JP5442619B2 - 圧延ロールのための噴霧潤滑装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間または冷間圧延ラインのシリンダー（ロール）またはローラーのための新しい潤滑装置に関する。

本発明はまた、この装置での実施方法に関する。

製鉄所及び製鋼所での圧延シリンダーの潤滑は、典型的には０．３〜２％で変動する油濃度を持つ水中油型液滴の懸濁液である乳濁液を噴霧（または蒸発）することにより達成されることが多いことが知られている。それは、ライン上で調製された安定な乳濁液または不安定な乳濁液のいずれかであることができる。

一般的に、乳濁液は、油を乾燥表面に付与するためにスクレーパー後に設けられた噴霧装置によりワーキングローラーに直接付与される。この付与方法は、油のより良い分散を確実にし、結果として油消費を減らすのに寄与する。

ワーキングローラーの良好な潤滑のポイントは、単にローラーの性能（表面劣化）の問題に限定されないだけでなく、また付与される圧延力及びトルクと、従って必要な電気消費とも関連する。効率的な潤滑を持つ要求は、伝統的なローラーより高い摩擦係数により特徴付けられるＨＳＳタイプのローラーを、厳格な顧客により課せられる増大した生産及び表面品質の条件での硬くて薄い鋼と共に使用するときによりいっそう重大である。

潤滑条件の中で、摩擦係数は、使用される付与技術、油の量、油の性質、油乳濁液の流速と濃度、ストリップまたはシリンダーの表面温度、ローラーの性質と状態（粗さ、劣化、スケール、水膜の厚さ等）、圧延の力と速度、製品の減少率（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）、等級及び表面状態等のような多くの因子に依存する。従って、潤滑効率は、一つの圧延機から次の圧延機まで及び同じ圧延機の一つのスタンドから次のスタンドまでで非常に異なるかもしれない。

実験室では、潤滑効率は潤滑剤を送出するための技術、潤滑剤の性質（鉱油系、エステル系等）及び実施される潤滑剤の量に依存することが確立された。満足される結果は油を０．１〜１ｇ／ｍ^２で変動する表面分散（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ）（「プレートアウト（ｐｌａｔｅ ｏｕｔ）」）上で噴霧することにより得られる。

通常、油乳濁液を噴霧するための装置は、主管中を移動する水により作られる低圧により油が吸引されるベンチュリーノズル、または安定な乳濁液を噴射するための通常の平坦ノズルを持つ装置、例えば静止管ミキサー（油が「障害物」の存在のおかげで剪断力（速度勾配）が増大される管の領域中に噴射される）のいずれかである。ベンチュリーノズルまたは静止管ミキサーは一連のジェットと組合され、その数は、潤滑されるストリップの幅に依存して選択される（２メートル幅までのストリップに対して３〜７個のジェット）。

文献ＥＰ−Ａ−１１９３００４は冷間圧延のための潤滑方法を記載し、それは、閉鎖回路内のシリンダー及び鋼ストリップに送出された乳濁液の形の第一油送出装置並びに鋼ストリップの前面及び背面上のみの第二乳濁液送出装置を使用して圧延油乳濁液を供給する段階を含む。第二装置では、圧延油は、第一装置におけるより大きな平均粒子サイズであることを確実とするように平均粒子サイズを制御して、第一装置のために使用されるのと同じタイプと濃度の乳化剤に添加される。ストリップに付着しなかった第二装置により作られた乳濁液は、第一装置により作られた乳濁液と同時に回収される。

文献ＷＯ−Ａ−０３／００２２７７は、圧延スタンド内のワーキングローラーを冷却及び潤滑するための設備を開示し、それは冷却水噴霧棒及び潤滑油のための、油／空気、油／水または油／空気／水の混合物のための、またはグリースのための別個の噴霧棒を含む。

文献ＷＯ−Ａ−０３／０００４３７は、圧延ローラーを潤滑するための設備と方法を開示し、そこでは調整可能な割合での水中油型の乳濁液がミキサー中で均一に調製されかつ種々の噴霧領域に送出され、その分散は幅において変動可能である。各領域はノズル列に対応し、各ノズルは少なくとも一つのリレー弁により制御されている。

