JP2005060776A

JP2005060776A - 高温用ロール

Info

Publication number: JP2005060776A
Application number: JP2003292811A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nishisaka; 智明西坂
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-13
Also published as: JP4496734B2

Abstract

【要約】
【課題】キー脱落によるスリーブの空回りを生じ難い高温用ロールを提供する。
【解決手段】芯金２をスリーブ３で被覆し、前者に設けたキーを後者に設けたキー孔５と嵌合させた高温用ロールにおいて、前記キー孔が前記スリーブの直径方向の両端で対をなし、前記キーが、継手部８Ｂにて前記芯金を直径方向に貫通し該キーの両端部（キー部８Ａ，８Ｃ）で前記対をなすキー孔５，５にそれぞれ嵌合した通しキー８であることを特徴とする高温用ロールである。
【選択図】図４

Description

本発明は、高温用ロールに関し、とくに高温条件下での使用に適したスリーブ取り付け構造を有する高温用ロールに関する。

例えば焼鈍炉の鋼板搬送工程などのような700〜1100℃程度の高温度での熱処理に使用するロールにおいては、その表面にスケール等が付着成長する所謂ビルドアップの対策として、カーボンや窒化ボロン等の耐熱性非金属材料からなるスリーブを用いることがある。かかるスリーブを用いた高温用ロールとして、例えば図１に示すような、芯金２の径方向外側に突出する凸部すなわちキー４を、スリーブ３の軸方向の一端側に形成した長孔すなわちキー孔５に挿入することで、ロール軸１にスリーブ３を固定してなり、キー孔５とキー４との間に、ロール使用中のキー４およびスリーブ３の熱膨張差を吸収しうる最小限のクリアランスを設けたものが知られている（特許文献１）。これによれば、キーとキー孔との嵌合構造をスリーブの片側端のみに設けたことにより、温度変化による軸方向の長さ変動にかかわらずキーとキー孔の当たり状態を一定にでき、当たり面積の瞬間的または短時間的な減少に起因する面圧上昇が生じる虞がなくなり、それによる局部的なスリーブの摩耗が発生しなくなり、スリーブ回転中の振動、衝撃が発生せず、スリーブが損壊し難くなるとされている。

キーを芯金に固定する方法は、特許文献１に記されていないが、従来では立込み固定法が採用されていた。この立込み固定法とは、例えば図２に示すように、中空円筒状の芯金２の表層に設けた凹座７にキー４を嵌め込み、キー４と芯金２とを、複数（例えば２本）のボルト６により締結するというものである。
特開平９−２３５６２５号公報

しかしながら、上記立込み固定法により芯金に固定したキーにてスリーブを芯金に係止した高温用ロールでは、薄鋼板を熱処理する炉のハースロールとして使用中、キーと芯金との境界でボルトが折損し、キーが脱落してスリーブが芯金の周囲を空回りするようになり、スリーブ内面の偏摩耗やスリーブの割損が発生することがあった。このような事態になると熱処理製品の品質不良が発生してしまうので、ロール取替えの必要が生じてライン停止を余儀なくされ、また時には炉を開放する必要までもが生じて長時間の炉操業停止のやむなきに至るという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するために、キー脱落によるスリーブの空回りを生じ難い高温用ロールを提供することを目的とする。

本発明者は、上記の、キーと芯金との境界でボルトが折損する原因を考究し、その結果、図３に示すように、熱間で使用中に、キー４と芯金２の凹座７側壁との間の隙間δがある大きさ（例えば５μm）を超えると、スレッティングバー（炉内に薄鋼板の先端を通すためのバー状の治具）等によるロール周方向の衝撃力Ｆが発生した場合、キー４が傾いて前記境界のところでボルト６が伸びることにより発生する最大応力が疲労限（例えば31.5Ｎ/mm²）を超え、ボルト６が折損しやすくなることがわかった。この知見に基づいて、ボルトレス化またはボルトに力のかかり難いキー取り付け構造を検討し、本発明をなした。

すなわち、本発明は、芯金をスリーブで被覆し、前者に設けたキーを後者に設けたキー孔と嵌合させた高温用ロールにおいて、前記キー孔が前記スリーブの直径方向の両端で対をなし、前記キーが前記芯金を直径方向に貫通し該キーの両端部で前記対をなすキー孔にそれぞれ嵌合した通しキーであることを特徴とする高温用ロールである。本発明では、前記通しキーの一端部にキャップを溶接したものが好ましく、また、前記通しキーを２本直交させて設けたものが好ましい。

