(57)【要約】  指向性潤滑を用いた圧延装置および熱間圧延方法が本明細書で提供される。複数のロールスタック（Ａ、Ｂ、Ｃ）を有する圧延装置は、冷却流体ポンプ（１０）と、配管システムを通る冷却ノズル（２４）および潤滑ノズル（２５）と流体的に結合された潤滑剤ポンプ（２０）とを含み得る。配管システムは、潤滑剤ポンプ（２０）が、放出するための希薄な潤滑剤型乳剤として潤滑流体を形成するように冷却流体と混合される純正の潤滑剤を、１つ以上の潤滑ノズル（２５）に通して選択ロールスタック（Ａ、Ｂ、Ｃ）に注入し、他方では１つ以上の冷却ノズル（２４）が追加の潤滑剤を用いずに冷却流体を放出するように構成され得る。潤滑ノズル（２５）は、間隙ロールの潤滑乳剤の指向性放出に向けられ得る。本発明による指向性潤滑を与えるために圧延機ヘッダー（２４）を変更することも提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板金圧延装置であって、前記装置は、
金属帯がその厚さを低減するようにその間で圧延される一組のロールを有する少なくとも１つの圧延台であって、前記一組のロールは頂部ロールと底部ロールとを含む、少なくとも１つの圧延台と
前記一組のロールの頂部および底部ロールの各々の吸入口側で、冷却流体と充填潤滑剤とを混合することにより生成される潤滑流体を放出するのに適した一組の潤滑間隙ノズルであって、前記一組のロールおよび前記金属帯のロール間隙領域に向けられた１つ以上の潤滑間隙ノズルを含む一組の潤滑間隙ノズルと、
前記間隙スプレーの上方の前記頂部ロールのロール表面上に冷却流体を放出し且つ前記間隙スプレーの下方の前記底部ロールのロール表面上に前記冷却流体を放出するのに適した一組の冷却ノズルであって、１つ以上の冷却ノズルを含む一組の冷却ノズルと、
配管システムを通して前記１つ以上の冷却ノズルに前記冷却流体を送り出す冷却流体ポンプと、
前記配管システム内に充填潤滑剤を送り出す潤滑剤ポンプであって、前記配管システムは、前記冷却流体が前記冷却ノズルに流れる間、前記１つ以上の潤滑間隙ノズルを通して放出する前に、前記充填潤滑剤が前記冷却流体と混合して前記潤滑流体を形成するように構成されている、潤滑剤ポンプと、
を備えている、板金圧延装置。
【請求項２】
前記配管システムが、冷却部分と潤滑部分とを含み、
前記冷却部分は、前記冷却流体ポンプと前記冷却ノズルとを流体的に結合し、
前記潤滑部分は、前記潤滑剤ポンプおよび冷却剤ポンプと前記間隙潤滑ノズルとを流体的に結合している、請求項１に記載の板金圧延装置。
【請求項３】
前記潤滑間隙ノズルは、前記ノズルから放出された流体が、前記一組のロールが前記金属帯と接触する場所のロール間隙に向くように構成されている、請求項２に記載の板金圧延装置。
【請求項４】
前記潤滑部分が、前記弁と前記潤滑ノズルとの間に配置される直列型動力不要混合器を含むことにより、前記冷却流体および前記潤滑剤は、前記潤滑ノズルに通して放出するための前記冷却流体および前記潤滑剤の乳化をもたらすように前記混合器内で混合される、請求項２または３に記載の板金圧延装置。
【請求項５】
分離されている潤滑流体チャンバと冷却流体チャンバとを有する圧延機ヘッダーをさらに備えており、前記潤滑流体チャンバは前記潤滑ノズルに流体的に結合され、前記冷却流体チャンバは前記冷却ノズルと流体的に結合されている、請求項１〜４のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項６】
前記装置がアルミニウム帯の熱間圧延に適している、請求項１〜５のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項７】
前記冷却流体が、水または希釈剤、および稠密な油中水型乳剤を含み、前記潤滑剤が油を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの圧延台は、
前記金属帯が前記第１のローラ台を通って圧延された後に、その厚さを低減するようにその間で圧延する一組のロールをそれぞれ有する２つ以上の台と、
