(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延機のワークロールのロールバイトの出側にて、該ワークロールの表面を蒸気にて加熱する、圧延機のワークロールのサーマルクラウン制御装置において、
前記ロールバイトの出側であってかつ、前記ワークロールの表面を冷却水にて最初に冷却する領域よりも前記ロールバイトに近い側の領域に、被圧延材の板端に当接する位置を含む前記ワークロールの胴長方向一部の領域である設定領域における入熱が、前記ワークローロールの胴長方向中央部の領域における、前記被圧延材との接触による入熱、前記蒸気により加熱された分による入熱、及び前記冷却水により冷却された分による入熱の合計と等しくなるように、前記設定領域を蒸気にて加熱する加熱装置を設置したことを特徴とするサーマルクラウン制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサーマルクラウン制御装置を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項３】
請求項２に記載の圧延機を用いて、被圧延材を圧延することを特徴とする金属帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマルクラウン制御装置、圧延機及びその圧延機を用いた金属帯の製造方法に関する。製造の対象とする金属帯は帯鋼を主とするが、これに限るものではなく、銅、アルミほかの材質であってもよい。
ちなみに帯鋼は、ＪＩＳ  Ｇ  ３１３１、ＪＩＳ  Ｇ  ３１４１などに規定される通り、一般的に、厚さ０．１０ｍｍ以上１３．０ｍｍ以下、幅が６００ｍｍ以上２３００ｍｍ以下の帯状に長い薄板状の鋼材のことを指すが、平鋼（幅５００ｍｍ以下）なども本発明の適用対象にできる。
なお、本発明は、熱間圧延ラインのほか、冷間圧延ラインにも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
以下、熱間圧延の場合を例にまず説明する。ここで、熱間圧延とは、被圧延金属材料（以下、被圧延材８）を数百〜千数百℃に加熱した後、熱間圧延ライン上に抽出し、一対または複数対のロールで挟圧しつつそのロールを回転させることで、薄く延ばすことをいう。
図１６は、従来から多くある熱間圧延ライン１００の一例を示す。加熱炉１０により数百〜千数百℃に加熱された厚み１５０〜３００ｍｍの金属材料である被圧延材８は、粗圧延機１２、仕上圧延機１８により厚み１〜２５ｍｍまで圧延されて薄く延ばされる。
【０００３】
粗圧延機１２は、図１６に示す熱間圧延ライン１００の場合、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の３基であるが、必ずしも基数はこれに限らない。粗圧延機１２は、往復圧延あるいは一方向圧延あるいは両者により、一般的に合計で６回あるいは７回の粗圧延を行なって、粗圧延後の被圧延材８を、それにつづく仕上圧延機１８に向け供給する。
仕上圧延機１８は、数百〜千数百℃の高温の被圧延材８を複数の圧延機で同時に圧延する熱間タンデム圧延機の形式をとるが、略して単に「仕上圧延機」と称されることが多い。
【０００４】
粗圧延機１２、仕上圧延機１８とも、被圧延材８を挟んで上下から直接圧延するロールのことをワークロール１９と称し、上ワークロールをさらにその上側から支え、圧延反力で上ワークロールが撓むのを抑えるロールと、下ワークロールをさらにその下側から支え、圧延反力で下ワークロールが撓むのを抑えるロールのことを、バックアップロール２０と称する。
【０００５】
このほか、熱間圧延ライン１００には、被圧延材８を幅方向に圧延するためのエッジャーロール１３が、各圧延機の入側に設置されているほか、仕上圧延機１８の各圧延機間を除いて、その他の圧延機間には図示しない多数（例えば、合計で百以上）のテーブルローラが設置されており、被圧延材８を搬送する。
また、被圧延材８には、加熱炉１０での加熱中、あるいは、圧延され薄く延ばされる過程で、その表裏面に酸化物の層（以下、スケール）が生成するため、粗圧延機１２の中の各圧延機の入側と仕上圧延機１８の入側には、ポンプからの供給圧にして１０〜３０ＭＰａ内外の高圧水を被圧延材８の表裏面に吹き付けてスケールを除去するデスケーリング装置１６が設置され、スケールを除去している。
【０００６】
さらに、図１６において、１４はクロップシャーであり、仕上圧延前に被圧延材８の先後端のクロップ（被圧延材８の先後端の、いびつな平面形状の部分）を切断除去し、仕上圧延機１８にスムーズに噛み込みやすい略矩形の平面形状に整形する。
２２は冷却ゾーンであり、仕上圧延後の被圧延材８を水冷する。２３は冷却ゾーンのテーブルローラ群であり、ランナウトテーブルと呼ばれる。２４はコイラーであり、冷却後の被圧延材８を巻き取る。
【０００７】
５０は制御装置、７０はプロセスコンピュータ、９０はビジネスコンピュータである。
１５は仕上入側温度計であり、仕上圧延前の被圧延材８の温度を測定し、仕上圧延機１８に被圧延材８が噛み込む際の、ロール間隙その他の各種の設定（セットアップ）を、プロセスコンピュータ７０内での計算により設定値の決定を行なった結果に基づいて行なうための、その計算の起動の役割と、温度データの制御装置５０とプロセスコンピュータ７０への提供の役割とを兼ねて果たす。
【０００８】
２１は仕上出側温度計を示し、温度データを制御装置５０とプロセスコンピュータ７０に提供する役割を果たす。
