(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに接続して水平面に対して傾斜した可変長スピンドルと、圧延機のロール軸とを接続してモータから圧延機に回転駆動を伝達する、スリッパメタル方式ジョイントのスリッパメタル状態監視方法であって、
前記スリッパメタルの接触面圧Ｐと摺動速度Ｖの積であるＰＶ値を積分し、
更に、積分したＰＶ値を圧延時間で除した値を基にして、前記スリッパメタルの焼付きが発生しない限界の温度である限界温度を参照して前記スリッパメタルの状態を監視することを特徴とするスリッパメタル状態監視方法。
【請求項２】
各圧延材料毎に複数パスの圧延を行うリバース圧延機に適用する請求項１に記載のスリッパメタル状態監視方法であって、
前記ＰＶ値の積分を各パス毎に行い、
得られた各パス毎の積分値を積算して各圧延材料毎の総和を求め、
該総和を前記圧延材料毎の圧延時間で除した値を基にして前記スリッパメタルの状態を監視することを特徴とするスリッパメタル状態監視方法。
【請求項３】
各圧延材料毎に複数パスの圧延を行うリバース圧延機に適用する請求項１に記載のスリッパメタル状態監視方法であって、
前記ＰＶ値の積分を各パス毎に行い、
得られた各パス毎の積分値を該パスの圧延時間で除した値を積算して各圧延材料毎の総和を求め、
該総和を基にして前記スリッパメタルの状態を監視することを特徴とするスリッパメタル状態監視方法。
【請求項４】
前記圧延機近傍の雰囲気温度を測定し、
測定した該雰囲気温度を加味して前記スリッパメタルの状態を監視することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスリッパメタル状態監視方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のスリッパメタル状態監視方法を適用して圧延を行う圧延方法であって、
前記スリッパメタルの状態を異常と判定した際に、圧延の一時停止、圧延速度の低減、圧延間隔の延伸のいずれかひとつ以上の対策をとることを特徴とする圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに接続したスピンドルと、圧延機のロール軸とを接続してモータから圧延機に回転駆動を伝達する、スリッパメタル方式ジョイントのスリッパメタルの状態、特に、焼付きの有無を監視するスリッパメタル状態監視方法、および、そのスリッパメタル状態監視方法を適用した圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スリッパメタル方式のジョイントは、伝達トルクが大きく、耐衝撃荷重にも優れ、傾斜角度を大きくとれる特徴があり、分塊圧延機、厚板圧延機等の大型圧延機から線材圧延機等の小型圧延機まで幅広く採用されている。
図２に、スリッパメタル方式のジョイントを適用した圧延機の一例を示す。
【０００３】
圧延材料９（ここでは、Ｈ型鋼を例示する。）は、圧延機の上下のロール１に挟持されて圧延される。上下のロール１は、圧延機の軸受１５に担持され、ロール側ジョイント２を介してスピンドル４に接続されている。そして、スピンドル４の他端は、モータ側ジョイント１２を介して図示しないモータに繋がるモータ軸と接続されている。ここで、スピンドル４は、通常、可変長構造とされており、サイズ替え等で圧延機の大きさやロールレベル等が変わった場合にも対応できるようにされている。
【０００４】
また、通常、スピンドル４は、モータ側ジョイント１２の軸方向の移動が固定されて接続され、固定ジョイントとされている。そして、スピンドルの傾斜にともなう軸方向の支点間長さの変動に対しては、ロール側ジョイント２を軸方向に摺動可能として、ここにスリッパメタルが適用されている。スリッパメタルを適用したロール側ジョイント２のロール軸側のカップリングをフォークカップリング２１と称し、スピンドル側をスピンドルカップリング２２と称する。
