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、鋼製品の製造プロセスにおいて、半製品の鋼製品の厚さ、形状、表面品質を熱または冷間変形を通じて減少させるために使用される専門的な産業施設です。これは、スラブ、ビレット、またはブルームをシート、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の鋼製品に変換するために圧縮力を適用する一連の機械的ロールで構成されています。 圧延機の基本的な目的は、鋼が特定の工学的および構造的要件を満たすことを可能にするために、正確な寸法と表面仕上げを生産することです。これは、鋼の溶解と鋳造に続く重要な下流プロセスとして機能し、インゴットまたは連続鋳造スラブをさまざまな産業に適した使用可能な形状に変換します。 全体の製鋼チェーンの中で、圧延機は高炉または電気アーク炉による鋼の生産、連続鋳造、および二次精錬などの主要プロセスの後に位置しています。これは、寸法の正確さ、表面品質、および最終用途に必要な機械的特性を確保するための最終的な成形段階として機能します。 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て鋼を塑性変形させることです。この変形は、材料の断面積を減少させ、体積を大きく変えずに形状を変更します。 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、および冷却システム、潤滑ユニット、テンションデバイスなどの補助機器が含まれます。ロールは通常、高強度合金鋼または鋳物で作られ、高い応力と摩耗に耐えるように設計されています。 主な操作メカニズムは、鋼のワークピースをロールの間に供給することです。ロールは反対方向に回転します。材料が通過する際、ロールは圧縮力を加え、塑性変形を引き起こします。材料の流れは、所望の厚さと表面仕上げを達成するために慎重に制御されます。 材料は、圧延機の入口から流れ、各ロールスタンドを通過し、各スタンドで厚さを徐々に減少させたり形状を変更したりします。このプロセスは、圧延機のタイプに応じて連続または半連続であり、均一性を確保するためにロールギャップ、ロール速度、およびテンションを正確に制御します。 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、ロール速度、圧延温度、テンション、および潤滑が含まれます。典型的な熱間圧延は、1100°Cから1250°Cの間で操作され、冷間圧延は室温付近で行われます。 ロールギャップは最終的な厚さに直接影響します。狭いギャップは薄い製品を生産します。ロール速度は生産率と表面品質に影響を与え、製品とプロセス段階に応じて0.5から10メートル毎秒の範囲で変化します。 温度制御は熱間圧延にとって重要であり、材料の延性と微細構造に影響を与えます。過度の温度変動は、表面欠陥や内部応力を引き起こす可能性があります。テンションとロール力は、変形異常を防ぎ、均一な厚さを確保するために監視されます。 現代の制御システムは、センサー、PLC（プログラマブルロジックコントローラー）、およびSCADA（監視制御およびデータ取得）システムを使用して、パラメータを継続的に監視し、ロールギャップを調整し、プロセスの安定性を最適化します。 設備構成 典型的な圧延機は、通常「スタンドクラスター」と呼ばれる一連のロールスタンドで構成されています。各スタンドには、ベアリングに取り付けられたロールが含まれ、調整可能なロールギャップは油圧または機械的に制御されます。 物理的な寸法は広範囲にわたります。熱間スリップミルは、長さが数百メートルに及ぶことがあり、各スタンドは幅と高さが数メートルです。ロール自体は、製品サイズに応じて数メートルの直径になることがあります。 設計のバリエーションには、ロールの回転方向を変更できるリバースミルや、停止せずに単一のパスで操作する連続ミルが含まれます。現代のミルは、製品品質を向上させるために、ロール冷却システム、自動ゲージ制御、ロール曲げ装置などの高度な機能を組み込んでいます。 補助システムには、アンコイラー、リコイラー、冷却ベッド、および検査ステーションが含まれます。これらのシステムは、プロセス全体での材料の取り扱い、表面処理、および品質保証を促進します。 プロセス化学と冶金 化学反応 熱間圧延中の主な化学反応は、高温と大気中の酸素への曝露により鋼の表面での酸化と脱炭化です。これらの反応は、除去または最小化する必要がある表面スケールの形成を引き起こす可能性があります。 熱力学的には、酸化反応は高温で好まれ、鉄酸化物（FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄）が形成されます。反応速度は温度、酸素の部分圧、および表面の清浄度に依存します。酸化を減少させるために、保護雰囲気や不活性ガスが使用されることがあります。 反応生成物にはスケールやスラグが含まれ、これらはその後の処理中に除去されます。場合によっては、合金元素が圧延中に反応または分離し、微細構造や特性に影響を与えることがあります。 冶金的変化 熱間圧延は、動的再結晶、粒子の細化、相変化などの重要な冶金的変化を引き起こします。高温は、転位の移動や粒界の滑りなどの変形メカニズムを促進します。 微細構造の発展は、粗い一次微細構造がより細かい粒子に分解され、靭性と延性が向上します。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の形成などの相変化は、冷却速度と合金組成に依存します。 冷間圧延は、主に作業硬化とひずみによる微細構造の変化を引き起こし、強度を増加させるが延性