文献ＪＰ−Ａ−２００１／１７９３１３は、圧延スタンドのワーキングローラーへの潤滑剤の均一な付着を可能にする格子構造を持つ、希釈されていない油または乳濁液の形のいずれかで潤滑剤を付与するための装置を開示する。

特許ＵＳ−Ａ−３９３３６６０は、銅及びその合金の熱間圧延のための潤滑油の低減を提案し、それは１０００重量部の水、６〜２００重量部の石炭酸、硫酸塩またはリン酸塩酸タイプのアニオン界面活性剤及び０．８〜２００重量部のアルコール、グリコールアルキレンまたはグリコールエーテルタイプのヒドロキシル基を含む少なくとも一つの化合物を含む。圧延油は、圧延シリンダーと熱間圧延されるストリップの間に噴霧することにより銅及びその合金に潤滑性、酸化物膜を除去する能力及び酸化物膜の形成を防ぐ能力を与える。

文献ＪＰ−Ａ−２００３／１２９０７９は、金属のプラスチック加工のための潤滑剤混合物を開示し、それはカルボン酸塩、金属酸性リン酸塩または金属アルキルホスホン酸塩を含む。

文献ＪＰ−Ａ−５５１５１０９３は、極性有機化合物で覆われたストリップの冷間圧延のための潤滑方法を記載し、そこでは油、及びステアリン酸のような極性有機混合物を含む混合物の乳濁液が噴霧される。過剰の油乳濁液は、ストリップの表面に吸着された油層が形成された後に乾燥により除去される。

文献ＷＯ−Ａ−２００５／０７１０５０は、植物または動物トリグリセリド油のマレイン酸化により得られた金属との加工のための自己乳化性潤滑剤を開示する。

工業規模で使用されるとき、油乳濁液を噴霧するためのこれらの装置で固有の主要な欠点は以下の通りである：
− 油のタイプ及び水の「品質」に依存する油−水相互作用が、油がローラーに付着するための時間並びに付着する量を決定する。従って、使用される装置の効率は容易に予測できない。
− 使用される不安定な乳濁液の性能は、水中油型の良好な分散を維持するための能力と、言い換えれば、使用される管の長さと直径の両者及び乳濁液流速に依存する速度勾配と関係づけられる、得られた剪断速度の値及び経時的安定性と、強く相互関係づけられる。事実、静止管ミキサーと種々のジェットの間のこの安定性を維持することは困難であり、言い換えれば、得られた摩擦係数の制御性を確保することは困難である。
− 油と水を接触させることは通常、供給管及びジェットを閉塞する硬くて粘着性のポリマー相を形成する反応を導く。

これらの欠点を克服するために、本出願人は、既に文献ＥＰ−Ａ−１５１２４６９において、摩擦定数を維持することまたはいずれにしても工業規模での制御下で潤滑油のシリンダーへの付着効率を高めること及びシリンダー上への油の分散の均一性を高めることを可能にする熱間圧延シリンダーのインライン潤滑のための方法と設備を提案した。

この方法によれば、潤滑は、潤滑剤または潤滑剤の混合物をワーキングシリンダーの間隙の近くで以下のものを備えた閉鎖室により噴霧または霧化することにより達成される：
− ７００μｍより小さい、より好ましくは２００μｍより小さいサイズを持つ潤滑剤液滴の雲を形成するための手段；
− 前記手段に連結されかつ閉鎖室の前面に配置された調整可能な開口を持つダイヤフラム；
− 閉鎖室内のダイヤフラムの一部の上及び閉鎖室の内壁の上の過剰の潤滑剤を回収する装置。

