(57)【要約】【課題】ハイブリッド方式を実施する際の前記課題、すなわち、低濃度のエマルションを供給する系統における、エマルション濃度の上昇を低減するための簡便な方途について提案する。【解決手段】鋼帯を冷間圧延するロールおよび該鋼帯に、圧延油エマルションを循環供給する圧延油の供給方法において、前記循環圧延油エマルションからの油分の抽出手段または循環圧延油エマルションへの油分の供給手段を用い、必要とする循環圧延油エマルションの潤滑能に応じて、該循環圧延油エマルションの濃度を調節する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼帯を冷間圧延するロールおよび該鋼帯に、圧延油エマルションを循環供給する圧延油の供給方法において、
前記循環圧延油エマルションからの油分の抽出手段または循環圧延油エマルションへの油分の供給手段を用い、必要とする循環圧延油エマルションの潤滑能に応じて、該循環圧延油エマルションの濃度を調節することを特徴とする冷間圧延における圧延油の供給方法。
【請求項２】
前記油分の供給手段に、前記油分の抽出手段にて抽出した油分を供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圧延油の供給方法。
【請求項３】
前記油分の供給手段に、新規の圧延油を供する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圧延油の供給方法。
【請求項４】
鋼帯を冷間圧延するロールおよび該鋼帯に、圧延油エマルションを循環供給する圧延油供給系統をそなえ、該圧延油供給系統にて回収される圧延油エマルションから油分を抽出する油水分離装置および、前記圧延油供給系統の循環圧延油エマルションへ油分を補給する油分供給装置を有する冷間圧延における圧延油の供給設備。
【請求項５】
前記油水分離装置は繊維フィルタを有する請求項４に記載の冷間圧延における圧延油の供給設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延油エマルションを循環供給して圧延ロールと鋼帯との潤滑並びにロールの冷却をはかる圧延油の供給方法およびその設備に関する。ここで、圧延油エマルションとは、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り、この圧延油エマルションの濃度とは、圧延油エマルション全体積中の油分体積の比率である。なお、以降は、圧延油エマルションを単にエマルションと表記する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する問題意識が高まり、またユーザーニーズの多様化を受け、自動車用鋼板を典型例とする、冷延鋼帯について、その高強度化並びに薄肉化（ゲージダウン）がますます進行している。これに対応し、冷延鋼帯を製造する冷間圧延機では、軟鋼だけでなく、高張力鋼、高炭素鋼、薄物硬質ブリキ材あるいはステンレス鋼など、いわゆる難圧延材を圧延する機会が飛躍的に増えている。
【０００３】
ところで、鋼帯の冷間圧延においては、圧延中のロールと鋼帯との摩擦を減少させるために、潤滑油を用いる必要があり、また、圧延により生じる加工発熱および摩擦発熱を除去するために、ロールおよび鋼帯を冷却する必要がある。
冷間圧延における潤滑と冷却の方式には、主に、直接給油方式（ダイレクト方式）および循環給油方式（リサキュレーション方式）の２種がある。
【０００４】
ここで、直接給油方式とは、潤滑を目的とし、高濃度（一般的に濃度：10〜15％）のエマルションを鋼帯の表裏面に供給し、これとは別に、冷却を目的として冷水をロールおよび鋼帯に供給する方式であり、潤滑能および冷却能に優れる。しかしながら、使用後のエマルション、冷水はそのまま再使用することはできず、再生のために冷間圧延設備とは別に設置される圧延油回収設備、廃水処理設備へ送られる。従って、圧延油の回収率が低いため、直接給油方式では、圧延油の原単位が大きくなることが問題であった。
