(57)【要約】【課題】  潤滑油を供給しながら熱間圧延する場合，被圧延材からの輻射熱などにより潤滑供給場所の環境温度が上昇して潤滑油が発火もしくは引火し火災事故を引き起こすことのないガスアトマイズ供給法を用いる熱間圧延における潤滑剤供給方法を提供する。【解決手段】  ４０℃における粘度が８ｃｍ２／ｓ以下の潤滑油を，平均粒径が５ｍｍ以下の粒状にして，不燃性ガスとともに，ロールに噴射供給する熱間圧延における潤滑剤供給方法（ガスアトマイズ供給法）を用いて，ロール表面に平均１０μｍ以上の厚みの水膜を形成させながら，もしくは形成された水膜の上から潤滑剤を供給する。【効果】  ロール表面の水膜が噴射供給された潤滑油の温度上昇を抑制し，火災事故の発生を防止しつつ，かつ優れた潤滑効果を得ることができる。【選択図】    図１
2006272358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４０℃における粘度が８ｃｍ２／ｓ以下の潤滑油を，平均粒径が５ｍｍ以下の粒状にして，不燃性ガスとともに，ロールに噴射供給する熱間圧延における潤滑剤供給方法において，
前記潤滑剤が噴射される入側ロール表面に平均１０μｍ以上の厚みの水膜を形成して，前記水膜の上から前記潤滑剤を噴射供給することを特徴とする，熱間圧延における潤滑剤供給方法。
【請求項２】
４０℃における粘度が８ｃｍ２／ｓ以下の潤滑油を，平均粒径が５ｍｍ以下の粒状にして，不燃性ガスとともに，ロールに噴射供給する熱間圧延における潤滑剤供給方法において，
前記潤滑剤が噴射される入側ロール表面に，前記潤滑剤を噴射させていないときに平均１０μｍ以上の厚みの水膜を形成可能な量に相当する供給量で水を供給しながら，前記水の供給場所に潤滑剤を噴射供給することを特徴とする，熱間圧延における潤滑剤供給方法。
【請求項３】
前記入側ロール表面に形成される水膜の厚みまたは前記入側ロール表面に供給される水量に応じて，噴射する潤滑剤の供給量及び／又は不燃性ガスの流量を制御することを特徴とする，請求項１または２に記載の潤滑剤供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，鉄鋼製造プロセスにおける熱間圧延工程での潤滑剤の供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
潤滑熱延を実施する目的は，圧延中の摩擦力を低減することによってロールの摩耗を減らし，省エネルギー効果を得たり，製品の表面品質を向上させたりと様々である。熱間圧延における潤滑油供給方法としては，例えば，非特許文献１に記載されているように，水に潤滑油を混合してエマルションの形態で噴射供給する方法の他に，潤滑油と水蒸気とを混合して噴射供給する方法（スチームアトマイズ方式）が知られている。
【０００３】
また，板厚の均一性に優れた深絞り用熱延鋼板の製造方法として，潤滑油の供給量をロール表面積１ｍ２あたり０．２〜１０ｃｍ３供給することを骨子とした特許文献１，特許文献２および特許文献３が公知である。これらの公知文献による方法は，水と潤滑油とをウォーターインジェクションによって混合したエマルション潤滑法である。
【０００４】
エマルション潤滑法を用いる場合，ロール冷却水が潤滑供給部にかからないように水切りワイパーがロール冷却水供給部と潤滑供給部との間に設けられている。しかし，ロールが回転してワイパーが摩耗し隙間があくことによって，ロール冷却水が潤滑供給部に洩れだしてくると，エマルション潤滑で供給された潤滑油はロールへ付着しにくくなる。これは，洩れだしたロール冷却水がロール表面に水膜を形成するためであり，さらにこの冷却水と混じることによってエマルション濃度（水に対する潤滑油の量）が下がり，潤滑効果が得られにくくなるからである。なお，同様の問題がスチームアトマイズ方式にも生じることがわかっている。
