(57)【要約】【課題】潤滑油供給制御の応答性に優れ、焼付き疵のない高品質の製品を製造することができる冷間圧延における潤滑油供給方法を提供する。【解決手段】組成の異なる２種類以上の潤滑油をそれぞれ個別にタンク２０に貯蔵し、摩擦係数に応じて潤滑油を１種選択して使用するか、２種以上を選択し混合比を設定して潤滑油原液とし、潤滑油原液を潤滑油ノズル３２から圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロール１２に冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面に付着した冷却水を水切り装置３８で除去する。【選択図】図１
2006263741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の冷間圧延で潤滑油原液をロールバイト入側に供給する潤滑油供給方法において、組成の相異なる２種類以上の潤滑油のそれぞれを個別にタンクに貯蔵し、圧延材とワークロールとの間の摩擦係数に応じて前記貯蔵した潤滑油のうちの１つを選択し、選択された潤滑油原液を潤滑油ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロールに冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去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。
【請求項２】
金属板の冷間圧延で潤滑油原液をロールバイト入側に供給する潤滑油供給方法において、使用する温度域の潤滑油粘度差が±５×１０−６ｍ２／ｓ以内の組成の相異なる２種類以上の潤滑油のそれぞれを個別にタンクに貯蔵し、圧延材とワークロールとの間の摩擦係数に応じて前記貯蔵した潤滑油から選択した２種類以上の潤滑油を混合して混合油とし、混合油を潤滑油原液として潤滑油ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロールに冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去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。
【請求項３】
要求される摩擦係数に応じて前記貯蔵した潤滑油から選択した２種類以上の潤滑油を混合して任意の混合比の混合油とすることを特徴とする請求項２の潤滑油供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷間圧延における潤滑油供給方法、特に潤滑油原液をワークロールに供給するニート潤滑方式による潤滑油供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間圧延では、ステンレス鋼板を除いて通常エマルション潤滑が用いられている。しかし、エマルション潤滑ではむだになる潤滑油が多く、また圧延速度が高速になると潤滑不足を生じて焼付き疵を生じる場合がある。
【０００３】
上記エマルション潤滑の問題を解決する技術として、潤滑油原液（以下、単に潤滑油という）をロールおよび／または鋼板に供給するニート潤滑がある。ニート潤滑は摩擦を低減する有効な手段であるが、従来の潤滑油供給方法では、潤滑油原液をノズルから供給するので次のような問題があった。
【０００４】
（１）潤滑過多を生じてスリップを起こし、疵を生じる場合がある。（２）潤滑油供給量を減少し過ぎると、潤滑油はエマルションより粘度が高いためにロールや板の全体に広がらず、供給されない部分で焼付き疵を生じる場合がある(幅方向不均一)。（３）板端やロール端からこぼれ落ちる潤滑油が現状より増加し、特にダイレクト潤滑では歩留りが悪化する。（４）リサーキュレーション潤滑ではダイレクト潤滑ほど歩留りの悪化はないものの、粘度が高く不純物を内包しやすいので再使用するための不純物の除去等が難しい。
【０００５】
上記ニート潤滑の問題を解決する技術として、鋼板の圧延用ワークロールの潤滑油供給装置であって、ワークロールに５ｍｍ以下の間隙で近接して潤滑油を供給する吐出口を設けた潤滑油供給装置がある。この装置では、吐出口の網状組織の細孔から潤滑油を滲み出させてワークロールに供給する。潤滑油供給量は、潤滑油に加わる圧力を調整して制御する（例えば、特許文献１参照）。また、噴霧によって制御する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１７９３１３号公報（第４頁、第５頁、図１および                  図４）
