JP4924398B2 - 冷間圧延における潤滑油供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、循環給油方式の冷間タンデム圧延機を用いて鋼板を圧延する際の冷間圧延における潤滑油供給方法、特に複数の圧延油供給手段を有する一般にハイブリッドシステムと呼ばれる潤滑方式に関する。

鋼板を冷間圧延する際には、圧延中の鋼板とロールとの間に生ずる摩擦を低減させるための潤滑剤として、また、圧延時に生ずる摩擦発熱および加工発熱により高温となったロールならびに鋼板の冷却を行うための冷却剤として潤滑油が用いられる。ここで、通常の冷間圧延においては、前記潤滑油としてエマルション圧延油（以下、単に「エマルション」とも呼ぶ）が用いられる。なお、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をいう。エマルションは濃度及び平均粒径で特徴づけられる。エマルションの濃度とは、エマルション全質量中の油分質量の比率である。平均粒径とは、エマルション中の圧延油の平均粒子径である。また、エマルションを作成するためには界面活性剤を添加する。その添加量は圧延油量に対する質量濃度（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ことによりエマルションの平均粒径を調整する。

冷間圧延時における前記エマルション圧延油の供給方式としては、エマルション圧延油を循環使用しない直接給油方式（ダイレクト方式）、エマルション圧延油を循環させながら潤滑と冷却を行う循環給油方式（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知られている。

ここで、循環給油方式とは、圧延油を濃度１〜５質量％程度に希釈し、界面活性剤を用いて水に油が分散したＯ／Ｗエマルションにしたエマルション圧延油を循環使用する方式をいう。循環給油方式では、各スタンドのロールバイト入側において潤滑のための圧延油を供給するための供給手段を備えると共に、圧延ロールに冷却用の圧延油を供給するための供給手段を備えるのが通常であり、前記潤滑用と冷却用とを同一のエマルション圧延油によって行うものである。

一方で、近年、生産性向上のため、時間あたり圧延重量の劣る薄物材の高速圧延が志向されている。これらの動向に対し、従来の循環式圧延油供給方式では潤滑不足となり、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焼きつきに起因する表面疵が発生する。従来、潤滑不足を解消する手段は種々開発されているが、同時に高速圧延領域ではロール周速が速い為、単位時間あたりにワークロールに噴射される冷却用エマルション量が減少し、サーマルクラウンと呼ばれる熱膨張に起因した凸クラウンが成長しやすくなる。サーマルクラウン成長によりロールプロフィールが経時変化すると、圧延後の板形状も乱れやすくなる。形状制御で代表的な方法としてはロールベンディング力やロールシフト量を変化させる等があるが、形状制御能力に限界があるためサーマルクラウン成長を完全に打ち消すことが容易でなく、形状不良等により生産性が著しく阻害されるという問題があった。

これに対して、ワークロールのサーマルクラウン抑制を目的とした従来技術としては以下のような例がある。すなわち、
（１）モデル式によって目標ロールプロフィールに一致するようにロール胴長方向のクーラント分布を制御する方法（特許文献１参照）や、
（２）ジャケット冷却による圧延ロールの冷却方法（特許文献２、３参照）
等がある。

なお、後述する［課題を解決するための手段］の項において、下記の特許文献４、５を引用するので、ここに併せて記載しておく。
特開２００３−３０５５１１号公報 特開平１１−２７７１１３号公報 特開平１１−２７７１１５号公報 特開２０００−１３５５０８号公報 特開平０３−２３４３１２号公報

上記の特許文献１〜３のいずれにおいてもワークロールに噴射する冷却クーラント媒体として、水が用いられている。通常、循環式圧延油供給方式（循環給油方式）でも、循環クーラントが加温されているため、蒸発水分を補填するため常に水が供給されている。従って、ワークロールを冷却後、循環系に流れ込む冷却水量が、水分供給量と同程度であるなら、循環系のエマルション圧延油の濃度変動は、実用上はあまり問題とならないレベルに抑制され得る。

