(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱手段を用いて加熱することによってヒートクラウンを形成した圧延ロールの間に板材を通して圧延する板材圧延装置において、前記誘導加熱手段と前記圧延ロールのロール面との距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段からの情報に基づき前記誘導加熱手段と前記圧延ロールのロール面との距離を調整する位置制御手段と、内部に冷却水が流れ、管壁に電流が流れることで前記誘導加熱手段への冷却水及び電流の供給を行う同軸管とを有していることを特徴とする板材圧延装置。
【請求項２】
前記同軸管は最外層、中間層、最内層の３層の円筒管を有し、前記中間層の円筒管と最外層の円筒管は、前記最内層の円筒管と絶縁され、冷却水は前記中間層と最外層の円筒管の間と、前記最内層の円筒管の内部をそれぞれ通り、電流は前記中間層および最外層の円筒管と、前記最内層の円筒管をそれぞれ通ることを特徴とする請求項１に記載の板材圧延装置。
【請求項３】
前記板材の板幅に応じて互いの距離が変更可能な前記板材の端部を規制する一対のサイドガイドを設け、前記誘導加熱手段を前記一対のサイドガイドに一体的に設けた請求項１または２に記載の板材圧延装置。
【請求項４】
圧延時における前記誘導加熱手段と前記圧延ロールのロール面との距離を２．５〜１０mmとし、前記誘導加熱手段に供給する加熱周波数を５０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下とする請求項１から３のいずれかに記載の板材圧延装置。
【請求項５】
加熱電力密度を２．５×１０7W／m2以上とする請求項４に記載の板材圧延装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱手段を用いて加熱することによってヒートクラウンを形成した圧延ロールの間に鋼板等の板材を通して圧延する板材圧延装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の板材圧延装置としては、例えば特開平６−５２４号公報で見ることができる。図６は、その特開平６−５２４号公報に示されている板材圧延装置の斜視図を示している。図６に示す板材圧延装置は、ワークロール１，２と、バックアップロール３，４と、ワークロール１，２の所定領域を加熱して熱膨張によりヒートクラウンを形成・制御するための誘導加熱手段５と、この誘導加熱手段５に電力を出力する電力制御装置６等から構成されており、図中の矢印９方向に搬送される鋼板７をワークロール１，２間に進入させて圧延する。
【０００３】
誘導加熱手段５の内部には、圧延機出側に設けられたスライドガイド８に当接する図示せぬローラ及びこれを回転駆動する図示せぬモータが設置されており、これにより誘導加熱手段５はスライドガイド８を左右に移動し得る。
【０００４】
誘導加熱手段５の加熱部は、複数ユニットから構成されており、図６に示すように、その加熱面をワークロール１，２に対向させ、鋼板７からなるべく離れた位置に設置されている。
【０００５】
この板材圧延装置では、ワークロール１，２の加熱処理を次のようにして制御する。
（１）まず、入力される狭幅材の圧延処理前の形状、圧延処理後の形状、鋼板７の搬送速度及びワークロール１，２の加熱ロール面の温度を読み込む。
（２）次に、鋼板７の板幅の変化量、すなわち広幅材の幅から狭幅材の幅を減じた値を読み込む。
（３）次に、鋼板７の板幅の変化に対応した誘導加熱手段５の狭幅材のエッジ部と広幅材のエッジ部の間を覆う範囲に位置させる。
（４）（１）で読み込まれた情報（幅狭材の圧延処理前の形状、圧延処理後の形状等）に基づいて、現時点でのクラウンパターンカーブを作成する。
（５）（２）の情報（板幅変化量）と（４）で得られたクラウンパターンカーブから、幅狭材から広幅材に幅が移行する際に条伸び等を抑制するに最適なクラウンパターンカーブを作成する。
（６）位置決めされた誘導加熱手段５の各ユニットの位置と対応する最適ヒートクラウン量の関係から、幅移行時に必要な各ユニット毎の初期電力量Ｗ０を決定する。
（７）決定された電力量Ｗ０を幅移行時から所定時間前の時点で各ユニットに通電し、電力制御を行う。
（８）圧延された広幅材の形状を読み込み、広幅材の形状が不良である場合には、必要に応じて補正電力量を通電し、電力制御を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の板材圧延装置では、次の３つの課題（１）〜（３）が存在する。
