圧延ミルの進化：歴史的概観

圧延ミルの歴史的発展

金属加工において、圧延は金属を1組以上のロール間を通し、厚み減少、厚み均一化、所望形状付与、および/または所望機械的特性付与を行う金属成形プロセスです。圧延では、常時回転するロール間の圧縮力で被加工材変形。言い換えれば、金属を回転ロール間通過させ、加力で材料厚み減少。金属の形状と内部構造両方が変化。金属圧延プロセスは、麺棒で生地延ばしに類似。圧延は現代世界最重要製造プロセスの一つ。今日生産全金属製品大半が製造過程何らかの時点で圧延経験。

現代圧延ミルは全自動、高速、大容量、頻繁に圧延材の冶金的処理を含み、所望ミクロ組織・機械的特性達成。圧延プロセスと圧延ミルのこの完璧レベルは単一発明でなく、時間経過とともに実施された多数の小さな継続的改善の成果です。

圧延の起源と初期発展

圧延は数百年歴史あり。最初のロールは小型、手動駆動、金・銀を平坦化し宝飾品・美術品製造用。圧延ミルは紀元前600年頃には中東・南アジアで存在。粗末な形態だが圧延プロセス基本原理同一使用。ヨーロッパ最初期知られている圧延ミル設計は1485年、レオナルド・ダ・ヴィンチ帰属。彼の図面一つで、平行軸2円筒ロール間に「材料通過」させ厚み変更可能性初めて記述。ここでも軟質材料、特に鉛・錫等の冷間圧延想定。この設計は当時極めて先進的、実機製作されたか不明。

圧延ミル動力源の4段階進化

圧延ミル駆動動力は4段階経て進化。

第1段階：人力

初期圧延必要動力小、手動ロールで金属平坦化（宝飾・美術用）。後期機械では人が調整可能十字架/クランク回転、ロール接続。人力では金・銀・錫・鉛等軟質金属のみ圧延可能。

第2段階：水力

河川流水エネルギー活用、無料動力、鉄等硬質金属圧延可能強力。水力深刻欠点：干ばつ・低温で水流減少。さらに水力利用ロールは単方向のみ回転。

第3段階：蒸気動力

蒸気動力は1700年代後半ジェームズ・ワット発明で出現。蒸気機関が人力/畜力置換物理動力創出。この時代圧延ミルは蒸気機関動力活用。1800年代蒸気機関ミル駆動普及、1800年代後半には最人気動力源。動力供給強力だが、蒸気機関大半非効率。

第4段階：電力

利点：発電を圧延ミルから分離可能、電力遠隔発電所からミル直結モーターへ便利送電。電力駆動圧延ミル1900年頃出現。電力が今日も運転選択肢。

ヨーロッパ板鉄生産と圧延ミル導入

ヨーロッパ初期板鉄生産は鍛造、圧延ミルによらず。シートメタル生産真転機：圧延ミル導入。1600年代には小型手動ロールでなく圧延ミル運転知られ、鉄が圧延可能金属として導入期。1501年頃2圧延ミル報告：一は均一厚み金シート製造（硬貨引抜用）、二は成形済みシート条切り。両者「仕上装置」として厚み減少より使用。最古圧延ミルはスリッティングミル、1590年導入。平板バーをロール間通し鉄板成形、次に溝付きロール（スリッター）通し鉄棒製造。1590年ダ・ヴィンチ圧延ミル実機化、2重厚シリンダーで各種金属厚み変更。確実証拠ある最初工業プラント1615年、鉛・錫板製造。他追随、人力/水力駆動。

初期圧延ミルはブリキ製造用黒板圧延にも使用。ブリキ：鋼（旧鉄）圧延ミル圧延、酸洗でミルスケール除去、薄錫層コート。黒板かつて個別/小グループ生産、「パック圧延ミル」として知られる形態。ブリキ用鉄圧延最初実験1670年頃。1697年ジョン・ハンバリー少佐ポンティプールでミル建設、「ポンティプールプレート」（黒板）圧延。後これら板再圧延・錫メッキでブリキ製造。