１つ以上の追加の組の潤滑ノズルであって、１つ以上の選択された圧延機台の前記一組のローラの吸入側で潤滑流体を放出するのに適した潤滑間隙ノズルを各々の組が有し、各々の組の前記潤滑ノズルは、前記配管システムを通して前記潤滑剤ポンプと前記冷却流体ポンプの両方に結合されている、１つ以上の追加の組の潤滑ノズルとを含む、請求項１〜７のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項９】
前記潤滑ノズルが間隙噴霧剤を配送する、請求項１〜８のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項１０】
前記第１の組の潤滑ノズルが、前記放出ノズルから放出された流体を前記一組のローラの空隙部分に向けて誘導する１つ以上の流体放出ノズルを備えている、請求項１〜９のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項１１】
前記配管システムは、前記冷却ノズルから放出される前記潤滑剤および冷却流体の濃度が、前記一組の潤滑間隙ノズルから放出される前記潤滑剤および冷却流体の濃度とは異なるように構成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項１２】
前記配管システムは、前記潤滑流体中の前記潤滑剤の組成と、前記冷却流体中の前記潤滑剤の組成とが異なるように構成されている、請求項１〜１１のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項１３】
前記配管、弁および液体潤滑剤送出システムは、潤滑流体が、各々の圧延機台上で、異なる濃度および組成の潤滑流体を含み得るように構成されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の板金圧延装置。
【請求項１４】
板金圧延方法であって、前記方法は、
金属圧延装置の一組のロールの間で金属帯を圧延する工程と、
圧延中に、前記圧延された金属と前記一組のロールの各々のロールとの間の接触面を潤滑流体で潤滑する工程であって、前記潤滑流体は冷却流体と充填潤滑剤との混合物を含み、前記冷却流体および充填潤滑剤は、それぞれ冷却流体ポンプおよび潤滑ポンプにより配管システム内に送り出され、一組の潤滑間隙ノズルを通して放出される前に前記配管システム内で混合される工程と、
を含む方法。
【請求項１５】
動力不要混合器内の前記配管システム内で前記潤滑剤と冷却流体とを混合させて、潤滑剤と冷却流体の希薄な乳剤を形成する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の台を通して圧延した後に、前記金属圧延装置の１つ以上の追加の台の一組のロールの間で前記金属帯を圧延する工程と、
前記圧延された金属と、いずれかの選択されたまたは全ての圧延機台の前記一組のロールの各々との間の接触面を、圧延中に潤滑流体で潤滑する工程と、
をさらに含む、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記潤滑間隙ノズルから放出される前記潤滑剤と冷却流体との混合物が、各々の圧延機台上で同じものである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記潤滑間隙ノズルから放出される前記潤滑剤と冷却流体との混合物が、各々の圧延機台上で異なる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記装置が、一組のローラおよび接続される潤滑間隙ノズルをそれぞれ備えている少なくとも２つのロールスタックを含み、前記配管は、液体潤滑剤源と各々のロールスタックのための前記潤滑間隙ノズルとの間に動力不要混合器を含み、前記方法が、
選択されたロールスタックのための前記潤滑間隙ノズルと接続される前記動力不要混合器内に液体潤滑剤を注入することにより、前記選択されたロールスタックを選択的に潤滑する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記装置が、一組のローラおよび関連する一組の潤滑ノズルをそれぞれ備えている少なくとも２つのロールスタックを含み、各々の一組の潤滑ノズルはヘッダーを有しており、前記方法が、