（１）圧延ロールの摩耗に伴い、誘導加熱手段５と圧延ロールとの距離が変動するため、誘導加熱手段５の運転条件が変わり、特に距離が離れ過ぎると、圧延ロールの加熱ロール面近傍の磁界が弱くなり、適正なクラウンパターンカーブを形成するための十分な加熱電力密度を確保することができなくなる。
（２）上述した従来の装置では、狭幅材から広幅材への幅移行に合わせて誘導加熱手段を作業者が手動で追従移動させてやる必要があった。したがって、板幅情報を基に作業者がその都度、誘導加熱手段５の位置決め制御を行う必要があり、作業が面倒であった。
（３）クラウンパターンカーブを修正、制御するために必要な加熱電力密度［Ｗ０／Ｓ］（但し、Ｓ：加熱面積）は、圧延時の板材から圧延ロール（ワークロール１，２）への入熱量相当となるため、通常１０７（Ｗ／ｍ２）オーダーと非常に高い。そのため、加熱を表層に集中させるのに誘導加熱手段５の加熱周波数を通常数１０ｋＨｚ程度以上に高くする必要が生じる。この場合、伝送線路での電圧降下及び電力損失が大きくなり、十分な加熱量が得にくい。
【０００７】
本発明は、上記した問題に鑑みなされたものであり、誘導加熱手段を容易に板材に対して適切な位置に設定することができる板材圧延装置の提供を課題とする。加えて本発明は、圧延ロールが摩耗した場合においても適切な加熱電力密度を確保することができる板材圧延装置の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、誘導加熱手段を用いて加熱することによってヒートクラウンを形成した圧延ロールの間に板材を通して圧延する板材圧延装置において、前記誘導加熱手段と前記圧延ロールのロール面との距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段からの情報に基づき前記誘導加熱手段と前記圧延ロールのロール面との距離を調整する位置制御手段と、内部に冷却水が流れ、管壁に電流が流れることで前記誘導加熱手段への冷却水及び電流の供給を行う同軸管とを有する構成を採用することにより前記課題を解決した。
また、前記同軸管は最外層、中間層、最内層の３層の円筒管を有し、前記中間層の円筒管と最外層の円筒管は、前記最内層の円筒管と絶縁され、冷却水は前記中間層と最外層の円筒管の間と、前記最内層の円筒管の内部をそれぞれ通り、電流は前記中間層および最外層の円筒管と、前記最内層の円筒管をそれぞれ通るように構成してもよい。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、距離測定手段からの情報に基づき前記誘導加熱手段と前記圧延ロールのロール面との距離を調整することができるので、誘導加熱手段から圧延ロールのロール面に常に最良な加熱をすることができる。
【００１０】
本発明において、板材の板幅に応じて互いの距離が変更可能な前記板材の端部を規制する一対のサイドガイドを設け、誘導加熱手段をこの一対のサイドガイドに一体的に設けると、板材の板幅変更があった場合に、板幅変更に応じてサイドガイドと一体に誘導加熱手段の位置も自動的に追従して調整されるので、誘導加熱手段と板材の端部との相対位置を常に一定に設定して圧延することができる。
【００１１】
本発明板材圧延装置においては、後述の発明の実施の形態の欄で説明するように、圧延時における前記誘導加熱手段と前記圧延ロールのロール面との距離を２．５〜１０mmとし、前記誘導加熱手段に供給する加熱周波数を５０kHz以上１００kHz以下とすることが望ましく、また、加熱電力密度は、２．５×１０7W／m2以上とすることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、好適な具体例であり技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の技術的範囲は、この実施形態に限られるものではない。
【００１３】
図１及び図２は本発明に係る板材圧延装置の一実施形態を示すもので、図１はその装置の要部構成を模式的に示す斜視図、図２はその概略側面図である。なお、図１及び図２に示す本発明に係る板材圧延装置において、図６に示した従来の板材圧延装置と対応する部材は図６と同じ符号を付して説明する。
【００１４】