1700年代後半、最初熱間圧延ミル出現、鉄がより普及圧延材料に。産業革命（1760〜1840年代頃）で鉄前例なき需要創出。鉄製造新技術発明、やがて鋼、機械・鉄道・蒸気船等新製品用材料。鉄鋼材料入手可能性増大で鋼冷間圧延同時開始。1682年イングランドニューカッスルに著名規模冷間圧延ミル存在。詳細記述数年後。ウェールズ工場：700mm長・100mm幅バー処理、1500×700mmシート製造可能。シートメタル生産鋼圧延プロセス確実証拠最初、駆動力水車。ウェールズ1700年代末まで欧州薄板主要生産地。

既に当時、圧延が半製品（金属シート明含）巨大需要満たせる極めて生産的プロセスと理解。しかし圧延ミルまだ大量手作業必要。製品サイズ経時的継続増大、1851年「英国大博覧会」で長さ6m超・幅1m・厚11mm・重量500kg超シートメタル展示。

圧延ミル進歩は時代要求材料生産要求適合。1600年屋根用鉛シート高需要、この可能性開発。1700年代末産業革命真只中、レール・半製品鋼材需要、圧延ミルこの需要満たすよう開発。19世紀初頭圧延ミル構造本質的に現在形：頑強鋳鉄ロールスタンド、2鋼ロール、ネジでロール距離調整可能。

ヘンリー・コートと現代圧延の基礎確立

現代圧延実践はハンプシャー・ファーンボロー近郊ファントレイ鉄工所ヘンリー・コート先駆的努力帰属。1783年コートに溝付きロール鉄棒圧延用特許発行。溝付きロールで必要寸法溝加工、丸・角・平板等各種断面棒圧延可能。コート溝付きロール最初使用者でないが、当時知られていた様々製鉄・成形プロセス最良特徴多く初組合せ。現代著述家コート「現代圧延父」呼称。コート初期圧延ミル以来、プロセスとミルサイズ継続発展。1800年代より複雑形状（丸、角、レール、ダブルTビーム等）圧延開始。

新設計で圧延ミル日産出力鍛造ハンマー比15倍達成。コート発明で小さなファントレイミル年産10,000トン超棒材生産可能（週200トン相当）。以降圧延ミル出力積み上げ、米国のみで1890年圧延材料量（平板圧延製品除く）約500万トン鉄鋼（週10万トン相当）、1899年800万トン超（週16.7万トン相当）、全ポンドがファントレイ小ミル初使用溝付きロール通過。

米国圧延ミル発展と新技術導入

1810年米国ブランディワイン鉄工所・釘工場設立、圧延ミル運転。ブランディワイン鉄工所、高需要ボイラープレート生産・品質製品で成功。1867年ジョージ・フリッツ、ペンシルベニア・ジョンストン・カンブリア鉄会社チーフエンジニア時、ブルーミングミル発明、鋼インゴット圧延（従来鍛造圧縮置換）。

コート使用ミル通常2ハイ圧延ミル。コート2ハイミル後継続修正、反転式・3ハイミル等あらゆるタイプ・種類・クラス呼出、文明進歩要求無数組合せ「より大きく・より良く・より長く・より強く」実現。フリッツ氏1871年初正規3ハイミル建設。旧慣習脱却で生産大幅増加。中間ロール小径3ロール構成ミル出現、必要動力削減・モーター回転反転なし双方向圧延可能。4ロール構成（ダ・ヴィンチ仮説済）導入、外側2ロール内側2ロール支持、平板圧延用。さらに多ロール（20ロールまで）ミル開発。

圧延プロセス改良：ロール機械装置追加。初期圧延材フック・トング手動供給。多数発明者自動作用機械で達成求めるも未実機化。1884年駆動ローラーテーブル、ニューヨーク・トロイ・オールバニ・レンセリアー鉄鋼会社レールミル仕上ロール前導入。好結果で粗圧延ロール前にも自動配置。1766年イングランドリチャード・フォードにタンデムミル特許許可。タンデムミル：金属連続スタンド圧延。フォードタンデムミル：線材熱間圧延用。

