JP3540975B2 - 固形潤滑剤の供給方法及び供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は潤滑剤供給位置直前まで室温で固形状態の潤滑剤を溶融状態にして送出し、潤滑剤冷却手段で溶融状態の潤滑剤を冷却・固化して固形潤滑剤にしてロールまたは被圧延材に供給する固形潤滑剤の供給方法及び供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固形潤滑剤の供給方法としては、室温で固形状態の潤滑剤を溶融加熱して液状にして送出し、液状のままでロールまたは被圧延材に供給する方法が知られているが、この方法は、連続的に潤滑剤を供給することができるが、一方でロールまたは被圧延材に塗布されるときは液状であるために、固形潤滑剤の本質的な特性である、すなわち、水が付着している潤滑対象物への良好な付着性を活かすことができない。
【０００３】
また、ワックス系潤滑剤の従来の供給方法として、エアーシリンダーやバネなどによってロールなどの工具に押し付けて供給し、潤滑剤が全て消耗したときに交換する方法も知られている。半固形状のワックスについては、グリース潤滑剤のように、気体噴霧供給方法が知られている。
さらに、固形潤滑剤の供給及び補給方法としては、特開平４−３７２６９２号公報は、熱間圧延用ワックス状固形潤滑剤自体を直接ロールに押し付ける方法を開示する。この従来の方法は、エアーシリンダーの空気圧を調整することにより熱間圧延用ワックス状固形潤滑剤を圧延機ロールに押圧塗布する供給方法であり、圧延機のオフラインのときのみに、固形潤滑剤の取り付け治具から消耗した固形潤滑剤を取り外し新しい固形潤滑剤を取り付け補給するために、長時間の圧延工程において、連続して途切れること無く固形潤滑剤を供給することはできない。また、この方法においては、少なくとも潤滑剤の長さ以上の設置領域が、潤滑供給位置に必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固形潤滑剤の良好な付着性を活かし、潤滑対象物の適切な潤滑位置に必要量の固形潤滑剤を供給し、且つ潤滑を必要とする場所が狭くとも固形潤滑剤を供給可能にする装置及び方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、長時間の圧延工程であっても、潤滑剤の補給工程中に潤滑剤の供給を中断をすることなく、固形潤滑剤を連続的に長時間供給できる方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、潤滑剤を必要とする種々の金属材料の熱間及び冷間加工の圧延加工、鍛造加工、押出加工、引抜き加工等のあらゆる加工工程に利用することが可能となる方法及び装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明において、上記課題は次に示す固形潤滑剤の供給方法及び供給装置によって達成される。
本発明は、溶融状態（室温では固体）の潤滑剤を貯蔵タンクから潤滑剤供給配管に送出し、溶融状態の潤滑剤をロールまたは被圧延材に供給する位置に配置する潤滑剤冷却供給装置で冷却固化し、潤滑剤供給時には固形潤滑剤にしてロールまたは被圧延材に接触・押圧して供給することを特徴とする固形潤滑剤の供給方法によって達成される。上記方法においては、固形潤滑剤が、ワックス系潤滑剤であることを特徴とし、さらに、ワックス系潤滑剤が、ワックス系潤滑剤の重量に対して１ｗｔ％以上〜９０ｗｔ％以下の範囲で、１種類以上の固体潤滑剤を混合した潤滑剤であることを特徴とする。さらに、上記方法においては使用する固形潤滑剤の融点が、固形潤滑剤を供給するロールの圧延中の最高温度よりも高いものを用いることを特徴とし、また固形潤滑剤に水をかけながら供給することを特徴とし、さらに固形潤滑剤の押し付け圧力を、０．