JP3346298B2 - 冷間圧延機における圧延油供給方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は冷間圧延機におけ
る圧延油供給方法に係り、特に循環式圧延油供給方式を
使用する冷間圧延機における圧延油供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷間圧延では、圧延中に鋼板とロールの
間の摩擦を減少させるために潤滑油が必要となる。ま
た、摩擦発熱および加工発熱を除去するためにロールな
らびに鋼板の冷却が必要となる。通常冷間圧延において
は、エマルション圧延油を用いて潤滑が行われる。エマ
ルションとは圧延油の粒子が水に安定して懸濁した状態
の混合液体である。エマルションは粒径及び濃度で特徴
づけられる。エマルション濃度とはエマルション全体積
中の油分体積の比率である。粒径とは、エマルション中
の圧延油の粒子の径である。また、エマルションを作成
するために、界面活性剤を添加する。その添加量は圧延
油量に対する濃度（対油濃度）で所定量添加し、攪拌器
及びポンプによるせん断を加える。冷間圧延におけるエ
マルション圧延油の供給方式には、直接方式（ダイレク
ト方式）、循環方式（リサーキュレーション方式）、お
よびその折衷であるハイブリッド方式がある。

【０００３】直接式圧延油供給方式（ダイレクト方式）
は、潤滑の目的で高濃度のエマルション圧延油を鋼板に
スプレーし、冷却の目的で水をロールにスプレーするた
め、潤滑性と冷却性に優れる。しかし、循環方式と異な
り、エマルション圧延油を循環使用しないため、圧延油
の原単位が高い。

【０００４】一方、循環式圧延油供給方式（リサーキュ
レーション方式）は、圧延油と冷却水をあらかじめ混
合、撹拌して作成した低濃度のエマルション圧延油を、
循環しながら潤滑と冷却の目的で鋼板およびロールにス
プレーするため、圧延油の原単位が低い。しかし、直接
式圧延油供給方式と比較して、潤滑性および冷却性が劣
ることは否定できない。そのため、従来の循環方式で
は、特に、仕上板厚０．２ｍｍ以下の薄物材の高速圧延
時には潤滑不足となり、チャタリングと呼ばれる圧延機
の振動や、ヒートスクラッチと呼ばれる表面疵が発生す
るため、圧延速度が上げられないという問題があった。

【０００５】これに対し、循環式圧延油供給方式の潤滑
性改善を目的とした従来技術として、特公昭59-24888号
公報では、濃度１０％以上の圧延油を、噛み込み直前の
鋼板下面に直接供給する方法が提示されている。また、
低濃度かつ低温のエマルションを供給する循環式圧延油
供給系統とは別に、高濃度かつ高温のエマルションを鋼
板に供給して潤滑性を改善する折衷方法であるハイブリ
ッド方式が提示されている。

【０００６】特公昭58- 5731号公報及び特開平9-122733
号公報では、高濃度エマルションを高温（７５℃）に加
熱し、噛み込み直前の鋼板に直接噴射し、高濃度エマル
ションは循環系エマルションからの抽出液に圧延油を添
加して作成する方法が提示されている。

【０００７】特開平2- 37911号公報では、高濃度エマル
ションに添加する界面活性剤を、循環系統のエマルショ
ンと同一種とし、添加量のみ異ならせて乳化安定性指数
（ＥＳＩ）を低くし、鋼板に直接噴射する方法が提示さ
れている。

【０００８】また、特公昭63- 5167号公報では、塩形成
をさせないか、もしくは、塩形成率の低いイオン性界面
活性剤を用いて乳化不安定なエマルションとして鋼板に
直接噴射し、循環系統のタンク内に水溶性の反対イオン
性物質を過剰に添加させておき、循環系統のタンクへ混
入後に乳化安定化させる方法が提示されている。

【０００９】しかし、上記従来技術には、以下のような
問題点があった。

【００１０】特公昭59-24888号公報に提示されている従
来技術では以下の理由により、十分な潤滑性改善効果を
得られなかった。

【００１１】ａ）スプレーされるエマルション中の油分
が鋼板表面に付着又は展着することをプレートアウトと
呼ぶが、供給されるエマルションに含まれる油分量に対
し、鋼板表面にプレートアウトする油分量の比率（以
下、付着効率と称す）と濃度の関係を調査すると、エマ
ルションの油分の濃度のみを高くすると付着効率は低下
するため、濃度の上昇だけでは充分なプレートアウト量
を得られなかった。

【００１２】ｂ）高速圧延時には、鋼板下面側だけでな
く、上面側にもヒートスクラッチが発生することがあ
る。高速圧延域においては下面だけではなく上面のプレ
ートアウト量の減少もみられ、鋼板下面のみの潤滑性改
善では不十分である。

【００１３】特公昭58- 5731号公報及び特開平9-122733
号公報に提示されている従来技術では以下の理由によ
り、十分な潤滑性改善効果を得られなかった。

【００１４】ａ）エマルションの温度を高くすることの
効果を実機で確かめてみると、エマルションを構成する
乳化分散剤によっては必ずしもエマルションの温度を高
くしても付着効率が増加せず、その場合にはエマルショ
ンを高温にすることは効果がない。またエマルションの
濃度を高くすると付着効率は低下するため、濃度の上昇
だけでは効率よくプレートアウト量を増加できない。濃
度上昇による付着効率の低下を補おうとして供給流量を
過大に増加させるなどの方法によらなければならない等
の問題があった。またエマルションを加熱、加圧するた
めにはヒーター等の余分な装置が必要になる一方、温度
の高いエマルションが循環式圧延油供給系統に混入する
と循環式圧延油供給系統のエマルションの温度が上昇す
るために、循環式圧延油供給系統には大型のクーラー等
の余計な設備が必要になる。

【００１５】ｂ）ハイブリッド系のエマルションを循環
系エマルションからの抽出により得ようとすると、循環
系エマルションはＥＳＩ、鉄分濃度、鹸化価、酸価など
の特性が一定でなく、安定した抽出液を得るためには化
学処理や鉄分除去フィルターなどの複雑な設備が必要に
なる。また、ひとたび抽出液の特性が変化するとそれに
対応して、ハイブリッド系のエマルションの特性や物性
も変化し本来目的としていた安定した潤滑性改善が達成
できない。

