韓国エバーパワー・アプリケーションエンジニアリングガイド
製鉄所の圧延および加工用ウォームとウォームホイール
摂氏1,150度の25トンの鋼板が、120個の駆動ローラーを備えたテーブル上を転がる。各ローラーの駆動部（ウォームギアのペア）は、300mm上にある高温の鋼板からの輻射熱を吸収し、鋼板表面から降り注ぐ酸化鉄スケールの雨をはじき、180バールの高圧で噴射されるスケール除去水にも耐える。この過酷な環境こそが製品であり、90秒ごとに通過する。
製鉄所では、ローラーテーブル駆動、コイル巻き取りマンドレル駆動、冷却ベッド移送、ロールギャップねじ込み機構などにウォームギアペアを使用しています。これらはすべて、摂氏200～1,200度の鋼製品の近くで動作します。高温鋼加工マトリックスでは、駆動装置を対象とする製品温度ゾーン（高温、温暖、低温）ごとに分類し、各ゾーンを駆動装置周辺の周囲温度、必要な冷却方法、酸化鉄スケールに対するシール保護、および材料仕様にマッピングします。熱源が静的（オーブン、キルン）なパン屋やセメント工場とは異なり、製鉄所の熱は過渡的です。摂氏1,150度の鋼板がローラーテーブル駆動装置を1パスあたり2～5秒間通過するため、標準的な連続暴露ウォームギア仕様では捉えられない熱衝撃サイクルが発生します。製品から落下するスケール（800度以上の高温で剥離する酸化鉄Fe₃O₄）は、高温研磨剤であると同時に化学汚染物質でもあるため、他のどの産業の粉塵対策にも匹敵しない、遮蔽された迷路状の構造が必要となる。
製鉄所ではウォームギア駆動装置が使用されている。
製鉄圧延工場には、数百個の個別に駆動されるローラーがあり、熱間鋼を圧延スタンド間、脱スケールステーション、冷却ベッド、そしてコイルへと搬送・位置決めします。各ローラーには、モーター速度（通常1,450 RPM）をローラー速度（工場セクションによって10～200 RPM）に変換するウォームギア駆動装置が必要です。ローラーテーブル、ランアウトテーブル、冷却ベッドレーキ駆動装置、およびスクリューダウン機構において、ローラーピッチ間隔（ローラー中心間300～600 mm）が狭いため、90度のモーター方向が収まる箇所では、ウォームギアペアがこの減速機能を果たします。
圧延機の主駆動部には、高出力のヘリカルギアボックスまたは遊星ギアボックス（500～5,000kW）がウォームギアペアには大きすぎるため、ウォームギアペアではなく高出力のヘリカルギアボックスまたは遊星ギアボックスが使用されています。しかし、圧延機のローラーテーブルや補助装置には、1台あたり50～200個のウォームギアペア駆動部が使用されており、これはこの30回シリーズの他のどの単一用途よりも総数が多くなっています。
高温鋼加工マトリックス - 製品ゾーンが仕様を推進
製鉄所の熱と他の高温用途（パン工場A14、セメント工場A25）との決定的な違いは、製鉄所の熱は製品によって伝わる一時的なものであるという点です。1,150度のスラブがローラーテーブルのウォームギアペアを2～5秒間通過し、その後60～120秒後に次のスラブが到着します。駆動ハウジングの温度はスラブの通過ごとに変動し、通過ごとに5～15℃上昇し、通過の合間に冷却されます。この熱サイクルは、パン工場やセメント工場における定常状態の高温よりも、ウォームギアのシールやオイルに遥かに大きなダメージを与えます。
このマトリックスは、低温ゾーン仕様と高温ゾーン仕様のコスト差が3～5倍であることを示しており、これは主に冷却システム（ウォータージャケットまたはオイル循環により、ドライブ1台あたり1,500～4,000米ドルが追加）とスケール防止（水洗浄リングは、単純なラビリンスに比べて200～500米ドルが追加）によるものです。120台のローラーテーブルドライブを備えた製粉所では、高温ゾーンに30台、温間ゾーンに40台、低温ゾーンに50台ある可能性があります。120台すべてのウォームギアドライブを高温ゾーンレベルで指定すると、低温ゾーンドライブに不要な冷却装置に約12万米ドルが無駄になります。
酸化鉄スケールと高圧スケール除去水