粗圧延機１２、仕上圧延機１８では、どの一つの圧延機をとっても、８００〜１２００℃という非常に高温の被圧延材８を圧延するため、図１７に示すように、ワークロール１９は、被圧延材８からの入熱により加熱されて熱膨張する。
【０００９】
このとき、ワークロール１９の被圧延材８よりも外側に相当する部位（いわゆる板道外）Ｂは、被圧延材８と接触しなくて比較的低温であることから、被圧延材８と接触するワークロール１９の胴長方向中央部Ｃのうちの、板道外Ｂに近い板端部Ｃ’の領域から、板道外Ｂに向かって、ワークロール１９の胴長方向に熱が逃げるため、ワークロール１９の胴長方向中央では、熱膨張が大きく、ワークロール１９の胴長方向中央部Ｃのうちの、板道外Ｂに近い板端部Ｃ’の領域では、熱膨張が小さい、という略台形の形状をしたロールプロフィルを形成する（以下サーマルクラウンＤと呼ぶ）。
【００１０】
仕上圧延後の被圧延材８の板厚、それに、形状としては、品質上、均一なもの、平坦なものが求められるが、ワークロール１９の略台形状に突出したサーマルクラウンＤの部分は、ワークロール１９でまさに被圧延材８を圧延する際に、被圧延材８側に転写される結果、図１７中に示すごとく、被圧延材８は、幅中央域では薄く、両幅端部に近づくと厚くなる、という幅方向に不均一な板厚分布をもつに至るとともに、仕上圧延後の被圧延材８の形状は、図１８に示すごとく、幅方向中央部が局部的に長手方向によく伸びる、腹伸びと呼ばれる状態になる。
【００１１】
この腹伸びは、仕上圧延機１８のうちの中間の圧延機で起こった場合でかつ、その程度がひどくなると、搬送方向に一つ下流側の圧延機で圧延した際、図１９（ａ）に示すように、腹伸びした部分が３枚重ねの状態で圧延され、終には図１９（ｂ）に示すように穴があいて、多くの場合、被圧延材８の破断に至る。
サーマルクラウンＤの成長を制御する技術として、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４（特許文献４は出願時未公開）などが提案されている。
【００１２】
特許文献１では、熱間圧延において、図２０（ａ）に示すごとく、圧延機のワークロール１９のロールバイトの出側にて、ワークロール１９の表面を冷却装置４から噴射される冷却水ｗにて冷却するとともに、図２０（ｂ）に示すごとく、ワークロール１９の胴長方向に列設されたバルブＶのうち、一番端からいくつ目までを閉じるか、を被圧延材８の幅に応じて変化させることで、ワークロール１９の表面に噴射する冷却水の流量を、ワークロール１９の胴長方向に変化させるようにして、被圧延材８からの入熱による熱膨張を制御する方法が提案されている。
【００１３】
特許文献２、特許文献３では、それぞれ、図２１、図２２に示すような、ワークロール１９の被圧延材８よりも外側に相当する部位（板道外）Ｂを加熱することによるサーマルクラウンの制御方法が提案されている。
このほか、本出願人らは、先に、特許文献４として、ロールバイトの出側であってかつ、ワークロールの表面を冷却水にて最初に冷却する領域よりもロールバイトに近い側あるいは遠い側の領域に、ワークロールの胴長方向全長について、ワークロールの表面を蒸気にて加熱する加熱装置を設置したサーマルクラウン制御装置を提案した。
【００１４】
【特許文献１】特開昭５８−１３５７０９号公報
【特許文献２】特開平１０−１９２９１７号公報
【特許文献３】特開平１１−２６７７１９号公報
【特許文献４】特願２００５−０７８３８０号（出願時未公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に係る方法においては、実際にサーマルクラウンＤを制御できる量が小さく、均一な板厚で形状の平坦な被圧延材８の製造は困難であるという問題がある。また、サーマルクラウンＤは、元来、被圧延材８からの入熱が大きいのに比し、冷却水による冷却では十分に抜熱しきれないために形成されるものであるから、ワークロール１９の表面に噴射する冷却水の流量をワークロール１９の胴長方向に変化させるようにしたところで、十分な効果が得られないのも、無理はないところがある。
【００１６】
また、特許文献２に係る方法においては、サーマルクラウンＤの制御能力が非常に高く有効な方法であるが、先に図２１に示したごとく、誘導加熱装置による加熱でサーマルクラウンＤを制御する特許文献２では、初期の設備コストが甚大となるという問題がある。
また、特許文献３に係る方法においては、被圧延材８の幅に応じて、列設した誘導加熱装置１０ａの出力をワークロール１９の胴長方向に変化させる必要があるため、制御が複雑かつ高度となるという問題がある。ちなみに、ワイパ５とストリッパ６ならびにそれらにつながるフレーム５ａ、６ａは、図示しない、ワークロール１９の表面に冷却水を噴射する冷却装置から出た冷却水が、被圧延材８上に乗るのを極力抑制するために設置されている。
【００１７】
さらに、特許文献４に係る装置においては、ワークロール１９の胴長方向の全域または板道外全域を蒸気で加熱することにより、初期の設備コストは比較的少額なものの、多量の蒸気を必要とするという問題がある。
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、初期の設備コスト及び維持費が安く、制御も比較的簡単な、サーマルクラウン制御装置、それを用いた圧延機、及びその圧延機を用いた金属帯の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