【００１６】特開平2-37911 号公報に提示される従来技
術では循環式圧延油供給タンク内にハイブリッド系のＥ
ＳＩの低い乳化分散性の不安定なエマルションが混入す
ることなり、循環系統のエマルションのＥＳＩが経時的
に変化して乳化分散性が不安定になり、それが供給され
ると過潤滑となり、全スタンドにわたってスリップが発
生し圧延が不安定になるなどの問題があった。

【００１７】一般的に、潤滑式圧延油供給タンクは１０
０００Ｌ程度の大容量である。特公昭63- 5167号公報に
提示されている従来技術では循環系統のタンク内にあら
かじめ反対イオン性物質を大量に添加しておく必要があ
り、過剰な反対イオン性物質により循環系統のタンク内
のエマルションの乳化分散安定性にばらつきを生じるこ
とがある。また塩形成率の低いイオン性界面活性剤を用
いたエマルションとの塩形成反応が生じにくく、結果と
して循環系統のタンク内のエマルションが不安定化する
などの問題があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決すべくなされたもので、循環式圧延油供給方式にお
いて、循環式圧延油供給系統（第１の圧延油供給系統）
とは別に第２の圧延油供給系統を設けて、循環式圧延油
供給系統よりも平均粒径が大きく付着効率の高いエマル
ションを鋼板上下面に供給することにより潤滑性を向上
させるとともに、循環式圧延油供給タンクに混入後もエ
マルションの乳化分散安定性を保持できる圧延油供給方
法を提供するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、冷間圧延
におけるエマルション圧延油を循環式に供給する第１の
圧延油供給系統と、鋼板上下面に供給する第２の圧延油
供給系統とを設け、第２の圧延油供給系統から、第１の
圧延油供給系統と同一種類及び同一の対油分濃度の界面
活性剤を添加しかつ第１の圧延油供給系統のエマルショ
ンより大きな平均粒径（例えば２０μｍ以上）となるよ
うに調整し付着効率の高いプレートアウト性に優れるエ
マルションを、鋼板上面及び下面に供給する工程と、こ
の工程で鋼板に付着しなかったエマルションを第１の圧
延油供給系統のエマルションに合流させる工程と、を備
えたことを特徴とする冷間圧延機における圧延油供給方
法である。

【００２０】第２の発明は、第２の圧延油供給系統から
第１の圧延油供給系統のタンクへ混入する圧延油分量
が、第１の圧延油供給系統の油分ロス量よりも多い場
合、第１の圧延油供給系統のタンクへ希釈水を補充し
て、第１の圧延油供給系統のエマルションの濃度を一定
とする工程と、第２の圧延油供給系統から第１の圧延油
供給系統のタンクへ混入する圧延油分量が、第１の圧延
油供給系統の油分ロス量よりも少ない場合には、第２の
圧延油供給系統のタンクのエマルションを第１の圧延油
供給系統のタンクへ補充するとともに、希釈水を補充す
る工程と、を備えたことを特徴とする第１の発明に記載
の冷間圧延機における圧延油供給方法である。

【００２１】まず、本第１発明の原理を説明する。

【００２２】発明者らは、エマルションを鋼板に供給し
たとき、付着効率を向上させる手段について鋭意検討し
た結果、エマルションの平均粒径を増加させると、付着
効率が大幅に向上することを見出した。図３に、プレー
トアウト試験機を用い、エマルションの平均粒径と付着
効率の関係を調査した結果を示すが、平均粒径の増加と
ともに付着効率が増加する。特に、平均粒径が２０μｍ
以上で、急激に付着効率が増加する。

【００２３】また、図４にエマルション濃度と付着効率
の関係を示すが、濃度上昇とともに付着効率は減少す
る。しかし、エマルションの平均粒径が20μｍと大きく
なるとエマルション濃度に対する付着効率の低下は小さ
い。

【００２４】特に高速圧延域では、速度の上昇とともに
スプレー時間が短くなり、鋼板の単位面積当たりの供給
圧延油量が減少するため、従来技術のようにエマルショ
ンを高濃度、高温化しても付着効率の低い条件では充分
な潤滑性改善効果はなく、本発明のように平均粒径を大
きくした付着効率の高いエマルションを用いると効果的
である。

【００２５】また、高速圧延時には、鋼板下面側だけで
なく、上面側にもヒートスクラッチが発生することがあ
るため、鋼板の上面側の潤滑性の改善が必要であり、上
面側にも平均粒径を大きくした付着効率の高いエマルシ
ョンを供給する必要がある。

【００２６】本第１発明で、循環式圧延油供給系統（第
１の圧延油供給系統）とは別に第２の圧延油供給系統を
設け、循環式圧延油供給系統のエマルションよりも大き
な平均粒径のエマルションを、圧延スタンド入側にて鋼
板の上下面に供給するとしたのは、以上のような検討結
果に基づくものである。

【００２７】第２の圧延油供給系統のエマルションは、
安定した潤滑性を得るために、圧延油原液、界面活性
剤、および希釈水を新たに調合して作成する。乳化分散
のために添加する界面活性剤は、第２の圧延油供給系統
のエマルションが第１の循環式圧延油供給タンクに混入
したときの影響をなくすために、循環式圧延油供給系統
と同一種類・同一の対油分濃度とする。平均粒径の大き
なエマルションを得る方法としては、タンクに設置され
た撹拌器の回転数を適切に調整し、機械的撹拌条件を緩
和する。図５は、タンク内の撹拌器の回転数とタンク内
およびスプレーノズル出側のエマルションの平均粒径の
関係を示す。タンク内の粒径よりもスプレーノズル出側
の方が若干小さくなるのは、供給ポンプおよびノズル部
でせん断を受けるためである。図５の関係に従い、タン
ク内での所定の粒径調整を例えばスプレーノズル出側で
２０μｍ以上の平均粒径を得ることができる。

【００２８】また、第２の圧延油供給系統から鋼板の上
面、下面へ供給されるエマルションのうち、鋼板に付着
しなかったエマルションを回収し循環式圧延油供給タン
クへ合流させる工程において、回収された第２の圧延油
供給系統のエマルションは、タンク内での撹拌および、
循環式圧延油供給系統内の循環途中にてポンプおよびノ
ズルでの強いせん断を繰り返し受けると、循環系統のエ
マルションと同じ粒径まで細分化され、乳化安定エマル
ションとなるため、循環式圧延油供給系統の乳化分散安
定性を維持することができる。

