JP2005193288A

JP2005193288A - リサーキュレーション潤滑における冷間圧延設備および冷間圧延方法

Info

Publication number: JP2005193288A
Application number: JP2004004359A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Shiraishi; 利幸白石; Yoshihisa Takahama; 義久高濱; Shigeru Ogawa; 茂小川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】リサーキュレーション潤滑において一つのエマルション潤滑油で多様な潤滑条件に対し、それぞれ適切な潤滑状態を与えることができる冷間圧延設備および冷間圧延方法を提供する。
【解決手段】リサーキュレーション潤滑で金属ストリップ１に圧延潤滑油を供給しながら冷間圧延する冷間圧延設備において、圧延機１１の入側に形成される油溜まり部５のエマルション潤滑油に超音波を放射する超音波発生装置３０の振動子３４が前記油溜まり部５に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、リサーキュレーション潤滑で金属ストリップを冷間圧延する冷間圧延設備および冷間圧延方法に関する。

近年、ユーザーのさまざまな製品要求に応じるため、冷間タンデム圧延機では小ロット多品種の製造を余儀なくするようになった。通常、このような小ロット多品種は厚手系ミルと呼ばれるタンデム冷間圧延機で顕著であり、一般に厚手系ミルはリサーキュレーション潤滑が採用されている。

図３は、一般的なリサーキュレーション潤滑を行なう冷間圧延機を示している。圧延機１０は図３に示すように上、下ワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよび上、下バックアップロール１４_Ｔ、１４_Ｂからなる４重圧延機である。これらのワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂにはスピンドルが連結されており、電動機（いずれも図示しない）によって駆動されている。金属ストリップ１は、例えば鋼板である。

また、図示してはいないが形状制御手段として上、下ワークロールチョックを支点として上、下ワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂの垂直方向の撓みを制御するためのインクリースおよびディクリースベンダー力を付与することが可能なベンダー装置が具備されている。

圧延機１０の入側に、入側第１ノズル１６_Ｔ、１６_Ｂおよび入側第２ノズル１８_Ｔ、１８_Ｂがそれぞれ金属ストリップ１の上、下に配置されている。入側第１ノズル１６_Ｔ、１６_Ｂは、エマルション潤滑油をワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよび金属ストリップ１に供給する。入側第１ノズル１６_Ｔ、１６_Ｂからのエマルション潤滑油は、ワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂと金属ストリップ１との間の潤滑、およびこれらの冷却を行なう。入側第２ノズル１８_Ｔ、１８_Ｂは、エマルション潤滑油をワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよびバックアップロール１４_Ｔ、１４_Ｂに供給する。入側第２ノズル１８_Ｔ、１８_Ｂからのエマルション潤滑油は、ワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂとバックアップロール１４_Ｔ、１４_Ｂとの間の潤滑、およびこれらの冷却を行なう。

圧延機１０の出側に、出側第１ノズル２０_Ｔ、２０_Ｂおよび出側第２ノズル２２_Ｔ、２２_Ｂがそれぞれ金属ストリップ１の上、下に配置されている。出側第１ノズル２０_Ｔ、２０_Ｂは、エマルション潤滑油をワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよび金属ストリップ１に供給する。出側第１ノズル２０_Ｔ、２０_Ｂからのエマルション潤滑油は、ワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよび金属ストリップ１を冷却する。出側第２ノズル２２_Ｔ、２２_Ｂは、エマルション潤滑油をワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよびバックアップロール１４_Ｔ、１４_Ｂに供給する。出側第２ノズル２２_Ｔ、２２_Ｂからのエマルション潤滑油は、ワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよびバックアップロール１４_Ｔ、１４_Ｂを洗浄、冷却する。

エマルション潤滑油は上述のように冷却作用以外に潤滑油供給箇所によって潤滑・洗浄、潤滑または洗浄など異なる作用を果たすが、供給箇所にかかわらずそれぞれ同じエマルション潤滑油を用いている。

