(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的設備コストの少ない構造で、大径ワークロールでの時間遅れがなく、厚物でも粗い形状制御性に優れ、光沢ムラの無い良好な形状の製品を低コストで製造する板圧延機を提供する。【解決手段】ワークロール及びバックアップロールまたはワークロール、中間ロール及びバックアップロールが鉛直方向に配置されたロールアセンブリーを有する板圧延機であって、前記バックアップロールの上下少なくとも一方は、軸方向に直列に３分割以上に分割された分割バックアップロールであり、当該分割バックアップロールごとに圧下装置、荷重検出装置、および圧下位置検出装置からなる複数の分割バックアップロール・ユニットが、インナーハウジングにそれぞれ独立して設けられている板圧延機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークロール及びバックアップロールが鉛直方向に配置されたロールアセンブリーを有する板圧延機であって、
前記バックアップロールの上下少なくとも一方は、軸方向に直列に３分割以上に分割された分割バックアップロールであり、当該各分割バックアップロールは、ワークロールに荷重を伝達する機構を有し、
当該分割バックアップロールごとに圧下装置、荷重検出装置、および圧下位置検出装置からなる複数の分割バックアップロール・ユニットが、インナーハウジングにそれぞれ独立して設けられていることを特徴とする板圧延機。
【請求項２】
請求項１記載の板圧延機において分割バックアップロールと接するワークロールを圧延中に胴長方向へ移動する手段を設けたことを特徴とする板圧延機。
【請求項３】
ワークロール、中間ロール及びバックアップロールが鉛直方向に配置されたロールアセンブリーを有する板圧延機であって、
前記バックアップロールの上下少なくとも一方は、軸方向に直列に３分割以上に分割された分割バックアップロールであり、当該各分割バックアップロールは、中間ロールに荷重を伝達する機構を有し、
当該分割バックアップロールごとに圧下装置、荷重検出装置、および圧下位置検出装置からなる複数の分割バックアップロール・ユニットが、インナーハウジングにそれぞれ独立して設けられていることを特徴とする板圧延機。
【請求項４】
請求項３記載の板圧延機において分割バックアップロールと接する中間ロールを圧延中に胴長方向へ移動する手段を設けたことを特徴とする板圧延機。
【請求項５】
ワークロール径が４５０ｍｍ以上８００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の板圧延機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、個別に荷重検出および圧下調整可能な分割バックアップロールを備えた板圧延機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１に開示されているように、３分割以上に分割された分割バックアップロールのそれぞれについて荷重分布を検出して、圧延材−ワークロール間の荷重分布を推定し、推定した荷重分布に基づいて板形状を制御する板圧延機が注目されている。この板圧延機では、原理的に圧延機出側で板形状を検出してフィードバックする必要はなく、したがって時間遅れなく直接的に板形状を制御することができる。この板圧延機によれば、良好な板形状、つまり板クラウンおよび平坦度を得ることができる。以下、このような板圧延機を知能型板圧延機という。
【０００３】
上述の知能型板圧延機において分割バックアップロールはワークロールの胴長方向に圧延機入側と出側で千鳥状に配置されている。また、このような知能型板圧延機は研究が進み、たとえば特許文献２に開示した方法で荷重制御されることができている。このため、ワークロールとバックアップロールの荷重分布は密に測定され高精度な形状制御が可能となっている。
【０００４】
一方、分割バックアップロールを用いたもののうち、当該分割バックアップロールを千鳥に配置しないものとしては、特許文献３などに開示された技術もある。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６２２１３号公報
【特許文献２】特開平６−２６２２２８号公報
【特許文献３】特開平９−２７１８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、高精度な形状制御までは不要であるが、目標とする平坦度内に製品の平坦度が収まるような粗い形状制御はしたいという要望もある。このような、粗い形状制御は薄物の場合には圧延後の板形状をオペレータが目視で判断し、ワークロールベンダー等の形状制御端を制御することにより可能であるものの、厚物の場合には圧延後の板幅方向の伸び率差は板形状に出にくいので目視による判断も難しくなるという問題がある。
【０００７】