【００２９】本第１発明において、第２の圧延油供給系
統のエマルションに、循環式圧延油供給系統のエマルシ
ョンと同一種類・同一の対油分濃度の界面活性剤を添加
するとしたのは、以上のような検討結果に基づく。

【００３０】また、図６はプレートアウト試験機を用
い、界面活性剤ａ，ｂ，ｃを乳化分散剤として作成した
エマルションについて、エマルション温度と付着効率の
関係を調査した結果である。これによると、エマルショ
ン温度を高くすることは、界面活性剤ｃのように乳化分
散剤によってはプレートアウト量を低下させる場合もあ
る。界面活性剤ａ, ｂのようにプレートアウト量が増加
する場合もあるが付着効果の増加は小さく、エマルショ
ンを高温に保つためのヒーター等の設備が必要になるこ
とを考えれば、エマルションを高温にすることは得策で
ない。また循環式圧延油供給系統に混入した場合に循環
式圧延油供給系統の温度がどんどん上昇するために、循
環式圧延油供給系統にはクーラーが必要になる。したが
って本発明では第２の圧延油供給系統と循環式圧延油供
給系統のエマルションは同じ温度とするのがよい。

【００３１】第２の圧延油供給系統のエマルションの濃
度および供給流量は、以下に説明する条件およびプレー
トアウト特性を考慮して決定する。第１に、所定のプレ
ートアウト量を確保することが必要条件となる。この必
要なプレートアウト量をＰφｍｉｎ（単位はｍｇ／
ｍ^２）とする。Ｐφｍｉｎはヒートスクラッチやチャタ
リングの発生しない最低限度の量であり、使用するロー
ル粗度の影響を受ける。以下、プレートアウト量を記号
ＰΦ（単位はｍｇ／ｍ^２）で表す。第１の条件を式
（１）で表す。

【００３２】 Ｐφｍｉｎ≦ＰΦ …式（１） 第２に、プレートアウト量は、図７に示すように、一定
のエマルション供給量以上では飽和し、付着効率が低下
する。このため、エマルション供給量は、プレートアウ
ト量が飽和しない範囲内で設定するのが望ましい。この
飽和限界となるエマルション供給量を、ωτｍａｘ（単
位はＬ/ ｍ^２）とする。ただし、ωτはエマルション供
給量（単位はＬ/ ｍ^２）を表し、ωは流量密度（単位は
Ｌ/ ｍ^２）、τはスプレー滞留時間（単位はmin ）を表
わす。図７によると、ωτｍａｘは、約０．１Ｌ／ｍ²
である。圧延機の１ヘッダー当たりの流量をＱ（Ｌ/ ｍ
ｉｎ）、スプレー部の幅をＷ（ｍ）、圧延速度Ｖ（ｍ/
ｍｉｎ）とすると、Ｑ= （ωτ）・Ｗ・Ｖで計算でき
る。Ｗ= １. ２ｍ, Ｖ= １８００ｍｐｍのとき、Ｑ=２
５０Ｌ/ ｍｉｎとなる。このことから、１ヘッダー当り
の流量は、最大２１５Ｌ／ｍｉｎでよい。第２の条件を
式（２）で表す。

【００３３】 ωτ≦ωτｍａｘ …式（２） また、エマルション供給量に対し、プレートアウト量の
飽和しない領域では、式（３）でプレートアウト量を計
算できる。ただし、ＰΦはプレートアウト量（単位はｍ
ｇ／ｍ^２）、ωτはエマルション供給量（Ｌ／ｍ^２）、
ｃはエマルションの油分の濃度（％）、ｆは付着効率
（％）、ｋは単位換算係数（ｍｇ／Ｌ）である。ｋは油
種によって異なるが、０. ８９Ｘ１０^６〜０. ９０Ｘ１
０^６程度である。

【００３４】 ＰΦ＝ｋ（ｃ/100）・ωτ・（ｆ/100） …式（３） 第三に、図４に示すように、付着効率ｆはエマルション
の濃度の増加とともに低下するためできるだけ低濃度と
する。また、図３に示すように、付着効率ｆはエマルシ
ョンの粒径により影響を受ける。付着効率ｆ（％）と濃
度ｃ（％）、平均粒径ｄ（μｍ）の関係を、式（４）で
表す。但し、ｆは関数を表す。

【００３５】 ｆ＝ｆ（ｃ，ｄ） …式（４） 式（１）、式（３）、及び式（４）を整理すると、式
（５）の条件が得られる。

【００３６】 ｃ・ｆ（ｃ，ｄ）≧Ｐφｍｉｎ／ωτ・ｋ …式（５） 以上より、第２の圧延油供給系統のエマルションの濃度
と平均粒径は、式（５）を満足する必要がある。例え
ば、図４に示す付着効率を示すエマルションの場合、平
均粒径を２０μｍとしたときの最低濃度の計算例を以下
に示す。

【００３７】式（５）中のＰφｍｉｎは次の手順に従っ
て求める。先ず、ヒートスクラッチ疵及びチャタリング
の発生と圧延材の鋼板付着油量野関係を調査し、いずれ
も発生しないときの鋼板付着量の下限値ををＯｍｉｎ
（単位はｍｇ／ｍ^２）とする。このときの圧延機入側の
鋼板表面のプレートアウト量Ｐφｍｉｎ（単位はｍｇ／
ｍ^２）は、圧延機出側でロール表面にも圧延材の鋼板付
着油量と同量の圧延油が付着していると仮定すると、Ｐ
φｍｉｎ＝２・Ｏｍｉｎ／（１−ｒ）で計算される。但
し、ｒは圧延時の圧下率を表わす。例えば、Ｏｍｉｎが
３００ｍｇ／ｍ^２、圧下率ｒが０. ３のとき、 Ｐφｍ
ｉｎは８６０ｍｇ／ｍ^２となる。エマルション供給量ω
τをωτｍａｘの３０％とすると、図４に示す平均粒径
２０μｍの時のエマルション濃度と付着効率の関係を用
い、式（５）を満足するエマルションの最低濃度を求め
ると10.0% となる。