【０００５】
一方、循環給油方式とは、潤滑と冷却の両方を兼ねて、低濃度（一般的に濃度：１〜３％）のエマルションをロールと鋼帯表裏面に供給し、これを循環使用する方式である。
すなわち、循環給油方式の構成を図１に示すように、圧延スタンドＳ毎にノズル１ａおよび１ｂを設け、これらノズル１ａおよび１ｂから圧延スタンドＳの圧延ロール２ａおよび２ｂと被圧延材である鋼帯３との間に、エマルション４を噴きつけるようになっている。各ノズル１ａおよび１ｂへのエマルション４の供給は、循環タンク５からポンプ６および配管７を介して行われる。一方、ノズル１ａおよび１ｂから圧延ロール２ａおよび２ｂと鋼帯３との間に供給されたエマルション４は、各圧延スタンドＳの下方に設置された回収用オイルパン８にて回収され、回収したエマルション４は配管９を介して循環タンク５に戻される。この循環タンク５において回収したエマルション４を攪拌しつつ、再び、供給側の配管７からノズル１ａおよび１ｂを介してエマルション４を圧延ロール２ａおよび２ｂと鋼帯３との間に供給する。
以上の圧延油の回収を含む圧延油供給系統により、エマルション４を循環供給する。なお、鋼帯３に付着しての圧延油の系外への持ち出しや、蒸気による拡散などにより、エマルション濃度が低下した場合は、供給タンク10から圧延油を補給する。従って、新規に購入した圧延油は、供給タンク10に補給される。
【０００６】
この循環給油方式は、上述のとおり圧延油原単位に優れるが、潤滑能の制御に問題が残るものである。すなわち、直接給油方式では、高い潤滑能が要求される、薄物硬質ブリキ材やステンレス鋼などを冷間圧延する場合に、高濃度のエマルションを供給しており、また、低い潤滑能でよい軟鋼などを冷間圧延する場合に、低濃度のエマルションを供給している。しかしながら、循環給油方式では、エマルションの循環タンクの容量が巨大（通常10万〜20万リットル）であるため、濃度制御は非常に困難である。例えば、循環タンク容量が20万リットルの場合、循環エマルションの濃度を1.0％から3.0％にするには、圧延油を６千リットル加えればよいが、逆に濃度を3.0％から1.0％にするには、水を40万リットル加える必要があり、タンクの容量および給水時間の観点から、その実施は事実上不可能である。
【０００７】
例えば、ステンレス鋼薄物を低濃度エマルションで圧延すると、潤滑不足によりヒートスクラッチと呼ばれるロールと鋼帯とが焼き付く、表面欠陥が発生し易くなる。また、軟鋼を高濃度エマルションで圧延すると、過潤滑によりスリップが発生し易くなる。いずれの場合も、圧延速度の制限や、ワークロールの交換が必要となり、生産性を著しく阻害する。
【０００８】
この循環給油方式の上記問題を解消する手立てとして、例えば特許文献１に、いわゆるハイブリッド方式が提案されている。図１に示した循環給油方式の圧延油供給系統に加えて、この第１の供給系統より高濃度かつ小流量のエマルションを鋼帯に供給するものである。
【０００９】
さらに、特許文献２には、以上のハイブリッド方式の圧延油供給方法について、回収したエマルションを高濃度のエマルションと低濃度のエマルションに分離し、潤滑性に優れた高濃度のエマルションは潤滑を主目的として鋼帯表裏面に供給する一方、冷却能に優れた低濃度のエマルションは冷却を主目的としてロールに供給する方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2000-94025号公報
