JP2006142339A - 熱間圧延における潤滑剤供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 配管詰まりを発生させることなく高粘度の潤滑剤を圧延ロールに供給し、環境温度に影響されずに一定の潤滑効果を得る潤滑剤の供給方法を提供する。
【解決手段】 熱間圧延中、潤滑剤を圧延ロールの表面に供給する潤滑剤の供給方法において、４０℃における粘度が１０ｃＳｔ以上４００ｃＳｔ以下の潤滑油を、潤滑剤供給ノズルの噴射時に、０℃以上１５℃以下に冷却したエマルション潤滑剤を圧延ロールの表面に供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱間圧延において、圧延ロールに潤滑剤を供給する方法に関する。

熱間圧延においては、圧延ロールと被圧延材との間に作用する摩擦力を低減するため、もしくは圧延ロールの摩耗や焼付きを防止し良好な表面品質の鋼材製品を製造するために、圧延ロールの表面に潤滑剤を供給する。

潤滑剤とその供給方法としては、（ａ）潤滑油を水に混合し、エマルションの形態で潤滑剤を噴射供給する方法、その他、（ｂ）潤滑油と水蒸気を混合して噴射供給するスチームアトマイズ方法、及び、（ｃ）潤滑油をエアー、ガス等を用いて霧状にして供給するアトマイズ法などが知られている（非特許文献１、参照）。

従来から、上記（ａ）の方法が多用されているが、水と潤滑油の混合には、主に、ウォーターインジェクション法と呼ばれる混合方法が用いられている。

上記（ａ）の方法によれば、設備が比較的簡便ですみ、潤滑油の交換作業に要する時間も少ない。また、水と潤滑油を混合しているので、潤滑剤には、潤滑効果に加え、水によるロール冷却効果も期待できる。それ故、現在でも、上記（ａ）の方法が主流である。

ところで、熱間圧延では、冷間圧延に比べて、被圧延材の板厚が厚いことに加え、被圧延材を繰り出す装置が備えられていないことに起因し、咬込みスリップや圧延スリップが発生し易い。

この問題を解決する一対策として、潤滑油の供給量を少なくし、スリップトラブルを起こさない範囲で、所要の潤滑効果を確保する方法が知られている。また、他の対策としては、被圧延材の先端部および後端部が圧延機を通材する際に潤滑圧延を行わないで、咬込みスリップを防止する方法が知られている。

一方、摩擦係数が大きい潤滑油をエマルション化した潤滑剤を用い、被圧延材の先端部および後端部において咬込みスリップが発生しないようにする方法も知られている（特許文献１、参照）。

しかし、当然のことながら、スリップトラブルを危惧しながら潤滑圧延を行うと、潤滑剤による潤滑効果を十分に得ることはできないし、また、潤滑剤の摩擦係数を慎重に選択しても、結局は、スリップトラブルはなくならない。

これは、圧延機周囲の環境温度が、季節による変動要因も加わって安定せず、その結果、潤滑油供給時の温度が安定しないで潤滑油の粘度が変動し、同じ供給量でも、実際に圧延ロールに付着する潤滑油の量がばらつくことに原因があると考えられる。

一方、潤滑油の付着量の変動を抑制するため、潤滑油の粘度を高くし圧延ロールに対する付着性を向上させると、今度は、潤滑油が潤滑油供給配管の内壁に付着して配管詰まりが発生する。そして、この配管詰まりは、潤滑油濃度の予期せぬ変動を引き起こす。

また、潤滑油を水に混合するインジェクターの内部はオリフィス構造になっていて、潤滑油は内径の小さい配管を通ることになるが、高粘度の流体（潤滑油）が内径の小さい配管を通過するためには、大容量のポンプを必要とする。

それ故、潤滑性を向上させるため、潤滑油を高粘度の潤滑油に変えようとしても、ポンプなどの設備面で制約を受け、潤滑油の変更ができない場合もある。

したがって、配管詰まりを発生させることなく高粘度の潤滑油をエマルション化し、高粘度の潤滑剤を圧延ロールに供給して、環境温度に影響されずに一定かつ安定した潤滑効果を得ることができる潤滑剤の供給方法が求められている。

特開平０６−２３４９８９号公報 （社）日本鉄鋼協会、「板圧延の理論と実際」、昭和５９年９月１日、ｐ２１８

本発明は、上記要求に鑑み、配管詰まりを発生させることなく高粘度の潤滑油をエマルション化し、高粘度の潤滑剤を圧延ロールに供給して、環境温度に影響されずに一定の潤滑効果を得ることを課題とし、該課題を解決する潤滑剤の供給方法を提供する。