【００３８】一方、上記例のエマルションを従来の循環
式圧延油供給系統のエマルションとして使用する場合、
せん断を十分に加えて平均粒径２０μｍよりも小さくし
て乳化安定なエマルションとし、濃度を１. ０〜５. ０
％程度として使用する。

【００３９】この例からもわかるように、上述した式
（１）〜式（５）の諸条件を考慮すると第２の圧延油供
給系統のエマルション濃度は、循環式圧延油供給系統よ
り高くなる。

【００４０】エマルション供給時の圧延油の噴射圧力に
ついては、０．５ｋｇ／ｃｍ² 〜７ｋｇ／ｃｍ² が好ま
しい。０．５ｋｇ／ｃｍ² は、鋼板下面用のヘッダーよ
りスプレーされたエマルションが鋼板表面に到達できる
最低圧力である。また、７ｋｇ／ｃｍ² 以上となると、
鋼板表面に衝突して、飛散するエマルション量が多くな
り、付着効率は低下する。従って、０．５〜７ｋｇ／ｃ
ｍ² 程度に設定するのが好ましい。

【００４１】以上に示した本第１発明による圧延油供給
方法を用いることにより、従来の循環式圧延油供給系統
よりも潤滑性を大きく改善できる。図８は、循環式圧延
油供給系統と第２の圧延油供給系統の圧延材の鋼板付着
油量の比較結果である。なお、鋼板付着油量の測定は、
鋼板表面の油分をヘキサン等の有機溶剤にて抽出し、抽
出油分量を測定する方法（溶剤抽出法）により行なっ
た。この時の循環式圧延油供給方式のエマルションの濃
度は３．５％、平均粒径は１０μｍであり、上下ヘッダ
ーからのエマルション供給量を４０００Ｌ／ｍｉｎとし
た。一方、第２の圧延油供給方式のエマルションの濃度
は１０％、平均粒径は２０μｍであり、上下ヘッダーか
らのエマルション供給量を１３０Ｌ／ｍｉｎとした。本
第１発明を用いた時の鋼板付着油量は、従来の循環式圧
延油供給系統よりも約４０％増加しており、供給油分量
に対する付着油量の比率で示される付着効率でいえば、
従来の約１２倍の効果が認められた。

【００４２】また、本第１発明では、第２の圧延油供給
系統のエマルションを供給するためのスプレーノズルの
位置をロールバイトから離れた上流スタンドにできるだ
け近い位置とすることが好ましい。これは以下の理由に
よる。安定したプレートアウト層を形成するためには、
水が油に分散したＯ／Ｗエマルションの状態から、油が
水に分散したＷ／Ｏエマルション又は油分単層へ転相す
るための時間（以下、転相時間と称す）を確保するのが
好ましい。

【００４３】実際の圧延機においては、圧延機入側で鋼
板上下面にエマルションが供給されてからロールバイト
に到達するまでの時間が転相時間に相当する。このた
め、転相時間は高速圧延域ほど短くなり、プレートアウ
ト層を形成しにくくなる。これに対し、スプレーノズル
の位置をロールバイトから離れた上流スタンドにできる
だけ近い位置とすることで、転相時間を確保できる。

【００４４】次に本第２発明は、以下の検討結果に基づ
くものである。

【００４５】循環式圧延油供給方式では、ストリップと
共に付着した油分が系外へ持ち出される圧延油分、蒸
発、リーク、及びスカムアウトで失われる圧延油および
水を補充し、タンク内のエマルション液量およびエマル
ション濃度を一定の水準に保持している。

【００４６】一方、第２の圧延油供給系統より循環式圧
延油供給タンクへ混入するエマルションは、循環系統の
エマルションよりも濃度は高いが、界面活性剤種および
対油分濃度も同一であるため、補充油として用いること
ができる。

【００４７】本第２発明はかかる観点に基づいてなされ
たものである。すなわち、本第２発明は、第２の圧延油
供給系統から循環式タンク内へ混入する油分量が、循環
式圧延油供給系統の油分ロス量を越える場合には、循環
式タンク内の濃度が一定となるように希釈水のみを補充
する。この時、タンク内のエマルション液量は（一定の
濃度を保ったまま）増加することとなり、予め油分ロス
量を補給していることと等価となる。

【００４８】また、第２の圧延油供給系統から循環式タ
ンク内へ混入する油分量が、循環式圧延油供給系統の油
分ロス量を上回り、かつ、タンク内のエマルション液量
が一定の水準を越えている場合には、新たな油分補給は
不要であり、濃度を一定に保持するように希釈水のみを
補充する。

【００４９】また、第２の圧延油供給系統から循環式タ
ンク内へ混入する油分量が、循環式圧延供給系統の油分
ロス量を下回り、かつ、タンク内のエマルション液量が
一定の水準に保持されているが、少ない場合には、第２
の圧延油供給系統のエマルションを循環式圧延油供給タ
ンクへ補充するとともに希釈水を補充する。

【００５０】希釈水および第２の圧延油供給系統のエマ
ルションの補充量は、式（６）に示すように、循環式圧
延油供給系統へ混入する第２の圧延油供給系統のエマル
ションの油分量から循環式圧延油供給系統の油分ロス量
を差し引いた油量ΔＱｏに応じ、式（７）〜式（１０）
に基づいて決定する。

【００５１】

【数１】

【００５２】ただし、ΔＱｏ（Ｌ／ｍｉｎ）は、循環式
圧延油供給系統の油分増加量、ΔＱｗ（Ｌ／ｍｉｎ）
は、循環式圧延油供給系統の水分増加量、ＱＬｏ（Ｌ／
ｍｉｎ）は、循環式圧延油供給系統の油分ロス量、ＱＬ
ｗ（Ｌ／ｍｉｎ）は、循環式圧延油供給系統の水分ロス
量、ΔＱＥ（Ｌ）は、タンク内のエマルション液量の一
定水準からの偏差量、Ｗ（Ｌ／ｍｉｎ）は、希釈水の補
給量、ｑ２（Ｌ／ｍｉｎ）は、第２の圧延油供給系統の
タンクから循環式圧延油供給系統のタンクへの補充量、
ｑ１（Ｌ／ｍｉｎ）は、第２の圧延油供給系統から鋼板
へのエマルション供給量、ｃ（％）は、第２の圧延油供
給系統の油濃度、ｃ０（％）は、循環式圧延油供給系統
の油濃度、ｆ（％）は、第２の圧延油供給系統のエマル
ションの付着効率である。

