CN101084074A - 冷轧中的润滑油供给方法 - Google Patents

Abstract

一种利用乳状液润滑的冷轧中的润滑油供给方法，其中，根据在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类这些条件下得到的常数(供给效率)，和在上述特定轧制润滑条件下实现的净油润滑时的油膜厚度，来推测在上述特定轧制润滑条件下在乳状液润滑中实现的油膜厚度，控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个以使得上述推测油膜厚度与目标油膜厚度一致。

Description

冷轧中的润滑油供给方法

技术领域

本发明涉及冷轧中的润滑油供给方法，特别是涉及利用乳状液润滑的润滑油供给方法。

背景技术

在钢板的冷轧中，从轧制作业的稳定性、产品的形状和表面质量、防止烧结、轧辊的寿命等观点来看，需要将轧制件(钢板)和工作辊之间的摩擦系数维持在适当的值。为了得到适当的摩擦系数，选择与轧制板的材质、尺寸以及轧制条件相适合的润滑油，在轧制机的输入侧供给至轧制件和轧辊。

在钢板的冷轧中一般使用乳状液润滑，为了得到适当的摩擦系数，使用模型对乳状液的供给量、乳状液浓度进行控制。

作为利用模型进行润滑控制的方法有：

(1)根据每种轧制条件下存在的常数、浓度·轧制速度等，推测烧结极限的供给量进行控制的方法(例如参照日本特开2002-224731号公报)；

(2)考虑在润滑油附着(离水展着(plate-out))到钢板等时油水分离所需的时间(转相时间)来确定润滑油供给喷嘴位置的方法(例如参照日本特开2000-094013号公报)，等等。

以往，不能推测或测定出乳状液润滑时的油膜厚度。虽然可以将油膜厚度计配置在轧制机输出侧从而对轧制机输出侧的油膜厚度进行测定，但是却不能得知某一时刻的轧辊咬入区正下方的油膜厚度。结果，在上述以往的润滑方法中不能得到在轧辊咬入区正下方的确切的油膜厚度，从而不能高精度地进行润滑控制。

因此，对于上述方法(1)来说，由于对象是烧结极限故不适用于低速区，从而低速区的润滑油的材料利用率还有提高的余地。另外，对于上述方法(2)来说，乳状液润滑油的离水展着需要转相时间，因而考虑转相时间来设定润滑油供给端的位置的确有效，但是确定转相时间的方法没有确定，所以存在着不能正确地确定位置的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而发明的，其目的在于提供一种能够进行高精度的润滑控制的、冷轧中的润滑油供给方法。

(1)本发明的冷轧中的润滑油供给方法，是利用乳状液润滑的冷轧中的润滑油供给方法，其中，根据在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的条件下得到的常数(供给效率)，和在上述特定轧制润滑条件下实现的净油(纯油)润滑时的油膜厚度，来推测在上述特定轧制润滑条件下的乳状液润滑中实现的油膜厚度，并且控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个使得上述推测油膜厚度与目标油膜厚度一致。

(2)本发明的另一润滑油供给方法，是利用乳状液润滑的冷轧中的润滑油供给方法，其中，检测出轧制中的载荷、输出侧板速度、轧辊速度，根据由轧压规程(schedule)得到的输入侧板厚、输出侧板厚、载荷、输出侧板速度以及轧辊速度逆运算出摩擦系数，预先按照每种轧制件的材质将在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的条件下得到的常数(供给效率)和上述摩擦系数之间的关系图表化，根据上述供给效率求出在上述特定轧制润滑条件下的摩擦系数，并且控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一种使得摩擦系数与目标值一致。

(3)本发明的另一润滑油供给方法，是利用乳状液润滑的冷轧中的润滑油供给方法，其中，检测出输出侧板速度以及轧辊速度计算出前滑率，预先按照每种轧制件的材质将在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的条件下得到的常数(供给效率)和上述前滑率之间的关系图表化，根据上述供给效率求出在上述特定轧制润滑条件下的前滑率，并且控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个使得前滑率与目标值一致。

