JP2005205432A

JP2005205432A - 冷間圧延における潤滑油供給方法

Info

Publication number: JP2005205432A
Application number: JP2004012678A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Takahama; 義久高濱; Toshiyuki Shiraishi; 利幸白石; Shigeru Ogawa; 茂小川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: JP4505231B2

Abstract

【課題】潤滑油供給制御の応答性に優れ、焼付き疵のない高品質の製品を製造することができる冷間圧延における潤滑油供給方法を提供する。
【解決手段】潤滑油原液をロールバイト入側に供給する冷間圧延における潤滑油供給方法において、潤滑油原液を潤滑油ノズル２２から圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロール１２に冷却水のズル２６から冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面に付着した冷却水を水切り装置２８で除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は冷間圧延における潤滑油供給方法、特に潤滑油原液をワークロールに供給するニート潤滑方式による潤滑油供給方法に関する。

冷間圧延では、ステンレス鋼板を除いて通常エマルション潤滑が用いられている。しかし、エマルション潤滑ではむだになる潤滑油が多く、また圧延速度が高速になると潤滑不足を生じて焼付き疵を生じる場合がある。

上記エマルション潤滑の問題を解決する技術として、潤滑油原液（以下、単に潤滑油という）をロールおよび／または鋼板に供給するニート潤滑がある。ニート潤滑は摩擦を低減する有効な手段であるが、従来の潤滑油供給方法では、潤滑油原液をノズルから供給するので次のような問題があった。

（１）潤滑過多を生じてスリップを起こし、疵を生じる場合がある。（２）潤滑油供給量を減少し過ぎると、潤滑油はエマルションより粘度が高いためにロールや板の全体に広がらず、供給されない部分で焼付き疵を生じる場合がある(幅方向不均一)。（３）板端やロール端からこぼれ落ちる潤滑油が現状より増加し、特にダイレクト潤滑では歩留りが悪化する。（４）リサーキュレーション潤滑ではダイレクト潤滑ほど歩留りの悪化はないものの、粘度が高く不純物を内包しやすいので再使用するための不純物の除去等が難しい。

上記ニート潤滑の問題を解決する技術として、鋼板の圧延用ワークロールの潤滑油供給装置であって、ワークロールに５mm以下の間隙で近接して潤滑油を供給する吐出口を設けた潤滑油供給装置がある。この装置では、吐出口の網状組織の細孔から潤滑油を滲み出させてワークロールに供給する。潤滑油供給量は、潤滑油に加わる圧力を調整して制御する。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１７９３１３号公報（第４頁、第５頁、図１および図４）

上記従来の圧延ロールのニート潤滑方法は、摩擦係数低減には有効である。しかし、潤滑油を細孔から滲み出させ、潤滑油に加わる圧力を調整して潤滑油供給量を制御するので、制御の応答に遅れが生じることがあった。このために、焼付き疵が生じるおそれがあった。

この発明は、潤滑油供給制御の応答性に優れ、焼付き疵のない高品質の製品を製造することができる冷間圧延における潤滑油供給方法を提供するものである。

この発明の冷間圧延における潤滑油供給方法は、潤滑油原液をロールバイト入側に供給する冷間圧延における潤滑油供給方法において、潤滑油原液を潤滑油ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロールに冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去する。ここで、潤滑油原液は、鉱油、油脂または合成潤滑油からなり、酸化防止剤、油性向上剤などの添加剤が添加されたものも含む。

上記潤滑油供給方法において、当該圧延機のロール周速度と当該圧延機出側の板速度を測定して先進率を計算し、先進率が設定範囲内に入るように潤滑油供給量を制御するようにしてもよい。また、油膜厚計で圧延機出側の油膜厚を測定し、測定油膜厚が目標値に一致するように当該圧延機入側の潤滑油供給量を制御するようにしてもよい。

上記油膜厚の測定値に基づいて潤滑油供給制御を行なう場合、圧延機出側に油膜厚計を金属板上下面に設置し、測定油膜厚が目標値に一致するように当該圧延機入側の潤滑油供給量を上下別々に制御するようにしてもよく、また複数の潤滑油ノズルを板幅方向に沿って設置するとともに、圧延機出側に複数の油膜厚計を板幅方向に沿って設置し、それぞれの箇所の測定油膜厚が目標値に一致するように当該圧延機入側の潤滑油供給量をそれぞれ制御するようにしてもよい。

この発明では、潤滑油原液を潤滑油ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給する。潤滑油供給量は圧縮気体の流量により制御することができるので、潤滑油供給制御の高い応答性と精度が得られる。この結果、潤滑不足による焼付き疵の発生を防ぎ高品質の製品を製造することが可能で、さらに潤滑油の節減を図ることができる。

また、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去する。ワークロール出側のロール面に付着した冷却水を除去する場合、潤滑油を金属板表面に十分に付着させることができる。圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を除去する場合、油膜厚計を設置して油膜厚を測定することが可能となる。油膜厚の測定値に基づき油膜厚をフィードバック制御することにより、更に高精度で所要の油膜厚を得ることができる。さらに、水切り装置として水切り板を用いることにより、ミストおよび冷却水の飛散を防ぎ、良好な作業および設備環境を保つことができる。