本発明は、従来技術の欠点、特に水中油型乳濁液の使用と関連した欠点を克服することを可能にする解決策を提供することを目的とする。

本発明は、上向き及び下向きの両方で調整可能でかつ制御可能であるシリンダーの非常に均一な潤滑を達成することを目的とする。

本発明はまた、同じ効率に対して非常に低い流速での潤滑の正確かつ経済的な使用を目的とする。

本発明はまた、スタンドのレベルでのみならず、また油の加熱での電気入力も必要としない設備を作ることを目的とする。

本発明は、特にパイプ及びノズルの詰まりが防がれるおかげで、容易なメンテナンスのさらなる目的を持つ。

本発明は、火災の危険を排除しかつ潤滑剤による汚染を減らすというさらなる目的を持つ。

本発明は、ノズルを提供するという追加の目的を持ち、それらのノズルはそれらに供給しかつそれらの機械的サポートとしての役目をするコンパクトなシステムの形の共通空気マニホールドに直接取り付けられる。

本発明はさらに、領域当りの幾つかのノズルに共通するポンプまたはノズル当り一つのポンプを持つ幾つかのノズルのための幾つかの定量ポンプのいずれかを含む設備を提供することを目的とする。

最後に、本発明は、調整可能な流速を持つノズル中で加圧されてない油を使用することを目的とする。

本発明の第一態様は、請求項１に示されるように、金属ストリップの、好ましくは鋼ストリップの、圧延ロール、好ましくは熱間圧延ロールのインライン潤滑のための設備に関し、前記インライン潤滑が、前記ロールに対して平行に配置されかつ圧縮空気または不活性ガスを供給される全ての噴霧器（３）が直接取り付けられる共通空気マニホールドを形成する棒によって、前記ロール及び／または前記ストリップを含む目的物の上に、好ましくはロール間隙の近くに、潤滑剤を噴霧または霧化することによって行われ、各噴霧器は油の供給及び空気の輸送を可能にするアダプター及びそれに続く混合室における圧縮空気または不活性ガスのための入口及び圧縮されていない純粋油のための入口、並びに霧化された混合物のための出口ノズルを含む。

本発明における設備の好適実施態様は従属請求項２〜１３に記載されている。

本発明の別の態様は、請求項１４に示されるように、金属ストリップの、好ましくは鋼ストリップの、圧延ロール、好ましくは熱間圧延ロールのインライン潤滑の方法であって、それが、上述の設備により潤滑剤を噴霧または霧化することによって行われ、前記棒からの出口で空気により加圧された純粋油の微細な液滴の雲が２００ｍｌ／分の最大流速で作られ、油が噴霧器に入り、空気圧が０．５ｂａｒ未満である。

本発明における方法の好適実施態様は従属請求項１５及び１６に記載されている。

図１は、本発明の圧延シリンダー上に純粋油を噴霧するための空気噴霧器の棒の透視図（その詳細図付き）である。

図２は、図１の棒の噴霧器の概略的な詳細断面図を示す。

図３は、本発明の第一好適実施態様における潤滑設備の概略的な概括図を示す。

図４は、本発明における設備により得られた噴霧パターンの実際の例を示す。

図５は、本発明の第二好適実施態様における潤滑設備の概略的な概括図を示す。

図６は、図５の設備で使用されるようなモジュラー分割弁（ＭＤＶ）の概略図を示す。

図７は、潤滑剤として圧延油及び菜種油をそれぞれ使用しかつ異なる「プレートアウト」の値に対する、静止管を持つ設備での経時的な合計圧延力の変化のグラフ図を示す。

図８は、菜種油の使用による図５における設備での経時的な合計圧延力の変化のグラフ図を示す。

本発明は、ワーキングシリンダーの上に非常に少量の純粋油を噴霧するために空気を霧化する原理に基づいている。使用される純粋油の非常に低い濃度のおかげで、０〜０．６ｇ／ｍ^２の表面分散（「プレートアウト」）が達成されることができる。本発明における空気霧化装置により、噴霧は二つの異なるパイプから出る油と空気の完全な混合によって形成され、空気と油は小さな油入口管から出た直後に「混合」される。完全な噴霧パターンを得るために、空気圧と油流速はミストの形成を防ぐように考慮された適用タイプに完全に調整された。

