(57)【要約】【課題】コンパクトかつ低コストな構成で、回収したクーラントから濃度の異なる複数のクーラントを精製することができる圧延機及び圧延方法を提供する。【解決手段】乳化剤を含むエマルジョンタイプのクーラントを循環供給しつつ作業ロール２ａ，２ｂにより板材１を圧延する圧延機において、供給後のクーラントを回収するリザーブタンク１０と、回収したクーラントを、乳化剤含有割合がほぼ等しくなるよう、濾過膜１１ａによって高濃度クーラントと低濃度クーラントとに分離する分離装置１１と、高濃度クーラントを作業ロール２ａ，２ｂと板材１との接触部近傍に供給する高濃度クーラントヘッダ５と、低濃度クーラントを作業ロール２ａ，２ｂの胴部表面に供給する低濃度クーラントヘッダ６とを備える。【選択図】  図１
2004209531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳化剤を含むエマルジョンタイプのクーラントを循環供給しつつ、上下一対の作業ロールにより板材を圧延する圧延機において、
供給後のクーラントを回収するリザーブタンクと、
このリザーブタンクに回収したクーラントを、乳化剤含有割合がほぼ等しくなるよう、高エマルジョン濃度のクーラントと低エマルジョン濃度のクーラントとに分離する濾過膜を有する分離装置と、
前記高エマルジョン濃度のクーラントを、前記上下一対の作業ロールのそれぞれと前記板材との接触部近傍に供給する高濃度クーラントヘッダと、
前記低エマルジョン濃度のクーラントを、前記上下一対の作業ロールのそれぞれの胴部表面に供給する低濃度クーラントヘッダと
を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項２】
乳化剤を含むエマルジョンタイプのクーラントを循環供給しつつ、上下一対の作業ロールにより板材を圧延する圧延機において、
供給後のクーラントを回収するリザーブタンクと、
このリザーブタンクに回収したクーラントを、乳化剤含有割合がほぼ等しくなるよう、高エマルジョン濃度のクーラントと低エマルジョン濃度のクーラントとに分離する濾過膜を有する分離装置と、
前記高エマルジョン濃度のクーラントを、前記上下一対の作業ロールのそれぞれと前記板材との接触部近傍に供給する高濃度クーラントヘッダと、
前記低エマルジョン濃度のクーラントを、前記上下一対の作業ロールのそれぞれの胴部表面に供給する低濃度クーラントヘッダと、
これら高濃度及び低濃度クーラントヘッダのうち、少なくとも前記低濃度クーラントヘッダからのクーラントの噴射量を調節する噴射バルブと、
圧延後の前記板材の形状を検出する形状検出器と、
この形状検出器の検出信号から演算した前記板材の圧延後の形状と予め格納した目標形状との偏差を基に、前記噴射バルブを制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項３】
乳化剤を含むエマルジョンタイプのクーラントを循環供給しつつ、上下一対の作業ロールにより板材を圧延する圧延機において、
供給後のクーラントを回収するリザーブタンクと、
このリザーブタンクに回収したクーラントを、還流側のエマルジョン濃縮倍率が約２〜４倍程度になるよう、高エマルジョン濃度のクーラントと低エマルジョン濃度のクーラントとに分離する濾過膜を有する分離装置と、
前記高エマルジョン濃度のクーラントを、前記上下一対の作業ロールのそれぞれと前記板材との接触部近傍に供給する高濃度クーラントヘッダと、
前記低エマルジョン濃度のクーラントを、前記上下一対の作業ロールのそれぞれの胴部表面に供給する低濃度クーラントヘッダと
を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項４】
請求項１記載の圧延機において、前記分離装置に対し、前記濾過膜の透過側から還流側に流体を流通させるための逆洗浄用配管を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項５】
請求項４記載の圧延機において、
前記高エマルジョン濃度のクーラントを一時的に貯留する高濃度クーラントタンクと、
前記低エマルジョン濃度のクーラントを一時的に貯留する低濃度クーラントタンクと、
これらクーラントタンクの少なくともいずれかのクーラントの水位又は濃度を測定する測定手段と、
前記分離装置から前記高濃度クーラントタンク及び前記低濃度クーラントタンクに接続するそれぞれの配管を開閉するバルブと、
前記測定手段の測定結果に応じて前記バルブと選択的に開閉される前記逆洗浄用配管開閉用の逆洗浄用バルブと
を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項６】
請求項４記載の圧延機において、
前記分離装置を通過するクーラントの流量又は圧力を測定する測定手段と、
前記分離装置から前記高濃度クーラントヘッダ及び前記低濃度クーラントヘッダに接続するそれぞれの配管を開閉するバルブと、
前記測定手段の測定結果に応じて前記バルブと選択的に開閉される前記逆洗浄用配管開閉用の逆洗浄用バルブと
を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項７】
請求項１記載の圧延機において、前記低エマルジョン濃度のクーラントを供給前に冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項８】
請求項１記載の圧延機において、前記リザーブタンクの上流側の配管にフィルタを備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項９】
請求項１記載の圧延機において、前記低濃度クーラントヘッダを前記作業ロールの板材出側に設け、かつ、前記作業ロールと前記形状検出器との間に、前記板材表面に付着したクーラントを除去するワイピング装置を備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項１０】