【０００５】
また，エマルション潤滑では，気温や湿度の変化による潤滑油の粘度の微妙な違いによって，エマルション濃度が常に変化している。これにより，潤滑配管システム内の汚れやノズルの詰まりが生じ，さらにそれらの外的要因によって，潤滑効果にバラツキが生じる問題も認識されている。
【０００６】
これに対し，例えば特許文献４には，４０℃における粘度が８ｃｍ２／ｓ以下の潤滑油を，平均粒径が５ｍｍ以下の粒状にして，潤滑ノズル１本あたりにつき，水と混合せずに毎分１０００ｃｍ３以上の流量の不燃性ガスとともに，ロールに噴射供給する潤滑剤供給方法が開示されている（以下，ガスアトマイズ供給法と記す）。この潤滑剤供給方法では，ロールに多少水膜が残っていても，供給されたガスによってロール表面上の水膜を吹き飛ばすので，潤滑剤が確実にロール表面に到達して付着し，潤滑剤の種々の効果を効率的に導き出すことが可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２７９６５６号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９６５７号公報
【特許文献３】特願平１１−２９３３４５号公報
【特許文献４】特開２００３−９４１０４号公報
【非特許文献１】日本鉄鋼協会「板圧延の理論と実際」ｐ２１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，潤滑剤として引火性の高い潤滑油を使用する場合，噴射した潤滑剤が鋼材からの輻射熱で発火したり，圧延設備周辺に堆積した潤滑油が発火したりするおそれがある，という問題があった。
【０００９】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，ガスアトマイズ供給法において，従来のエマルション潤滑剤供給法で問題とならなかった潤滑油の発火を防止しつつ，優れた潤滑効果を得ることが可能な，新規かつ改良された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】
【００１０】
本発明者は，上記課題を解決するために，熱間圧延における潤滑方法や潤滑剤引火防止方法について鋭意研究を重ねた結果，潤滑剤を供給するロールの表面に，所定の厚みの水膜を存在させておくことにより，引火性の高い潤滑油をガスアトマイズ供給法で噴射供給しても，潤滑効果，すなわち摩擦係数低減効果を維持でき，噴射した潤滑油の発火現象も防止できることを見出し，この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち，本発明の要旨は，以下のとおりである。
（１）４０℃における粘度が８ｃｍ２／ｓ以下の潤滑油を，平均粒径が５ｍｍ以下の粒状にして，不燃性ガスとともに，ロールに噴射供給する熱間圧延における潤滑剤供給方法において，潤滑剤が噴射される入側ロール表面に平均１０μｍ以上の厚みの水膜を形成して，この水膜の上から潤滑剤を噴射供給することを特徴とする，熱間圧延における潤滑剤供給方法。
（２）上記入側ロール表面に形成される水膜の厚みは，２０μｍ〜３０００μｍであることを特徴とする，（１）に記載の熱間圧延における潤滑剤供給方法。
（３）４０℃における粘度が８ｃｍ２／ｓ以下の潤滑油を，平均粒径が５ｍｍ以下の粒状にして，不燃性ガスとともに，ロールに噴射供給する熱間圧延における潤滑剤供給方法において，潤滑剤が噴射される入側ロール表面に，潤滑剤を噴射させていないときに平均１０μｍ以上の厚みの水膜を形成できる量に相当する量の水を供給しながら，その供給場所に潤滑剤を噴射供給することを特徴とする，熱間圧延における潤滑剤供給方法。
（４）入側ロール表面に形成される水膜の厚みまたは入側ロール表面に供給される水量に応じて，噴射する潤滑剤の供給量及び／又は不燃性ガスの流量を制御することを特徴とする，（１）〜（３）のいずれかに記載の潤滑剤供給方法。
