JP6330763B2 - ロール孔型潤滑装置及び形鋼圧延設備 - Google Patents

Description

本発明は、孔型圧延ロールの孔型を潤滑するロール孔型潤滑装置に関し、例えば鉄道のレール（軌条）などの形鋼を圧延するための孔型圧延ロールに形成された孔型の内部面を潤滑するのに好適なものである。

鉄道のレールなどの形鋼は、一般的に熱間圧延によって製造される。熱間圧延では、素材を加熱した後に、粗圧延、中間圧延、及び仕上げ圧延の各工程で、円筒状の圧延ロールや孔型圧延ロールを始めとする各種形状の圧延ロールによって圧延が行われる。形鋼の熱間圧延において、圧延ロールの周面（圧延材接触面）に局所的な負荷がかかると、圧延ロールの周面に肌荒れが発生する。圧延ロール周面の肌荒れによる問題は、特に複雑な断面形状の圧延をする場合に、ロール径方向で周速度の差が拡大することから一層顕著となる。圧延ロールの周面、つまり圧延材との接触面に肌荒れが生じると、肌荒れの凹凸によって圧延後の圧延材に凹凸の転写疵が生じる場合がある。更に、ロール周面の肌荒れによって局所的な摩擦係数の増大が生じ、ロール周面への圧延材の焼付きが生じ易くなる。そして、その結果、形鋼への圧着疵や焼付き疵の原因となる。そのため、発生したロール周面の肌荒れを除去するために、圧延ラインを停止してグラインダで手入れする作業が必要となり、生産性が低下する。

そこで、圧延ラインを停止することなく、通常操業中に同時に圧延ロールを研磨する技術が提案されている。例えば下記特許文献１では、回転手段、送り手段、及び移動手段を備えた研磨装置を設置し、この研磨装置によって圧延ロールの周面と側面を研磨する技術が開示されている。また、下記特許文献２では、ユニバーサルミルのロールチョック又はその内部に研磨装置を配設し、この研磨装置によって水平ロール側面の平坦部を研磨する技術が開示されている。一方、肌荒れしたロール表面を研磨するのではなく、ロール表面の肌荒れの発生自体を防ぐことを目的として、下記特許文献３では、通常熱間圧延において焼付きや肌荒れ防止として使用される特定成分の固形潤滑剤を、圧延前ではなく、圧延中にも圧延ロールに押し当てることで圧着疵や焼付きを防止する方法が提案されている。

特開平８−３０００１５号公報 特開２００４−２４９３５８号公報 特開２００１−３０７１号公報

特許文献１及び特許文献２のロール表面を研磨する方法に比べて、特許文献３のようにロール表面の肌荒れの発生自体を防ぐことを目的とした技術は、ロール寿命の観点からも好ましい。しかしながら、特許文献３には、固形潤滑剤そのものについて詳しく記載されているものの、Ｈ形鋼熱間圧延用の円筒形状のロールの側面に固形潤滑剤を押し当てた事例が記載されているだけであることから、複雑な断面形状の孔型圧延ロールのどの部分に固形潤滑剤を押し当てることがロール肌荒れ及び製品疵の抑制に効果的なのか、また、そのために孔型圧延ロールにどのようにして固形潤滑剤を押し当てたらよいのか、などについて改善の余地がある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、孔型圧延ロールのロール肌荒れ及び製品疵を効果的に抑制することが可能なロール孔型潤滑装置及び形鋼圧延設備を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、孔型圧延ロールの孔型のうち、ロール軸方向端面を潤滑するロール孔型潤滑装置であって、孔型のロール軸方向端面を潤滑するための固形潤滑剤と、孔型のロール軸方向端面と交差する方向に押圧力を発生して固形潤滑剤を孔型のロール軸方向端面に押圧する押圧機構と、固形潤滑剤を保持する保持部材と、保持部材及び前記押圧機構の間に配設され、押圧機構の押圧力を固形潤滑剤に伝達する伝達部材とを備え、伝達部材は、保持部材が孔型圧延ロールのロール径方向先端部に取付けられ、孔型圧延ロールの孔型内に差し込まれるようにロール径方向に長手な延設部と、押圧機構によるロール軸方向端面と交差する方向への押圧力を受ける入力部と、延設部及び入力部を連結する連結部とを備えたロール孔型潤滑装置及び形鋼圧延設備が提供される。
なお、孔型のロール軸方向端面とは、孔型圧延ロールのロール軸方向と垂直な面だけでなく、ロール軸方向と交差する面も含む。また、ロール軸方向とは、孔型圧延ロールのロール軸に一致する方向だけでなく、当該ロール軸と平行な方向を含む。

