JP2017100146A - 冷間圧延機の冷却液落下防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間圧延機における冷却液の鋼板上への落下を防止することができる冷却液落下防止装置を提供する。【解決手段】冷間圧延機出側のワークロール表面にシール板を対向させて配設し、圧延機のワークロール表面に噴射した冷却液が被圧延材の上に落下するのを防止する冷却液落下防止装置において、被圧延材の幅よりも大きな幅を有し、かつ、ワークロールと対向する面の被圧延材の幅よりも外側位置にワークロール表面と当接する突起を有するシート板をワークロール表面に押圧する、あるいは、上記シール板を外部動力でワークロール表面に押し付けた状態とした後、シール板のワークロール対向面から気体を噴出して気体膜を形成することで、上記シール板とワークロール表面との隙間を冷却液が流れ落ちない大きさに制御することを特徴とする冷却液落下防止装置。【選択図】図３

Description

本発明は、冷間圧延機の出側においてワークロール表面に噴射されたクーラント（冷却液）が被圧延材の上に落下するのを防止する冷却液落下防止装置に関するものである。

冷延鋼板等を圧延する冷間圧延機のロール冷却は、潤滑油の供給がリサーキュレーション方式の場合、圧延機の入側および出側でワークロール表面に、エマルジョン化した圧延油を含む冷却液を噴射することで、また、ダイレクト方式の場合、圧延機の出側でワークロール表面に、冷却液を噴射することで、行われている。しかし、ワークロール表面に噴射された冷却液が、圧延機の出側で被圧延材の上に落下し、そのままコイルに巻き取られた場合、被圧延材が冷延鋼板であるときには発錆や油じみの原因となる。図１は、上記の状況を、リサーキュレーション方式の場合を例にとって説明する図であり、１は被圧延材である鋼板、２はワークロールＷＲ、３はバックアップロールＢＵＲ、４は冷却液（クーラント）、５はクーラントノズル、６は鋼板上に落下する冷却液を示している。

そこで、従来、鋼板用の冷間圧延機においては、図２（ａ）に示したように、圧延機の出側のワークロール表面に対向してシール板７を３ｍｍ程度の隙間を開けて設置したり、あるいはさらに、その隙間に向けて下方に設置したエア噴射ノズル８から圧縮空気を噴射することで冷却液の落下を防止していたが、完全に冷却液の落下を防止することはできなかった。

また、特許文献１には、図２（ｂ）に示したように、圧延機出側のワークロール表面近傍に液切り用のエア噴射ノズル８を設置し、上記ノズル位置と噴射する空気の圧力を調整して冷却液の落下を防止する液切り装置が提案されている。

特開２０００−２７１６１４号公報

しかしながら、エア噴射ノズルで冷却液の落下を防止する上記特許文献１の方法では、冷却能力を上げるために冷却液を増やすと、冷却液が飛散したり、液落下防止能力が不足したりするため、鋼板上への冷却液の落下を完全に防止することはできなかった。

そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決し、冷却液の落下を確実に防止することができる冷間圧延機の冷却液落下防止装置を提供することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、シール板とワークロール表面との間に形成される隙間の大きさを適正化することで、冷却液の落下を確実に防止することができることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、冷間圧延機出側のワークロール表面にシール板を対向させて配設し、圧延機のワークロール表面に噴射した冷却液が被圧延材の上に落下するのを防止する冷却液落下防止装置において、上記シール板とワークロール表面との隙間を冷却液が流れ落ちない大きさに制御することを特徴とする冷却液落下防止装置である。

本発明の冷却液落下防止装置における上記シール板は、被圧延材の幅よりも大きな幅を有し、かつ、ワークロールと対向する面の被圧延材の幅よりも外側位置にワークロール表面と当接する突起を有することを特徴とする。

また、本発明の冷却液落下防止装置は、上記シール板とロール表面との隙間の大きさを外部動力によって制御することを特徴とする。

また、本発明の冷却液落下防止装置における上記外部動力は、サーボモータであることを特徴とする。

また、本発明の冷却液落下防止装置は、上記シール板を外部動力でワークロール表面に押し付けた状態とした後、シール板のワークロール対向面から気体を噴出して、シール板とワークロール表面との間に隙間を形成することを特徴とする。