スケールは特有の汚染物質である。 高温の鋼材が空気と接触すると、表面が酸化して酸化鉄スケール（Fe₃O₄）が形成されます。これは硬くて脆い層で、圧延機を通過する際に鋼材表面から剥がれ落ちます。2～10mmの大きさのスケール片は、600～1,000℃の高温で製品から落下し、下のローラーテーブルの駆動部に付着します。この高温スケールは、高温の飛翔体（接触すると標準的なゴム製シールを溶かすことができる）、研削材（モース硬度6、セメント粉よりも硬い）、そして化学的汚染物質（冷却水に溶解してpH3～5の酸性水酸化鉄スラリーを形成する）という3つの損傷メカニズムを併せ持つ汚染物質です。これら3つの損傷メカニズムすべてを併せ持つ汚染物質は、他のどの産業にも存在しません。
ウォームギア対ハウジングのスケール防止。 高温域駆動装置では、ハウジング上部に鋼製のスケール偏向シールドを設置し、落下するスケールがシールに接触する前に遮断する必要があります。このシールドは交換可能でなければならず（高温スケールの衝突が繰り返されることで摩耗するため）、スケールがシャフト入口から遠ざかるように角度が付けられている必要があります。シールドの背後には、ラビリンスシールからスケール粒子を継続的に洗い流す水洗浄リングがあり、シール接触面を摩耗させるスケールの蓄積を防ぎます。
水垢除去における水との相互作用。 圧延前に150～200バールの高圧脱スケールスプレーで鋼材表面のスケールを除去します。このスプレーは、高温の水、蒸気、および破砕されたスケール粒子からなる霧を発生させ、ローラーテーブルの駆動部を覆います。ウォームギアペアのハウジングは、この環境に継続的に耐えなければなりません。標準的な塗装システムでは、6～12か月以内に劣化してしまいます。高温域のハウジングには、鋳鉄むき出し、または亜鉛メッキコーティング（塗装なし。塗装は熱サイクルによって剥がれるため）が使用され、壁厚には犠牲腐食代が組み込まれています。
年間300万トンを生産する韓国の熱間圧延工場は、仕上げスタンドとコイル巻き機の間にある80台のランアウトテーブルローラー駆動装置にウォームギアペアを指定しました。ランアウトテーブルは温帯（仕上げスタンド出口での製品温度600～850℃、コイル巻き機での冷却温度500～650℃）に使用されます。駆動装置の周囲温度は80～110℃です。当初の仕様では、標準のFKMリップシールとスケールシールドなしの鉱物EPオイル（ISO VG 320、90℃定格）を使用しており、駆動装置1台あたり420米ドルというコスト競争力のあるオプションでした。18か月以内に、80台の駆動装置のうち22台が故障しました。鉱物オイルは熱サイクル環境で酸化し、リップシールはスケール粒子によって侵食され、スケールスラリーがハウジング内に入り込んでいました。交換仕様には、スケール偏向シールド（1個あたり180米ドル）、水洗浄リング（1個あたり250米ドル）、ラビリンスシール（リップシールの交換、1個あたり85米ドル追加）、合成PAGオイル（充填1回あたり45米ドル追加）が追加されました。ドライブ1台あたりのアップグレード総額：560米ドル。これにより、1台あたりのコストは420米ドルから980米ドルに増加しました。3年後のアップグレード後の検査：80台のドライブすべてで故障ゼロ。80台のドライブに対する560米ドルのアップグレード（合計44,800米ドル）により、交換用ドライブに約35,000米ドル、ローラーテーブルセクションの停止による生産遅延に180,000米ドルの費用がかかった22件の早期故障が防止されました。教訓：処理マトリックスからの最小熱ゾーン仕様にはスケール保護を含める必要があります。スケール侵入経路に対処せずに適切なオイルと冷却を選択しても、熱管理の仕様を不足させるだけの場合と同じ故障率になります。
製鉄所用ウォームギアペア仕様事例3件
事例1 — 韓国の熱間圧延工場：80台のランアウトテーブル駆動装置、温間ゾーン、スケール防止機能付き
韓国の熱間圧延工場（上記エンジニアリングデスクノート参照）は、仕上げスタンドとコイラー間のランアウトテーブル用に80個のウォームギアペア駆動装置を指定しました。ローラー速度：60～180 RPM（ストリップ速度に応じて可変）。モーター：5.5 kW、1,450 RPM。減速比：10:1（2スタート - ローラーテーブルではセルフロックは不要。モーターが停止するとローラーはフリーホイール）。出力トルク：ローラー1個あたり120 N·m。修正仕様：2スタート、モジュール3、中心距離80 mm。材質：硬化合金鋼ウォーム、リン青銅ホイール。スケールシールド＋水洗浄リング＋ラビリンスシール。オイル：合成PAG ISO VG 320、外部クーラーによるオイル循環（10個の駆動装置グループで共有）。駆動装置1個あたりのコスト（保護装置込み）：980 USD。80個の駆動装置の合計：78,400 USD。この製鉄所は卸売価格で1トンあたり90米ドルのストリップを生産しており、ランアウトテーブルの停止1時間ごとに約27,000米ドルの生産損失が発生していた。
