較正装置本体２０９ａ、２０９ｂと、鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂとの間にはピボット２０４ａ、２０４ｂが設けられており、両者の間に直接的なモーメントの伝達がないようになっている。
このように構成され補強ロールネック２１２ａ、２１２ｂに装着された較正装置２０９ａ、２０９ｂに、例えば、天井クレーン（図示せず）から上方向の力を加え、その力の大きさを鉛直方向外力測定用ロードセル２０３ａ、２０３ｂにより測定することで、既知の鉛直方向外力を圧延機に与えることが可能となる。
なお、図２３では作業側ＷＳと駆動側ＤＳに較正装置が一対配備されている例を示しているが、上下非対称な負荷を与えるという観点からは、どちらか一方のみであってもよい。また、較正装置２０９ａ、２０９ｂは、補強ロールネックではなく補強ロールチョックに装着することもできる。
この較正装置を用いた較正作業はミル停止作業で実施する方が簡単であるが、圧延中のロール軸受部の変形特性も合わせて把握することを目的として、較正装置２０９ａ、２０９ｂにベアリングを配設してもよい。この較正装置は、一般に較正作業を実施する時のみ装着すればよいが、補強ロールチョックに装着する場合や、補強ロールネックに装着する場合でも内部にベアリングを有する場合には、作業形態によっては較正装置２０９ａ、２０９ｂを、常時装着しておくことも可能である。
図２１では、圧延機の外部からの外力を上補強ロールに与える例を示したが、これは下補強ロールであってもよいし、上下何れかの作業ロールであってもよい。
以上では鉛直方向外力を与える装置を天井クレーンとして説明してきたが、例えば、ロール組み替え台車の動力を利用したり、工場の床面基礎をベースとして特別に配備した油圧装置等を利用してもよい。
図２４を参照して、本発明の板圧延機較正装置の更に他の実施形態を説明する。
図２４の例では、較正装置２０９ａ、２０９ｂが下補強ロールネック部に装着されている。ピボット２０４ａ、２０４ｂを介して連結されている鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂが、鉛直方向外力負荷用アクチュエータ２１０ａ、２１０ｂから鉛直方向外力を受ける。鉛直方向外力負荷用アクチュエータ２１０ａ、２１０ｂは、その下部の上下方向位置が床面基礎に固定されており、ロードセル２３０ａ、２０３ｂを介して上下方向の外力を鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂに負荷できる構成となっている。
鉛直方向外力負荷用アクチュエータ２１０ａ、２１０ｂは油圧駆動方式とする方がコンパクトな設備とすることができるが、もちろん電動方式でもよい。この方式の場合、少なくとも補強ロール組み替え時には較正装置２０９ａ、２０９ｂを取り外さなければならないが、図２４の例では、較正装置２０９ａ、２０９ｂが鉛直方向外力負荷用アクチュエータ２１０ａ、２１０ｂを含めて、ロール軸方向そして圧延方向にスライドして、補強ロールネック２１２ｃ、２１２ｄから脱着することができるようになっている。
以上のような構成の板圧延機較正装置を用いることにより、既知の鉛直方向外力を圧延機に与えることが可能となる。なお、図２４のような床面基礎から外力を与える例においても、外力を与える対象ロールとしては下補強ロールに限定する必要はなく、上補強ロールあるいは上下何れかの作業ロールであってもよい。
次に、図２５を参照して、図２１、２２の板圧延機較正装置を用いた本発明の板圧延機較正方法の好ましい実施形態について説明する。
まず、図２１、２２に示す板圧延機較正装置を、４段圧延機の上下作業ロールを抜いた状態の圧延機内に組み込む（ステップＳ２００）。このときスライド部材２０５のロール軸方向位置は固定状態とし、組み込み後に圧延機の圧下装置を使用して上下補強ロール２１１ａ、２１１ｂにより較正装置１を締め込み所定の鉛直方向荷重を与える。なお鉛直方向荷重の大きさは圧延荷重測定用ロードセル２１４ａ、２１４ｂにより測定しながら所定値になるように圧下装置を制御する。
次に、これまで位置固定モードとしてきた較正装置のスライド部材位置制御装置２０６の負荷を開放し、スライド部材２０５に作用するスラスト力を実質的に零にした状態で、圧延機の圧延荷重測定用ロードセル２１４ａ、２１４ｂの出力を測定する（ステップＳ２０２）。次に較正装置の鉛直方向外力伝達部材２０２ａに天井クレーンのフック２１６ａをセットし、鉛直方向外力測定用ロードセル２０３ａにより負荷をモニターしながら天井クレーンを操作して上方向に所定の外力を負荷する（ステップＳ２０４）。この状態で、圧延機の圧延荷重測定用ロードセル２１４ａ、２１４ｂと較正装置の鉛直方向外力測定用ロードセル２０３ａの出力を測定する（ステップＳ２０６）。
