JPH02503531A - 冷却剤の流れの制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冷却剤の流れの制御 本発明は工具または加工物へ冷却剤または潤滑剤を供給するための手段に関する 。

本発明は圧延ロールへの冷却剤または潤滑剤の供給に適用されつる。

「工具」なる語は、本明細書では工作機械のみならず圧延機も含んで広く用いら れ、加工物なる語はインゴット、帯鋼および他の形状の加工物を含む。

従来技術 高品質の平板金属圧延材の生産に用いられるような圧延機においては、圧延ロー ル表面全体のいかなる温度変化も熱による反りと称される圧延ロールの半径方向 の異なった膨張の原因となり、その結果圧延製造物の厚さおよび平面度の横方向 の変化を生じることになる。帯鋼の平面度（形状）の制御にお６ては、圧延ロー ルの熱による反りを非常に狭い公差内に保持することが必要となる。

圧延中の横方向の断面厚さの変化は、圧延材の幅にわたって相違する部位に長さ の不ぞろいを生じさせ、そしてそれらはそりの原因となる横方向の一様でない応 力分布を生じさせる。引張状態での圧延のばあい、そりは通常生じず、そして形 状計（ｓｈａｐｅ　ｍｅｔｅｒ）は、そり（または不良形状）を後に生じさせる 傾向があると考えられている横方向の応力分布を計測する。

普通少なくとも一列のスプレィノズルが装備され、そして冷却剤および（または ）潤滑剤がそのノズルを通ってロール表面に塗布される。通常ノズルは３以上の 横方向ゾーンに配設され、各ゾーンのノズルには他のゾーンと相違する圧力の流 体が供給される。ノズルの各ゾーンに加えられる圧力による冷却剤の流量、また は各個別のノズルを通過する冷却剤の流量は、現在の圧延条件に適合するようロ ールの膨張および（または）潤滑レベルを制御するために調整される。条件は圧 延荷重、ロールのたわみや床断面形状、製作物の厚さや温度およびロールベンデ ィング（ｒｏｌｌ　ｂｅｎｄｉｎｇ）設定から複雑な方法によって決まる。ロー ル中の熱による反りを制御するために圧延ロールの下流側に形状計を設置し、そ して圧延材の形状変化を示すフィードバック信号を使用することが行われてきた 。形状計は、圧延ロールのねじりの影響のほか圧延により生じる横方向の応力変 化および（または）製造物の温度分布を計測するように構成されている。計測は 製造物の幅方向にわたって複数の点でなされる。そして各スプレィノズルは個別 に弁が装着されてもよく、そして個々の弁を制御するためのフィードバック信号 を発生させるために、形状計が用いられてもよい。個々の弁は、過度に高温であ り所望のものより大きく半径方向に膨張した圧延ロールや加工物の部分へ大流量 の冷却剤を供給するために制御される。この方法によって、熱変形の変化やその 結果としての圧延材の形状変化が最小にされる。

オートメーシシン機器と弁駆動装置とのコミユニケージ５ンインターフエースの 複雑さを低減するためにおよび弁のコストを低減するために、弁のアナログ制御 よりむしろ０Ｎ−ＯＦＦ制御が用いられ、そして各ゾーンにサーｆズの相違する 多くの弁を使用することにより、および（または）「ＯＮタイム」とｒ　ＯＦＦ タイム」の比を変えることによって流量を変えることが達成される。既知のロー ル形状フィードバック制御のためのシステムは、非常に悪環境においても作動可 能であらなければならないため、コスト高となっている構造の電気制御弁または 空気制御弁を数多く使用している。弁ノズルは閉塞しやすく、１個の弁ノズルの 閉塞がロールをオーバーヒートさせるので、余分な予備弁を用意しておき、もし 重大な閉塞が発生すれば、そのラインを閉止するのが一般的ある。

