(57)【要約】【要  約】【課  題】  本発明は、熱間仕上ミルの仕上ミルスタンドから抜き出したワークロールを、温間のままロールショップにおいてロール研削して形状矯正し、再度仕上ミルスタンドに投入して圧延を行うに際しての熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向温度分布計算方法に関する。【解決手段】  抜き出し時刻（ｔ0）でのワークロールの軸方向温度分布（θm（ｔ0,ｘ））と、ロール研削完了時刻（ｔ0＋Δｔ）でのワークロールの軸方向中央の表面温度（θce）に基づいてロール研削完了時刻（ｔ0＋Δｔ）におけるワークロールの軸方向温度分布（θm（ｔ0＋Δｔ,ｘ））の計算を行う。【選択図】    図１
2005279690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間仕上ミルの仕上ミルスタンドから抜き出したワークロールを、温間のままロールショップにおいてロール研削して形状矯正するに際しての熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向の半径方向平均温度分布計算方法であって、
ロール研削完了時刻（ｔ0＋Δｔ）でのワークロールの軸方向中央の表面温度（θce（℃））に基づいて前記ロール研削完了時刻（ｔ0＋Δｔ）におけるワークロールの軸方向温度分布（θm（ｔ0＋Δｔ,ｘ）（℃））の計算を行うことを特徴とする熱間仕上ミル用ワークロールの温度分布計算方法。
ここに、ｔ0：抜出時刻（時間）
Δｔ：抜出時刻から研削完了時刻までの経過時間（時間）
ｘ：軸方向の位置（mm）
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱延鋼帯等の金属材を熱間圧延する、熱間仕上ミルの仕上ミルスタンドから抜き出したワークロールを、温間のままロールショップにおいてグラインダで研削して形状矯正し、再度仕上ミルスタンドに投入して圧延を行うに際しての熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向温度分布計算方法、具体的には半径方向平均温度分布計算方法に関する。
【０００２】
なお、以下では、熱間圧延の対象材として代表的な金属材である熱延鋼帯を例示して説明する。ただし、これに限定するものではない。
【背景技術】
【０００３】
まず、図１に基づき、熱延鋼帯１を圧延する熱間仕上ミルと圧延に使用するワークロール６の形状矯正を行うロールショップについて例示して説明する。
【０００４】
熱間仕上ミルでは、熱延鋼帯１が粗ミル２と仕上ミル３の複数のミルスタンドで連続的に圧延され、最終的にコイラ７でコイルに巻き取られる。ここで、仕上ミル３は、熱延鋼帯１の板幅方向および圧延方向の板厚精度や板形状を最終的に仕上ることから、各仕上ミルスタンド４において熱延鋼帯１に直接当接して圧延を行うワークロール６を頻繁に形状矯正することが必要となる。なお、５は、多段式圧延スタンドである仕上ミルスタンド４のバックアップロールである。
【０００５】
ワークロール６は、熱間仕上ミルの圧延スケジュールに従い、各仕上ミルスタンド４から抜き出されて組替台車８に載荷され、所要の組替えが行われる。
【０００６】
一方、抜き出されたワークロール６は、ロールショップ側の横行台車11に移載されてロール格納庫12に格納される。そして、ロールショップにおけるスケジュールに従ってロールグラインダ13での研削が行われる。
【０００７】
ところで、熱間仕上ミルでは、熱間仕上ミルプロセスコンピューターが熱間仕上ミルを制御しており、板厚制御や形状制御等がリアルタイムでダイナミックに行われている。それらの制御のうち、仕上ミル３に対する制御では、制御パラメータの１つとしてワークロールの軸方向の熱膨張量分布が板クラウン制御計算機により精密に予測計算されている。また、個々のワークロールの履歴がトラッキングされている。
【０００８】
一方、ロールショップにおいても、ロールショッププロセスコンピューターによって同様のトラッキング管理が実施されており、熱間仕上ミルプロセスコンピューターとロールショッププロセスコンピューターの間では、ワークロールの受け渡しに際して所要のデータ交換が実施されている。なお、熱間仕上ミルとロールショップを１台のプロセスコンピューターで一元的に管理する場合もある。
【０００９】