(4)在上述(1)的润滑油供给方法中，在轧制机输出侧设置有油膜厚度计，检测油膜厚度计测定值与上述油膜厚度推测值之差，当存在差时，一边周期地修正根据该轧制润滑条件所特定的上述供给效率一边推测乳状液润滑的油膜厚度。

(5)在上述(1)至(4)的润滑油供给方法中，将在上述特定轧制润滑条件下得到的供给效率，设为轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的函数。

(6)在上述(1)至(5)的冷轧中的润滑油供给方法中，将上述供给效率设为α＝h emu/h neat，

其中，α：供给效率(轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、离水展着长度、乳状液温度、轧制件宽度或工作辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的函数)；

h emu：在特定的轧制润滑条件下实现的乳状液润滑的油膜厚度；

h neat：在特定的轧制润滑条件下实现的净油润滑的油膜厚度。

本发明的润滑油供给方法，根据由特定轧制润滑条件确定的供给效率和净油润滑时的油膜厚度推测出乳状液润滑时的油膜厚度，基于该推测油膜厚度对乳状液供给量等进行控制。

供给效率是有关轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、离水展着长度、乳状液温度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的函数，所以能够以高精度进行润滑控制。

通过高精度的润滑控制，在轧辊咬入区正下方，能够形成既没有过量又不会不足的适当的油膜厚度，从而将在轧制件和工作辊之间的摩擦系数维持在与轧制条件相适应的适当值。结果，能够防止在轧制件和工作辊之间的滑动、轧制件的烧结，从而进行稳定的轧制。并且，能够谋求轧制成本的降低以及产品质量的提高。

附图说明

图1是以乳状液供给量以及乳状液浓度为参数来表示轧制速度和供给效率之间的关系的一个示例的图。

图2是示意地表示实施本发明的润滑油供给方法的轧制设备的一个示例的图。

具体实施方式

在本发明中，根据在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、离水展着长度、乳状液温度、轧制件宽度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的条件下得到的供给效率，和在上述特定轧制润滑条件下实现的净油润滑时的油膜厚度，来推测在上述特定轧制条件下在乳状液润滑中实现的油膜厚度。

然后，控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个，使得上述推测油膜厚度与目标油膜厚度相同。

在此，“特定的”是指按每种轧制润滑条件所特定的。离水展着长度，是指能够确保供给到移动中的钢板表面上的乳状液中的润滑油与水分离而附着到钢板表面上所需的足够的时间的、从乳状液供给位置到轧辊咬入区入口的距离。

另外，在向轧辊供给润滑油的情况下也可以基于同样想法对离水展着长度进行设定。供给效率可以通过模型化作为上述轧制速度、乳状液供给量及其它的函数来计算。供给效率例如可以像下述那样确定。

将某轧制条件下的净油润滑时所导入的油膜厚度设为h neat，将在相同轧制条件下进行乳状液润滑(任意浓度)时所导入的油膜厚度设为hemu。在相同的轧制润滑条件下，净油润滑时的油膜厚度最大，乳状液润滑时油膜厚度比净油润滑小。在此，定义供给效率α＝h emu/h neat。

在此，h emu只要对轧制中的油膜厚度进行测定即可得到。h neat既可以实际进行净油润滑实验预先进行测定，也可以按照润滑理论等来计算。

在净油润滑中，在轧制速度增加的同时，由于油的牵引效应因而导入油量增加，摩擦系数不断减小。与此相对，在乳状液润滑中，虽然在低速区借助润滑油的牵引效应导入油量增加，但是在某个轧制速度以上就会产生润滑不足，从而油膜厚度减小、摩擦系数增加。

若根据定义按照每个轧制速度计算供给效率，则成为图1所示的那样。发现虽然该曲线会因乳状液供给量、乳状液浓度、离水展着长度、乳状液温度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类而不同，但是只要这些轧制润滑条件相同，通常就相等。