以上のようにして天井クレーンから既知の外力を負荷する前後の圧延機ロードセル荷重２１４ａ、２１４ｂの出力の変化から、上下非対称負荷に対する圧延機の変形特性を求める（ステップＳ２０８）。この計算方法の具体例について、更に説明する。
まず較正装置に鉛直方向外力を負荷しない状態では、較正装置全体の鉛直方向の力の平衡条件とモーメントの平衡条件から、較正装置と補強ロールに作用する荷重分布は上下対称となる。実際には、下側の荷重は較正装置の自重分だけ大きくなるが、ここでは較正装置に外部から鉛直方向の外力を負荷した場合との圧延機変形の差異を問題とするので、その両者に関して較正装置の重量が変化することはないので、較正装置の重量を無視して計算してもよい。同様の理由で下補強ロールチョックと圧延機ハウジングとの間で作用する荷重を考える場合においても下補強ロールの重量を考慮する必要はない。
従って、図２１、２２の例のように下側にロードセルのない圧延機においても、下側の補強ロール２１１ｂの作業側ＷＳおよび駆動側ＤＳのチョックに負荷される鉛直方向荷重が、上補強ロール２１１ａ、較正装置１、下補強ロール２１１ｂ全部を合わせた物体の鉛直方向の力およびモーメントの平衡条件式から計算され、この状態が基準状態となる。この基準状態における較正装置と上下補強ロールとの接触部に作用する鉛直方向荷重のロール軸方向分布は、それぞれ上下の補強ロールの力およびモーメントの平衡条件式により、その作業側ＷＳと駆動側ＤＳの間の非対称成分を含めて正確に計算される。
次に、較正装置の鉛直方向外力伝達部材に既知の外力を作用させた場合、圧延機の負荷の上下左右のバランスが上記した基準状態とは異なる状態となる。この場合においても、まず上補強ロール２１１ａ、較正装置２０１、下補強ロール２１１ｂ全体の鉛直方向の力とモーメントの平衡条件式から、下補強ロールチョックと圧延機ハウジングとの間で作用する力を計算する。このとき上下補強ロールチョックからの力と同時に、鉛直方向外力伝達部材２０２ａに加えられている上方向の外力を考慮する点が上記基準状態の場合とは異なる。
これらの力のうち未知数は、この実施形態では、下補強ロールチョックに作用する力の２個であるから、上記した力とモーメントの平衡条件式の二つの方程式を解くことで直ちに上記未知数が求められる。次に上補強ロール２１１ａと較正装置２０１、下補強ロール２１１ｂと較正装置２０１との間に作用する鉛直方向荷重分布を、それぞれ上下補強ロールに作用する力とモーメントの平衡条件式を解くことにより求める。これらの荷重分布と補強ロールチョックに作用する力とから、上下補強ロールのたわみと、上下補強ロールと較正装置の接触部における偏平変形を計算し、この変形量と圧延機のハウジングおよび圧下系の変形量とが適合する条件より、ハウジングおよび圧下系の変形量の変化を求めることができる。
ただし、このとき補強ロールと較正装置の接触部における偏平変形特性が必要になるが、これは予め較正装置を圧延機に組み込み、外力を作用させない状態で圧下装置を使用して作業側ＷＳと駆動側ＤＳの間の非対称負荷も含めて種々の負荷で締め込み、圧下位置と圧延荷重測定用ロードセルの出力により求めておく。以上のようにして種々の外力に対する圧延機ハウジングおよび圧下系の変形量を計算することにより、上下非対称荷重に対する圧延機の変形特性を求めることが可能となる（ステップＳ２１０）。
なお、既述の実施形態では、圧延機の作業側ＷＳにのみ天井クレーンから上方向の外力を加えて、圧延機の上下非対称負荷に対する変形特性を求めたが、逆方向の非対称性を与えるため、駆動側ＤＳにも鉛直方向外力伝達部材２０２ｂを介して上方向の外力を負荷して同様の手続きを実施することが好ましく、鉛直方向外力伝達部材２０２ａ、２０２ｂに同時に外力を加えることも好ましい。
図２６を参照して、図２４に示す板圧延機較正装置による板圧延機較正方法の好ましい実施形態を説明する。
まず、図２４に示す板圧延機較正装置２０９ａを４段圧延機の下補強ロール２１１ｂの作業側のネック部２１２ｃにセットし、作業ロール１３ａ、１３ｂおよび補強ロール１１ａ、１１ｂを組み込んだ状態で圧延機の圧下装置を用いて所定の荷重までキスロール状態で締め込む（ステップＳ２３０）。通常、上記締め込み作業は較正装置から鉛直方向荷重が作用しないようにして実施されるが、もし所定の締め込み荷重が負荷された状態で較正装置から鉛直方向荷重が作用している場合は、これを開放し、鉛直方向外力測定用ロードセル２０３ａで確認した後、圧延機の圧延荷重測定用ロードセル２１４ａ、２１４ｂの出力を測定する（ステップＳ２３２）。
