JP2005246459A - 鋼板のインライン矯正設備におけるロール軸受温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インライン矯正設備のロール軸受温度上昇抑制方法を提供する。
【解決手段】 鋼板のインライン矯正設備におけるロール軸受温度の制御方法であって、矯正中のロール軸受温度が前記温度目標以下となるように、アイドルタイムのみにロール冷却を行うことを特徴とする鋼板のインライン矯正設備におけるロール軸受温度制御方法。
【選択図】 図２

Description

インライン矯正設備のロール軸受温度上昇抑制に関するものである。

鋼板の形状矯正設備として、複数ロールにより繰り返し曲げ変形を与えるレベラー、及びロールにより軽圧下を与えるスキンパスミルが挙げられる。これらの矯正設備を、生産性向上の観点より、圧延工程以降で、冷却、切断、検査等の必要最小限の工程を経て倉庫へ直送するメインライン上（インライン）に設置する場合、矯正対象となる鋼板温度が６００℃程度まで及ぶことがある。このとき、矯正に使用されるロール（作動ロール及び補強ロール）は、鋼板からの接触熱、輻射熱を受けることにより、ロール軸受にて潤滑剤の温度が上昇し、潤滑性能の低下を生じる。軸受温度上昇の抑制方法として、軸受内部の潤滑剤を循環させる直接冷却と、軸受外部にて潤滑剤とは独立した冷却媒体により抜熱する間接冷却がある。

上記の軸受温度上昇抑制方法において、直接冷却を採用する場合、軸受寸法の制約、及び潤滑系統の確保等により設備投資が大きくなることが課題となる。一方、間接冷却を採用する場合、冷却媒体として、エアー等の気体では十分な冷却効果が得られないならば、水等の液体あるいは気水での冷却が必要となる。しかしながら、液体あるいは気水を用いる場合、矯正する鋼板温度によっては、鋼板上に蒸発せず残存した液体が錆発生の原因となり、製品の品質低下を招くことが課題であった。

本発明は、製品への悪影響を及ぼすことなく、ロール軸受潤滑性能を確保することができる温度制御の方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、鋼板のインライン矯正設備におけるロール軸受温度の制御方法であって、矯正中のロール軸受温度が前記温度目標以下となるように、アイドルタイムのみにロール冷却を行うことを特徴とする鋼板のインライン矯正設備におけるロール軸受温度制御方法である。

本発明により、製品（鋼板）への水分の付着を防ぎつつ、ロール軸受の温度上昇の抑制、すなわち潤滑性能の確保を行うことが可能となった結果、製品の品質低下を招くことなくロールの使用寿命の延長が可能となる。

さらに、作動ロール自身の温度上昇を抑制することから、作動ロールの硬度低下防止および熱膨張によりロールプロフィールが変化するサーマルクラウンの制御も可能となる。

矯正に使用するロール及びその軸受は、図１に示すように、矯正中の鋼板からの熱伝導により温度が上昇する。一枚の鋼板の矯正（ｔ０）が終了し、次の鋼板の矯正が始まるまでの鋼板を通板していないアイドルタイム（ｔｉ）においては、ロール及び軸受は放冷により温度が除々に低下する。しかしながら、それらの温度は前の鋼板を矯正する以前の温度までは低下しないため、次鋼板の矯正開始時の温度Ｔｓは前鋼板の矯正開始時の温度よりも上昇する。この結果、この繰り返しにより、ロール及び軸受の温度は、鋼板との温度差が縮小し、鋼板を矯正する際の最高温度Ｔｐは矯正本数の増加に伴って鋼板からの入熱量と放冷による抜熱量とがバランスするところまで上昇しつづける。このため、連続して矯正する本数が増えるほど、矯正に使用するロール及び軸受は潤滑可能温度（軸受限界温度）Ｔｍａｘを超えて、潤滑性能の低下を生じる恐れがある。これに対し、この温度上昇を抑制するために、ロールの外表面に冷却水あるいは気水を噴射することにより、強制的に抜熱量の増大を行うことは可能であるが、前記の如く矯正中に冷却水及び気水の噴射を行うと、鋼板上に水分が残存し、錆発生による品質低下を招く恐れがあることから、発明者らが鋭意検討した結果、ロールの外表面への冷却水あるいは気水の噴射のタイミングとして鋼板を矯正機で矯正していないアイドルタイムに限定してロール冷却を行うことで、錆発生による品質低下を招くことなくその後の矯正時の最高温度も低下すると知見して本発明に至ったのである。

即ち、図２に示すように、アイドルタイムｔｉに限定してロール冷却を行い、次鋼板の矯正開始までのロール及び軸受の抜熱量（温度降下量）を増やしておけば、次鋼板の矯正開始温度（最低温度）Ｔｓが降下するため、その後の矯正時にロール及び軸受の温度上昇は抑制され、より低い温度で入熱量と抜熱量とがバランスすることになり、結果的に潤滑可能温度（軸受限界温度）Ｔｍａｘよりも最高温度Ｔｐが低下して、軸受の潤滑性能として良好な状態が持続することになる。

なお、軸受の潤滑性能を確保するための潤滑可能温度（軸受限界温度）Ｔｍａｘは、弾性流体潤滑理論に基づき、軸受の型式、サイズ、軸受にかかる荷重、軸受の回転速度、使用油種に応じて決定する。

