JP2006272379A - 熱間圧延における潤滑剤供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧下条件が厳しいスタンドでの圧延荷重低減効果と、被圧延材のスケール性状の改善とを共に図ることが可能な熱間圧延における潤滑剤供給方法を提供する。
【解決手段】 潤滑圧延する各スタンド毎に、圧下量及びワークロール直径から接触弧長を演算し、演算して求めた接触弧長とワークロール周速度とに基づいて潤滑剤の供給量を決定し、潤滑圧延する各スタンドのロールバイト入側へ潤滑剤を供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱間圧延において、複数のスタンドで潤滑剤を供給しつつ、被圧延材を圧延する潤滑圧延に関する。

従来から熱間圧延ラインに潤滑剤供給装置を具備した熱間圧延機列を配置し、ワークロールに潤滑剤を供給しつつ、被圧延材を圧延することが知られている。このような熱間圧延を普通、潤滑圧延と呼ぶ。熱間圧延において潤滑圧延を実施した場合には、圧延荷重が低減され、かつ圧延荷重低減効果などにより、ワークロール表面のダメージが軽減されて、ワークロールの寿命が延びるとされている。

しかし、熱間圧延において潤滑圧延を適切に行わないと、被圧延材の先端を噛み込むときにスリップ（以下、噛み込みスリップという）が発生したり、潤滑圧延中にスリップが発生したりして、大きな圧延トラブルに至る。
このようなスリップによる圧延トラブルを発生せずに、必要最小限の潤滑油供給量で最大限の潤滑効果を発揮させることを狙った熱間圧延における潤滑供給方法が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示された潤滑供給方法は、４０℃における粘度が８００ｃＳｔ以下の潤滑油を、平均粒径が５ｍｍ以下の粒状にして、潤滑ノズル１本あたりに付き、水と混合せずに毎分１０００ｃｃ以上の流量の不燃性ガスとともに、ロールに噴射供給する方法である。その場合、供給する潤滑油の量はロール表面積１平方メートルあたりに０．０１ｃｃ以上３０ｃｃ以下とし、また被圧延材がロールバイトに噛み込む前から潤滑油の噴射供給を開始する場合、その時の供給量はロール表面積１平方メートルあたり１ｃｃ以下が好適であるとしている。
特開２００３−９４１０４号公報

しかしながら、特許文献１の潤滑供給方法では、被圧延材が全仕上圧延機列に噛み込み、
圧延速度を増加させる際に、潤滑油の供給量をロール表面積１平方メートルあたりに０．１ｃｃ以上３０ｃｃ以下の範囲で圧延速度と共に増加させるようにしているが、仕上圧延機列のそれぞれのスタンドに対して、潤滑油の供給量をどのようにするのか言及されていない。

ここで、熱間圧延機列では、各スタンドの圧下条件が決められており、潤滑油の供給量を圧延速度と共に増加させるだけでは、圧延後の材料表面性状にとって不十分であることが後述の実験で判明したのである。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、圧下条件が厳しいスタンドでの圧延荷重低減効果と、圧延後の材料表面性状の改善とを共に達成することが可能な熱間圧延における潤滑剤供給方法を提供することを目的とする。

本発明者は、潤滑圧延技術に関して鋭意検討し、各スタンドの圧下条件に応じて潤滑剤の供給量を決めることが重要であることを知見して、本発明を成すに至った。
本発明は、複数のスタンドのワークロールで被圧延材を順次圧下する熱間圧延において、潤滑圧延する各スタンド毎に、圧下量及びワークロール直径から接触弧長を演算し、演算して求めた接触弧長とワークロール周速度とに基づいて潤滑剤の供給量を決定し、潤滑圧延する各スタンドのロールバイト入側へ潤滑剤を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である。

その際、被圧延材噛み込み前に潤滑剤の供給量を決定し、被圧延材噛み込み直後からロールバイト入側へ決定した供給量の潤滑剤を供給し、被圧延材尾端抜け前において潤滑圧延する当該スタンドへの未通材長さが少なくともワークロール周長以上残っている時点で、決定した供給量より潤滑剤の供給量を少なくすることが好ましい。

本発明によれば、熱間圧延において被圧延材を潤滑圧延する時、圧下条件が厳しいスタンドでの圧延荷重低減効果と、圧延後の材料表面性状の改善とを共に図ることができる。

以下、本発明を７スタンドからなる仕上げ熱間圧延機列に適用した実施の形態について図１、図２により説明する。
図１中、潤滑圧延はＦ１〜Ｆ３スタンドで行い、Ｆ４〜Ｆ７スタンドでは、潤滑圧延を行っていないとした。上下のワークロール１は、それぞれバックアップロール２により補強され、被圧延材Ｓの圧下を行う。Ｆ１〜Ｆ３スタンドには、スタンド入側に潤滑剤を噴射するスプレーノズル６が被圧延材Ｓの幅方向に複数配置されている。

