JP2002178011A - 鋼板の熱間潤滑圧延方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は鋼板の熱間潤滑圧延の際の噛み込み不
良を防止して、安定した圧延が可能な熱間圧延装置およ
び熱間圧延方法に関する。 【解決手段】圧延材８の先端部がワークロール１に噛み
込んだ後に、ワークロール１への圧延潤滑油の塗布を開
始し、圧延材８の後端部の圧延が完了するまで潤滑圧延
を行い、先行圧延材の圧延が終了してから後行圧延材が
ワークロール１に噛み込むまでの間に、先行圧延材の圧
延の際にワークロール１に付着した圧延潤滑油を除去す
ることを特徴とする熱間圧延方法。なお、圧延潤滑油の
除去をワークロール１、またはワークロール１およびバ
ックアップロール２に50℃以上の温水を噴射することに
よって行うのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋼板の熱間潤滑圧延
の際の噛み込み不良を防止して、安定した圧延作業を可
能とする熱間圧延方法および熱間圧延装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼板の熱間圧延における圧下率
を決定する圧延荷重、圧延トルク、モータパワー等は、
圧延ロールの強度等に依存する圧延機の設備強度によっ
て制限される。通常、５〜７スタンドの圧延機からなる
熱延仕上タンデムミルで鋼板を圧延する場合には、圧延
材の後端領域において最も圧延温度が低くなる。従っ
て、低炭素鋼等の通常の圧延材は、圧延荷重、圧延トル
ク、モーターパワー等の制約を考慮して、仕上ミル前段
スタンドでも40〜50％程度の圧下率で圧延されている。

【０００３】近年、需要が増えている変形抵抗の高い難
加工材を熱間圧延する場合には、通常の圧延材と比較し
て各スタンドでの圧下率を下げる必要があり、薄物材の
圧延が困難になる。一方、製造のコストを下げる必要
上、より少ないスタンド数で熱間圧延製品を製造するプ
ロセスの実現が求められており、通常の圧延材において
も、より高圧下率での圧延が可能となるように、熱間圧
延機における圧下能力の向上が待望されている。

【０００４】熱間圧延機の圧下能力を上げる方法として
は、ワークロールの小径化によって圧延荷重、圧延トル
クの制限を拡大する方法、モータパワーを増強すること
で、圧延トルクの制限を拡大する方法等がある。しか
し、これらの方法はいずれも大幅な設備改造が必要で、
設備費が増加するという問題がある。

【０００５】本発明者らは、上記の問題を解決する手段
として、潤滑油を使用し、圧延荷重および圧延トルクを
低減し、圧下能力の向上を図る方法を提案している（特
開昭63-238904号公報）。具体的には、圧延材とワーク
ロールとの間の摩擦係数が0.2以下となるような潤滑性
の高い潤滑油を使用して行う熱間圧延方法（以下、「熱
間潤滑圧延法」という）、および、熱間潤滑圧延時の圧
延材の噛み込み性低下の改善策として、噛み込み時に被
圧延材に圧縮力を負荷する方法を提案している。この方
法を採用することにより、限界圧下率を70％程度まで高
めることができる。熱間潤滑圧延法は、圧延荷重および
圧延トルクを大幅に低下させることができるので、大幅
な設備改造を要さず、高圧下率での圧延を可能にする技
術である。

【０００６】しかし、摩擦係数が低下しすぎると、圧延
材先端のワークロールへの噛み込み性が悪化するため、
特に板厚の厚い圧延材を圧延する場合には圧下量が制限
され、従来行われていた以上の高圧下率での圧延ができ
ないという問題がある。たとえば、仕上ミルのワークロ
ール直径が800mm程度の圧延機を用いて仕上圧延前の板
厚が30〜40mmである圧延材を潤滑圧延する場合、摩擦係
数が0.2程度となる潤滑圧延では、圧延材の先端形状
（鼻上がり・鼻下がりと呼ばれる上下方向の反り）やミ
ル剛性を考慮すると、先端噛み込み角は約12°が限界で
あり、安定した圧延材先端の噛み込みが可能な圧下量は
約10mm（圧下率25〜35％程度）となる。