しかしながら、循環系から蒸発する水分量に対し、ワークロールを冷却すべき必要流量は圧倒的に多いため、上記のような高速化の求められる材料の圧延量増加により、ロール冷却用のクーラント供給量が増加して、循環系のエマルション圧延油の濃度低下が操業に与える影響が無視できないレベルになる可能性がある。このような圧延油で冷間圧延を行うと、循環系のエマルション圧延油の濃度低下により潤滑不足となって、潤滑不足起因によるチャタリング及びヒートスクラッチの発生を招く可能性があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、循環式圧延油供給方式で圧延油が供給される冷間タンデム圧延において、高速圧延が求められる材料の増加に適切に対応することを可能とする、冷間圧延における潤滑油供給方法を提供することを目的とするものである。

本発明者等は、前述したような循環式圧延油供給方式において、経時変化するワークロールのプロフィールを適切に修正しつつ連続的に操業使用可能な技術について鋭意検討した。その結果、タンデム圧延機における循環エマルションのマスフローのバランスを崩さない為には、循環エマルションを油水分離させ、分離水分をワークロール冷却に使用することを着想した。ワークロールの抜熱後に排出される分離水分は循環エマルションタンクに回収されるため、循環エマルションの水分増加に起因した濃度変動を起すことなくワークロールのサーマルクラウン抑制が可能となる。加えて、油水分離時に発生する分離油分は潤滑不足が懸念される圧延スタンドに補助的に供給する、いわゆるハイブリッドシステムに利用することでタンデム圧延機全体にて冷却と潤滑の両立を図ることができる。

すなわち、循環式圧延油供給方式で循環使用されるエマルション圧延油（第１のエマルション圧延油）の一部を油水分離させることによって、油分濃度の低いエマルション圧延油（第２のエマルション圧延油）と油分濃度の高いエマルション圧延油（第３のエマルション圧延油）とを作成し、そのうちの油分濃度の低い第２のエマルション圧延油をワークロールに供給することで、適正なロールプロフィールを保つとともに、他方の油分濃度の高い第３のエマルション圧延油を鋼板に供給して潤滑性を確保することが可能となる。

例えば、冷却が厳しく圧延速度の速い薄物圧延では、油分濃度の低い第２のエマルション圧延油をワークロールに供給することで、サーマルクラウンが抑制されロールプロフィール変化に起因した形状不良を防止できる。また、循環系全体として含有水分量がほとんど変化しないため、循環系濃度変動に伴う圧延不安定現象も解消できる。従来はロール冷却媒体として循環エマルション（第１のエマルション圧延油）をワークロールに供給していたが、第２のエマルション圧延油は油分濃度が低いため、鋼板への熱伝達係数も高く、冷却能も高い。

ちなみに、ワークロールに噴射する冷却水の有効利用を目的とした従来技術としては、特許文献４に、圧延機から回収された油水混合物をフィルターにて分離する方法が開示されている。ただし、特許文献４に開示の方法では、ストレート油と水との混合物に対する分離であり、循環式圧延油供給方式で使用されるような界面活性剤が添加されたエマルション圧延油では分離効率が低く、満足に連続使用することが出来ない。

また、特許文献５に、循環系エマルションより油分を抽出する方法が開示されているが、ダーティタンク全体から油水分離を行うにはエマルションの処理量が多く、多大な設備コストを要する必要があった。

これに対して、油水分離に必要なエマルション量は循環式圧延油供給方式で循環使用されるエマルションよりも少ない量であるため、循環式圧延油供給方式のエマルション供給配管より循環エマルションの一部を分岐させて油水分離を行うことで、設備コストを最小とすることができる。