【特許文献２】特開2004-209531号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記ハイブリッド方式は、圧延油の供給量が制限されることが課題である。すなわち、循環給油方式の圧延油供給系統とは別系統から供給された高濃度エマルションは、循環系統の低濃度エマルションと合流するため、被圧延材を大量に冷間圧延した場合、高濃度エマルションを大量に供給することとなり、循環系統のエマルション濃度は大幅に上昇する。こうした場合、前述したように、軟鋼などの低潤滑能を必要とする対象材を圧延すると、過潤滑によるスリップが発生して圧延が困難となるため、循環系統のエマルション濃度を低減する必要があって、大量の水の補給が必要となる。このため、循環系統のエマルションの濃度上昇が許容範囲となるように、高濃度エマルションの濃度や流量を制限する必要が生じて、本来の機能を十分に活用できない場合がある。
【００１２】
一方、特許文献２に記載の、回収したエマルションを高濃度と低濃度に分離する方式では、高濃度エマルションの濃度を安定して制御することが困難なことが問題となる。すなわち、分離装置にて高濃度エマルションと低濃度エマルションに分離されるわけであるが、分離後のエマルション濃度は、回収した分離前のエマルションの状態（エマルション濃度、粒径や鉄分濃度の影響が大きいが、これらは、不可避的に変化するものである）や、濾過膜の状態（目詰まりの状態など）に大きく左右される。このため、分離後のエマルション濃度は大きく変化するため、所望濃度のエマルションを得ることが難しく、潤滑能を必要に応じて制御することは困難となる。また、タンクでエマルション濃度を測定し、測定結果に応じて圧延油や水を加え、所望の濃度に調整することも可能であるが、所望濃度に至るまでの応答性が低い問題や、設備が巨大化するなど、弊害が大きい。
【００１３】
そこで、本発明は、エマルションの濃度を所望の範囲に調整して供給するための簡便な方途について提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）鋼帯を冷間圧延するロールおよび該鋼帯に、圧延油エマルションを循環供給する圧延油の供給方法において、
前記循環圧延油エマルションからの油分の抽出手段または循環圧延油エマルションへの油分の供給手段を用い、必要とする循環圧延油エマルションの潤滑能に応じて、該循環圧延油エマルションの濃度を調節することを特徴とする冷間圧延における圧延油の供給方法。
【００１５】
（２）前記油分の供給手段に、前記油分の抽出手段にて抽出した油分を供することを特徴とする前記（１）に記載の冷間圧延における圧延油の供給方法。
【００１６】
（３）前記油分の供給手段に、新規の圧延油を供することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の冷間圧延における圧延油の供給方法。
【００１７】
（４）鋼帯を冷間圧延するロールおよび該鋼帯に、圧延油エマルションを循環供給する圧延油供給系統をそなえ、該圧延油供給系統にて回収される圧延油エマルションから油分を抽出する油水分離装置および、前記圧延油供給系統の循環圧延油エマルションへ油分を補給する油分供給装置を有する冷間圧延における圧延油の供給設備。
【００１８】
（５）前記油水分離装置は繊維フィルタを有する前記（４）に記載の冷間圧延における圧延油の供給設備。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エマルションを循環供給する冷間圧延において、循環供給するエマルションの濃度を適切かつ簡便に調整することができる。従って、特に、ステンレス鋼薄物などの難圧延材のヒートスクラッチなどが抑制されるとともに、過潤滑などのトラブルも回避できるため、高能率での冷間圧延が実現される。また、抽出した油分を再度使用に供するため、圧延油の原単位を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の循環供給方式の構成を示す図である。
【図２】本発明に従う油水分離機能付きの循環供給方式の模式図である。