本発明の特徴は、油が加圧されないこと、すなわち、それはできるだけ低い圧力であるが、それは分割器と組合せてまたは組合せることなく（マイクロ）ポンプにより非常に少量でノズルに送出されることである。油は小さな管を通して流れ、かつノズルを塞ぐ危険がない。なぜならその穴はミリメートルのオーダーのサイズの開口を持つからである。噴霧パターン及び液滴のサイズは単に空気圧により制御されるので油の加熱は必要とされない。

スタンドの相反する環境条件（高い温度、湿度等）の結果として、これらの相反する力に容易に耐えることができる丈夫な噴霧ヘッドが提案されている。それは完全に金属から作られているため、ヘッドの冷却は必要とされない。このシステムを用いると、噴霧の幅がストリップの幅に釣り合うことができるような方法で噴霧の幅を制御することができる。そのときはこの目的のために追加のポンプを設置することが必要である。

実施例１
図１に示された本発明の第一好適実施態様によれば、潤滑装置は、圧延シリンダー１に平行に位置された空気噴霧器３の棒２を含む。噴霧器３は、この棒に沿ってそれに垂直に、好ましくは互いに等距離に配置されている。棒とローラーの間の距離は好ましくは１００〜２００ｍｍである。

図２は、ステンレス鋼から作られた噴霧器３の詳細を示す。それは圧縮空気入口４、加圧されていない油入口５を含み、両方の入口には特別に設計されたアダプター６及びそれに続く油と空気が混合される混合室６′、さらに霧化された混合物の放出のためのノズル７を含む。従って、空気マニホールド４の後に位置されたアダプター６は入口５を介しての油の供給及び空気の輸送を可能にする。それはまた、ノズルを固定する役割（支持体）を果たす。

利点として、例えば５０ｍｌ／分の最小油流速及び１５０ｍｌ／分の最大油流速により２ｍの処理幅を可能にする約１５個の噴霧器３が一つの棒２について設けられるであろう。油流速の好適値は、シリンダーの回転速度（２０ｍ／秒以下）に基づいてそれぞれの特定の圧延機に対して決定されるであろう。２０〜５０ｍＰａ．ｓのオーダーの粘度を持つ天然油ができるだけ低い圧力（理想的には０ｂａｒ）で（従って「キャリヤー」媒体なしで）使用されることが好ましいであろう。このシステムは０．４ｇ／ｃｍ^２のオーダーの「プレートアウト」を得るように制御されるであろう。それは圧延力及びトルクを最適化することを可能にする。空気圧は０．４〜０．４５ｂａｒを越えてはいけない。そうでないとミスト形成の危険がある。ノズル穴はあまり小さくてはいけない。それは典型的にはφ１．５ｍｍであり、従って既述のように詰まりの危険が低い。

図３は、図２で述べたように制御可能な噴霧棒を含む本発明のこの第一実施態様での潤滑設備の概括図を示す。

棒２の噴霧器３のそれぞれは、棒上の噴霧器と同数の定量マイクロポンプを備えた油分割器９により制御される。分割器９の各マイクロポンプは油タンク１１により供給されかつ油流速制御器（１２）を介してＰＣ１０（例えば１５出口、０−４０Ｈｚ）により個々に制御される。棒２は圧縮空気パイプ１３により供給される。空気圧値はマノメーター１４による調節のためにＰＣに伝達される。シリンダー１の速度はまた、測定装置１５によりＰＣに伝達される。追加のオン／オフ弁（図示せず）は、設備の使用の容易性の理由のために、分割器９に供給する油パイプ内にかつその直前に設置されることができる。

図４に示された噴霧パターンの例は、ノズルから２０ｃｍの距離に１８ｃｍの広がりを含む。この広がりは、もしノズルが１５ｃｍの距離にあるなら１３．５ｃｍである（６ｍｌ／分の油流速及びノズル当り１０ｌ／分の空気流速による０．３ｂａｒ空気圧）。

実施例２
図５に示された、本発明の第二好適実施態様によれば、圧延シリンダー１に平行に配置された空気噴霧器の棒２は、入口１７により棒２の一端に設けられたモジュラー分割弁８（ＭＤＶ、図６参照）中にそれぞれ開口する複数の定量ポンプ１６、及び棒２上に位置された噴霧器３に供給する多数の出口１８を備えた平行ラインに沿ってタンク１１から来る油を供給される。追加のオン／オフ弁（図示せず）は、設備の使用の容易性の理由のために、分割器８に供給する平行な油パイプ内にかつその直前に設置されることができる。