本発明は、上記の着想に基づきなされたものであり、以下のような特徴を有する。
［１］金属板の冷間タンデム圧延機において、循環使用される第１のエマルション圧延油の一部を油水分離手段によって分離することで、第１のエマルション圧延油に比較して低濃度の第２のエマルション圧延油と、第１のエマルション圧延油に比較して高濃度の第３のエマルション圧延油とを作成し、作成した第２のエマルション圧延油を一個以上のワークロールに供給するとともに、作成した第３のエマルション圧延油を一個以上の圧延スタンドの入側に供給することを特徴とする冷間圧延における潤滑油供給方法。
［２］油水分離手段では、金属板の圧延条件に基づいて第１のエマルション圧延油の油水分離を行い、その分離液体のうち、含油分の少ない液体を第２のエマルション圧延油、含油分の多い液体を第３のエマルション圧延油として供給することを特徴とする［１］に記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
［３］ワークロールに供給される第２のエマルション圧延油の温度は、第１のエマルション圧延油の温度よりも低いことを特徴とする［１］または［２］に記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
［４］第２のエマルション圧延油と第３のエマルション圧延油のうちの少なくとも一方は、２流体ノズルにて供給することを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
［５］供給される第３のエマルション圧延油の平均粒径が、第１のエマルション圧延油の平均粒径より大きいことを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
［６］第３のエマルション圧延油を、圧延スタンド間の金属板の表面であって、かつ、金属板に付着したエマルション圧延油が下流側圧延スタンドのロールバイトに到達するまでの時間が０．１秒以上となる位置に供給することを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。

本発明によれば、循環式圧延油供給方式で圧延油が供給される冷間タンデム圧延機によって薄物材を高速圧延する場合においても、経時変化するワークロールのプロフィールを適正に保ちつつ、必要とされる良好な潤滑性を確保し続けることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例（一実施形態）を説明する。

図１は、本発明の一実施形態における、複数スタンドを有する循環式圧延油供給方式の冷間タンデム圧延機の概略構成の一例を示した図である。なお、図１は、被圧延材（鋼板）１の入側から順に第１スタンド〜第５スタンド（＃１ＳＴＤ〜＃５ＳＴＤ）の５スタンドの圧延機を有する冷間タンデム圧延機の場合を示している。また、この冷間タンデム圧延機において、隣り合うスタンド間には図示しないテンションロールおよびデフロールが設置されている。

図１において、各スタンドには、第１の圧延油供給手段２として、それぞれの入側に潤滑用クーラントヘッダー３が配置され、それぞれの出側に冷却用クーラントヘッダー４が配置されている。そして、循環使用されるエマルション圧延油（第１のエマルション圧延油）１６がそれぞれの潤滑用クーラントヘッダー３と冷却用クーラントヘッダー４に設けられたスプレーノズルから供給される構成となっている。

この循環使用される第１のエマルション圧延油１６は、循環式圧延油供給タンク５内に貯蔵され、循環系統の圧延油供給ライン７の途中に設けられたポンプ６により圧送され圧延油供給ライン７を通じて各スタンドに配置されたクーラントヘッダー３、４に供給される。なお、第１のエマルション圧延油１６の各クーラントヘッダー３、４への供給は、圧延開始時から行うことが好ましい。

循環式圧延油供給タンク５内には温水（希釈水）と圧延油原液が収容され、そこで両者が混合される。この収容されて混合される温水と圧延油原液は、攪拌機１０の攪拌羽の回転数を調整することにより、所望の平均粒径を有する第１のエマルション圧延油１６とされる。

ここで、第１のエマルション圧延油１６を構成する圧延油としては、通常の冷間圧延に用いられるものとして、天然油脂、脂肪酸エステル、炭化水素系合成潤滑油のいずれかを基油としたものを用いることができる。さらに、これらの圧延油には、油性向上剤、極圧添加剤、酸化防止剤などの通常の冷間圧延油に用いられる添加剤を加えても良い。

また、圧延油に添加される界面活性剤としては、イオン系、非イオン系のいずれを用いても良く、通常の循環式クーラントシステム（循環式圧延油供給方式）で使用されるものを用いればよい。

そして、第１のエマルション圧延油１６としては、前述したような圧延油を、好ましくは濃度１〜５質量％程度、より好ましくは濃度１．２〜３．０質量％程度に希釈し、前述したような界面活性剤を用いて水に油が分散したＯ／Ｗエマルションにしたものが用いられる。なお、その平均粒径としては、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは７〜１０μｍ程度とする。

循環式圧延油供給タンク５内からポンプ６により圧延油供給ライン７内を圧送された第１のエマルション圧延油１６は、各スタンドに配置された潤滑用クーラントヘッダー３からロールバイトに向けて供給されるとともに、冷却用クーラントヘッダー４からワークロールに向けて供給される。この供給された第１のエマルション圧延油１６のうち、鋼板１によって系外に持ち出されたり、蒸発によって失われたりしたものを除いて、回収オイルパン８で回収され、戻り配管９により循環式圧延油供給タンク５内に戻される。

