(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下のワークロールとバックアップロールとからなり、ワークロールのみを互いにクロスさせ、ワークロール間で板材を圧延するワークロールクロス圧延機において、
ワークロールを回転駆動するワークロール駆動装置と、バックアップロールを回転駆動するバックアップロール駆動装置とを備え、バックアップロールとワークロール間に相対速度差を０からある相対速度差を付けて圧延する、ことを特徴とするワークロールクロス圧延機。
【請求項２】
前記ワークロール駆動装置とバックアップロール駆動装置の少なくとも一方は、対応するロール間の動力伝達を遮断するクラッチを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載のワークロールクロス圧延機。
【請求項３】
バックアップロールとワークロール間に相対速度差を付ける相対速度演算装置及び速度制御装置を更に備え、該速度制御装置により運転条件からスラスト力を算出し、該スラスト力が適正範囲にあるように、前記相対速度差を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載のワークロールクロス圧延機。
【請求項４】
上下のワークロールとバックアップロールとからなり、ワークロールのみを互いにクロスさせ、ワークロール間で板材を圧延するワークロールクロス圧延機の制御方法において、
ワークロールとバックアップロールをそれぞれ回転駆動し、かつバックアップロールとワークロール間に相対速度差を付けて圧延する、ことを特徴とするワークロールクロス圧延機の制御方法。
【請求項５】
運転条件からスラスト力を算出し、該スラスト力が適正範囲にあるように、前記相対速度差を制御する、ことを特徴とする請求項４に記載のワークロールクロス圧延機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロールクロス圧延機に係わり、更に詳しくは、ワークロールのみをクロスさせるワークロールクロス圧延機とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上下のワークロール（作業ロール）とバックアップロール（補強ロール）とからなり、ワークロール間で板材を圧延する４段圧延機が広く用いられており、このうち、ワークロールを互いに交差（クロス）させるロールクロス圧延機は、板クラウン制御能力に優れている特徴がある。
【０００３】
かかるロールクロス圧延機には、ワークロールとバックアップロールをそれぞれ一体にクロスさせるペアクロス方式と、ワークロールのみをクロスさせる単独クロス方式とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ペアクロス方式のロールクロス圧延機は、ワークロールとバックアップロール間の滑りやスラスト力の発生は抑えられるが、バックアップロールをクロスさせるため、その軸箱の中心が圧下スクリューの中心からずれ（オフセットし）、軸箱に大きなモーメントが作用するため、軸箱の構造が複雑化し圧延機が大型化する問題点がある。
【０００５】
一方、単独クロス方式のロールクロス圧延機では、巨大なスラスト力（例えば圧延荷重の約１０％）がワークロールとバックアップロール間に作用し、このため特に小径のワークロールのスラスト軸受の設置が困難であり、スラスト受装置等の設備が大掛かりとなり、かつワークロールとバックアップロール間の滑りによるロール摩耗が大きい問題点がある。
【０００６】
上述した単独クロス方式のロールクロス圧延機の問題点を解決するために、特開平５−５０１１０号，特開平５−２８５５０４号，特開平５−２９３５１８号等が提案されている。例えば、特開平５−５０１１０号の「圧延機及び熱間圧延設備及び圧延方法及び圧延機の改造方法」は、作業ロールと補強ロールとの間に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置を設けるものであり、潤滑剤により作業ロールと補強ロール間の摩擦係数を低減してスラスト力と摩耗を減少させるものである。その他の先行技術も同様にスラスト力を減少させるために、ロール間を潤滑している。
【０００７】
しかし、ワークロールとバックアップロール間の摩擦係数は、両ロールの表面状態に大きく作用されるため、単に潤滑剤を供給しても一定の低い値に保持することは困難であり、過大なスラスト力の発生が避けがたい問題点があった。また、ワークロールとバックアップロール間に潤滑剤を供給すると、この潤滑剤がワークロールに付着して、ワークロールの冷却を阻害したり、圧延材の噛み込みが悪化する等、圧延自体が阻害されるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ワークロールとバックアップロール間に潤滑剤を供給することなく、ワークロールとバックアップロール間に作用するスラスト力を大幅に低減することができ、これにより、スラスト受装置を小型化し、かつロール摩耗を大幅に低減することができるワークロールクロス圧延機とその制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来のロールクロス圧延機では、ワークロール又はバックアップロールのいずれか一方を駆動し、他方は摩擦力により空転させている。