JP2014231083A - 冷間圧延機の潤滑油供給設備および潤滑圧延方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属帯板の通板高さの面での、金属帯板2の幅方向外側での潤滑油噴射面積に対する、上下の噴射領域が重なる領域53w,53dの面積比を、最大50%以下に抑える。またそのために、上下の潤滑ヘッダーの位置を圧延方向にずらす。さらに、上下の圧延ヘッダーを、圧延方向に対して反対側に傾ける。
【選択図】図4
Description
また従来の薄板鋼帯表面への潤滑油供給設備では、圧延方向に向かって潤滑油を供給することによって、ロールバイトにできるだけ多くの潤滑油を導入させるようにする方法が採用されている。
冷間圧延機の入り側における圧延すべき金属帯板の上下両面側に、それぞれ1つ以上の2流体ノズルを有する潤滑ヘッダーを配置しておき、これらの上側および下側の潤滑ヘッダーにより、潤滑油とガスとを同時に金属帯板の上下両面に噴射供給する冷間圧延機の潤滑油供給設備において、
上側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のワークサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS1w、
上側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のドライブサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS1d、
下側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のワークサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS2w、
下側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のドライブサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS2d、
とそれぞれ定義し、
さらに、ワークサイド外側において、上側の前記噴射面積S1wの領域と、下側の前記噴射面積S2wの領域とが重なる領域の面積をS3w、
ドライブサイド外側において、上側の前記噴射面積S1dの領域と、下側の前記噴射面積S2dの領域とが重なる領域の面積をS3d、
とし、
各噴射面積に対する重なり面積の比R1w、R1d、R2w、R2dを、
R1w=S3w/S1w×100(%)
R1d=S3d/S1d×100(%)
R2w=S3w/S2w×100(%)
R2d=S3d/S2d×100(%)
として、これらの比R1w、R1d、R2w、R2dのうち、最も大きい比の値が50%以下となるように、前記各潤滑ヘッダーが配設されていることを特徴とするものである。
各潤滑ヘッダーを、上側の潤滑ヘッダーの位置と下側の潤滑ヘッダーの位置とが圧延方向にずれるように設置したものである。
前記上側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα1、
下側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα2、
各潤滑ヘッダーノズルからの噴射流域の圧延方向への広がり角度をθとし、
前記各角度α1、α2を、圧延方向の側及びそれに対して反対の側に、それぞれ前記広がり角度θの1/2以内としたものである。
上下の潤滑ヘッダーを、そのノズルからの噴射方向が、金属帯板の圧延方向に対して反対方向に向くように傾け、かつその傾きについて、
上側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα1、
下側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα2、
各潤滑ヘッダーノズルからの噴射流域の圧延方向への広がり角度をθとし、
θ/2≦α1
α1+θ/2≦60°、
θ/2≦α2
α2+θ/2≦60°
を満たすようにしたものである。