０１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上でロールに押し付けて使用することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、固形潤滑剤を溶融状態にする加熱・保温機構付き潤滑剤貯蔵タンク、加熱・保温機構付き潤滑剤貯蔵タンクから冷却手段付き潤滑剤押し付け装置まで、加熱・保温機構付き潤滑剤送出配管を経由して、固形潤滑剤を溶融状態で送出する潤滑剤送出ポンプ、及び溶融状態の潤滑剤を冷却固化する前記冷却手段付き潤滑剤押し付け装置、を設けた固形潤滑剤の供給装置であって、潤滑剤送出ポンプの送出圧力を調整することにより、冷却固化した固形潤滑剤を、ロールまたは被圧延材に押し付けて供給することを特徴とする固形潤滑剤の供給装置によって達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の固形潤滑剤の供給装置は、供給する固形潤滑剤の融点よりも高い温度の加熱・保温機構付きの潤滑剤貯蔵タンクと潤滑剤供給配管とを設置し、固形潤滑剤を溶融状態にして送出する。さらに、本発明の固形潤滑剤供給装置は、潤滑剤が供給されるロールまたは被圧延材の潤滑対象物の近くに配置される潤滑剤冷却供給装置に、溶融状態の潤滑剤を固化させるための冷却装置を内蔵させ、潤滑剤供給装置から潤滑剤を供給するときには、固化した固形潤滑剤をロールまたは被圧延材に接触・押圧して供給する。溶融状態の固形潤滑剤を固化させる位置は、潤滑剤供給場所になるべく近いところが望ましい。
【０００８】
本発明においては、固形潤滑剤は、溶融状態にして固形潤滑剤供給位置まで送出するために、ワックス系潤滑剤が使用される。さらに、ワックス系潤滑剤は、ワックス系潤滑剤の重量に対して１ｗｔ％以上〜９０ｗｔ％以下の範囲で、１種類以上の固体潤滑剤を混合した潤滑剤である。固体潤滑剤が１ｗｔ％未満では、ワックスによる潤滑対象物への付着が十分に行われず、ワックスに混合された固体潤滑剤の供給量が少なくなり、必要な潤滑効果を引き出すことができない。９０ｗｔ％を越えると、ワックスによる固体潤滑剤の付着は十分であるが、潤滑対象物である圧延ロールなどの摩耗や焼付きを防止ないしは低減することが十分になされない。固体潤滑剤の混合量はワックス系潤滑剤に対して、２０ｗｔ％から６０ｗｔ％であることが好ましい。また、使用する固形潤滑剤の融点は、潤滑対象物の条件に依存するが、３００℃以下で、好ましくは潤滑剤を付着させる対象物の温度よりも１℃〜２００℃低いものである。
【０００９】
ワックス系潤滑剤としては、飽和脂肪酸類、不飽和脂肪酸類、エステル類、脂肪酸アマイド類、硬化油類、硬化脂肪酸類、金属石鹸類、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ類、アルコールサルフェート類、アルキルメチルタウライド類、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリエチンレングリコール類、ポリエチレンワックス類、パラフィン系炭化水素系ワックス類、カルナウパワックス類、キャンデリラワックス、マイクロクリスタリンワックス類、α−オレフィン類等、白蝋、牛脂硬化油、ステアリン酸、フーローワックス、のワックス状（常温で固形）の物質、さらに、上記のうち、１種類もしくは、２種類以上組み合わせたものが好ましい。
【００１０】
また、固体潤滑剤としては、黒鉛、２硫化モリブデン、天然および合成雲母、炭酸カルシウム、二酸化ケイ素、リン酸カリウム、窒化ボロン、酸化チタン、タングステン酸化合物、リン酸化合物、カルボン酸化合物、炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム、ガラス紛、等、上記のうち、１種類もしくは、２種類以上組み合わせたものを使用するのが好ましい。
【００１１】
本発明の上記の固形潤滑剤の供給装置により、固形潤滑剤を溶かした状態で潤滑剤供給装置先端まで供給することができるため、固形潤滑剤の大きな課題であった固形潤滑剤の供給・補給を非常に簡便に行うことが可能になり、さらに固形潤滑剤の大きな特徴である潤滑対象物に水がかかっていても接触・押圧によって潤滑剤の付着が容易となる固形潤滑剤のメリットを引き出すことが可能になった。
【００１２】