本発明の目的は、従来技術の短所のうちいくつかを除去する圧延ロール、他の工 具または加工物に、冷却剤または潤滑剤を供給する手段を提供することである。

発明の開示 第１の態様によれば、本発明は工具または加工物の温度を制御するための方法で あって、 （ω　流体機械の第１人口へ冷却剤または潤滑剤の第１流れを供給する工程と、 （ｂ）　　流体機械の制御用入口へ冷却剤または潤滑剤の第２流れを供給する工 程と、 （Ｃ）　　前記流体機械の出口からの流出流（ｏｕｔｆｌｏｗ）を前記工具また は前記加工物へ案内する工程と、（小　前記工具または加工物へ供給される前記 冷却剤または潤滑剤の流量を制御するための第２流れの流量を制御する工程 とからなっている。

本発明の好ましい実施例においては、熱が吸収されたあとの使用済の冷却剤また は潤滑剤の少なくとも一部が第１人口へ循環させられている。

さらに第１人口に供給される冷却剤または潤滑剤の温度が流体機械の制御用入口 に供給される冷却剤または潤・　滑剤の温度と異なっているのが好ましい。

本発明において用いられる流体機械はうず巻弁であることが好ましい。

ここでは本発明は主として前記流体機械としてうず巻弁を参照しながら記載され ているが、同様の方法で操作されるすべての流体機械がうず巻弁の代りになるこ とは理解されよう。

第１人口に供給される流体は、制御用入口に供給される流体と濃度の異なる流体 であってもよい。この形態では、濃度の相違する潤滑剤が選択的に個々のヘッダ または所望により個々のノズルに使用されうる。ノズルは、潤滑により摩耗を減 少させ冷却−剤系統を過度に汚損することがないという大きな利点により熱間圧 延機の端部を優先的に潤滑することができるという利点を有している。

うず巻弁の使用は、すぐれて良好な混合と同時に濃度の全域にわたる可変制御を 可能とする。うず巻弁は再循環冷却剤システムとともに前述の方法により、圧延 油（ｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｉ＋）の効果的な混合を達成するために用いられる。そ の際うず巻弁の出口付近における最大の乱流を保証するために高圧の制御流が用 いられるべきである。

望ましくは、ロールの膨張を制御するために、圧延機のロールを横切る各位置に ２個の弁、すなわち選択的に潤滑剤を供給する一個の弁と、選択的に冷却剤を供 給する他の弁とが用いられることによって、より一定した圧延物の厚さが保持さ れ、かつ端の部分でテーパ状の板厚を形成する範囲が帯板の端から２００麿腸ま での範囲に減少される。

図面の簡単な説明 本発明の種々の実施例について第１〜５図を参照しながら、単なる例示として説 明する。

第１Ａ図は本発明に用いられろうず巻弁の概略平面図、第１Ｂ図は第１Ａ図の弁 の概略正面図、第２図は出口流を縦軸に表わし、制御流の圧力を横軸に表わして 、第１図に示されるような典型的なうず巻弁の特性を説明するのに便利なグラフ 、および第３図は本発明の一実施例の概略系統図である。

第４図および第５図は第３図の実施例中で随意に使用することができる配列の概 略図を示すものである。

好ましい実施例の説明 第１図に関して、半径方向に向けられた第１人口２を有する一般的に円筒状、円 錐状、または円錐台形の弁室１と、第１人口２に直角な方向に、接線方向に向け られた制御用人口３とからなり、軸方向に好ましく延びた出口４を存するうず巻 弁が示されている。

制御用人口３を通る流れがないばあいは、第１流れは第１人口２を経由して弁室 １に入り出口４から流出する。

もし制御流がＮｌ流れより高圧で制御用人口３を通して入れられるならば、出口 ４からの出口流は減少させられる。第２図は１ｏＯＫＰａに等しい主供給圧力で 運転される典型的なうず巻弁の総流量を、縦軸５に総流ｊｌ（Ｌ／＋ｉｎ）、横 軸６に制御圧（ＫＰａ）をとって示すグラフである。第２図が適用されるうず巻 弁は直径５０讐の容器１と、直径１２．５ｍｍの入ロチニーブ２と、直径２．６ ｍｗの単一人口の制御流チニーブ３とを有している。グラフに示されるように、 出口４における総流量は制御流の増加に伴なって減少し、最少流量に近づく。う ず巻弁はそれ自体多くの設計または形状が知られており、もはや説明を要しない 。