これに対して、本願発明の発明者等は、ワークロールとバックアップロールの両方を駆動し、その間にわずかな速度差を付けることにより、発生するスラスト力を大幅に減少させ、かつ両ロール間の摩擦応力を大幅に低減して摩耗を低減できることを解析により見いだした。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、上下のワークロールとバックアップロールとからなり、ワークロールのみを互いにクロスさせ、ワークロール間で板材を圧延するワークロールクロス圧延機において、ワークロールを回転駆動するワークロール駆動装置と、バックアップロールを回転駆動するバックアップロール駆動装置とを備え、バックアップロールとワークロール間に相対速度差を付けて圧延する、ことを特徴とするワークロールクロス圧延機が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、上下のワークロールとバックアップロールとからなり、ワークロールのみを互いにクロスさせ、ワークロール間で板材を圧延するワークロールクロス圧延機の制御方法において、ワークロールとバックアップロールをそれぞれ回転駆動し、かつバックアップロールとワークロール間に相対速度差を付けて圧延する、ことを特徴とするワークロールクロス圧延機の制御方法が提供される。
【００１２】
上記本発明の装置及び方法によれば、ワークロールとバックアップロールをそれぞれ回転駆動し、かつバックアップロールとワークロール間に相対速度差を付けるので、バックアップロールとワークロールにはそれぞれの速度ベクトルの差に対応するスラスト力が作用する。このスラスト力は、相対速度差の大きさにより変化し、速度差がない従来の場合に最大となり、わずかの速度差（例えば±２％）で半減する。また、両ロール間に作用する最大剪断応力もスラスト力の低減に対応して低下する。従って、ワークロールとバックアップロール間に潤滑剤を供給することなく、ワークロールとバックアップロール間に作用するスラスト力を大幅に低減することができ、これにより、スラスト受装置を小型化し、かつロール摩耗を大幅に低減できる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、バックアップロールとワークロール間に相対速度差を付ける相対速度演算装置及び速度制御装置を更に備え、該速度制御装置により運転条件からスラスト力を算出し、該スラスト力が適正範囲にあるように、前記相対速度差を制御する。
この構成により、スラスト力を適正範囲（例えば、スラスト受装置の許容荷重以下）に制御し、スラスト力とロール摩耗を常に低く保持することができる。
【００１４】
また、前記ワークロール駆動装置とバックアップロール駆動装置の少なくとも一方は、対応するロール間の動力伝達を遮断するクラッチを備えている。この構成により、相対速度差が不要な場合（例えば、ワークロールとバックアップロールのクロス角０の場合とか、スラスト力が小さい場合）に、クラッチの切断により対応するロール間の動力伝達を遮断し、その駆動装置の動力を不要にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明によるワークロールクロス圧延機の全体構成図である。本発明のワークロールクロス圧延機１０は、上下のワークロール２，３とバックアップロール４，５とからなり、ワークロール２，３のみを互いにクロスさせ、ワークロール２，３間で板材１（圧延材）を圧延するようになっている。かかる構成は、従来のロールクロス圧延機と同様である。
【００１６】
本発明のワークロールクロス圧延機１０は、更に、ワークロール２，３を回転駆動するワークロール駆動装置１２と、バックアップロール４，５を回転駆動するバックアップロール駆動装置１４とを備えている。
またワークロール駆動装置１２とバックアップロール駆動装置１４の少なくとも一方（この図では、バックアップロール駆動装置１４）が、対応するロール４，５との間の動力伝達を遮断するクラッチ１５を備えている。かかる構成により、クラッチ１５を切断することにより、対応するロール間の動力伝達を遮断し、その駆動装置１４の動力を不要にすることができる。なお、本発明はかかる構成に限定されず、例えば、ワークロール駆動装置１２とバックアップロール駆動装置１４を互いに同期運転させて、各駆動装置１２，１４の必要動力を低減させてもよい。
【００１７】
ワークロールクロス圧延機１０は、更に、バックアップロール４，５とワークロール２，３との間に相対速度差を付ける速度制御装置１６を備えている。この速度制御装置１６は、圧延機の運転条件から後述する計算手段によりスラスト力を算出し、このスラスト力が適正範囲（例えば、スラスト受装置の許容荷重以下）に制御するようになっている。
【００１８】
図２は、本発明の原理図である。この図において、Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ互いに直交するロール軸方向、圧延方向、圧下方向を示している。また、図２（Ａ）に示すように、ワークロール３の周速をＶＷ，バックアップロール５の周速をＶＢ  とする。