また、本発明の冷却液落下防止装置における上記外部動力は、空圧シリンダであることを特徴とする。

また本発明の冷却液落下防止装置は、上記シール板とワークロール表面との隙間を、空圧シリンダの空気圧とシール板から噴出する気体流量を調整することによって制御することを特徴とする。

本発明によれば、シール板をロール表面のごく近傍に近接して設置し、かつ、その隙間を適正範囲に維持することが可能となるので、ロール表面に噴射された冷却液が被圧延材上に落下するのを確実に防止することが可能となり、製品板の品質向上に寄与することができる。

リサーキュレーション方式の冷間圧延機の冷却方法を説明する概念図である。 従来の冷間圧延機における冷却液落下防止装置を説明する図である。 シール板とワークロール表面との間の冷却液に作用する力を説明する図である。 冷却液が落下しないシール板とワークロール表面との隙間の大きさに及ぼす圧延速度の影響を示す図である。 本発明のタイプＩの冷却液落下防止装置の概念を説明する図である。 外部動力としてサーボモータを用いたタイプＩの冷却液落下防止装置を説明する図である。 本発明のタイプＩＩの冷却液落下防止装置の概念を説明する図である。 外部動力として空圧シリンダを用いたタイプＩＩの冷却液落下防止装置を説明する図である。 シール板とワークロール表面との隙間の大きさに及ぼす気体流量の影響を示す図である。 図８に示したタイプＩＩの冷却液落下防止装置の制御系統を説明する図である。

前述したように、一般に、潤滑油の供給をリサーキュレーション方式で行う冷間圧延機では、圧延機の入側および出側に配設したクーラントノズルから、鋼板を圧延する上下のワークロールの表面に、エマルジョン化した潤滑油を含むクーラント（冷却液）を噴射しながら圧延している。また、ダイレクト方式の冷間圧延機では、圧延機の入側で潤滑油を供給し、出側に配設したクーラントノズルから、鋼板を圧延する上下のワークロールの表面にクーラント（冷却液）を噴射しながら圧延している。

圧延機の出側で上ワークロール表面に噴射された冷却液は、重力によってワークロール表面上を落下しようとするが、冷却液が有する粘性に起因した流体摩擦によって、ワークロールの回転に伴いワークロール周方向の上方に運ばれ、上ワークロールと上バックアップロールとの間に液だまりを形成する。なお、上記流体摩擦によって冷却液を上方に移動させようとする力を、本発明では「随伴力」ということとする。そして、上記液だまりの量がある限界値を超えると、図１に示したように、冷却液が上ワークロール表面に沿って流下し、圧延機出側の被圧延材の上に落下する。また、ワークロールの回転数が小さい場合には、上記流体摩擦（随伴力）が低下するため、ロール表面に噴射された冷却液は、そのままロール表面に沿って流下し、鋼板の上に落下する。圧延機で圧延された鋼板は、通常、圧延機の出側でコイルに巻き取られるが、鋼板の上に落下した冷却液がそのまま残留すると、鋼板表面に錆や油じみが発生する原因となり、製品の表面品質を低下させる。

そこで、従来技術では、図２（ａ）に示したように、圧延機の出側のワークロール表面に対してシール板を一定（例えば３ｍｍ程度）の隙間を開けて設置し、あるいはさらに、その隙間に向けて下方から空気を噴射することで冷却液の落下を防止していたが、冷却液の落下を防止することができなかった。この原因について、本発明者は、以下のように考えている。

図３は、シール板７とワークロール表面２ａとの隙間９に滞留した冷却液１２に働く力を説明する図である。冷却液を落下させる力は重力１０であり、一方、冷却液の落下を防止する力は、先述した流体摩擦に起因した随伴力１１であり、重力１０が随伴力１１を上回ったとき、冷却液１２がワークロール表面とシール板との隙間９から落下する。上記随伴力１１は、ワークロール表面２ａに近いほど大きく、ロール表面２ａから遠ざかるほど小さくなるため、ワークロール表面とシール板との隙間９が大きくなるほど、冷却液は落下し易くなる。なお、厳密には、冷却液の落下を防止する力として冷却液の表面張力を考慮する必要があるが、その影響は小さいので無視する。