次に、較正装置の鉛直方向外力負荷用アクチュエータ２１０ａを操作して、鉛直方向に所定の外力を負荷する（ステップＳ２３４）。この状態で、圧延機の圧延荷重測定用ロードセル２１４ａ、２１４ｂと較正装置の鉛直方向外力測定用ロードセル２０３ａの出力を測定する（ステップＳ２３６）。
以上のようにして較正装置から既知の鉛直方向外力を負荷する前後の圧延機ロードセル２１４ａ、２１４ｂの出力の変化から、上下非対称負荷に対する圧延機の変形特性を求める（ステップＳ２３８）。その具体的計算方法は前記図７の実施形態と基本的に同じであるので、上記実施形態と異なる部分のみ説明を追加しておく。
まず基準状態における下補強ロールチョックと圧延機ハウジングとの間に作用する荷重は、上下補強ロールおよび上下作業ロール全体を合わせた物体の鉛直方向の力とモーメントの平衡条件式から計算する。次に各ロール胴部に作用する荷重分布については、補強ロールから順番に個別のロールに作用する鉛直方向の力およびモーメントの平衡条件式から計算する。基準状態とは異なる鉛直方向外力を負荷した状態の計算も、基本的には同じことであり、下補強ロールに較正装置から作用する鉛直方向外力を考慮する点が異なるのみである。
なお、ここでは下補強ロールの作業側ＷＳにのみに鉛直方向の外力を加えて、圧延機の上下非対称負荷に対する変形特性を求めた、下補強ロールの駆動側ＤＳにも較正装置２０９ｂを介して鉛直方向の外力を負荷して同様の手続きを実施することが好ましく、鉛直方向外力伝達部材２０９ａ、２０９ｂに同時に外力を加えることも好ましい。
ところで、以上説明してきたように本願発明の板圧延機較正方法は、上下非対称荷重による圧延機の変形特性を求めることが目的であるが、ロール系の変形は上下非対称荷重に対しても正確に計算することが可能であるので、これは圧延機のハウジングおよび圧下系の変形特性を求めることに帰着する。この観点から、上記したような較正装置以外でも、例えば補強ロールを含めすべてのロールを圧延機から引き抜いた状態で、これらすべてのロールに代わる外形形状を有する較正装置を組み込み、既知の鉛直方向外力を負荷して、圧延荷重測定用ロードセルの出力を測定する方法でも同様の目的を達成することができる。
また以上の実施形態では、圧延機の圧延荷重測定用ロードセルは圧延機の上部に存在する場合のにみついて説明したが、下部にロードセルを有する場合、あるいは上下ともにロードセルを有する圧延機に対しても、本発明は、まったく同様に実施できることは言うまでもない。特に、上下ロードセルを有する圧延機の場合には、圧延機ハウジングに負荷される上下の荷重を直接測定することができるため、より高精度に圧延機の上下非対称負荷に対する変形特性を求めることが可能となる上、これを圧延中の制御や圧延前の設定計算に利用することも容易となる。
図２８、２９を参照して本発明の他の実施形態による板圧延機較正装置を説明する。
図２８、２９の板圧延機較正装置は、主として、較正装置本体３０１と、較正装置本体３０１にスライドベアリング３０３ａ、３０３ｂを介してロール軸方向移動可能に取り付けられた上下のスライド部材３０２ａ、３０２ｂ、スライド部材にロールセル３０４ａ、３０４ｂを介して結合され較正装置本体３０１に固定されたスラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂ、較正装置に負荷される鉛直方向荷重分布測定装置３０６、作業側ＷＳにのみ存在するスラスト反力の合力支持用ローラー３０７ａ、３０７ｂとから構成されている。
この板圧延機較正装置の外形形状は、較正対象となる圧延機が４段圧延機の場合、その鉛直方向の寸法が作業ロールの直径の２倍に略等しくなっており、図２８、２９の破線で示すように較正対象となる圧延機の上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂを介して、該圧延機の圧下装置により任意の締め込み荷重を受けることができる。
このように上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂと本較正装置との間で鉛直方向荷重が負荷されている状態で、アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂが、上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂの各々に任意のスラスト力を負荷し、ロードセル３０４ａ、３０４ｂが、そのスラスト力の大きさを測定する。