因此，通过在作业范围内预先将供给效率模型化，就能够经由该供给效率和净油润滑时的油膜厚度推测出乳状液润滑时的轧辊咬入区正下方的油膜厚度。

因此，只要对乳状液浓度、乳状液供给量进行控制使得上述推测油膜厚度与目标值相一致，就能在该轧制润滑条件下不出现润滑油过量或不足地进行供给。

并且，本发明者发现，供给效率可以根据轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、离水展着长度、乳状液温度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类来推测。供给效率的推测公式只要相对于实验所得出的值以适当的函数与之相匹配地进行设定即可。

本发明者确认了对于供给效率至少要以在低速区、高速区各不相同的指数函数来表达。当然若除此之外还有能够适当地匹配的函数，则适用它也可以。

其中，低速区、高速区是以供给效率的最大值为界来定义区分的。因为已知可通过模型式来推测α，所以可以利用该关系(h emu＝α×h neat)，根据条件与乳状液润滑时的润滑油供给条件(乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度)相同的净油润滑时的油膜厚度(通过实验测定或使用润滑的流体理论的数值)，来推测乳状液润滑时的油膜厚度。

因此，就能够在线地时常推测供给效率从而推测出特定的乳状液润滑时的油膜厚度，进行润滑控制。

作为控制端最简便的就是乳状液供给量，也可以通过润滑油罐的数量等变更乳状液浓度。同样也可以使喷嘴朝向进行变化从而使离水展着长度变化。

图2是示意地表示实施本发明的润滑油供给方法的轧制设备的一例的图。轧制设备例如包括有五台，在图2中仅示出了其中一台轧制机10。轧制机10是具有工作辊12以及支承辊14的四段轧制机。

上述轧制设备具有存储乳状液的乳状液罐20A、20B以及冷却水罐40。因润滑油的种类和/或浓度不同，故存储的乳状液的种类和浓度要根据特定的轧制润滑条件而预先设定。

在分别与乳状液罐20A和20B连接的乳状液管21A和21B上，分别安装有乳状液泵22A、22B和乳状液流量调节阀23A、23B。另外，乳状液管21A和21B与主管25连接。

在轧制机10的输入侧配置有乳状液集管30。在乳状液集管30上沿着板宽方向经由旋转接头32设置有多个乳状液喷嘴34。

乳状液喷嘴34借助旋转接头能够绕在水平及板宽方向上延伸的旋转轴旋转。使乳状液喷嘴34旋转，如虚线所示那样改变乳状液喷射方向，从而能够调节离水展着长度。

在从上述冷却水罐40延伸出的冷却水管41上安装有冷却水泵42和冷却水流量调节阀43。另一方面，冷却水集管45被配置在轧制机10的输出侧。在冷却水集管45上连接有冷却水管41，并且沿着板宽方向还设置有多个冷却喷嘴46。

轧制设备具有由计算机构成的润滑控制装置50。在润滑控制装置50中存储有轧制润滑条件以及供给效率α的模型式等数据。润滑控制装置50基于给定的轧制润滑条件，通过模型式计算出供给效率α。

在如上述那样构成的轧制设备中，当根据轧制润滑条件以及供给效率α选择了例如乳状液EA时，乳状液泵22A被驱动，乳状液EA从乳状液罐20A经由乳状液管21A被送至主管25。根据来自润滑控制装置50的作业信号对乳状液流量调节阀23A的流量进行调节。

这时，乳状液泵22B停止，并且关闭乳状液流量调节阀23B。乳状液EA经由主管25、乳状液集管30以及旋转接头32从乳状液喷嘴34被供给到轧制机输入侧的钢板1上。另外，工作辊12由从冷却水喷嘴46喷散出的冷却水进行冷却。