またこの場合、上下の潤滑ヘッダーの傾き角度を上記の範囲内で適切に調整することによって、前記の上下の噴射領域が重なる領域S3w、S3dの面積比を容易に50%以下に抑えることができる。なお、このような傾き角度の調整と同時に、第2の態様に記載したように、上側の潤滑ヘッダーの位置と下側の潤滑ヘッダーの位置を、圧延方向にずらしても良いことはもちろんである。
前記各潤滑ヘッダーノズルからの噴射領域の圧延方向への広がり角度をθとし、
かつ上下の潤滑ヘッダーのうちのいずれか一方の潤滑ヘッダーについて、その一方の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をαqとして、その角度αqを、圧延方向の側及びそれに対して反対の側に、それぞれ前記広がり角度θの1/2以内とし、
また上下の潤滑ヘッダーのうちの他方の潤滑ヘッダーを、その他方のノズルからの噴射方向が、金属帯板の圧延方向に対して反対方向に向くように傾け、かつその他方のノズルの傾きについて、噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をαpとして、
θ/2≦αp
αp+θ/2≦60°
を満たすようにしたものである。
前記第1〜第5のいずれか1の態様の冷間圧延機の潤滑油供給設備を使用して、冷間圧延機の入り側において金属帯板の上下両面を潤滑しつつ、金属薄板を冷間圧延するにあたり、
ノズル1つあたりのガス噴射圧力を、0.001MPa以上、1MPa以下とするとともに、金属帯板の通板速度の値(V(m/分))に対して潤滑ヘッダーのノズルから供給するガスの圧力の値(P(MPa))が1/5000倍以上となるように、ガスを潤滑油とともに金属帯板の表面に噴射供給しながら冷間圧延することを特徴とするものである。
図1〜図3において、金属帯板、例えば薄板鋼帯2を圧延するための冷間圧延機1については、上下のワークロール1A、1Bの部分のみを示し、バックアップロールや中間ロールについては省略しており、またワークロール1A、1Bの前後で薄板鋼帯2を支持するガイドローラなどについても省略している。本発明では、4重式の冷間圧延機あるいは6重式の冷間圧延機、12段クラスター型の冷間圧延機、20段のセンジミアー冷間圧延機など、どのような形式の圧延機にも適用可能である。
上下のワークロール1A、1Bの噛み込み部分、すなわちロールバイト3の入り側に向かう薄板鋼帯2の通板経路の上下には、それぞれ薄板鋼帯2の上面、下面に潤滑油を噴射供給するための上側潤滑ヘッダー41、下側潤滑ヘッダー42が配設されている。これらの潤滑ヘッダー41、42は、潤滑油とともに空気などのガスを噴出する2流体ノズルを有している。そのノズルとしては、噴射コーン(ノズルから噴出される潤滑油の噴射流域の立体形状)51、52の横断面形状がフラット形状、例えば扁平な長円形状となるような、いわゆるフラットノズルが用いられ、そのフラット形状の長軸方向が薄板鋼帯2の板幅方向に沿うように配設されている。
図1に示す第1の実施形態における圧延方向Pに沿って見た上下の潤滑ヘッダー41、42からの潤滑油噴射流域51、52の状況を図2に示しており、また通板高さの面Sで見た、上下の潤滑ヘッダー41、42からの潤滑油噴射流域51、52の状況を図3に示している。なお図2、図3において、DSは連続的に通板される薄板鋼帯2のドライブサイドを示し、WSは連続的に通板される薄板鋼帯2のワークサイドを示す。
ここで、上側の潤滑ヘッダー41からの潤滑油噴射流域51内における、通板高さの面Sでの薄板鋼帯2の板幅の内側の噴射領域を51o、ドライブサイドDS側の外側の噴射領域を51d、ワークサイドWS側の外側の噴射領域を51wとする。また下側の潤滑ヘッダー42からの潤滑油噴射流域52内における、通板高さの面Sでの薄板鋼帯2の板幅の内側の噴射領域を52o、ドライブサイドDS側の外側の噴射領域を52d、ワークサイドWS側の外側の噴射領域を52wとする。なお図3において、上下のDS側、WS側の外側の各噴射領域51d、51w、52d、52wには、ハッチングを付している。
また、下側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域52のうち、薄板鋼帯2のワークサイドWS側の外側における薄板鋼帯2の通板高さの面Sでの噴射領域52wの面積をS2w、ドライブサイドDS側の外側における薄板鋼帯2の通板高さの面Sでの噴射領域52dの面積をS2dとする。