上下のスライド部材３０２ａ、３０２ｂの断面形状は図示していないが、本較正装置はミル停止状態で使用することを原則としているため、必ずしも作業ロールのような円形断面とする必要はなく、むしろ補強ロール３１２ａ、３１２ｂとの間に作用するヘルツ応力を緩和するため、補強ロールと当接する部分は凹曲面形状とし、スライドベアリング側はベアリングの配設が容易な平坦形状とすることが実用的である。
スラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂは、電動モータ駆動方式でもよいが、油圧駆動方式として油圧を較正装置の外部から供給する方式の方が、較正装置の構造が簡単となり大きなスラスト力を容易に得ることができるので好ましい。スラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂは、較正装置の圧延機への組み込み作業や抜き取り作業時には、スライド部材３０２ａ、３０２ｂの位置を固定するようにし、組み込みが終了し上記したように補強ロールにより鉛直方向荷重が加えられた後に、スラスト力負荷モードとして使用することが好ましい。
図２８、２９の例では、較正装置本体の上下にスラスト力負荷用のスライド部材３０２ａ、３０２ｂを有するが、スライド部材３０２ａ、３０２ｂを上下どちらか一方に限定しても基本的な機能を果たすことはできる。ただし、そのような場合は、スライド部材に負荷したスラスト力の反力は、他方の補強ロールとの間に作用するスラスト力にほとんど等しくなるので、むしろ両者を厳密に等しくするため、スラスト反力支持部材３０７ａ、３０７ｂを省略してもよい。
更に異なる形式としては、スライド部材３０２ａ、３０２ｂに類似するスライド部材を上下どちらか一方のみ配設しし、例えば、スラスト反力支持部材３０７ａ、３０７ｂに類似するスラスト反力支持部材と圧延機ハウジングまたはキーパプレートのような固体部材との間に既知のスラスト力を作用させ得る構造としても、図２８、２９の較正装置と実質的に同じ機能を得ることができる。
図２８、２９に示した実施形態では、較正装置本体３０１の中央部に鉛直方向荷重分布測定装置３０６が配設されている。鉛直方向荷重分布測定装置３０６は、通常のロードセルをロール軸方向に並べたものでもよいが、機械構造的には次のような形式が好ましい。
すなわち較正装置本体３０１の中央部に、図２８、２９に示すように、ロール軸方向に並んだ複数の穴を形成し、鉛直方向荷重が負荷されたときの各穴の上下寸法の変化を、例えば作動トランスのような分解能が高くコンパクトな変位検出器で測定する構造が好ましい。このような構造を採用する場合、各穴の変形量から直接的に鉛直方向の荷重分布を測定することは不可能である。そこで、予め補強ロール３１２ａ、３１３ｂまたは上下スライド部材３０２ａ、３０２ｂのロール軸方向プロフィルを種々変更すると共に、圧延機の圧下位置に作業側ＷＳと駆動側ＤＳ間で差を付けて締め込みを行う等の予備実験をして、圧延機の作業側ＷＳと駆動側ＤＳのロードセル３１４ａ〜３１４ｄの荷重測定値から、補強ロール３１２ａ、３１２ｂとの間の荷重分布を演算し、これとロール軸方向に並んだ穴の上下寸法の変化量の測定値とを対応させて鉛直方向荷重分布測定のための較正を実施しておくことが必要である。
なお、図２８、２９の例では、このような個別の測定装置３０６をロール軸方向に５個並べているが、鉛直方向荷重の作業側ＷＳと駆動側ＤＳ間の差を求めるという点では、ロール軸方向に最低２回は必要であり、好ましくは５個以上の測定装置を並べる。
図２８、２９に示した実施形態では、この鉛直方向荷重分布測定装置３０６は、較正装置本体３０１の中央部に配置されており、補強ロール３１２ａ、３１２ｂと本較正装置との間に作用する鉛直方向荷重分布が上下で異なる場合は、その平均的な荷重分布を測定することになる。後述するように実際に計測したいのは、上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂと本較正装置との間に作用する鉛直方向荷重のロール軸方向への分布であり、これをより直接的に測定する目的で、鉛直方向荷重分布測定装置３０６を上下スライド部材３０２ａ、３０２ｂ中に配設することができる。更に、上下スライド部材３０２ａ、３０２ｂをできるだけ薄く形成し作、上下スライド部材３０２ａ、３０２ｂのスライドベアリングにできるだけ近い較正装置本体３０１側の上下２箇所に鉛直方向荷重分布測定装置３０６を配設してもよい。