さらに、既存の圧延機のハウジングを流用して知能型板圧延機へと改造する場合、分割バックアップロールの数が多いと設備費が高くなり、また、分割バックアップロールをワークロールの胴長方向に圧延機入側と出側で千鳥状に配置するとバックアップロール径が小さくなり、このためワークロールとバックアップロール間のヘルツ応力が高くなりやすいので、小径ワークロールを使用せざるを得なくなる。また逆に、小径ワークロールの場合には圧延時のワークロールの水平たわみが問題となり、構造としては、分割バックアップロールをワークロールの胴長方向に圧延機入側と出側で千鳥状に配置せざるを得なくなるという問題がある。
【０００８】
千鳥配置せずに、比較的大径ワークロールを用いた特許文献３に開示された技術においても、圧延機自体は優れた形状制御能力を有するものの、厚物の場合には圧延後の板幅方向の伸び率差は板形状に出にくいのでオペレータの目視による形状判断も難しく、粗い形状制御も困難である。このため、特許文献３に開示された圧延機で厚物を圧延する場合には圧延機出側に形状検出器が必要となり、設備コストの増大を招くこととなる。また、この方法では当然のことであるが無駄時間が発生する。
【０００９】
従って、無駄時間のない形状制御が可能な圧延機の構造としては知能型板圧延機のように複雑にならざるをえない。このため、大径ワークロールでも上記知能型板圧延機の原理を応用し、形状制御精度は粗いが無駄時間の無い高応答な形状制御ができる圧延機が望まれている。
【００１０】
また、分割バックアップロールタイプの圧延機は圧延後の板表面にロールマークと呼ばれる光沢ムラが生じやすく、製品によっては問題になる場合がある。
【００１１】
したがって、本発明は、上記課題に鑑み、比較的設備コストの少ない構造で、大径ワークロールでの時間遅れがなく、厚物でも粗い形状制御性に優れ、光沢ムラの無い良好な形状の製品を低コストで製造する板圧延機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明者は分割バックアップロールの配置に関して広く研究を行った。これにより以下の知見を得た。
【００１３】
分割バックアップロールを圧延機入出側からワークロールを支持する構造であると、既存の４段圧延機や６段圧延機のハウジング寸法制約から小径ワークロールに成らざるを得ず、また、ワークロールと分割バックアップロール間のヘルツ応力限界から圧延荷重を大きくとることができない。ワークロール径は最大約３５０mmが限界である。しかしながら、分割バックアップロールが鉛直方向に配置されたロールアセンブリーである板圧延機であって、前記バックアップロールはワークロールに荷重を伝達する機構を有する軸方向に直列に３分割以上にすることによって、ワークロール径が４５０ｍｍ以上８００mm以下程度まで（さらに好ましくは７００ｍｍ以下）、圧延荷重で１４．７MN（１５００tonf）程度までとることが可能であることを見出した。
【００１４】
本発明は上記の知見を基になされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
（１）ワークロール及びバックアップロールが鉛直方向に配置されたロールアセンブリーを有する板圧延機であって、前記バックアップロールの上下少なくとも一方は、軸方向に直列に３分割以上に分割された分割バックアップロールであり、当該各分割バックアップロールは、ワークロールに荷重を伝達する機構を有し、当該分割バックアップロールごとに圧下装置、荷重検出装置、および圧下位置検出装置からなる複数の分割バックアップロール・ユニットが、インナーハウジングにそれぞれ独立して設けられていることを特徴とする板圧延機。
（２）前記（１）記載の板圧延機において分割バックアップロールと接するワークロールを圧延中に胴長方向へ移動する手段を設けたことを特徴とする板圧延機。
（３）ワークロール、中間ロール及びバックアップロールが鉛直方向に配置されたロールアセンブリーを有する板圧延機であって、前記バックアップロールの上下少なくとも一方は、軸方向に直列に３分割以上に分割された分割バックアップロールであり、当該各分割バックアップロールは、ワークロールに荷重を伝達する機構を有し、当該分割バックアップロールごとに圧下装置、荷重検出装置、および圧下位置検出装置からなる複数の分割バックアップロール・ユニットが、インナーハウジングにそれぞれ独立して設けられていることを特徴とする板圧延機。
（４）前記（３）記載の板圧延機において分割バックアップロールと接する中間ロールを圧延中に胴長方向へ移動する手段を設けたことを特徴とする板圧延機。
（５）ワークロール径が４５０ｍｍ以上８００ｍｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の板圧延機。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、比較的設備コストの少ない構造で、大径ワークロールでの時間遅れがなく、形状制御性に優れ、光沢ムラの無い圧延が可能となり、また、大径であるためワークロールの組み替えが少なくなりこのためワークロールの保有本数が少なくなり、良好な形状の製品を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、この発明の板圧延機の概略を示している。図１（ａ）はハウジングを省略した正面図（ロールアセンブリー）であり、図１（ｂ）は側面図である。