由于轧制润滑条件是时刻变化的，所以当计算出新的供给效率α时，例如使其他条件不变而仅改变离水展着长度就能够使油膜厚度改变。变更的参数也可以不是离水展着长度而是乳状液供给量，还可以是乳状液温度。另外，也可以改变这些参数中的多个参数。

并且，当轧制润滑条件改变从而设定了新的供给效率α时，还会出现停止乳状液供给泵22A、并关闭乳状液流量调节阀23A的情况。于是，驱动乳状液泵21B，借助乳状液流量调节阀23B调整乳状液EB的流量。

乳状液的供给在从乳状液EA切换到乳状液EB的同时，乳状液的供给量也被改变。并且，在这种情况下，润滑油的种类既可以相同也可以不同，乳状液供给量也可以相同。另外，还可以改变离水展着长度。

在周期地修正供给效率(学习功能)的情况下，在轧制机输出侧设置油膜厚度计52。由油膜厚度计检测出的测定值被送至润滑控制装置50，在此运算出油膜厚度计测定值与油膜厚度推测值之差。然后，一边基于检测差对该轧制润滑条件下的供给效率周期地进行修正，一边推测乳状液润滑的油膜厚度。

这样就能够进一步提高润滑控制的精度。修正的周期可以根据轧制润滑条件任意地改变。

供给效率α是表示润滑状态的参数，所以与摩擦系数、前滑率直接相关。该摩擦系数和前滑率受到润滑油向轧辊咬入区被导入的程度所左右，而导入油量又受到供给时的形态、即乳状液浓度·供给量·离水展着长度等影响，所以与供给效率α的关系密切。

预先对摩擦系数和前滑率与供给效率的关系进行调查，并根据润滑油供给条件计算出供给效率，这样就能推测出摩擦系数和前滑率。在计算出的摩擦系数和前滑率与目标值不一致的情况下，通过改变供给量、离水展着长度等参数就能够设为希望的润滑状态。

因此，在本发明中，检测出轧制中的载荷、输出侧板速度、轧辊速度，根据由轧压规程得到的输入侧板厚、输出侧板厚和上述参数逆运算出摩擦系数，按照每种轧制件的材质将摩擦系数和供给效率的关系图表化，从而根据供给效率系数求出特定轧制条件下的摩擦系数，来控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个以使得摩擦系数与目标值一致。

另外，检测出输出侧板速度、轧辊速度从而计算出前滑率，预先按照每种轧制件的材质将前滑率和供给效率的关系图表化，从而根据供给效率求出在特定轧制条件下的前滑率，来控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个以使得前滑率与目标值一致。

但是，已知即使在相同的润滑油供给条件下摩擦系数和前滑率也会因轧辊的磨损、轧制件的材质等而发生变化。对于轧辊的磨损来说，只要根据轧辊重组后的轧制件的轧制吨数加以修正即可；对于轧制件的材质来说，只要按照例如变形阻力为350MPa、350～600MPa、600～800MPa、800～1200MPa、1200MPa以上这样进行分类，并分别对它们预先将摩擦系数、前滑率与供给效率的关系图表化，就不会出现问题。

本发明并不局限于上述的实施方式。例如，轧制件除了钢以外还可以是钛、铝、镁、铜等金属、以及这些金属的合金。

乳状液罐可以是三台以上。另外，可以将存储有润滑油的罐设为一台，使从罐送出的润滑油在配管中途与加热水混合从而对乳状液进行调制。

在这种情况下，根据轧制润滑条件来改变润滑油和加热水的混合比例，从而调整乳状液浓度和/或改变乳状液供给量。

实施例

使用单台4Hi的实验轧钢机来实施卷材轧制。在此次的实验中，作为润滑油基油使用棕榈油(乳状液浓度2％、离水展着长度0.3m、供给量单面1L/min、板宽度50mm)，在实验的条件范围内预先通过准备实验计算出供给效率。对于轧制来说，在进行加速后以1500mpm进行10分钟的稳定轧制，然后减速从而完成。