【００１２】
上記（４）における制御は，例えば，（１）および（２）に記載されているように，入側ロール表面に平均１０μｍ以上の厚みの水膜が形成される場合または相当量の水が入側ロール表面に供給される場合には，不燃性ガスの流量は，潤滑ノズル１本あたりにつき，毎分１０００ｃｍ３以上とすると，潤滑剤の引火が起こらず，効率的な潤滑圧延も可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，ガスアトマイズ供給法において，高温環境下であっても，潤滑剤の引火，さらには火災事故が起こらないようにして，効率的な潤滑圧延が可能になる。また，潤滑圧延の安定化が達成されることで，電力源単位の低減やそれに伴う二酸化炭素排出量の削減に対する貢献，ロール肌荒れや摩耗の抑制が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
図１に基づいて，本実施形態に係る潤滑油の供給方法について説明する。なお，図１は，本発明の一実施形態に係る潤滑剤供給方法に用いる４重圧延機の概略的な構成を示した説明図である。
【００１６】
図１に示すように，通常，潤滑油の供給は圧延機の入側で行われる。圧延機の入側にはロール冷却用の冷却水ヘッダー６が設置されており，その冷却水が被圧延材５にかからないように，上ロール（上ワークロール３）では冷却水ヘッダー６の下に，下ロール（下ワークロール４）では冷却水ヘッダー６ーの上にロール表面の水をはき出す水切りワイパー７が取り付けられている。下ロールでは，供給されたロール冷却水がロールの回転によって上方へ持って行かれるため，図１のような配置となっている。冷却水ヘッダー６は，ロールの軸方向に所定の間隔で配置されたノズルを備えており，ロール全体に冷却水や潤滑油を同時に噴射供給できるようにするものである。水切りワイパー７は，ロール冷却水が被圧延材５にかかって，被圧延材５が冷却されて所望の材質特性に作り込めなかったり，変形抵抗が増大して圧延負荷が大きくなるのを防いだりするために設けられている。
【００１７】
潤滑油を噴射する潤滑剤ヘッダー８は，通常，上ロールでは水切りワイパー７の下に，下ロールでは水切りワイパー７の上に設置される。このように配置することによって，ロール表面上に水膜が存在しない状態で，従来の潤滑剤（エマルション潤滑剤）を供給することができ，エマルションでもある程度の潤滑油の付着効果を得ることができ，これにより，圧延荷重の低減やロール摩耗の低減などの潤滑効果を得ることができる。エマルション潤滑剤は，引火性の潤滑油が水に強制的に攪拌・混合されたものであるので，水によって潤滑油の温度上昇を防ぎ，火災トラブルを引き起こすことはない。本実施形態では，ガスアトマイズ供給法を使用し，潤滑油が直接ワークロール３，４に供給されるため，優れた潤滑効果が得られることは公知であるが，熱間鋼材の近くで引火性の潤滑油そのものを噴射供給するので，火災トラブルの発生が懸念される。
【００１８】
本発明者は，ロール表面に水膜を形成させた状態で，この水膜の上から，ガスアトマイズ供給法によって潤滑油を供給する方法を見出した。具体的には，ワークロール３，４の表面に水膜を形成させた際に，水切りワイパー７とワークロール３，４の表面との間に若干の隙間ができるように水切りワイパー７の位置を調整し，冷却水ヘッダー６からのロール冷却水の一部がワークロール３，４の表面に残るようにして形成した。このような状態でガスアトマイズ供給法によって潤滑油を供給すると，潤滑剤ヘッダー８から噴射されたガス流によって，潤滑油をワークロール３，４表面に運搬すると同時に，ワークロール３，４表面の水膜を吹き飛ばす効果がある。さらに，吹き飛ばされた水がワークロール３，４表面上の潤滑油供給部（ロール表面上の潤滑油が供給される部分）と熱間鋼材との間の熱遮蔽効果を生み出し，潤滑油の温度上昇を抑制する。また，吹き飛ばされた水がワークロール３，４表面に付着した潤滑油膜の上に付着し，ワークロール３，４表面上の潤滑油膜の温度上昇も抑制することができる。