第３図には、本発明の一実施例が概略的に示されている。その実施例は上部ロー ル７と下部ロール８とを有する圧延装置のスタンド（５ｔａｎｄ）を示している 。

そこには、第１流ポンプ２８を介して供給ヘッダ２２からの冷却剤を受は入れる ように構成された第１人口２１を存するうず巻弁２０がさらに設けられている。

弁２０の出口２３が、圧延ロール７の上に直接噴霧するように構成されるか、ま たは好ましくはロール７に向けられた各々のスプレィノズル２４に案内されるか されている。

冷却剤の第２流れ３６が、圧延ロールの下流側に配置された形状計（第３図に示 されていない）からの各々のフィードバック制御信号２７によって電気的または 空気的に操作される制御弁２Ｂにより変化させられうる流量で、第２供給容器２ ５からポンプ２９によってうず巻弁２０の制御用人口３０へ供給される。形状計 は圧延ロール７に対するノズル２４の位置に対応する圧延方向と同方向の圧延帯 板の応力分布または平面度の変化を示す信号２７を発生する。

使用においてフィードバック信号２７は、容器２５からうず巻弁の入口３６への 制御流を増加または減少させるために、制御弁２Ｂを操作する。もし弁入口３０ への制御流が増加すれば、そのうず巻弁の出口２３から圧延ロール５への冷却剤 の総流量は減少する。

好ましい実施例では、３０における冷却剤制御流は、２１における第１流れの冷 却剤より温度が高い。

圧延ロールを冷却したのちの高温の使用済冷却剤は、水溜め４０からポンプ４１ によってくみ出され、熱交換器３１を通過することにより廃熱が奪い取られ、配 管３２を通って供給ヘッダに戻される。高温冷却剤の一部はポンプ４１と熱交換 器３１との間３５で取り去られてフィルタ３３を通過し、配管３４通って、制御 流が出てくる第２供給容器２５へ放出される。

その結果として、入口３０に流入する制御流が最大のとき、出口２３からの冷却 剤はその流量が最少になるだけでなく、おもに高温冷却剤によって最高温度とな る。入口３０へ流入する高温の制御流が減少するにつれて低温冷却剤の流量は増 加し、混合流出体中の高温制御流の割合は減少し、そして出口２３からの流出流 体の温度は降下する。

このようにしてこのシステムは、ロールの温度を制御するために、流量変化およ び冷却剤の温度変化の両者を利用するものである。

実際には多数のノズル２４が上部ロールおよび（または）下部ロールの全幅にわ たって一列に延設される。

多数のノズルのそれぞれが多数のうず巻弁２０のうちの対応する１個の出口２３ と連結されている。各うず巻弁２０の制御流は対応する個別の制御弁２６により 変えられてもよく、または所望により一部のうず巻弁２０が部分制御弁（ｓｈａ ｒｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｖａｌｖｅ）２Ｂにより変えられてもよい。

２個以上のノズル２４が１個のうず巻回から供給されてもよい。

このようにして、たとえば上部および対応する下部のロールのノズル２５の両方 とも１個のうず巻回の出口２３から供給されたり；１個の制御弁２６によって制 御される分離された複数のうず巻回により供給されたり；または各々の制御弁２ ６によつてそれぞれ制御される分離された複数のうず巻回２０により供給されて もよい。

それらの制御弁は、形状計または類似の検出器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）からの 信号によって制御されるアナログ式のものであってもよく、あるいはｒＯＮタイ ム」とｒ　ＯＦＦタイム」の比がフィードバック信号によって影響されるＯＦ／ 　ＯＦＦ弁であってもよい。

同様に、もし圧延材の形状のかわりにロールまたは圧延物の横方向の温度分布が 計測されるときは、その温度分布は圧延材の形状制御のために前述した方法と同 様の方法によって制御されうる。このようにして制御信号は温度検出器または他 の検出器によって発信されてもよい。