【０００５】
図３に示すように、一対のスリッパメタル２３はスリッパピン２４の両端に係合され、スピンドルカップリング２２に組み込まれる。そして、フォークカップリング２１をスピンドルカップリング２２に挿入して両者を接続する。このように接続することで、スピンドルに自由に傾斜をもたせることを可能とする。
スピンドル４の傾斜角は、最大１０゜程度まで傾斜可能として設計されるが、傾斜角が大きいほど１回転ごとのスリッパメタルの摺動量と摺動速度が大きくなり、スリッパメタルの摩耗量が大きくなり、寿命が短くなることから、傾斜角はできるだけ小さくすることが好ましい。
【０００６】
スリッパメタルの材質としては、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性、低摩擦性等が要求されることから、一般に、アルミニウム青銅鋳物、高力黄銅鋳物等が使用されている。なお、小型圧延機等では、メタルではなく、フェノール樹脂系、ナイロン樹脂系等の合成樹脂製のスリッパが使用される場合もある。
スリッパメタルの温度は、圧延機駆動に伴うスピンドルの負荷が上昇するにしたがって高くなり、ついには焼付き等のトラブルに進展する。そのため、スリッパメタルの温度を監視して焼付き等を防止することが重要である。
【０００７】
例えば、特開平１−２４５９０６号公報では、スリッパメタルに熱電対を埋設し、その熱電対で測温した温度データをスピンドルに取り付けた発信器を介して発信し、機側に設けた受信器で受信してスリッパメタルの温度を監視するミルスピンドルスリッパメタルの測温方法が開示されている。また、特開平８−５７５０７  号公報では、温度センサからの出力信号を変調する送信器と送信アンテナよりなる送信手段を、両カップリングと、カップリングに連結されるスピンドルその他回転駆動体の適所に設けるとしており、具体的には、モータ軸に取り付けた例を開示している。
【０００８】
また、温度センサとして放射温度計を用い、非接触でスリッパメタルの温度を監視することも行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スリッパメタルに熱電対を埋設し、スピンドル等の回転体に発信器を取り付けるには設備改造が必要となる。また、回転体に取り付けるため、メンテナンスの負荷が大きく、安定した測定を行うことも困難であった。
一方、放射温度計での測温にも以下の問題がある。
【００１０】
すなわち、圧延材料の厚みやロールの種類によってスリッパメタルの位置が異なるため、放射温度計での測温を自動化するためには、放射温度計を固定式とすることはできない。自動化のためには、複数のセンサでスリッパメタルの移動範囲をカバーするか、スリッパメタルの位置を検出して放射温度計を自動追尾させることが必要となり、設備規模が大きくなる。一方、人手によって放射温度計をスリッパメタルに向けて追尾させることは運転要員の大きな負荷となる。また、放射温度計での測定では、圧延機周辺に発生する蒸気の影響によって誤測定する場合があることも問題であった。
【００１１】
本発明は、温度センサの設置等の設備改造が不要であり、簡便、かつ、精度の高いスリッパメタルの状態監視を可能とするスリッパメタル状態監視方法を提供することを目的とする。また、その監視方法を適用して圧延を行う圧延方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
スリッパメタルへの負荷は、スリッパメタルの接触面圧Ｐと摺動速度Ｖの積であるＰＶ値を利用して監視できることが知られている。また、ＰＶ値を一定時間保持すれば、スリッパメタルの温度と相関があることも既によく知られている。ここで、スリッパメタルの接触面圧Ｐと摺動速度Ｖは、スピンドルの水平面に対する傾斜角θと、駆動用のモータの回転数Ｎと伝達トルクによって決定される。さらに、伝達トルクは、モータの電流Ｉと電圧Ｅと回転数Ｎから算出可能である。
【００１３】