この板材圧延装置は、鋼板７の搬送路を挟んだ上下にワークロール１，２と、バックアップロール３，４（図２参照）と、ワークロール１，２の所定の領域を加熱して熱膨張によりヒートクラウンを形成する誘導加熱手段１０を備えており、これらの基本構成は図６に示した従来の板材圧延装置と同じである。また、ワークロール１，２の間を通る鋼板７の搬送路の左右両側には、鋼板圧延時におけるライン方向移動を補助するサイドガイド１１が互いに平行に延設されている。
【００１５】
この左右両側に設けられているサイドガイド１１は、鋼板７の板幅に合わせ位置制御手段１２を通じて左右方向（図中の矢印Ａ−Ｂ方向）に自動的に移動され、互いの距離を拡大・縮小可能に構成されている。加えて、各サイドガイド１１上には、上記誘導加熱手段１０が各々取り付けられて一体化されている。このように誘導加熱手段１０がサイドガイド１１と一体化されている構造では、板幅変更の際に、左右のサイドガイド１１の距離が板幅に合わせて自動的に拡大・縮小されるので、左右の誘導加熱手段１０の位置も自動的に追従させることができ、誘導加熱手段１０と鋼板７の端部との相対位置を常に一定に設定することができる。
【００１６】
上記各誘導加装置１０には、この誘導加熱手段１０と直結して電力及び冷却水を供給するための同軸管１３が接続されている。図３は、この同軸管１３を含む誘導加熱手段１０の構造を示している。そこで、図３も加えて同軸管１３を含む誘導加熱手段１０の構造を説明すると、同軸管１３は、基本的には３層の円筒管１４，１５，１６から構成されている。また、中間層の円筒管１５及び最外層の円筒管１６の端面は、ろう付け等で封じ切られている。そして、同軸管１３には、電力制御装置１７から電流や冷却水を供給する構造となっており、冷却水は、円筒管１５と円筒管１６の間を矢印方向に進み、誘導加熱手段１０内及び円筒管１４内の順に形成される循環経路を流れる。また、電流は、電力制御装置１７を起点として、銅管１８からろう付け接続部を通じて円筒間１５及び１６を流れ、誘導加熱手段１０を通過した後に、円筒管１４を流れ、電力制御装置１７に戻る。
【００１７】
このように電力制御装置１７から供給される電流や冷却水を誘導加熱手段１０に供給するための同軸管１３を誘導加熱手段１０と直結して接続した構造にすると、伝送線路のインダクタンスが小さくなり、電圧降下、電力損失が低減することができると同時に、誘導加熱手段１０への冷却水の供給を効果的に行うことができる。
【００１８】
ちなみに、従来型の伝送線路の場合は、図７に示すように２本の平行導体１９を沿わせた構造である。この従来型の伝送線路の構造の場合、その単位長さ当たりのインダクタンスＬ（Ｈ／ｍ）は、例えば同軸２芯ケーブルの場合、次式▲１▼で求められる。但し、μ０は真空透磁率（Ｈ／ｍ）、ｄは２芯中心間距離（ｍ）、ａは同軸ケーブル芯直径（ｍ）である。
【００１９】
Ｌ＝μ０／π・１ｎ（ｄ／ａ）      （Ｈ／ｍ）      …▲１▼
【００２０】
次に、本発明において、誘導加熱手段１０と一体化された同軸管１３の場合、次式▲２▼で求められる。但し、Ｄｏｕｔは同軸管１３の外径（ｍ）、Ｄｉｎは同軸管１３の内径（ｍ）である。
【００２１】
Ｌ＝μ０／（２π）・１ｎ（Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ）      （Ｈ／ｍ）    …▲２▼
【００２２】
したがって、例えば  ｄ＝Ｄｏｕｔ、ａ＝Ｄｉｎとすると、本発明装置の方が従来装置よりもインダクタンスが１／２に低減できる。また、電圧降下はインダクタンスＬに比例するため、伝送部における電圧降下を低減することが可能になる。さらに、本実施形態での同軸管１３の構造にすることにより、従来の２平行胴体型に比較して、外部への漏れ磁束が少なくなり、その結果、伝送線路近傍での漏れ磁束に伴う電力損失を低減することが可能になった。
【００２３】
さらに、本発明の板材圧延装置における左右のサイドガイド１１上には、誘導加熱手段１０とワークロール１，２の加熱ロール面との距離を測定する変位計２０（距離測定手段）が設置されており、その変位計２０からのデータを基に位置制御手段１２を通じてサイドガイド１１が前後方向（図１中の矢印Ｃ−Ｄ方向）に移動され、この移動で誘導加熱手段１０も前後方向に移動されてワークロール１，２の加熱ロール面との距離をある適正範囲に制御するので、十分な加熱電力密度を確保にすることが可能となる。
【００２４】