保守のばあいに便利なように、そして制御弁にとってより良い環境をもたらすた めに、前記０Ｎ−ＯＦＦ制御弁は圧延機の横倒のヘッダから離れて配置される。

ポンプはすべてのスタンドで利用できるように共通供給部（ｃｏｍｍｏｎｓｕｐ ｐｌｙ）に対し、ろ過された高圧の制御流を供給する。

典型的には全冷却剤の流量のうち約１０％が制御用として用いられる。いくらか の例では、たとえば異なる温度の流体が入り混じるばあいは、バイヤーコントロ ールフローフラクション（ｈｉｇｈｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｌｏｗ　ｆｒａｃ ｔｉｏｎｓ）が有利になる。

制御信号の流れは、クイックリリーズカップリング（ｑｕｉｃｋ　ｒｅｌｅａｓ ｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が装着されている可撓性のある鎧層で被覆された水カケ ープルによって供給されるのが好ましい。

流体制御信号は個々のうず巻回に対し、それぞれ可撓性制御流ケーブルの一端ま たは両端に配置された配分板（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｄｉｓｃ）によって 接続される。それにより制御弁の個数を最小にすることができる。それにより制 御用ケーブルがヘッダと連結する部位でうず巻回のそれぞれが配分板に連結され るという標準的な設計のヘッダを用いたまま、可撓性のあるケーブル中の制御用 信号の数を最小にすることもまた可能になる。配分板は、入口制御ポート（ｐｏ ｒｔ）とうず巻回への出口ポートとの間を任意に接続させうる流路（ｃｈａｎｎ ｅｌ）または溝（ｇｒｏｏｖｅ）を有している。

本システムが有する利点は、２個以上のスプレィノズルがそれぞれのうず巻回に よって制御され、しかも従来のヘッダと比較して余分な制御弁が不要になり半数 以下の制御弁しか必要でないため、所与の制御に対して大幅に少ない個数の制御 弁しか必要としない点である。

そのうず巻回は、たとえば１次供給圧力の減圧および制御圧力の最高圧力への増 加を含む向流・フィルタシステムという手段によって、弁やノズルのオートマチ ックアンプロッキングのために適用することができる。このものは１次流れに反 転をもたらし、１次供給口の入口バイブまたは入口フィルタを開くことができる 。

そのシステムでは低圧弁によって操作することができ、すべての幅のロールに対 して標準化されたモジュール設計のものを使用することができる。そのシステム はいかなる可動部品も持たず、閉塞の可能性も少ない。またすべての通常運転条 件下においても最小流量が保証される。

おどろくべきことに我々はうず巻回の出口４からの流体がｒＶＪ形スロスロット ｌｏｔ）または類似形のノズルを通過していくとき、制御流および他の要因に応 じてスプレィの噴霧形状を扇形から円錐形に変化させうろことを見出した。この 性質は、出口流が円錐チャンバを離れる点からスプレィノズルまでの距離を変え ることにより制御される。その距離が大きくなるにしたがい、スプレィノズルに おける流れの中の回転うずの残留が少なくなり、また円錐形状（ｃｏｎｉｃａｌ 　５ｈａｐｅ　ｏｆ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ）　（ｒ円錐スプレィ」）を形成する傾 向も減少する。このことは制御流が止まっているときは、ノズルから噴出する流 体の角運動量が低く、ｒＶＪ型噴出（”■“ｊｅｔ）のばあいには円錐スプレィ を形成する傾向がほとんどないということを意味する。しかしながら制御流が付 加されるばあいは、スプレィの特徴が円錐形状のスプレィの特徴に変化する。

この特徴は２つの方法に利用される。第１には、従来設計の特殊用途ノズルにお ける煩雑さや閉塞のしやすさなしに、円錐形状のスプレィを発生させるために使 用される。第２には、所定のサイズとなるように作られたスロッートを有する板 を、ノズルとロールまたは加工物との間に挿入することによりさらに流量を変更 することができる。このことはノズルをうず巻チャンバに近接させて設けること により達成され、それにより円錐スプレィを形成する傾向が最大になる。したが って制御流が最大のときには、制御流が止まっているときにスロットを通る通常 は扇形状のスプレィが、円錐形状のスプレィに変化し、挿入された板につき当た るとともに、もしあるとしてもわずかな流れしかロールおよび加工物に達しない 。この手段によって、ロールの冷却または潤滑装置の有効制御範囲が効果的にか つ顕著に拡大する。