ロールショップにおいて、ロールグラインダでワークロールの研削を行う場合、狙いどおりの形状に精度良く仕上るためには、ワークロールの軸方向に温度分布のない一様な状態で研削加工することが必要である。もし、温度分布が残っていると、その温度分布に由来する熱歪により研削形状が変化してしまう。
【００１０】
そのため、従来は、圧延後のワークロールを一旦ロール格納庫12に格納し、周囲温度と同じ温度に冷却してからグラインダで研削処理するのが一般的である。
【００１１】
一方、保有ロール数の削減、ロールショップ稼働率向上等の観点から、ワークロールが完全に冷え切らない状態でロールショップにて研削を行いミルに再投入する温間研削を行うような操業も増えてきており、ミルへの再投入時点で少なからず熱膨張量分布を有したままの状態となる場合が発生するようになってきた。
【００１２】
このような操業を行う場合、ミル投入時点での熱膨張量の軸方向分布がないと仮定して圧延操業を行うと、投入直後に圧延する被圧延材の板厚精度や板クラウンなどのプロフィール精度の点で大きな問題が生じることになる。また、被圧延材に生じる形状不良などのために通板性にも大きく影響し、最悪の場合、通板事故によるライン停止にも繋がることになる。そのため、ミル投入直後からミル抜出時点まで、ワークロールの軸方向温度分布（熱膨張量分布）の高精度な計算が常に行われている。
【００１３】
ところで、特許文献１では、ワークロール（特許文献１では、圧延ロールと称している。）に熱膨張量の分布が残った状態であっても、所期の狙い形状どおりに精度よく研削加工が行えるようにするため、板クラウン制御計算機により計算された圧延終了時のロールの軸方向温度分布を利用して温間研削時におけるロールの軸方向温度分布を算出し、研削時の温度における熱膨張量を補正して研削を行うとする技術が開示されている。
【００１４】
しかしながら、特許文献１に記載の方法でワークロールの研削を行ったとしても、研削後のワークロールには熱膨張量の分布が残ったままの状態となっている。そのため、研削したワークロールを仕上ミルスタンドへ再投入するまでロール格納庫に格納して保管した場合、保管中に残余の温度分布による更なる形状変化を生じることになるが、特許文献１は、そのことについて一切考慮されていない。
【特許文献１】特開平6-328347号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記したように従来はミル再投入時のワークロールの熱膨張量分布を計算する技術は無かったのである。本発明者はロール研削終了時刻のワークロールの温度分布が得られれば、従来の設備環境を用いながら容易にミル再投入時のワークロールの温度分布を計算出来、熱膨張量分布も計算出来ることに着目し、鋭意研究を重ねてロール研削終了時刻のワークロールの温度分布を計算する方法を完成させたのである。
【００１６】
本発明の課題は、温間研削によるロール研削終了時刻でワークロールの温度分布を提供することである。なお、以下では特に断わり無い限り、ロール研削は温間研削によるロール研削を指す。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、熱間仕上ミルの仕上ミルスタンドから抜き出したワークロールを、温間のままロールショップにおいてロール研削して形状矯正するに際しての熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向温度分布計算方法であって、ロール研削完了時刻（ｔ0＋Δｔ）でのワークロールの軸方向中央の表面温度（θce）に基づいて前記ロール研削完了時刻（ｔ0＋Δｔ）におけるワークロールの軸方向温度分布（θm（ｔ0＋Δｔ,ｘ））の計算を行うことを特徴とする熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向温度分布計算方法である。
【００１８】
なお、θce及びθmの単位は℃、ｔ0及びΔｔの単位は時間（ｈ）、ｘの単位はmmである。
【００１９】
ここに、ｔ0：抜出時刻（時間）
Δｔ：抜出時刻から研削完了時刻までの経過時間（時間）
ｘ：軸方向の位置（mm）
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、ロールショップにおけるロール研削完了時刻のワークロール温度分布を計算出来るので、ミルへ再投入する際の高精度な温度分布、さらに熱膨張量分布を高精度に計算することを可能とする。その結果、本発明によって、仕上ミル圧延における板厚精度を、圧延再開後の1本目から高精度に維持することが可能となった。また、形状不良などによる通板性の低下も解消することができ、通板事故によるライン停止を防止することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、図１において既に説明したような、ロールショップを併設した熱間仕上ミルに適用するものである。