なおワークロール２，３のみを互いにクロスさせ、ワークロール２，３間で板材１（圧延材）を圧延すると、ワークロール２，３と圧延材１の間、及びワークロール２，３とバックアップロール４，５の間にそれぞれスラスト力が作用するが、圧延材自体の塑性変形等のためワークロールと圧延材間のスラスト力は、比較的小さいことが知られている。従って、ここでは、ワークロールとバックアップロール間についてのみ検討する。なお、以下、ワークロール３とバックアップロール５の間に作用するスラスト力について説明するが、ワークロール２とバックアップロール４の場合も全く同様である。
【００１９】
ワークロール３のクロス角をθとする（すなわちワークロール相互のクロス角は２θ）とすると、このクロス角に相当するスリップ角θで必ず全面が滑る。また、ワークロール３の周速をＶＷ  とバックアップロール５の周速をＶＢ  との間に速度差があれば、Ｙ方向（圧延方向）にも必ず滑りが発生する。
この滑り速度を図２（Ｂ）に示すようにベクトルｖとすると、ベクトルｖは数１であらわされ、その滑り方向ベクトルｎと摩擦力ＦＸ  ，ＦＹ  は、数２及び数３であらわされる。
【００２０】
【数１】
0003543894.tif 000002
【００２１】
【数２】
0003543894.tif 000003
【００２２】
【数３】
0003543894.tif 000004
【００２３】
数３からＦＹ  を増やすとＦＸ  が減少するのがわかる。表１は、ＶＷ  ／ＶＢ  ＝αとした場合の解析結果の一例である。なお、この解析は、圧延力ＦＺ  が３３４０トン、摩擦係数μが０．１、クロス角θが０．６°の場合である。
【００２４】
【表１】
0003543894.tif 000005
【００２５】
図３は、本発明に基づく相対速度差とスラスト力の関係図であり、表１の結果を示している。この図において、横軸は相対速度比（ＶＷ  ／ＶＢ  ＝α）であり、縦軸はワークロール３とバックアップロール５の間に作用するスラスト力ＦＸ  を示している。
この図及び表１から、この圧延条件の下では、相対速度差がない場合（α＝１．０）のスラスト力ＦＸ  ３３４トンに対して、相対速度差が約−２％（α＝０．９８）において、スラスト力ＦＸ  が約１５０トンまで低減されることがわかる。同様に、相対速度差が約＋２％（α＝１．０２）においても、スラスト力ＦＸ  は約１５７トンまで低減する。従って、上述した速度制御装置により運転条件からスラスト力を算出し、このスラスト力が適正範囲にあるように、相対速度差を制御することにより、スラスト力を常に低く保持することができる。
【００２６】
図４は、ワークロール３とバックアップロール５の間のロール中心断面（Ｘ＝０）での摩擦応力の比較図である。この図において、横軸Ｙは圧延方向、縦軸はワークロール３とバックアップロール５の間に発生する摩擦応力である。
この図から、境界面に発生する最大摩擦応力は、相対速度差がない場合（α＝１．０）の約１６Ｋｇ／ｍｍ２に対して、相対速度差が約−２％（α＝０．９８）において、約７．５Ｋｇ／ｍｍ２まで低減され、相対速度差が約＋２％（α＝１．０２）においても、約７．８Ｋｇ／ｍｍ２まで低減されることがわかる。従って、上述した速度制御装置によりスラスト力が適正範囲にあるように、相対速度差を制御することにより、スラスト力と共に最大摩擦応力も常に低く保持することができることがわかる。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。また、本発明は、ワークロールとバックアップロール間に潤滑剤を供給することを要件とはしないが、必要により潤滑剤を使用して摩擦係数を低減する場合にも、本発明をそのまま適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明のワークロールクロス圧延機とその制御方法によれば、▲１▼過大なスラスト受構造が不要となり、通常ミルと同程度の構造が可能となり、▲２▼バックアップロールとワークロール間の摩耗防止によるロール寿命を伸ばすことができ、かつ▲３▼板クラウン制御能力を最大限度に発揮することができる。
【００２９】
従って、本発明のワークロールクロス圧延機とその制御方法は、ワークロールとバックアップロール間に潤滑剤を供給することなく、ワークロールとバックアップロール間に作用するスラスト力を大幅に低減することができ、これにより、スラスト受装置を小型化し、かつロール摩耗を大幅に低減できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるワークロールクロス圧延機の全体構成図である。
【図２】本発明の原理図である。
【図３】本発明に基づく相対速度差とスラスト力の関係図である。
【図４】ワークロールとバックアップロール間の摩擦応力の比較図である。
【符号の説明】
１  板材（圧延材）
２，３  ワークロール（作業ロール）
４，５  バックアップロール（補強ロール）
１０  ワークロールクロス圧延機
１２  ワークロール駆動装置
１４  バックアップロール駆動装置
１５  クラッチ
１６  速度制御装置
１７  相対速度演算装置
１８  ロール速度検出装置
１９  相対速度設定値
【図１】
0003543894.tif 000006
【図２】
0003543894.tif 000007
【図３】
0003543894.tif 000008
【図４】
0003543894.tif 000009