【００１７】
この板圧延機は、ミルハウジング１内に上バックアップロールチョック１１、上ワークロールチョック８、下ワークロールチョック９、下インナーハウジング５が昇降可能に支持されている。
【００１８】
下ワークロール７の下方のバックアップロールは、板幅方向に直列に配置された５つの分割バックアップロール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅになっている。これらの５つの各分割バックアップロール１Ａ〜１Ｅ毎に、分割バックアップロール・ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅが設けられている。
【００１９】
５組の分割バックアップロール・ユニット２Ａ〜２Ｅは、それぞれ下ワークロール７の鉛直方向の位置にかつ板幅方向に直列に、下インナーハウジング５に独立して取り付けられている。分割バックアップロール・ユニット２Ａ〜２Ｅは、下部に油圧圧下装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、荷重検出装置３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを備えている。油圧圧下装置４Ａ〜４Ｅには油圧シリンダーから構成されており図示していないが、その押し込む量は内部の圧下位置検出装置としてのマグネスケールによって測定される。
【００２０】
下インナーハウジング５の下方には油圧圧下装置１４が配置されている。この油圧圧下装置１４によって初期設定時の圧延力は負荷される。なお、油圧圧下装置４Ａ〜４Ｅによって分割バックアップロール１Ａ〜１Ｅから下ワークロール７への荷重分布は調整される。分割バックアップロール１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅのインナーハウジング５が下側に配置された理由は、分割バックアップロール・ユニット２Ａ〜２Ｅのメンテンス性とたとえ油圧シリンダーからの油漏れが有ったとしても、その油がワークロールに落ちて圧延材Ｓの板表面に付かないためである。
【００２１】
分割バックアップロール１Ａ〜１Ｅと接する下ワークロール７は図示していないが圧延時に胴長方向へ移動可能な装置が配置されており、その胴長は上ワークロール６よりも長くなっている。これは、板表面（裏面）に分割バックアップロールの転写マークが付くのを防止して品質を確保するためである。ここで、上ワークロール６は、胴長方向へは移動可能になっていない。上バックアップロール１０は非分割であり、上バックアップロールチョック１１の上方には、圧延荷重検出装置１２とパスラインを調整するための電動圧下によって昇降する（図示しない）圧下スクリュー１３が配置されている。
【００２２】
形状制御端としては、図示していないが上下ワークロールの撓みを制御するためのワークロールベンダーが取り付けられてある。形状検出器としては図示してはいないが、圧延機出側に棒状光源が配置され、板表面に反射した光帯をオペレータが目視して板形状を判断する。
【００２３】
圧延時の圧下位置および圧延荷重はコンピュータに送られ。そこで、板−ワークロール間の荷重分布が計算され、所望とする荷重分布（形状分布）となるように各分割バックアップロール１Ａ〜１Ｅの圧下量が計算され制御される。その具体的な計算方法については、特開平６−２６２２２８号公報にて開示されている技術を用いる。
【００２４】
すなわち、ワークロール−分割バックアップロール間に作用する荷重から、圧延材−ワークロール間に作用する荷重を推定する方法は図１に示したように、下ロールアセンブリーを考慮の対象として、第ｉ分割バックアップロールに作用する荷重をｑi 、その位置に対応する圧延材−ワークロール間荷重をｐi とし、ワークロール軸心たわみの変形マトリクスをＫW ij、分割バックアップロール系の変形マトリクスをＫB ij、ロールクラウンの形式で表現したワークロールプロフィルをＣW i 、分割バックアップロールプロフィルをＣB i 、ワークロール軸心たわみをｙW i とするとき、分割バックアップロールとワークロールとの適合条件より次式が得られる。
ｙW i ＝ＫB ijｑj ＋ＣB i ＋ＣW i （１）
なお、本明細書における数式表現では同添字の繰り返しがある項についてはその添字の範囲にわたって総和をとるというアインシュタインの総和規約を採用するものとする。また、ＫB ijは第ｊ分割バックアップロールに単位荷重が負荷されたときの第ｉバックアップロールの変位を表す影響係数マトリクスであるが、ここではハウジングの変形およびワークロール−バックアップロール接触による両ロールの偏平変形を含めた変形マトリクスとしており、ＫB ij，ＫW ij，ｙW i はすべてミルセンターからの相対変位のみを抽出するものとしている。