このように、循環式圧延油供給タンク５、ポンプ６、圧延油供給ライン７、潤滑用クーラントヘッダー３、冷却用クーラントヘッダー４、回収オイルパン８、戻り配管９によって、供給された第１のエマルション圧延油１６を回収し循環させるための循環系統が構成される。

その上で、この実施形態においては、図１に示すように、第１のエマルション圧延油１６の一部を油水分離槽１５によって分離して、低濃度エマルション１６ａと高濃度エマルション１６ｂとを得、その低濃度エマルション１６ａと高濃度エマルション１６ｂを用いて、第１のエマルション圧延油１６に比較して低濃度の第２のエマルション圧延油１７と、第１のエマルション圧延油１６に比較して高濃度の第３のエマルション圧延油１８とを作成し、作成した第２のエマルション圧延油１７を第２の圧延油供給手段１１によって第５スタンドのワークロールに供給するとともに、作成した第３のエマルション圧延油を第３の圧延油供給手段１２によって第５スタンドの入側に供給するようにしている。

ここで、上記の低濃度エマルション１６ａと高濃度エマルション１６ｂについては、詳しくは、油水分離を行う為の油水分離槽１５と、この油水分離槽１５と循環式圧延油供給タンク５とをつなぐ分離槽供給ライン１４と、この分離槽供給ライン１４の途中に設けられ、油水分離槽１５に第１のエマルション圧延油１６を供給する為の分離槽供給ポンプ１３とにより作成される。なお、図１においては作図の都合上、分離槽供給ライン１４を循環式圧延油供給タンク５から分岐させているが、分岐箇所はこれに限定されず、圧延油供給ライン７から分岐させても良い。

油水分離槽１５では、下部から所定のバブル径の泡がエアノズルにより供給されることにより、エマルション状態の圧延油がバブルの上昇につれて浮上分離される。一定時間のバブリングの後、油水分離槽１５内では、深さ方向にエマルション圧延油の濃度分布が生じる為、下層より低濃度エマルション１６ａが放出され、上層より高濃度エマルション１６ｂが放出される。

ちなみに、供給するバブル径やバブル量により油水分離の速度と精度を調整することができる。バブル径を大きくするほどバブルの浮上は早くなるが、分離精度が劣る（分離槽内上下方向の濃度分布が一定に近い）。一方、バブル径を小さくするほど分離精度は向上するがバブルの浮上が遅くなる。従って、圧延油の条件や所望の分離精度により、バブル径を調節することにより分離速度を速めることができる。

なお、低濃度エマルション１６ａ及び高濃度エマルション１６ｂを作成するための油水分離方法としては、上述したようなバブリングによる浮上分離が比較的分離効率が高く好ましいが、これに限定されず、遠心分離や加熱分離、膜分離といった方法でも良い。

そして、前述したように、低濃度エマルション１６ａと高濃度エマルション１６ｂを用いて、所定の濃度に調整された低濃度の第２のエマルション圧延油１７と所定の濃度に調整された高濃度の第３のエマルション圧延油１８とを作成し、最終圧延スタンドである第５スタンド（＃５ＳＴＤ）の出側に設けた第２の圧延油供給手段１１により第２のエマルション圧延油１７を供給し、第５スタンドの入側に設けた第３の圧延油供給手段１２により高濃度の第３のエマルション圧延油１８を供給するようにしている。

以下、第２の圧延油供給手段１１と第３の圧延油供給手段１２について詳細に説明する。

まず、第２の圧延油供給手段１１は、図１に示すように、第２のエマルション圧延油１７をワークロール表面に供給するための冷却ノズルヘッダー２４と、この冷却ノズルヘッダー２４に所定温度の第２のエマルション圧延油１７を供給するための第２エマルション供給ポンプ１９及び第２エマルション供給ライン２０及び第２エマルション冷却装置２２と、第２のエマルション圧延油１７の流量を制御する流量制御弁２１とにより構成することができる。ちなみに、ここでは、油水分離槽１５からの低濃度エマルション１６ａをそのままの濃度で第２のエマルション圧延油１７としている。