選択されたロールスタックと接続される前記一組の潤滑ノズルの前記ヘッダー内に充填潤滑剤を注入することにより、前記選択されたロールスタックを選択的に潤滑する工程をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年３月１５日に出願され、本明細書に参照としてそのまま組み込まれている、米国特許仮出願第６１／７９８，７６９号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、板金を熱間圧延するための製造方法および装置に関する。特に、本発明は、熱間圧延アルミニウムなどの圧延板金の表面の質を向上させるために潤滑が増強された製造方法および装置を提供する。
【発明の概要】
【０００３】
一態様では、本発明は、圧延板金の表面の質と生産効率とを向上させるために増強された指向潤滑を有する製造方法および圧延装置を提供する。本発明は特に、複数のロール台を有する圧延機でのアルミニウムの圧延に役立つ。
【０００４】
ある態様によれば、本発明は、潤滑剤、多くの場合に低乳化の潤滑剤を、ロール空隙または間隙の方へ向けられる、圧延ロールへ放出するための１つ以上の潤滑ノズル（例えば、間隙ノズル（bite nozzle））に配送することを提供する。一態様では、低乳化の潤滑剤は、特定の圧延機の台、ロールまたはヘッダーにのみ配送される。ある実施形態では、低乳化の潤滑剤は、異なる圧延機スタック、ロール、またはヘッダーに、異なる量または組成で配送され得る。この指向潤滑により、必要に応じて特定の圧延機台で潤滑制御（例えば摩擦の増加または減少）を向上させることができる。一般的には、追加の潤滑剤または潤滑剤成分の配送率は、整調潤滑剤の日周添加率を超えないようなものでなければならない。低乳化の潤滑剤を用いた指向性潤滑により、圧延アルミニウムの表面の質を速やかに向上させ、圧延プロセス中の潤滑の一貫性を向上させることができる。この特徴は、アルミニウムと頂部対底部作業ロールとの間の差分摩擦を制御するために必要に応じて作業ロールとアルミニウム帯表面との間の摩擦を減少または増加させることにより、さまざまな他の圧延機制御の問題、またはいくつかの圧延機台での滑りにより生じる引張の問題を克服するのに用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】従来の圧延機の概略図を示す。
【図２Ａ】本発明のある態様による連繋型アルミニウム熱間圧延機の概略図を示す。
【図２Ｂ】本発明のある態様による連繋型アルミニウム熱間圧延機の概略図を示す。
【図３】従来のヘッダー（展開図Ｉ、ＩＩに示される）と変更されたヘッダー（展開図ＩＩＩに示される）とを示す。
【図４】本発明の態様による追加の間隙噴霧ヘッダーを備えた連繋型圧延機を示す。
【図５】熱間圧延中の油膜厚さに対する、さまざまな乳化剤濃度を有する潤滑剤の効果をグラフで例示する。
【図６】熱間圧延中の油膜厚さに対する、異なる油水濃度の乳剤を有する潤滑剤の効果をグラフで例示する。
【図７】乳剤形態で用いられる潤滑剤を用いた熱間圧延荷重を、水のない純正形態の同じ潤滑剤に対する圧延荷重とグラフで比較する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の実施形態は、熱間圧延金属のための圧延機に関し、特に、本発明で記載されるような、複数のロールスタック台を有する圧延機を用いたアルミニウム熱間圧延および金属圧延方法に関する。
【０００７】
熱間帯鋼圧延機でのアルミニウムのような金属の圧延は、よく知られている金属成形プロセスの１つの種類である。圧延金属成形プロセスでは、金属素材は、ロールスタックとして知られている一対のロールに通して運搬され、巻物に圧延されるまたは帯に切断される。圧延プロセスの種類は、圧延金属の温度により分類される。金属温度が圧延中にその再結晶化温度を超える場合、そのプロセスは熱間圧延と呼ばれる。その温度が再結晶化温度を下回ったままである場合、そのプロセスは冷間圧延と呼ばれる。通常、金属は複数のロール台またはロールスタックに通して圧延される。金属帯は、各々のスタックを通過する際に厚さが低減し、滑らかな仕上げ表面を形成する。さまざまなスタックは、プロセスに応じてさまざまな構成または動作条件または印加圧力を有し得る。