ただし、圧延速度と圧延時間は、各パス毎に変化するため、単にＰＶ値を監視するだけでは正確なスリッパメタルの状態監視を行うことはできない。また、瞬間的に上昇したＰＶ値を誤判定する場合も発生する。
本発明者等は、ＰＶ値そのものを監視するのではなく、ＰＶ値を積分し、更に、積分したＰＶ値を圧延時間で除した値を基にして監視することで正確な監視を行えることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明は、モータに接続して水平面に対して傾斜した可変長スピンドルと、圧延機のロール軸とを接続してモータから圧延機に回転駆動を伝達する、スリッパメタル方式ジョイントのスリッパメタル状態監視方法であって、前記スリッパメタルの接触面圧Ｐと摺動速度Ｖの積であるＰＶ値を積分し、更に、積分したＰＶ値を圧延時間で除した値を基にして、前記スリッパメタルの焼付きが発生しない限界の温度である限界温度を参照して前記スリッパメタルの状態を監視することを特徴とするスリッパメタル状態監視方法によって上記課題を解決したのである。
【００１５】
また、本発明は、各圧延材料毎に複数パスの圧延を行うリバース圧延機に適用する上記記載のスリッパメタル状態監視方法であって、前記ＰＶ値の積分を各パス毎に行い、得られた各パス毎の積分値を積算して各圧延材料毎の総和を求め、該総和を前記圧延材料毎の圧延時間で除した値を基にして前記スリッパメタルの状態を監視することを特徴とするスリッパメタル状態監視方法によって上記課題を解決したのである。さらに、前記ＰＶ値の積分を各パス毎に行い、得られた各パス毎の積分値を該パスの圧延時間で除した値を積算して各圧延材料毎の総和を求め、該総和を基にして前記スリッパメタルの状態を監視するようにしてもよいことを見出した。
【００１６】
なお、上記いずれかのスリッパメタル状態監視方法において、前記圧延機近傍の雰囲気温度を測定し、該雰囲気温度を加味して前記スリッパメタルの状態を監視することを好適とする。
さらに、本発明は、上記いずれかのスリッパメタル状態監視方法を適用して圧延を行う圧延方法であって、前記スリッパメタルの状態を異常と判定した際に、圧延の一時停止、圧延速度の低減、圧延間隔の延伸のいずれかひとつ以上の対策をとることを特徴とする圧延方法によって上記課題を解決したのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のスリッパメタル状態監視方法を、図１の例に基づき説明する。
まず、ＰＶ値の演算について説明する。
ＰＶ値は、スピンドル４の水平面に対する傾斜角θと、駆動用のモータ５の回転数Ｎと伝達トルクによって決定される。さらに、伝達トルクは、モータの電流Ｉと電圧Ｅと回転数Ｎから算出される。
【００１８】
ここで、スピンドル４の水平面に対する傾斜角θは次のように求められる。
圧延ロール１の大きさと位置は被圧延材料９のサイズ等によって異なる。そのため、スピンドル４は伸縮自在の可変長スピンドルとされており、その長さは、スピンドル長測定手段６によって計測される。一方、圧延ロール１のロールレベルもサイズによって異なるため、そのレベルはロールレベル測定手段３で測定される。そして、スピンドル長測定手段６で測長したスピンドル長さと、ロールレベル測定手段３で測定したロールレベルとが演算装置１０に入力され、スピンドル４の水平面に対する傾斜角θの演算が行われる。なお、スピンドル長測定手段とロールレベル測定手段としては、特にその測定手段を限定するものではなく、スピンドル、あるいは、ロールチョックに組み込んだ組込み式の測長器を用いてもよく、また、外部に設置する接触式、非接触式の測長器としてもよい。さらに、ロール組み替えを行う作業者がメジャー等で手で測定し、演算装置１０に入力するようにしてもよい。
【００１９】
一方、スピンドル４を介してそれぞれの圧延ロール１を駆動しているモータ５の回転数Ｎ、電流Ｉ、電圧Ｅも演算装置に取り込まれる。