更に図２８、２９に示した実施形態では、較正装置本体３０１に作用するスラスト反力の合力を、較正装置の上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂと接触する面の鉛直方向位置の実質的な中点に位置する合力支持用ローラー３０７ａ、３０７ｂを介して、圧延機のハウジングポスト３１５あるいは較正装置用キーパープレート３１６ａ、３１６ｂにより支持している。このような位置でスラスト反力の合力を支持することにより、合力支持用ローラー３０７ａ、３０７ｂに作用する力により較正装置本体３０１に新たなモーメントが作用することを最小限に抑えることが可能となり、後述する較正方法が簡明かつ高精度に実施できることになる。
その上、図２８、２９の実施形態ではスラスト反力の合力をローラー形式の支持部材３０７ａ、３０７ｂで支持する構造としているので、支持部材と圧延機のハウジングポストまたはキーパープレートとの間に作用する鉛直方向の摩擦力を最小限に抑え、較正装置に発生する余分なモーメントを最小限に抑えることが可能であり、後述する圧延機較正方法を、更に高精度に実施することが可能である。なお、図２８、２９の実施形態ではローラーをハウジングポスト毎に各１個としているが、これを複数のローラを設けてもよい。ただし、その場合、複数のローラにより較正装置本体３０１へモーメントを負荷することがないようにピボット機構を挿入する等の配慮が必要である。
また、図２８、２９の実施形態では、スラスト反力の合力の支持部材であるローラーが作業側ＷＳのみに存在するため、較正装置の組み込み作業が容易である上、スラスト力負荷用アクチュエータも作業側ＷＳのみに存在するため、スラスト力が本較正装置の作業側ＷＳのみで平衡することになり、本較正装置の中央部や駆動側ＤＳの本体部分にはスラスト力およびスラスト反力に起因する内部応力が伝達されることがなくなり、これによる較正装置自身の余分な変形もなくなる。このことは、特に、前記した鉛直方向荷重分布測定装置の測定精度上も有利な構成となる。
図３０、３１を参照して、本発明による較正装置の更に他の実施形態を説明する。図３０、３１の例では、スラスト反力の合力支持用ローラーが作業側ＷＳとともに駆動側ＤＳにも存在する。このような構成とすることにより、図２８、２９の実施形態の場合に比べて、圧延機側のキーパプレート３１６ａ、３１６ｂやキーパプレート固定金具３１７ａ、３１７ｂ等に対する配慮が不必要になる利点がある。一方、図３０、３１の例では、駆動側ＤＳの合力支持用ローラー３０８ａ、３０８ｂが較正装置の組み込みの支障となる可能性が高く、例えば、図３０、３１の３０９ａ、３０９ｂで示したように駆動側ＤＳの合力支持用ローラー３０８ａ、３０８ｂを格納する機能等の配慮が必要となる。更に、駆動側ＤＳの合力支持用ローラー３０８ａ、３０８ｂとハウジングポスト３１５との間に力が作用する場合、較正装置内のスラスト力は、作業側ＷＳに存在するスラスト力負荷用アクチュエータから較正装置本体３０１の中央部を通って駆動側ＤＳの合力支持用ローラー３０８ａ、３０８ｂに伝達されることになり、作業側ＷＳの合力支持用ローラー３０７ａ、３０７ｂとハウジングポストとの間に力が作用している場合と比べて、較正装置本体３０１内の負荷および変形が異なることになり、このことが測定精度を低下させる原因にもなり得ることに注意を払うべきである。
図３２、３３を参照して、本発明による較正装置の更に他の実施形態を説明する。図３２、３３の例では、図２８、２９の実施形態に加えて、較正装置本体３０１の両端部に外部からの鉛直方向の力を受ける鉛直方向外力伝達部材３１０ａ、３１０ｂと、その鉛直方向外力の大きさを測定するためのロードセル３１１ａ、３１１ｂが配設されている。
図３２、３３の例では、鉛直方向外力伝達部材３１０ａ、３１０ｂは、本較正装置組み込み作業の支障とならないように、組み込み時には回動して較正装置全体の高さを小さくできるようにしている。この回動機能のためのピボットの存在は、鉛直方向外力伝達部材３１０ａ、３１０ｂ自身が較正装置本体３０１にモーメントを伝達すること避けることがででるという点でも好ましいものである。このような鉛直方向外力伝達部材３１０ａ、３１０ｂを介して、図３２、３３の破線で示すように天井クレーン１８ａまたは１８ｂにより鉛直方向荷重を較正装置に負荷することができ、その外力の大きさはロードセル３１１ａまたは３１１ｂにより正確に測定することができる。
このように圧延機とは完全に独立した鉛直方向外力を較正装置に負荷することにより、圧延機に上下非対称な既知の負荷を与えることが可能となり、後述するように圧延機のロードセル荷重を測定し分析することにより、圧延中のロールに発生するスラスト力に起因して発生する上下非対称荷重に対する圧延機の変形特性を把握することが可能となる。図３２、３３の較正装置では作業側ＷＳと駆動側ＤＳの双方に鉛直方向外力伝達部材３１０ａ、３１０ｂが配設されているが、作業側ＷＳのみ、あるいは駆動側ＤＳのみに鉛直方向外力伝達部材を配設してもよい。