斯かる目的を達成するための本発明は、以下の通りである。
すなわち、本発明のうち請求項１に係るサーマルクラウン制御装置は、圧延機のワークロールのロールバイトの出側にて、該ワークロールの表面を蒸気にて加熱する、圧延機のワークロールのサーマルクラウン制御装置において、前記ロールバイトの出側であってかつ、前記ワークロールの表面を冷却水にて最初に冷却する領域よりも前記ロールバイトに近い側の領域に、被圧延材の板端に当接する位置を含む前記ワークロールの胴長方向一部の領域である設定領域における入熱が、前記ワークローロールの胴長方向中央部の領域における、前記被圧延材との接触による入熱、前記蒸気により加熱された分による入熱、及び前記冷却水により冷却された分による入熱の合計と等しくなるように、前記設定領域を蒸気にて加熱する加熱装置を設置したことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のうち請求項２に係る圧延機は、請求項１に記載のサーマルクラウン制御装置を備えたことを特徴とする。
さらに、本発明のうち請求項３に係る金属帯の製造方法は、請求項２に記載の圧延機を用いて、被圧延材を圧延することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本願請求項１に係るサーマルクラウン制御装置によれば、初期の設備コスト及び維持費を安くすることが可能となるとともに、比較的簡単に制御を行うことが可能となる。
また、本願請求項２に係る圧延機又は請求項３に係る金属帯の製造方法によれば、板厚が均一で、品質上、好ましい製品を得ることが可能となるとともに、腹伸びにより被圧延材が破断するようなトラブルも抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の第一実施形態に係るサーマルクラウン制御装置及びこれを適用した圧延機を図を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の概略配置図である。図１（ａ）は、サーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。図１（ｂ）は、ワークロールの出側からみた場合のサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の正面図である。
【００２９】
圧延機１は、図１に示すように、搬送方向Ａの向きに搬送されてくる被圧延材８を上下ワークロール１９により圧延するものであり、ワークロール１９の出側において、冷却装置４と、サーマルクラウン制御装置３とを備えてなる。
なお、図１（ａ）中、Ｆで示した、ワークロール１９と被圧延材８が圧延の際に実際に接触している部分のことを、ロールバイトという。また、ロールバイトＦの出側端を基準としたときに、ワークロール１９の回転方向Ａ’にみた角度をθとする。
【００３０】
冷却装置４は、冷却水ｗを噴射してワークロール１９の表面を冷却する。なお、冷却装置４は、ワークロール１９の回転方向Ａ’にみた場合のロールバイトＦの出側だけでなく、入側や回転方向Ａ’にみた場合のその他の位置に設置してもよい。
また、圧延機１のワークロール１９の出側においては、冷却装置４からワークロール１９の表面に噴射された冷却水ｗが、被圧延材８上に乗るのを極力抑制するために、ワイパ５及びストリッパ６並びにそれらにつながるフレーム５ａ、６ａが設置されている。
【００３１】
本実施形態では、サーマルクラウン制御装置３は、ロールバイトＦの出側であってかつ、ワークロール１９の表面を冷却水にて最初に冷却する領域ＧよりもロールバイトＦに近い側の領域であって、ストリッパ６ならびにそれにつながるフレーム６ａよりもロールバイトＦからみて出側寄りに設置されている。
そして、サーマルクラウン制御装置３は、図１（ｂ）に示すように、被圧延材８の板端を含むワークロール１９の胴長方向一部の領域の表面を蒸気にて加熱し、好ましくは、被圧延材８の板端を中心としてワークロール１９の胴長方向に中心振分１００ｍｍ以内の領域、あるいは当該被圧延材８の板端を起点としてワークロール１９の胴長方向内側に１００ｍｍ以内の領域から次回の被圧延材８の板端を起点としてワークロール１９の胴長方向外側に１００ｍｍ以内の領域までの領域について、その表面を蒸気にて加熱するように設置される。
【００３２】
被圧延材８の板幅はそれぞれ異なる場合の方が多いため、当該の被圧延材８の板端を起点としてワークロール１９の胴長方向内側に１００ｍｍ以内の領域から次回の被圧延材８の板端を起点としてワークロール１９の胴長方向外側に１００ｍｍ以内の領域までの領域について、その表面を蒸気にて加熱するものであるところ、各種の被圧延材８の板幅の違いに伴う板端の位置の変動に追随して、ワークロール１９の胴長方向一部の領域の表面を蒸気にて加熱する本発明のサーマルクラウン制御装置３も設置する必要があるが、その方法は問われない。例えば、被圧延材８の板幅に応じて移動する構造としても良いし、一定間隔で区切られた各室において蒸気噴射口を設置し、被圧延材８の板幅に応じて各蒸気噴射バルブの開閉を行う構造としても良い。
【００３３】
次に、本発明の第二実施形態に係るサーマルクラウン制御装置及びこれを適用した圧延機について図を参照して説明する。
図２は、本発明の第二実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