本発明の第１の実施の形態は、常温で液状の潤滑油（潤滑油原液）を水と混合せずに圧縮空気を用いて噴霧状態でロールバイト入側で潤滑油を供給するとともに、ワークロール出側に冷却水を供給する。そして、ワークロール出側に配置した水切り板により、ワークロールの出側表面に付着した冷却水を水切り板で除去する。

図１は、上記潤滑油供給方法を実施する冷間圧延機の一例を示している。以下、金属板が鋼板であるとして説明する。圧延機１０は、ワークロール１２およびバックアップロール１４を備えた４段圧延機である。この圧延機１０において、潤滑油が潤滑油タンク３０から潤滑油ポンプ３４により配管３２を経て潤滑油ヘッダー２０に送られる。潤滑油は、潤滑油ヘッダー２０からこれにロール軸方向に沿って配置された複数の潤滑油ノズル２２に流入する。一方、圧縮空気タンク４０から乾燥した圧縮空気が配管４２を経て潤滑油ノズル２２に供給される。潤滑油は圧縮空気と混合されて潤滑油ノズル２２から噴出し、霧吹き状となってワークロール１２と鋼板１に供給される。ニート潤滑であるので効果的に摩擦係数を減少させることができる。潤滑油圧力調節弁３６で潤滑油圧力を一定に保持し、空気流量調節弁４６で空気流量を調整して潤滑油供給量を制御する。

エマルション潤滑では、水の熱伝導率が高いために十分な冷却効果が得られるが、エアアトマイズ法では十分な冷却効果が期待できない。焼付きを防ぐために、圧延機出側から冷却水をワークロール１２に散布する。したがって、この実施の形態では、圧延機１０のワークロール出側に複数の冷却水ノズル２４をロール軸方向に沿って配置し、ワークロール１２を水冷するようにしている。冷却水は、冷却水タンク５０から配管５２を経て冷却水ヘッダー２４に冷却水ポンプ５４で送られる。冷却水はロール軸方向に沿って冷却水ヘッダー２４に取り付けられた複数の冷却水ノズル２６からワークロール１２の出側表面に散布され、ワークロール１２を冷却する。冷却水量は冷却水流量調節弁５６で調整する。

飛散した冷却水がワークロール１２の表面に付着すると、潤滑油の鋼板１への付着が妨げられるので、水切り板２８をワークロール出側に近接して設けている。水切り板２８は、ロール回転方向に関して冷却水ノズル２６の下流側に位置している。ワークロール表面と水切り板２８の先端面との間の間隙は、０〜５mm程度である。したがって、水切り板２８は飛散する冷却水のワークロール１２へ付着を防ぎ、潤滑油の鋼板１への付着を確実にする。また、水切り板２８は冷却水およびヒュームの圧延機周辺への飛散を防ぎ、良好な作業および設備環境を保つ。なお、水切り板２８が柔らかい材料、例えばプラスチックで作製されている場合、ワークロール表面と水切り板２８の先端とが接触（間隙が０mm）していてもよい。

潤滑油供給量の制御は、摩擦係数と密接な関係がある先進率に基づいて行なう。ワークロール周速がワークロール回転速度計（図示しない）で、また板速度が圧延機出側の板速度計６２でそれぞれ測定される。これらの測定結果は潤滑油供給制御装置６０に送られ、先進率が計算される。潤滑油供給制御装置６０は摩擦係数と先進率との関係に基づいて所要の潤滑油供給量を求め、空気流量調節弁４６に操作信号を出力する。これにより、潤滑油供給量が制御され、油膜は所要の厚さに維持される。

この発明の第２の実施の形態では、常温で液状の潤滑油を水と混合せずに圧縮空気を用いてロールバイト入側で潤滑油を噴霧状態で供給するとともに、ワークロール出側に冷却水を供給する。そして、圧延機出側に配置した水切り板により、鋼板表面に付着した冷却水を水切り板で除去する。

図２は、上記潤滑油供給方法を実施する圧延機の例を示している。図２において、図１に示す装置、部材と同様の装置、部材には同一の参照符号を付け、その詳細な説明は省略する。

水切り板２９が、圧延機１０の出側に配置されている。鋼板１の表、裏面の油膜厚をそれぞれ測定する油膜厚計６４、６６が、水切り板２９の下流側に設けられている。鋼板面と水切り板２９の先端面との間の間隙は０〜５mm程度である。

水切り板２９によって冷却水の鋼板表面へ付着した冷却水は除去され、ヒュームが圧延機周りに多量に飛散する状況にはならないので環境的な問題がほとんどなく、油膜厚計６４、６６の設置が可能である。油膜厚計６４、６６として、例えば赤外線式油膜厚計を用いることができる。

エアアトマイズ法では、少なくとも潤滑過多によるスリップの発生や供給むらを生じることはない。供給した潤滑油はロールバイト入口で油溜まりを形成し、その後は供給した分がすべてロールバイト内に導入されるとみなされるので、出側の油膜厚計は必須ではない。しかし、通常操業では様々な外乱が生じているので、必要最小量の潤滑油を供給するためには油膜厚計によるフィードバック制御を行うことが望ましい。