また図３２、３３の例では、外力としては上部からの引張荷重のみを想定しているが、例えば、較正装置の下部の床面上に滑車（図示せず）を設けることにより、天井クレーンやロール組替台車の駆動装置を利用して下部から引張荷重を加えることが可能となり、このような外力を受けられるような構造とすることもできる。更に、較正装置に上下方向の鉛直力を負荷できるような特別な外力負荷装置（図示せず）を配設し、この外力を受けられるような構造としてもよい。
図３４を参照して、図２８、２９に示した板圧延機較正装置を用いた板圧延機較正方法の好ましい実施形態を説明する、
まず、図２８、２９に示すように、４段圧延機の作業ロールを抜いた状態の圧延機内に本較正装置を組み込む（ステップＳ３００参照）。その際、較正装置の上下スライド部材３０２ａ、３０２ｂのロール軸方向の位置は固定状態とし、図２８、２９の破線で示す圧延機の作業側ＷＳのキーパプレート３１６ａ、３１６ｂおよびキーパプレート固定金具３１７ａ、３１７ｂ等は開放した状態で組み込み、組み込み終了後に図２８、２９のような位置に戻して較正装置のロール軸方向位置を固定する。
このとき、較正装置のスラスト反力の合力支持用ローラー３０７ａ、３０７ｂの回転をスムーズにするため、圧延機のハウジングポストとキーパプレート間の間隙は、ローラー３０７ａ、３０７ｂの直径よりも僅かに大きくしておくことが好ましい。また較正装置から与えるスラスト力の大きさを正確に測定するためには以下のようにして上下のスライドベアリング３０３ａ、３０３ｂの特性を把握しておくことが好ましい。
較正装置組み込み直後にキーパプレート３１６ａ、３１６ｂを開放した状態で、圧延機の圧下装置を使用して補強ロール３１２ａ、３１２ｂにより較正装置を締め込み、その状態で較正装置の上下スラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂを操作してスライド部材３０２ａ、３０２ｂをその可動範囲でロール軸方向に揺動する力を与える。この場合、上記操作により、スライド部材３０２ａ、３０２ｂは上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂにより締め込み荷重が与えられ、その接触面において摩擦力が作用するので、ロール軸方向に固定されていない較正装置本体３０１がロール軸方向に揺動することになる。このときスラスト力測定用ロードセル３０４ａ、３０４ｂにより測定される荷重よりスライドベアリング３０３ａ、３０３ｂにより発生する摩擦係数を求めることができる。補強ロールによる締め込み荷重を少なくとも数水準変更してこの実験を実施しておくことが好ましい。
次に圧延機に較正装置を組み込んだ状態で、圧延機の圧下装置を使用して上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂにより較正装置を所定の締め込み荷重まで締め込む（ステップＳ３００参照）。更に、これまで位置固定モードとしてきた較正装置のスラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂをスラスト力制御モードとして圧下装置による締め込み過程で発生したスラスト力を開放し、これをスラスト力測定用ロードセルで確認する。この状態で、圧延機の圧延荷重測定用ロードセル３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄおよび較正装置の鉛直方向荷重分布測定装置３０６の出力を測定する（ステップＳ３０２）。
次に較正装置のスラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂを操作し、上下補強ロールに同方向のスラスト力を作用させ、圧延機の上下ロードセル荷重がほぼ等しく、かつ左右ロードセル荷重を生じるようにする（ステップＳ３０４）。この状態で圧延機の圧延荷重測定用ロードセル３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄ、較正装置のスラスト力測定用ロードセル３０４ａ、３０４ｂおよび較正装置の鉛直方向荷重分布測定装置３０６の出力を再び測定する（ステップＳ３０６）。