【００１９】
このような効果は，ワークロール３，４表面に形成された水膜の厚みが，平均で１０μｍ以上の厚みでないと得られず，２０μｍ以上であればほぼ十分に上記遮断効果が得られる。水膜の厚みが平均で１０μｍよりも薄いと，熱間鋼材からの輻射熱によって潤滑油の発火を防止するのに十分な遮蔽効果が得られない。水膜の厚みが厚くなる場合には，ガスアトマイズ供給法の潤滑油やガスの供給量を多くすることによって，潤滑効果の低下を引き起こすことなく，熱間鋼材からの輻射熱を遮蔽する効果を得ることができる。
【００２０】
一方，水膜の厚みが３０００μｍを超えると，吹き飛ばされた水膜によって潤滑油が希釈されるおそれがある。また，コスト的にも無駄な潤滑油を供給することになるので，３０００μｍ超は好ましくない。したがって，好ましくは，ワークロール３，４表面に形成する水膜の厚みは，平均で２０μｍ以上３０００μｍ以下であり，さらに好ましくは２０μｍ以上１０００μｍ以下である。ロール表面上に局所的に水膜が存在しない部分が生じても，平均で１０μｍ以上の水膜がワークロール３，４表面に形成されていれば，ガスアトマイズ供給法によるガス流によって水膜が存在しない部分にも水が供給され，ワークロール３，４表面全体に一様な厚みの水膜が潤滑油供給前に形成されるのと同じ効果がある。
【００２１】
水膜は，上述したような水切りワイパー７とワークロール３，４の表面との間に隙間を設けることによって形成する方法だけでなく，水膜を形成するために用いる水膜形成ヘッダーを別途設置して，この水膜形成ヘッダーからワークロール３，４表面に水を吹き付けることによっても形成することが可能である。このように，ワークロール表面上の潤滑油供給部と熱間鋼材との間の熱遮断効果が得られるような水膜の厚みが実現できれば，水膜を形成する手段はどのようなものであってもよい。
【００２２】
さらに，ワークロール３，４表面に水膜を形成させる部位と，ガスアトマイズ供給法で潤滑油を供給する部位とが重なってもよい。重なって供給された場合でも，平均１０μｍ以上の厚みの水膜を形成できる量の水が供給されれば，結果的に水膜の厚みが１０μｍ未満であっても，上述した火災トラブル防止効果が得られる。すなわち，熱間鋼材からの輻射熱を遮断するのに十分な水量が入り側に供給されれば，必ずしも，潤滑油供給時の膜厚は１０μｍ以上でなくても構わない。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
２ＨＩコイル圧延実験装置に，ガスアトマイズ潤滑供給装置を設置して潤滑圧延実験を行った。ロール水膜の厚みを変化させて，潤滑ＯＮ／ＯＦＦ時の摩擦係数の変化や潤滑供給時の発火現象発生の有無を調査した。使用したロールは，ＳＫＤ５１材の直径４００ｍｍ，胴長１００ｍｍの大きさのもので，被圧延材はＳＰＣＣ材の厚み１ｍｍ，幅５０ｍｍ，長さ１０６ｍｍのコイルであった。入側コイラーは加熱炉になっており，窒素雰囲気下で１０００℃に加熱してから圧延実験を行った。圧延速度は１００ｍｍｉｎとし，加速及び減速時は潤滑供給せずに行い，定常速度に達してから種々の条件で実験を実施した。入出側の板張力は約１〜４ｋｇｆ/ｍｍ２程度で実施した。圧下率は約２５％になるようにロールギャップを設定した。通常の熱間圧延実験では，圧延機の出側からロール冷却水をかけるだけであるが，今回の実験では，潤滑効果や潤滑油引火有無の調査のため，潤滑剤供給用のノズルから噴射・供給された潤滑剤がワークロールに当たる部分（潤滑剤供給部）の上下に別途ロール水膜形成専用のノズルを設けた。２ＨＩ圧延機であるため，出側でかけたロール冷却水の一部がロールの回転によって入側に回り込んでくる。