本発明者は、潤滑油をウォーターインジェクション方法でエマルション化する方法において、（ａ）潤滑油をノズルから噴射するまでの間においては、配管詰まりをなくすため、潤滑油を比較的粘度の小さい状態に維持し、かつ、（ｂ）潤滑油をエマルション化しノズルから噴射するときには、圧延ロールへの付着効率（潤滑剤供給ノズルから供給した潤滑剤量に対する圧延ロールに付着した潤滑剤量の比率）を高めるため、潤滑油を比較的粘度の高い状態に変えることにより、上記課題を解決することを鋭意検討した。

本発明は、上記検討の結果なされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１） 熱間圧延中、エマルション潤滑剤を圧延ロールの表面に供給する潤滑剤の供給方法において、４０℃における粘度が１０ｃＳｔ以上４００ｃＳｔ以下の潤滑油が水に混合された潤滑剤を潤滑剤供給ノズル内で０℃以上１５℃以下に冷却して、圧延ロールの表面に供給することを特徴とする熱間圧延における潤滑剤供給方法。

（２） 前記エマルション潤滑剤を構成する潤滑油の水と混合する前の温度が２０℃以上であること特徴とする上記（１）に記載の熱間圧延における潤滑剤供給方法。

（３） 前記エマルション潤滑剤を構成する水の潤滑油と混合する前の温度が０℃以上２５℃以下であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の熱間圧延における潤滑剤供給方法。

本発明によれば、現状の潤滑油や潤滑油供給配管システムを大幅に変更することなく、潤滑油の配管詰まりを抑制しつつ、環境温度に影響されないで、潤滑油の圧延ロールへの付着効率を高めることができる。

本発明について、図面に基づいて詳細に説明する。図１に、潤滑油１をウォーターインジェクション混合によりエマルション化し、ノズル５から圧延ロール６に供給する潤滑油供給配管システムの概略を示す。現在、このシステムが工業的に最も使用されていて、本発明においても、上記システムを前提とする。

本発明において（図１、参照）、４０℃における粘度が１０ｃＳｔ以上４００ｃＳｔ以下の潤滑油１を、ウォーターインジェクションシステムのインジェクター４で水２と混合し、エマルション潤滑剤３となす場合、（ｉ）インジェクターで潤滑油と水とを混合した後に０℃以上１５℃以下に冷却してノズルから噴射するか、（ii）水温０℃以上１５℃以下の水に２０℃以上の温度の潤滑油をインジェクターで混合したエマルション潤滑剤をノズルから噴射するか、のいずれかが考えられる。

潤滑油の多くは、粘度が１０〜４０℃の温度範囲で約２〜４倍変化するが、該温度範囲は、冬と夏における水温の変化幅に相当する。

潤滑油の粘度が、４０℃において１０ｃＳｔ未満であると、噴射温度（０℃以上１５℃以下）における粘度が不足し、圧延ロールへの潤滑剤の付着効率（潤滑剤供給ノズルから供給した潤滑剤量に対する圧延ロールに付着した潤滑剤量の比率）が極端に低下し、十分な潤滑効果を享受することができない。それ故、潤滑油の粘度の下限を、４０℃における粘度で“１０ｃＳｔ”とする。

十分な潤滑効果を享受する点で、潤滑油の粘度は、４０℃における粘度で“１００ｃＳｔ”以上が好ましい。

一方、潤滑油の粘度が、４０℃において４００ｃＳｔを超えると、配管詰まりを誘発するし、さらには、潤滑油が常温（０℃以上１５℃以下）において、半固体状いわゆるグリース状になり、ウォーターインジェクション混合法によっても水との混合ができなくなる。さらに、混合できたとしても潤滑性が過剰になり、スリップトラブルを誘発しやすくなる。それ故、潤滑油の粘度の上限を、４０℃における粘度で“４００ｃＳｔ”とする。

なお、４０℃における粘度が“４００ｃＳｔ”を超える潤滑油は、現状では、ほとんど使用されていない。

潤滑油を、配管詰まりを誘発することなく水と確実に混合せしめる点で、潤滑油の粘度は、４０℃における粘度で“３００ｃＳｔ”以下が好ましい。

即ち、本発明は、潤滑油の粘度が大きくなるほど圧延ロールへの潤滑剤の付着効率（潤滑剤供給ズルから供給した潤滑量に対する圧延ロールに付着した潤滑量の比率）が高くなるという潤滑油の粘着特性を利用した点に特徴があるものである。