本発明の第二実施形態に係るサーマルクラウン制御装置１は、図２に示すように、ワークロール１９の表面を冷却水ｗにて最初に冷却する領域Ｇと、サーマルクラウン制御装置３との間に、別なストリッパ６ｂとそれにつながるフレーム６ｃを介挿し、冷却水ｗが、サーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気がワークロール１９の表面に当るのを、極力妨げないようにしている。
【００３４】
さらに、本発明の第三実施形態に係るサーマルクラウン制御装置及びこれを適用した圧延機について図を参照して説明する。
図３は、本発明の第三実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
本発明の第三実施形態に係るサーマルクラウン制御装置１は、図３に示すように、ストリッパ６のかわりに、フレーム６ａの先端に、サーマルクラウン制御装置３が設置されている。
【００３５】
さらに、本発明の第四実施形態に係るサーマルクラウン制御装置及びこれを適用した圧延機について図を参照して説明する。
図４は、本発明の第四実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
本発明の第四実施形態に係るサーマルクラウン制御装置１は、図４に示すように、被圧延材８の先端が反って衝突した場合でも破損しない強度を確保した上で、サーマルクラウン制御装置３が、ロールバイトＦの出側であってかつ、ストリッパ６ならびにそれにつながるフレーム６ａよりもロールバイトＦ寄りに設置されている。
【００３６】
さらに、本発明の第五実施形態に係るサーマルクラウン制御装置及びこれを適用した圧延機について図を参照して説明する。
図５は、本発明の第五実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
本発明の第五実施形態に係るサーマルクラウン制御装置１は、図５に示すように、ワークロール１９の表面を冷却水ｗにて最初に冷却する領域ＧよりもロールバイトＦから遠い側の領域に、サーマルクラウン制御装置３が設置されている。その場合は、冷却装置４は、ワークロール１９の回転方向Ａ’にみた場合のロールバイトＦの出側だけでなく、入側や回転方向Ａ’にみた場合のその他の位置にも設置される。一般的にワークロール１９の入側には被圧延材８をセンターリングする装置であるサイドガイド２が配置される。このサイドガイド２は被圧延材８の板幅に応じて開閉し、被圧延材８との相対位置は変化しない。そのため、サーマルクラウン制御装置３をサイドガイド２に配置することにより、駆動装置を追加することなく、安価にサーマルクラウン制御装置３を設置することが可能となる。
【００３７】
以上、本発明の第一実施形態から第五実施形態に係るサーマルクラウン制御装置３及びこれを適用した圧延機１の構成について説明したが、かかるサーマルクラウン制御装置３及びこれを適用した圧延機１によれば比較的容易な制御でサーマルクラウンＤを制御することが可能であり、かつ設備を安価に維持することが可能となる。そこで、以下に、上記サーマルクラウン制御装置３及びこれを適用した圧延機１の制御方法について説明する。
【００３８】
まず初めに、蒸気加熱により比較的容易にサーマルクラウンＤを制御可能な原理について説明する。簡便のため、まず、ワークロール１９の胴長方向の全域を蒸気で加熱した場合を例に挙げて以下説明する。
図１〜５において、サーマルクラウン制御装置３は、ワークロール１９で被圧延材８を実際に圧延している、ロールバイトＦの出側であってかつ、ワークロール１９の表面を、冷却装置４から噴射される冷却水ｗにて最初に冷却する領域ＧよりもロールバイトＦに近い側または遠い側の領域に設置されている。このときのワークロール１９の胴長方向の加熱・冷却範囲は、被圧延材８と同一幅の領域を冷却装置４にて冷却し、かつサーマルクラウン制御装置３で胴長方向全域を加熱する。
【００３９】
被圧延材８との接触によるワークロール１９の表面の加熱、冷却装置４から噴射される冷却水ｗによるワークロール１９の表面の冷却、それぞれにおける伝熱による熱流束は、ワークロール１９の胴長方向単位長さあたり、下記（１）式で示される。
ｑ＝∫Hα（Ｔ−ＴR）  ・・・・・（１）
ここで、ｑはワークロール１９の胴長方向単位長さあたりの伝熱による熱流束、Ｈは被圧延材８との接触や、冷却水ｗによる冷却により、ワークロール１９の表面が加熱されたり冷却されたりする際の、ワークロール１９の回転方向の、加熱、冷却範囲の長さ、αは熱伝達係数、Ｔは被圧延材８の表面または冷却水あるいはサーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気の温度、ＴRはワークロール１９の表面の温度である。
【００４０】
ワークロール１９への伝熱による熱流束は、被圧延材８との接触による入熱ｑ1、サーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気により加熱される分の入熱ｑ2、冷却装置４により冷却される分の入熱ｑ3の合計となる。
被圧延材８の胴長方向中央部Ｃに相当するワークロール１９の位置の入熱をｑaとすると、ｑaは下記（２）式で示される。
ｑa＝ｑ1a＋ｑ2a＋ｑ3a  ・・・・・（２）
【００４１】
圧延すべき最大幅の被圧延材８と接触する領域よりも、ワークロール１９の胴長方向にみて、さらに外側すなわち胴長端寄りの領域（板道外Ｂ）におけるある位置の入熱をｑbとすると、ｑbは下記（３）式で示される。
ｑb＝ｑ2b  ・・・・・（３）