一方、第３の圧延油供給手段１２は、図１に示すように、第３のエマルション圧延油１８を鋼板表面に供給するための潤滑ノズルヘッダー３０と、この潤滑ノズルヘッダー３０に供給する所定濃度の第３のエマルション圧延油１８を生成するミキサー２９ａ（鋼板上方噴射用）およびミキサー２９ｂ（鋼板下方噴射用）と、このミキサー２９ａ、２９ｂに所定量の高濃度エマルション１６ｂを供給するための第３エマルション供給ポンプ２６及び第３エマルション供給ライン２７と、前記ミキサー２９ａ、２９ｂに所定量の低濃度エマルション１６ａを供給するための第２エマルション供給ポンプ１９及び第２エマルション供給ライン２０と、ミキサー２９ａ、２９ｂに供給する高濃度エマルション１６ｂと低濃度エマルション１６ａの流量を制御する流量制御弁２８とにより構成することができる。ここで、第３エマルション供給ライン２７及び第２エマルション供給ライン２０は、ミキサー２９ａ及びミキサー２９ｂ毎に設けることが好ましい。それぞれに供給するエマルションの流量制御を応答性良く且つ正確に行うためである。

そして、冷却ノズルヘッダー２４には、第２のエマルション圧延油１７をワークロール表面に噴射するためのスプレーノズルが備えられている。図１に示す例では、冷却ノズルヘッダー２４は、ワークロールに対して、その上方および下方の両方に位置するように配置されており、供給されてきた所定温度の第２のエマルション圧延油１７を鋼板１の搬送方向から見てワークロールの後方外周面に向けて複数列のスプレーノズルから噴射可能に構成されている。第２のエマルション圧延油１７は、ワークロールの後方外周面に直接接触して水膜流を形成し、ワークロールの表面から熱を奪う。

また、第２エマルション供給ライン２０に供給された低濃度エマルション１６ａ（第２のエマルション圧延油１７）は第２エマルション冷却装置２２を通じて冷却され、冷却ノズルヘッダー２４に所定温度のエマルション圧延油が供給される。なお、ワークロールのプロフィール修正が不要である場合には、第２エマルション冷却装置２２による第２のエマルション圧延油１７の温度制御を行わなくとも良く、場合によっては、第２のエマルション圧延油１７の供給そのものを停止しても良い。

ちなみに、第２エマルション冷却装置２２では、第１のエマルション圧延油１６よりも低温になるように第２のエマルション圧延油１７が作成されるが、その冷却方法としては、比較的効率の高い熱交換による冷却が好ましいが、これに限定されず、気体冷却といった方法でも良い。

ここで、第２のエマルション圧延油１７の目標温度はできるだけ低温が好ましいが、含有する圧延油分の流動点との兼ね合いがあるため、当該範囲を越えると圧延油分の固化が発生する懸念がある下限温度を予め実験および操業データなどから求めておき、目標温度を設定する。

また、第２のエマルション圧延油１７の吐出流量及び吐出面積の調整は、圧延速度やロール状態、鋼板サイズに応じて行う。このとき、第２のエマルション圧延油１７の吐出流量は、流量調整コントローラー２３からの指令によって制御される。

ここで、上ワークロール表面の水膜流が鋼板１上に漏れるのを防止するため、上ワークロールの下端に非接触型の水切りシール２５を設け、冷却後の第２のエマルション圧延油１７が上ワークロールの上端あるいは側面より排出する構造としている。一方、鋼板１への漏れが無い下ワークロールでは、冷却後の第２のエマルション圧延油１７が下ワークロールの下端より排出される。

なお、鋼板１への水膜流の漏れが完全に防止できない場合は、第２の圧延油供給手段１１を設置したスタンド（ここでは、第５スタンド）の出側にエアパージ装置（図示しない）を設置して鋼板１の水切りを行ってもよい。

一方、潤滑ノズルヘッダー３０には、第３のエマルション圧延油１８を鋼板１表面に噴射するためのスプレーノズルが備えられている。図１に示す例では、潤滑ノズルヘッダー３０は、鋼板１に対して、その上方および下方の両方に位置するように配置されており、供給されてきた所定濃度の第３のエマルション圧延油１８を鋼板１の表裏面に向けて複数のスプレーノズルから噴射可能に構成されている。