【特許文献２】特願２００４−０１２６７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の圧延ロールのニート潤滑方法は、摩擦係数低減には有効である。しかし、潤滑油を細孔から滲み出させ、潤滑油に加わる圧力を調整して潤滑油供給量を制御するので、制御の応答に遅れが生じることがあった。このために、焼付き疵が生じるおそれがあった。また、特許文献２の技術では潤滑油の摩擦係数制御範囲は供給量制御によって行うことは可能であるが、１種類の潤滑油であるので、その制御範囲は限定したものとなってしまう。
【０００７】
この発明は、潤滑油供給制御の応答性に優れ、圧延条件に応じて最適な潤滑油を使用することから焼付き疵等のない高品質の製品を製造することができる上、コスト削減も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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この第一の発明である冷間圧延における潤滑油供給方法は、潤滑油原液をロールバイト入側に供給する冷間圧延における潤滑油供給方法において、組成の相異なる２種類以上の潤滑油のそれぞれを個別にタンクに貯蔵し、圧延材とワークロール間の摩擦係数に応じて、潤滑油の１つを選択し、選択された潤滑油原液を潤滑ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロールに冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去する方法である。ここで、潤滑油原液は、鉱油、油脂または合成潤滑油からなり、酸化防止剤、油性向上剤などの添加剤が添加されたものも含む。
【０００９】
この第二の発明である冷間圧延における潤滑油供給方法は、金属板の冷間圧延で潤滑油原液をロールバイト入側に供給する潤滑油供給方法において、使用する温度域の潤滑油粘度差が±５×１０−６ｍ２／ｓ以内の組成の相異なる２種類以上の潤滑油のそれぞれを個別にタンクに貯蔵し、圧延材とワークロールとの間の摩擦係数に応じて前記貯蔵した潤滑油から選択した２種類以上の潤滑油を混合して混合油とし、混合油を潤滑油原液として潤滑油ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給し、圧延機出側で少なくともワークロールに冷却水を供給し、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去する方法である。
【００１０】
この第三の発明である冷間圧延における潤滑油供給方法は、要求される摩擦係数に応じて前記貯蔵した潤滑油から選択した２種類以上の潤滑油を混合して任意の混合比の混合油とする方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、２種類以上の潤滑油原液の中から１つを選択するか、もしくは混合して潤滑油ノズルから圧縮気体で霧状に噴射してロールバイト入側に供給する。潤滑油供給量は圧縮気体の流量により制御することができるので、潤滑油供給制御の高い応答性と精度が得られる。また、第三の発明では圧延材の種類や圧延スケジュールに応じて最適な潤滑油もしくは潤滑油混合比を設定でき、この混合比を調整した場合、必要となる摩擦係数の潤滑油を得ることができる。この結果、潤滑不足による焼付き疵の発生を防ぎ高品質の製品を製造することが可能で、さらに潤滑油の原単位節減を図ることができる。
【００１２】
また、ワークロール出側のロール面および/または圧延機出側の金属板面に付着した冷却水を水切り装置で除去する。ワークロール出側のロール面に付着した冷却水を除去する場合、潤滑油を金属板表面に十分に付着させることができる。さらに、水切り装置として水切り板を用いることにより、ミストおよび冷却水の飛散を防ぎ、良好な作業および設備環境を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の実施の形態は、組成の相異なる２種類以上の潤滑油原液から圧延材とワークロール間の摩擦係数に応じて潤滑油を１つ選択し、潤滑油原液を水と混合せずに圧縮空気を用いて噴霧状態でロールバイト入側へ供給するとともに、ワークロール出側に冷却水を供給する。そして、ワークロール出側に配置した水切り板により、ワークロールの出側表面に付着した冷却水を水切り板で除去する。
【００１４】
図１は、上記潤滑油供給方法を実施する冷間圧延機の一例を示している。以下、金属板が鋼板であるとして説明する。圧延機１０は、ワークロール１２およびバックアップロール１４を備えた４段圧延機である。
【００１５】