本発明によれば、スリーブのキー孔に嵌合させるキーとして、芯金を直径方向に貫通し該キーの両端部がスリーブ直径方向の両端に対をなすキー孔にそれぞれ嵌合した通しキーを用いたので、従来の立込み固定法で生じたようなボルトの局部伸びは生じない。よって、疲労折損し難く、キーの脱落は起こり難い。

芯金の材料は、耐熱鋼または耐熱性に優れるステンレス鋼（例えばSUS310S）などが好ましい。スリーブの材料は、カーボンが好適であるが、窒化ボロン、窒化ケイ素等のセラミックスであってもよい。キー孔は、特許文献１と同様の理由で、スリーブの長さ方向の片側端のみ（ただし、被熱処理材に接触される範囲は外す）に、ロール軸方向を長辺方向として設けた長孔で構成するのがよい。スリーブの内周面は、芯金による摩耗を抑制する上で耐摩耗性材からなることが有利であり、具体的には、ＣＩＰ品（冷間静水圧成形品）ピッチ含浸品、化学含浸品等の高密度炭素質材をスリーブ内周面に形成させるか、かかる高密度炭素質材のスリーブを内側に入れた二重スリーブ構造とするとよい。同様に、スリーブのキー孔（長孔）は、キー部による摩耗を抑制するために、その側壁をスリーブの他部よりも硬質とすること、例えば、ＷＣ（タングステンカーバイド）の溶射等の手段にて被覆することが好ましい。

通しキーは、両端のキー部を継手部で連結して構成され、両端のキー部が前記対をなすキー孔に嵌合し、継手部が芯金を直径方向に貫通する。芯金には継手部を通す通し孔を開けておく。当然ながら、両端のキー部は、継手部を通す芯金の通し孔に嵌らない程度に大きいサイズとする。通しキーの材料は、熱膨張差を小さくする観点から、芯金と同じものが好ましい。

芯金に取り付ける前の通しキーは、一端のキー部にする部分および継手部にする部分を一体化した第1部分と、他端のキー部にする第２部分とに分けておく。芯金に取り付ける際には、第1部分の継手部を芯金の通し孔に貫通させて出てきた端部（貫通端部）に第２部分を連結する。この連結方法としては、予め第２部分に前記貫通端部を挿し込む挿し孔を開けておき、この挿し孔に前記貫通端部を挿し込み、その出口のところで第１部分と第２部分とを溶接するという方法が好ましい。さらに、継手部の端部と第２部分との固定を確実にするためにこれをキャップで被い、このキャップを前記貫通端部に溶接して固定するのがよい。溶接を、第２部分と継手部端部（貫通端部）および、キャップと継手部端部（貫通端部）の２重とすることでどちらかの溶接が外れても第２部分と継手部との固定が外れることを防止できる。

通しキーの配設形態（配置本数や複数の場合の相互配置等）は、とくに限定されないが、溶接外れによるキー脱落にともなう、芯金とスリーブとの空回り防止の観点から、２本の通しキーを直交させて配置するのが好ましい。この場合、例えばスリーブには円周方向のピッチが９０°になる４箇所にキー孔を開けておけばよい。なお、直交させる２本の通しキーの継手部が干渉し合わないように、１本の継手部を通す通し孔ともう１本の継手部を通す通し孔とは、ロール軸方向の位置をずらしておくとよい。

本発明の一実施例を正面断面模式図にて図４に示す。また、図４のＢ−Ｂ矢視図を図５に示し、さらに図５のＥ部拡大図を図６に示す。この実施例は、薄鋼板の熱処理炉内搬送用のハースロールとして使用された。ロール軸１を両端部に装着された耐熱鋼（SUS310S）製の芯金２がカーボン製のスリーブ３で被覆され、スリーブ３は、ロール軸方向の一端側に寄った位置に相互干渉しないように直交させて配置（図４、図５参照）した２本の通しキー８により、芯金２に固定されている。