さらに、ワークサイドWS外側における、上側からの噴射領域51wと、下側からの噴射領域52wとが重なり合う重なり領域53wの面積をS3w、ドライブサイドDS外側における、上側からの噴射領域51dと、下側からの噴射領域52dとが重なり合う重なり領域53dの面積をS3dとする。
そして各噴射面積S1w、S1d、S2w、S2dに対する重なり面積S3w、S3dの比R1w、R1d、R2w、R2dを、
R1w=S3w/S1w×100(%)
R1d=S3d/S1d×100(%)
R2w=S3w/S2w×100(%)
R2d=S3d/S2d×100(%)
と定義する。
すなわち、2流体ノズルを有する潤滑ヘッダーを使用して、潤滑油をガスとともに通板中の薄板鋼帯に供給する場合、上下の潤滑ヘッダーを垂直方向に設置して、上下方向に潤滑油を噴霧供給するよりも、上下の潤滑ヘッダーを鉛直面Qに対して圧延方向Pの反対側に傾けて潤滑油をガスとともに噴霧供給した方が、潤滑油の付着効率が向上する。これは、通板時に連続移動する薄板鋼帯の表面に潤滑油の噴射流が衝突するように潤滑油を噴霧供給すれば、潤滑油の油滴の衝突速度が高くなるとともに衝突頻度が大きくなるためである。
すなわち、上側の潤滑ヘッダーのノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面Qに対してなす角度をα1、下側の潤滑ヘッダーのノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面Qに対してなす角度をα2、各潤滑ヘッダーのノズルからの噴射流域の圧延方向に沿った方向への広がり角度をθとし、
θ/2≦α1
α1+θ/2≦60°、
θ/2≦α2
α2+θ/2≦60°
の各条件を満足させることが好ましい。
図6、図7Aに示した第2の実施形態では、上下の潤滑ヘッダー41、42の設置角度は上下で等しく鉛直方向となっているが、上側の潤滑ヘッダー41を、下側の潤滑ヘッダー42よりも冷間圧延機1のワークロール1A、1Bから離れた方向に、距離Lだけずらしている。これにより、図1に示した第1の実施形態の場合と同様に、通板高さの面Sにおいて上下の噴射コーン(噴射流域)51、52が衝突しないように調整されている。すなわち、上側の潤滑ヘッダー41からの潤滑油噴射流域51と下側の潤滑ヘッダー42からの潤滑油噴射流域52とが、通板高さの面Sで全く重ならないように調整されている。
この第3の実施形態は、上側の潤滑ヘッダー41については、第1の実施形態と同様に、ノズル中心線Oが圧延方向Pに対し反対側に角度αpだけ傾くように設置し、一方、下側の潤滑ヘッダー42については、第2の実施形態と同様に、ノズル中心線Oが鉛直面Qに沿うように(すなわち傾き角度αq=0となるように)設置した例である。この第3の実施形態においても、薄板鋼板2の通板位置の面Sにおいて、薄板鋼板2の板幅方向外側での上下の潤滑ヘッダー41、42からの噴射領域の重なり面積の比が、それぞれ既に述べたように50%以下、好ましくは30%以下となるように調整する。また上側の潤滑ヘッダー41の傾き角度αpについては、第1の実施形態で説明したα1、α2の条件を満足させることが望ましく、下側の潤滑ヘッダー42の傾き角度αqについては、第2の実施形態で説明したα1、α2の条件を満足させることが望ましい。また、図9とは上下の関係を反転させて、下側の潤滑ヘッダー41については、第1の実施形態と同様に、ノズル中心線Oが圧延方向Pに対し反対側に傾くように設置し、一方、上側の潤滑ヘッダー41については、第2の実施形態と同様に、ノズル中心線Oが鉛直面Qに沿うように設置しても良い。
P=V/5000
の関係で求まる圧力以上の圧力で、ガスを潤滑油とともに噴射供給しながら圧延することが望ましい。上記の関係式で求められるガス圧力よりも小さい圧力で潤滑油をガスとともに噴霧供給すれば、通板中に発生する薄板鋼帯の表面の空気の流動層に妨げられて、十分に潤滑油を鋼板に付着させることが困難となる。
