冷延鋼板用給油機における3Mミルロールの応用

まえがき

攀枝花新鋼鉄・バナジウム有限公司冷延工場の熱間圧延酸洗コイル生産ラインは2004年に完成し、稼働を開始しました。攀枝花鉄鋼の全体計画に基づき、2006年に成都支社に単段式圧延機ユニットが建設されました。この圧延機の原料となる鋼板コイルは、攀枝花鉄鋼冷延工場の熱間圧延酸洗コイル生産ラインから供給されます。当該ユニットの製品は錆防止のために圧延油を使用する必要があり、後工程の圧延エマルジョンと互換性を持たせる必要があります。ユニットには元々静電式オイラ1台とローラーオイラ1台が設置されていましたが、静電式オイラは圧延油の塗布効率が低いため、元のローラーオイラは工場の酸洗・圧延複合ユニットから流用されています。改修プロジェクトでオフラインとなった遊休設備の性能は生産要件を満たしていません。そのため、優れた性能を持つハイテク製品である3Mミルローラーを用いて、既存のローラー給油装置を改造しました。

元のローラー給油機に存在する問題点

ローラー給油装置の構造原理は図1に示されている。

給油機が使用されると、上部のローラー群が押し下げられ、下部のローラー群が持ち上げられるため、鋼帯と給油ローラーの間に一定の巻き付き角が形成されます。給油ローラーと浸漬ローラーはいずれも受動ローラーであり、鋼帯によって駆動されます。オイルスプレーアプリケーターは潤滑システムから給油ローラーにオイルを噴射し、両ローラーが互いに圧着することで、給油ローラーから浸漬ローラーへオイルが移動します。その後、浸漬ローラーが鋼帯表面に均一にオイルを塗布します。過剰なオイルはタンクに回収され、回収タンクへ流れます。

酸洗・圧延複合ユニットの改造後、給油装置の技術性能要件が向上した。具体的なパラメータは表1に示されている。

酸洗・圧延複合ユニットの改造前、鋼板表面の帯状の無油膜欠陥を防ぐために、給油装置の燃料噴射装置が改良された。これにより、給油ローラー上に液体がより均一に噴霧され、局所的な無油状態の問題が解決された。しかし、給油機には依然として以下の問題がある：

製品の幅が不足している：ユニットの最大製品幅は1150mmであるが、改造後は完成したストリップ鋼の最大幅が1300mmとなることが求められている。
メンテナンスが困難です：このユニットでは、帯鋼のトリミングのために給油機の前にディスクカッターがあり、幅方向の長さを調整します。トリミング後の帯鋼の端にはバリがあり、これが給油ローラーを損傷させます。給油ローラーはフェルトローラーであり、帯鋼の端で切れやすく、糸くずやほつれが発生します。頻繁に交換する必要があり、メンテナンス期間も短いです。
塗油量の制御が難しい：塗油が不均一であるため、局所的な無油を避けるために過剰に油を追加し、その結果、他の部分では局所的に油膜が厚くなりすぎ、包装工程に影響を与え、油消費量も増加している。
元の潤滑システムが故障しており、制御システムの精度が低く、保守用のスペアパーツの調達も困難である。
以上から、元の給油機は熱間圧延酸洗コイル生産ラインの改造後の生産ニーズを満たせず、改造が必要であることがわかる。

改造

オイルローラーは、給油機の主要部品です。給油品質を向上させ、オイルローラーの寿命を延ばすため、3Mミレニアムローラーが使用されています。さらに、ストリップ幅の増加に伴い、元の給油キャビネットの幅、上下の給油ローラーの長さ、浸漬ローラーの長さ、および注入装置の長さを拡大する必要があります。また、油圧潤滑設備やその他の配管を再配置し、給油潤滑システムと周期制御システムをすべて再設計・製造する必要があります。詳細は以下の通りです：

上下給油ローラー

オイリングローラーは今回の改造の焦点です。元のフェルトロールは耐用年数が短く、給油量の調整も難しいため、生産コストと設備コストの両方が高く、継続使用には適していません。優れた性能を持つハイテク製品である3Mミレニアムローラーを特別に採用しました。
製品の性能は以下の通りです：

高強度の不織布繊維で構成されています。一定の温度、湿度および圧力下では、切断部に自己修復能力があります。その多孔質の不織布構造は、ある程度の吸水性と油分を含んでいます。油は押し出しによってコイルに間接的に塗布することができ、必要な油膜量はミレニアムローラーの密度、クランプ圧力およびコイル速度によって制御できます。したがって、コイル表面への給油および吸収効果は、従来のゴムローラーやフェルトローラーに比べて優れています。
多孔質で、汚れが不織布の構造内に少量浸透するため、コイルに生じる傷や汚染を軽減できます。
従来のゴムローラーやスチールローラー、フェルトローラーにはない高い摩擦特性を備えています。この特長により十分な摩擦力を確保し、ローラーの滑りを効果的に防止するとともに、コイル表面への二次的な傷を回避できます。
表2は、3Mミレニアムローラーと従来のゴムローラーおよびフェルトローラーとの性能比較を示しています。
今回の改造で使用した3Mミレニアムローラーの技術仕様は表3に示されています。