本発明のロール孔型潤滑装置及び形鋼圧延設備によれば、孔型圧延ロールの孔型のロール軸方向端面を潤滑することで孔型圧延ロールのロール肌荒れ及び製品疵を効果的に抑制することができる。

本発明のロール孔型潤滑装置が適用された形鋼圧延設備の一実施形態を示す概略構成図である。 図１の形鋼圧延機に用いられた孔型圧延ロールの説明図である。 図１の形鋼圧延機に取付けられたロール孔型潤滑装置の平面図である。 図３のロール孔型潤滑装置の左側面図である。 ロール肌荒れ発生箇所の説明図である。 図３のロール孔型潤滑装置で固形潤滑剤をロール軸方向端面に押し当てている状態の説明図である。

次に、本発明のロール孔型潤滑装置及び形鋼圧延設備の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のロール孔型潤滑装置が適用された形鋼圧延設備の概略構成図である。この実施形態では、熱間圧延工程において、例えば図１の右方から形鋼圧延機１内に圧延材Ｓを送給し、図１の左方に圧延材Ｓを払い出す。形鋼圧延では、往復（リバース）圧延する場合もある。形鋼圧延機１は、圧延材Ｓの搬送ラインの上下に孔型圧延ロール２を配置し、上下の孔型圧延ロール２を通過する圧延材Ｓを圧延する。この実施形態で圧延される形鋼は、例えば鉄道のレールである。なお、この実施形態では、孔型圧延ロール２のロール軸方向は、孔型圧延ロール２のロール軸に一致する方向の他に、ロール軸と平行な方向も含む。同様に、ロール径方向は、ロール径方向に一致する方向の他にロール径方向と平行な方向も含む。同様に、ロール周方向は、ロール周方向に一致する方向の他にロール周方向と平行な方向も含む。

この実施形態では、上下の孔型圧延ロール２の軸方向両端部を支持するロールチョック３をレストバー４で連結し、このレストバー４から孔型圧延ロール２に向けて圧延材入側方向に突設した取付台５にロール孔型潤滑装置６を取付けている。図２は、孔型圧延ロール２の孔型８の説明図である。孔型圧延ロール２では、ロール外周面７に形成された周方向に連続する孔型８に圧延材Ｓを押し込むようにして圧延を行う。この孔型８のうち、図２の上下方向に延在する面がロール軸方向端面９であり、後述するようにロール軸方向端面９では、ロール径方向の周速度の差が原因となって肌荒れが生じ易い。この実施形態では、取付台５に取付けられたロール孔型潤滑装置６によって、孔型８のうち、図示右側のロール軸方向端面９を常時潤滑する。

図３は、この実施形態のロール孔型潤滑装置６の平面図であり、図１における上ロールのロール孔型を潤滑するロール孔型潤滑装置６を上方より見た図である。図４は、図３のロール孔型潤滑装置６の左側面図である。ここで、下ロールのロール孔型を潤滑するロール孔型潤滑装置の構成は上ロールのロール孔型を潤滑するものを上下対称に配置したものであり、詳細説明は省略する。このロール孔型潤滑装置６は、取付台５の先端部上面に取付けられている。この取付台５の先端部上面には、ハウジング１０に固定されたブラケット１１がボルトなどの固定具１２を介して固定されている。ロール軸方向に長手なハウジング１０には、軸線がロール軸方向に向かう円孔１３と、この円孔１３の孔型圧延ロール側で、ロール軸方向及びロール径方向を含む平面と平行なガイド溝１４とが形成されている。このガイド溝１４には、平板状の伝達部材１５が差し込まれており、ガイド溝１４に沿って、ロール軸方向、即ち孔型８のロール軸方向端面と交差する方向に摺動自在に支持されている。また、図３に示す円孔１３の図示左方には推進装置としての油圧シリンダ１６が配設され、その右方に弾性部材としてのコイルスプリング１７が配設され、そのコイルスプリング１７が図示右方で伝達部材１５の入力部１８に当接している。従って、油圧シリンダ１６の押圧力はコイルスプリング１７を介して伝達部材１５に伝達される。このコイルスプリング１７を油圧シリンダ１６が押圧機構２４を構成している。