連続圧延ミル誕生と発展

圧延ミル更進化：連続ミル開発、共成長大規模補助装置群。全発明同様小さな始まり。フランス試験的努力足跡。連続ミル最初記録特許・実用：アメリカJ.E.セレル、1842-43年。用途彼制限：鉛管・銅圧延のみ。もう一米国人ヘンリー・B・コマー、1859年連続ミル特許取得、但このタイプミル未建設。あらゆる観点から、イングランドマンチェスタージョージ・ベドソン氏に最初連続圧延ミル功績：鉄鋼圧延実用化、必須要素成功組合、広く普及享受。

名称通り金属連続作業。ロール密接タンデム配置、ガイドで金属パス間直接導く、人手介在なし。中断なし、キャッチ/ループなし、粗圧延ロール噛み込みから仕上ロールスタンド排出まで連続前進通過。各ロール対、慎重ギア配置で各パス減少量応じ速度調整、対応伸び吸収。本ミル固有現象対処必要、但遥か大長さ・重量・速度へ扉開放。当時欧州ベルギー/ループシステムで50ポンドビレット容易圧延、対米国ミル通常2ハイ・3ハイで15ポンド。ベドソンミル即70〜80ポンドビレット対応、急速300ポンドビレット常態化。ベドソン発明連続ミルで単一ビレットから281ポンド線材コイル、長さ530ヤード圧延。

「米国最初連続ミル、ベドソン設計・建設、1869年春建設操業開始」図1示す。16スタンドロールタンデム配置、1 1/8インチビレット、70〜80ポンド圧延。平面内同一角度軸連続圧延で質量平坦化のみ。伸び得るには軸角度変化平面圧縮必要、鍛冶屋がアンビルホーン上で金属各打撃間回転類似。ベドソンミルでは各ロール対を（ユニバーサルミル方式で）前ロール対90度角度配置で実現。完璧確保但ロールケア・管理大幅煩雑化。床上ギア系・床下ピット別ギア系必要。アクセス、ロール交換・調整共深刻阻害。次1878年設計連続ミル：全ロール水平面配置、全ギア単一平面、圧縮面変化必須要件をツイストガイド（連続パス間金属90度回転）使用確保、本装置普遍的採用。

連続ミル課題と解決

各微細発展追跡不可能。新事物常に驚異遭遇克服。調整は連続圧延ミル不可分特徴。対応速度・パス厳密整合困難。整合なしなら二者択一：受入能力超高速供給→ラテラルループ発生、または受入能力超低速→伸び発生。二者後者好ましい、ループ緩和ガイド妨害。累積効果、ミル・オペレーター安全重大危険。伸びは加熱金属へ多大要求、多く良質鉄グレード耐久不能（低引張強度・均質性欠如）。このため連続ミル本来設置形態、普通グレード鉄圧延大幅制限、次1877年ウォッシュバーン・モエン社建設ミルはベルギーシステム適応3ハイミル。しかしベッセマー・平炉鋼改良、高引張強度・均質性で、連続ミル適応製品最終的に実現。

製品重量増大・断面縮小に伴い、3ハイミル蛇行ループ片側ずつ連続/同時圧延実践出現。「前後」圧延と区別。本ケース各パスで金属ロールフリー排出。欧州（推定ベルギー最初）使用、名「ベルギー」＝ループミル理解される。このミル類で欧州製造業者長期間30・50ポンドビレット圧延可能、対「前後」3ハイミル15〜20ポンド。このタイプ連続圧延ミル計画図2示す。粗圧延：4インチビレット対応2ハイミル、1 1/8インチまで減少。ここからループ/ベルギーミル、通常線材まで圧延。複数ミルで線材・商品圧延用システム採用。

連続・ベルギー複合ミル

連続・ベルギー複合ミル（図3）は両ミル長所統合努力。1881年ウォッシュバーン・モエン社工場操業開始。連続ミルで約100ポンドビレット1 3/16インチ→3/8インチ粗圧延、ベルギーミルで3/8インチ→通常線材仕上。本タイプ最初ミル。主長所：普通鉄ベルギー/ループシステム同等圧延、かつ少人力。ビレット・コイルサイズ・重量増大に伴いミル付属設備成長、但ミル排出端新機軸必要性すぐ追随。15〜20ポンドビレット・コイルから70〜80ポンドへ飛躍「拡大方針」強制。ミル自体未開発能力、限界は加熱・リーリング（ミル付随2機能、急速興味深い成長）。