前述したように、ミキサー２９ａ、２９ｂでは、供給される高濃度エマルション１６ｂと低濃度エマルション１６ｂとを撹拌、混合し、潤滑ノズルヘッダー３０に供給するための所定濃度の第３のエマルション圧延油１８を生成させる。なお、高濃度エマルション１６ｂのみで目標濃度が達成される場合には低濃度エマルション１６ａの供給を停止しても良い。

図１に例示する構成において、鋼板１表面に噴射された第１のエマルション圧延油１６と第３のエマルション圧延油１８の内で鋼板１表面にプレートアウトしないエマルション圧延油と、ワークロールに噴射された第２のエマルション圧延油１７は、循環系統を構成する圧延油回収循環手段としての回収オイルパン８に集められ、循環使用されるエマルション圧延油１６と共に回収され、戻り配管９を経由して循環式圧延油供給タンク５内に戻される。回収されたエマルション圧延油１６、１７、１８は、循環式圧延油供給タンク５内の攪拌器１０により攪拌された後、ポンプ６および潤滑用クーラントヘッダー３のスプレーノズル部と冷却用クーラントヘッダー４のスプレーノズル部での強いせん断を繰り返し受け、循環使用される第１のエマルション圧延油１６と同じ粒径まで細分化される。

さらに、図１において、第２の圧延油供給手段１１を構成する冷却ノズルヘッダー２４あるいは第３の圧延油供給手段１２を構成する潤滑ノズルヘッダー３０の代わりに、スプレーノズルとしては２流体ノズル（「気水ノズル」ともいう）を用いても良い。ここで、２流体ノズルとは、ノズル内部で気体と液体とを混合させることにより、液体をアトマイズ（微粒子化）して噴射するノズルである。

第２の圧延油供給手段１１では、２流体ノズルを用いることでワークロール表面に対する第２のエマルション圧延油１７の噴射面積が拡大し、全体としてワークロール軸方向に必要なノズル数が削減できるだけでなく、第２のエマルション圧延油１７が吐出される２流体ノズルのオリフィス径が比較的大きい為、固化油分及び異物等によるノズル閉塞が防止できる。

加えて、アトマイズ噴射された第２のエマルション圧延油１７は圧縮気体による強制対流効果によってさらに冷却されるため、ワークロール表面に対する抜熱効果は拡大する。

一方、第３の圧延油供給手段１２では、２流体ノズルを用いることで鋼板長手方向及び幅方向へのプレートアウトのバラツキがさらに少なくなるという効果を有する。また、噴射される第３のエマルション圧延油１８が空気によりアトマイズされるため、供給される第３のエマルション圧延油１８の粒径分布が安定化および均一化され、エマルション圧延油の粒径の不均一に起因するモトリングを防止することが可能となる。

また、潤滑ノズルヘッダー３０から供給される第３のエマルション圧延油１８の平均粒径は、循環使用される第１のエマルション圧延油１６の平均粒径より大きいことが好ましい。これにより、鋼板１への付着効率の高いエマルションの粒径の大きな圧延油が鋼板表面に噴射される。

また、潤滑ノズルヘッダー３０の配置位置は、ロールバイトから離れたできるだけ遠い位置、すなわち、上流側のスタンドにできるだけ近い位置とすることが好ましい。鋼板表面に供給された第３のエマルション圧延油１８がＯ／Ｗエマルションから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、すなわち転相時間を確保するためである。

前記転相時間確保のためには、潤滑ノズルヘッダー３０は噴射された第３のエマルション圧延油１８が鋼板表面に付着してから下流側スタンドのロールバイトまで到達するまでの時間が０．１秒以上となる位置に設置することが好ましい。なお、第３の圧延油供給手段１２が設置されたスタンド間で圧延速度が絶えず可変であるような場合は、噴射された第３のエマルション圧延油１８が鋼板表面に付着してから下流側スタンドのロールバイトに到達するまでの時間が０．１秒以上となるように、潤滑ノズルヘッダー３０から下流側スタンドのロールバイトまでの位置または潤滑ノズルヘッダー３０の取り付け角度を適宜調整できるような構成としてもよい。