サーマルクラウンＤは、被圧延材８の胴長方向中央部Ｃおよび板道外Ｂにおけるワークロールの入熱を同じにすれば、理論上、ゼロにできる。この条件から（２）式、（３）式より、下記（４）式が示される。
ｑ1a＋ｑ2a＋ｑ3a＝ｑ2b  ・・・・・（４）
【００４２】
そして、（４）式を満たすようにに、ｑ1a、ｑ2a、ｑ3a、ｑ2bを決めることにより、サーマルクラウンＤを制御することが可能となる。
実際には、ｑ1a、ｑ3aは、ワークロール１９の材質や寸法、それに回転速度や、被圧延材８の圧延時の温度や圧下率から決まるロールバイトＦの回転方向長さ（いわゆる接触弧長）などの操業条件が、個々の被圧延材８ごとに異なるとともに、冷却装置４の寸法や冷却能力も、冷却水の温度により変動するが、それらの代表値や平均値に固定して考え、本発明のサーマルクラウン制御装置３の仕様を決めても実用上差し支えない。
いずれにせよ、それら代表値あるいは平均値によりｑ1a、ｑ3aは決定されるので、ｑ2a、ｑ2bを決定するサーマルクラウン制御装置３の仕様は、Ｇのワークロール１９の回転方向の長さＬ、熱伝達係数α、サーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気の温度Ｔを調整することにより行われる。
【００４３】
しかしながら、ここで、図１〜図５に示した本発明の各種の実施形態のいずれの場合も、被圧延材８と接触する、胴長方向中央部Ｃに該当するワークロール１９上の位置では、被圧延材８との接触により加熱される分と、加熱された後に、ほどなく、冷却装置４で冷却される分とが熱流束の大半を占めるため、ワークロール１９の表面温度は６０℃内外でサチュレートし、その結果として、同程度（といっても数十度の違いはありえるが）の温度の蒸気がサーマルクラウン制御装置３から噴射されても、被圧延材８と接触する胴長方向位置に該当するワークロール１９上の位置では、それによる影響はほとんど受けず、結局のところ、蒸気によって加熱も冷却もほとんどされない。すなわち、蒸気の温度が多少高くて加熱され昇温する分が多少大きいとしても、次に冷却装置４から噴射される冷却水ｗとの温度差も大きく、冷却され降温する分も大きくなるため、蒸気とワークロール１９の表面との温度差の実用上の誤差である数十度程度の誤差によっては、さほど影響を受けないのである。
【００４４】
そのため、サーマルクラウン制御装置３がないとした場合に、被圧延材８と接触する胴長方向位置に該当するワークロール１９上の位置にて、下記（５）式のごとく、入熱ｑa≒（ｑ1a＋ｑ3a）と近似して考え、それがｑ2bと等しくなるように、サーマルクラウン制御装置３の仕様を調整すればよい。
ｑ1a＋ｑ3a＝ｑ2b  ・・・・・（５）
【００４５】
図６は、本発明を適用した場合の、ワークロール１９の表面の温度履歴の概要を示した図である。なお、図６においては、横軸にθをとり、実線はワークロール１９の胴長方向中央部Ｃ、破線は板道外Ｂのある位置の温度履歴を示している。
そして、サーマルクラウン制御装置３によれば、図６に示すように、ワークロール１９において、胴長方向中央部Ｃの表面温度と板道外Ｂのある位置の表面温度とが、ほぼ同じ温度に漸近しているのが分かる。
【００４６】
次に、圧延機１において、維持費を抑止するために蒸気による加熱を胴長方向で狭くしても問題ないことを示すため、初めにある板幅の被圧延材８を圧延する場合を考える。
図７（ａ）は、ワークロールにおいて、被圧延材の板幅と同一幅を冷却装置で冷却した場合を模式的に示す図である。図７（ｂ）は、ワークロールにおいて、被圧延材の板幅と同一幅を冷却装置で冷却し、かつサーマルクラウン制御装置で胴長方向の全域を蒸気加熱した場合を模式的に示す図である。
ワークロール１９において、被圧延材８の板幅と同一幅を冷却装置４で冷却した場合、図７（ａ）に示すように、板端部Ｃ´は胴長方向中央部Ｃに比べて被圧延材８の温度が低いこと、および板道外Ｂの温度が低く、胴長方向に熱が逃げてしまうために、熱膨張は胴長方向中央部Ｃに比べて小さい。そのため、圧延した際に被圧延材８にサーマルクラウンＤの形状が転写されることにより板厚が不均一となる。
【００４７】
次に、ワークロール１９において、被圧延材８の板幅と同一幅を冷却装置４で冷却し、かつサーマルクラウン制御装置３で胴長方向の全域を加熱した場合、図７（ｂ）に示すように、板端部Ｃ´を加熱すること、および板道外Ｂを加熱して板端部Ｃ´から板道外Ｂに逃げる熱を小さくすることにより、熱膨張は胴長方向中央部Ｃと板端部Ｃ´とで大きな差が発生しなくなる。
【００４８】
ここで、ワークロール１９においては、図７（ｂ）の板道外Ｂは板端部Ｃ´から熱を逃がさないことが重要であり、それが実現できれば、胴長方向全域を加熱する必要まではない。また、胴長方向中央部Ｃも全域を加熱する必要まではなく、板端部Ｃ´またはその周辺のある程度の幅を加熱できていればよい。つまり、ワークロール１９においては、被圧延材８の板端部Ｃ´のある領域さえ加熱してやれば、板厚が不均一になることなく圧延可能であり、これが、本発明の発想のポイントである。
【００４９】
図８は、サーマルクラウン制御装置による加熱幅を変更した場合における、ワークロールの胴長方向のサーマルクラウン分布を示す図である。
図８に示すように、被圧延材８の板端を中心としてワークロール１９の胴長方向に中心振分５０ｍｍ以内の領域を加熱した場合も、後述の実施例において図１４中の比較例として示した、蒸気による加熱を一切行わないものと比べれば、相当にサーマルクラウンＤを均一に近づける効果があるものの、被圧延材８の板端を中心としてワークロール１９の胴長方向に中心振分１００ｍｍ以内の領域を加熱すれば、事実上、全く板厚が不均一となることなく圧延可能になるため、なかでも好ましいことが分かった。