【００２５】
一方、ワークロールたわみは変形マトリクスＫW ijおよび圧延材−ワークロール間に作用する圧延荷重分布ｐi を用いて次式のように表現することもできる。
ｙW i ＝ＫW ij（ｐj −ｑj ） （２）
【００２６】
式（１），（２）よりｙW i を消去すると圧延荷重分布ｐi は次式のように求められる。
ｐi ＝ｑi ＋［ＫW ］-1ij（ＫB jkｑk ＋ＣB j ＋ＣW j ） （３）
式（３）の右辺において、［ＫW ］-1ijはＫW ijの逆マトリクスの成分であり、ＫB ijとともに予め計算できるものである。また、ＣB j およびＣW j も測定あるいは推定可能な量であるので、本発明の圧延機によってｑk の測定値が得られれば式（３）により圧延材−ワークロール間の圧延荷重分布ｐi は直ちに計算することが可能である。
【００２７】
以上のように、本発明の圧延機を用いることによって、ワークロール−分割バックアップロールに作用する荷重の測定値から圧延材−ワークロールに作用する圧延荷重分布ｐi を推定することが可能となる。本方法による圧延荷重分布の推定は、ワークロール−分割バックアップロール間の荷重分布の実測値に基づいている点で、例えば入・出側板厚分布の推定値から圧延荷重分布を推定するというような従来の方法とは根本的に異なっており、この点で従来法では期待できないような高い推定精度を有している。したがって、例えば、圧延材の変形抵抗の幅方向分布が均一であるような材料の場合、形状良好な圧延、すなわち伸び歪の幅方向分布が均一に近い圧延を実施するためには、式（３）によって求められる圧延材−作業ロール間の圧延荷重分布が均一となるように制御すればよい。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、板圧延機は上バックアップロール、上ワークロール、下ワークロール、分割バックアップロールの４組であったが、上バックアップロール、上中間ロール、上ワークロール、下ワークロール、下中間ロール、分割バックアップロールの６組あるいは上バックアップロール、上ワークロール、下ワークロール、下中間ロール、分割バックアップロールの５組としても良い。また、分割バックアップロールの数は、４以上であってもよい。さらに、上記実施の形態では、分割バックアップロールが下側だけであったが、上側のバックアップロールも分割されていてもよい。また、上側のバックアップロールだけが分割されていてもよい。
【実施例】
【００２９】
図１に示した板圧延機で板形状制御の試験を行った。なお、比較のために下インナーハウジングの代わりに予備の上バックアップロールとバックアップロールチョックを反転させて、従来の４重圧延機の場合を比較例として示した。
圧延機の仕様および圧延条件を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
従来技術では、ワークロールベンダーの形状制御能力が不足するため、材料１）〜３）を一つの種類のワークロール（ロールクラウン）で圧延することができず、３種類のワークロール（ロールクラウン）が必要であった。また、加減速時の圧延荷重変動に起因する形状変化対応にオペレータの目視によるワークロールベンダー操作では、十分な形状制御をすることはできなかった。
【００３２】
これに対し、本発明では、材料１）〜３）を一つの種類のワークロールで圧延することができ、加減速時に形状も目標とする平坦度内に納めることができた。
【００３３】
但し、分割バックアップロールと接するワークロールをシフトしない場合にはある程度圧延を続けると、ロールマークが板に転写され、これを防止するためにワークロールの交換が必要であったが、分割バックアップロールと接するワークロールをシフトした場合には圧延を続けても、ロールマークが板に転写される事はなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の板圧延機の概略側面図である。（ａ）はハウジングを省略した正面図（ロールアセンブリー）であり、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ミルハウジング
１A〜１E  分割バックアップロール
２A〜２E  分割バックアップロール・ユニット
３A〜３E  荷重検出装置
４A〜４E  油圧圧下装置
５  下インナーハウジング
６  上ワークロール
７  下ワークロール
８  上ワークロールチョック
９  下ワークロールチョック
１０  上バックアップロール
１１  上バックアップロールチョック
１２  荷重検出装置
１３  圧下スクリュー
１４  油圧圧下装置
S        圧延材
【図１】
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