【０００８】
図１は、熱間圧延金属形成プロセスにおいて金属帯（または金属板、sheet of  metal ）１の厚さがそれらを通じて低減される、３つのロールスタック、スタックＡ、スタックＢおよびスタックＣを有する従来の圧延機を示す。搬入される金属の温度、圧延中のその金属の摩擦および変形が、各々のスタックのロールに著しい熱を生成するので、圧延機は、熱を伝達し、金属形成プロセス中のロールの過剰な加熱を防止するために、水、しかしより多くの場合は水中潤滑油型乳剤などの冷却流体をロール上に放出する冷却システムを含む。通常、冷却システムは、冷却システムのさまざまな放出ノズルを通して同一の冷却流体を送り出す冷却剤ポンプ１０を含む。冷却システムは、一対のローラの上流側でロール表面上に冷却流体を放出するロールスタックの吸入側の方に向けられる２または３つの縦列のノズル２４をそれぞれ含むロール冷却剤ヘッダー２３を送り出す冷却剤ポンプ１０を含む。いくつかの圧延機は、各々のロールスタックの金属出口側でロールに向けられる冷却剤ノズルも有し得る。
【０００９】
一定レベルの摩擦を与えるために、比較的低い濃度の潤滑剤を有する水中潤滑剤型乳剤は冷却流体として用いられ、次に、その乳剤は、冷却システムの全てのノズルにわたり放出される。乳化潤滑剤は、圧延中のロールの表面上に潤滑剤の薄層を与える。水および潤滑剤は通常非混合性であるので、分離を防止し、水とともに配送される一定量の潤滑剤を確保するために、乳化剤を用いて乳化をもたらし、冷却水中で潤滑剤がより均一に分布するのを確保する。そのような技術の１つの欠点は、ある製剤が、望まれていたよりも多くの乳化剤を必要とする場合があり、乳化剤の存在により潤滑剤の総合効率が低減し、費用がさらに増加し得ることである。別の欠点は、潤滑剤型乳剤が、特定のローラスタックまたは圧延製品に対する必要に応じて潤滑剤濃度を変更する制限された能力で全ての冷却ノズルから放出されることである。さらに、熱間圧延機冷却剤の通常の保守点検では、冷却剤が汚染されることになるにつれて、使用中の冷却剤を部分的に廃棄する必要がある。これにより結果として、潤滑剤を冷却流体中のその濃度に比例して浪費することになる。
【００１０】
必要以上の潤滑剤を廃棄するのを回避するために、比較的低濃度の乳化潤滑剤を有する冷却流体が一般的に用いられる。そのような技術を用いるときでさえ、摩擦の変動は尚も起こる場合があり、表面の質が劣ることになるおよび／または過剰な摩擦で圧延荷重が過剰になるまたは、不適切な摩擦で作業ロールが金属上で滑ることになる。多くの従来のシステムでは、過剰な摩擦または障害が観測された後に、追加量の潤滑剤（例えば、油、合成潤滑油等）は、冷却剤ヘッダーおよびノズルの全体に通して放出するために、時折乳化剤を用いずに、共通の圧延機冷却剤供給ライン内に注入される、プロセスは通常「充填」として知られている）。これは、潤滑層を増加させることによりその問題に一時的に取り組み、それにより、追加の潤滑が望まれるスタックローラ内の、並びに他の各々のローラスタック内の摩擦が低減する。潤滑剤は冷却システム全体にわたる冷却流体内に組み込まれているので、冷却剤中の所望の潤滑剤濃度を超えるのを回避するために、このような潤滑剤の添加は、一般的に限定された継続時間にわたり極低い「充填量」でのみ行うことができる。例えば、表１の実験結果に示されるように、１５分にわたる冷却剤供給ポンプの吸引面上への３３０ガロンの充填潤滑剤（充填潤滑剤＝多くの場合乳化剤を用いていない熱間圧延製剤）の添加は、希薄な油滴の形態の約６．２５％を超える油のみを、圧延機に流れる冷却流体内に注入する。そのような直接的な潤滑効果は、２つの板金コイルを圧延するのと同等な時間である、１０〜１５分間続く。充填潤滑剤送り出し速度を高くすれば、圧延機に流れる潤滑剤の量をより多く増加させることができ、例えば、９．１％を超える潤滑剤を１０分にわたり添加する。
【００１１】
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【００１２】