仕上げ熱間圧延機列はプロセスコンピューター５によって制御されている。熱間圧延時には、被圧延材Ｓの噛み込み前に、プロセスコンピューター５はＦ１〜Ｆ７スタンドの圧下位置を圧下制御装置３を介して設定すると共に、電動機４を介してＦ１〜Ｆ７スタンドのワークロール周速度を設定する。
なお、各スタンドの圧下位置は、ドラフトスケジュールや、ワークロール１の直径、被圧延材Ｓの変形抵抗などに基づき、圧延荷重が予測され、Ｆ１〜Ｆ７スタンドの圧下量Δｈがドラフトスケジュール通りとなるようにプロセスコンピューター５内で決められて初期設定される。また、各スタンドのワークロール周速度もドラフトスケジュールに基づいて、例えば図２に示した圧延速度パターンの被圧延材噛み込み時点の圧延速度となるようにプロセスコンピューター５内で決められて初期設定される。プロセスコンピューターは、仕上げ熱間圧延機列を制御して、圧下制御と同時に、被圧延材の圧延速度を例えば図２のように制御する。圧延された被圧延材Ｓは、適宜な熱履歴を受けた、その後、巻取機により巻取られる。

図１中、矢印７はワークロール１の回転方向、矢印８は圧延方向をそれぞれ示す。
ここで、Ｆ１〜Ｆ３スタンドの入側に配置されたスプレーノズル６は、（潤滑剤をワークロール表面に噴射することで、被圧延材Ｓとワークロール１とが接触する）ロールバイト入側に所定量の潤滑剤を供給可能な潤滑供給装置とされている。なお、スプレーノズル６は潤滑剤をワークロール表面に向けて噴射することによってロールバイト入側に供給するようにした。その理由は潤滑剤として、一般的に潤滑油が用いられるため、熱間状態の被圧延材Ｓ表面に噴射した場合、ロールバイト入側に到達する前に潤滑油が燃焼してしまい、効率的に、潤滑油をロールバイト入側に供給することが困難となるからである。

本発明の実施の形態では、被圧延材の噛み込み直後に、Ｆ１〜Ｆ３スタンドのワークロール表面積１平方メートルあたりに噴射する潤滑剤量Ｑを以下に示す式（１）で演算して決定する。
Ｑ＝Ａ・ＶＲ（Ｂ・Ｌｄ）・・・・・・（１）
ここで、Ｌｄ〔ｍ〕は接触弧長であり、圧下量Δｈとワークロール１の直径Ｄの１／２の積の平方根（＝√Δｈ・Ｄ／２）で求める。圧下量Δｈとワークロール１の直径Ｄは、プロセスコンピューター５に記憶されている値を用いる。なお、ＶＲ〔ｍ／ｍｉｎ〕は、初期のワークロール周速度度で、当該被圧延材Ｓの設定計算で決定され、プロセスコンピューター５に記憶されている値を用いる。

ただし、係数Ａ、Ｂは、正の定数であり、以下としている。
下ロールの場合、Ａ＝１．５〔−〕、上ロールの場合、Ａ＝１．０〔−〕
上下ロール共に、Ｂ＝２５〔ｃｃ／ｍ^２〕
係数Ｂは、実機の水切り状況等により、１５〜４０〔ｃｃ／ｍ^２〕の範囲で調整する。
このように本発明の実施の形態に係る潤滑剤供給方法では、潤滑圧延時に、潤滑圧延する各スタンド毎に、圧下量及びワークロール直径から接触弧長を演算し、演算して求めた接触弧長とワークロール周速度とに基づいて潤滑剤の供給量を決定し、当該スタンドのロールバイト入側へ潤滑剤を供給するようにしている。

このため、ワークロール周速度度ＶＲが図２に示したように変化した場合でも、従来と同様、当該スタンドのロールバイト入側へ必要な供給量の潤滑剤を供給することができるから、被圧延材Ｓの長手方向にわたり安定した潤滑効果を得ることができる。
また、熱間圧延機列の各スタンドの圧下条件によりスタンド間で接触弧長Ｌｄが異なっている場合には、圧下条件が厳しいスタンドへの潤滑剤量Ｑを接触弧長Ｌｄに応じて増やすようにしているので、圧延後の材料表面性状を向上することができる。

ところで、潤滑圧延するスタンドでは、被圧延材噛み込み前に潤滑剤の供給量を決定し、被圧延材噛み込み直後からロールバイト入側へ決定した供給量の潤滑剤を供給し、潤滑圧延する当該スタンドへの未通材長さが少なくともワークロール周長以上残っている時点で、決定した供給量より潤滑剤の供給量を少なくすることが好ましい。
この理由は、噛み込みスリップは、圧延中におけるスリップに比べ、潤滑剤の供給量が多い場合にも発生し、噛み込みスリップが発生すると、大きな圧延トラブルに至るので、上記のようにした。すなわち、上記式（１）で決定した供給量の潤滑剤を被圧延材噛み込み前に、ワークロール表面へ噴射した場合には噛み込みスリップが発生する恐れがあり、従って被圧延材尾端抜け前で、潤滑圧延する当該スタンドへの未通材長さが少なくともワークロール周長以上残っている時点で、決定した供給量より潤滑剤の供給量を少なくして供給し、次被圧延材の噛み込みスリップの発生を防止する。なお、潤滑剤の供給量を減少させる未通材長さを長くとりすぎると、潤滑不足を誘発することから、ワークロール周長の２倍長さの未通材長さまでとすることが好ましい。