【００５３】以上示した補給方法を用いることにより、
第２の圧延油供給系統のエマルションは、循環式供給系
統の不足油分の補充も兼ね有効に利用されるため、従来
の循環式圧延油供給方式の場合と同様に、圧延油原単位
を低くできる。

【００５４】また、本第２発明によれば、第２の圧延油
供給系統は、循環式圧延油供給系統のみを用いて圧延す
る場合にも、循環式圧延油供給系統の油分ロス量の補充
方法として適用できる。第２の圧延油供給系統のエマル
ション補充量および希釈水は、ΔＱｏ＝−ＱＬｏ、ΔＱ
ｗ＝−ＱＬｗとし、式（９）に基づいて決定する。

【００５５】

【発明の実施の形態】［本発明の実施形態１］図１は、
本第１発明の実施形態の一例であり、全５スタンドのタ
ンデムミルの第４，５スタンドに適用した場合である。
第４，５スタンドに適用したのは、後段スタンドほど圧
延速度が速く、しかも、板厚が薄くなるため、圧延荷重
が高くなり、潤滑条件として厳しくなるためである。図
１では、Ｎｏ．１〜３スタンドにおいては、従来の循環
式圧延油供給系統による潤滑および冷却を行い、Ｎｏ．
４，５スタンドにおいては、本発明による第２の圧延油
供給系統により潤滑を行い、冷却を循環式圧延油供給系
統により行う圧延油供給方式を示した。なお、循環式圧
延油供給系統は、Ｎｏ．１〜３スタンド用、およびＮ
ｏ．４，５スタンド用の２系統に別れている。

【００５６】図１中の装置１は第２の圧延油供給系統の
エマルションの貯蔵タンクである。温水、圧延油原油、
界面活性剤は、各タンク２，３，４より供給ポンプ５
ａ，５ｂ，５ｃを経由し、所定の油分濃度、界面活性剤
の対油分濃度となるように流量調整弁６ａ，６ｂ，６ｃ
で補給量を調整され、エマルション貯蔵タンク１へ供給
される。タンク内のエマルションの濃度は、４〜１５％
の範囲内とし、界面活性剤の対油分濃度は循環式圧延油
供給系統と同一とする。タンク内の平均粒径は、撹拌器
７の回転数の調整により３０〜５０μｍとする。エマル
ション温度は、循環式圧延油供給系統と同じ温度とす
る。

【００５７】この第２の圧延油供給系統のエマルション
液は、ポンプ８により、圧延油供給ライン９を経由して
ヘッダー１０ａ、およびヘッダー１０ｂよりストリップ
の上下面に供給される。この時のエマルション粒径は、
ポンプ８およびヘッダーのノズル部にてせん断を受け、
平均粒径２０〜４０μｍとなる。流量は、１ヘッダー当
たり最大２１５Ｌ／ｍｉｎとし、圧延材のサイズ及び鋼
種に応じて調整する。

【００５８】鋼板へのスプレー後、鋼板にプレートアウ
トしないエマルションは、回収オイルパン１７ｂにて、
冷却用の循環系エマルションとともに回収され、戻りラ
イン２７ｂを経由して、循環式圧延油供給タンク１３ｂ
内に混入する。混入後、タンク内の撹拌器１８により撹
拌され、循環系統のエマルションと同じ粒径まで細分化
され、乳化安定なエマルションとなる。

【００５９】図９は、本第１発明による第２の圧延油供
給系統を用いたときの、循環系統タンク１３ｂ内のエマ
ルションの粒径分布を調査した結果である。比較とし
て、第２の圧延油供給系統のタンク１内のエマルション
の粒径分布および第２の圧延油供給系統を用いない場合
の循環系統タンク内１３ｂ内のエマルション粒径分布も
示した。第２の圧延油供給系統を使用した場合の循環系
統タンク１３ｂ内のエマルションは、第２の圧延油供給
系統を使用しない場合のエマルションの粒径分布と一致
しており、本第１発明によれば、循環式圧延油供給系統
の乳化分散性を保持できることがわかる。

【００６０】一方、循環式圧延油供給系統のエマルショ
ン液は、Ｎｏ．１〜３スタンド用タンク１３ａ、Ｎｏ．
４，５スタンド用タンク１３ｂに貯蔵され、撹拌器１８
により撹拌され、粒径の小さく安定なエマルションとな
る。エマルション粒径はカチオン系分散型の界面活性剤
を用いた場合、８〜１５μｍであった。それ以外の乳化
型の界面活性剤を用いる場合には平均粒径が１０μｍ以
下となる場合もある。エマルションの濃度は、通常１〜
４％の範囲内である。基油に牛脂を用いる場合、エマル
ションの温度は５５〜７０℃である。それ以外の合成エ
ステル系圧延油の場合には、これよりも低くなる場合も
ある。この循環系統のエマルションは、撹拌タンク１３
ａおよび１３ｂから、ポンプ１４ａ，１４ｂにより圧延
油供給ライン１５ａ，１５ｂに送給される。循環系統に
よる潤滑を行うＮｏ．１〜３スタンドについては、ヘッ
ダー１９ａ，１９ｂより、ロールバイトへ向けてエマル
ションを供給する。その流量は、各ヘッダーごとに１０
００〜２０００Ｌ／ｍｉｎの範囲である。また、Ｎｏ．
１〜５スタンドの出側では、冷却用エマルション供給系
統２０より、ストリップ２１、ワークロール２２、バッ
クアップロール２３に向けてスプレーし、ストリップお
よびロールを冷却する。その流量は、各ヘッダーごと
に、１０００〜２０００Ｌ／ｍｉｎの範囲である。その
後、循環系統のエマルションは、回収オイルパン１７
ａ，１７ｂにより回収され、戻りライン２７ａ，２７ｂ
を経由して循環系統のタンク１３ａ，１３ｂに戻され
る。