冷間圧延実験装置の巻き取り機を使用して、移動中の鋼板に潤滑油を噴射し、鋼板に付着した潤滑油の量を測定した。圧延機のロールはギャップ開放して、鋼板がワークロールに接触しないようにした。鋼板としては、0.8mmの板厚で板幅が380mmのコイルを使用した。潤滑ヘッダーのノズルの先端から鋼板表面までの距離(高さ)は120mmとした。潤滑ヘッダーとしては、2流体ノズルが250mm間隔で2個設置されたものを用い、その潤滑ヘッダーを上側と下側に設置した。上下の各潤滑ヘッダーの設置条件は、潤滑油の噴射幅が板幅よりも両側に60mmずつ広い噴射幅になるように調整した。また、潤滑ヘッダーのノズルチップを交換して、鋼板の通板方向(圧延方向)における噴射角θが5°、10°、15°のものを使用し、それぞれ付着量の測定を行った。付着量は、板幅中央部100mm幅と、両エッジ50mm幅について、通板方向に200mmの面積に付着した上下面それぞれの潤滑油を拭き取って、鋼板に付着した潤滑油量を調査した。潤滑油は、定量送出ポンプによって各潤滑ヘッダーに供給した。潤滑油としては、40℃における動粘度が55cStの潤滑油を使用し、潤滑油原液を空気とともに供給する条件と、濃度10体積%のエマルション(水に潤滑油10体積%混合したもの)を空気とともに供給する条件との、2通りの条件について調査した。
潤滑ヘッダーの傾き角α1、α2、上下潤滑ヘッダーから供給される潤滑油の板幅の外側での重なり面積などの条件を変えて、鋼板に付着する潤滑油の量を調べた結果を、各実験条件とともに表1に示す。
実機タンデム冷間圧延機の5スタンドのうち、#4圧延機の入り側に2流体ノズルを150mm間隔で配置した潤滑ヘッダーを準備して、#4スタンドのロールセンターから1.5m離れたところに、潤滑ヘッダーを設置した。鋼板からノズル先端までの距離は150mmで、フラット形状の噴射コーンの2流体ノズルを潤滑ヘッダーに設置した。このノズルの圧延方向の噴射角θは5°のものを使用した。潤滑油としては、40℃における動粘度が70cStのものを使用し、潤滑油原液を空気とともに鋼板の上下面に供給した。圧延に供した材料は、炭素量0.02wt%の炭素鋼で、#4スタンドの入側板厚は約1.2mm、出側板厚は約0.9mmで、板幅は約1180mmである。潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油は、鋼板の通板位置において板幅よりも広い約1400mmの幅に潤滑油が供給されるようにノズルを配置した。入出側張力は約170MPa程度で、潤滑油供給量は、ノズル1本あたり毎分15ccとした。このような条件で、圧延速度、潤滑ヘッダーの傾き角、エアー圧を変更して潤滑圧延を行い、圧延データから摩擦係数をOrowanの圧延解析モデルを使用して摩擦係数を逆算し、潤滑性を評価するとともに、潤滑ムラに起因するエッジ付近の絞り発生率を調査した。その結果を表2に示す。
1A、1B ワークロール
2 薄板鋼帯(金属帯板)
41 上側の潤滑ヘッダー
42 下側の潤滑ヘッダー
51 上側の潤滑ヘッダーからの噴射コーン(噴射流域)
52 下側の潤滑ヘッダーからの噴射コーン(噴射流域)
51w 上側の噴射流域における、通板高さの面でのワークサイド側の外側の噴射領域
51d 上側の噴射流域における、通板高さの面でのドライブサイド側の外側の噴射領域
52w 下側の噴射流域における、通板高さの面でのワークサイド側の外側の噴射領域
52d 下側の噴射流域における、通板高さの面でのドライブサイド側の外側の噴射領域
53w 通板高さの面でのワークサイド側の外側の上下の噴射領域の重なり領域
53d 通板高さの面でのドライブサイド側の外側の上下の噴射領域の重なり領域
WS ワークサイド
DS ドライブサイド
P 圧延方向
S 通板高さの面
O 各潤滑ヘッダーのノズル中心線
Q 鉛直面
Claims (6)
- 冷間圧延機の入り側における圧延すべき金属帯板の上下両面側に、それぞれ1つ以上の2流体ノズルを有する潤滑ヘッダーを配置しておき、これらの上側および下側の潤滑ヘッダーにより、潤滑油とガスとを同時に金属帯板の上下両面に噴射供給する冷間圧延機の潤滑油供給設備において、
上側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のワークサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS1w、
上側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のドライブサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS1d、