エマルション潤滑による従来の冷間圧延方法で、異なる多品種の製品を圧延する場合、多様な潤滑条件に応えるために多量のエマルション潤滑油を供給する必要があった。エマルション潤滑油の供給量を少なくすると、冷却不足からサーマルクラウンが急成長して形状が乱れ、金属ストリップが絞られたりして板破断が発生しやすくなったり、ヒートスクラッチが発生しやすくなる。また、洗浄不足からワークロールや圧延機のハウジングにスカムが付着しやすくなり、ボタンマークと呼ばれる表面欠陥や光沢むらが発生する。したがって、エマルション潤滑油の供給量をあまり抑えることはできない。このため、リサーキュレーション潤滑では特に低速時の潤滑状態をエマルション潤滑油の供給量で制御することは困難であった。

上記の問題を解決する方法として、濃度の異なるエマルション潤滑油を貯蔵した複数のタンクを用意し、タンクを切り替える、またはそれぞれのタンクから送り出されたエマルション潤滑油を混合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では複数のタンクを要するため設備費が高くなる。また、エマルション潤滑油を混合すると中間濃度のエマルション潤滑油となり、濃度制御が困難となる。この結果、エマルション潤滑油の潤滑性が低く、または高くなりすぎたりすることがある。エマルション潤滑油の潤滑性が低くすぎるとスリップは生じないが焼付きが発生し、高すぎると焼付きは生じないがスリップが発生する。
特開平０８−１５５５１０号公報（第３頁および図１）

本発明は上述した問題を解決するものであって、リサーキュレーション潤滑において一つのエマルション潤滑油で多様な潤滑条件に対しそれぞれ適切な潤滑状態を与えることができる冷間圧延設備および冷間圧延方法を提供することを課題としている。

本発明の冷間圧延設備は、リサーキュレーション潤滑で金属ストリップに圧延潤滑油を供給しながら冷間圧延する冷間圧延設備において、圧延機の入側に形成される油溜まり部のエマルション潤滑油に超音波を放射する超音波発生装置の振動子を前記油溜まり部に配置したことを特徴としている。

上記冷間圧延設備において、前記超音波発生装置の発振周波数が１６ｋHz以上、７０ｋHz未満であることが好ましい。

本発明の冷間圧延方法は、上記冷間圧延設備において、前記金属ストリップの圧延状況に応じて前記超音波発生装置の出力を調整し、前記圧延機に導入される圧延潤滑油の流量を制御することを特徴としている。

上記冷間圧延方法において、前記金属ストリップの圧延状況を判断する手段として先進率または摩擦係数を用いることが好ましい。

本発明では、リサーキュレーション潤滑で金属ストリップを冷間圧延する際に、油溜まり部のエマルション潤滑油に超音波発生装置から超音波を放射する。これにより、スリップしやすい金属ストリップと焼付きやすい金属ストリップとを、潤滑油の種類、エマルション潤滑油の供給量および濃度が同一の潤滑条件のもとで、種々の製品を安定的に圧延、製造することができる。また、同一金属ストリップでも加減速時やワークロールの磨耗に起因する摩擦状況の変化を防止することができ、かつ圧延後の金属ストリップ表面の清浄性を向上することができる。

図１は、本発明の冷間圧延設備の1実施の形態を示す構成図である。図１において、図３に示す装置、部材と同じものには同一の参照符号を付け、その詳細な説明は省略する。また、この実施の形態では、金属ストリップ１は鋼板である。

超音波発生装置３０の振動子３４が、図２に示すように圧延機１１の入側の油溜まり部５に配置されている。振動子３４は、鋼板１の上、下面およびワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂにそれぞれ近接するとともに、板幅方向に沿って複数個が並列している。

超音波発生装置３０の本体３２は、発振部、パワーアンプおよびパワーアンプ直流電源（いずれも図示しない）からなっている。振動子３４は、ケーブル３３を介してパワーアンプに接続されている。超音波発生装置３０の発振周波数は、１６ｋHz以上、７０ｋHz未満である。周波数が１６ｋHz未満だとキャビテーションの発生が不十分で、前記プレートアウトの制御ができない。周波数が７０ｋHz以上となると、効率が著しく低下する。また、振動子が大きくなるので、圧延機入側に形成される油溜まり部５に振動子３４を配置することができなくなる。なお、キャビテーションの強さおよび振動子３４の大きさの点から、発振周波数は２０ｋHz以上、５０ｋHz未満であることがより好ましい。