伝達部材１５には、ハウジング１０側から孔型８の内部に差し込まれるようにロール径方向に長手な延設部１９が形成され、この延設部１９と入力部１８とがロール軸方向に長手な連結部２０によって連結されている。この実施形態では、延設部１９と入力部１８は連結部２０によってクランク状に連結されている。従って、ハウジング１０のガイド溝１４に嵌入して当該ガイド溝１４にガイドされるのは、実質的に伝達部材１５の連結部２０である。また、延設部１９の突出方向先端部、つまり図３の孔型側先端部には保持部材２１が溶接などによって取付けられている。この保持部材２１には、ロール軸方向に軸線が設定された保持孔が形成され、この保持孔内にロール軸方向に長手な固形潤滑剤２２が収納保持されている。また、ハウジング１０の内部にあって、伝達部材１５の連結部２０のロール周方向隣接部分には、ロール軸方向に長手な押え部材２３が配設されている。

このロール孔型潤滑装置６では、油圧シリンダ１６の押圧力が、コイルスプリング１７を介して入力部１８から伝達部材１５に入力され、伝達部材１５の連結部２０から延設部１９に伝達され、保持部材２１に保持された固形潤滑剤２２が孔型８のロール軸方向端面９に押し付けられ、当該ロール軸方向端面９が潤滑される。従って、形鋼の熱間圧延操業中も、油圧シリンダ１６に油圧を供給していれば、圧延ラインを停止することなく、孔型圧延ロール２の孔型８のロール軸方向端面９を潤滑することができる。後述するように、孔型８のロール軸方向端面９は、ロール径方向の周速度の差から肌荒れが生じ易い。そこで、形鋼の熱間圧延操業中に常時、孔型８のロール軸方向端面９を潤滑することで生産性が向上する。

形鋼の熱間圧延操業中は、当然ながら孔型圧延ロール２も回転しているので、孔型８のロール軸方向端面９に押し付けられている固形潤滑剤２２は接触抵抗でロール周方向に回転しようとする。この回転力は伝達部材１５に伝達され、伝達部材１５がロール周方向に回転しようとするが、連結部２０のロール周方向に押え部材２３を隣接配置することにより、伝達部材１５のロール周方向への回転を防止することができる。また、形鋼の熱間圧延操業中、圧延材Ｓが孔型圧延ロール２に噛み込まれるときにスラスト力が発生し、そのスラスト力で孔型圧延ロール２がロール軸方向に動く。本実施形態では、押圧機構２４の油圧シリンダ１６と伝達部材１５の入力部１８との間にコイルスプリング１７を介装することで、固形潤滑剤２２を弾性的に孔型圧延ロール２の孔型８のロール軸方向端面９に押し付けることができ、圧延材噛み込み時に、脆性材料である固形潤滑剤２２の欠損を防止することができる。

本発明者は、孔型圧延ロール２の孔型８のうち、どの部分に固形潤滑剤を押し付けることがロール肌荒れ抑制に効果的であるかを検討し、以下のような知見を得た。図５は、孔型圧延ロール２の断面図であり、図の一点鎖線がロール回転軸である。この孔型圧延ロール２は、孔型８の最深部２５の径が直径で８５０ｍｍである。この孔型圧延ロール２を用いて実際に熱間圧延を行い、ロールの肌荒れに起因するロール疵の発生状況を確認したところ、直径で８８４ｍｍの位置から直径９０２ｍｍの位置までの範囲でロール軸方向端面９にロール疵が発生した。この範囲は、最深部２５の直径の比で１．０４〜１．０６の範囲である。従って、図６に示すように、最深部２５との直径の比で１．０４倍以上の直径の位置に固形潤滑剤２２を押し付けるのがよいと考えられる。また、直径９０２ｍｍは、孔型圧延ロール２のロール外周面７と孔型８の境界であるロールコーナー部２６の近傍であるが、ロールコーナー部２６にはロール疵は発生しない。これは、ロールコーナー部２６におけるロールと圧延材との面圧が小さいためであると考えられる。