【００２２】
以下に、本発明の熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向温度分布計算方法の具体的な実施手順について計算に用いる式を例示して説明する。
【００２３】
まず、時刻ｔ（単位：時間）における軸方向位置ｘ（ロールの軸方向の中心をｘ＝０）に対する熱膨張量分布Ｕ（ｔ,ｘ）（単位：mm）からワークロール軸方向の半径方向平均温度の分布θm（ｔ,ｘ）（単位：℃）を下記〔数１〕式で与える。
【００２４】
なお、軸方向の半径方向平均温度とは、ワークロールを軸方向に輪切りにして分割し、その分割した１つの中心から外周表面までの温度分布から求められる平均温度をいう。
【００２５】
【数１】
2005279690.tif 000003
【００２６】
ここで、βは、線膨張係数（単位：１／℃）、ｒは、ワークロール半径（単位：mm）、θ0は、周囲温度（単位：℃）である。
【００２７】
続いて、仕上ミルスタンドからワークロールを抜き出した時刻ｔ0を基準時とした、ロール研削完了時刻ｔ0＋Δｔでのワークロール軸方向の半径方向平均温度分布θm（ｔ0＋Δｔ，ｘ）（単位：℃）を下記〔数２〕式を用いて求める。
【００２８】
【数２】
2005279690.tif 000004
【００２９】
なお、ワークロールの軸方向中央部での平均温度θmc（ｔ0＋Δｔ，ｘ＝0）は、下記〔数３〕式で与えられる。
【００３０】
【数３】
2005279690.tif 000005
【００３１】
γは、表面温度を軸方向の平均温度に換算するために予めもとめておく係数である。
【００３２】
〔数２〕式中のθce（単位：℃）は、ロール研削完了時刻に、測定するワークロールの軸方向中央部のロール表面温度である。
【００３３】
θm（０,ｔ0＋Δｔ）は、ワークロール軸方向中心（ｘ＝０）での半径方向平均温度であり下記の〔数４〕式で与える。
【００３４】
【数４】
2005279690.tif 000006
【００３５】
本発明では、ロール研削完了時にθceを実測してワークロール軸方向温度分布の計算に用いるので、ロール研削終了時刻にワークロールの温度分布を精度よく得ることが出来、したがって、従来からあるロール保管時の温度分布の変化を計算する方法を用いてミル再投入時のワークロールの温度分布を計算出来、熱膨張量分布も計算出来るのである。
【００３６】
以上の式で、ｆ（ｘ）は、時刻tでのワークロール軸方向における（半径方向平均温度−周囲温度）の分布を示す関数であり、実質はいわゆる数値計算のプログラムである。
αは、ワ−クロールの温度伝導係数であり、α＝ｋ／（Ｃｄ）である。ｋは、ワークロールの熱伝導率（単位：Ｊ／mm・hr・℃）、Ｃは、ワークロールの比熱（単位：Ｊ／kg・℃）、ｄは、ワークロールの密度（単位：kg／mm3）である。なお、Ｌは、ワークロールのバレル長さ（単位：mm）である。バレル長さＬとは、図5に示すように、ワークロール６のバレル6aのバレル端間の間隔である。なお、6bは、ロール軸である。
【００３７】
ロール研削完了時刻のワークロールの軸方向の半径方向平均温度分布が得られれば、ワークロールの研削完了時刻から熱間仕上ミルへの再投入までの経過時間を基に、熱間仕上ミル再投入時刻のワークロール軸方向の半径方向平均温度分布を算出し、それから圧延制御モデルに適用するワークロールの軸方向熱膨張量分布を算出することができる。
【実施例】
【００３８】
本発明の実施例として７つのスタンドが直列に配置された仕上ミルスタンドにおいて、上流から３段目のスタンドからワークロールを抜き出した時刻から、３時間経過した時刻に、ロールショップのグラインダでロール研削を実施し、その後、0.5時間経過したあとに前記の3段目のスタンドに再投入を行い、圧延した例を説明する。なお、比較例として、ロール研削完了時刻の軸方向温度分布が均一であるとして再投入後のワークロールの軸方向熱膨張量分布を計算して再投入した場合も説明する。なお、周囲温度は25℃であった。
【００３９】
まず、本発明を適用するロール研削完了時刻におけるワークロール軸方向の半径方向平均温度分布の推移の例を図２に基づいて説明する。
【００４０】