請求項９記載の圧延機において、前記作業ロールと前記ワイピング装置との間に、前記板材表面に前記低エマルジョン濃度のクーラントを分流して供給する第２の低濃度クーラントヘッダを備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項１１】
請求項１記載の圧延機において、前記低濃度クーラントヘッダを前記作業ロールの板材出側に設け、かつ、この低濃度クーラントヘッダと前記作業ロールとの間をほぼ密閉するシール装置を更に備えたことを特徴とする圧延機。
【請求項１２】
乳化剤を含むエマルジョンタイプのクーラントを循環供給しつつ、上下一対の作業ロールにより板材を圧延する圧延方法において、
供給後のクーラントを回収し、
この回収したクーラントを、乳化剤含有割合がほぼ等しくなるよう、濾過膜を用いて高エマルジョン濃度のクーラントと低エマルジョン濃度のクーラントとに分離し、
分離後の高エマルジョン濃度のクーラント、低エマルジョン濃度のクーラントを、それぞれ圧延潤滑、前記作業ロールの冷却のために供給する
ことを特徴とする圧延方法。
【請求項１３】
乳化剤を含むエマルジョンタイプのクーラントを循環供給しつつ、上下一対の作業ロールにより板材を圧延する圧延方法において、
回収した供給後のクーラントを、乳化剤含有割合がほぼ等しくなるよう、濾過膜を用いて高エマルジョン濃度のクーラントと低エマルジョン濃度のクーラントとに分離し、これら高エマルジョン濃度のクーラント、低エマルジョン濃度のクーラントを、それぞれ圧延潤滑、前記作業ロールの冷却のために供給すると共に、
検出した圧延後の前記板材の圧延後の形状と予め格納した目標形状との偏差を基に、前記高濃度クーラント及び低濃度クーラントのうち、少なくとも前記低濃度クーラントの噴射量を制御する
ことを特徴とする圧延方法。
【請求項１４】
乳化剤を含むエマルジョンタイプのクーラントを循環供給しつつ、上下一対の作業ロールにより板材を圧延する圧延方法において、
供給後のクーラントを回収し、
この回収したクーラントを、還流側のエマルジョン濃縮倍率が２〜４倍程度になるよう、濾過膜を用いて高エマルジョン濃度のクーラントと低エマルジョン濃度のクーラントとに分離し、
分離後の高エマルジョン濃度のクーラント、低エマルジョン濃度のクーラントを、それぞれ圧延潤滑、前記作業ロールの冷却のために供給する
ことを特徴とする圧延方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の圧延方法において、前記濾過膜の上流側又は下流側の少なくとも一方におけるクーラントの状態量を測定し、この測定結果に基づき、前記濾過膜に対して透過側から還流側へ流体を供給することを特徴とする圧延方法。
【請求項１６】
請求項１２記載の圧延方法において、前記低エマルジョン濃度のクーラントを供給前に冷却することを特徴とする圧延方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の圧延方法において、前記作業ロールに対し、前記高エマルジョン濃度のクーラントを板材入側から、前記低エマルジョン濃度のクーラントを板材出側から供給することを特徴とする圧延方法。
【請求項１８】
請求項１２記載の圧延方法において、圧延後の板材表面に前記低エマルジョン濃度のクーラントを分流して供給することを特徴とする圧延方法。
【請求項１９】
請求項１２記載の圧延方法において、供給後の前記低エマルジョン濃度のクーラントを、前記高エマルジョン濃度のクーラントと分別して回収することを特徴とする圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間圧延機及び冷間圧延方法に係わり、特に乳化剤を含んだエマルジョンタイプのクーラントを用いる冷間圧延機及び冷間圧延方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工熱や摩擦熱による圧延加工中のロール温度の上昇は、ロールと板材の焼付きによる板材の表面品質の低下や、ロールの熱膨張による板形状（平坦度）不良の原因となる。冷間圧延においては、こうした不具合防止のために、一般に、潤滑剤及び冷却剤を兼ねたエマルジョンタイプのクーラントを循環させて使用する場合が多い。
【０００３】
エマルジョンタイプのクーラントは、エマルジョン濃度が高いほど潤滑性が良く、低いほど冷却性能が良いことが知られている。そこで従来から、回収したクーラントを油水分離し、分離水を冷却水に、この分離水の一部と分離油とを供給直前に再混合したエマルジョンタイプのクーラントを潤滑剤に供するものがある（例えば特許文献１参照）。また濃度の異なるクーラントを供給するものとしては、低濃度クーラントをタンクに回収して冷却剤として循環供給する一方、圧延潤滑油の原液を上記タンク内のクーラントの一部で希釈した高濃度クーラントを潤滑剤として供給するものがある（例えば特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１５１３０９号公報
【特許文献２】
特開平９−１２２７３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の開示技術は、上記のクーラントを静置して油水分離するため、静置分離用の大容量のタンクを要する。また一般にエマルジョンタイプのクーラントはエマルジョンの安定形成のために乳化剤を含んでおり、通常、解乳剤なしでの静置分離は困難である。解乳剤を用いて静置分離しても、今度は分離後の油水に解乳剤が残存し再混合が困難となるため、実際には分離後の油水から解乳剤を化学的に除去する装置及びタンクを更に要する。その結果、装置が全体的に大型化しそれだけコストもかかる。
【０００６】