米国圧延ミル地図変える2大発展（1880-90年代）

1880-90年代、米国圧延ミル景観変える2発展。第一：鉄より鋼需要成長。鋼優先（鉄より強靭）。第二：幅広板嗜好台頭、リベット継ぎ目削減（ボイラー・船舶弱点・故障源）。大型圧延ミル採用、幅広板製造、リベット継ぎ目削減。1882年ワースブラザーズ社コーツビル90インチ圧延ミル操業、米国競争激化。以降3十年ワースブラザーズ・ルケンズ鉄鋼社最幅広ミル競争。1890年ルケンズ120インチ板ミル、1896年ワース132インチ、1900年ルケンズ134インチ、1903年140インチ。1903年ワース152インチ板ミル追随。1915年ミッドベール鋼・兵器会社ワース買収で競争終了。1918年ルケンズ世界最大板ミル稼働。

ルケンズ元計画：180インチ3ハイミル、世界最幅広称号十分。但ロールメーカー必要ロールサイズ・重量製造不能。代わりルケンズ・ピッツバーグ統合エンジニアリング・ファウンドリー（UE&F）協業。ルケンズ・UE&F技術者共同で204インチ幅4ハイ圧延ミル製造。1918年5月22日初板圧延、1919年206インチ拡張。40年以上世界最大板ミル称号保持。34インチ径ワークロール（各3トン）、50インチ径バックアップロール（各60トン）。90,000ポンドインゴット、192インチ幅板まで圧延可能。週圧延能力4,000トン。動力：20,000馬力ツインタンデム複合蒸気機関。ミルハウジング：4分割鋼製、高さ42フィート超、トランスファーテーブルで手作業削減。この期間、インゴット通過時ミルロール上へ岩塩・麻袋投げ入れスケール除去実施。

レール圧延ミルと構造形鋼

最初レール圧延ミル1820年ジョン・バーケンショー、ノーサンバーランド・ベドリントン鉄工所設立、魚腹形鍛鉄レール15〜18フィート長生産。重形鋼圧延用3ハイミル1853年導入。単一鋼片から圧延されるIビーム製造法、1849年アルフォンス・アルブー・T（プロビデンス鍛造所）特許取得。ベツレヘム鋼、20世紀半ば米国橋梁・超高層ビル用各種断面圧延構造鋼主要供給者。

熱間ストリップミルと連続鋳造革命

熱間ストリップミル20世紀前半開発。熱間ストリップミルは鋼圧延主要革新、最初1923年ケンタッキー・アシュランド建設。連続プロセス提供、板ロール通板・重ね合わせ（パックミル方式）不要化。末端でギロチンせん断切断またはコイル巻取。初期熱間ストリップミルはブリキ適合ストリップ生産せず、1929年冷間圧延ゲージさらなる減少用開始。英国初熱間ストリップミル1938年エブワイル開業、年産20万トン。1961年までに初期熱間ストリップミルアップグレード/大容量半連続・連続熱間ストリップミル置換、年産40万〜300万トン能力。

1950年代連続鋳造商業化で、スラッビングミル・ブルーミングミル徐々に圧延ミル舞台から消失。現在スラブ・ブルーム・ビレット連続鋳造、仕上圧延製品へ（図4）。1989年10月薄板鋳造圧延プロセス商業化。熱間ストリップミル粗圧延列さえ不要化。

現代圧延ミルの到達点

圧延ミル発展継続、開発継続中。現代ミル：大容量・高速運転連続ミル。より重い・大寸法材料圧延可能。より薄肉断面圧延可能。現代ミルは圧延のみでなく、圧延材オンライン熱処理通じ冶金機能実施。現代ミル全自動。高生産性・高歩留まり。ミル運転必要人員削減。圧延製品寸法公差向上。しかし言及価値：現存圧延単一発明家帰属不能、圧延を金属加工最多用プロセスたらしめた多数小継続改善成果。現在、産業用金属約90%が遅早圧延プロセス経験。