在对第一个卷材应用(计算周期为1秒)本模式时，α在0.11～0.23之间。一边使供给量变化以使得推测油膜厚度(在此为0.38至0.48μm)与目标油膜厚度一致，一边进行轧制。目标油膜厚度设为在迄今为止的作业中得到的产生烧结缺陷的极限时的油膜厚度。在使用本模型的情况下，能够不会出现烧结缺陷等问题地进行轧制。

虽然在一般的轧制中也会根据轧制速度来使供给量变化，但是由于是根据图表值来粗略地进行控制，所以不会像本模型那样时常以接近烧结极限的状态进行轧制。

我们发现，当通过一般作业所使用的图表值进行计算时，本次实验的供给量是通常作业的92％(板宽度修正后)，从而可确定通过本模型能够在不出现故障的情况下减少成本。

接下来，一边在轧制中计算供给效率一边进行同样的实验。在兼顾供给效率推测模型的精度验证的同时，使轧制条件中的板厚·板宽的组合进行变化来轧制23个卷材。包括整个线圈的烧结缺陷在内，没有产生轧制故障。

与前一次一样，当与一般作业时的供给量进行比较时，可以确认在本次实验中是一般作业的93％。在轧制中进行供给效率推测的情况下也能确认效果。

如上所述，本发明在轧制控制中能够以较高的精度进行润滑控制。因此，本发明在钢铁工业中会有很大的利用价值。

Claims (6)

1.一种冷轧中的润滑油供给方法，它是利用乳状液润滑的冷轧中的润滑油供给方法，其特征在于，根据在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的条件下得到的常数(供给效率)，和在上述特定轧制润滑条件下实现的净油润滑时的油膜厚度，来推测上述特定轧制润滑条件下的在乳状液润滑中实现的油膜厚度，控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个使得上述推测油膜厚度与目标油膜厚度一致。

2.一种冷轧中的润滑油供给方法，它是利用乳状液润滑的冷轧中的润滑油供给方法，其特征在于，检测出轧制中的载荷、输出侧板速度、轧辊速度，根据由轧压规程得到的输入侧板厚、输出侧板厚、载荷、输出侧板速度以及轧辊速度逆运算出摩擦系数，预先按照每种轧制件的材质将在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的条件下得到的常数(供给效率)和上述摩擦系数之间的关系图表化，根据上述供给效率求出在上述特定轧制润滑条件下的摩擦系数，并控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一种使得摩擦系数与目标值一致。

3.一种冷轧中的润滑油供给方法，它是利用乳状液润滑的冷轧中的润滑油供给方法，其特征在于，检测出输出侧板速度以及轧辊速度计算出前滑率，预先按照每种轧制件的材质将在特定的轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的条件下得到的常数(供给效率)和上述前滑率之间的关系图表化，根据上述供给效率求出在上述特定轧制润滑条件下的前滑率，并控制乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度以及离水展着长度中的至少一个以使得前滑率与目标值一致。

4.如权利要求1所述的润滑油供给方法，其特征在于，在轧制机输出侧设置有油膜厚度计，检测油膜厚度计测定值与上述油膜厚度推测值之差，当存在差时，一边周期地修正由该轧制润滑条件所特定的上述供给效率一边推测乳状液润滑的油膜厚度。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的冷轧中的润滑油供给方法，其特征在于，在上述特定轧制润滑条件下得到的供给效率，是轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、乳状液温度、离水展着长度、轧制件宽度或轧辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的函数。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的冷轧中的润滑油供给方法，其特征在于，上述供给效率为α＝h emu/h neat；

其中，α：供给效率(轧制速度、乳状液供给量、乳状液浓度、离水展着长度、乳状液温度、轧制件宽度或工作辊体长度、轧制载荷、轧制件的材质以及润滑油的种类的函数)；

h emu：在特定的轧制润滑条件下实现的乳状液润滑的油膜厚度；

h neat：在特定的轧制润滑条件下实现的净油润滑的油膜厚度。

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