また、特許文献２の開示技術は、回収する低濃度クーラントに高濃度クーラントが混入するので、上記タンク内のクーラントの濃度を冷却に適した程度に保つためには、タンクに大量の水を補給しなければならない。従って、実際には上記タンクとして大容量のものを要し、やはり装置の大型化やコスト増大は避けられない。
【０００７】
本発明の目的は、コンパクトかつ低コストな構成で、回収したクーラントから濃度の異なる複数のクーラントを精製することができる圧延機及び圧延方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、濾過膜によって、回収したクーラントを、乳化剤含有割合がほぼ等しくなるようエマルジョン濃度の異なる複数のクーラントに分離し、これら分離したクーラントの内、高エマルジョン濃度のクーラントを主に潤滑のために、低エマルジョン濃度のクーラントを主に冷却のために、それぞれ供給することを特徴とする圧延機及び圧延方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧延機の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の圧延機の第１の実施の形態の全体構成を表すブロック図である。この図１に示すように、本実施の形態の圧延機は、板材（圧延材）１を挟持し圧延する上下一対の作業ロール２ａ，２ｂａと、これら作業ロール２ａ，２ｂをそれぞれ鉛直上下方向から支持する補強ロール３ａ，３ｂと、圧延後の板材１の板形状を測定する形状検出器４と、作業ロール２ａ，２ｂに対してクーラントを噴射する少なくとも上下一対づつの高濃度及び低濃度クーラントヘッダ５，６と、これら高濃度及び低濃度クーラントヘッダ５，６からそれぞれ噴射されたクーラントを回収し再度高濃度及び低濃度クーラントヘッダ５，６に循環供給する循環系７と、形状検出器４からの検出信号に応じて低濃度クーラントヘッダ６のクーラント噴射量を制御する制御装置８とを備えている。
【００１０】
上記の形状検出器４は、圧延後の板材１の形状が検出できるものであればその態様を問わないが、具体例としてロードセル等が挙げられる。即ち、この場合には、形状検出器４として、ロードセルを板材１の幅方向に複数列設し（この列設間隔が測定間隔となる）、各ロードセルからの検出荷重を基に、板材１の板幅方向における凹凸を制御装置８によって演算する構成とする。
【００１１】
循環系７は、クーラントヘッダ５，６から噴射されたクーラントを作業ロール２ａ，２ｂの下方にて回収する捕集槽９と、この捕集槽９で捕集されたクーラントを回収するリザーブタンク１０と、回収されたクーラントを互いにエマルジョン濃度の異なる２種のクーラントに分離する分離装置１１と、この分離装置１１にて分離された低濃度クーラント及び高濃度クーラントをそれぞれ貯留する高濃度クーラントタンク１２及び低濃度クーラントタンク１３とを備えている。
【００１２】
上記捕集槽９は、配管１４を介してリザーブタンク１０に接続しており、その配管１４の途中にはフィルタ１５が設けられている。リザーブタンク１０は、配管１６を介して分離装置１１に接続しており、この配管１６にはポンプ１７が設けてある。なお、上記フィルタ１５の代表例としては、例えば金属メッシュや繊維フィルタ等である。
【００１３】
上記分離装置１１は、内部に濾過膜１１ａを備えており、クーラント中に浮遊する油粒子（エマルジョン）を粒度に応じて選別するようになっている。即ち、分離装置１１に導かれたクーラントは、濾過膜１１ａを通過した比較的小さなエマルジョン粒子を含有する低濃度クーラントと、濾過膜１１ａを通過しない比較的大きなエマルジョン粒子を含有する高濃度クーラントとに分離される。分離後のクーラントのエマルジョン濃度は、濾過膜１１ａの阻止率（その細孔径や細孔数やクーラント中のエマルジョン粒子径により決定付けられる）で定まる。
【００１４】
また、分離装置１１における濾過膜１１ａの上流側（還流側）及び下流側（透過側）の位置には、それぞれクーラントタンク１２，１３に接続する配管１８，１９が設けられており、これら配管１８，１９の途中には、それぞれ還流側バルブ２０及び透過側バルブ２１が設けられている。また、クーラントタンク１２，１３には、それぞれ貯留するクーラントの液面高さ（即ち貯留量）を検出する液面計１２ａ，１３ａが設けられており、また、このうち低濃度クーラントタンク１３には、貯留したクーラント中の油分濃度を測定する濃度計１２ｂが更に設けられている。
【００１５】
高濃度クーラントタンク１２は、配管２２を介して高濃度クーラントヘッダ５に接続しており、配管２２の途中には高エマルジョン濃度のクーラントを供給するポンプ２３が設けられている。低濃度クーラントタンク１３は、配管２４を介して低濃度クーラントヘッダ６に接続しており、配管２４の途中には、低エマルジョン濃度のクーラントを供給するポンプ２５及びこのクーラントを冷却する熱交換器２６が設けられている。
【００１６】
上記配管２４におけるポンプ２５及び熱交換器２６の間位置と、上記分離装置１１の透過側（本例では配管１９の透過側バルブ２１の上流側）との間は、配管２７により接続されており、この配管２７にはバルブ２８が備えられている。加えて、上記の配管１６における上記ポンプ１７の下流側位置と、上記配管１４におけるフィルタ１５の上流側位置との間は、配管２９を介して接続されており、この配管２９には、バルブ３０が備えられている。これら配管２７，２９、バルブ２８，３０は、それぞれ濾過膜１１ａの逆洗浄用配管、逆洗浄用バルブの役割を果たすようになっている。
【００１７】
また、繁雑防止のため図１には特に図示していないが、低濃度クーラントヘッダ６は、形状検出器４による板材１の形状検出間隔に対応し、板材１の板幅方向に複数列設されたノズルを有している。また、上記の配管２４は、低濃度クーラントヘッダ６の直前で、それら各ノズルに向かって複数に分岐しており、これら分岐管路のそれぞれに対し、上記制御装置８と電気的に接続した噴射バルブ３１が設けられている（参考：図１２）。制御装置８は、形状検出器４の検出信号を基に板材１の板幅形状を演算し目標形状と比較することで、噴射バルブ３１に指令信号を出力し目標より伸びている箇所に対応するノズルから低濃度クーラントを噴射させ、作業ロール２ａ，２ｂの熱変形量を抑制し板材１を平坦に近付けるよう制御する。
