圧延機：鋼の生産と加工における必須設備

圧延機：鋼の生産と加工における必須設備

定義と基本概念 圧延機は、鋼の一次加工に使用される専門的な産業機械であり、一連の機械的変形プロセスを通じて半製品の鋼製品の厚さを減少させ、形状を変更します。鋼のビレット、スラブ、またはブルームを回転するロールのセットを通過させ、圧縮力を加えることで、所望の寸法と表面品質を達成します。 圧延機の基本的な目的は、大きく粗い鋼のインゴットや半製品の形状を、シート、プレート、ストリップ、バー、またはレールなどの完成品または半製品に変換することです。これは、鋼製造チェーンにおいて重要な役割を果たし、鋼の製造（高炉、転炉、または電気アーク炉）と、製造、コーティング、またはさらなる成形などの下流プロセスとの間のギャップを埋めます。 全体の鋼製造プロセスの流れの中で、圧延機は一次鋼生産と二次精製の段階の後に位置しています。これは、標準化された高品質の鋼製品をさまざまな産業用途に適した形で生産するための主要な成形およびサイズ調整装置として機能します。 技術設計と運用 コア技術 圧延機の背後にあるコアエンジニアリング原則は、回転するロールを介して制御された圧縮力を適用し、鋼を塑性変形させることです。この変形は、塑性および金属流動の原則に従って、断面積を減少させながら長さを増加させます。 主要な技術コンポーネントには、ロール自体、ロールスタンド、駆動システム、および補助装置が含まれます。ロールは通常、高強度合金鋼または鋳造品で作られ、高い応力と摩耗に耐えるように設計されています。ロールスタンドはロールを収容し、ロールギャップ、アライメント、および圧力を調整するメカニズムを提供します。 主要な運用メカニズムは、ロールの同期回転を含み、これにより鋼が圧延機を通過する際に掴み引っ張ります。材料は入口側から流れ込み、ロールの間を通過する際に変形し、厚さが減少したり形状が変更された製品として出口に出ます。このプロセスは連続的で、鋼は常に圧延機に供給され、製品は下流で収集されます。 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、圧延速度、ロール圧力、および温度が含まれます。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までの範囲です。圧延速度は、スループットと製品品質のバランスを取るために、0.5から20メートル毎秒まで変動することがあります。 高い圧延速度は生産性を向上させますが、適切に制御されない場合、表面欠陥や内部応力を引き起こす可能性があります。温度管理は重要であり、熱間圧延は再結晶点（鋼の場合約1100°C）を超える温度で行われ、冷間圧延は室温またはそれに近い温度で行われます。 制御システムは、高度なセンサー、自動化、およびフィードバックループを利用して、ロール力、温度、変形率などのパラメータを監視します。これらのシステムは、製品品質を最適化し、欠陥を最小限に抑え、効率を最大化するためにリアルタイムで調整を可能にします。 設備構成 典型的な圧延機の構成には、二高、四高、クラスター、またはタンデムミルが含まれ、それぞれ特定の用途に適しています。二高ミルは、粗加工または大きな減少に適した二つの水平ロールで構成されています。四高ミルは、より大きなバックアップロールによって支えられた小さな作業ロールを組み込み、より良い表面仕上げと寸法精度を提供します。 現代のタンデムミルは、連続的で高速なストリップまたはシート製品の圧延を可能にするために、順次配置された複数のスタンドを特徴としています。物理的な寸法は広範囲にわたり、小型ミルではロール直径が300 mmから、大型の重-dutyインストールでは2メートルを超えることがあります。 補助システムには、ロール冷却および潤滑、油圧ロールギャップ調整、テンション制御装置、および自動化システムが含まれます。これらのコンポーネントは、安定した運用、正確な制御、および機器の寿命を延ばすことを保証します。 プロセス化学と冶金 化学反応 熱間圧延中の主要な化学反応は、表面元素の酸化と高温での脱炭です。鋼は酸素、窒素、および他の大気中のガスと反応し、表面品質に影響を与える酸化物や窒化物を形成します。 熱力学的には、酸化反応は温度と酸素部分圧によって駆動され、高温で表面酸化物が急速に形成されます。反応速度は鋼の組成と雰囲気制御に依存し、酸化を最小限に抑えるために不活性または還元雰囲気が使用されます。 重要な反応生成物には、スケール除去プロセスで除去可能な酸化鉄（FeO、Fe2O3）が含まれます。副産物としてスラグやスケールが生成され、汚染や表面欠陥を防ぐために管理が必要です。 冶金的変化 圧延中の主要な冶金的変化には、動的再結晶、粒子細化、および相変化が含まれます。高温での熱間圧延は再結晶を促進し、靭性と延性を向上させる微細な微細構造をもたらします。 鋼が熱間圧延後に冷却されると、冷却速度や合金元素に応じて、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の微細構造の発展が見られます。これらの変化は、強度、硬度、成形性などの機械的特性に直接影響を与えます。 冷間圧延は作業硬化を引き起こし、強度と硬度を増加させますが、延性は減少します。続くアニーリングは、内部応力を緩和し、微細構造の回復を促進することで延性を回復させることができます。 材料相互作用 鋼、スラグ、耐火物、および雰囲気間の相互作用は、プロセスの安定性にとって重要です。高温圧延中、酸化や脱炭は表面欠陥や特性の変動を引き起こす可能性があります。