ロールフォースシステム：鋼の圧延プロセスにおける精度に不可欠
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定義と基本概念
ロールフォースシステムは、熱間または冷間の鋼の圧延中に圧延機によって加えられる力を適用し、管理するための機械的および制御コンポーネントの統合セットを指します。これらのシステムは変形プロセスに不可欠であり、スラブ、ブルーム、またはビレットの断面を所定のストリップまたはシートの寸法に減少させることを可能にします。
鋼の製造チェーン内で、ロールフォースシステムは主な加工の仕上げ段階に位置し、特に熱間ストリップミル、プレートミル、冷間圧延ミルなどの圧延機において重要な役割を果たします。これらは、鋼に加えられる圧力と変形を制御することによって、ストリップの厚さ、表面品質、金属組織特性に直接影響を与えるコアメカニズムとして機能します。
ロールフォースシステムの主な目的は、高い機械的負荷の下で鋼材料の正確で安定した均一な変形を確保することです。これにより、入力原材料を指定された寸法と特性を持つ完成品または半製品に変換し、上流の加熱または鋳造プロセスと下流の仕上げまたはコーティング操作との間の重要なリンクを形成します。
技術設計と運用
コア技術
ロールフォースシステムの基礎となる工学原理は、弾性および塑性変形、摩擦、力の伝達の力学に基づいています。システムは、変形速度と均一性を制御しながら、鋼を塑性変形させるのに十分な力を生成する必要があります。
主要な技術コンポーネントには以下が含まれます：
- 油圧または機械アクチュエータ：これらは、油圧シリンダーまたは機械的スクリュー機構を介して、作業物に対してロールを押すための主要な力を提供します。
- ロールとロールチョック：ロールは、運転中にロールを支持し、ガイドするチョック内に取り付けられた精密加工されたシリンダーです。
- 力測定装置：ロードセル、ひずみゲージ、または油圧圧力センサーが、リアルタイムで加えられた力を監視します。
- 制御システム：デジタルコントローラーとソフトウェアアルゴリズムがフィードバックに基づいて力を調整し、安定した運転と所定の製品仕様を確保します。
主な運転メカニズムは、油圧圧力または機械的レバレッジを介して制御された力を適用し、その力がロールを通じて鋼を変形させることです。この力の下で材料は塑性流動し、断面積を減少させながら寸法精度を維持します。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には以下が含まれます：
- 適用ロールフォース：通常、小型冷間圧延ミルでは50 MN（メガニュートン）から、大型熱間ストリップミルでは300 MNを超える範囲です。
- 圧延速度：通常、プロセス段階に応じて0.1 m/sから10 m/sの間です。
- ロールギャップ：ロール間の距離で、数ミリメートルから数センチメートルまで調整可能です。
- 潤滑と冷却：摩擦と熱応力を減少させるために不可欠であり、流量はプロセス条件に合わせて調整されます。
これらのパラメータは相互依存しており、たとえば、ロールフォースを増加させると一般的に変形が促進されますが、より高い熱負荷や機器の摩耗を引き起こす可能性があります。制御システムはリアルタイムセンサーを利用して、力やその他のパラメータを動的に調整し、製品品質と機器の安全性を維持します。
設備構成
典型的なロールフォースシステムは、ロール幅全体に均一に力を加えるために配置された複数の油圧または機械アクチュエータで構成されています。システムの物理的寸法はミルのサイズに依存し、大型の熱間ストリップミルは300 MNを超える力を加えることができる巨大な油圧プレスを備えています。
設計のバリエーションには以下が含まれます：
- 油圧ロールフォースシステム：現代のミルで最も一般的で、正確な力制御と迅速な応答を提供します。
- 機械ロールフォースシステム：古いまたは特殊なミルで使用され、スクリューまたはレバー機構に依存します。
- ハイブリッドシステム：油圧と機械要素を組み合わせて最適な性能を実現します。
補助システムには以下が含まれます：
- 冷却および潤滑ユニットは熱負荷を管理します。
- 力分配プレートは均一な力の適用を確保します。
- 緊急停止および安全インターロックは機器の損傷や事故を防ぎます。
プロセス化学と冶金
化学反応
圧延中、主要な化学反応は最小限ですが、プロセスは鋼の微細構造と表面化学に影響を与えます。熱間圧延では、高温と大気中の酸素への曝露により鋼の表面が酸化し、磁鉄鉱（Fe₃O₄）や赤鉄鉱（Fe₂O₃）などの酸化スケールが形成されます。
熱力学の原則は、酸化反応が通常1000°C以上の高温で好まれることを示しています。反応速度は温度、酸素の部分圧、表面条件に依存し、酸化スケールの形成は温度と曝露時間の増加に伴って増加します。
冷間圧延では、化学反応は無視できるほどですが、環境が制御されていない場合、表面の汚染や酸化が発生する可能性があります。
冶金的変化
圧延は重要な冶金的変化を引き起こします。これには以下が含まれます：
- 微細構造の精製：変形により結晶粒が伸長し、加工硬化が進み、強度と硬度が増加します。
- 相変化：特定の鋼では、熱間圧延後の制御冷却がバイナイトやマルテンサイトの形成を促進し、靭性や延性に影響を与えます。
- 再結晶化：変形後の熱処理や制御冷却により再結晶化が誘発され、延性が回復