新規製作のオイルコーティング潤滑システム

元の潤滑システムは長期間の使用により故障しており、再設計・製作が必要です。新システムの動作原理は図2に示されています。

このシステムには以下の特徴があります：

バルブはポンプの給油と排出を制御します。給油室から戻ってくる過剰なオイルは重力の作用で回収タンクに流れ込みます。回収されたオイルはろ過され、給油ポンプによってメインタンクへ送られ再利用されます。
清浄度管理：システムには吸引フィルター、圧力オイルフィルター、およびオイル回収フィルターが装備されています。また、メイン燃料タンクと回収燃料タンクにはエアフィルターも設置されており、オイルの清浄度を確保し、ノズルの目詰まりを防ぎます。
主燃料タンクの液面制御：燃料タンクの液面をリアルタイムで検出し、遠隔信号を出力し、給油ポンプと連動制御を行います。レベルゲージ4が上限に達すると、給油ポンプは自動（または手動）で給油を停止し（操作ボックスで状態を表示）、下限に達すると給油ポンプは自動（または手動）で給油を開始します。また、下限に達した場合、燃料噴射ポンプは停止し、警報を発します。
回収燃料タンクの液面制御：燃料タンクの液面をリアルタイムで検出し、遠隔信号を出力し、給油ポンプとの連動制御を行います。レベルゲージ2が上限に達すると、自動的にメイン燃料タンクへ給油が行われ、下限に達すると警報が発せられます。下限に達した際には、給油ポンプは自動的に給油を停止し、警報を発します。
温度制御：メインオイルタンクには、遠隔信号出力機能を備えた油温検出器が装備されています。オイルタンクの電気ヒーターは閉ループ制御を実現しています。油温が20℃未満の場合、電気ヒーターは自動的に作動し、40℃を超えると自動的に停止します。これにより、油温が一定範囲内で安定していることを確保します。

電気制御システムの改修

元の潤滑制御システムは、制御精度が低く、保守用のスペアパーツの調達が困難であるため、設計・製造をやり直す必要があります。PLC S7-200制御システムを単独で使用し、以下の機能を実現します：

潤滑システムを手動で起動し、燃料噴射ポンプを低速で運転させ、ソレノイドバルブの電源を切って、オイルを無負荷状態で循環させます。
PLCは、ストリップ鋼の走行アナログ信号（4-20mA）とソレノイドバルブのスイッチ信号（受動接点）を供給し、DCガバナーとの閉ループを形成します。給油機制御盤は、ストリップの走行速度のアナログ信号に応じてDCガバナーによって調整され、モーターの回転数が燃料噴射ポンプの流量を制御します。制御盤にはモーター回転数のデジタル表示があります。
制御盤には手動・自動切替機能が備わっています。手動制御モード（現場手動優先）では、オペレーターはPLCから提供されるストリップ速度のアナログ信号に依存せず、モータ速度を手動で調整して燃料噴射ポンプを制御します。自動制御モードでは、燃料噴射ポンプの燃料供給量はユニットのストリップ速度に比例します。作業システムが故障した場合、待機ポンプが自動的に起動します。潤滑システムが起動後、または運転中にPLCから提供されるストリップ速度信号が10分間受信されない場合、潤滑システムは自動的に停止します。
システム警報、故障リセット；主要パラメータの表示およびパラメータ設定。

その他の関連設備の改修

プロジェクトの実施時間を節約するために、元の給油機を使用して台座を設置することが決定されました。台座の元の取り付け穴のサイズに従い、幅を150mm拡大し、新しい給油キャビネットを設計しました。
オイルローラーの機能は、注油装置からオイルローラーへ潤滑油を移送することです。浸漬ローラーの元の構造に従って、長さを150mm増やすだけで済みます。再設計および製造を行います。
給油機本体の改造に伴い、元の油圧・空圧・潤滑機本体の配管も変更し、再配管する必要があります。

改造後の性能

給油機の改造は2006年6月に完了し、稼働後は生産要件を満たしました。3Mミレニアムローラーには明らかな損傷が見られず、給油機のその他の部分も正常に動作していました。
ローラー式オイラーの固有の欠点により、攀枝花鉄鋼冷延工場の他の設備は基本的にこれを廃止し、静電式オイラーに置き換えました。しかし、優れたミレニアムロールの使用により、この変更は良好な成果を上げており、ローラー式オイラーが冷延工場において一席を占めるようになりました。ミレニアムロールの実際の使用状況によれば、これは亜鉛めっきラインにも適用されています。