【０００７】このような現象は、難加工材(高い圧延荷
重、圧延トルク、高モーターパワー等が必要な圧延材)
を潤滑圧延する場合だけでなく、潤滑圧延を行った後
に、同じ圧延機を用いて潤滑無しで圧延する場合にも当
てはまる。これは、後行圧延材を無潤滑圧延しようとし
ても、ワークロールやバックアップロールには先行圧延
材を潤滑圧延した際に塗布された潤滑油が付着残存して
いるため、後行圧延材の噛み込み性が悪くなるからであ
る。

【０００８】後行圧延材の噛み込み性を悪化させないた
め、従来、先行圧延材の後端領域の圧延時に潤滑油の塗
布を止め、ロールに付着した潤滑油を圧延材の熱で焼き
切ることが行われるが、これは、圧延材の後端領域にお
いても圧延荷重および圧延トルクを低減する必要がある
難加工材の圧延には適用できない方法である。

【０００９】前記特開昭63-88904号公報に開示された方
法では、噛み込み時に被圧延材に圧縮力を負荷して噛み
込み性の改善を図っているが、板厚が厚くなると必要な
圧縮力が過大となり、圧縮力負荷装置や圧縮力負荷によ
り発生する座屈を防止するためのガイドなどの付帯設備
が大型化するという問題がある。特に、座屈防止効果の
限界から圧縮力が制限されるので、噛み込み性の改善効
果にも限界がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、たと
えば摩擦係数が0.2以下となるような潤滑油を用いた潤
滑圧延を実現するために、圧延材先端のワークロールへ
の噛み込み性不良を解消し、安定した圧延を可能とする
圧延方法、およびその方法を実現する装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するため、熱間潤滑圧延時の圧延材先端の噛み込み
性向上と圧延の安定性の確保に関し、種々の圧延試験な
らびに検討を行い、以下の知見を得た。 (a)圧延荷重および圧延トルクを圧延材のすべての領域
において安定して低減させるためには、圧延を開始して
から完了するまでワークロールに潤滑油を塗布し続ける
必要がある。しかし、この場合、潤滑油はワークロール
およびバックアップロールに付着残存し、後行圧延材の
噛み込み性を悪化させる。後行圧延材が噛み込む前にワ
ークロールに付着残存した潤滑油を除去すれば、後行圧
延材の噛み込み性を向上できる。 (b)一般に鋼板の仕上熱間圧延機は多重式圧延機であ
り、そのワークロールとバックアップロールに潤滑油が
付着残存するが、ロール洗浄後の後行圧延材の噛み込み
タイミングによっては(ロール洗浄直後に後行圧延材が
噛み込む場合)、ワークロールのみの洗浄でも大幅に噛
み込み性が改善される。 (c)潤滑油の除去方法として、50℃以上の温水を高圧で
噴射してロールを洗浄すれば、ロールに付着残存した潤
滑油を取り除くことができるので、後行圧延材の噛み込
み性が無潤滑圧延の場合の圧延状態と同等になる。 (d)高圧温水によるロール洗浄は、温度が高いほど、吐
出圧力が高いほど効果的である。特に、温度の影響が大
きい。 本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、
その要旨は以下の通りである。 (1)圧延材の先端部がワークロールに噛み込んだ後に、
ワークロールへの圧延潤滑油の塗布を開始し、圧延材の
後端部の圧延が完了するまで潤滑圧延を行い、先行圧延
材の圧延が終了してから後行圧延材がワークロールに噛
み込むまでの間に、先行圧延材の圧延の際にワークロー
ルに付着した圧延潤滑油を除去することを特徴とする熱
間圧延方法。 (2)ワークロールおよびバックアップロールを有する熱
間圧延装置であって、ワークロールに圧延潤滑油を塗布
する圧延潤滑用ヘッダ、ワークロールまたはワークロー
ルおよびバックアップロールに付着した圧延潤滑油を高
圧温水で洗浄するロール洗浄用ヘッダ、圧延材のワーク
ロールへの噛み込み状態を検出する検出装置、およびロ
ール洗浄用ヘッダへの高圧温水の供給を制御する制御装
置を備えることを特徴とする熱間圧延装置。

【００１２】なお、上記の(1)の熱間圧延方法におい
て、圧延潤滑油の除去をワークロール、またはワークロ
ールおよびバックアップロールに50℃以上の温水を噴射
することによって行うのが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、本発明の熱間圧延装置を説
明する。