【００６１】図１８は、図１に示す実施形態において、
第２の圧延油供給系統のエマルションを供給するヘッダ
ー位置をロールバイトから離れた上流スタンドにできる
だけ近い位置とし、Ｏ／ＷエマルジョンからＷ／Ｏエマ
ルション若しくは油単相へ転相するための時間を確保し
ている。ここでは、前スタンド出側のロール、ストリッ
プ冷却用クーラントヘッダー２０の影響を受ける領域の
直後（前スタンド側より１. ０ｍ）に設置した。なお、
スタンド間は４. ５ｍである。

【００６２】［本発明の実施形態２］図２は、本第２発
明の実施形態に関し、全５スタンドのタンデムミルに適
用した場合の装置構成である。なお、第２の圧延油供給
系統の装置構成は、上記実施形態１で示した図１と同様
である。第２の圧延油供給系統から循環式圧延油供給系
統のタンク１３ａ, １３ｂへのエマルションの供給は、
圧延油送給ライン１１を経由して行われる。また、温水
タンク２から循環式圧延油供給系統のタンク１３ａ, １
３ｂへの希釈水の送給は、希釈水送給ライン１６を経由
して行われる。

【００６３】計算装置２４ｂでは、循環式圧延油供給タ
ンク１３ｂへの第２の圧延油供給系統のエマルションの
貯蔵タンク１からの送給量および希釈水の補充量が計算
される。その計算フローを図１０に示すが、流量計２５
にて第２の圧延油供給系統からＮｏ．４，５スタンドで
スプレーされるエマルション供給量ｑ１を計測し、これ
を基に、タンク１からの送給量ｑ２および希釈水の補給
量Ｗを式（６）〜式（１０）より計算し、これに基づい
て、流量制御弁１２ｂおよび２６ｂが制御される。

【００６４】例えば、Ｎｏ．４，５スタンド用の循環系
統のエマルションの濃度が２．５％、油分ロス量および
水分ロス量が各々１．４Ｌ／ｍｉｎ，１８．４Ｌ／ｍｉ
ｎ、第２の圧延油供給系統のエマルション貯蔵タンク１
のエマルションの濃度が１０％、エマルションの付着効
率が３０％の時、鋼板への供給量をＮｏ．４，５スタン
ドで２０Ｌ／ｍｉｎ，３０Ｌ／ｍｉｎとした場合、循環
式圧延油供給系統の油分増加量は式（６）よりΔＱｏ＝
２．１Ｌ／ｍｉｎとΔＱｏ＞０となり、循環式圧延油供
給系統の濃度を一定に保持するために、希釈水のみを補
給する。その補給量Ｗは、式（８）より５５．３Ｌ／ｍ
ｉｎとなる。

【００６５】また、鋼板への供給量をＮｏ．４，５スタ
ンドで５Ｌ／ｍｉｎ，１３Ｌ／ｍｉｎとした場合、循環
式圧延油供給系統の油分増加量は、式（６）よりΔＱｏ
＝−０．１４Ｌ／ｍｉｎとΔＱｏ＜０となり、循環式圧
延油供給系統への圧延油の補給が必要となる。この時、
循環系統のタンク内のエマルション液量が一定の水準に
保持されている場合（ΔＱE ＝０）には、第２の圧延油
供給系統のエマルションおよび希釈水を補給する。式
（９）よりエマルションの送給量ｑ２は１．４Ｌ／ｍｉ
ｎ、希釈水の補給量Ｗは６．４Ｌ／ｍｉｎとなる。

【００６６】また、タンク内のエマルション液量が一定
の水準よりも多い場合（ΔＱE ＞０）、希釈水のみを補
給する。その補給量Ｗは、式（１０）より、３３．０Ｌ
／ｍｉｎとなる。

【００６７】計算装置２４ａでは、タンク１３ａへの第
２の圧延油供給系統のエマルション貯蔵タンク１からの
エマルションおよび希釈水の補給量が計算される。タン
ク１からのエマルションの送給量ｑ２および希釈水の補
給量Ｗを式（９）より計算し、これに基づいて、流量制
御弁１２ａ，２６ａが制御され、循環式圧延油タンク１
３ａの油分補給がなされる。

【００６８】例えば、Ｎｏ．１〜３スタンド用の循環系
統のエマルションの濃度が２．５％、循環式圧延油供給
系統の油分ロス量および水分ロス量が各々０．６Ｌ／ｍ
ｉｎ，７．９Ｌ／ｍｉｎであり、第２の圧延油供給系統
タンク１のエマルションの濃度が１０％、エマルション
の付着効率が３０％の場合、希釈水の補給量Ｗは２５．
９Ｌ／ｍｉｎ、第２の圧延油供給系統からのエマルショ
ンの送給量ｑ２は６Ｌ／ｍｉｎとなる。

【００６９】

【実施例】［実施例１］全５スタンドのタンデム圧延機
の第４，５スタンドに本第１発明（第１実施形態）を適
用し、第４，５スタンドの潤滑を第２の圧延油供給系統
により行った。圧延油の基油を牛脂（４０℃の粘度４５
ｃＳｔ）とし、乳化分散剤としてカチオン系界面活性剤
を用いた。第２の圧延油供給系統のエマルションの界面
活性剤の対油分濃度およびクーラント温度は、循環式圧
延油供給系統と同じとし、各々０．６％，６０℃とし
た。また、第２の圧延油供給系統のエマルションの濃度
を１０％とし、エマルション粒径を、ポンプおよびヘッ
ダーのノズルにてせん断を受けた後、２０μｍとなるよ
うに、タンク内の平均粒径を３０μｍに調整した。ま
た、第２の圧延油供給系統のエマルション供給量を、第
４スタンドで１００Ｌ／ｍｉｎ、第５スタンドで１３０
Ｌ／ｍｉｎとした。また、他スタンドの潤滑および全ス
タンドの冷却は、従来通り循環式圧延油供給系統を用い
た。循環式圧延油供給系統のエマルションの濃度を３．
５％、平均粒径を１０μｍとした。

【００７０】また、本発明の比較とし、第４，５スタン
ドの潤滑を従来通り循環式圧延油供給系統で行う場合の
エマルション供給量を、第４スタンドで２５００Ｌ／ｍ
ｉｎ、第５スタンドで４０００Ｌ／ｍｉｎとした。