図４は、冷却液が落下を開始するシール板とワークロール表面との隙間の大きさに及ぼす圧延速度（ロール表面の周速度）の影響を調査した結果を示したものであり、８００ｍ／ｍｉｎで０．４ｍｍ、４００ｍ／ｍｉｎで０．３ｍｍ、２００ｍ／ｍｉｎで０．２ｍｍであり、圧延速度（ロールの周速）が低いほど冷却液が落下を開始する隙間の大きさは小さくなる。この結果は、従来技術において冷却液の落下を防止できなかった理由は、ワークロール表面とシール板との隙間（例えば３ｍｍ程度）が大き過ぎたためであることを示している。

上記冷却液の落下問題は、シール板をワークロール表面に接触させれば解消される。しかし、シール板をワークロール表面に接触させると、シール板が摩耗し、頻繁に交換が必要になったり、シール板とワークロール表面の間に異物が堆積して、ワークロール表面に疵が生じ、それが鋼板表面に転写して表面欠陥を発生させたりする。したがって、ワークロール表面とシール板との間に適度の隙間を設けておくことが必要となる。しかし、シール板とワークロール表面との隙間の大きさを、上記のように０．１ｍｍ単位で精密に制御することは、容易なことではない。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するため、以下に説明する２つのタイプの冷却液落下防止装置を開発した。
＜タイプＩ＞
１つ目のタイプは、図５に示したように、圧延機出側の上ワークロール表面に対向させて配設するシール板７を、被圧延材である鋼板の幅よりも大きな幅、かつ、ワークロールと対向する面の鋼板幅よりも外側位置にワークロール表面と当接する突起部７ａを設けたものとし、該シール板をワークロール表面に押し付け、上記突起部７ａをワークロール表面に当接させることによって、シール板とワークロール表面の隙間９を形成する冷却液落下防止装置である。すなわち、この冷却液落下防止装置は、シート板に設けた突起部７ａの突出量によって、シール板とワークロール表面の隙間９の大きさを制御するものである。

ここで、上記シール板７の材質としては、ワークロールと接触してもワークロール表面を損傷しないこと、また、十分な耐熱性および耐薬品性を備えているアミドイミド樹脂、ポリアリレート樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチック等が好ましいが、圧延中にスラッジ等が発生する設備においては、異物の噛み込みによるロール疵発生を防止するために、フェルト等の弾力性のある素材を使用する方がよい場合が多い。

また、上記シール板７に設ける突起部７ａの材質としては、ワークロールと常時接触することから、摩耗性に優れかつロール表面に疵を発生させない必要があり、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリアリレート樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチックであることが好ましい。なお、上記突起部７ａは、ワークロール表面との摩擦によって摩耗するため、突起部を伸縮可能としておき、定期的に突起部の突出量を調整することで隙間の大きさを一定に制御するのが好ましい。

また、上記シート板をワークロール表面に押し付ける方法としては、スプリング等の弾性体を用いることの他に、空圧シリンダ、油圧シリンダ、サーボモータ等の外部動力１３を用いる方法が考えられるが、中でも、サーボモータ（特にステッピングモータ）は、別に位置検出器を設置することなく再現性のよい位置検出と位置制御が可能であり、空間が限られている圧延機内で、シート板とワークロール表面との隙間の大きさを精密に制御することができることから、好ましく用いることができる。因みに、図６は、上記外部動力としてサーボモータ１３ａを用いた例を示した図であり、マイタギア１３ｂとリニアガイド１３ｃを介して、ワークロール表面に向かって前進後退を可能とし、シート板とワークロール表面との間の距離（隙間の大きさ）を任意に制御可能としたものである。

＜タイプＩＩ＞
次に、２つ目のタイプは、図７に示したように、圧延機出側の上ワークロール表面に対向させて配設するシール板７を、ワークロール表面に押圧して当接させるとともに、上記シール板のワークロール表面に対向する面に設けたノズル７ｂから気体１４を噴出して、シール板とワークロール表面との間に隙間９を形成する冷却液落下防止装置である。すなわち、この冷却液落下防止装置は、シール板とワークロール表面との間に気体膜を形成し、これによって冷却液の落下を防止するものである。

ここで、上記シール板７の材質は、内部に気体を噴射することができるノズル７ｂを設けることができるもので、かつ、例えワークロールと接触してもワークロール表面を損傷しないものであればよく、特に制限はないが、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリアリレート樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチックであることが好ましい。