第４図および第５図においては、細長い開口部４２が形成された遮蔽物ないし板 ４０が、制御流がＯＮ　（第４図）のばあいと、ＯＦＦのばあい（第５図）にｒ ＶＪ型噴出ノズル４１からのスプレィと衝突している状態で示されている。

第４図は弁２０への制御流が止まっているときに、いかにして扇形状のスプレィ の大部分がスロット４２を通過し、ロール７につき当たるかを示している。第５ 図においては、弁２０への制御流が「ＯＮ」であり、スプレィが円錐形であって 、その円錐スプレィの大部分が狭い長方形のスロット４２を通過することができ ない。円錐スプレィ形状およびそれに関連して変化する冷却剤の小滴の特性を使 用すれば、冷却剤とロールとの間の熱伝達係数を変化させ、またとくに本技術の 特定の応用を利益あるものにする。

制御流が「ＯＮ」のときにうず巻回は角運動量を存しているので、その弁は「慣 性」を有し、そしてこのようにしてＯＮタイムとＯＦＦタイムの明確な比を有す る調整された流れが達成されるばあいに、より低いパルス周波数が使用される。

ここでは本発明はうず巻回ととくに関連づけて述べられているが、同等の作用を 有する他の適切な流体用弁で代えることもできる。

当業者にとりではここでの教示から明らかなように、本発明はここでえられる概 念から逸脱することな（他の実施例または他の形態にも適用することができ、そ のような実施例または形態は本発明の範囲内であることが明らかであろう。

補正書の翻訳文提出書（特許法Ｎ１８４条の８）平成１年１１月２７日Ｕ 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １特許出願の表示 ＰＣＴ／ＡＵ８　ｇｌｏ　０１５６ ２発明の名称 ３特許出願人 住　所　　オーストラリア連邦、２２８３　　ニニー　サウス氏　名　　工ドワ ーズ、ウィリアム・ジョン国　籍　　オーストラリア連邦 ４代理人〒５４０ （請求の範囲） ロールまたは圧延物の特性の変化を補償するために第２流れを変化させる手段 とからなる圧延物を製作するための圧延機。

１１、第２流れが、第１人口に受入れられる第１流体と温度が相違してなる請求 項１Ｏ記載の圧延機。

１２、第２流れが、第１人口に受入れられる流体と濃度が相違してなる請求項１ ０記載の圧延機。

１３、圧延された帯板の平面度または応力分布の変化を示す信号を発生する形状 計と前記第２流れを変化させるための信号に応答する制御弁とをさらに有してな る請求項１０記載の圧延機。

１４、流体機械がうず巻回である前記請求項のいずれかに記載の圧延機。

１５、冷却剤を供給するように構成された請求項１０記載の第１流体機械と、潤 滑剤を供給するための請求項１０記載の第２流体機械とからなる圧延機。

１６、（番号再調整）実質的に第３図を参照してここで述られたような装置。

１７、（番号再調整）ノズルを介して流出流を方向付けし、制御流を変えること によりそのノズルから発射されるスプレィの外形を変化させる工程をさらに有し てなる請求項５記載の方法。

１８、（番号再調整）さらにノズルと加工物との間に、開口された遮蔽板を挿入 させる工程とからなり、該開口された遮蔽板がある形状のスプレィの大部分を通 過させ、他の形状のスプレィのほとんどを通過させないことを特徴とする請求項 １７記載の方法。