【００１８】
なお、特に限定する主旨ではないが、本実施の形態においては、例としてリザーブタンク１０内のクーラントのエマルジョン濃度は概ね３〜５％程度、エマルジョン粒径は１μｍ〜５０μｍ程度とする。油分の種類は、鉱物油、動物油、植物油、エステル油等を代表例とする。また良好なエマルジョン形成のために、予めクーラントに乳化剤を混合し機械攪拌してある。このとき、乳化剤の添加率が大きい程、エマルジョン粒径が小さくなる傾向にある。エマルジョン粒径があまり小さいと、作業ロール２ａ，２ｂや板材１への付着量が少なくなり潤滑性が阻害される。逆にエマルジョン粒径があまり大きくても、油水が分離し易く、例えば配管２２，２４等の内壁に分離油が付着して噴射量が低下する等して潤滑性が低下する場合がある。従って、これも限定を意図するものではないが、本実施の形態としては乳化剤濃度の適当な例として、例えば１％以下とする。
【００１９】
次に、上記構成の本実施の形態の圧延機の動作を説明する。
（ｉ）板材の圧延
図１の圧延機において、作業ロール２ａ，２ｂ間に通板された板材１は、所定の圧下力で作業ロール２ａ，２ｂに挟持され所定厚さに圧延される。作業ロール２ａ，２ｂは、圧延中、塑性変形による板材１からの加工熱や板材１との間に発生する摩擦熱等により絶えず加熱される。その結果、作業ロール２ａ，２ｂの表面温度が上昇すると、作業ロール２ａ，２ｂの熱変形により圧延精度が低下するばかりでなく、作業ロール２ａ，２ｂと板材１との間に焼き付きが生じ、板材１の表面品質が低下する場合がある。従って、圧延潤滑のために、作業ロール２ａ，２ｂ及び板材１の接触部分に対し、高濃度クーラントヘッダ５を介して入側から高濃度クーラントを噴射供給する。また同時に、作業ロール２ａ，２ｂの冷却のために、作業ロール２ａ，２ｂの胴部表面に対し、低濃度クーラントヘッダ６を介して入側から低濃度クーラントを噴射供給する。前述のように、低濃度クーラントの噴射状態は、形状検出器４で検出された圧延後の板材１の形状に基づいた制御装置８による噴射バルブ３１の開閉制御をもって行われる。
【００２０】
（ｉｉ）クーラントの循環
クーラントヘッダ５，６から噴射されたクーラントは、自然落下して捕集槽９に捕集され、板材１表面の微小傷や焼き付きの原因となる固形異物（例えば圧延の際に生じる微細な金属粉等）をフィルタ１５で除去された上でリザーブタンク１０に回収される。リザーブタンク１０内のクーラントは、ポンプ１７により吐出され、分離装置１１において高エマルジョン濃度のものと、低エマルジョン濃度のものに分離される。高濃度クーラントタンク１２に貯留された高エマルジョン濃度のクーラントは、ポンプ２３により吐出され、再び高濃度クーラントヘッダ５から噴射される。またこれと同時に、低濃度クーラントタンク１３に貯留された低エマルジョン濃度のクーラントは、ポンプ２５により吐出され、熱交換器２６にて適宜冷却された後、再び低濃度クーラントヘッダ６から噴射される。本実施の形態においては、これらの繰り返しにより、クーラントを循環供給する。
【００２１】
（ｉｉｉ）濾過膜の逆洗浄
クーラントの循環を長時間連続して行うと、濾過膜１１ａに目詰まりが生じ、クーラントの分離が適切に行われなくなることも考えられる。そこで、濾過膜１１ａにクーラントを逆流させ濾過膜１１ａを逆洗浄する。ここで図１には、先に説明した「（ｉｉ）クーラントの循環」の際の状態が表されており、循環系７中の各バルブのうち、閉状態のものは塗りつぶして図示してある。
【００２２】
逆洗浄の際には、まずポンプ１７，２３のうち少なくともポンプ１７を停止させ、還流側バルブ２０、透過側バルブ２１を閉止する一方、バルブ２８，３０を開放する。これにより、低濃度クーラントタンク１３からのクーラントが、濾過膜１１ａの透過側から還流側に流れ、濾過膜１１ａ表面に付着したエマルジョンが剥離される。なお、この濾過時と逆方向に流れる低濃度クーラントは、配管２７→分離装置１１→配管１６→配管２９→配管１４の順に流れ、リザーブタンク１０に導かれる。
【００２３】
続いて、本実施の形態の作用を以下に説明する。
（１）小型化及び低コスト化
まず、クーラントのエマルジョン濃度が上昇すればするほど、熱伝達係数が減少し冷却性が落ちることは、例えば、社団法人  日本鉄鋼協会  共同研究会  圧延理論部会編，「板圧延の理論と実際」，社団法人  日本鉄鋼協会，昭和５９年９月１日，ｐ．１４８に示されているように、一般的に知られている。また、その基本的原理は、次のように説明できる。
【００２４】
例えば、田坂英紀著，「伝熱工学」，森北出版，ｐ．３１に記載のニュートンの冷却の法則によると、固体壁面における流体への熱伝達は、Ｑ：単位時間に移動する熱量、ｈ：熱伝達率、Ｓ：表面積、Δθ：固体壁面と流体との温度差を用いると、次式で表される。
Ｑ＝ｈ・Ｓ・Δθ                          ・・・（式１）
この関係式を、作業ロールとロールクーラントとの間に当てはめた場合、熱伝達係数ｈは、クーラント濃度のべき乗（概ね０．５〜０．６乗）にほぼ比例することが分かっており、クーラントの濃度を低下させることによって、その冷却能力を増加させることができる。
【００２５】
次に、本実施の形態における分離装置１１によるクーラントの濃度分離の原理を説明する。
ここで、圧延分野ではないが、工場のエマルジョン廃水を限外濾過膜を用いて浄化する技術が、例えば、化学工学会偏，「ユーザーのための実用膜分離技術」，日刊工業新聞社刊，ｐ．３３８に開示されている。しかしながら、この種の技術は、大部分の乳化剤成分が限外濾過膜の透過側に移動してしまうため、上記の分離装置１１に代替した場合、還流側の乳化剤濃度が低下し高濃度クーラントのエマルジョン形成が不安定になり、十分な潤滑性が確保できなくなる。