【００１４】図１は、本発明の熱間圧延装置の一例を示
す模式的側面図である。同図に示すとおり、本発明の装
置は、ワークロール１とバックアップロール２で構成さ
れた４重式圧延機であって、圧延潤滑用ヘッダ３、ワー
クロール水冷用ヘッダ４、ロール洗浄用ヘッダ５をその
主な構成要素としている。

【００１５】圧延潤滑用ヘッダ３は、潤滑油または潤滑
油水溶液をワークロール１に塗布するための装置であっ
て、加圧された潤滑油または潤滑油水溶液を供給する配
管とロールに噴射するノズルからなる。潤滑油を水に混
合する場合は、通常のウォターインジェクション方式の
混合装置を用いて混合した後、ヘッダ３まで送ればよ
い。圧延潤滑用ヘッダ３の下部に設置されている防熱板
６は、潤滑ヘッダの機械的熱的な保護に必要で、特に、
潤滑不使用時にヘッダが昇温し、潤滑油が高粘度化して
ノズルつまりが生じることを防ぐ役割がある。また、水
切り板７は、潤滑油をワークロールに確実に付着させ、
安定した潤滑効果を得るためのものである。

【００１６】ロール洗浄用ヘッダ５は、ミル出側からワ
ークロール１またはワークロール１およびバックアップ
ロール２を洗浄するため装置である。図１に示したロー
ル洗浄用ヘッダ５は、ワークロール１およびバックアッ
プロール２の双方を洗浄するものであるが、ワークロー
ル１用とバックアップロール２用をそれぞれ別個に設置
してもよい。また、ワークロール１のみの洗浄でも噛み
込み性は改善できる。しかし、圧延材の厚みが厚い場
合、または高潤滑性能潤滑油(摩擦係数を大幅に下げ荷
重低減効果をより大きくする潤滑油)を使用する場合に
は、無潤滑圧延並に安定した噛み込み性を確保するため
に、ワークロール１およびバックアップロール２の双方
を洗浄する方が望ましい。

【００１７】検出装置９は、圧延材８のワークロール１
への噛み込み状態を検出する装置であり、圧延荷重検出
用ロードセルで予め設定した値以上の荷重を検出した場
合に噛み込み中であると判断する。このように検出した
噛み込み状態が制御装置10に送信される。

【００１８】制御装置10は、噛み込み状況に応じて、弁
11の開度を調整し、ロール洗浄用ヘッダ５への洗浄液、
例えば温水の供給を制御する。具体的には、圧延材８が
ワークロール１に噛み込んだ直後に弁11を閉じ、圧延材
８の後端領域が噛み抜けた直後に弁11を開け、ロール洗
浄用ヘッダ５への洗浄液の供給を制御する。なお、制御
装置10は、図に示すような各スタンド毎にロール洗浄用
ヘッダ５への洗浄液の供給を制御するもののほか、たと
えば、１スタンド上流側の検出装置９で検出された噛み
込み状況に応じて、ロール洗浄用ヘッダ５への洗浄液の
供給を制御する装置であっても良い。

【００１９】次に本発明の熱間圧延方法の一例につい
て、上記の図１を用いて説明する。

【００２０】本発明の熱間圧延方法では、圧延材８がワ
ークロール１に噛み込んだ直後にワークロール１への潤
滑油塗布を始める。これは、圧延材８の先端領域では温
度が高く、後端領域と比較して圧延荷重が10〜30％程度
低いので、潤滑することなく圧延を行うことができるか
らであり、一方、圧延材８のワークロール１への噛み込
み性は噛み込み時の摩擦係数が高い状態、即ち、噛み込
み前に潤滑しない状態の方がよいからである。

【００２１】ワークロール１への潤滑油塗布は、圧延材
８の後端領域が圧延装置から抜けるまで行う。これは、
上記のとおり、圧延材８の後端領域では先端領域に比べ
温度が低く、圧延荷重が高くなるため、圧延材８の後端
領域での摩擦係数を下げる必要があるからである。この
ように、本発明の熱間圧延方法では、圧延材８の噛み込
み性を確保しつつ、圧延材８の先端から後端まで低い圧
延荷重を確保することができる。