なお、潤滑剤をロールバイト入側へ供給する方式は特に限定されず、水と潤滑油とをスプレーノズル６近くの配管内で混合し、水と混合した潤滑油をスプレーノズル６から噴射して供給するようにしてもよいし、水に潤滑油をエマルションの形態で混合しておき、スプレーノズル６近くの配管内でエマルションを水蒸気と混合した直後にスプレーノズル６から噴射して供給するようにしてもよい。

７スタンドからなる仕上げ熱間圧延機列の前段の３スタンドに本発明を適用し、本発明による圧延荷重低減効果と、圧延後の材料表面性状の改善効果とを調べた。実験材料は、酸洗する必要がある表面厳格材とし、熱間圧延によりＦ１スタンド入側板厚３０ｍｍからＦ７スタンド出側板厚２．６２ｍｍに圧延した。この場合の圧下条件は、Ｆ１スタンドがＬｄ＝４７ｍｍ、Ｆ２スタンドがＬｄ＝３６ｍｍ、Ｆ３スタンドがＬｄ＝２８ｍｍとした。図３に、ワークロール周速度度の実績値と前段の３スタンドにおける圧延荷重低減率との関係を示した。圧延荷重低減率は、潤滑圧延を行わない場合の圧延荷重に対する低減率である。

実験１（従来法）は、接触弧長Ｌｄを考慮せず、またワークロール周速度度の変化も考慮せず、前段の３スタンドへ供給する潤滑剤の供給量Ｑを一定としている。この実験１の場合には、ワークロール周速度度が早いほど、潤滑剤の供給量が不十分となって圧延荷重低減率のバラツキが大きく、かつ接触弧長Ｌｄが大きいＦ１スタンドでの圧延荷重低減率が小さいことがわかる。

実験２は、上述した式（１）において、接触弧長Ｌｄに応じた補正係数ｂを０とした場合である。実験２の場合には、ワークロール周速度度に応じて潤滑剤の供給量決定し、供給量を調整したが、接触弧長Ｌｄを考慮しなかったため、接触弧長Ｌｄの長いほど、潤滑剤供給量が不十分となって圧延荷重低減率が小さくなっていることがわかる。
実験３（本発明例）は、上述した式（１）により、接触弧長Ｌｄを考慮して潤滑剤の供給量Ｑを決定し、ロールバイト入側へそれぞれ潤滑剤を供給した場合である。この実験３では、ワークロール周速度度に応じて潤滑剤の供給量を決定し、かつ接触弧長Ｌｄも考慮したので、接触弧長Ｌｄの長いスタンドでの圧延荷重低減率を接触弧長Ｌｄの短いスタンドと同程度にすることが出来ていることがわかる。

上記で得られた実験１（従来法）と実験３（本発明例）の圧延荷重低減率及び酸洗後の材料表面性状の改善効果を合わせて表１に示す。

なお、酸洗材のスケール疵欠陥による格落ち率（％）は、潤滑圧延した酸洗材量に対するスケール疵欠陥による切り捨て部の合計量の割合とし、本発明実施前、後のそれぞれ３ヶ月の平均値とした。
表１に示す結果から、従来法に比べて本発明を適用した場合には、圧下条件が厳しくて接触弧長Ｌｄの長いスタンドでの圧延荷重低減率を接触弧長Ｌｄの短いスタンドと同程度にすることが出来、かつ酸洗材の表面性状の向上も同時に達成できていることがわかる。

本発明を適用した仕上げ熱間圧延機列の概略構成を示す模式図である。 一般的な仕上げ熱間圧延機列における圧延速度パターンを示す特性図である。 本発明の効果を従来の方法と比較して示す特性図である。

符号の説明

Ｓ 板材
１ ワークロール
２ バックアップロール
３ 圧下制御装置
４ 電動機
５ プロセスコンピューター
６ スプレーノズル
７ ワークロール１の回転方向
８ 圧延方向

Claims (2)

1. 複数のスタンドのワークロールで被圧延材を順次圧下する熱間圧延において、潤滑圧延する各スタンド毎に、圧下量及びワークロール直径から接触弧長を演算し、演算して求めた接触弧長とワークロール周速度とに基づいて潤滑剤の供給量を決定し、当該スタンドのロールバイト入側へ潤滑剤を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. 被圧延材噛み込み前に潤滑剤の供給量を決定し、被圧延材噛み込み直後からロールバイト入側へ決定した供給量の潤滑剤を供給し、被圧延材尾端抜け前において潤滑圧延する当該スタンドへの未通材長さが少なくともワークロール周長以上残っている時点で、決定した供給量より潤滑剤の供給量を少なくすることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延における潤滑剤供給方法。

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