【００２６】
図２は、濾過膜による還流側の高濃度クーラントの濃縮倍率と乳化剤の含有比率（高濃度側／低濃度側）との関係の調査結果を表している。分離後の各クーラントのエマルジョン形成を安定させるためには、透過側と還流側の双方のクーラントの乳化剤含有比が等しい条件（つまり縦軸の値が１の条件）で運用するのが好ましい。図２に示した調査結果によれば、濾過膜で分離された還流側の高濃度クーラントの濃縮倍率（横軸）が大きくなればなるほど、分離後のクーラントの乳化剤含有比率（高濃度クーラント／低濃度クーラント）が低下する傾向にあるが、高濃度側クーラントの濃縮倍率が４倍以下の領域において、乳化剤の含有比率がほぼ１（均等）となることが分かった。
【００２７】
即ち、高濃度側クーラントの濃縮倍率が４倍以下の領域において、分離後の双方のクーラントにおけるエマルジョン溶液が安定し、分離後のクーラントが、共に圧延機に使用するクーラントとして良好な状態となることが分かった。例えば、透過側のクーラントを４倍程度に濃縮する濾過膜を用いた場合、前述のように分離前のクーラントのエマルジョン濃度を３〜５％程度とすると、このクーラントの４倍近い水分割合のクーラントを透過側に精製することができ、作業ロールの冷却性を十分に確保することができる。
【００２８】
但し、上記倍率が４倍以下であれば分離後のクーラントのエマルジョン形成は共に安定するが、高濃度側クーラントの濃縮倍率があまり低いとその主目的である潤滑性能が十分に確保できなくなる。そこで実用上の全体流量を考慮すると、還流側の濃縮倍率が２倍程度あればその潤滑性能を十分保つことができることから、上記倍率が２〜４倍程度となるよう、エマルジョン粒径（乳化剤含有量）や濾過膜の性能（細孔径や細孔数）等を設定するのが１つの好適な形態であると考えられる。
【００２９】
以上のような原理により、本実施の形態によれば、十分な潤滑性能を有する高エマルジョン濃度のクーラントと、十分な冷却性能を有する低エマルジョン濃度のクーラントとを精製することができ、その結果、潤滑・冷却を効果的に行うことで作業ロール２ａ，２ｂの熱変形を抑制でき、板材製品の高品質化を図ることができる。しかも、これを実現するためには、静置分離用のタンク、乳化剤除去用の装置やタンク等を必要とせず、循環系の中で単にクーラントを分離装置１１に導くのみであり、装置全体をコンパクトに構成でき、またその導入コストを低減することもできる。
【００３０】
（２）目詰まり防止
高濃度側クーラントの濃縮倍率があまり高いと（言い換えれば濾過膜の油分の阻止率があまり高いと）、それだけ濾過膜の細孔部分に高粘性の油分が付着し易くなり、濾過膜に目詰まりが生じ易くなる。この目詰まりは、濾過膜の分画分子量や細孔径を、油成分の分子量分布やエマルジョン粒径の範囲内で設定することによりある程度生じ難くすることはできるが、長時間の連続運転を想定すればいずれは生じるため、何等かの対応策が必要となる。
【００３１】
そこで、本実施の形態においては、仮に濾過膜１１ａに目詰まりが生じた場合でも、濾過膜１１ａに対し濾過時とは逆方向にクーラントを流すことにより、膜表面の油成分を強制的に除去する（逆洗浄する）ことができ、濾過膜１１ａを正常な状態に復帰させる。また、この逆洗浄を定期的に行う場合、濾過膜１１ａの目詰まりを予防し、正常な濾過性能を維持することができる。
【００３２】
図３は、例として約１時間に１回の間隔で逆洗浄を実施した場合の濾過膜１１ａの透過流量性能の推移を表したグラフで、濾過膜の初期性能を１００として表してある。この図に示すように、濾過膜の透過流量性能は、時間と共に油分の付着により低下していく。逆洗浄を行わない場合、透過流量は低下し続け、目詰まり状態が著しくなると、正常に用を成さなくなり得る。一方、逆洗浄を行う場合でも、濾過時には時間経過に伴って濾過膜の透過流量性能は徐々に低下するが、濾過膜に付着しつつある油分を定期的に除去することにより、濾過膜を初期性能を有する状態に適宜復帰させることができる。これにより、濾過膜１１ａの目詰まりを予防し、分離後の双方のクーラントの濃度の変動を許容範囲内とすることができ、その結果、連続的な圧延操業に対し長期間安定して対応することができる。
【００３３】
また、本実施の形態においては、回収したクーラント内の固形異物（圧延により生じる金属粉等）を、フィルタ１５により除去するので、後段の濾過膜１１ａの固形異物による目詰まりも防止することができる。
【００３４】
（３）更なる品質向上
前述の（式１）から分かるように、噴射流体の温度を下げる（即ちΔθを大きくする）ことによっても、作業ロール面から抜熱する熱量も増加する。つまり、当然のことながら、冷却に主眼を置いた低エマルジョン濃度のクーラントは、低温である方が好ましい。そこで、本実施の形態は、低濃度クーラントヘッダ６に接続する配管２４に熱交換器２６を設け、低濃度クーラントを冷却する。これによって、更に作業ロール２ａ，２ｂの冷却効果が向上する。
【００３５】
図４は、高濃度クーラント及び冷却した低濃度クーラントを使用した本実施の形態の圧延機で圧延した板材の形状と、従来の圧延機で圧延した板材の形状との比較結果を表す図である。この調査結果によれば、従来の圧延機を用いた場合には、伸び側に＋４０［Ｉ−ｕｎｉｔ］、つっぱり側に−７０［Ｉ−ｕｎｉｔ］程度の形状偏差が生じたのに対し、本実施の形態においては、この形状偏差を概ね±１０［Ｉ−ｕｎｉｔ］以内に抑制することができた。このように、本実施の形態においては、低濃度クーラントを冷却することにより、板材製品の品質をより向上させることができた。
【００３６】
なお、以上の本発明の圧延機の第１の実施の形態において、更なる品質向上を狙って低濃度クーラントを冷却する熱交換器２６を設けたが、これは本発明の本質的効果である上記（１）を得る限りにおいては必ずしも必要ない。また、この観点のみに基づけば、逆洗浄や固形異物除去の構成についても同様である。