また、上記シール板７に設ける気体を噴出するノズル７ｂは、シート板とワークロール表面との間に隙間を形成できるものであれば特に制限はなく、例えば、スリットノズル、単孔ノズルをリニアに配列したもの等を挙げることができる。

また、上記ノズルから噴出する気体１４についても、鋼板の表面品質に悪影響を及ぼすものでなければ特に制限はなく、例えば、空気や窒素、アルゴン等を好適に用いることができる。

また、上記シール板をワークロール表面に押圧する外部動力１３としては、タイプＩと同様、スプリング等の弾性体を用いたものや、空圧シリンダ、油圧シリンダ、サーボモータ等の外部動力を用いることができるが、中でも、空圧シリンダは、油圧シリンダのように剛性が高くないので、ワークロールの偏心によるロール表面位置の変動に対しても柔軟に対応できること、また、異物噛み込み時の衝撃吸収性に優れていること等から好ましく用いることができる。

なお、参考として、外部動力１３として空圧シリンダ１３ｃを用いた冷却液落下防止装置を図８に示した。シール板７は、リニアガイド１３ｃにより移動方向が２方向（ワークロール表面に向かって前進後退）に拘束され、空圧シリンダ１３ｄにより上ワークロールの表面に押し付けられる構造となっている。

ここで、上記タイプＩＩの冷却液落下防止装置におけるシート板とワークロール表面との隙間の大きさは、空圧シリンダ１３ｃの空気圧とシール板から噴出する気体１４の流量を調整することによって制御することができる。図９は、図８に示した冷却液落下防止装置において、空圧シリンダの空気圧を０．１５ＭＰａとし、気体を噴射するスリットノズルのスリット幅を５ｍｍ、噴出する気体として空気を用いたときの、気体流量とシート板とワークロール表面との隙間の大きさとの関係を示したものである。この図から、気体流量が２Ｎｍ^３／ｍｉｎで０．２ｍｍ、気体流量が４Ｎｍ^３／ｍｉｎで０．３ｍｍの隙間を形成することができることがわかる。

また、図１０は、図８に示した冷却液落下防止装置におけるシート板とワークロール表面との隙間の大きさを制御する系統図であり、空圧シリンダ１３ｄに供給される気体の圧力は減圧弁１５ａ、圧力発信機１５ｂおよびプロセスコンピュータ１７によって所定の圧力に保持される。また、シール板の先端から噴出する気体１４の流量は、流量調整弁１６ａ、流量計１６ｂ、圧力発信機１６ｃおよびプロセスコンピュータ１７によって所定の流量に調整される。なお、図中の１８は、空圧シリンダ用空気およびノズルから噴出する気体（空気）を供給する配管である。

ここで、本発明におけるシート板とワークロール表面との隙間の大きさは、図４に示したように、冷間圧延機の圧延速度（ワークロールの周速）によって変化するため、一概に特定できないが、タイプＩの冷却液落下防止装置の場合には、０．４ｍｍ以下に設定するのが好ましく、０．２ｍｍ以下に設定するのがより好ましい。しかし、図２（ａ）のように、シート板とワークロール表面との隙間に向けて、下方から圧縮空気を噴射したりする場合には、シート板とワークロール表面との隙間の上限を０．８ｍｍ程度まで拡大することができる。さらに、タイプＩＩの冷却液落下防止装置のようにシート板に設けたノズルから気体を噴射する場合には、気体流量を増大させることによってシート板とワークロール表面との隙間の上限を０．５ｍｍ程度まで拡大することができる。ただし、気体流量の増大は、冷却液が飛散し、鋼板上への落下を招くおそれがあるので、最大でも０．３ｍｍ程度以下に制御するのが好ましい。

図６に示したタイプＩの冷却液落下防止装置を、潤滑油の供給がリサーキュレーション方式のタンデム式冷間圧延機の出側に設置し、圧延機出側の鋼板上への冷却液の落下の有無を調査する実験を行った。上記実験では、シート板の両幅端部側に設けた突起部の突起量を調整してシート板とワークロール表面との隙間を０．２ｍｍに設定した後、３．０ｍｍの熱延鋼板を１．２ｍｍの板厚に冷間圧延した。この際、冷間圧延機の圧延速度を１００ｍ／ｍｉｎ単位で０〜５００ｍ／ｍｉｎまで段階的に加速して圧延し、圧延機の出側で巻き取ったコイルを洗浄ラインに通板する際、鋼板表面に冷却液の落下が認められるか否かを調査した。その結果、２００ｍ／ｍｉｎ以上の圧延速度では冷却液の落下が認められず、図３が正しいことが確認された。