さらに、本発明の上記の固形潤滑剤の供給方法により、固形潤滑剤に固体潤滑剤を混入させても溶融した固形潤滑剤は粘度が大きいので、冷却・固化されたときに、固体潤滑剤が固形潤滑剤内でほぼ均一に分布できる。固形潤滑剤内でさらに均一な固体潤滑剤の分布を必要とするときは、冷却固化する際にまたは潤滑剤貯蔵タンク内で溶融状態の潤滑剤を強制攪拌すると良い。
発明者らは実験により、現状考え得る圧延操業条件に対して、コストおよび作業効率上、最も好ましい固形潤滑剤の融点および押し付け圧力の条件を検討した。その結果、少なくとも固形潤滑剤の融点が、固形潤滑剤を供給するロール表面の圧延中の最高温度よりも高い融点の固形潤滑剤を用いないと、ロールの熱によって、一旦固形化した固形潤滑剤が再び溶融して、固形潤滑剤の消耗速度が速くなることを見いだした。さらに、固形潤滑剤の効果を引き出すのに必要な圧力として、固形化した潤滑剤をロールなどの工具へ押し付けるときの圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ² 以上必要であることも発見した。押し付け圧力が０．０１ｋｇｆ／ｃｍ² 未満では、ロールへの固形潤滑剤の付着量が少なく、ロール肌荒れ（ロール焼付きも含む）抑制やロール摩耗低減などの効果が十分に得られない。また、固形潤滑剤を使用するにあたって、一旦固形化された潤滑剤自体に水をかけながら使用する必要がある。通常、ロール冷却水をかけながら操業されているが、このロール冷却水を固形化した潤滑剤にかけながら供給しても差し支えない。つまり、ロール冷却水をかけているところで、固形潤滑剤をロールに供給しても良い。もちろん、固形潤滑剤専用の配管を配して水を直接かけるようにしてもよい。固形潤滑剤を使用するにあたって水をかけながら使用しなければならない理由は、水がないロール表面に固形潤滑剤を押し付けると固形潤滑剤とロールとが焼付きに近い状態で転着し、消耗速度が非常に大きくなるためである。従って、従来の油系の潤滑油を使用する場合には、ロール表面の水を水切り装置で取り除いてから潤滑油を供給するが、固形潤滑剤はロール表面に水が存在する状態で供給した方が好ましく、言い換えれば、従来の水切り装置が不要になる利点もあり、設備メンテナンスの労力がさらに低減する効果も期待できる。
【００１３】
【実施例】
＜実施例１＞
本実施例においては加熱・保温機構はリボンヒーターを用いた。リボンヒーターを潤滑剤貯蔵タンク（２）及び潤滑剤送出配管（５、５’）に加熱保温可能に巻き付けた。約２００℃の加熱・保温機構付き貯蔵タンク（２）で、融点が１２０℃で黒鉛を４０ｗｔ％含んだ固形ワックスを溶融状態にした。加熱・保温機構付き貯蔵タンク（２）から冷却手段付き潤滑剤押し付け装置（４）まで、加熱・保温機構付き潤滑剤送出配管（５、５’）を経由して、潤滑剤送出ポンプ（３）で固形潤滑剤（６’）を溶融状態で送出した。本実施例における潤滑剤送出ポンプ（３）は、ギアーポンプを使用した。冷却手段付き潤滑剤押し付け装置（４）まで送出された溶融状態にある固形潤滑剤（６’）は、潤滑剤押し付け装置（４）の冷却手段により冷却固化された。本実施例における冷却手段は、潤滑剤押し付け装置のノズル先端部（７）近くの周囲に設けた冷却水による冷却帯である。冷却手段付き潤滑剤押し付け装置（４）内で固化したした固形潤滑剤（６）は、溶融状態の潤滑剤を供給する潤滑剤送出ポンプ（３）の供給圧力を調節することにより、適量の固形潤滑剤をロールまたは被圧延材に供給できた。さらに、固形化状態における潤滑剤の硬度を調整するために、ノズル近くの周囲に設けた冷却水による冷却帯において、冷却水の温度を調整することによって、潤滑剤の固形化状態を調整することが可能であり、潤滑供給量を調整する手段の一つとして、半固形化状態の潤滑剤を供給することもできるものである。ここでは、冷却水温度が１５℃と４５℃のものを用いたが、どちらの場合でも円滑に潤滑剤を供給することが可能であり、４５℃の冷却水を用いた場合の方が、１５℃の冷却水を用いた場合よりも潤滑剤の硬度が小さく、より多くのロールへの付着量を実現できることが判明した。
【００１４】
＜実施例２＞