本発明においては、４０℃における粘度が“１０ｃＳｔ以上４００ｃＳｔ以下”であれば、現在使用している潤滑油でも、大きな設備投資（例えば、ポンプ能力の拡大、配管設備の増設、更新など）をすることなく用いることができ、かつ、潤滑効果を従来以上に高めることができる。

前述したように、潤滑油の多くは、１０〜４０℃の温度範囲（冬と夏における水温の変化幅に相当する）において、粘度が約２〜４倍変化するので、通常、潤滑油タンク内にヒーターや攪拌機を設け、潤滑油の温度を一定に保持すべく管理する。

しかし、潤滑油を混合する水の温度に関しては、従来、ほとんど管理されておらず、結局、水は、外気温度に応じて変化するままの温度で使用されているのが実情である。

ウォーターインジェクション混合法を用いる場合、水１００体積部に対して潤滑油１体積部未満を混合する場合が多いが、このような場合、潤滑油の温度を潤滑油タンク内で一定に保持・管理していても、水に混合してから少しの時間で水の温度と同一になる。

このため、潤滑油の粘度は水温に応じて変化し、その結果、スリップトラブルが頻発するし、また、年間を通じ一定の潤滑効果が得られない。

それ故、上記問題を解決するため、本発明では、エマルション潤滑剤の温度を、潤滑剤供給ノズルから噴射する時点で、０℃以上１５℃以下の温度範囲に調整する。

即ち、本発明においては、潤滑油が潤滑剤供給ノズルに達するまでの潤滑油温度を、配管詰まりの発生を抑制し、配管内で良好な流動性を確保するため高くし、一方、潤滑剤を潤滑剤供給ノズルから噴射する時の潤滑剤温度を一定の低い温度範囲に調整することにより、潤滑油の粘度を所定の高い粘度範囲に維持し、潤滑剤のロールへの付着性を高めると同時に、１年を通して季節要因に影響されることなく所定量の潤滑剤を圧延ロールへ供給する。

したがって、本発明によれば、潤滑剤のロールへの付着効率を、１年を通して季節要因に影響されることなく、所定範囲に安定的に維持することができる。

また、本発明によれば、潤滑油自身を交換することなく、その粘度を潤滑剤供給ノズルから噴出する時点で調整して、潤滑油の粘度を高めることができるので、潤滑剤供給設備を大きく更新することなく、現状よりも、潤滑剤による潤滑効果を高めることができる。

最も現実的な実施態様においては、水温０℃以上１５℃以下の水をインジェクターに送り込み、該水に潤滑油を混合してその温度を維持したまま潤滑剤供給ノズルから噴射する（前記（ii）の混合態様）。この実施態様によれば、水の温度を０℃以上１５℃以下に調整して、潤滑油と混合し、エマルション潤滑剤を潤滑剤供給ノズルから圧延ロールへ噴射供給することができる。

また、別の実施態様においては、潤滑剤供給ノズルの内部にエマルション潤滑剤を冷却する冷却機能を設け、エマルション潤滑剤を０℃以上１５℃以下に冷却してから噴射して混合する（前記（ｉ）の混合態様）。

さらに、別の実施態様においては、２０℃以上の温度の潤滑油を混合することで潤滑油の流動性を確保し、０℃以上１５℃以下に冷却された水に混合することによってエマルション潤滑剤の温度をさげてから噴射する。この場合、インジェクターからノズルまでの配管内では潤滑油自身の温度が低下するが、エマルションの潤滑油の混合比率が非常に小さいので、この領域での潤滑油の温度が低下しても、配管詰まりなどのトラブルは発生しにくい。

さらに、別の実施態様においては、１５℃よりも高く２５℃以下の水を潤滑油に混合し、エマルション化された潤滑剤を、ノズル内部にエマルション潤滑剤を冷却する冷却機能を設けたノズルで、エマルション潤滑剤を０℃以上１５℃以下に冷却してから噴射して混合する（前記（ｉ）の混合態様）。

本発明においては、エマルション潤滑剤の温度を０℃以上に維持するのが前提である。これは、エマルション潤滑剤の温度を０℃未満にすると、潤滑剤を構成する水が凍ってしまい、潤滑剤を所定量安定して圧延ロールへ供給することが困難になるからである。