【００５０】
次に、上述の被圧延材８の板端を中心としてワークロール１９の胴長方向に中心振分１００ｍｍ以内の領域を加熱するサーマルクラウン制御装置３を使用し、板幅の異なる２本の被圧延材８を圧延する場合を考える。
図９（ａ）は、サーマルクラウン制御装置を使用し、板幅の異なる２本の被圧延材を圧延する場合において、1本目よりも２本目の被圧延材の板幅が狭い場合を示す図である。図９（ｂ）は、サーマルクラウン制御装置を使用し、板幅の異なる２本の被圧延材を圧延する場合において、1本目よりも２本目の被圧延材の板幅が広い場合を示す図である。ここで、２本目として示したものは、１本目を圧延後に２本目を圧延したときに重ね合わせてできるサーマルクラウンＤのようすである。図１０は、サーマルクラウン制御装置により、１本目の被圧延材の板端を起点として１００ｍｍ内側までの領域から２本目の圧延材の板端を起点として１００ｍｍ外側までの領域をカバーする領域を蒸気で加熱する場合を示す図である。
【００５１】
サーマルクラウン制御装置３を使用し、板幅の異なる２本の被圧延材８を圧延する場合において、1本目よりも２本目の被圧延材８の板幅が狭い場合、図９（ａ）に示すように、１本目の圧延により形成されるサーマルクラウンＤの胴長方向の幅は２本目の被圧延材８の板幅よりも広いため、２本目を圧延後、サーマルクラウンＤは、その絶対値は大きくなるものの、２本目も１本目と同様に胴長方向中央部Ｃおよび板端部Ｃ´ではほぼ均一の大きさとなり、わずかに２本目の被圧延材８の最幅端部にかかる領域にやや均一から変動する部分Ｄ´がかかるにすぎない。このため、２本目の被圧延材８には、実害が生じる程度の板厚の不均一な部分は発生せず、品質上何ら問題は生じない。
【００５２】
一方、サーマルクラウン制御装置３を使用し、板幅の異なる２本の被圧延材８を圧延する場合において、１本目よりも２本目の被圧延材８の板幅が広い場合、図９（ｂ）に示すように、１本目の圧延により形成されるサーマルクラウンＤの胴長方向の幅は２本目の被圧延材８の板幅よりも狭いため、１本目の圧延により形成されたサーマルクラウンＤが、２本目の被圧延材８の板幅中央域に集中して転写され、１本目の板道外Ｂであってかつ２本目の胴長方向中央部Ｃに略相当する部分に板厚が不均一の部分ができ、品質上問題となる。
【００５３】
このため、サーマルクラウン制御装置３により、当該（１本目）の被圧延材８の板端を起点として１００ｍｍ内側までの領域から次回（２本目）の被圧延材８の板端を起点として１００ｍｍ外側までの領域をカバーする領域を蒸気で加熱することで、図１０に示すように、１本目の圧延により形成されるサーマルクラウンＤの胴長方向の幅は、蒸気での加熱により、２本目の被圧延材８の板幅よりも広くなるため、図９（ｂ）における問題は解消され、２本目を圧延後、サーマルクラウンＤは、２本目も１本目と同様に胴長方向中央部Ｃおよび板端部Ｃ´でほぼ均一の大きさとなる。
【００５４】
本発明に係るサーマルクラウン制御装置３を適用する場合には、板厚および圧延スケジュールに合わせ、上述の内容を鑑みて装置を設計する必要があり、以下にその例を示す。
図１１は、ある圧延スケジュールでの圧延順の被圧延材の板幅の分布を示す図である。
熱間圧延では、被圧延材８へのサーマルクラウンＤの転写を考慮し、図１１に示すような圧延スケジュールを組むのが一般的である。圧延スケジュールとは、ここでは、あるワークロール１９で圧延される被圧延材郡の圧延順板幅構成を意味するものであり、Ｍの領域には、ワークロール１９を研磨したてのものに交換してまもなく、被圧延材８からの入熱によるサーマルクラウンＤの変動が大きいため、従来は、板厚が不均一になりにくい、または不均一になっても品質上問題のない被圧延材８が充当され、圧延されていた。この領域Ｍは領域Ｎの準備段階であり、被圧延材８の板幅は基本的に圧延が進むごとに広くなっていく。領域Ｎでは、領域Ｍで被圧延材８からの入熱によりある程度のサーマルクラウンＤが形成されはするものの、その変動が小さい領域である。板厚が不均一になると品質上問題が発生する被圧延材８については、この領域Ｎで圧延される。領域Ｎでは、被圧延材８の板幅は基本的に圧延が進むごとに狭くなっていく。
【００５５】
一般的に板厚が不均一になると品質上の問題が発生する被圧延材８は図１１の領域Ｎで圧延されるため、図９（ａ）に示す場合に相当する。このときのサーマルクラウン制御装置３で必要な加熱領域は、被圧延材８の板端を中心としてワークロール１９の胴長方向に中心振分１００ｍｍ以内の領域で十分である。
しかしながら、図１１の領域Ｍの場合にも、板厚が不均一になると品質上問題のある被圧延材８を充当したいという技術的な要求は強く、その場合は、上述の通り、図１０でも示したように、当該（１本目）の被圧延材８の板端を起点として１００ｍｍ内側までの領域から次回（２本目）の被圧延材８の板端を起点として１００ｍｍ外側までの領域を加熱することが可能な装置とすれば十分であるため、そのような領域をカバーするワークロール１９の胴長方向寸法をもった装置が必要となる。
【００５６】
一般的には、被圧延材８の板幅は急激に変動することはなく、当該（１本目）の被圧延材８と次回（２本目）の被圧延材８とで、３００ｍｍ内外の変動にとどまるが、操業上許容される最大板幅差に、当該（１本目）の被圧延材８の板端を起点として１００ｍｍ内側までと、次回（２本目）の被圧延材８の板端を起点として１００ｍｍ外側まで、の合計２００ｍｍを加算した、ワークロール１９の胴長方向寸法をもった装置とすればよい。