下側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のワークサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS2w、
下側の潤滑ヘッダーから噴射される潤滑油の噴射流域のうち、金属帯板のドライブサイド側の外側における金属帯板の通板高さの面での噴射面積をS2d、
とそれぞれ定義し、
さらに、ワークサイド外側において、上側の前記噴射面積S1wの領域と、下側の前記噴射面積S2wの領域とが重なる領域の面積をS3w、
ドライブサイド外側において、上側の前記噴射面積S1dの領域と、下側の前記噴射面積S2dの領域とが重なる領域の面積をS3d、
とし、
各噴射面積に対する重なり面積の比R1w、R1d、R2w、R2dを、
R1w=S3w/S1w×100(%)
R1d=S3d/S1d×100(%)
R2w=S3w/S2w×100(%)
R2d=S3d/S2d×100(%)
として、これらの比R1w、R1d、R2w、R2dのうち、最も大きい比の値が50%以下となるように、前記各潤滑ヘッダーが配設されていることを特徴とする冷間圧延機の潤滑油供給設備。 - 請求項1に記載の冷間圧延機の潤滑油供給設備において、
各潤滑ヘッダーを、上側の潤滑ヘッダーの位置と下側の潤滑ヘッダーの位置とが圧延方向にずれるように設置した冷間圧延機の潤滑油供給設備。 - 請求項2に記載の冷間圧延機の潤滑油供給設備において,
上側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα1、
下側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα2、
各潤滑ヘッダーノズルからの噴射流域の圧延方向への広がり角度をθとし、
前記各角度α1、α2を、圧延方向の側及びそれに対して反対の側に、それぞれ前記広がり角度θの1/2以内とした冷間圧延機の潤滑油供給設備。 - 請求項1もしくは請求項2に記載の冷間圧延機の潤滑油供給設備において、
上下の潤滑ヘッダーを、そのノズルからの噴射方向が、金属帯板の圧延方向に対して反対方向に向くように傾け、かつその傾きについて、
上側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα1、
下側の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をα2、
各潤滑ヘッダーノズルからの噴射流域の圧延方向への広がり角度をθとし、
θ/2≦α1
α1+θ/2≦60°、
θ/2≦α2
α2+θ/2≦60°
を満たすようにした冷間圧延機の潤滑油供給設備。 - 請求項1もしくは請求項2に記載の冷間圧延機の潤滑油供給設備において、
各潤滑ヘッダーノズルからの噴射領域の圧延方向への広がり角度をθとし、
かつ上下の潤滑ヘッダーのうちのいずれか一方の潤滑ヘッダーについて、その一方の潤滑ヘッダーノズルの噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をαqとして、その角度αqを、圧延方向の側及びそれに対して反対の側に、それぞれ前記広がり角度θの1/2以内とし、
また上下の潤滑ヘッダーのうちの他方の潤滑ヘッダーを、その他方のノズルからの噴射方向が、金属帯板の圧延方向に対して反対方向に向くように傾け、かつその他方のノズルの傾きについて、噴射方向中心を通る線が圧延方向に対し直交する鉛直面に対してなす角度をαpとして、
θ/2≦αp
αp+θ/2≦60°
を満たすようにした冷間圧延機の潤滑油供給設備。 - 請求項1〜5のいずれか一の請求項に記載の冷間圧延機の潤滑油供給設備を使用して、金属帯板を冷間圧延するにあたり、
ノズル1つあたりのガス噴射圧力を、0.001MPa以上、1MPa以下とするとともに、金属帯板の通板速度の値(V(m/分))に対して潤滑ヘッダーのノズルから供給するガスの圧力の値(P(MPa))が1/5000倍以上となるように、ガスを潤滑油とともに金属帯板の表面に噴射供給しながら冷間圧延することを特徴とする潤滑圧延方法。
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