そして、図１においては、第２の圧延油供給手段１１を最終圧延スタンドの出側にのみ設けた場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１スタンド〜第５スタンドのいずれか１箇所または２箇所以上の圧延スタンドの出側に設けることで本発明の目的を達成することができる。また、第３の圧延油供給手段１２の設置箇所及び設置数も同様に限定されない。

例えば、薄物材では後段スタンドほど圧延速度が速く、冷却時間が短くなるため、後段スタンド出側に第２の圧延油供給手段１１を設けることが望ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

前述の図１に示す本発明の一実施形態における全５スタンドの冷間タンデム圧延機を用い、板厚２．３ｍｍ、板幅８５０〜９５０ｍｍの硬質ブリキ原板を仕上げ厚０．２００ｍｍまで、目標速度２１００ｍ／ｍｉｎとして１００トン圧延した。圧延油は合成エステル油をベースに植物油脂が添加された基油に対して、油性剤、酸化防止剤がそれぞれ１質量％ずつ添加され、界面活性剤としてノニオン系界面活性剤が対油濃度で３質量％添加されているものを使用した。第１の圧延油供給手段２により供給されて循環使用される第１のエマルション圧延油１６を、圧延油の濃度３．０質量％、平均粒径９μｍ、温度６０℃のエマルション圧延油とした。

一方、油水分離槽１５では、槽の底部よりバブルを吐出可能な状態とし、このときの平均バブル径は約５００μｍであった。第２の圧延油供給手段１１により供給される第２のエマルション圧延油１７の温度は第２エマルション冷却装置２２を用いて第１のエマルション圧延油１６より低温となるように調整した。また、第３の圧延油供給手段１２により供給される第３のエマルション圧延油１８の温度は第１のエマルション圧延油１６と同一とした。

そして、本発明例では、冷却ノズルヘッダー２４から第２のエマルション圧延油１７の供給を用い、圧延材（鋼板）１の幅に応じて第２のエマルション圧延油１７の噴射面積を調整した。なお、上記調整時の第２のエマルション圧延油１７の温度は４０℃、濃度０．５〜０．８％、供給量は１５００Ｌ／ｍｉｎにて推移していた。一方、潤滑ノズルヘッダー３０からの第３のエマルション圧延油１８の供給は、ミキサー２９ａ、２９ｂに供給される高濃度エマルション１６ｂと低濃度エマルション１６ａの配分比によって、表１のように、最終スタンド（第５スタンド）の圧延速度に応じた濃度制御が可能な状態とし、圧延材の各コイル毎に、潤滑ノズルヘッダー３０から供給される第３のエマルション圧延油１８の濃度を制御した。なお、第３のエマルション圧延油１８の供給量は４０Ｌ／ｍｉｎで固定とした。

なお、参考例として、冷却ノズルヘッダー２４から本発明例とほぼ同量・同温度の冷却水供給を行ったが、２０トン圧延後において、循環系エマルション濃度が３．０％から２．０％まで減少し、潤滑不足起因によるチャタリング及びヒートスクラッチの発生を招く危険性があったため供給を停止した。

また、参考例２として、第３のエマルション圧延油１８を鋼板１に供給せずに循環式圧延油供給タンク５内に返送するようにした以外は、本発明例と同様にして冷間圧延を行ったが、２０００ｍｐｍ以上にて圧延したコイル全長にわたって数箇所の軽度のヒートスクラッチが発生した。この理由は、高速圧延域のようなワークロールと圧延材との界面温度または圧延材温度が高い状況において、ロールバイトへの導入油量が減少したことにより、ロールバイト内での油膜破断が生じやすくなったためと推定される。

そして、比較例１として、第２のエマルション圧延油１７をワークロールに供給せずに循環式圧延油供給タンク５内に返送するようにした以外は、本発明例と同様にして冷間圧延を行った。

また、比較例２として、油水分離槽１５を使用せず、冷却ノズルヘッダー２４から供給する第２のエマルション圧延油１６の濃度を第１のエマルション圧延油１６と同濃度となるようにした以外は、本発明例と同様にして冷間圧延を行った。