【００３７】
図５は、本発明の圧延機の第２の実施の形態におけるクーラントの循環系の要部を抽出して表す図であり、先の図１と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施の形態の第１の実施の形態との相違点は、第１及び第２分離装置１１Ａ，１１Ｂを設け、これら第１及び第２分離装置１１Ａ，１１Ｂを選択的に使用可能な構成とした点である。  図５において、リザーブタンク１０からのクーラントは、分岐した配管１６Ａ，１６Ｂを介してそれぞれ第１及び第２分離装置１１Ａ，１１Ｂに流通可能となっている。また、第１分離装置１１Ａの濾過膜１１Ａａの還流側は配管１８Ａを介して高濃度クーラントタンク１２に、透過側は配管１９Ａを介して低濃度クーラントタンク１３に接続している。一方、第２分離装置１１Ｂの濾過膜１１Ｂａの還流側は配管１８Ｂを介して高濃度クーラントタンク１２に、透過側は配管１９Ｂを介して低濃度クーラントタンク１３に接続している。
【００３８】
低濃度クーラントタンク１３は、ポンプ２５の下流位置から、上記第１及び第２分離装置１１Ａ，１１Ｂの透過側の配管１９Ａ，１９Ｂに対し、互いに分岐した配管２７Ａ，２７Ｂを介してそれぞれ接続している。また、上記配管１６Ａ，１６Ｂからそれぞれ分岐した配管２９Ａ，２９Ｂは、合流して上記配管１４に接続している。
【００３９】
上記配管１８Ａ，１８Ｂには還流側バルブ２０Ａ，２０Ｂが、配管１９Ａ，１９Ｂには配管２７Ａ，２７Ｂの合流位置よりも下流側に透過側バルブ２１Ａ，２１Ｂが各々設けられている。また、上記配管１６Ａ，１６Ｂには配管２９Ａ，２９Ｂの分岐位置よりも上流側に供給バルブ３２Ａ，３２Ｂを、配管２７Ａ，２７Ｂにはバルブ２８Ａ，２８Ｂをそれぞれ設けてある。
【００４０】
以上の構成において、図５には、上記した各バルブのうち、閉止状態のものを塗りつぶして示してある。即ち、図示した状態において、回収されたクーラントは、第１分離装置１１Ａに送り込まれ、互いに濃度の異なるクーラントに分離され、それぞれ高濃度クーラントタンク１２、低濃度クーラントタンク１３に導かれる。このとき、低濃度クーラントタンク１３内のクーラントの一部は、配管２７Ｂを介し第２分離装置１１Ｂに供給され、その濾過膜１１Ｂａを逆洗浄しリザーブタンク１０に戻される。
【００４１】
逆に、第２分離装置１１Ｂを運用する際には、供給バルブ３２Ａ、還流側バルブ２０Ａ、透過側バルブ２１Ａ、バルブ２８Ｂを閉止し、供給バルブ３２Ｂ、還流側バルブ２０Ｂ、透過側バルブ２１Ｂ、バルブ２８Ａを開放する。これにより、リザーブタンク１０内のクーラントは、第２分離装置１１Ｂを介し、高濃度クーラントタンク１２、低濃度クーラントタンク１３に導かれる。そして、低濃度クーラントタンク１３内のクーラントの一部は、配管２７Ａを介し第１分離装置１１Ａに供給され、その濾過膜１１Ａａを逆洗浄してリザーブタンク１０に戻される。
【００４２】
つまり、本実施の形態においては、第１分離装置１１Ａを運用している間、第２分離装置１１Ｂの濾過膜１１Ｂａが逆洗浄され、逆に第２分離装置１１Ｂを運用している間、第１分離装置１１Ａの濾過膜１１Ａａが逆洗浄されるようになっている。前述の第１の実施の形態では、逆洗浄時にはポンプ１７を停止させる必要があったが、本実施の形態においては、ポンプ１７を運転したまま濾過膜の逆洗浄を実施することができる。従って、第１の実施の形態と同様の効果に加え、本実施の形態においては、常時連続操業が可能となり生産性を大きく向上させることができる。なお、本実施の形態のように、分離装置を複数設置する場合、ポンプ１７を止めずに逆洗浄が実施できるため、図６に示すように高濃度クーラントタンク１２及び低濃度クーラントタンク１３を省略し、装置を簡素化することも可能であり、設置コストの低減にも寄与する。
【００４３】
図７は、本発明の圧延機の第３の実施の形態における要部を抽出して表す図であり、先の図１と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施の形態の前述の各実施の形態との相違点は、低濃度クーラントヘッダ６を作業ロール２ａ，２ｂの板材出側に設け、更に作業ロール２ａ，２ｂと形状検出器４との間に板材１の表面に付着したクーラントを除去するワイピング装置（ワイパロール）３３を設けた点にある。その他の構成は前述した第１又は第２の実施の形態と同様である。
【００４４】
本実施の形態によれば、前述の各実施の形態と同様の効果を得ると共に、圧延直後の最も高温な作業ロール２ａ，２ｂの表面部分に低濃度クーラントを噴射することで、その冷却効果をほぼ２倍に上昇させることができる。そのため、より短時間のうちに板材形状を制御でき、更なる品質向上の効果が得られる。これは低濃度クーラントと接触時点での作業ロール２ａ，２ｂの表面温度が、第１及び第２の実施の形態に比して高いことから、前述した（式１）においてΔθが大きくなり、作業ロール２ａ，２ｂ表面からの抜熱効果が高くなるためである。また、こうして出側から低濃度クーラントを噴射する場合、特に上作業ロール２ａに噴射された低濃度クーラントが板材１表面に残存し、その後の板材１の巻取り不良（テレスコピック）やしみの原因となる可能性があるが、ワイピング装置３３によってこれを防止することができる。
【００４５】
図８は、本発明の圧延機の第４の実施の形態における要部を抽出して表す図であり、先の図４と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施の形態の特徴は、作業ロール２ａ，２ｂとワイピング装置３３との間に第２の低濃度クーラントヘッダ３４を設けた点である。その他の構成は前述の各実施の形態と同様である。
【００４６】