事例2 — 日本の線材圧延機：コイル巻き取りマンドレル駆動、ホットゾーン、水冷式ハウジング
日本の線材圧延工場は、4 台のコイラーマンドレル駆動装置用にウォームギアペアを指定しました。コイラーは、仕上げブロックの出口で熱線材 (直径 5.5 ～ 16 mm) をコイル状に巻き取ります。コイラーでの線材温度は 900 ～ 1,050 ℃ です。マンドレル駆動装置は、巻き取りポイントの真下に位置し、巻き取り中の周囲温度は 160 ～ 190 ℃ でした (この 30 回の連載記事の中で最も高温のウォームギアペア環境)。ウォームギアペア: シングルスタート (巻き取り中にコイル張力を保持するためにセルフロックが必要)、モジュール 5、中心距離 125 mm、比 30:1。出力トルク: 650 N·m (線材張力 × マンドレル半径)。冷却: 連続冷却水循環を備えた水ジャケットハウジング (周囲温度 180 ℃ にもかかわらず、ハウジングは 85 ℃ に維持)。オイル：PFPEパーフルオロエーテル（250℃までの耐熱性 – 冷却システムのあらゆる中断に対して極めて高い安全マージンを提供）。スケール防止：駆動部を覆うフルスチール製シュラウド、シュラウド開口部にウォータースプレーカーテンを装備。ウォームギアペア（ウォータージャケット付き）あたりの価格：4,200米ドル。PFPEオイル充填：380米ドル。詳細を見る 工業用ウォームギア減速機 製鉄所のローラーテーブルおよびコイル巻き取り機用途向けのオプション。
事例3 — ベトナムの鉄筋圧延機：冷却ベッドレーキ駆動、コールドゾーン、標準仕様
ベトナムの鉄筋圧延工場は、8 台の冷却ベッドレーキ駆動装置用にウォームギアペアを指定しました。冷却ベッドは、600 ～ 800 ℃ の完成鉄筋を受け入れ、鉄筋が結束のために 100 ℃ 以下に冷却されるまで、往復レーキを使用してベッド全体に横方向に搬送します。レーキ駆動装置は冷却ベッドの格子の下に設置され、残留放射熱を受けますが、製品と直接接触することはありません。レーキ駆動装置での周囲温度: 45 ～ 65 ℃ (低温ゾーン - 鉄筋はレーキ位置に到達する前に高温ゾーンを通過して冷却されています)。ウォームギアペア: シングルスタート、モジュール 4、中心距離 100 mm、減速比 40:1。出力トルク: 800 N·m (レーキ質量 × 摩擦)。冷却: 自然対流 (周囲温度 65 ℃ で十分)。スケール保護: エアパージ付きラビリンスシール (緩んだスケール粒子は冷却ベッドの格子を通って駆動装置に落下します)。オイル：鉱物油 EP ISO VG 320。1ペアあたりのコスト：480米ドル。8台のドライブの合計：3,840米ドル。この事例は、すべての製鉄所のドライブが高温ゾーン仕様を必要とするわけではないことを示しています。冷却ベッドの低温ゾーンは、スケール防止機能を追加した標準的な工業環境と同等の条件で動作します。
よくある質問
Q：製鉄所のローラーテーブルの駆動装置に2条のウォームギアが使用されるのはなぜですか？
ローラーテーブル駆動装置にはセルフロック機構は不要です。モーターが停止するとローラーが安全にフリーホイール状態になるため、高温の鋼板は損傷を受けることなくフリーホイール状態のローラー上を滑走します。2 スタート仕様では、効率が 40 ～ 48 パーセント (シングルスタート) から 65 ～ 72 パーセント (2 スタート) に向上し、モーターの発熱が軽減され、既に高温の環境下でのオイル寿命が延びます。工場 1 台あたり 80 ～ 120 台のローラーテーブル駆動装置で効率が向上すると、総電力 50 ～ 150 kW が節約され、年間 6,000 時間以上の稼働で大幅な運転コスト削減につながります。ただし、コイルマンドレル駆動装置とねじ込み機構は、それぞれセルフロック張力保持と位置保持のためにシングルスタートでなければなりません。
Q：熱衝撃サイクルは、定常状態の高温とどのように異なるのですか？