圧延機１０は、潤滑油Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ貯蔵する潤滑油タンク２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを備えている。各潤滑油タンク２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに接続された潤滑油管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃには、潤滑油ポンプ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、潤滑油圧力調節弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、および逆止め弁２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが取り付けられている。また、これら潤滑油管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、潤滑油主管２５に接続されている。
【００１６】
圧延機１０の入側に潤滑油ヘッダー３０が配置されており、潤滑油ヘッダー３０には潤滑油供給管２８を介して上記潤滑油主管２５が接続されている。潤滑油ヘッダー３０には、鋼板１とワークロール１２に近接するとともに、板幅方向に沿って複数の潤滑油ノズル３２が設けられている。潤滑油ノズル３２には空気供給管４２を介して圧縮空気タンク４０が接続されている。空気供給管４２には空気流量調節弁４６が取り付けられている。
【００１７】
圧延機１０は、コンピューターからなる潤滑制御装置６０を備えている。潤滑制御装置６０には、圧延材の材質および圧延条件に応じて供給すべき潤滑油の種類および潤滑油供給量があらかじめ設定されている。潤滑制御装置６０は、潤滑油圧力調節弁２３、空気流量調節弁４６および冷却水量調節弁５６に操作信号を出力し、潤滑油および冷却水の供給量を調整する。
【００１８】
潤滑油Ａ、Ｂ、Ｃのうちから選ばれた潤滑油が潤滑油タンク２０から潤滑油ポンプ２２により潤滑油主管２５および潤滑油供給管２８を経て潤滑油ヘッダー３０に送られる。潤滑油は、潤滑油ヘッダー３０から潤滑油ノズル３２に流入する。一方、圧縮空気タンク４０から乾燥した圧縮空気が空気供給管４２を経て潤滑油ノズル３２に供給される。潤滑油は圧縮空気と混合されて潤滑油ノズル３２から噴出し、霧吹き状となってワークロール１２と鋼板１に供給される。ニート潤滑であるので効果的に摩擦係数を減少させることができる。潤滑油圧力調節弁２３で潤滑油圧力を一定に保持し、空気流量調節弁４６で空気流量を調整して潤滑油供給量を制御する。
【００１９】
エマルション潤滑では、水の熱伝導率が高いために十分な冷却効果が得られるが、エアアトマイズ法では十分な冷却効果が期待できない。焼付きを防ぐために、圧延機出側から冷却水をワークロール１２に散布する。したがって、この実施の形態では、圧延機１０のワークロール出側に複数の冷却水ノズル３６をロール軸方向に沿って配置し、ワークロール１２を水冷するようにしている。冷却水は、冷却水タンク５０から配管５２を経て冷却水ヘッダー３４に冷却水ポンプ５４で送られる。冷却水はロール軸方向に沿って冷却水ヘッダー３４に取り付けられた複数の冷却水ノズル３６からワークロール１２の出側表面に散布され、ワークロール１２を冷却する。冷却水量は冷却水流量調節弁５６で調整する。
【００２０】
飛散した冷却水がワークロール１２の表面に付着すると、潤滑油の鋼板１への付着が妨げられるので、水切り板３８をワークロール出側に近接して設けている。水切り板３８は、ロール回転方向に関して冷却水ノズル３６の下流側に位置している。ワークロール表面と水切り板３８の先端面との間の間隙は、０〜５ｍｍ程度である。したがって、水切り板３８は飛散する冷却水のワークロール１２へ付着を防ぎ、潤滑油の鋼板１への付着を確実にする。また、水切り板３８は冷却水およびヒュームの圧延機周辺への飛散を防ぎ、良好な作業および設備環境を保つ。なお、水切り板３８が柔らかい材料、例えばプラスチックで作製されている場合、ワークロール表面と水切り板３８の先端とが接触（間隙が０ｍｍ）していてもよい。
【００２１】
潤滑油供給量の制御は、摩擦係数に基づいて行なう。摩擦係数は計算によって制御周期ごとに求めるのが最良であるが、計算周期が制御周期より長くなってもよいし、計算せずに、例えば圧延材種・圧延のスケジュール等に応じて摩擦係数の予測値をテーブルで持っておき、それに従って制御してもよい。上記摩擦係数の計算式またはテーブルは、前記潤滑制御装置６０に格納されている。また、本発明は摩擦係数に応じて制御することにしているが、摩擦係数と密接な関係がある先進率で制御してもよい。