上記のことを考慮して、従来の潤滑方法を用いた圧延は、不十分な潤滑に関連する問題が観察されるときに、いくつかの生産物の圧延が遅延され、調節されなければならないので、費用を増加させ、処理能力を低下させることと並んで、圧延プロセスを複雑にする。このアプローチは、再作業または冷却剤の組成調整も必要とし得る。したがって、板金を熱間圧延する際の潤滑の一貫性および制御を向上させ、従来の方法に関連する欠点を回避し、不必要に複雑にするまたは圧延プロセスに関連する費用および時間を増加させることなく圧延を向上させる、圧延装置および方法への必要性がある。加えて、そのような方法または装置が従来の圧延機の変更または改造として組み込まれ得る場合、それはさらに望ましいであろう。
【００１３】
一態様では、本発明は、より一貫した潤滑と異なるローラスタックでの潤滑制御とを可能にする、熱間圧延装置の選択ロールスタックおよび／または間隙噴霧ノズルの指向性潤滑を可能にする。本発明の実施形態により可能になる向上した潤滑により、表面の質が向上し、処理能力および生産効率が増加する。ある態様では、指向性潤滑は、ローラスタックのロール空隙の方に向けられた潤滑ノズル（間隙スプレー）に低乳化の潤滑剤（ありえるが、必ずしも乳化剤をあまりまたは全く用いない）を配送することを含み、特定のスタックに対する潤滑ノズルにはヘッダーが供給される。これらの態様における追加の潤滑剤の配送は、間隙スプレーのみおよび特定のヘッダーのみに向けられるので、配送される潤滑剤の総量は、既存の「非指向性」充填実施下のものよりも少ない。これにより、「指向性潤滑」または「充填」を長い時間周期にわたり用いることができ、それにより、多数のコイルの表面の質が向上する。例えば、両方のノズルに通る３３０ＧＰＭ間隙噴霧流では、同じ３３０ガロンの充填潤滑剤の直接的効果は、１８８分に延長される（冷却剤中に初期に存在する油に対して６．２５％の追加の油を生成する注入量を仮定する）または９．１％の追加の油を生成する注入量で１２５分に延長され得る。効果の継続時間がこのように増加することにより、終了可能ストック（ＣＥＳ）コイルまたは従来の潤滑技術を通常必要とする他の表面感受性合金の圧延日周生産を向上させることができる。
【００１４】
上記の態様による本発明の実施形態は図２Ａ〜４に示される。図２Ａは、潤滑剤をスタックＡに指向的に且つ制御されて配送する圧延機を示す。配管システムは、同じ冷却流体を全ノズル（冷却剤および間隙スプレー）の層に通して事前に放出した作業ロール冷却放出ノズルが、動力不要混合器内で生成される潤滑剤型希薄乳剤を間隙スプレーノズルに通して、冷却流体を冷却剤ノズルに通して放出するように構成されるように変更されている。
【００１５】
図１に類似する図２Ａの圧延機の構成は、選択ローラスタックに潤滑剤を指向的に配送するように変更されている。圧延機は、分離した潤滑剤ポンプ２０と冷却流体ポンプ１０とを含む。冷却流体ポンプ１０は、配管システムに通る各々のスタックに対してヘッダー２３のノズル２４の冷却剤スプレーの集合と流体的に結合される。配管システムは、望まれるときに選択スタックで放出するための希薄乳剤を生成することができるように、直列型混合器２２を選択スタックで含む。この実施形態では、圧延機は、スタックＡのロールの間隙および圧延金属１の方に冷却剤を直接放出する、スタックＡの吸入口での一組の間隙潤滑ノズル２５で構成される。潤滑剤ポンプ２０は、直列型動力不要混合器２１を含む配管システムの潤滑部分に通して間隙潤滑ノズル２５に流体的に結合される。冷却流体の供給ライン内に潤滑剤型乳剤を注入するのではなく、潤滑剤は分離ラインに通して潤滑部分内に注入され、直列型混合器２２内で冷却流体と混合される。冷却剤流内への潤滑剤の注入は、弁２１により選択的に制御される。潤滑剤は、粗く冷却水から分離し得る比較的大きな潤滑剤滴を含む乳剤である希薄な乳剤を形成するように冷却水と混合される。次に、希薄な乳剤は、潤滑ノズルに通して選択ロールスタックのロールに放出され、この実施形態では、間隙潤滑ノズル２５に通してロール間隙に放出される。したがって、直列型動力不要混合器内に潤滑剤を選択的に注入することにより、圧延プロセスの全体にわたり、特に残りのノズルに通して放出される冷却水の流動または組成を変更することなく、ロール間隙での潤滑を容易に制御することができる。
【００１６】