また、この実施形態では該当しないが、最深部２５との直径の比で１．０４倍以上の直径の位置に、例えば図５に示す孔型コーナー部２７が存在している場合には、その孔型コーナー部２７にも固形潤滑剤２２を押し付けるのがよいと考えられる。孔型コーナー部２７では、ロール軸方向端面９のようにロール径方向の周速度の差は生じない或いは小さいが、ロールと圧延材との面圧が大きいので、この孔型コーナー部２７にも固形潤滑剤２２を押し付けておくのがよいと考えられる。その際、例えば図３のロール孔型潤滑装置６では固形潤滑剤２２を孔型コーナー部２７に押し付けにくい場合、例えば推進装置である油圧シリンダ１６の押圧方向並びに固形潤滑剤２２の進退方向を孔型コーナー部２７に向けて斜め方向（ロール軸方向端面と交差する方向）に設定すればよい。

この実施形態のロール孔型潤滑装置６及び形鋼圧延機１による圧延時ロール孔型潤滑の実施前と実施後の圧延ライン停止時間及び停止回数、並びに形鋼としての製品疵発生率を比較した。その結果、圧延材１０００ｔ当たりのロール手入れによるライン停止時間、及び、圧延材１０００ｔ当たりのロール手入れによるライン停止回数は、何れも皆無となった。また、常時ロール孔型潤滑を実施する前には形鋼製品疵が若干発生していたのに対し、常時ロール孔型潤滑を実施してからの製品疵発生率は０％となった。これは、孔型のロール軸方向端面の肌荒れの原因となるロール疵の発生を抑制することで、肌荒れの成長が抑制されたためであると考えられる。

このように本実施形態のロール孔型潤滑装置及び形鋼圧延設備では、孔型圧延ロール２の孔型８のロール軸方向端面９を潤滑する場合に、孔型８のロール軸方向端面９を潤滑するための固形潤滑剤２２を保持部材２１で保持する。また、孔型圧延ロール２のロール軸方向端面９と交差する方向に押圧力を発生して固形潤滑剤２２を孔型８のロール軸方向端面９に押圧する押圧機構２４を備える。この押圧機構２４と保持部材２１の間に、押圧機構２４の押圧力を固形潤滑剤２２に伝達する伝達部材１５を配置する。この伝達部材１５は、孔型圧延ロール２の孔型８内に差し込まれるようにロール径方向に長手で、ロール径方向先端部に保持部材２１が取付けられる延設部１９と、押圧機構２４のロール軸方向端面９と交差する方向への押圧力を受ける入力部１８と、延設部１９及び入力部１８を連結する連結部２０とを備える。そのため、伝達部材１５を介して、押圧機構２４のロール軸方向端面９と交差する方向への押圧力によって固形潤滑剤２２を孔型８のロール軸方向端面９に押圧することができるから、孔型８のロール軸方向端面９を潤滑することができ、これにより孔型圧延ロール２のロール肌荒れ及び製品疵を効果的に抑制することができる。このとき、伝達部材１５の延設部１９と入力部１８とを連結部２０によってクランク状に連結するようにすれば、孔型８の内部に差し込まれるロール径方向に長手な延設部１９の長さを短くして剛性を高め、孔型８のロール軸方向端面９を適正に潤滑することが可能となる。

また、連結部２０を介して伝達部材１５の延設部１９と入力部１８をクランク状に連結することにより、孔型８の内部に差し込まれるロール径方向に長手な延設部１９の長さを短くして剛性を高めることができ、孔型８のロール軸方向端面９を適正に潤滑することができる。
また、押圧機構２４によって固形潤滑剤２２を孔型圧延ロール２の孔型８のロール軸方向端面９に押圧し、その状態で孔型圧延ロール２を回転させると、孔型圧延ロール２と固形潤滑剤２２の接触抵抗で伝達部材１５がロール周方向に回転しようとする。連結部２０のロール周方向に押え部材２３を隣接配置することで、伝達部材１５のロール周方向への回転を防止することができる。