【００２２】
この発明の第２の実施の形態では、組成の相異なる２種類以上の潤滑油原液から圧延材とワークロール間の摩擦係数に応じて潤滑油の混合比を決定して混合し、潤滑油原液の混合液を水と混合せずに圧縮空気を用いて噴霧状態でロールバイト入側へ供給するとともに、ワークロール出側に冷却水を供給する。そして、ワークロール出側に配置した水切り板により、ワークロールの出側表面に付着した冷却水を水切り板で除去する。配管内で混合し、そのまま噴霧されることを考えると潤滑油粘度が同じくらいでないと、配管内で完全に混ざりきらない場合がある。粘度を変化させて混合が不十分となる粘度差を実験によって求めた。基準を精製パーム油とし、温度４０℃で４０×１０−６ｍ２／ｓとした。対する油はパーム油に高分子エステルを混合して粘度を高くしたものと、鉱油を混ぜて粘度を低くしたものを準備した。今回の実験では潤滑油粘度差が±５×１０−６ｍ２／ｓ以内でないと混合が不十分であった。但し、粘度が大きく異なっても、撹拌機で強制的に混合すると均一にはなった。うまく混合できる能力のある配管内であれば、±５×１０−６ｍ２／ｓの制限は拡げられるか、撤廃されうる。潤滑油は温度によって粘度が変化する。設置されている２種類以上のタンクにそれぞれ加熱装置が設置されていて、温度を制御でき、それによって粘度を制御でき、かつ混合するまでその粘度を維持できるなら、例えば５０℃で４０×１０−６ｍ２／ｓのＡ油と７０℃で４５×１０−６ｍ２／ｓのＢ油も混合することは可能である。
【００２３】
図２は、上記潤滑油供給方法を実施する圧延機の例を示している。図２において、図１に示す装置、部材と同様の装置、部材には同一の参照符号を付け、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
潤滑油管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが接続された潤滑油主管２５と潤滑油供給管２８との間に潤滑油スタティックミキサー２６が設けられている。水切り板３９が、圧延機１０の出側に配置されている。鋼板１の表、裏面の油膜厚をそれぞれ測定する油膜厚計６４、６６が、水切り板３９の下流側に設けられている。鋼板面と水切り板３９の先端面との間の間隙は０〜５ｍｍ程度である。
【００２５】
水切り板３９によって冷却水の鋼板表面へ付着した冷却水は除去され、ヒュームが圧延機周りに多量に飛散する状況にはならないので環境的な問題がほとんどなく、油膜厚計６４、６６の設置が可能である。油膜厚計６４、６６として、例えば赤外線式油膜厚計を用いることができる。
【００２６】
エアアトマイズ法では、少なくとも潤滑過多によるスリップの発生や供給むらを生じることはない。供給した潤滑油はロールバイト入口で油溜まりを形成し、その後は供給した分がすべてロールバイト内に導入されるとみなされるので、出側の油膜厚計は必須ではない。しかし、通常操業では様々な外乱が生じているので、必要最小量の潤滑油を供給するためには油膜厚計によるフィードバック制御を行うことが望ましい。
【００２７】
上記フィードバック制御では、目標油膜厚は過去の操業実績から当該圧延条件において焼付きの生じない最小油膜厚を設定する。圧延機出側の油膜厚計６４、６６で測定された油膜厚は、潤滑制御装置６０に入力される。潤滑油供給制御装置６０は目標油膜厚と実測油膜厚との差に基づき操作信号を空気流量調節弁４６に出力する。圧縮空気流量の調整により潤滑油供給量が変化して、目標油膜厚が得られる。
【００２８】
油膜厚計６４、６６を板幅方向に複数台設置すれば、板幅方向の油膜厚不均一を解消することが可能である。板幅方向の油膜厚分布を測定し、隣接する潤滑供給端からの重なりを考慮した上で潤滑油を供給することにより、油膜厚を板幅方向にも均一にすることができる。この場合、圧縮空気タンク４０と潤滑油ノズル３２とを結ぶ配管４２ごとに空気流量調節弁４６を設けて各潤滑油ノズル３２ごとに圧縮空気流量を調整する。また逆に、板幅方向の潤滑油供給量を変化させることにより中伸びや端伸びを意図的に作り出すこともできる。特に高張力圧延を行う場合、板端の微小クラック起因の板破断を回避するために端伸び気味に圧延する場合があるが、この実施の形態はそのためにも有効である。
【００２９】