【図３】圧延油供給条件毎の圧延時間を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の圧延油供給方法は、図１にて示した、循環供給方式の圧延油供給形式において、循環エマルションからの油分の抽出手段または循環エマルションへの油分の供給手段を用い、必要とする循環エマルションの潤滑能に応じて、循環圧延油エマルションの濃度を調節するところに特徴がある。すなわち、循環エマルションの潤滑能を抑制する場合は、循環エマルションから油分を抽出して濃度を低下させ、また循環エマルションの潤滑能を高める場合は、前記抽出した油分を再度循環エマルションに添加し、さらには必要に応じて新しい圧延油を追加して濃度を上昇させるものである。
【００２２】
次に、前記油分の抽出手段および供給手段について、具体的に説明する。図２に、本発明に従う循環供給方式の構成例を示すように、図１に示した圧延油供給設備において、循環タンク５に、油分の抽出手段としての油水分離装置11を付設し、この油水分離装置11にて、圧延油供給系統の回収用オイルパン８を介して回収したエマルション４から油分12を抽出することによって、エマルション４の濃度を低下する。この低濃度エマルションは、循環タンク５に戻され、エマルション４として循環使用する。
【００２３】
ここで、圧延ロール２ａおよび２ｂと鋼帯３との間に供給されたのち回収される、エマルション４には、鉄摩耗粉などが混入している。これは、圧延時にロールバイトで鋼帯やロールから摩耗粉が発生し、それらが凝集するためであるが、これらの異物は、油水分離装置の効率低下および寿命低下を引き起こす。それゆえ、油水分離装置11の入側に、異物除去フィルタを設置することが好ましい。この異物除去フィルタとしては、冷間タンデムミルで使用される、フラットベッドフィルタやホフマンフィルタなどを用いればよく、異物除去が可能な他のフィルタを用いることも可能である。
【００２４】
一方、油分の供給手段としては、油水分離装置11で抽出した油分12を貯留する補給タンク13を備え、この補給タンク13から循環タンク５に油分14を補給することによって、圧延油供給系統のエマルション４の濃度を高めることができる。油水分離装置11で抽出した油分12は水分をほとんど含有しないため、この油分12を用いることによって、エマルション４の濃度調節を効率良く行うことができる。
【００２５】
さらに、必要に応じて、新規の圧延油を補給タンク13に追加し、循環タンク５に、新規圧延油を含む油分を補給してもよい。かように、図示の補給タンク13は、抽出した油分12と新規の圧延油との貯留を兼ねるタンクとできるが、それぞれ個別にタンクを設けて、抽出油分と新規圧延油とを別系統で補給してもよい。
【００２６】
以上のとおり、本発明に従って、油水分離装置11並びに補給タンク13を適切に設けることにより、循環供給するエマルション４の濃度を調節することできるため、対象材に応じた潤滑能を適宜、実現することが可能となる。この際、前記循環タンク５におけるエマルション濃度を、別途設置した濃度測定器（図示せず）にてオンラインで測定することが好ましい。
【００２７】
なお、エマルション４の濃度調節は、圧延サイクル間に実施するのが好ましいが、圧延中に随時、温度調節を行ってもよい。通常、冷間圧延では、鋼種毎に対象材をまとめて一つのサイクルとし、そのサイクル単位で圧延を行って、そのサイクル毎に圧延ロールを交換するのが通例である。このため、ロール交換作業中に並行して、循環エマルションの濃度制御を実施することが可能である。
【００２８】
ところで、エマルションは、長期間にわたり循環使用されるため、乳化安定性が要求され、通常、１％程度の乳化剤が添加されている。さらに、圧延油供給系統のエマルションは、10万〜20万リットル程度の大容量で使用され、濃度は１〜５％程度と低い。このような乳化安定性を有し、低濃度かつ大容量のエマルションから油分を抽出する手法について鋭意検討した結果、繊維フィルタによる油分抽出が好適であることを知見した。