Ｌｕｂｒｉｑｕｉｐ Ｉｎｃ．、クリーブランド、オハイオ（米国）により販売された６個の出口１８を持つＭＤＶ分割器８の例が図６に示されている。種々の出口ドア１８への連続供給サイクルはピストン１９の移動により確保される。幾つかの弁の使用は、潤滑されるローラーを二つまたは三つの領域、例えばＡ，Ｂ，Ｃに分割することを可能にする。空気供給１３は棒２の一端で確保される（０．３ｂａｒ）。各領域Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、定量ポンプ及びＭＤＶ分割器はその領域のそれぞれの噴霧器３に供給するために使用される。各領域のため、中央タンク１１から来る油は定量ポンプ１６に供給される。最小圧はＭＤＶ弁の装填損失に依存する。一般に、２ｂａｒの圧力が必要であるが、必要なら、圧力は１０〜１５ｂａｒまで増加されることができる。利点として、油は、それらのＭＤＶ弁中への途中で見出される不純物がその操作を妨害しそうな範囲まで濾過されるであろう。

利点として、油圧及び空気圧は一定に制御されるであろう。同様に、各ＭＤＶ周期は完全に調節されることができ（例えば８個の出口に対して０．５秒毎のパルス、二つの放出間の間隔＝０．０６２５秒）、かつＰＣに記録されることができる。もしパイプが詰まったなら、アラーム信号が伝送され、対応するＭＤＶ弁を閉鎖するであろう。

比較試験の結果
比較試験が、二つの異なるタイプの潤滑剤、すなわち熱間圧延油及び菜種油によるローラーの連続潤滑に関してそれぞれ実施された。使用された二つの技術は乳濁液によるものであるが、それぞれ従来技術のような静止管の原理を使用するものと本発明のような純粋油を使用するものである。

静止管は、潤滑されるローラーから２０〜２５ｃｍの距離に設けられた四つのノズルを含む。ローラーの速度は０．３〜０．５ｍ／秒であり、減少率は５０％である。ローラーの噴霧は１５ｃｍの幅を持つ湿潤領域を作る。

０．６ｇ／ｍ^２の「プレートアウト」に相当する工業的状態がシミュレートされた。試験はまた、より高い「プレートアウト」値で実施された。

０．６ｇ／ｍ^２の理論的「プレートアウト」は０．３ｍ／秒の速度での５ｍｌ／分（またはノズル当り１．２５ｍｌ／分）の流速かつ０．５ｍ／秒の速度での８ｍｌ／分の流速に相当する。

４．２ｇ／ｍ^２の理論的「プレートアウト」は０．３ｍ／秒の速度での３２ｍｌ／分（またはノズル当り８ｍｌ／分）の流速に相当する。

２．５ｇ／ｍ^２の理論的「プレートアウト」は０．５ｍ／秒の速度での３２ｍｌ／分（またはノズル当り８ｍｌ／分）の流速に相当する。

図７は、各タイプの油に対するかつ場合に依存して、「プレートアウト」の異なる値（０．６から４．２ｇ／ｍ^２まで）での経時的な圧延力２１の変動（及び２５０周期に渡る移動平均２２）を示す。ローラーの速度２３もまた示されている。

純粋（菜種）油を使用するモジュラー分割弁と空気霧化を用いて本発明のような技術により同様の試験が実施された。ローラーの速度は０．３ｍ／秒であり、減少率は５０％である。噴霧幅は（１０ｃｍのストリップにわたって）２０ｃｍである。

定量ポンプと八個の出口（従って八個のノズル）を持つ油分割器が使用された。分割器への合計流速は６０ｍｌ／分（または７．５ｍｌ／ノズル）であった。これは０．４ｇ／ｍ^２の理論的「プレートアウト」に相当する。