さらに、上記実施例１の固形潤滑剤の供給装置を熱間転動摩耗試験機に取り付け、６０分間潤滑剤を連続供給する転動摩耗実験を行った。熱間転動摩耗試験機の６０分間潤滑剤を連続供給した場合と、６０分間無潤滑の場合のトルク変化を観察した。その結果、６０分間潤滑剤を連続供給した場合には、無潤滑状態よりも低いトルクが安定して得られ、安定した長時間の固形潤滑剤の供給を可能にした。図２は潤滑有無による摩擦係数の違いを示し、図３は潤滑有無によるロール摩耗量の違いを示す。本発明の潤滑供給方式によって供給した場合、従来の潤滑剤よりも摩擦係数も小さく安定し、ロール摩耗低減効果も大きいことがわかった。
＜実施例３＞
実施例２と同じく、工場の仕上熱間圧延ラインのＮｏ．２スタンドの出側にエアーシリンダーを用いた固形潤滑剤であるワックス潤滑剤の供給装置を設置し、固形潤滑剤の融点、押し付け圧力、およびワックス潤滑剤への水かけの有無が、ロール焼付きの発生に与える影響を調査した。その結果、本発明にある条件で固形潤滑剤を用いると、表１に示したように、ロール肌荒れ（焼付き）の発生が十分に抑制可能で、数ロット無研削（ロール手入れ無し）で使用可能であることが明らかになった。
【表１】

【００１５】
【発明の効果】
本発明の固形潤滑剤供給装置によって、圧延工程が非常に長時間となる圧延ロットあっても、固形潤滑剤が途切れることなく安定して供給することが可能となった。本発明の固形潤滑剤供給装置は、現在使用されている液状潤滑剤ヘッダート同程度の大きさであるので、現在使用している圧延装置、鍛造装置、押出装置及び引抜き装置などに簡単に装備することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融状態の固形潤滑剤を固化させて固形潤滑剤にして供給する装置を示す概略図である。
【図２】本発明と従来潤滑剤との摩擦係数の比較を示す。
【図３】本発明と従来潤滑剤とのロール摩耗低減効果の比較を示す。
【符号の説明】
１…固形潤滑剤の供給装置
２…加熱・保温機構付き貯蔵タンク
３…潤滑剤送出ポンプ
４…潤滑剤冷却装置
５、５’…加熱・保温機構付き潤滑剤送出配管
６…固形潤滑剤
６’…溶融状態の固形潤滑剤
７…ノズル先端部
８…ロール
９…被圧延材

Claims (7)

1. 溶融状態の潤滑剤を貯蔵タンクから潤滑剤供給配管に送出し、前記溶融状態の潤滑剤をロールまたは被圧延材に供給する位置に配置する潤滑剤冷却供給装置で冷却固化し、潤滑剤供給時には固形潤滑剤にしてロールまたは被圧延材に接触・押圧して供給することを特徴とする固形潤滑剤の供給方法。
2. 前記固形潤滑剤が、ワックス系潤滑剤であることを特徴とする請求項１記載の供給方法。
3. 前記ワックス系潤滑剤が、前記ワックス系潤滑剤の重量に対して１ｗｔ％以上〜９０ｗｔ％以下の範囲で、１種類以上の固体潤滑剤を混合した潤滑剤であることを特徴とする請求項２記載の供給方法。
4. 使用する固形潤滑剤の融点が、固形潤滑剤を供給するロールの圧延中の最高温度よりも高いものを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固形潤滑剤の供給方法。
5. 固形潤滑剤に水をかけながら供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固形潤滑剤の供給方法。
6. 固形潤滑剤の押し付け圧力を、０．０１ｋｇｆ／ｃｍ² 以上でロールに押し付けて使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固形潤滑剤の供給方法。
7. 固形潤滑剤を溶融状態にする加熱・保温機構付き貯蔵タンク（２）、
   前記加熱・保温機構付き貯蔵タンクから冷却手段付き潤滑剤押し付け装置まで、加熱・保温機構付き潤滑剤送出配管を経由して、固形潤滑剤を溶融状態で送出する潤滑剤送出ポンプ、及び
   前記溶融状態の潤滑剤を冷却固化する前記冷却手段付き潤滑剤押し付け装置、を設けた固形潤滑剤の供給装置であって、
   前記潤滑剤送出ポンプの送出圧力の調整機能を有することを特徴とする固形潤滑剤の供給装置。

Images