ここで、フィルタとしては、例えば、特開2000-288303号公報に記載の繊維フィルタなどが好適である。この繊維フィルタは、単繊維直径0.1〜3.7μｍの繊維を主体とし、繊維充填率が10〜70％で繊維表面の臨界表面張力が40dyne/cm 以上である繊維状シートと、疎水性の繊維状シートと、単繊維直径５〜40μｍの繊維を主体とし、繊維充填率が20％以下で繊維表面の臨界表面張力が50dyne/cm 以下である繊維状シートと、を順に重ねあわせたものである。
【００２９】
すなわち、エマルション中の油滴は、通常、２〜30μm程度の粒径であるが、繊維フィルタでは、フィルタ孔径より小さい油滴はフィルタを通過し、フィルタ孔径より大きい油滴は繊維に捕集され、次第に凝集することにより、粗大な油滴となる。粗大な油滴は、繊維から離れて浮上するため、油分として、容易に抽出できる。繊維フィルタは、エマルションの粒径、界面活性剤の種類に応じて、フィルタの孔径、材質や膜厚を選定すれば良い。
【００３０】
また、油水分離する処理流量は、循環タンク容量、油水分離効率、各圧延サイクルで許容されるエマルション濃度、ロール交換のためのサイクル時間などによって変化するが、概ね1000〜5000ｌ／min程度の流量の処理を行うことによって、所望の濃度制御が可能となる。
【実施例】
【００３１】
さて、冷間圧延では、鋼種（ステンレス鋼、高張力鋼、低炭素鋼など）、板厚、仕上げ方法（ダル仕上げ、ブライト仕上げなど）などで分別し、対象材を複数組み合わせてサイクルを構成し、それぞれの条件に適した圧延条件（ロール粗さ、ロールクラウンなど）で圧延することにより、圧延の安定化および鋼板形状の向上などを達成している。通常、高潤滑能のエマルション供給を実施する必要があるのは、潤滑不足になり易いステンレス鋼の薄物など、限られた難圧延材のサイクルである。そこで、以下に説明する実施例は、低炭素鋼と軟鋼との合間にステンレス鋼薄物を冷間圧延するサイクルを、以下のように実施した。
【００３２】
すなわち、５スタンドのタンデム冷間圧延機において、低炭素鋼1400ｔ、ステンレス鋼薄物800ｔ、軟鋼1200ｔを順に圧延するに当たり、図２に示した、循環供給方式の圧延油供給設備を用いて、下記の３つの条件（比較例１，２および発明例）に従って、それぞれ圧延油の供給を行った。該設備における油水分離装置には、孔径：７μｍのポリエチレン製フィルタを適用した。
なお、圧延油は、エステルを基油とし、この基油にノニオン系の界面活性剤を添加してエマルションとし、循環使用した。
【００３３】
記
比較例１：低炭素鋼サイクルをエマルション目標濃度1.0％で圧延した。この際、鋼帯による圧延油の持ち出しに起因したエマルション濃度の低下に応じて、圧延油を補給した。その後、該低炭素鋼とステンレス鋼薄物とのサイクル間に、エマルション濃度が3.0％になるまで圧延油を補給し、ステンレス鋼薄物サイクルを、圧延油を適宜補充しながら目標濃度3.0％で圧延した。次の軟鋼のサイクルは、圧延油を補給することなく圧延を行った。
比較例２：低炭素鋼サイクルは、圧延油を適宜補充しながらエマルション目標濃度1.0％で圧延を行った。その後、該低炭素鋼とステンレス鋼薄物とのサイクル間に、エマルション濃度が1.5％になるよう圧延油を補給し、ステンレス鋼薄物サイクルを、圧延油を適宜補充しながら目標濃度1.5％で圧延した。次いで、軟鋼のサイクルは、圧延油を補給することなく圧延を行った。
発明例：低炭素鋼サイクルは、圧延油を適宜補充しながらエマルション目標濃度1.0％で圧延を行った。その後、該低炭素鋼とステンレス鋼薄物とのサイクル間に、エマルション濃度が3.0％になるよう圧延油を補給し、ステンレス鋼薄物サイクルを、圧延油を適宜補充しながら目標濃度3.0％で圧延した。次いで、軟鋼のサイクルの前に、処理流量：3000ｌ／minで油水分離処理を行い、エマルション濃度を1.5％まで低下させて軟鋼サイクルの圧延を行った。その際、鋼帯による圧延油の持ち出しに起因したエマルション濃度の低下に応じて、補給タンク13から油分を補給した。