この水の回り込みを防ぐために出側のロール冷却水供給部と，別途設けた水膜形成用ノズルによって水が供給される部位との間に，水切りワイパーを取り付けた。これによって，図１に示した実機の冷却水ヘッダー，水切りワイパーおよび潤滑剤ヘッダーの位置関係と同じ状況を再現した実験を実施できるようになった。ワークロール表面に形成させる水膜厚みの設定は，別途設けた水膜形成専用のノズルからの水の流量を調整することによって行った。供給された水がすべてロール表面に付着する場合の水膜の厚みとノズルからの水供給量との間には，下記式（１）の関係が成立する。ただし，下記式（１）は，ロール胴長の方がスプレーコーンの広がり幅よりも長い場合に成立する。
【００２４】
【数１】
2006272358.tif 000003
【００２５】
上記式（１）を用いて，所望の厚みのロール水膜が形成できる水量を水膜形成用ノズルから噴射してロール表面に水膜を形成させ，その上から潤滑油を種々の条件（ガス供給量，潤滑油供給量）で供給した。今回の実験で用いたノズルは，ロール表面でのスプレーコーンの広がり幅がロール胴長と同じものを使用した。潤滑効果の有無を判定する指標としては，摩擦係数を用いた。摩擦係数は，圧延実験中に測定された圧延荷重，圧延速度，入出側の板張力，出側板速度と圧延速度（ロール速度）とから得られる先進率，および圧下率の各データを用いて，Orowanの圧延理論を用いて求めた。また，潤滑供給中に潤滑油発火現象の有無は，板道内外もしくは圧延機周辺部で炎が発生して１秒以上燃え続けた場合を発火現象有りとして評価した。一方，炎が発生しても１秒以内に消えたものについては潤滑油発火現象無しとした。実験に用いた潤滑油は，実際の熱延工場で使用されているもので，４０℃における粘度が１．２ｃｍ２／ｓの鉱物油をベースとした市販の潤滑油であった。なお，この潤滑油は，鉱油及び／又はエステルをベース油とし，その中に種々の油性剤，極圧添加剤，減磨剤等が添加された市販の潤滑油である。
【００２６】
実験結果を実験条件とともに下記表１に示した。条件No.１は潤滑を使用しないで圧延したときの摩擦係数を示す。この摩擦係数よりも小さい値であるほど潤滑効果に優れていることを意味する。条件No.２および３はロール表面の水膜厚みが薄い場合の例，つまり本発明の比較例として挙げたものである。この場合，潤滑効果は得られるものの潤滑油の発火現象が発生した。条件No.４から９は本発明の実施例であり，ロール表面の水膜厚が平均で１０μｍ以上であれば，潤滑油の発火現象は発生しなかった。また，ロール表面の水膜厚みが厚くなっても，潤滑油の供給量やガスアトマイズ供給する場合のガス供給量を増やすことによって，優れた潤滑効果を得ることができる。
【００２７】
【表１】
2006272358.tif 000004
【００２８】
また，表１の条件２から９について，水膜形成用水供給ノズルの向きを変えて，水膜形成用の水の供給場所と，潤滑供給場所とを同じにして，上記と同じ条件で実験を行ったところ，表２に示すように，表１記載の結果とほぼ同じ結果になった。このことから，ロール表面の水膜形成場所にかかわらず，水膜厚み換算で平均１０μｍ以上の水をロール表面に供給しながら，ガスアトマイズ供給法によって潤滑油を供給すれば，潤滑油の発火・引火による火災トラブルを引き起こすことなく，優れた潤滑効果を得ることができる，ということがわかった。
【００２９】
【表２】
2006272358.tif 000005
【００３０】
（実施例２）
