ユニバーサルミル：鋼の圧延および仕上げプロセスにおける主要設備
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定義と基本概念
ユニバーサルミルは、鋼材業界で鋼のスラブ、ビレット、またはブルームをさまざまな完成品または半完成品に熱間または冷間で変形させるために使用される多用途の圧延機です。その主な目的は、単一の統合された機械またはプラントセットアップ内で、板、シート、ストリップ、構造セクションの圧延など、複数の種類の圧延操作を実行することです。
通常、連続鋳造や鋳塊鋳造などの一次製鋼プロセスの下流に位置するユニバーサルミルは、鋼の生産チェーンにおける中心的な処理段階として機能します。半完成鋼材を、次の加工や直接市場での使用に必要な正確な寸法と表面品質に変換します。
ユニバーサルミルの役割は、所望の機械的特性、寸法精度、表面仕上げを達成する上で重要です。初期の鋼形成と最終製品製造の間のギャップを埋め、効率的なスループットと高品質な出力を確保します。
技術設計と運用
コア技術
ユニバーサルミルの基本的な工学原理は、熱間または冷間圧延であり、鋼を一連のロールを通過させて厚さを減少させ、形状を変更します。コア技術は、高精度の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に依存しています。
主要な技術コンポーネントには以下が含まれます：
- ロール：通常、鍛造または鋳造鋼で構成されており、作業物に圧力をかける主要な要素です。ロールギャップとアライメントを制御するために調整可能なベアリングが装備されていることが多いです。
- ロール駆動システム：指定された速度でロールを回転させるモーター、ギアボックス、およびトルク伝達コンポーネントで構成されています。
- ロールスタンド：ロールを保持し、その動きをサポートするフレームで、ロールギャップ調整のための油圧または機械システムが装備されていることが多いです。
- 冷却および加熱システム：熱間圧延の場合、水スプレーまたは冷却ベッドが温度を管理し、冷間圧延の場合、前処理に加熱が関与することがあります。
- 自動化および制御システム：現代のユニバーサルミルは、ロールギャップ制御、テンション管理、プロセス監視を含む正確な操作のためのコンピュータ制御ユニットを組み込んでいます。
主な操作メカニズムは、鋼のスラブまたはビレットをロールギャップに供給し、ロールが圧力をかけて厚さを減少させ、材料を成形することです。材料は高い圧縮応力の下で塑性流動し、構造的完全性を維持しながら変形します。
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：
| 性能パラメータ | 典型的な範囲 | 影響要因 | 制御方法 |
|---|---|---|---|
| ロール速度 | 10–200 m/min | 材料の種類、製品の厚さ | 可変周波数ドライブ、速度センサー |
| ロールギャップ | 0.5–50 mm | 製品の寸法、材料の特性 | 油圧/空気圧アクチュエーター、ギャップセンサー |
| 温度（熱間圧延） | 900–1250°C | 鋼のグレード、所望の微細構造 | 熱電対、赤外線センサー、冷却制御 |
| テンションと力 | 50–2000 kN | 材料の厚さ、ロール圧力 | ロードセル、テンションメーター、フィードバック制御 |
プロセスパラメータは、最終製品の表面品質、機械的特性、および寸法精度に直接影響します。正確な制御は均一な変形を確保し、欠陥を最小限に抑え、スループットを最適化します。
制御システムは、リアルタイムセンサー、PLC（プログラマブルロジックコントローラー）、および高度なプロセス自動化を使用して安定した運用を維持します。フィードバックループは、材料の変動や設備の変動に対応するためにパラメータを動的に調整します。
設備構成
典型的なユニバーサルミルの設置は、製品の要件に応じて、逆転、連続、またはタンデム構成で配置された複数のロールスタンドで構成されています。
物理的な構成は以下のように異なります：
- 逆転ミル：作業物が同じロールセットを往復するもので、小規模から中規模の生産量に適しています。
- 連続ミル：直線状に配置された複数のスタンドを特徴とし、高容量出力のための一方向処理を可能にします。
- ユニバーサルミル：異なる圧延操作を実行できる調整可能なロールスタンドを備えて設計されることが多く、平面および形状圧延を含みます。
寸法は製品のサイズとスループット能力に依存し、ロールの直径は300 mmから1500 mm以上、長さは数メートルに及びます。
補助システムには以下が含まれます：
- 冷却ベッドまたはスプレーシステムによる温度管理。
- 潤滑システムによる摩擦と摩耗の低減。
- 切断およびカッティング装置による最終製品のサイズ調整。
- 自動化システムによるプロセス制御とデータ取得。
設計の進化は、自動化の増加、高速鋼や複合材料などのロール材料の改善、および精度と効率を向上させるためのデジタル制御の統合に焦点を当てています。
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、高温での酸化と脱炭です。鋼の表面は酸素と反応し、表面品質に影響を与える酸化物を形成します。
主な反応には以下が含まれます：
- 表面元素の酸化：Fe + O₂ → FeO、酸化スケールを