例えば、従来から回収したクーラントを油水分離して得た分離水を板材表面に供給する場合があり、この場合には、冷却性能は向上するが、板材表面を錆びさせることがあった。本実施の形態では、低温の低濃度クーラントを供給するため板材冷却効果と板材の防錆効果を両立できる。また、仮に潤滑を目的とした高濃度クーラントを板材表面に供給する従来例に比し、低濃度クーラントを供給することにより、ワイピング装置３３によるクーラント除去も容易である。
【００４７】
図９はこの残油量の比較結果を表したものであるが、この図に示すように、低濃度クーラントを板材表面に供給する本実施の形態と、潤滑に供される高濃度クーラントを板材表面に供給する従来例とを比較すると、本実施の形態におけるワイピング後の板材表面の残油量は、従来例の半分程度である。従って、前述の各実施の形態と同様の効果を得ると共に、その後の板材の巻取り不良といったトラブルも防止でき、なおかつ板材に付着して回収されない油分が半減することによって、高濃度クーラントタンク１２の濃度管理及び油分消費が低減される。
【００４８】
図１０は、本発明の圧延機の第５の実施の形態の全体構成を表す図であり、先の各図と同様の部分又は実質的に同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施の形態の特徴は、低濃度クーラントを高濃度クーラントと分別して回収する点である。その他の構成前述の各実施の形態と同様である。
【００４９】
図１０において、低濃度クーラントヘッダ６は作業ロール２ａ，２ｂの出側に設けられており、なおかつその作業ロール２ａ，２ｂまでの空間をほぼ密閉するシール装置３５を備えている。低濃度クーラントはシール装置３５外にほとんど漏洩することなく、配管３６を介して低濃度クーラントタンク１３に直接導かれる。また、本実施の形態においては、高濃度クーラントタンクの役割は、リザーブタンク１０で兼ねられており、分離装置１１からの高濃度クーラントは、リザーブタンク１０に戻される。そして、リザーブタンク１０内の高濃度クーラントが、配管２２を介して高濃度クーラントヘッダ５に、低濃度クーラントタンク１３内の低濃度クーラントが、配管２４および熱交換器２６を介して低濃度クーラントヘッダ６に供される。
【００５０】
本実施の形態においては、シール装置３５によって、低濃度クーラントを高濃度クーラントと概ね分別回収可能になり、リザーブタンク１０内の濃度をほぼ一定に保つことができるので、高濃度クーラント専用のクーラントタンクが不要になる。但し、シール装置３５を作業ロール２ａ，２ｂに接触させることはできないため、リザーブタンク１０への少量の低濃度クーラントの混入は避けられないので、リザーブタンク１０内のクーラントを分離装置１１に導くことによって低濃度クーラントと高濃度クーラントとに分離する。
【００５１】
本実施の形態によれば、前述の各実施の形態と同様の効果を得ると共に、図１に示した高濃度クーラントタンク１２の役割をリザーブタンク１０に兼用させることにより、構成を更に簡素化することができ、また低濃度クーラントの飛散防止と回収が容易になる。また、分離装置１１で処理するクーラント総量が減少するので、濾過膜１１ａとして面積小さなものを用いることができ、これによう小型化の効果も得られる。また、濾過膜１１ａの面積を小さくしない場合、それだけ逆洗浄の頻度を低減させることができ、生産性向上の効果も期待できる。
【００５２】
図１１は本発明の圧延機の第６の実施の形態における要部を抽出して表す図、図１２は図１１中のクーラントヘッダの詳細構造を表す図であり、先の各図と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施の形態の大きな特徴は、高濃度クーラントと低濃度クーラントとを選択的に噴射可能なノズル３７ａを複数備えた上下一対のクーラントヘッダ３７を備え、このクーラントヘッダで高濃度クーラントヘッダ及び低濃度クーラントヘッダを兼用した点にある。
【００５３】
図１２に示したように、高濃度クーラントを導く配管２２は、クーラントヘッダ３７の直前位置において、それぞれ噴射バルブ３１を有する多数の分岐管路２２ａに分岐している。同様に、低濃度クーラントを導く配管２４も、クーラントヘッダ３７の直前位置において、それぞれ噴射バルブ３１を有する多数の分岐管路２４ａに分岐している。クーラントヘッダ３７の各ノズル３７ａには、これら分岐管路２２ａ，２４ａが１組づつ対応付けられており、各組の分岐管路２２ａ，２４ａの合流管路３８が各ノズル３７に接続している。なお、各ノズル３７ａは、形状検出器４の測定幅に対応して設けられている。その他の構成は、前述の各実施の形態と同様である。
【００５４】
上記構成において、例えば、便宜上、各ノズル３７ａの位置を、図１２のように位置Ａ，位置Ｂ，位置Ｃ・・・位置Ｐとすると、制御装置８は、まず形状検出器４からの検出信号（又は板幅の設定値）を基に、板材１の板幅外の位置Ａ〜Ｃ及び位置Ｎ〜Ｐの各ノズル３７ａに対応する噴射バルブ３１を全て閉止する（図１２では閉止した噴射バルブ３１は塗りつぶして図示してある）。
【００５５】
そして、例えば、形状検出器４の検出信号から板材１の位置Ｅ，Ｌの板幅位置に延びが検出されたとすると、制御装置８は、位置Ｅ，Ｌのノズル３７ａに対し、それに対応する噴射バルブ３１に指令信号を出力し、低濃度クーラントを供給する。この場合、板幅内のその他の位置Ｄ・位置Ｆ〜Ｋ・位置Ｍの各ノズル３７ａには、それぞれ対応する噴射バルブ３１を制御して高濃度クーラントを供給する。
【００５６】
上記のように、本実施の形態においては、検出した板材１の形状を基に、各ノズル３７ａに対応した２つの噴射バルブ３１を適宜開閉制御することにより、各ノズル３７ａから、低濃度クーラントと高濃度クーラントとを選択的に供給することができる。このようにして、作業ロール２ａ，２ｂの熱変形している部分を冷却し、その熱変形を緩和することにより、圧延後の板材１を極力平坦に近づくよう形状制御を行う。
【００５７】
