フィニッシングスタンド：鋼の圧延における主要設備と表面品質
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定義と基本概念
フィニッシングスタンドは、鋼製造プロセスにおいて重要な設備であり、主に熱間または冷間圧延の最終段階で使用され、鋼製品の所定の寸法、表面品質、機械的特性を達成するために設計されています。これは、鋼の帯またはシートに制御された変形を加え、特定の仕様を満たすためにその厚さ、形状、表面仕上げを精緻化するように設計されています。
基本的に、フィニッシングスタンドの目的は、次の処理または最終用途に適した正確な寸法公差と表面特性を持つ鋼を生産することです。これにより、最終製品が品質、強度、外観に関する業界標準に準拠することが保証されます。
全体の鋼製造チェーンの中で、フィニッシングスタンドは粗圧延および中間圧延ミルの後に位置しています。これは通常、冷却、切断、またはコーティングや焼き入れなどのさらなる処理の前の最後の圧延段階です。その役割は、半製品の鋼を完成した市場向け製品に変換する上で重要です。
技術設計と運用
コア技術
フィニッシングスタンドの背後にあるコアエンジニアリング原則は、圧縮およびせん断力を通じた鋼の制御された塑性変形です。スタンドは、指定された速度で回転するベアリングに取り付けられた高強度合金製の円筒状の要素であるロールを使用して、鋼の帯を通過させます。
主要な技術コンポーネントには、ロール自体、ロールベアリング、ロールチョック、およびロール駆動システムが含まれます。ロールは、最終製品の表面品質に影響を与える特定のプロファイルと表面仕上げで設計されています。油圧または機械システムは、ロールギャップと圧力を調整し、厚さの減少を正確に制御できるようにします。
主要な運用メカニズムは、ロールの同期回転を含み、鋼の帯はギャップを通じて連続的に供給されます。変形は、鋼がロールの間で圧縮されるときに発生し、その厚さが減少し、表面仕上げが改善されます。プロセスフローは、熱間または冷間の鋼の帯をスタンドに供給し、ロールを通過させ、所定の寸法で出口に出ることを含みます。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、ロールギャップ、ロール圧力、ロール速度、および潤滑条件が含まれます。典型的なロールギャップは、製品仕様に応じて数ミリメートルから数センチメートルの範囲です。ロール圧力は、表面欠陥や過度の摩耗を引き起こさないように、50から300 MPaの範囲内で維持されます。
ロール速度は通常、製品の種類と厚さに応じて10から100メートル毎分の間で変動します。高い速度は生産性を向上させますが、表面の欠陥を防ぐためには正確な制御が必要です。潤滑は、通常、水性エマルジョンまたは特殊な油を使用して摩擦を減少させ、表面欠陥を防ぎます。
制御システムは、厚さ、表面粗さ、温度などのパラメータを監視するためにリアルタイムセンサーと自動化を利用します。フィードバックループは、ロールギャップと圧力を動的に調整し、一貫した製品品質を維持します。高度な制御アルゴリズムは、プロセスの安定性を最適化し、欠陥を最小限に抑えます。
設備構成
典型的なフィニッシングスタンドは、段階的な減少を可能にするために、タンデム構成で一連のロールスタンドとして配置されています。各スタンドは、頑丈なフレームに取り付けられた上部および下部のロールで構成されており、調整可能なロールギャップがあります。標準的なスタンドの寸法は異なりますが、一般的にはロール直径が400-800 mm、長さが2-4メートルを含みます。
設計のバリエーションには、垂直、水平、またはユニバーサル（ユニバーサルスタンドは異なる圧延方向のために傾けたり調整したりできます）が含まれます。時間が経つにつれて、革新により、自動ロールギャップ調整と統合冷却システムを備えた連続フィニッシングミルの開発が進みました。
補助システムには、潤滑ユニット、油圧パワーパック、冷却システム、およびロール冷却スプレーが含まれます。これらのシステムは、スムーズな運転を確保し、過熱を防ぎ、設備の寿命を延ばします。
プロセス化学と冶金
化学反応
フィニッシングスタンドでの熱間圧延中、鋼は通常900°Cから1200°Cの高温で熱機械的変形を受けます。プロセス自体は化学反応を伴いませんが、冶金的変化に影響を与えます。
冷間圧延では、鋼は室温にあり、変形中に重要な化学反応は発生しません。ただし、環境が制御されていない場合、表面酸化が発生し、表面品質に影響を与える酸化物層が形成される可能性があります。
冶金的変化
フィニッシングスタンドでの熱間圧延は、粒子の細化や相変化を含む微細構造の変化を引き起こします。高温での変形は動的再結晶化を促進し、強度と靭性を高める細かい粒子を生成します。
冷間圧延では、作業硬化が発生し、転位密度と強度が増加しますが、延性は低下します。圧延後の熱処理は、応力を緩和したり延性を改善したりするために微細構造をさらに修正するために適用される場合があります。
鋼の相組成（フェライト、パーライト、ベイナイト、またはマルテンサイトなど）は、圧延中の熱的および機械的履歴によって影響を受けます。プロセスパラメータの適切な制御は、所望の微細構造とそれに続く機械的特性を確保します。
材料相互作用
熱間圧延中の鋼、スラグ、耐火物、および大気の相互作用は重要です。鋼の表面の酸化はスケールの形成を引き起こし、表面品質に影響を与える可能性があります。炉や圧延環境での耐火物の摩耗は、不純物を導入する可能性があります。
潤滑剤や冷却水からの汚染は、表面欠陥や腐食を引き起こす可能性があります。これらの相互作用を