例示の圧延機の動作モデルでは、システム設計は、３３０ＧＰＭの間隙噴霧冷却剤流を仮定し、１５０ｐｓｉの動作圧力では、３ＧＰＭの低乳化の油（「充填潤滑剤」）の注入までである。これらの動作特性のもとで、４インチの直径および４０インチの長さを有する動力不要混合器により、潤滑ノズルに通して放出するための希薄な乳化をもたらすように、注入された油と冷却水とを十分に組み合わせることができる。混合器に通す冷却剤流の算出された線形速度は、５．５ｐｓｉの圧力降下で８．３ｆｔ／ｓであり得る。一般的には、たいていの混合用途では２〜３ｆｔ／ｓの流量が十分であるべできあるが、動力不要混合器内の乱流を維持するために１ｆｔ／ｓの最小流量が推奨される。いくつかの実施形態では、７〜８ｆｔ／ｓの流量が液体・液体分散液を生成するのに特に適切であり得る。本発明の原理にしたがって、さまざまな寸法および形の混合器が用いられ得ると理解される。一般的に、特定のシステムおよび関連する動作特性に応じてさまざまな他のポンプが用いられ得るが、１７０ｐｓｉの圧力で毎分３ガロンの潤滑剤流を配送する能力のあるポンプ２０が、動力不要混合器の前に純正潤滑剤を注入するのに適切であり得る。圧延機台冷却剤供給流の一部分は、潤滑剤注入口に先だって、通常６インチまたは８インチの台座冷却剤供給ラインから、動力不要混合器配管２２を備えている４インチの直径のような小径の別個の間隙噴霧供給ラインに分割される。充填潤滑剤は、純正潤滑剤タンクから供給され、動力不要混合器の間隙噴霧供給ライン右側上流内に注入される。通常、これは、適切な圧力と正確に制御された流量とを有する特別に選択されたポンプを用いる。潤滑剤は、動力不要混合器２２内で冷却剤と混合され、次に間隙噴霧冷却剤流によりヘッダー２３に搬送され、間隙噴霧ノズル２５に通して放出される。
【００１７】
他の態様では、圧延システムは、圧延機の２つ以上のローラスタックの間に潤滑剤を指向的に配送するのを可能にするのに適している。いくつかの実施形態では、システムは、１つ以上のスタックでまたは異なるローラスタックで潤滑ノズルとそれぞれ流体的に結合された複数の潤滑剤ポンプを含み得る。この特徴により、１つ以上の選択スタックに異なる量および／または種類の潤滑剤を配送することができる。他の実施形態では、システムは、潤滑剤ポンプと各々のスタックに接続される潤滑ノズルとの間に１つ以上の追加の弁を含み得るので、１つ以上の追加の弁を調節することにより、１つ以上のスタックに、異なるスタックにさまざまな量／濃度の潤滑剤を配送することができる、または必要に応じて圧延プロセス中に変化させることができる。１つ以上の弁の調節は、ユーザ入力命令またはさまざまな動作特性に基づいた自動制御アルゴリズムのどちらかににより実行され得る。
【００１８】
図２Ｂは、配管システムが選択潤滑を可能にするために動力不要混合器２２を複数のスタックに、必要に応じて特定のロールスタックに含む、別の実施形態を示す。配管システムは、全てのノズル層（冷却剤および間隙スプレー）に通して同じ冷却流体を事前に放出した作業ロール冷却放出ノズルが、各々のスタックで間隙噴霧ノズルに通して動力不要混合器２２内で形成される潤滑剤型希薄乳剤を放出し、他方では冷却流体が冷却剤ノズルに通して放出され続けるように構成されるように変更されている。弁２１を用いることにより、充填潤滑剤は、選択されたスタックでのみ放出するための希薄乳剤が形成されるように選択的に注入される。これは、圧延プロセス中のある時点で追加の潤滑が下流ノズルのロール間隙で望まれる、圧延プロセス中に有用であり得る。加えて、各々のスタックでの潤滑を手動または自動のどちらかで、特定のスタックで観察されたまたは測定された過剰な摩擦または滑りに応答して容易に調節することができる。
【００１９】
潤滑剤の配送は指向性であるので、圧延金属表面の質および圧延機の圧延性能に対して最大の影響を有する場所に、潤滑剤を配送することができる。例えば、間隙／潤滑冷却剤スプレーをロール空隙に向けることにより、たいていの圧延機での再圧延表面の質を著しく向上させることができる。加えて、圧延中にある台座のみが潤滑欠乏条件下で動作する場合があり、表面仕上がりの質が悪くなる。図５および図６のグラフに示される経験的なデータに基づいて、ロール上の最適な潤滑剤厚さが圧延速度にしたがって変化し得る。高い圧延速度の台座では、ロール上にまたはロール空隙内に放出される潤滑剤の量が不十分であり得る。いくつかの台座上では、ロール空隙温度が、潤滑剤を揮発させ、劣化させるほど高くなることもあり得る。本発明により、他の台座または冷却供給ライン全体に対して冷却流体を「充填する」ことなく、高い圧延速度を有するロールに追加の潤滑剤を配送することができる。