この状態では、上下のスラスト力負荷用アクチュエータから発生するスラスト反力は上下同方向でほぼ同じ大きさであるので、上下スラスト力の反力が、スラスト反力の合力支持用ローラー３０７ａ、３０７ｂを介して圧延機のハウジングポスト３１５またはキーパープレート３１６ａ、３１６ｂにより支持されるが、前記した図２８、２９の較正装置の構造のため、このスラスト反力により較正装置に新たに加わるモーメントは一般に非常に小さい。従って、上下スライド部材に負荷するスラスト反力に大きな差を生じない限り、較正装置の鉛直方向荷重分布測定装置３０６により測定される荷重分布は、上下補強ロールと較正装置との間に作用する鉛直方向荷重分布に等しくなる。然しながら、ここでは圧延機の上下ロードセル荷重がほぼ等しくなるように較正装置からスラスト力を付与するので、圧延機の特性によっては上下のスラスト力に比較的大きな差異を生ずる可能性がある。このような場合、上下スラスト反力の差異のために較正装置に生ずるモーメントは、上下補強ロールと較正装置との接触部に作用する鉛直方向荷重分布の変化に起因するモーメント変化により平衡する。従って、このような場合でも、上記較正装置のモーメントの平衡条件より、較正装置中央部で測定された鉛直方向荷重分布とスラスト力の上下差から、補強ロールと較正装置との間に作用して鉛直方向荷重分布を、少なくともモーメントに関与するロール軸方向座標の一次式成分までは正確に求めることができる。
このようにして測定ないしは推定できるものは、例えば、上ロール系については次のようなものである。
ＴBT：較正装置から補強ロール間に加えたスラスト力
ｐdfBT：較正装置〜補強ロール間の鉛直方向線荷重分布の作業側と駆動側間の差
ＰdfT：圧延機ロードセル測定値の作業側と駆動側間の差
ここで、線荷重分布とは、ロール胴部に作用する締め込み荷重のロール軸方向分布のことであり、単位胴長あたりの荷重を線荷重と称している。ｐdfBTは、モーメントに関与する成分を簡明に表現するため、鉛直方向線荷重のロール軸方向分布を線形成近似して、その作業側と駆動側間の差として表現している。もちろん、３次式や５次式成分等の更に高次の成分を考慮しても同様の演算処理は可能である。
以上の既知量から、補強ロールのスラスト反力作用点位置ｈBTを次のようにして求める（ステップＳ３０８）。ここで、ｈBTは、上補強ロール胴部下面の較正装置との接触面位置と補強ロールのスラスト反力作用点位置との鉛直方向距離である。
上補強ロールのモーメントの平衡条件は次式で与えられる。
ＴBT・ｈBT＋ｐdfBT（ｌBT）2/12＝ＰdfT・ａBT/2
ここで、ｌBTは上補強ロールと較正装置との接触領域長であり、通常は上補強ロールの胴の長さに等しい。また、ａBTは、上補強ロールの圧下支点間距離である。上式から直ちにｈBTを求めることができる。下補強ロールのスラスト反力作用点位置についても、これと同様の手続きを行うことにより簡単に求めることが可能である。
図３５を参照して、図２８、２９に示した板圧延機較正装置を用いた板圧延機較正方法の他の実施形態を説明する。
先ず、図３４の実施形態と同様の手続きで較正装置を圧延機に組み込んだ後、キーパープレート３１６ａ、３１６ｂおよびキーパプレート固体金具３１７ａ、３１７ｂ等をセットし、較正装置本体３０１をロール軸方向に実質的に固定する。その状態で圧延機の圧下装置を使用して上下補強ロールにより較正装置を所定の締め込み荷重まで締め込む（ステップＳ３１０）。次に、それまで位置固定モードとしてきた較正装置のスラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂをスラスト力制御モードとして圧下装置による締め込み過程で発生したスラスト力を開放し、これをスラスト力測定用ロードセル３０４ａ、３０４ｂで確認する。この状態で、圧延機の圧延荷重測定用ロードセル３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄおよび較正装置の鉛直方向荷重分布測定装置３０６の出力を測定する（ステップＳ３１２）。
次に、較正装置のスラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂにより、上下補強ロール３１２ａ、３１２ｂに逆方向にほぼ同じ大きさのスラスト力を作用させ、圧延機に上下ロードセル荷重差を生じるような負荷を与える（ステップＳ３１４）。この状態で、圧延機の圧延荷重測定用ロードセル３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１４ｄ、較正装置のスラスト力測定用ロードセル３０４ａ、３０４ｂおよび較正装置の鉛直方向荷重分布測定装置３０６の出力を再び測定する（ステップＳ３１６）。