【００２２】本発明の熱間圧延方法では、先行圧延材の
圧延終了から後行圧延材がワークロール１に噛み込むま
での間に、ワークロール１、またはワークロール１およ
びバックアップロール２に付着した圧延潤滑油を洗浄す
る。これは、後行圧延材がワークロール１に噛み込む際
に先行圧延材の圧延時の潤滑油がワークロール１に残っ
ていると、後行圧延材の先端領域における摩擦係数が低
下しすぎて、噛み込み性が悪化するからである。

【００２３】なお、ロールの洗浄方法には特に制限はな
い。ワークロールに付着残存した潤滑剤を効率よく除去
できるものであればよい。例えば、上記の図１に示した
ロール洗浄用ヘッダ５のような装置によって温水等の洗
浄液をロールに吹き付ける方法であっても良いし、石鹸
水を含んだブラシをワークロールに押圧する方法でワー
クロールに付着残存した潤滑剤を除去する方法であって
もよい。特に前者の方法は、コストの点および設備が簡
易である点で望ましい。

【００２４】ロールの洗浄を温水の噴射によって行う場
合には、温水の温度を50℃以上にする必要がある。この
条件は、下記の圧延条件、潤滑条件およびロール洗浄条
件で熱間潤滑圧延を行ったときの噛み込み状況から定め
た。 ＜圧延条件＞ワークロール（直径：200mm、バレル長：4
50mm、回転速度：50mpm）およびバックアップロール
（直径：350mm、バレル長：450mm）からなる小型４重圧
延機を用いて、0.05％炭素鋼（厚さ：15mm、幅：300m
m、温度：1000℃）を開度8.2mm（噛み込み角：15.0°、
圧下率45.3％）で熱間圧延した。 ＜潤滑条件＞0.2 l/minの潤滑油（合成エステル油、鉱
油および極圧添加剤を混合した40℃における粘度が10^-4
m²/sの潤滑油）を６ l/minの水に混合してウォーターイ
ンジェクション方式の圧延潤滑用ヘッダ３から上下のワ
ークロールに吹き付けた。 ＜洗浄条件＞圧延機出側にワークロールのロール面から
の距離が200mmで、且つバックアップロールのロール面
からの距離が250mmの位置に４個のノズルを有するロー
ル洗浄用ヘッダを設置し、このロール洗浄用ヘッダによ
って、ワークロールおよびバックアップロールに７秒間
水を吹き付けた。

【００２５】上記の条件で圧延材を連続的に圧延機に挿
入し、２番目の圧延材についてのロール洗浄用ヘッダか
ら吹き付ける水の温度および圧力に対する圧延材の噛み
込み状況を調べた結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】 表１に示すとおり、噛み込み性改善効果は、洗浄水温が
高いほど、水圧が高いほど大きくなる。特に、水温によ
る噛み込み性改善効果が顕著であり、50℃以上の温度が
必要である。水温の影響が大きいのは、通常の潤滑油の
粘度は常温で８×10^-5〜1.5×10^-4（m²/s）程度である
が、潤滑油の温度上昇によって粘度は急激に低下するか
らである。詳しくは、潤滑油の温度が50℃となれば、そ
の粘度は常温のときの１／２程度となり、100℃で１／1
0程度となる。

【００２７】本試験で使用したロール洗浄用ヘッダで
は、洗浄水の吐出圧力が３MPa程度以下では洗浄効果が
なかった。しかし、ロール洗浄用ヘッダをロールに近づ
けたり、ノズルの個数を増やしたり、ノズルの吐出口の
径や形状を変更をすれば、ロールが受ける洗浄剤の噴出
による衝撃力（以下、単に「衝撃力」という）を上げる
ことができる。即ち、洗浄剤として温水を使う場合に
は、その温度を50℃以上に設定すれば、上記のような方
法でロールが受ける衝撃力を調整することでロール洗浄
効果を確保でき、潤滑圧延時の噛み込み性を改善するこ
とができる。

【００２８】洗浄水の噴射時間は、洗浄効率との関係で
必要時間が決まるが、ワークロールとバックアップロー
ルの両方を洗浄する場合には、ワークロール５回転程度
以上の時間を噴射すればよく、その時間は、通常５秒以
上である。