図２は、横軸にワークロールの軸方向中央部の位置（バレル端間の中央の位置）が０であるとしてワークロールの軸方向位置をとり、縦軸に半径方向平均温度をとり、半径方向平均温度のワークロール軸方向分布を例示している。
【００４１】
図２に示す温度分布は、仕上ミルスタンドから抜き出した時点で中央部が略100℃となった温度分布（破線部）、その後、温間研削完了時刻で中央部が実測60℃となった本発明を用いて計算した温度分布（太実線部）、及び、前記温度分布を基に計算した熱間仕上ミルへ再度投入する際の中央部が略40℃となった温度分布（細実線部）である。この分布は、本発明で得た、温間研削完了時刻の軸方向での半径方向平均温度分布を基にして、従来からあるロール保管時の半径方向平均温度分布の変化を計算する方法（従来は抜出しからロール研削直前の間で用いていた方法）で計算して得た分布である。
【００４２】
そして、図３は、ワークロールの軸方向の熱膨張量分布を示すグラフであり、仕上ミルスタンドから抜き出し時の分布（破線部）、および、仕上ミルスタンドへの投入時における分布「投入時（予測）」（細実線部）である。この分布は、図２の「投入時」の温度分布から計算した分布である。
【００４３】
また、「投入時（実測）」（一点鎖線部）は投入時に実測したワークロールの軸方向熱膨張量分布である。
【００４４】
図３から、本発明で得たロール研削完了時の軸方向での半径方向平均温度分布を基に、さらに計算して得た仕上ミルスタンドへの投入時の熱膨張量の分布は、その実測とよく一致していることがわかる。
【００４５】
図４は、上記の本発明例（実線で示す。）と比較例（点線で示す。）のそれぞれを板厚制御に適用した圧延を実施してコイルに巻き取った際の、投入後１本目の熱延鋼帯コイル（低炭材、板厚3.5mm×板幅1200mm、以下、単にコイルと言う。）の先端部の板厚変動を示すグラフである。
【００４６】
図４において、本発明の、温間研削完了時刻における熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向温度分布計算方法を基に計算した。投入時の熱膨張量を計算して圧延に適用した本発明例（細実線）では、目標板厚（太実線）に対する変位が小さい。これに対し、本発明の計算方法を適用せず、熱膨張量予測を実施しなかった比較例（点線）では、特にコイル先端での変位が大きい。コイルの先端の変位は、具体的数値を例示すると、比較例では60μｍ程度あるのに対し、本発明例では20μｍ程度であった。
【００４７】
以上のことから、本発明の効果は明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の熱間仕上ミル用ワークロールの軸方向温度分布計算方法を適用する熱間圧延ラインとロールショップの配置例を示す模式図である。
【図２】ワークロール軸方向における半径方向平均温度計算値の分布を示すグラフであり、仕上ミルスタンドから抜き出し時の分布、および、ロール研削完了時刻の分布と仕上ミルスタンド再投入時の分布の一例を示す。
【図３】ワークロールの軸方向の熱膨張量分布を示すグラフであり、仕上ミルスタンドから抜き出し時の分布、および、仕上ミルスタンドへの投入時における計算分布と実測分布の一例を示す。
【図４】本発明例と比較例のコイル先端部における目標板厚に対する板厚変動を比較するグラフである。
【図５】ワークロールのバレル長さについて説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    熱延鋼帯
２    粗ミル
３    仕上ミル
４    仕上ミルスタンド
５    バックアップロール
６    ワークロール
6a    バレル
6b    ロール軸
７    コイラ
８    組替台車
９    熱間仕上ミルプロセスコンピューター
10    ロールショッププロセスコンピューター
11    横行台車
12    ロール格納庫
13    ロールグラインダ
【図１】
2005279690.tif 000007
【図２】
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【図３】
2005279690.tif 000009
【図４】
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【図５】
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