【００２０】
多くの従来の熱間圧延機は、冷却および間隙潤滑噴霧ノズル層を用いる。そのような圧延機では、冷却剤ヘッダー内の共通のキャビティから両方の種類のノズルに供給される。一態様では、本発明は、冷却噴霧キャビティと間隙噴霧キャビティ、弁、およびノズルとに個別に供給することができるようにヘッダーチャンバおよび制御ロジックが変更され得る、変更型ヘッダーを提供する。例えば、変更型ヘッダーは、冷却放出ノズルに供給するヘッダーキャビティの第１の部分内への冷却水の流入が、間隙潤滑ノズルに供給する第２の部分内で潤滑流体と混合しないように、第２の部分から分離された第１の部分を定めるためにヘッダーキャビティ内に分離壁を含み得る。図３の例に示されるように、展開図Ｉに示されるもののような従来のヘッダー２３’は、１つ以上の吸入口ｉを含み、ノズル２４、２５に通して放出するための冷却水が、その吸入口を通って供給される。断面図（ＩＩ）にわかり得るように、従来のヘッダー２３’は、キャビティ内の冷却流体が全ての放出ノズルに共通するような共通のヘッダーキャビティを含む。展開図ＩＩＩに示されるもののような変更された圧延機ヘッダー２３により、（間隙スプレー用）ヘッダーキャビティの下部と（冷却剤スプレー用）頂部キャビティとの間を分離することで、冷却放出ノズル２３と間隙潤滑ノズル２５とに個別に供給することができる。多くの従来の圧延機は２つの冷却ノズル層と１つの間隙噴霧／潤滑ノズル層とを含むので、変更されたヘッダーは、吸入弁ｉ１を通じて２つの冷却ノズル層の各々に接続されたヘッダーキャビティに供給する通気口（単数）または通気口（複数）を含み、前記通気口は、吸入弁ｉ２を通じて間隙噴霧／潤滑ノズル層に接続されたヘッダーキャビティに供給する通気口（単数）または通気口（複数）から分離している。通気口とヘッダーキャビティとの間の分離により、冷却ノズルと間隙潤滑ノズルとに２つの異なる流体を供給することができる。この変更された圧延機ヘッダーは、従来の圧延機ヘッダーに容易に置き換えることができ、それにより、本発明の原理による指向性潤滑を与えるように従来の圧延機を改造することができる。
【００２１】
別の態様では、システムは、間隙スプレーをまだ有していない従来の圧延機に指向性ロール間隙潤滑を与えるための追加の変更を含み得る。間隙スプレーを用いず、冷却レベル制御を用いる圧延機では、個別の台座の流入ヘッダーに供給するライン内に追加の潤滑剤を注入することにより、限られた方法で「指向性潤滑」の概念を展開することができる。この事例では、潤滑効果は低下するようであり、その継続時間は、以下の表２に示されるように、これらのヘッダーを通る冷却材流量に比例して低減する。過剰な圧力降下を用いずに追加の冷却剤流を許容するために、動力不要混合器の寸法を大きくする場合がある。例えば、１１ｐｓｉの圧力降下で１１００ＧＰＭの冷却剤流を許容するために、６インチの直径と６０インチの長さとを有する動力不要混合装置が用いられることがあり、６〜９ＧＰＭの追加の低乳化油を処理するために、油注入ポンプの寸法を大きくすることができる。
【００２２】
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【００２３】
指向性潤滑剤配送の利点はさらに、ローラの圧延空隙および金属帯上に潤滑剤配送を誘導するまたは集束させることにより実現され得る。従来の圧延装置は、一般的にロール間隙ではなくローラに向けて放出する潤滑ノズルを含むことが多く、さらに潤滑剤の配送を空隙部分または間隙に向けるように、本発明の態様に従ってそのような装置を変更することができる。間隙スプレーに欠け、冷却レベル制御を有するそのような圧延機に対して、潤滑剤と混合され且つロール間隙の方に向けられた放出流を与える適切なヘッダーを設計し、設置することができる。図４は、間隙スプレーのない連繋型圧延機内への間隙スプレーの追加導入を示し、潤滑剤と混合される放出物をロール間隙に向けるプレートおよび追加の遮蔽を誘導するための変更を示す。潤滑剤は、ヘッダーに通して直接供給される、バルク状潤滑剤タンクから直列型混合器に通して希薄乳剤として配送される、または１つ以上の選択スタックで間隙噴霧冷却剤流と混合するのに適切ないずれかの他の手段により配送されるような、さまざまな方法で配送され得る。