１９、（番号再調整）実質的に第３図を参照してここで述べられたような方法。

２０、（番号再調整）実質的に第４図および第５図を参照してここで述べられた ような方法。

２１、（番号再調整）実質的に第３図を参照してここで述べられたような装置。

λ９征ズ’ｒｏ　Ｔ５Ｅ　ｍＱ９ｄ１ＳＥＡＦＯＩ　ＲＥＦＲＴ　ＧＪＤコシへ にｎＣａＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＧＪ　Ｎ）、　ＫＴ／ＡｔＪ　　８８００１５ ６ＡＩＪ４５５８３／６８　　　　　反　７２３Ｂ４２　　　　　ＤＥ　　１８ ０８０３６　　　　　円　１５９１８０２ＧＢ　　ｕ３９０６４　　　　　　　 ｕｓ　　　３５０５２０６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．工具または加工物の温度を制御するための方法であって、 （ａ）流体機械の第１入口へ冷却剤または潤滑剤の第１流れを供給する工程と、 （ｂ）流体機械の制御用入口へ冷却剤または溜滑剤の第２流れを供給する工程と 、 （ｃ）前記流体機械の出口からの流出流を前記工具または前記加工物へ案内する 工程と、 （ｄ）前記工具または加工物へ供給される前記冷却剤または潤滑剤の流量を制御 するための第２流れの流量を制御する工程 とからなる方法。 ２．熱が吸収されたのちの使用済の冷却剤または潤滑剤の少なくとも一部を第１ 人目へ循環させてなる請求項１記載の方法。 ３．第１入口に供給される冷却剤または潤滑剤の温度が制御用入口に供給される 冷却剤または潤滑剤の温度と相違する請求項１または２に記載の方柱。 ４．第１入口に供給される流体が、制御用入口に供給される冷却剤または潤滑剤 と濃度の異なる冷却剤または潤滑剤である前記請求項のいずれかに記載の方法。 ５．流体機械がうず巻弁である前記請求項のいずれかに記載の方法。 ６．２台の流体機械が使用され、そのうちの１台が選択的に潤滑剤を供給し、他 の１台が選択的に冷却剤を供給してなる請求項１記載の方法。 ７．工具が圧延機の作業ロールである前記請求項のいずれかに記載の方法。 ８．第２流れの流量が圧延中の加工物の平面度または応力分布の変化を示す信号 に応答して制御されてなる請求項７記載の方柱。 ９．流体機械が、選択的に潤滑剤を圧延される加工物の端付近へ供給するよう制 御されてなる前記請求項のいずれかに記載の方法。 １０．冷却剤または潤滑剤の第１供給部からの加圧流体を受けるべく構成された 第１入口を有する流体機械と、流体機械の出口から圧延機のロールおよび（また は）加工物へ流体を向ける手段と、 前記と同一または他の供給部からの加圧流体を流体機械の制御用入口へ供給し、 それによって前記流体機械の出口からの液体の流れを変化させるための手段と、 ロールまたは圧延物の特性の変化を補償するために第２流れを変化させる手段 とからなる圧延物を製作するための圧延機。 １１．第２流れが、第１入口に受入れられる第１流体と温度が相違してなる請求 項１０記載の圧延機。 １２．第２流れが、第１入口に受入れられる流体と濃度が相違してなる請求項１ ０記載の圧延機。 １３．圧延された帯板の平面度または応力分布の変化を示す信号を発生する形状 計と前記第２流れを変化させるための信号に応答する制御弁とをさらに有してな る請求項１０記載の圧延機。 １４．流体機械がうず巻弁である前記請求項のいずれかに記載の圧延機。 １５．冷却剤を供給するように構成された請求項１０記載の第１流体機械と、潤 滑剤を供給するための請求項１０記載の第２流体機械とからなる圧延機。 １４．実質的に第３図を参照してここで述べられたような装置。 １５．ノズルを介して流出流を方向付けし、制御流を変えることによりそのノズ ルから発射されるスプレイの外形を変化させる工程をさらに有してなる請求項５ 記載の方法。 １６．さらにノズルと加工物との間に、開口された遮蔽板を挿入させる工程とか らなり、該開口された遮蔽板がある形状のスプレイの大部分を通過させ、他の形 状のスプレイのほとんどを通過させないことを特徴とする請求項１５記載の方法 。 １７．実質的に第３図を参照してここで述べられたような方法。 １８．実質的に第４図および第５図を参照してここで述べられたような方法。 １９実質的に第３図を参照してここで述べられたような装置。