上記超音波発生装置３０において、発振部からは所定の高い周波数（例えば、２０ｋHz）を有する交流が、直流電源で動作するパワーアンプに入力され、増幅された高周波交流が振動子３４に入力される。これにより、振動子３４は高周波の電圧が印加され、超音波を油溜まり部中の鋼板１に向けて放射する。超音波の振動により、油溜まり部５のエマルション潤滑油内で空洞の発生（キャビテーション）と消滅が繰り返される。このキャビテーションは潤滑油のプレートアウトを抑えるとともに、ワークロール１２_Ｔ、１２_Ｂおよび鋼板１の表面に付着した汚れを除去する。

本発明の冷間圧延では、圧延潤滑油として高潤滑性のエマルション潤滑油を使用する。ここで、高潤滑性とは硬質材でヒートスクラッチが生じやすい材料でも焼付きが発生しない潤滑性をいう。高潤滑性のエマルション潤滑油は、圧延材に応じて基油と濃度とを決めて調製する。圧延材が硬質材（例えば、初期降伏応力が２９０〜４９０N/mm²程度のハイテン材）である場合、合成エステルを基油とした高粘度圧延潤滑油を３％エマルションで使用する。

上記高潤滑性のエマルション潤滑油を軟質材（例えば、初期降伏応力が１５０〜３００N/mm²程度の一般の普通鋼）で使用する場合、潤滑過多で（プレートアウトが良すぎて）スリップが生じる。このような場合、前記超音波によるキャビテーションを利用してプレートアウト量を制御する。すなわち、プレートアウトが良すぎる場合には、キャビテーションの発生量を多くしてプレートアウト量を減少させる。

上記プレートアウト量の制御において、ロールバイトに導入された潤滑油の量またはプレートアウト量を直接測定することは困難である。プレートアウト量に代わり潤滑性を推定できる測定値として、摩擦係数または先進率がある。摩擦係数または先進率を用いて鋼種、圧延速度、時系列（例えば、ワークロールの粗度変化）に応じて、あらかじめ設定した好ましい摩擦係数または先進率の範囲内に入るように、超音波発信装置の出力を制御する。

潤滑性推定の精度の点で摩擦係数を測定することが好ましいが、圧延機入・出側の張力、板厚、圧延荷重、先進率を測定し、計算により求める必要がある。一方、先進率はワークロール周速および出側板速度の測定値により求めることができるので、先進率を用いる方法は簡便である。ただしこの場合、鋼種や圧延スケジュールによって好ましい先進率は異なる。したがって、あらかじめ実験や操業実績などで求めたデータに基づいて、好ましい先進率を鋼種・圧下スケジュールごとにテーブルとして持つ必要がある。

本発明は、上記実施の形態に限られるものではない。例えば、金属ストリップは鋼板に限られるものではなく、電磁鋼、純チタン、ステンレス鋼などであってもよい。

使用した冷間タンデム圧延機は５スタンドの圧延機から構成されており、図１に示す、すべて同じ型式の４重圧延機である。ワークロールは、直径が５００〜５６０mm（上、下ワークロールのペア差は０．１mm未満）、胴長が２２００mmの鍛鋼ロールでヤング率は２０６kN/mm^２である。ベンダー装置の最大ベンダー力は、４９０kN/chockである。バックアップロールは、直径が１４５０〜１５００mm（上下バックアップロールのペア差は１mm未満）、胴長が２２００mmの鍛鋼ロールである。

鋼板１は１スタンド入側の耐力が３９２N/mm^２以上のハイテンと呼ばれる焼付きやすい金属ストリップと、１スタンド入側の耐力が１９６N/mm^２の低炭素鋼と呼ばれるスリップしやすい金属ストリップを用いた。エマルション潤滑油は、粘度が４０℃で８０cStの合成エステルを基油とした圧延潤滑油を３．５％エマルションとし、６０℃で使用した。従来技術としては、粘度は４０℃で４０cStの牛脂油を基油とした圧延潤滑油を４％エマルション６０℃で使用した。