【００５７】
このため、本発明に係るサーマルクラウン制御装置３は、第一義的には、そのような装置を一体のものとして固定設置し、そこに蒸気の配管を接続して、ワークロール１９の表面に向けて蒸気の噴射をオンオフできるようにするのが好ましい。
しかしながら、当該（１本目）の被圧延材８と次回（２本目）の被圧延材８とで、操業上許容されている最大板幅差を生じるようなケースは、実操業上、さほど多くはない。そこで、サーマルクラウン制御装置３を、ワークロール１９の胴長方向にいくつかに分け、個々に蒸気の噴射をオンオフできるように構成してもよい。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の実施例を説明する。図１２は、蒸気の流量密度と熱伝達係数との関係を示す図である。図１３は、蒸気の流量密度と飽和蒸気温度との関係を示す図である。図１４は、本発明を適用した場合（実施例）、特許文献４に係る発明を適用した場合およびサーマルクラウン制御装置を使用しなかった場合（比較例）のサーマルクラウンの変化のようすを示した図である。なお、蒸気の流量密度は、ワークロール１９の回転方向１５０ｍｍ、胴長方向１００ｍｍ当りの蒸気流量を示している。
蒸気によるワークロール１９の加熱は、蒸気がワークロール１９に接触したときに、蒸気の潜熱が熱流束となってワークロール１９側に伝熱するものであるが、この伝熱による熱流束が、前述の（５）式で表される関係を満たすように、サーマルクラウン制御装置３の仕様を決定すればよい。
【００５９】
胴長方向中央部Ｃに該当するワークロール１９上の位置で、被圧延材８との接触により加熱される分ｑ1aと、加熱された後に、ほどなく、冷却装置４で冷却される分ｑ3aと、の合計分ｑ1a＋ｑ3aは、上述の、ワークロール１９の材質や寸法それに回転速度や、被圧延材８の圧延時の温度や圧下率から決まるロールバイトＦの回転方向長さ（いわゆる接触弧長）などの操業条件、あるいは、冷却水ｗの温度を、それぞれ代表値あるいは平均値に固定して考えると、計算により求められる（その計算の過程は非常に煩雑であるため省略する）が、平均値に固定した場合で、１０本の被圧延材８を熱間圧延後にワークロール１９の表面温度を測定したときに、経験的に６０℃、という条件とあわせると、被圧延材８との接触により加熱される分ｑ1aと、加熱された後に、ほどなく、冷却装置４で冷却される分ｑ3aと、は、両者をトータルして平均化してみた場合に、熱伝達係数に換算して、大体、５００００ｋｃａｌ／ｍ2Ｈｒ℃（５８．３Ｗ／ｍ2℃）であることがわかった。
【００６０】
ここで、サーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気によって、ワークロール１９の表面が加熱される際の熱伝達係数であるが、これは、実験により求める。図５に示した実施の形態の場合における実験結果を示したのが、上述の図１２、図１３である。
サーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気によって、ワークロール１９の表面が加熱される際の熱伝達係数を５００００ｋｃａｌ／ｍ2Ｈｒ℃（５８．３Ｗ／ｍ2℃）とするためには、サーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気により、ワークロール１９の表面が加熱される際の、ワークロール１９の回転方向の、加熱範囲の長さＨを、１５０ｍｍと仮に設定した場合、本実験結果より、蒸気の流量密度は、４０ｋｇ／Ｈｒ／（１５０ｍｍ×１００ｍｍ）とするとちょうどよく、また、そうするためには、飽和蒸気温度Ｔを、１０５℃とするとちょうどよいことになる。これらの値は、帯鋼の熱間圧延ライン１００などでごく通常用いられている蒸気の仕様に近い。ところで、最初に仮にＨを１５０ｍｍと設定したのは図５中に図示していない他の機器との取り合い上、最大でそれだけしか設置スペースがとれなかったためである。
【００６１】
本発明のサーマルクラウン制御装置を、図１６に示した熱間圧延ライン１００での実操業に適用し、幅１２００ｍｍ、仕上圧延後の被圧延材８の厚み１．２ｍｍ、の被圧延材を１本圧延した場合（実施例）、特許文献４に係る発明を適用した場合、および同条件で本発明のサーマルクラウン制御装置３を適用しなかった場合（比較例）、それぞれについて、圧延直後にワークロール１９を圧延機から抜き出し、サーマルクラウンＤの高さを測定した結果が、上述の図１４である。図から明らかなように、本発明のサーマルクラウン制御装置３を適用しなかった場合の比較例に対し、本発明のサーマルクラウン制御装置３を適用した実施例では、大幅にサーマルクラウンＤが低減していることが分かる。さらに、本発明のサーマルクラウン制御装置３を適用した実施例では、特許文献４のものに比べて２０％の蒸気量しか使用していないにも関わらず、特許文献４のものと同等にサーマルクラウンＤを低減していることが分かる。
【００６２】