この状態では、上下のスラスト力負荷用アクチュエータ３０５ａ、３０５ｂから発生するスラスト反力は上下逆方向でほぼ同じ大きさであるので、上下スラスト力の反力は較正装置内部で平衡することになり、スラスト反力の合力支持用ローラー３０７ａ、３０７ｂにはほとんど負荷がかからない。例えば、上補強ロール３１２ａ、３１２ｂには作業側ＷＳへの方向、下補強ロールには駆動側ＤＷへの方向のスラスト力を作用させたものとすると、圧延機の作業側ＷＳの負荷は、上部の負荷が大きく、下部の負荷が小さくなり、駆動側ＤＷはこの逆になる。このような上下非対称かつ作業側と駆動側で非対称な負荷を受けることにより、圧延機の圧下系およびハウジングの変形は一般に作業側ＷＳと駆動側ＤＳとで非対称となり、その結果、当初、ほぼ作業側ＷＳと駆動側ＤＳとで対称に生じていた鉛直方向荷重分布が作業側ＷＳと駆動側ＤＳで非対称になる。そのような鉛直方向荷重分布の変化を鉛直方向荷重分布測定装置３０６により測定することにより、上下非対称荷重負荷に対する圧延機の圧下系およびハウジングの変形特性を求めることが可能となる（ステップＳ３１８）。
なお、この方法を実施するためには、予め図２８の板圧延機較正装置を、スラスト力が零の状態で、種々の荷重と作業側ＷＳと駆動側ＤＳの荷重バランスで締め込み、そのときの圧下位置と圧延機の圧延荷重測定用ロードセルの出力とから、較正装置自身の変形特性を求めておくことが必要であることは言うまでもない。
次に図３２、３３に示す板圧延機較正装置を用いた板圧延機較正方法の実施形態について説明しておく。図３２、３３に示す板圧延機較正装置を、これまでの実施形態と同様に作業ロールを取り去った圧延機内に組み込み、圧延機の圧下装置を使用して上下補強ロールにより較正装置を所定の荷重まで締め込む。次に例えば天井クレーン１８ａにより作業側ＷＳの較正装置端部に上方向の所定の荷重を負荷する。このようにして負荷された鉛直方向外力は、較正装置端部の鉛直方向外力測定用ロードセルの出力により正確に測定できる。従って、この場合、圧延機の上下双方に圧延荷重測定用ロードセルがなくても、上下どちらか一方のロードセル荷重が測定できれば、較正装置全体の力とモーメントの平衡条件式より、他のロードセルのない側の補強ロールチョックに負荷される鉛直方向荷重を演算算出することができ、天井クレーンから鉛直方向外力を負荷する前後の圧延機のロードセル荷重の変化の測定値から、上下非対称負荷に対する圧延機の圧下系およびハウジングの変形特性を求めることが可能となる。
本発明により、従来オペレータに頼っていた圧延機のレベリング設定、制御が自動化される。更に、従来以上に正確かつ適切なレベリング設定、制御が可能になるので、圧延操業における蛇行や通板トラブルの発生頻度を大幅に低減し、更に圧延材のキャンバーや板厚ウェッジも大幅に低減され、圧延に要するコスト削減と品質向上を同時に達成することが可能になる。
本発明の板圧延機較正装置を用い、本発明の板圧延機較正方法を実施することにより、ロール間スラスト力に起因して発生する上下非対称負荷による圧延機変形特性を求めることができるので、このような上下非対称負荷が発生した場合でも、その負荷に対する圧延機の変形状態を正確に推算できることになる。その結果、圧延機の圧延荷重測定用ロードセルを検出端とする圧下レベリングの設定・制御が、従来技術に比べて著しく正確に実施できることになり、圧延操業の自動化が大きく進展するとともに、圧延操業における蛇行や通板トラブルの発生頻度を大幅に低減し、更に圧延材のキャンバーや板厚ウェッジも大幅に低減することができるので、圧延に要するコスト削減と品質向上を同時に達成することが可能になる。
また、本発明の板圧延機較正装置を用い、本発明の板圧延機較正方法を実施することにより、圧延機の補強ロールのスラスト反力作用点の位置を求めることができ、更に上下非対称負荷による圧延機変形特性も求めることができるので、ロール間にスラスト力が作用した場合でも、そのスラスト力を測定することで、圧延機のロードセル荷重におよぼす影響を分離することができ、更にスラスト力起因で発生する上下非対称負荷に対する圧延機の変形特性も推算できることになる。その結果、圧延機の圧延荷重測定用ロードセルを検出端とする圧下レベリングの設定・制御が、迅速かつ正確に実施できることになり、圧延操業の自動化が大きく進展するとともに、圧延操業における蛇行や通板トラブルの発生頻度を大幅に低減し、更に圧延材のキャンバーや板厚ウェッジも大幅に低減することができるので、圧延に要するコスト削減と品質向上を同時に達成することが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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