上記フィードバック制御では、目標油膜厚は過去の操業実績から当該圧延条件において焼付きの生じない最小油膜厚を設定する。圧延機出側の油膜厚計６４、６６で測定された油膜厚は、潤滑油供給制御装置６０に入力される。潤滑油供給制御装置６０は目標油膜厚と実測油膜厚との差に基づき操作信号を圧縮空気流量調節弁４６に出力する。圧縮空気流量の調整により潤滑油供給量が変化して、目標油膜厚が得られる。

油膜厚計６４、６６を板幅方向に複数台設置すれば、板幅方向の油膜厚不均一を解消することが可能である。板幅方向の油膜厚分布を測定し、隣接する潤滑供給端からの重なりを考慮した上で潤滑油を供給することにより、油膜厚を板幅方向にも均一にすることができる。この場合、圧縮空気タンク４０と潤滑油ノズル２２とを結ぶ配管４２ごとに圧縮空気流量調節弁４６を設けて各潤滑油ノズルごとに圧縮空気流量を調整する。また逆に、板幅方向の潤滑油供給量を変化させることにより中伸びや端伸びを意図的に作り出すこともできる。特に高張力圧延を行う場合、板端の微小クラック起因の板破断を回避するために端伸び気味に圧延する場合があるが、この実施の形態はそのためにも有効である。

この発明は上記実施の形態に限られるものではない。例えば、水切り装置として水切り板以外に圧縮空気などの不燃焼性圧縮気体をワークロール面および／または金属板面に噴射する噴射装置であってもよい。第２の実施の形態でワークロールの出側にも水切り板を設けてもよい。この場合、更に確実に所要の厚みの油膜を金属板表面に形成することができる。油膜厚計は、金属板の上、下面のいずれか一方に配置してもよい。潤滑油ノズルに供給する圧縮気体は、空気のほかに窒素ガスなどの不燃焼気体であってもよい。ロールバイトから圧延機上流側に距離をおいて、潤滑油ノズルを配置してもよい。圧延材は鋼のほかにチタン、アルミニウム、マグネシウム、銅などの金属およびこれら各金属の合金であってもよい。

単スタンド４Ｈｉの実験ミルを用いてコイル圧延を実施した。エアアトマイズ法で鋼板上、下面にそれぞれ油膜厚計を1台ずつ設置して圧延を行った。ワークロールには冷部水を供給した。あらかじめエアアトマイズ法で１２００m/minの圧延速度にしたのち、供給量を減少させていく実験を行い、必要最小油膜厚を求めておいた。実験では速度を増加させて１２００m/minになったところで定常圧延に入り、当該条件で２０分圧延を行ったのち、減速して実験を終了した。圧延後にコイルを確認したが、焼付き疵の発生は見られなかった。

つぎに、３％濃度のエマルション潤滑で圧延した。濃度は先にエアアトマイズ法で求めた最小油量をエマルションの場合に換算して決定し、供給量を上、下片側１０L/minと一定にした。圧延後コイルを巻き解いたところ、定常部圧延開始後約１７分以降で焼付きが生じていることが確認され、エアアトマイズ法の有効性が確認された。

この発明の第１の実施の形態であって、この発明の潤滑油供給方法を実施する圧延機の模式的構成図である。この発明の第１の実施の形態であって、この発明の潤滑油供給方法を実施する圧延機の模式的構成図である。

符号の説明

１金属板（鋼板）１０圧延機
１２ワークロール１４バックアップロール
２０潤滑油ヘッダー２２潤滑油ノズル
２４冷却水ヘッダー２６冷却水ノズル
２８、２９水切り板３０潤滑油タンク
３４潤滑油ポンプ３６潤滑油圧力調節弁
４０圧縮空気タンク４６空気流量調節弁
５０冷却水タンク５４冷却水ポンプ
５６冷却水流量調節弁６０潤滑油供給制御装置
６２板速度計６４、６６油膜厚計

Claims

潤滑油原液をロールバイト入側に供給する冷間圧延における潤滑油供給方法において、潤滑油原液を潤滑油ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロールに冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去することを特徴とする冷間圧延における潤滑油供給方法。
当該圧延機のロール周速度と当該圧延機出側の板速度を測定して先進率を計算し、先進率が設定範囲内に入るように潤滑油供給量を制御することを特徴とする請求項1記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
油膜厚計で圧延機出側の油膜厚を測定し、測定油膜厚が目標値に一致するように当該圧延機入側の潤滑油供給量を制御することを特徴とする請求項１項に記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
圧延機出側に油膜厚計を金属板上下面に設置し、測定油膜厚が目標値に一致するように当該圧延機入側の潤滑油供給量を上下別々に制御することを特徴とする請求項３項に記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
複数の潤滑油ノズルを板幅方向に沿って設置するとともに、圧延機出側に複数の油膜厚計を板幅方向に沿って設置し、それぞれの箇所の測定油膜厚が目標値に一致するように当該圧延機入側の潤滑油供給量をそれぞれ制御することを特徴とする請求項３または請求項４記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。