図８に示したタイプＩＩの冷却液落下防止装置を、潤滑油の供給がリサーキュレーション方式のタンデム式冷間圧延機の出側に設置し、圧延機出側の鋼板上への冷却液の落下の有無を調査する実験を行った。上記実験では、シート板のワークロール表面に対向する面にスリットノズルを配設し、空圧シリンダの圧力を０．１５ＭＰａとした後、上記スリットノズルから噴出する空気の流量を２Ｎｍ^３／ｍｉｎ（隙間０．２ｍｍ）と４Ｎｍ^３／ｍｉｎ（隙間０．３ｍｍ）の２段階に変化させて、３．０ｍｍの熱延鋼板を１．２ｍｍの板厚に冷間圧延した。この際、実施例１と同様、冷間圧延機の圧延速度を１００ｍ／ｍｉｎ単位で０〜５００ｍ／ｍｉｎまで段階的に加速して圧延し、圧延機の出側で巻き取ったコイルを洗浄ラインに通板する際、鋼板表面に冷却液の落下が認められるか否かを調査した。その結果、空気の流量が２Ｎｍ^３／ｍｉｎ、４Ｎｍ^３／ｍｉｎのいずれの場合も、１００ｍ／ｍｉｎ以上の圧延速度では冷却液の落下が認められないことが確認された。
この結果から、タイプＩＩの冷却液落下防止装置は、ノズルから噴出する気体によって、タイプＩの冷却液落下防止装置より、落下抑制効果が向上することが確認された。

本発明では、リサーキュレーション方式の冷間圧延機を例にとって説明をしてきたが、ダイレクト方式の冷間圧延機に適用できることは勿論である。また、本発明では、鋼板用の冷間圧延機を例にとって説明をしてきたが、鋼板以外の冷間圧延機に適用できることもまた勿論である。

１：被圧延材（鋼板）、 ２：ワークロール、 ２ａ：ワークロール表面、 ３：バックアップロール、 ４：クーラントノズル、 ５：冷却液（クーラント）、 ６：鋼板上に落下する冷却液、 ７：シール板、 ７ａ：突起部、 ７ｂ：ノズル、 ８：エア噴射ノズル、 ９：シール板−ワークロール表面間の隙間、 １０：重力、 １１：随伴力、 １２：冷却液の液溜まり、 １３：外部動力、 １３ａ：サーボモータ、 １３ｂ：マイタギア、 １３ｃ：空圧シリンダ、 １３ｄ：リニアガイド、 １４：気体（気体流）、 １５ａ：減圧弁、 １５ｂ：圧力発信機、 １６ａ：流量調整弁、 １６ｂ：流量計、１６ｃ：圧力発信機、 １７：プロセスコンピュータ、 １８：気体（空気）供給配管

Claims (7)

1. 冷間圧延機出側のワークロール表面にシール板を対向させて配設し、圧延機のワークロール表面に噴射した冷却液が被圧延材の上に落下するのを防止する冷却液落下防止装置において、上記シール板とワークロール表面との隙間を冷却液が流れ落ちない大きさに制御することを特徴とする冷却液落下防止装置。
2. 上記シール板は、被圧延材の幅よりも大きな幅を有し、かつ、ワークロールと対向する面の被圧延材の幅よりも外側位置にワークロール表面と当接する突起を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却液落下防止装置。
3. 上記シール板とロール表面との隙間の大きさを外部動力によって制御することを特徴とする請求項１または２に記載の冷却液落下防止装置。
4. 上記外部動力は、サーボモータであることを特徴とする請求項３に記載の冷却液落下防止装置。
5. 上記シール板を外部動力でワークロール表面に押し付けた状態とした後、シール板のワークロール対向面から気体を噴出して、シール板とワークロール表面との間に隙間を形成することを特徴とする請求項１に記載の冷却液落下防止装置。
6. 上記外部動力は、空圧シリンダであることを特徴とする請求項５に記載の冷却液落下防止装置。
7. 上記シール板とワークロール表面との隙間を、空圧シリンダの空気圧とシール板から噴出する気体流量を調整することによって制御することを特徴とする請求項５または６に記載の冷却液落下防止装置。

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