また、ロール及び軸受の予測温度は、材料条件（矯正対象となる鋼板温度、サイズ）、設備条件（ロール径、矯正速度）、冷却条件（アイドルタイム、冷却範囲、冷却水量）より非定常の伝熱解析を行うことで求める。この軸受予測温度が前記の軸受限界温度Ｔｍａｘ以下となるように、設備上、操業条件上の制約（冷却範囲、アイドルタイム長さ等）を考慮しつつ、必要冷却水量を決定する。

以下、上述の冷却機能を満足する機器・設備構成の一例を説明する。

図３に示すように、形状矯正設備の前後には、鋼板位置トラッキング用の位置センサ１、２を設置する。この位置センサ１、２がともに鋼板０を検知していないとき（オフの状態）をアイドルタイムとする。位置センサ１、２がともにオフの状態となり、アイドルタイムとなると、その信号をもとに冷却水ヘッダ３の元バルブ４を開とし冷却水ポンプ５より送水し、上下作動ロール６の前後面全幅にわたり設置した冷却ノズル８より上下作動ロールに対してスプレー冷却を行う。位置センサ１、２がともにオフの状態から、位置センサ２がオンになると、その信号をもとに元バルブ４を閉とし、冷却水の噴射を停止する。また、鋼板０への水分付着を可能な限り低減するため、冷却水噴射タイミングをアイドルタイムに限定するとともに、トップガイド９及び通板用エプロン１０を設置し、水の飛散を防ぐ。

以上の機器・設備構成により、製品（鋼板０）への水分付着を防ぎ、軸受温度上昇の抑制が可能となる。

図３に示すような補強ロール自身が軸受となっている矯正設備を用いて軸受温度特性を評価した。軸受の仕様は、外径５５０ｍｍ、内径２７０ｍｍ、幅３２０ｍｍ、最大荷重２．８ＭＮ、回転速度２ｍ／ｓ、使用動粘度６８０ｍｍ²／ｓｅｃであり、潤滑性能を確保可能な潤滑可能温度（軸受限界温度）Ｔｍａｘは９５℃であった。また、矯正する材料条件は、鋼板の平均温度２００℃、平均長さ４０ｍ、設備条件として、作動ロール径３３０ｍｍ、平均矯正速度１ｍ／ｓ、平均アイドルタイムを８０ｓｅｃとして、表１に示すように冷却条件を変えた３水準を行い、補強ロールの潤滑性能及び製品品質を調査した。

なお、本発明例である実施例１においては、予め前記の操業条件を基に補強ロール外輪内面温度（軸受温度）が潤滑油温度と等しいものとして非定常の伝熱解析から、アイドルタイムのみのロール冷却によって最高温度Ｔｐが潤滑可能温度（軸受限界温度）Ｔｍａｘ＝９５℃以下となるロール冷却水量２００Ｌ／ｍｉｎを求めて行った（冷却範囲は作動ロール前後各３０°の範囲）。また実施例２は比較例として鋼板矯正中及びアイドルタイムも全くロール冷却を行わなかったものであり、一方、実施例３は同じく比較例として鋼板矯正中及びアイドルタイムも常時ロール冷却（冷却水量は計２００Ｌ／ｍｉｎ）行ったものである。

この結果、表１に示すように、本発明例である「実施例１」は、軸受温度は潤滑可能温度の９５℃に留まり、軸受の潤滑性能を満足しつ、しかも矯正後の製品には錆の発生を生じなかった。

一方、比較例である「実施例２」では、ロール冷却を行わなかったために、ロール軸受温度が上記潤滑可能温度の９５℃を超えて１４８℃に達し、製品の品質悪化への影響は無かったが、軸受潤滑の限界温度を超えてしまうため、このまま継続使用することで設備耐久性が低下する恐れがあった。

また、同じく比較例である「実施例３」も、作動ロール前後各３０°の範囲に、全幅にわたり計２００Ｌ／ｍｉｎの冷却水を常時噴射した結果、軸受温度は８３℃となったが、矯正後の鋼板に冷却水が残り、錆の発生により製品の品質が悪化してしまった。

以上のように、本発明の場合には、ロール軸受の性能劣化はなく、矯正した製品品質も良好であった。

本発明にて提案する方法は、製品の品質に対する要求を満足しつつ、鋼板の矯正設備が稼動可能となるための条件を決定するものであり産業上有用である。

軸受の温度上昇パターンを示す図である。 冷却時の軸受の温度上昇パターンを示す図である。 発明の最良の形態を示す図である。

符号の説明

０…製品（鋼板）
１…矯正設備入側トラッキングセンサー
２…矯正設備出側トラッキングセンサー
３…冷却水ヘッダ
４…冷却水元バルブ
５…冷却水ポンプ
６…作動ロール
７…補強ロール
８…冷却水ノズル
９…トップガイド
１０…通板用エプロン

Claims (1)

1. 鋼板のインライン矯正設備におけるロール軸受温度の制御方法であって、矯正中のロール軸受温度が潤滑可能温度以下となるように、アイドルタイムのみにロール冷却を行うことを特徴とする鋼板のインライン矯正設備におけるロール軸受温度制御方法。

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