以上の通りであるが、本発明は、以上述べた実施の形態に限るものではない。例えば、サーマルクラウン制御装置３から噴射される蒸気の仕様は、上記説明中の温度や流量密度の値に一意に決まるものではなく、ワークロール１９の材質、寸法、回転速度、被圧延材８の圧延時の温度、接触弧長などの操業条件、冷却水ｗの温度などの代表値あるいは平均値から決まる、ワークロール１９が被圧延材８との接触により加熱される分ｑ1aと、加熱された後に、ほどなく、冷却装置４で冷却される分ｑ3aと、の両者をトータルして平均化してみた場合の、換算熱伝達係数に達すれば、いかようにも調整でき、その意味からすると、ワークロール１９の回転方向の、加熱範囲の長さＨも、必ずしも１５０ｍｍとする必要はなく、適宜に調整しうる。
【００６３】
もちろん、サーマルクラウン制御装置３の実施の形態も、図１のものに限る必要はなく、図２〜５のものはもちろんであるが、本発明の第一義的な要件、すなわち、被圧延材８の板端を含むワークロール１９の胴長方向一部の領域の表面を蒸気にて加熱するもの、そして、当該の被圧延材８の板端と次回の被圧延材８の板端を含むワークロール１９の胴長方向一部の領域の表面を蒸気にて加熱するものであればいかなるものでもよい。
【００６４】
また、本発明のサーマルクラウン制御装置３は、熱間圧延ラインの仕上圧延機だけでなく、粗圧延機に適用したとしても、何らこれを妨げる理由はなく、また、熱間圧延ラインのみならず、図１５に示すような、冷間圧延ライン２００に設置したとしても、何らこれを妨げる理由はない（冷間圧延に伴う加工発熱によりワークロール表面がやはり５０〜６０℃内外に昇温することが知られている）。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第一実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の概略配置図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
【図４】本発明の第四実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
【図５】本発明の第五実施形態に係るサーマルクラウン制御装置を適用した圧延機の側面図である。
【図６】本発明を適用した場合の、ワークロール１９の表面の温度履歴の概要を示した図である。
【図７】サーマルクラウン制御装置の効果の検証を示す図である。
【図８】サーマルクラウン制御装置による加熱幅を変更した場合における、ワークロールの胴長方向のサーマルクラウン分布を示す図である。
【図９】サーマルクラウン制御装置を使用し、板幅の異なる２本の被圧延材を圧延する場合の効果の検証を示す図である。
【図１０】サーマルクラウン制御装置により、１本目の被圧延材の板端を起点として１００ｍｍ内側までの領域から２本目の被圧延材の板端を起点として１００ｍｍ外側までの領域をカバーする領域を蒸気で加熱する場合を示す図である。
【図１１】ある圧延スケジュールでの圧延順の被圧延材の板幅の分布を示す図である。
【図１２】蒸気の流量密度と熱伝達係数との関係を示す図である。
【図１３】蒸気の流量密度と飽和蒸気温度との関係を示す図である。
【図１４】本発明を適用した場合（実施例）、特許文献４に係る発明を適用した場合（特許文献４）およびサーマルクラウン制御装置を使用しなかった場合（比較例）のサーマルクラウンの変化のようすを示した図である。
【図１５】冷間圧延ラインの一例を示す概略構成図である。
【図１６】熱間圧延ラインの一例を示す概略構成図である。
【図１７】サーマルクラウンのようすを示す図である。
【図１８】腹延びのようすを示す図である。
【図１９】腹延びにより被圧延材に穴があくようすを示す図である。
【図２０】特許文献１に係る圧延機の概略構成図である。
【図２１】特許文献２に係る圧延機の概略構成図である。
【図２２】特許文献３に係る圧延機の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  圧延機
２  サイドガイド
３  サーマルクラウン制御装置
４  冷却装置
５  ワイパ
５ａ  フレーム
６、６ｂ  ストリッパ
６ａ、６ｃ  フレーム
８  被圧延材
９  幅プレス
１０  加熱炉
１２  粗圧延機
１３  エッジャーロール
１４  クロップシャー
１５  仕上入側温度計
１６  デスケーリング装置
１８  仕上圧延機
１９  ワークロール
２０  バックアップロール
２１  仕上出側温度計
２２  冷却ゾーン
２３  ランナウトテーブル
２４  コイラー
２５  コイラー入側幅計
２６  巻出リール
２７  接合機
２８  ループ設備
２９  切断機
３０  巻取リール
５０  制御装置
７０  プロセスコンピュータ
９０  ビジネスコンピュータ
１００  熱間圧延ライン
２００  冷間圧延ライン
Ａ  搬送方向
Ａ’  ワークロールの回転方向
Ｂ  板道外
Ｃ  ワークロールの胴長方向中央部
Ｃ’  ワークロールの板端部
Ｄ  サーマルクラウン
Ｅ  蒸気加熱装置の開口部
Ｆ  ロールバイト
Ｇ  ワークロールの表面を冷却水にて最初に冷却する領域
Ｈ  加熱範囲の長さ
Ｌ  Ｇのワークロールの回転方向の長さ
Ｍ  被圧延材の板幅が広くなる領域
Ｎ  被圧延材の板幅が狭くなる領域
Ｖ  バルブ
θ  ロールバイトの出側端を基準としたときに、ワークロールの回転方向Ａ’にみた角度
【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】
0004760403.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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