なお、誘導加熱手段１０とワークロール１，２の加熱ロール面との間の距離としては、（１）距離が近接し過ぎるとワークロール１，２の加熱ロール面を流れる過電流による誘導磁界により誘導加熱手段１０が影響を受け、誘導加熱手段１０の角部が逆に誘導加熱されるため、投入電力が増加できなくなる。（２）反対に、距離が離れ過ぎると、加熱ロール面近傍の磁界が弱くなり、加熱電力密度を増加できなくなる。このため、適正な誘導加熱手段１０とワークロール１，２の加熱ロール間距離の設定が必要となる。
【００２５】
図４は、誘導加熱手段１０とワークロール１，２の加熱ロール間距離（ｍｍ）に対する加熱電力密度（Ｗ／ｍ２）の計算値を示している。図４は加熱周波数Ｐｍａｘをそれぞれ１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，２０ｋＨｚ，５０ｋＨｚ，１００ｋＨｚとし、かつ誘導加熱手段１０からワークロール１，２との距離（ｍｍ）を変化させたときにそれぞれ得られる加熱電力密度（Ｗ／ｍ２）の値を示している。図４より、２．５×１０７Ｗ／ｍ２以上の加熱電力密度を得るためには、誘導加熱手段１０からワークロール１，２の加熱ロール面までの距離を２．５〜１０ｍｍとし、加熱周波数を５０ｋＨｚ以上とする必要があることがわかる。
【００２６】
具体的には、同軸管として、長さ１ｍ、同軸管外径Ｄｏｕｔ＝０．０４ｍ、同軸管内径Ｄｉｎ＝０．０３ｍとし、加熱周波数８０ｋＨｚ、誘導加熱手段１０からワークローラ１，２の加熱ロール面までの距離を５ｍｍ、鋼板端部より５０ｍｍ位置から１００ｍｍ幅の範囲を電力密度２．５×１０７（Ｗ／ｍ２）にて加熱したところ、狭幅材から広幅材に幅が移行する際に条伸び等を抑制するのに最適なクラウンパターンカーブを得ることができた。
【００２７】
次に、加熱周波数としては、▲１▼低い周波数の場合、被加熱対象に対して過電流が流れる表皮厚さが厚くなり、クラウンパターンカーブを修正、制御するために必要な加熱電力が不足する。▲２▼反対に、高い周波数の場合、伝送部での損失が増加し、実用上の周波数の上限が存在するので、適正な周波数範囲が存在する。
【００２８】
図５は誘導加熱手段とワークロール１，２の加熱ロール間距離を５ｍｍとして、加熱周波数Ｐｍａｘに対する加熱電力密度（Ｗ／ｍ２）の値を示している。図５からは、加熱周波数の増加に伴い加熱電力密度（Ｗ／ｍ２）の値が増加することがわかる。そして、加熱電力密度（Ｗ／ｍ２）を得るためには、加熱周波数としては５０ｋＨｚ以上が望ましいことがわかる。また、実用的な周波数範囲としては、５０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下が推奨される。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、圧延ロールが摩耗した場合でも、誘導加熱手段と圧延ロールのロール面との距離を適宜調整することにより、適正なクラウンパターンカーブ形成のために十分な加熱電力密度を確保することができる。また、板材の板幅変更等があってサイドガイドの位置が変わると、そのサイドガイドと一体に誘導加熱手段の位置も自動的に追従するので誘導加熱手段と板材の端部との相対位置を常に一定に設定して圧延することができる。さらに、誘導加熱手段への電流及び冷却水の供給が、同軸管を通じて行われるので、伝送線路のインダクタンスが小さくなり、電圧降下、電力損失が低減することができると同時に、誘導加熱手段への冷却水の供給を効果的に行うことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る板材圧延装置の要部構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明装置の要部構成を概略的に示す側面図である。
【図３】誘導加熱手段の模式図である。
【図４】誘導加熱手段とワークロールのロール面距離に対する加熱電力密度の特性図である。
【図５】加熱周波数に対する加熱電力密度の特性図である。
【図６】従来の板材圧延装置の一例を示す図である。
【図７】従来装置に使用されている誘導加熱手段への電送線路の模式図である。
【符号の説明】
１  ワークロール（圧延ロール）
２  ワークロール（圧延ロール）
７  鋼材（板材）
１０  誘導加熱手段
１１  サイドガイド
１２  位置制御手段
２０  変位計
【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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