圧延時のワークロール周速度は、ワークロールを駆動する電動機に取り付けたパルスジェネレーターで電動機の回転数を検出し、ギア比およびワークロール径を用いて計算した。また、圧延機出側に配置したレーザードップラー方式の板速度計で圧延機出側の板速度を検出し、これら２つの検出値からリアルタイムで圧延時の先進率を計算した。
基準圧延条件を表１に示す。

従来技術：超音波発信装置無し
（１）高粘度合成エステル潤滑油：３．５％エマルション潤滑油
ハイテン材は問題なく２５０から１６００ｍ/minまで圧延できた。スリップや焼付きは発生しなかった。前段でスリップ気味であったが流量を絞ることによって対応できた。
低炭素鋼ではスリップ発生した。エマルション潤滑油の供給量を絞ったが、スリップは回避はできなかった。また、エマルション潤滑油の供給量を絞りすぎたため、光沢むらが発生し、板形状が乱れた。

（２）牛脂系圧延潤滑油：４．０％エマルション潤滑油
低炭素鋼は問題なく２５０から１６００ｍ/minまで圧延できた。スリップや焼付きは発生しなかった。後段で焼付き気味であったがエマルション潤滑油の供給流量を増大することによって対応できた。
ハイテン材ではエマルション潤滑油の供給量を増大させたが、シビアな焼付きが発生した。このため、圧延速度は５００ｍ/minまでしか上げることはできなかった。

本発明１（手動で出力調整）
高粘度合成エステル潤滑油：３．５％エマルション潤滑油＋超音波発生装置
ハイテン材では基本的には超音波放射を行なわなかった。それでも、圧延速度２５０から６００ｍ/minまでスリップおよび焼付きを生じることなく圧延できた。前段でスリップ気味であったが、エマルション潤滑油の供給量を絞ることによって対応できた。また、超音波放射によってエマルション潤滑油の供給量を絞らなくても対応できた。
低炭素鋼では、超音波放射を常時行なった。その結果、エマルション潤滑油の供給量を絞ることなく圧延速度２５０から１６００ｍ/minまで問題なく圧延できた。また、光沢むらも発生しなかった。

本発明２（先進率が好ましい範囲になるように自動制御）
圧延速度の加減速およびロール磨耗変化に対応して超音波の出力調整した。その結果、安定した圧延が可能となった。また、従来よりも板表面が清浄であった。ミル汚れも少なくなり、ボタンマークの発生も少なくなった。

以上のことから明らかなように、従来技術ではスリップおよび焼付きの双方の問題を同時の解決することは困難であった。これに対し、本発明では高潤滑性のエマルション潤滑油を使用し、潤滑過多の場合にスリップが生じないようにプレートアウトを減少させるように制御することによって上記問題を解決することができた。

本発明の冷間圧延設備を模式的に示す設備概略構成図である。超音波発生装置の配置を示す模式図である。従来の冷間圧延設備を模式的に示す設備概略構成図である。

符号の説明

１金属ストリップ（鋼板）５油溜まり部
１０、１１冷間圧延機１２ワークロール
１４バックアップロール１６入側第１ノズル
１８入側第２ノズル２０出側第１ノズル
２２出側第２ノズル３０超音波発生装置
３２超音波発生装置本体３３ケーブル
３４振動子

Claims

リサーキュレーション潤滑で金属ストリップに圧延潤滑油を供給しながら冷間圧延する冷間圧延設備において、圧延機の入側に形成される油溜まり部のエマルション潤滑油に超音波を放射する超音波発生装置の振動子を前記油溜まり部に配置したことを特徴とする冷間圧延設備。
前記超音波発生装置の発振周波数が１６kHz以上、７０kHz未満であることを特徴とする請求項１記載の冷間圧延設備。
請求項１記載の冷間圧延設備において、前記金属ストリップの圧延状況に応じて前記超音波発生装置の出力を調整し、前記圧延機に導入される圧延潤滑油の流量を制御することを特徴とする冷間圧延方法。
前記金属ストリップの圧延状況を判断する手段として先進率または摩擦係数を用いることを特徴とする請求項３記載の冷間圧延方法。