【００７１】以上のような圧延油供給を行って、速度を
変更しつつ圧延を行い、チャタリングの発生およびヒー
トスクラッチ疵の発生状況を調査した。対象材は、仕上
厚０．２ｔ以下の硬質ブリキ材および軟質ブリキ材の２
種類とした。各々の調査結果を以下の表１，表２に示
す。

【００７２】(1) 対象材１の鋼種は、硬質ブリキ原板で
あり、その寸法は、母材厚１．８ｍｍ、仕上げ厚０．１
８ｍｍ、板幅９００ｍｍである。

【００７３】表１に示すように、本発明を用いると、チ
ャタリングもヒートスクラッチ疵も未発生のまま２１０
０ｍｐｍまで加速できた。一方、従来方式では１５００
ｍｐｍでチャタリングが発生し、それ以上の加速は不可
能であった。

【００７４】図１１，図１２に、それぞれ圧延速度と圧
延材の鋼板付着油量および、圧延速度と第５スタンドの
摩擦係数の関係を本発明による方法と従来方式とを比較
して示した。なお、鋼板付着油量は、溶剤抽出法により
上下面について各々求めたものの平均値である。

【００７５】従来方式では、８００ｍｐｍ以上の高速域
で鋼板付着油量が大きく減少していたのに対し、本発明
では高速域においても安定した鋼板付着油量が得られて
いる。また、これに対応し、第５スタンドの摩擦係数の
上昇が抑制され、高速域でも安定した摩擦係数が得られ
ており、潤滑不足が解消されているのがわかる。

【００７６】本試験結果が示すように、対象材１を圧延
する場合に、第４，５スタンドの潤滑を従来通り循環式
圧延油供給方法で行うと、潤滑不足に起因したチャタリ
ングの発生により圧延速度は１５００ｍｐｍが限界とな
り、高速圧延が阻害されていた。これに対し、本第１発
明によれば、高速域における潤滑不足を解消できるた
め、チャタリングの発生を未然に防止でき、２１００ｍ
ｐｍの高速圧延が可能となる。図１３は、従来通りの循
環式圧延油供給系統および本第１発明を用いたときの、
対象材１を圧延する場合の平均速度の分布を示すもので
あるが、本第１発明により、平均速度は１３５０ｍｐｍ
から１７００ｍｐｍに改善された。

【００７７】

【表１】

【００７８】(2) 対象材２の鋼種は、軟質ブリキ原板で
あり、その寸法は母材厚２．３ｍｍ、仕上げ厚０．２０
ｍｍ、板幅１０００ｍｍである。

【００７９】対象材２は、対象材１よりも軟質である
が、冷圧率が高いため、従来方式では特に、第５スタン
ドでのヒートスクラッチ疵の発生頻度が高かった。

【００８０】表２に示すように、本発明を用いると、ヒ
ートスクラッチ疵未発生のまま２１００ｍｐｍまで加速
できた。一方、従来方式の場合、１７００ｍｐｍで軽度
のヒートスクラッチ疵が発生し、それ以上の高速域で
は、顕著なヒートスクラッチ疵が発生した。

【００８１】図１４，図１５に、それぞれ圧延速度と圧
延材の鋼板付着油量および、圧延速度と第５スタンドの
摩擦係数の関係を本発明による方法と従来方式とを比較
して示した。従来方式では、高速域で鋼板付着量が大き
く減少していたのに対し、本発明では高速域においても
安定した付着量が得られている。また、これに対応し、
第５スタンドの摩擦係数の上昇が抑制され、高速域でも
安定した摩擦係数が得られており、潤滑の不足が解消さ
れているのがわかる。

【００８２】図１６に、圧延速度と第５スタンド出側の
鋼板温度の関係を示す。従来方式では、速度とともに温
度上昇が大きく、１７００ｍｐｍ以上で１７０℃を越
え、ヒートスクラッチ疵が発生した。一方、本第１発明
によると、温度上昇が抑制されヒートスクラッチ疵の発
生がなくなっている。この理由は、本発明によると高速
圧延域での摩擦係数の上昇を抑制できるため、摩擦発熱
が低減し、結果として第５スタンド出側の鋼板温度が低
下するためである。

【００８３】本試験結果が示すように、対象材２を圧延
する場合に、第４，５スタンドの潤滑を従来通り循環式
圧延油供給方法で行うと、ヒートスクラッチ疵の発生に
より圧延速度は１７００ｍｐｍが限界となり、高速圧延
が阻害されていた。これに対し、本第１発明を用いるこ
とにより、高速域における潤滑不足が解消されるため、
ヒートスクラッチ疵の発生を防止でき２１００ｍｐｍの
高速圧延が可能となる。図１７は、従来通りの循環式圧
延油供給系統と本第１発明を用いた時の、対象材２を圧
延する時の平均速度の分布を示すものであるが、本第１
発明を用いることにより、平均速度は１５５０ｍｐｍか
ら１９００ｍｐｍに改善された。

【００８４】

【表２】

【００８５】［実施例２］全５スタンドのタンデム圧延
機の第４，５スタンドに本第１発明を適用し、第４，５
スタンドの潤滑を行なう場合に、循環式圧延油供給系統
の油分ロス量および水分の補給を本第２発明（実施形態
２）により行った。圧延油の基油を牛脂（４０℃の粘度
４５ｃＳｔ）とし、乳化分散剤としてカチオン系界面活
性剤を用いた。本発明による第２の圧延油供給系統のエ
マルションは、濃度を１０％、平均粒径を２０μｍと
し、循環式圧延油供給系統のエマルションは、濃度を３
％、平均粒径を９μｍとした。なお、エマルションの温
度および界面活性の対油分濃度は同一とし、それぞれ６
０℃，０．６％とした。