この発明は上記実施の形態に限られるものではない。例えば、水切り装置として水切り板以外に圧縮空気などの不燃焼性圧縮気体をワークロール面および／または金属板面に噴射する噴射装置であってもよい。第２の実施の形態でワークロールの出側にも水切り板を設けてもよい。この場合、更に確実に所要の厚みの油膜を金属板表面に形成することができる。油膜厚計は、金属板の上、下面のいずれか一方に配置してもよい。潤滑油ノズルに供給する圧縮気体は、空気のほかに窒素ガスなどの不燃焼気体であってもよい。ロールバイトから圧延機上流側に距離をおいて、潤滑油ノズルを配置してもよい。圧延材は鋼のほかにチタン、アルミニウム、マグネシウム、銅などの金属およびこれら各金属の合金であってもよい。
【実施例１】
【００３０】
単スタンド４Ｈｉの実験ミルを用いてコイル圧延を実施した。高粘度（４０℃で１２０×１０−６ｍ２／ｓ）の合成エステル、中粘度の合成エステル（４０℃で４３×１０−６ｍ２／ｓ）、および低粘度の鉱油（４０℃で１５×１０−６ｍ２／ｓ）の３種類を準備した。価格は高粘度エステルが高く、低粘度になるにつれて安くなる。ロールバイトで形成される油膜厚を推定するために、圧延機出側に板幅中央位置で圧延機から０．９ｍ離れたところに油膜厚計を設置して、その出力からのフィードバック制御を行った。
【００３１】
低速域では引き込み効果が弱いため高粘度エステルを用いると十分な油膜が形成された。速度を上げていくと引き込み効果が強くなってきたので、４００ｍ／ｍｉｎで中粘度の合成エステルへ変更した。更に加速して８００ｍ／ｍｉｎからは低粘度の合成エステルでも十分に油膜が形成されるようになった。低粘度の合成エステルを１２００ｍ／ｍｉｎまで用いたが、十分な油膜を形成しきれなくなってきたので、１２００ｍ／ｍｉｎから再度中粘度の合成エステルへと変更し、１５００ｍ／ｍｉｎで圧延を終了した。圧延後にコイルを確認したが、焼付き疵の発生は見られなかった。また、潤滑油のコストは全てに中粘度エステルを用いる場合より６％改善した。
【実施例２】
【００３２】
つぎに、同じ圧延機・潤滑油を用いて潤滑油を混合する実験を行った。ここでは３００ｍ／ｍｉｎで高粘度のエステルから、高粘度／中粘度エステル１：１混合液へ、５００ｍ／ｍｉｎで中粘度のエステル単独へ、７００ｍ／ｍｉｎで中粘度／低粘度エステル１：１混合液へ、９００ｍ／ｍｉｎで低粘度のエステルへ変更した。更に圧延速度を増加していくと実施例１と同様に油膜が十分に形成しきれなくなってきたので、１２００ｍ／ｍｉｎで中粘度／低粘度エステル１：１混合液へ、さらに１４００ｍ／ｍｉｎからは中粘度エステルへ変更し、１５００ｍ／ｍｉｎで圧延を終了した。
【００３３】
１１００ｍ／ｍｉｎのときに油膜が十分に形成しきれなくなってきた兆候として先進率や摩擦係数の増加が見られたが、この圧延速度について再試験し、中粘度／低粘度エステル１：３混合液を用いたところ、先進率や摩擦係数の増加が見られなかった。
【００３４】
実施例１では摩擦係数が潤滑油を変えた途端に０．０２程度変動することがあったが、その影響がなくなることが確認された。焼き付きは実施例１と同様に観察されなかった。また、コストは実施例１よりも若干安く、全てに中粘度エステルを用いる場合より６．５％改善した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の第１の最良の形態であって、この発明の潤滑油供給方法を実施する圧延機の模式的構成図である。
【図２】この発明の第２の最良の形態であって、この発明の潤滑油供給方法を実施する圧延機の模式的構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  金属板（鋼板）                  １０  圧延機
１２  ワークロール                    １４  バックアップロール
２０  潤滑油タンク                    ２１  潤滑油管
２２  潤滑油ポンプ                    ２３  潤滑油圧力調節弁
２４  逆止め弁                        ２５  潤滑油主管
２６  潤滑油スタティックミキサー      ２８  潤滑油供給管
３０  潤滑油ヘッダー                  ３２  潤滑油ノズル
３４  冷却水ヘッダー                  ３６  冷却水ノズル
３８、３９  水切り板                  ４０  圧縮空気タンク
４２  空気供給管                      ４６  空気流量調節弁
５０  冷却水タンク                    ５２  冷却水供給管
５４  冷却水ポンプ                    ５６  冷却水流量調節弁
６０  潤滑油供給制御装置              ６４、６６  油膜厚計
【図１】
2006263741.tif 000003
【図２】
2006263741.tif 000004