また、押圧機構２４によって固形潤滑剤２２を孔型圧延ロール２の孔型８のロール軸方向端面９に押圧し、その状態で孔型圧延ロール２を回転させて圧延材Ｓを圧延すると、圧延材Ｓが孔型圧延ロール２に噛み込まれるときに発生するスラスト力で孔型圧延ロール２がロール軸方向に動く。このとき、固形潤滑剤２２を剛的に孔型圧延ロール２の孔型８のロール軸方向端面９に押圧していると、脆性な固形潤滑剤２２が欠損する。押圧機構２４の油圧シリンダ（推進装置）１６及び伝達部材の入力部１８の間にコイルスプリング（弾性部材）１７を介装することで、固形潤滑剤２２を弾性的に孔型圧延ロール２の孔型８のロール軸方向端面９に押圧することができ、圧延材噛み込み時の固形潤滑剤２２の欠損を防止することができる。

また、孔型８の最も深い最深部２５の径の１．０４倍以上の径の位置でロール軸方向端面９に固形潤滑剤２２を押圧することにより、ロール肌荒れ及び製品疵を効果的に抑制することができる。
なお、前記実施形態では、推進装置として油圧シリンダを用いたが、これに代えて水圧シリンダやエアシリンダ、電動モータなどのアクチュエータを用いることも可能である。また、前記実施形態では、弾性部材としてコイルスプリングを用いたが、これに代えて皿バネやゴムなどの弾性部材を用いることも可能である。
また、前記実施形態では、形鋼として鉄道のレールを例に挙げて説明したが、本発明のロール孔型潤滑装置は、Ｈ形鋼やマストレールを始めとする種々の形鋼の圧延に用いられる孔型圧延ロールにも同様に適用可能である。

１ 形鋼圧延機
２ 孔型圧延ロール
３ ロールチョック
４ レストバー
５ 取付台
６ ロール孔型潤滑装置
７ ロール外周面
８ 孔型
９ ロール軸方向端面
１０ ハウジング
１１ ブラケット
１２ 固定具
１３ 円孔
１４ ガイド溝
１５ 伝達部材
１６ 油圧シリンダ（推進装置）
１７ コイルスプリング（弾性部材）
１８ 入力部
１９ 延設部
２０ 連結部
２１ 保持部材
２２ 固形潤滑剤
２３ 押え部材
２４ 押圧機構
２５ 最深部
２６ ロールコーナー部
２７ 孔型コーナー部
Ｓ 圧延材

Claims (5)

1. 孔型圧延ロールの孔型のうち、ロール軸方向端面を潤滑するロール孔型潤滑装置であって、
   前記孔型のロール軸方向端面を潤滑するための固形潤滑剤と、
   前記孔型のロール軸方向端面と交差する方向に押圧力を発生して前記固形潤滑剤を前記孔型のロール軸方向端面に押圧する押圧機構と、
   前記固形潤滑剤を保持する保持部材と、
   前記保持部材及び前記押圧機構の間に配設され、前記押圧機構の押圧力を前記固形潤滑剤に伝達する伝達部材とを備え、
   前記伝達部材は、
   前記保持部材が前記孔型圧延ロールのロール径方向先端部に取付けられ、前記孔型圧延ロールの孔型内に差し込まれるように前記ロール径方向に長手な延設部と、
   前記押圧機構によるロール軸方向端面と交差する方向への押圧力を受ける入力部と、
   前記延設部及び前記入力部を連結する連結部とを備え、
   前記押圧機構は、
   前記孔型のロール軸方向端面と交差する方向に進退する推進装置と、
   前記推進装置及び前記入力部の間に介装された弾性部材とを備えたことを特徴とするロール孔型潤滑装置。
2. 前記延設部及び前記入力部は、前記連結部を介してクランク状に連結されることを特徴とする請求項１に記載のロール孔型潤滑装置。
3. 前記連結部に対して前記孔型圧延ロールのロール周方向に隣接して押え部材を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のロール孔型潤滑装置。
4. 前記孔型の最も深い最深部の径の１．０４倍以上の径の位置でロール軸方向端面に前記固形潤滑剤を押圧することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のロール孔型潤滑装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のロール孔型潤滑装置を備えた形鋼圧延設備。

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