定常状態の高温（ベーカリー、セメント工場など）では、ウォームギアアセンブリ全体が熱平衡状態に達し、すべての部品が均一に膨張します。熱衝撃サイクル（製鉄所のスラブ通過など）では、ハウジング上面が急速に加熱される一方で下面は低温のままとなり、ハウジング内部に温度勾配が生じて熱膨張の差が発生します。この熱膨張の差によって、各サイクルでシール接触面に異なる応力がかかります（高温側はシールを膨張・圧縮し、低温側は静止状態を保ちます）。1日に数千回のスラブ通過を繰り返すと、シールの圧縮サイクルによって標準的なゴム製シール材の疲労が加速されます。そのため、製鉄所のウォームギアペアのシールは、リップシール（接触型、疲労しやすい）ではなく、ラビリンスシール（非接触型、疲労なし）が採用されています。
Q：水洗リングなしでスケールによる損傷を防ぐことはできますか？
温部および冷部では、圧縮空気パージ（0.3～0.5バール）でラビリンスシールへのスケール付着を防ぐのに通常は十分です。高温部では、高温のスケール粒子（摂氏600～1,000度）がラビリンス通路に溶け込み、空気の流れを遮断する硬い皮膜として固まる可能性があるため、空気パージだけでは不十分です。水洗浄リングは、スケール粒子を軟化点以下に冷却し、付着する前に洗い流します。水の流量は低く、駆動部あたり毎分2～5リットルで、水はローラーテーブルの下にある同じスケール収集チャネルを通って排出されます。
質問：製鉄所のウォームギア駆動装置には、どのくらいの間隔でオイル交換が必要ですか？
高温ゾーン：3～6か月ごと（合成油であっても、熱サイクルによって油の酸化が促進されます）。温暖ゾーン：6～12か月ごと。低温ゾーン：12～18か月ごと。これらの間隔は、油分析によるモニタリングを前提としています。酸価が2.0 mgKOH/gを超える場合、水分含有量が0.5%を超える場合（スケール除去水の浸入による）、または鉄含有量が100 ppmを超える場合（スケール汚染またはギアの摩耗促進を示す）は、直ちに交換してください。集中型ウォームギア油循環システム（1つのクーラーで10～20の駆動装置をカバー）を備えた製鉄所では、油量が多いため汚染物質の希釈が遅くなるため、間隔を30～50%延長できます。
Q：製鉄所のウォームギアペアの一般的な耐用年数はどれくらいですか？
適切な温度ゾーン仕様とスケール保護により、高温ゾーンは3～5年、温暖ゾーンは5～8年、低温ゾーンは8～12年の寿命があります。スチール製ウォームの寿命は、すべてのゾーンで6～15年です（ウォームはブロンズ製ホイールよりも硬く、耐食性に優れています）。高温ゾーンのウォームギア駆動装置における寿命制限要因は、ブロンズ製ホイールの熱サイクル疲労です。繰り返し加熱と冷却を行うことで、15,000～30,000回の熱サイクル後に歯面に微細な亀裂が生じます。温暖ゾーンと低温ゾーンでは、スケール汚染による摩耗が寿命制限要因となります。これは、ラビリンスシールとフラッシングリングのメンテナンスによって管理されます。
製鉄所のウォームギアペアは、あらゆる産業用途の中で最も過酷な熱衝撃、研磨性汚染、および化学物質への曝露の組み合わせに直面します。高温処理マトリックスは、製品温度ゾーン（高温、温暖、低温）を駆動部の周囲温度、冷却方法、スケール保護、および潤滑剤仕様にマッピングし、ゾーンごとの最適化を可能にすることで、仕様不足（高温ゾーンでの早期故障）と仕様過剰（低温ゾーンでの不必要なコスト）の両方を防止します。製鉄所特有の汚染物質であるスケールは、高温ゾーンで水洗浄を備えたシールド付きラビリンスシールを必要とし、これは他の産業の粉塵や粒子保護では代替できません。通過する高温製品による一時的な熱衝撃はシール疲労を引き起こし、定常状態の温度仕様では対処できません。ラビリンスシールは、すべての製鉄所ウォームギアペア設置において必須のウォームギア構成としてリップシールに取って代わります。
製鉄所設備サプライヤーおよびプラントエンジニア向けに、当社のエンジニアリングデスクは製品の温度ゾーンを分類し、最適な駆動装置仕様を推奨します。標準カタログ 高耐久性ウォームギアセット スケール保護オプション付きで、中心距離63～200mmの製鉄所サイズに対応。 製鉄所駆動装置の仕様 製品温度、ミルセクション、駆動位置、スケール露出レベルなどを考慮して。
製鉄所のローラーテーブルや加工装置用のウォームギアペアの仕様を決定しましたか？
製品温度、ミルセクション、駆動装置の数、ローラー速度範囲、スケール曝露レベルをお知らせください。温度ゾーンを分類し、各駆動位置に最適な冷却、シーリング、スケール保護パッケージをご提案いたします。
編集者: Cxm