また、定数設定器８においてスリッパメタル寸法から定まる定数（α、β）については、あらかじめ演算装置10に設定しておくようにする。
演算装置10では、以上の入力を基に、スリッパメタルの接触面圧Ｐと摺動速度Ｖを式、
Ｐ＝α×Ｉ×Ｅ／Ｎ、
Ｖ＝β×Ｎ×θ、
から算出し、接触面圧Ｐと摺動速度Ｖの積であるＰＶ値を求める。
【００２０】
このＰＶ値は、スリッパメタルの負荷を表す指標であり、スリッパメタルの監視に用いられてきた。しかしながら、瞬間的な変動が大きく、このままでは有効な監視を行うための指標として用いることができないのが現状であった。
そこで、本発明においては、この求めたＰＶ値を積分し、更に、積分したＰＶ値を圧延時間で除した値を基にして前記スリッパメタルの状態を監視するようにしたのである。こうすることで、パス毎に異なる圧延速度や圧延時間に影響されることなく、安定した指標を得ることができるようになった。なお、圧延時間は、例えば、ロールチョック等に設けたロードセル等の信号を基にして得られる圧延中信号を演算装置１０に取り込み、圧延中の時間を計時することで、容易に算出することができる。
【００２１】
なお、前記ＰＶ値の積分を各パス毎に行い、得られた各パス毎の積分値を積算して各圧延材料毎の総和を求め、該総和を前記圧延材料毎の圧延時間Ｔｚ  で除した値、
すなわち、Ｋ１  ＝Σ（∫（ＰＶ）ｄｔ）／Ｔｚ  、
を基にして前記スリッパメタルの状態を監視するようにしてもよい。
【００２２】
更に、前記ＰＶ値の積分を各パス毎に行い、得られた各パス毎の積分値を該パスの圧延時間Ｔｐ  で除した値を積算して各圧延材料毎の総和、
すなわち、Ｋ２  ＝Σ（∫（ＰＶ）ｄｔ／Ｔｐ  ）、
を基にして前記スリッパメタルの状態を監視することも可能である。
スリッパメタルの実際の温度上昇は、上記の負荷がスリッパメタルに与えられてから数十秒〜数分後となる。本発明は、この温度上昇をあらかじめ正確に捉えることを可能とするものでもある。
【００２３】
なお、スリッパメタルの状態監視においては、演算装置10に別途設定を行う限界温度設定器７における限界温度を参照して監視を行うことを好適とする。ここで、限界温度とはスリッパメタルの焼付きが発生しない限界の温度である。
ここで、ＰＶ値の積分を行うことを特徴とする上記の方法は、直接温度をモニタする方式ではないため、圧延機周辺の雰囲気温度が異なる場合、その雰囲気温度に応じた補正を行うようにすることが好ましい。
【００２４】
例えば、あらかじめスリッパメタルの焼付きが７０℃程度で発生することがわかっている場合において、スリッパメタルの状態監視の限界温度を６０℃と設定した場合を想定する。このとき、上記のＫ値（Ｋ１  、もしくは、Ｋ２  の値）として、温度上昇換算で３０℃に相当する値が得られたとすると、雰囲気温度２５℃では５５℃相当となり、限界温度まで未だ５℃の温度余裕があるのに対し、雰囲気温度が３０℃の夏場などの場合は、Ｋ値相当分のみで直ちに６０℃の限界温度に到達してしまうことになる。
【００２５】
そのため、図１に示すように、圧延機近傍の雰囲気温度を雰囲気温度計１６で測定し、該雰囲気温度を加味して前記スリッパメタルの状態を監視することを好適とする。
以上の方法によって、スリッパメタルの状態が異常と判断された場合は、例えば図１に示すように、警報出力１１を行い作業者への注意喚起を行う。
【００２６】
ところで、上記のスリッパメタルの状態監視方法を圧延時に適用することが好適である。すなわち、上記のスリッパメタルの状態監視方法を適用した圧延方法として、前記スリッパメタルの状態を異常と判定した際には、圧延の一時停止、圧延速度の低減、圧延間隔の延伸のいずれかひとつ以上の対策をとることで圧延操業を円滑に行うことが可能である。特に本圧延方法は、自動化ライン等における圧延ライン制御に適用するのに好適である。
【００２７】
なお、本発明は、Ｈ型鋼や厚板のリバース圧延に好適に実施可能であるが、その他、スリッパメタルを適用したジョイントを用いて回転駆動を伝達する機械設備一般に適用できるものであることは言うまでもない。