熱延工場の仕上圧延機の第５スタンド（全７スタンドのタンデム圧延機の５番目に設置されている４ＨＩ圧延機）の入側に既設の潤滑供給装置を改造してガスアトマイズ潤滑供給装置を設置して潤滑圧延を行った。水切りワイパーと潤滑剤ヘッダーとの間に，ロール表面に水膜を形成させるための水膜形成用水供給ヘッダーを別途設けて，この水膜形成用水供給ヘッダーの水供給量を変化させ，さらに式（１）を用いて，所定の厚みの水膜をロール表面に形成させるようにした。用いたノズルを使用した場合のロール表面におけるスプレーコーンの広がり幅は約３００ｍｍであった。また，この水膜形成用水供給ヘッダーは，供給方向を調整することができるようにして，予めロール表面に水膜を形成させて，その上からガスアトマイズ潤滑供給方法で潤滑油を供給した場合や，水膜形成用の水供給場所と潤滑供給場所とが同じになるようにした場合の両方のケースについて実験できるようにした。また，本発明の実用性を検証するために，潤滑を使用して圧延した場合と潤滑を使用しないで圧延した場合の摩擦係数の値で潤滑効果有無を判定し，供給された潤滑油の引火有無を観察して，火災トラブル回避の可否を調査した。摩擦係数は，実施例１と同様の計算で求めた。潤滑油の引火有無の判定も実施例１と同じ基準で判定した。潤滑油は４０℃における粘度が１．４２ｃｍ２／ｓの鉱物油をベースとした市販の潤滑油を使用した。ワークロールは，ハイスロール材で，直径６８３ｍｍ，胴長１８２０ｍｍであった。圧延材は０．３％低炭素鋼で，入側板厚は約７．５ｍｍ，板幅は約１１８０ｍｍであった。仕上圧延機の第１スタンドの入側における圧延材の温度は約９９０℃であった。圧延速度は定常圧延時で約５６０ｍｍｉｎで，圧下率約３５％で圧延を行った。入出側の板張力は，約０．５〜１．０ｋｇｆ／ｍｍ２に設定した。
【００３１】
実験結果を実験条件とともに表３に示した。条件No.１は，潤滑を使用しないで圧延したときの摩擦係数を示す。この摩擦係数よりも小さい値であるほど潤滑効果に優れていることを意味する。条件No.２はロール表面の水膜厚みが薄い場合の例，つまり，本発明の比較例である。この場合，潤滑効果は得られるものの潤滑油の発火現象が発生した。条件No.３から５は，本発明の実施例であり，ロール表面の水膜厚が平均で１０μｍ以上であれば，潤滑油の発火現象は発生しなかった。また，ロール表面の水膜厚みが厚くなっても，潤滑油の供給量やガスアトマイズ供給する場合のガス供給量を増やすことによって，優れた潤滑効果を得ることができる，ということもわかった。
【００３２】
【表３】
2006272358.tif 000006
【００３３】
また，表３の条件２から５について，水膜形成用水供給ノズルの向きを変えて，水膜形成用の水の供給場所と，潤滑供給場所とを重ねて，同じ条件で実験を行ったところ，表４に示すように，表３記載の結果とほぼ同じ結果になった。従って，このことから，ロール表面の水膜形成場所にかかわらず，水膜厚み換算で平均１０μｍ以上の水をロール表面に供給しながら，ガスアトマイズ供給法によって潤滑油を供給すれば，潤滑油の発火や引火による火災トラブルを引き起こすことなく，優れた潤滑効果を得ることができる，ということがわかった。
【００３４】
【表４】
2006272358.tif 000007
【００３５】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は，鋼材の熱間圧延において幅広く適用でき，薄板や厚板等の平坦な製品の熱間圧延だけでなく，建材用のＨ形鋼の熱間圧延やパイプの熱間圧延など，あらゆる鋼材製品の熱間圧延で使用されている潤滑供給方法の効率的な手段として応用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る潤滑剤供給方法に用いる４重圧延機の概略的な構成を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      上バックアップロール
２      下バックアップロール
３      上ワークロール
４      下ワークロール
５      被圧延材
６      冷却水ヘッダー
７      水切りワイパー
８      潤滑剤ヘッダー
【図１】
2006272358.tif 000008