【００３４】
なお、いずれの例においても、低炭素鋼とステンレス鋼薄物、そしてステンレス鋼薄物と軟鋼の各圧延サイクル間の時間は、0.5時間である。また、ヒゥームアウト（蒸気気散）などでエマルションの容量が低下した場合は、それに応じて水を補給した。
【００３５】
上記の合計3400ｔを圧延する間、循環タンクのエマルション濃度の推移を測定した。すなわち、以上の各条件による圧延油供給における、循環タンクのエマルション濃度の経時変化を測定した結果について、図３に示す。
同図（ａ）に示す比較例１では、低炭素鋼1400ｔをおよそ７時間で圧延し、サイクル替えのロール交換に0.5時間を費やした後、ステンレス鋼薄物800ｔをおよそ9.5時間で圧延し、サイクル替えのロール交換に0.5時間を費やした後、軟鋼1200ｔを14.5時間で圧延し、合計32時間を要した。低炭素鋼サイクルは、エマルション濃度1.0％前後で圧延したところ、スリップなどが発生することはなく、また、ステンレス鋼薄物サイクルは、エマルション濃度3.0％前後で圧延し、ヒートスクラッチなどを発生することはなく、健全な圧延が実現された。しかしながら、軟鋼サイクルでは、エマルション濃度が2.7〜3.0％と高いため、圧延途中でスリップが発生し、所定の圧延速度まで上げることが困難となり、また、スリップが発生したスタンドのロール交換も必要であり、圧延完了に14.5時間と多くの時間を要した。
【００３６】
同図（ｂ）に示す比較例２では、低炭素鋼1400ｔをおよそ７時間で圧延し、サイクル替えのロール交換に0.5時間を費やした後、ステンレス鋼薄物800ｔをおよそ13.5時間で圧延し、サイクル替えのロール交換に0.5時間を費やした後、軟鋼1200ｔをおよそ7.5時間で圧延し、合計29時間を要した。低炭素鋼サイクルは、エマルション濃度1.0％前後で圧延したところ、スリップなどが発生することはなく、健全な圧延が実現された。しかしながら、ステンレス鋼薄物サイクルは、エマルション濃度1.5％前後で圧延し、圧延初期にヒートスクラッチが発生したため、所定の圧延速度まで上げることが困難となり、また、ヒートスクラッチが発生したスタンドのロール交換が必要になり、圧延完了に多くの時間を要した。軟鋼サイクルでは、エマルション濃度1.5％前後で圧延し、スリップなどを発生することはなく、健全な圧延が実現された。
【００３７】
一方、発明例では、低炭素鋼1400ｔを７時間で圧延した後、サイクル替えのロール交換に0.5時間を費やした後、ステンレス鋼薄物800ｔをおよそ9.5時間で圧延し、サイクル替えのロール交換に0.5時間を費やした後、軟鋼1200ｔをおよそ7.5時間で圧延し、合計25時間を要した。低炭素鋼サイクルは、エマルション濃度1.0％前後で圧延したところ、スリップなどが発生することはなく、また、ステンレス鋼薄物サイクルは、エマルション濃度3.0％前後で圧延し、ヒートスクラッチなどを発生することはなく、さらに、軟鋼サイクルでは、エマルション濃度1.5％前後で圧延し、スリップなどを発生することはなく、いずれも健全な圧延が実現された。
以上述べたように、本発明は、圧延対象材の全てに応じて、循環エマルションの濃度を制御することにより、比較例１に比べて７時間および比較例２に比べて４時間、対象サイクルの総圧延時間を短縮することができた。
【符号の説明】
【００３８】
１ａ、１ｂ  ノズル
２ａ、２ｂ  圧延ロール
３  鋼帯
４  エマルション
５  循環タンク
６  ポンプ
７  配管
８  回収用オイルパン
９  配管
10  供給タンク
11  油水分離装置
12  油分
13  補給タンク
14  油分
Ｓ  圧延スタンド
【図１】
2010247204.tif 000003
【図２】
2010247204.tif 000004
【図３】
2010247204.tif 000005