【００２８】
【実施例】
本発明のスリッパメタル状態監視方法を、Ｈ型鋼圧延に適用した実施例について説明する。
本実施例では、各材料毎に５パスのリバース圧延を行うものとした。
図４のグラフに、圧延時のＰＶ値の時間変化を示す。図４は、横軸を時間ｔとし、縦軸に演算したＰＶ値（Ｐａ・ｍ／ｍｉｎ  ）を示している。また、各材料毎の圧延時間（５パス分）をＴｚ  とし、パス毎の圧延時間をＴｐ  とする。
【００２９】
各パスは、圧延材料の先端噛み込み時（０．２  〜０．３  秒程度）にＰＶ値が大きく振れ、その後２〜３秒間の圧延が継続するパターンとなり、そのパターンが繰り返される。
ここで、図４に示したパターンに基づく圧延に表１のケース１〜４それぞれのスリッパメタル状態監視方法を適用し、スリッパメタルの焼付き有無の調査を行った。
【００３０】
【表１】
0003546803.tif 000002
【００３１】
ここで、ケース１は、放射温度計でスリッパメタルの測温を行う従来の方式である。この場合、圧延機周辺にたちこめる蒸気の影響で温度を誤検出する事態が発生し、結果的にスリッパメタルの焼付きを発生させた。
一方、ケース２は、本発明の方式であって、Ｋ１  ＝Σ（∫（ＰＶ）ｄｔ）／Ｔｚ  の式に基づきスリッパメタルの状態を監視するものである。また、ケース３は、Ｋ２  ＝Σ（∫（ＰＶ）ｄｔ／Ｔｐ  ）の式を基にして前記スリッパメタルの状態を監視するものである。ケース２、ケース３いずれの場合もスリッパメタルの焼付きは一切発生せず、スリッパメタルの良好な監視を行えることが確認できた。
【００３２】
また、ケース４は、ケース２のＫ１  ＝Σ（∫（ＰＶ）ｄｔ）／Ｔｚ  の式に基づいてスリッパメタルの状態を監視する方式に、さらに、圧延機周辺の雰囲気温度を加味した場合を示すものである。本ケース４でもスリッパメタルの焼付きは一切発生せず、しかも、焼付き発生の限界温度を更に厳密に管理可能であることを確認することができた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によって、温度センサの設置等の設備改造を行うことなく、既存の設備のみで、精度の高いスリッパメタルの状態監視を可能とすることができた。
また、本発明を適用した圧延方法によって、異常発生前に、圧延中のオンラインで的確なアクションをとることが可能となり、圧延操業の稼働率向上を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスリッパメタル状態監視方法を説明する模式図である。
【図２】本発明のスリッパメタル状態監視方法を適用する圧延機の模式図である。
【図３】スリッパメタルの構造を説明する斜視図である。
【図４】圧延時の各パスでのＰＶ値の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１        圧延ロール
２        ロール側ジョイント
３        ロールレベル測定手段
４        （可変長）スピンドル
５        モータ
６        スピンドル長測定手段
７        限界温度設定器
８        定数設定器
９        圧延材料（Ｈ型鋼）
１０        演算装置
１１        警報出力器
１２        モータ側ジョイント
１３        モータ軸
１５        （圧延機）軸受
１６        雰囲気温度計
２１        フォークカップリング
２２        スピンドルカップリング
２３        スリッパメタル
２４        スリッパピン
【図１】
0003546803.tif 000003
【図２】
0003546803.tif 000004
【図３】
0003546803.tif 000005
【図４】
0003546803.tif 000006