【００２９】

【実施例】洗浄を温水噴射で行った場合を例にとって本
発明の効果を確認する試験を行った。前記の図１に示す
圧延機と同様の圧延機を用いて潤滑圧延を行い、噛み込
み状況を評価した結果を表２に示す。なお、圧延は、前
述の圧延条件、潤滑条件および洗浄条件とほぼ同等の条
件で行ったが、ロールの開度、水圧および水温の条件を
変更して行った。また、ロールの洗浄後５秒以内に次の
圧延材（後行圧延材）の圧延を行った。

【００３０】

【表２】 試験No.１は洗浄を行わずに潤滑圧延をした例である
が、噛み込み角が11.5°（圧下率：26.7％）の条件で
も、後行圧延材が噛み込まなかった。また、試験No.２
〜６から明らかなとおり、洗浄水の温度が40℃では、水
圧を20MPaにまで上げてもロールに付着した潤滑剤の除
去が不十分であるため、後行圧延材の噛み込み性は改善
されない。一方、試験No.７は、試験No.５および６と同
じ噛み込み角（13.5°）での圧延条件であるが、洗浄水
の温度が50℃であるので、水圧が低くても洗浄効果があ
り、後行圧延材の噛み込み性が改善されている。

【００３１】試験No.８〜18は、噛み込み角を更に大き
くした（14.1〜15.°）例である。これらの実施例から
明らかなとおり、ロールに噴射する洗浄水の水温が50℃
以上であっても、噛み込み性が改善されない場合がある
が、洗浄水の吐出圧力を上げてロール表面に当たる洗浄
水の圧力を上げれば、後行圧延材の噛み込み性を改善す
ることができる。

【００３２】以上の結果から洗浄を温水の噴射によって
行う場合には、その温度を50℃以上に設定すれば、洗浄
条件によってロールが受ける衝撃力を調整することで、
後行圧延材の噛み込み性を改善することができる。

【００３３】なお、本試験では、圧延前の板厚が15mmの
圧延材を径が200mmのワークロールを使用して熱間潤滑
圧延を行った。この条件において試験No.12、14、16お
よび18では、圧下率46.7％で圧延可能であった。この条
件を、例えばワークロール径が800mmの実際の圧延機に
換算すると、ワークロール径が４倍であるので、板厚も
４倍の60mmの圧延材を圧下量28.0mm（60mm×0.467）で
圧延したことに相当する。従って、実際の圧延機を使用
する場合には、圧延前の板厚が40mmの圧延材を圧下率7
0.1％（（28.0mm／40mm）×100％）で圧延することがで
きる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、大きな設備改造をせず
に、広幅、薄物の難加工材であっても、噛み込み不良な
く、高荷重圧延することができるので、製造可能な圧延
材の範囲が拡大する。また、潤滑圧延による圧延荷重低
減効果により、ミルスタンド数が少ないコンパクトな熱
延仕上圧延機でも、高圧下圧延を実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の熱間圧延装置の一例を示す模式的側
面図である。

【符号の説明】

１．ワークロール、２．バックアップロール、３．圧延
潤滑用ヘッダ、４．ワークロール水冷用ヘッダ、５．ロ
ール洗浄用ヘッダ、６．防熱板、７．水切り板、８．圧
延材、９．検出装置、10．制御装置 、11．弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧延材の先端部がワークロールに噛み込ん
   だ後に、ワークロールへの圧延潤滑油の塗布を開始し、
   圧延材の後端部の圧延が完了するまで潤滑圧延を行い、
   先行圧延材の圧延が終了してから後行圧延材がワークロ
   ールに噛み込むまでの間に、先行圧延材の圧延の際にワ
   ークロールに付着した圧延潤滑油を除去することを特徴
   とする熱間圧延方法。
2. 【請求項２】圧延潤滑油の除去をワークロール、または
   ワークロールおよびバックアップロールに50℃以上の温
   水を噴射することによって行うことを特徴とする請求項
   １に記載の熱間圧延方法。
3. 【請求項３】ワークロールおよびバックアップロールを
   有する熱間圧延装置であって、ワークロールに圧延潤滑
   油を塗布する圧延潤滑用ヘッダ、ワークロールまたはワ
   ークロールおよびバックアップロールに付着した圧延潤
   滑油を高圧温水で洗浄するロール洗浄用ヘッダ、圧延材
   のワークロールへの噛み込み状態を検出する検出装置、
   およびロール洗浄用ヘッダへの高圧温水の供給を制御す
   る制御装置を備えることを特徴とする熱間圧延装置。