以上のような圧延油供給を行って、１００トン圧延後に抜き出した最終スタンドのワークロールのプロフィールを調査した。その調査結果を図２に示す。なお、図２ではワークロール端部（ＷＲ端部）からのサーマルクラウンの差を示している。

比較例１のようにワークロール出側への冷却が無い状況では、通板領域をピークに太鼓状に形成されるサーマルクラウンに比べて、比較例２では低温化された第２のエマルション圧延油１７による抜熱によりサーマルクラウン量は低減したが、数％の油分を含有したエマルションではワークロールに対する熱伝達係数が低いため、低減量は僅かであった。結果的に圧延機におけるロールベンディング力の制御範囲を越えていたことにより、形状の良好な圧延材を得ることができなかった。

一方、本発明例では、油水分離槽１５により低濃度化された第２のエマルション圧延油１７を供給することより、通常の冷却水並にワークロールの抜熱効果が高まり、通板領域でのサーマルクラウンの上昇が抑制された。その結果、圧延機の有する形状アクチュエータの制御範囲内で良好な鋼板形状を得ることができた。

上記実施例より、本発明に係る潤滑油供給方法を用いることで、循環式圧延油供給方式を用いた高速圧延においても、ワークロールのプロフィール変化を適正に保ちつつ、良好な鋼板形状を得ることができることが確認された。

本発明の一実施形態の概略構成を示した図である。 本発明の実施例１におけるロールプロフィールを示す図である。

符号の説明

１ 鋼板
２ 第１の圧延油供給手段
３ 潤滑用クーラントヘッダー
４ 冷却用クーラントヘッダー
５ 循環式圧延油供給タンク
６ ポンプ
７ 圧延油供給ライン
８ 回収オイルパン
９ 戻り配管
１０ 攪拌機
１１ 第２の圧延油供給手段
１２ 第３の圧延油供給手段
１３ 分離槽供給ポンプ
１４ 分離槽供給ライン
１５ 油水分離槽
１６ 第１のエマルション圧延油
１６ａ 低濃度エマルション
１６ｂ 高濃度エマルション
１７ 第２のエマルション圧延油
１８ 第３のエマルション圧延油
１９ 第２エマルション供給ポンプ
２０ 第２エマルション供給ライン
２１ 第２エマルション流量制御弁
２２ 第２エマルション冷却装置
２３ 流量調整コントローラー
２４ 冷却ノズルヘッダー
２５ 非接触型水切りシール
２６ 第３エマルション供給ポンプ
２７ 第３エマルション供給ライン
２８ 第３エマルション流量制御弁
２９ａ、２９ｂ ミキサー
３０ 潤滑ノズルヘッダー

Claims (6)

1. 金属板の冷間タンデム圧延機において、循環使用される第１のエマルション圧延油の一部を油水分離手段によって分離することで、第１のエマルション圧延油に比較して低濃度の第２のエマルション圧延油と、第１のエマルション圧延油に比較して高濃度の第３のエマルション圧延油とを作成し、作成された第２のエマルション圧延油を一個以上のワークロールに供給するとともに、作成された第３のエマルション圧延油を一個以上の圧延スタンドの入側に供給することを特徴とする冷間圧延における潤滑油供給方法。
2. 油水分離手段では、金属板の圧延条件に基づいて第１のエマルション圧延油の油水分離を行い、その分離液体のうち、含油分の少ない液体を第２のエマルション圧延油、含油分の多い液体を第３のエマルション圧延油として供給することを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
3. ワークロールに供給される第２のエマルション圧延油の温度は、第１のエマルション圧延油の温度よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
4. 第２のエマルション圧延油と第３のエマルション圧延油のうちの少なくとも一方は、２流体ノズルにて供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
5. 供給される第３のエマルション圧延油の平均粒径が、第１のエマルション圧延油の平均粒径より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。
6. 第３のエマルション圧延油を、圧延スタンド間の金属板の表面であって、かつ、金属板に付着したエマルション圧延油が下流側圧延スタンドのロールバイトに到達するまでの時間が０．１秒以上となる位置に供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の冷間圧延における潤滑油供給方法。

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