本実施の形態によれば、低濃度低温クーラントが供給された部分は、作業ロール２ａ，２ｂの熱膨張が抑制されるばかりではなく、摩擦係数が上昇することによって板厚方向への圧下が抑制され、板材１の長手方向への伸びが改善される。このように、板形状制御効果が向上するばかりではなく、クーラントヘッダ構成がコンパクト化され、またこれにより作業ロール２ａ，２ｂが小径である場合に非常に有利となる。勿論、前述の各実施の形態に本実施の形態を組み合わせることにより、各々の実施の形態と同様の効果が得られるは言うまでもない。
【００５８】
なお、以上において、クーラントの補給に関しては詳細に説明しなかったが、圧延過程においては、水分が蒸発したり油分が板材１に持ち去られたりすることによりクーラントが消費されるため、例えば制御装置８（又は他の制御装置）によって、その消費量の演算結果を基に補給系統（図示せず）を制御し、クーラントタンク１２，１３に水分又は油分（又は所定濃度のクーラント）を適宜補給するものとする。このとき、クーラントの消費量は、例えば液面計１２ａ，１３ａによるクーラントタンク１２，１３の検出水位を基に演算することもできるし、濃度計１２ｂによる高濃度クーラントの検出濃度（又は適宜設けた濃度計による低濃度クーラントの検出濃度）を基に演算することもできる。また、クーラントの補給は、状態を見て作業者が適宜行うようにしても構わない。更に、高濃度クーラントタンク１２への補給水に、低濃度クーラントや回収クーラントを用いることも考えられる。
【００５９】
また、逆洗浄の実施のタイミングについては、定期的に行っても良いし必要時に行っても良い。定期的に行う場合、例えば制御装置８（又は別の制御装置）によって、予め格納された逆洗浄の実施間隔（又は時刻）に基づき、還流側バルブ及び透過側バルブと逆洗浄用のバルブとの選択的な開閉やポンプの作動を制御することで実現できる。一方、必要時に逆洗浄する場合、濾過膜の目詰まりに起因する状態量の変化を検出し、その検出結果を基に、例えば制御装置８（又は別の制御装置）により、循環系のポンプやバルブを適宜作動制御することで実現できる。検出する状態量変化としては、分離後のクーラントのエマルジョン濃度や流量割合の変化、具体的には高濃度クーラントの水位上昇や濃度低下、低濃度クーラントの水位下降や濃度上昇、濾過膜の還流側の流量又圧力の上昇、透過側の流量又は圧力の低下等が挙げられる。従って、制御装置８（又は別の制御装置）によって、例えば図１においては、液面計１２ａ，１３ａ、濃度計１２ｂの他、低濃度クーラントタンクに別途設けた濃度計や、例えば配管１８，１９設けた流量計又は圧力計等の検出信号と予め設定されたしきい値とを比較することにより、逆洗浄の必要時を判断することができる。また、時刻や濾過膜の状態を見て、人為的に行っても良い。
【００６０】
更に、以上においては、低濃度クーラントを逆洗浄用の液体に供したが、例えばエマルジョンクーラント生成時に使用する水を別系統から供給しても良い。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトかつ低コストな構成で、回収したクーラントから濃度の異なる性状の安定した複数のクーラントを精製することができ、その結果、潤滑及び冷却が効果的に行え、板材の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧延機の第１の実施の形態の全体構成を表すブロック図である。
【図２】濾過膜による還流側の高濃度クーラントの濃縮倍率と乳化剤の含有比率（高濃度側／低濃度側）との関係の調査結果を表したグラフである。
【図３】本発明の圧延機において、約１時間毎に逆洗浄を実施した場合の濾過膜の透過流量性能の推移を表したグラフである。
【図４】高濃度クーラント及び冷却した低濃度クーラントを使用した本発明の圧延機で圧延した板材の形状と、従来の圧延機で圧延した板材の形状との比較結果を表す図である。
【図５】本発明の圧延機の第２の実施の形態におけるクーラントの循環系の要部を抽出して表す図である。
【図６】本発明の圧延機の第２の実施の形態において、高濃度クーラントタンク及び低濃度クーラントタンクを省略した変形例の全体構成を表す図である。
【図７】本発明の圧延機の第３の実施の形態における要部を抽出して表す図である。
【図８】本発明の圧延機の第４の実施の形態における要部を抽出して表す図である。
【図９】低濃度クーラントを板材表面に供給する場合と、潤滑に供される高濃度クーラントを板材表面に供給する場合との板材表面の残油量の比較結果を表すグラフである。
【図１０】本発明の圧延機の第５の実施の形態の全体構成を表す図である。
【図１１】本発明の圧延機の第６の実施の形態における要部を抽出して表す図である。
【図１２】図１１中のクーラントヘッダの詳細構造を表す図である。
【符号の説明】
２ａ，ｂ  作業ロール
４  形状検出器
５  高濃度クーラントヘッダ
６  低濃度クーラントヘッダ
８  制御装置
１０  リザーブタンク（高濃度クーラントタンク）
１１，１１Ａ，１１Ｂ  分離装置
１１ａ，１１Ａａ，１１Ｂａ  濾過膜
１２  高濃度クーラントタンク
１２ａ，１３ａ  水面計（測定手段）
１２ｂ  濃度計（測定手段）
１３  低濃度クーラントタンクと、
１５  フィルタ
１８，１８Ａ，Ｂ，１９，１９Ａ，Ｂ  配管
２０，２０Ａ，Ｂ，２１，２１Ａ，Ｂ  バルブ
２６  熱交換器（冷却手段）
２７，２７Ａ，Ｂ，２９，２９Ａ，Ｂ  配管（逆洗浄用配管）
２８，２８Ａ，Ｂ，３０，３０Ａ，Ｂ  バルブ（逆洗浄用バルブ）
３１  噴射バルブ
３３  ワイピング装置
３４  第２の低濃度クーラントヘッダ
３５  シール装置
３７  クーラントヘッダ（高濃度及び低濃度クーラントヘッダ）
【図１】
2004209531.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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