図７と８に示されたこれらの第一試験は、本発明における技術を使用することによって圧延力が必要な変更を加えて有意に減少される（約１５％）ことを証明する。

本発明の利点
本発明の利点は特に以下の通りである：
− 乳濁液の使用と比べて油の流速の少なくとも３０％の減少率を持つ非加熱の加圧されていない純粋油（最大０ｂａｒ）の使用；
− 乳濁液でない、すなわち油のためのキャリヤー媒体なし；
− 火災の危険の減少（油の圧力なし）；
− 環境汚染の減少；
− ミストの形成なし；
− ノズルの詰まりの危険なし、大きな穴を持つノズルの使用が可能であり、従って油の粘度が限界を設定しない；
− 非常に均一な噴霧；
− 圧延力の最適化及び潤滑の大きな効率；
− 上及び下ローラーでの油流速についての直接制御；
− コンパクトかつ丈夫なシステムの提供；
− 純粋油の使用を仮定しても潤滑パイプを熱水で浄化する必要なし；
− 添加物なしの植物油を使用する可能性、それはよりエコロジーに思える。

Claims (12)

1. 金属ストリップの、好ましくは鋼ストリップの、圧延ロール、好ましくは熱間圧延ロール（１）のインライン潤滑のための設備であって、前記インライン潤滑が、前記ロール（１）に対して平行に配置されかつ圧縮空気または不活性ガス（４）を供給される全ての噴霧器（３）が直接取り付けられる共通空気マニホールドを形成する棒（２）によって、前記ロール及び／または前記ストリップを含む目的物の上に、好ましくはロール間隙の近くに、潤滑剤を噴霧または霧化することによって行われ、各噴霧器（３）が油の供給及び空気の輸送を可能にするアダプター（６）及びそれに続く混合室（６′）における圧縮空気または不活性ガス（４）のための入口及び圧縮されていない純粋油（５）のための入口、並びに霧化された混合物のための出口ノズル（７）を含むこと、及び設備が前記棒（２）の各噴霧器（３）からの油の放出を制御するための油分割器（９）を含み、前記油分割器（９）が油タンク（１１）により供給され、かつ前記棒（２）の各噴霧器（３）に結合された精密定量ポンプを含み、前記ポンプがコンピュータ（１０）により個々に制御可能であることを特徴とする設備。
2. 測定値が前記棒（２）への油の供給並びに噴霧幅を制御するためにコンピュータ（１０）により使用されることができる油流速制御器（１２）、及びコンピュータ（１０）に伝達されることができる空気圧の測定値を提供するマノメータ（１４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の設備。
3. ロール（１）の速度をコンピュータ（１０）に即座に伝達することを可能にする測定装置（１５）をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の設備。
4. ノズル（７）の穴のサイズがφ０．５〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の設備。
5. 複数の噴霧器（３）が前記棒（２）上で等距離に存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の設備。
6. 前記棒（２）と目的物との間の距離が１００〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の設備。
7. 油ろ過システムを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の設備。
8. 個々の噴霧器（３）からの噴霧雲が目的物上で部分的に重なることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の設備。
9. ０．５〜２０ｍ／秒の線速度で移動する金属ローラー表面またはストリップの潤滑のために意図されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の設備。
10. 金属ストリップの、好ましくは鋼ストリップの、圧延ロール、好ましくは熱間圧延ロールのインライン潤滑の方法であって、それが、請求項１〜９のいずれかに記載の設備により潤滑剤を噴霧または霧化することによって行われ、空気により加圧された純粋油の微細液滴の雲が、２００ｍｌ／分の最大油流速、圧力なしに噴霧器に入る油、０．５ｂａｒより低い空気圧により、前記棒（２）の噴霧器の出口で作られることを特徴とする方法。
11. 前記棒（２）の個々の噴霧器（３）への油の分散が、油流速、空気圧及びロール速度に対して測定された値を入力として受けるコンピュータ（１０）により制御されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 設備が０．１〜１ｇ／ｍ^２、好ましくは０．６ｇ／ｍ^２より小さいかまたはそれに等しい潤滑剤の表面量（「プレートアウト」）で目的物上に付着するように制御されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。