【００８６】表３に、対象圧延材を、母材厚１．８〜
２．０ｍｍ、仕上げ厚０．１６〜０．２５ｍｍ、板幅８
００〜１２００ｍｍの薄物ブリキ原板としたときの、圧
延油原単位を本発明による方法と従来方法とを比較して
示した。なお、この時の第２の圧延油供給系統からのエ
マルション供給量は、仕上厚に応じて調整し、仕上厚
０．１６〜０．２０ｍｍの場合、第４スタンドおよび第
５スタンドの供給量を、各々１００Ｌ／ｍｉｎ，１３０
Ｌ／ｍｉｎとし、仕上厚０．２０〜０．２５ｍｍの場
合、各々５Ｌ／ｍｉｎ，１３Ｌ／ｍｉｎとした。一方、
従来方式での潤滑としてスプレーされるエマルションの
供給量は、第４スタンドで３０００Ｌ／ｍｉｎ、第５ス
タンドで４０００Ｌ／ｍｉｎとした。本第２発明による
と、圧延油原単位を従来方式（循環方式）よりも低くす
ることができた。これは、本発明により第２の圧延油供
給系統のエマルションを、循環式圧延油供給系統の油分
ロスの補充油として有効に利用できる効果と、エマルシ
ョンの供給量を従来方式よりも少なくできるため、ヒュ
ーム等による油分ロス量を従来方式よりも低減できる効
果による。

【００８７】

【表３】

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本第１発明によれ
ば、付着効率の高い平均粒径２０μｍ以上のエマルショ
ンを、圧延スタンド入側の鋼板上面、下面に供給するこ
とにより、高速圧延域においても上下面の鋼板付着油量
を大幅に向上できる。これにより、仕上板厚０．２ｍｍ
以下の薄物材を圧延する場合に、従来方式で高速圧延時
に発生していた潤滑不足が解消され、チャタリングおよ
びヒートスクラッチ疵の発生を防止できる。これに伴
い、圧延速度を向上でき、生産性を大幅に向上できる。
さらに、循環式圧延油供給系統のエマルションの乳化分
散安定性も確保されるため、安定な操業が可能となる。

【００８９】また、本第２発明によれば、第２の圧延油
供給系統のエマルションが、循環式圧延油供給系統の補
充油としても利用できるため、圧延油の原単位を従来の
循環式圧延油供給方式よりも低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に関わるタンデム圧延機
への適用例を示す図。

【図２】本発明の第２実施形態に関わるタンデム圧延機
への適用例を示す図。

【図３】エマルションの平均粒径と付着効率の関係を示
す図。

【図４】エマルションの濃度と付着効率の関係を示す
図。

【図５】攪拌器の回転数とエマルションの平均粒径の関
係を示す図。

【図６】エマルション温度と付着効率の関係を示す図。

【図７】エマルション供給量ωτとプレートアウト量の
関係を示す図。

【図８】循環式圧延油供給系統と第２の圧延油供給系統
の圧延材の鋼板付着量の比較図。

【図９】第２の圧延油供給系統使用時と未使用時の循環
式圧延油供給系統のエマルション粒径分布の比較を示す
図。

【図１０】計算装置における計算フローを示す図。

【図１１】本発明と従来方式の圧延材の鋼板付着油量の
比較（対象材１）を示す図。

【図１２】本発明と従来方式の第５スタンドの摩擦係数
の比較（対象材１）を示す図。

【図１３】本発明と従来方式の圧延速度分布の比較( 対
象材１）を示す図。

【図１４】本発明と従来方式の圧延材の鋼板付着油量の
比較（対象材２）を示す図。

【図１５】本発明と従来方式の第５スタンドの摩擦係数
の比較（対象材２）を示す図。

【図１６】本発明と従来方式の第５スタンド出側の鋼板
温度の比較（対象材２）を示す図。

【図１７】本発明と従来方式の圧延速度分布の比較( 対
象材２）を示す図。

【図１８】本発明の実施形態に関わるタンデム圧延機へ
の適用例で、第２の供給系エマルションの供給位置をロ
ールバイトの上流側にした例を示す図。

【符号の説明】

1 …貯蔵タンク, 2 …タンク, 3 …タンク, 4 …
タンク, 5a,5b,5c…供給ポンプ, 6a,6b,6c…流量調
整弁, 7 …攪拌器 8 …ポンプ, 9 …圧延油供給ラ
イン, 10a,10b …ヘッダー, 11…圧延油送給ライ
ン, 12a,12b …流量制御弁, 13a,13b …循環式圧延
油供給タンク, 14a,14b …ポンプ, 15a,15b …圧延油
供給ライン, 16…希釈水送給ライン, 17a,17b …回
収オイルパン, 18…攪拌器, 19a,19b …ヘッダー,
20…冷却用エマルション供給系統, 21…ストリッ
プ, 22…ワークロール, 23…バックアップロール,
24a,24b …計算装置, 25…流量計， 26a,26b …流量
制御弁, 27a,27b …戻りライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 義己 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 坂井 広義 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 友常 茂宏 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−37911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−264212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−189013（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−76920（ＪＰ，Ａ) 特開2000−94013（ＪＰ，Ａ) 特開2000−94026（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 27/10 B21B 45/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷間圧延におけるエマルション圧延油を
   循環式に供給する第１の圧延油供給系統と、鋼板上下面
   に供給する第２の圧延油供給系統とを設け、 第２の圧延油供給系統から、鋼板上面及び下面に、第１
   の圧延油供給系統と同一種類及び同一の対油分濃度の界
   面活性剤を添加しかつ第１の圧延油供給系統のエマルシ
   ョンより大きな平均粒径となるように調整したエマルシ
   ョンを、供給する工程と、 この工程で鋼板に付着しなかったエマルションを第１の
   圧延油供給系統のエマルションに合流させる工程と、 を備えたことを特徴とする冷間圧延機における圧延油供
   給方法。
2. 【請求項２】 第２の圧延油供給系統から第１の圧延油
   供給系統のタンクへ混入する圧延油分量が、第１の圧延
   油供給系統の油分ロス量よりも多い場合、第１の圧延油
   供給系統のタンクへ希釈水を補充して、第１の圧延油供
   給系統のエマルションの油分の濃度を一定とする工程
   と、 第２の圧延油供給系統から第１の圧延油供給系統のタン
   クへ混入する圧延油分量が、第１の圧延油供給系統の油
   分ロス量よりも少ない場合には、第２の圧延油供給系統
   のタンクのエマルションを第１の圧延油供給系統のタン
   クへ補充するとともに、希釈水を補充する工程と、 を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延機
   における圧延油供給方法。