次に、本発明に係る実験例及び実施例について説明するが、実験例及び実施例で採用する条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。

本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
まず、ロール材で作成した板状の試験片に、下記の条件でエマルション潤滑剤を噴射供給し、板表面に付着した潤滑油の質量を測定し、エマルション潤滑剤の温度の付着効率に及ぼす影響を調査した。

（実験条件）
○潤滑油：市販の熱間圧延潤滑油、粘度１２０ｃＳｔ（４０℃）
○エマルション濃度：０．５体積％
○ノズル：市販のフラットコーン型ノズル
○供給量：毎分５００ｃｃ／分
○供給圧力：０．１５ＭＰａ（ノズル噴射直前）
○供給時間：６０秒
○試験片：熱延用ハイスロール材、幅１００ｍｍ×厚さ１ｍｍ×長さ１００ｍｍ
○潤滑剤のノズル噴射時点での温度：０℃,５℃,１０℃,１５℃,２０℃,２５℃,３０℃

（実験結果）
各潤滑油温度における潤滑油の試験片表面への付着質量を測定し、測定結果を、潤滑油のノズル噴射時点での温度が３０℃における潤滑油の付着量を１００として整理した。その結果を表１に示す。

表１から、潤滑油の温度を０℃以上１５℃以下に調整すれば、潤滑油の付着量を大幅に増大できることが分かる。したがって、現状と同じ潤滑油を使用する場合においても、本発明に従い潤滑油の温度を制御すれば、潤滑効果を高めることができると容易に推定できる。

（実施例２）
実際の潤滑油供給配管システムにおいて、本発明に従って、潤滑油の温度を制御し、潤滑剤を圧延ロールの表面へ供給しながら、短冊状の切板を圧延し、咬込みスリップの発生の有無や、配管詰まりの発生の有無を調査した。

（実験条件）
○潤滑油：市販の熱間圧延潤滑油、粘度１４０ｃＳｔ（４０℃）
○エマルション濃度：０．７体積％
○ノズル：市販のフラットコーン型ノズル
○供給量：毎分８００ｃｃ／分
○供給圧力：０．２ＭＰａ（ノズル噴射直前）
○供給時間：圧延開始前から圧延終了まで（材料が抜けるまで）
○ロール：熱延用ハイスロール材、胴幅１００ｍｍ×直径４００ｍｍ
○潤滑剤のノズル噴射時点での温度：０℃,５℃,１０℃,１５℃,２０℃,２５℃,３０℃
○被圧延材：低炭素鋼（１０ｍｍ厚さ，１００ｍｍ幅，４００ｍｍ長さ）
○圧延速度：１０ｍｐｍ
○圧下率 ：２０％

（実験結果）
その結果、表２に示すように、スリップ発生なく、十分な圧延荷重低減効果が得られることがわかった。

前述のように、本発明によれば、現状の潤滑油や潤滑油供給配管システムを大幅に変更することなく、潤滑油供給配管システム内における潤滑油の配管詰まりを抑制しつつ、環境温度に影響を受けずに潤滑油の圧延ロールへの付着効率を高めることができる。

したがって、本発明においては、潤滑油の使用量削減によるコストダウンや、安定した潤滑効果による生産性の向上を期待できる。

よって、本発明は、熱延技術としての利用可能性が大きいものである。

ウォーターインジェクション形式の潤滑供給装置の概略を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 潤滑油
２ 水
３ エマルション潤滑剤
４ インジェクター
５ ノズル
６ 圧延ロール

Claims (3)

1. 熱間圧延中、エマルション潤滑剤を圧延ロールの表面に供給する潤滑剤の供給方法において、４０℃における粘度が１０ｃＳｔ以上４００ｃＳｔ以下の潤滑油が水に混合された潤滑剤を潤滑剤供給ノズル内で０℃以上１５℃以下に冷却して、圧延ロールの表面に供給することを特徴とする熱間圧延における潤滑剤供給方法。
2. 前記エマルション潤滑剤を構成する潤滑油の水と混合する前の温度が２０℃以上であること特徴とする請求項１に記載の熱間圧延における潤滑剤供給方法。
3. 前記エマルション潤滑剤を構成する水の潤滑油と混合する前の温度が０℃以上２５℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間圧延における潤滑剤供給方法。
   

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