【００２４】
別の態様では、システムは、指向性潤滑が圧延中に板金の頂部表面と板金の底部表面との間で異なるように、頂部および底部ロールに対して２つの個別の部分を含み得る。この態様は、表面の質の制御ならびに厚板の頂部側と底部側との間の摩擦の制御を向上させるのに用いられ得る。
【００２５】
図５〜７は、本発明の態様による圧延機において純正の潤滑剤、または乳化剤の少ないまたはない希薄な乳剤を用いる利点を実証する。図５は、油膜形成に対する５０℃での非イオン性乳化剤濃度の影響を示す（データ源、Ｃａｍｂｉｅｌｌａ，Ａ．，Ｂｅｎｉｔｏ，Ｊ．Ｍ，Ｐａｚｏｓ，Ｃ，Ｃｏｃａ，Ｊ．，Ｒａｔｏｉ，Ｍ，Ｓｐｉｋｅｓ，Ｈ．Ａ．，Ｔｒｉｂｏｌ．Ｌｅｔｔ．２２，５３−６５，２００６）。図６は、油膜形成に対する乳剤中の油水濃度の影響を示す（データソース：Ｙａｎｇ，Ｈ．，Ｓｃｈｍｉｄ，Ｓ．Ｒ．，Ｒｅｉｃｈ，Ｒ．Ａ．，Ｋａｓｕｎ，Ｔ．Ｊ．，Ｔｒｉｂｏｌ．Ｔｒａｎｓ．４７，１２３−１２９，２００４）。図７は、純正の潤滑剤とそれらに関連する水中油型乳剤を用いて試験室の圧延機上で測定された圧延荷重を示し、対角線から各々のデータ点までの距離は、純正油とそれらの対応する乳剤との間の耐摩擦特性の差が増加するにつれて増加する。
【００２６】
従来の圧延機内の冷却供給ラインに用いられる冷却剤型乳剤（冷却流体）と比べて、少量の希薄乳剤（乳化剤の少ないまたはない油・水組み合わせを含む低乳化の潤滑剤）を配送することにより、潤滑が著しく向上する。特に、そのような乳剤は、選択ロールスタックのロール間隙内に配送される場合、耐摩擦特性および再圧延表面の質を向上させる。検査は、図５および図６に示されるように乳化剤の量が減少し、油の濃度が増加するにつれて、水中油型乳剤から配送される油の量が、平坦ディスクとボールとの間の摩擦接触、増加することを示している。
【００２７】
図７に示されるように、検査室の結果は、純正の潤滑剤での熱間圧延が冷却剤型乳剤よりも強い耐摩擦効果を与え、不安定なまたは希薄な（すなわち、油滴の大きな）乳剤が、（油滴の小さな）安定した乳剤よりも良い潤滑（油の放出）を与えることを示す。さらに、乳化剤を用いずに少量の潤滑剤（「充填剤」、「超充填剤」、「充填潤滑剤」）を圧延冷却剤供給ライン内に注入する（「充填する」）ことにより、熱間圧延機での再圧延板の表面の質が速やかに向上することが実証されている。したがって、本発明により与えられるような、希薄な乳剤を用いた指向性潤滑により、圧延プロセス中により一貫して表面の質を向上させることができる。加えて、熱水または乳化剤を有する熱水を選択間隙スプレー内に供給するために、指向性潤滑剤を冷却剤中に配送するの（「指向性潤滑」）に必要とされるハードウェアを容易に変更することができる。これにより、結果として摩擦の増加が生じなければならず、圧延機の並列処理を申し分なく実行することができ、頂部ロールと底部ロールとの間および台座間のような差分摩擦を制御することができる。したがって本発明の原理は、従来の圧延機を変更し且つ本明細に記載される利点および利便性を与えるのに用いられ得る。
【００２８】
本発明のさまざまな実施形態は、本発明のさまざまな対象を実現するように記載されている。これらの実施形態は、単に本発明の原理を説明するためのものであると認識されるべきである。その数多くの変更および適応は、以下の請求項で定義されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者に容易に明らかになる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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