各通しキー８は、ロール直径方向の両端に設けられたスリーブ３のキー孔５，５および芯金２の凹座７、７に嵌合する両端のキー部８Ａ，８Ｃと、芯金２の凹座７の底部に設けた通し孔９を通って芯金２を直径方向に貫通してキー部８Ａ，８Ｃを連結する継手部８Ｂとで構成されている。キー部８Ａ，８Ｃは、継手部８Ｂ長さ方向に直交するキー部断面を、通し孔９の断面よりも大きくされているので、通し孔９に入ることはできない。すなわち、凹座７，７内のキー部８Ａとキー部８Ｃとは互いに共有する継手部８Ｂを介して相手を芯金２に固定し、かつ両者がスリーブ３のキー孔５，５と嵌合してスリーブ３を芯金２に固定している。従来のボルトと違って継手部８Ｂでは、前記衝撃力が作用しても継手部８Ｂがキー部８Ａ，８Ｃとの付け根のところで疲労折損が起こらない域まで断面係数を大きく設定することができるので、かかる疲労折損によってキー部８Ａ，８Ｃが脱落する可能性は極めて低くなっている。

通しキー８は、SUS310Sを材料として、一端側のキー部８Ａにする部分と継手部８Ｂにする部分とを合体した部品と、他端側のキー部８Ｃにする部品とに分けて製作されている。キー部８Ｃにする部品には、継手部８Ｂの端部を挿し込む挿し孔10が開けてある。

通しキー８を用いて芯金２にスリーブ３を固定する方法は次の手順で行なった。

(1)まず、凹座７とキー孔５の位置を合わせて、継手部８Ｂをキー挿し込み側の通し孔９に入れてその端部をキー突き出し側の通し孔９から出すことにより、芯金２を貫通させ、かつキー部８Ａを、キー挿し込み側のキー孔５および凹座７に嵌め込み、ボルト20で芯金２に仮止めする。
(2)次に、キー突き出し側の通し孔９から突き出している継手部８Ｂの端部をキー部８Ｃの挿し孔10に挿し込みながら、キー部８Ｃを、キー突き出し側のキー孔５と凹座７に嵌め込み、ボルト20で芯金２に仮止めする。
(3)次に、挿し孔10の出口のところで継手部８Ｂの端部とキー部８Ｃを溶接する（図６の溶接部12）。
(4)最後に、溶接部12の上にSUS310S製のキャップ11を被せる。キャップ11には、継手部８Ｂの端部を装入可能な孔が開けてある。そこで、被せたキャップ11の孔出口周縁部とこの孔に装入された継手部８Ｂの最先端部とを溶接して（図６の溶接部13）、キャップ11を通しキー８に固定する。キャップ11の溶接後は、仮止めに用いていたボルト20はすべて撤去する。

なお、キー部８Ａ，８Ｃと凹座７，７との間および継手部８Ｂと通し孔９，９との間には、ロール径方向および円周方向に適宜の大きさの隙間（１mm以内）を設けて、芯金２と通しキー８との熱膨張差を吸収するようにしている。

本実施例を適用した熱処理炉では、従来は図１〜図２に示した形態の立込み固定法により芯金にスリーブ固定用のキーを固定したハースロールを用いており、ボルトの疲労折損からキーが脱落しスリーブが空回りすることに起因してロール取替えが必要になるというトラブルが約４回／年の割合で発生していたが、本実施例の適用以降は、かかるトラブルの発生は皆無となった。

本発明の高温用ロールは、鋼板の熱処理炉内搬送用のハースロールに、好ましく適用できる。

従来の高温用ロールの構造を示す模式図である。従来のキーを芯金に固定する方法を示す模式図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は(ａ)のＡ−Ａ矢視図である。従来技術の問題点を示す説明図である。本発明の一実施例を示す正面断面模式図である。図４のＢ−Ｂ矢視図である。図５のＥ部拡大図である。

符号の説明

１ロール軸
２芯金
３スリーブ
４キー
５キー孔
６ボルト
７凹座
８通しキー
８Ａ，８Ｃキー部
８Ｂ継手部
９通し孔
10 挿し孔
11 キャップ
12,13 溶接部
20 ボルト（仮止め用）

Claims

芯金をスリーブで被覆し、前者に設けたキーを後者に設けたキー孔と嵌合させた高温用ロールにおいて、前記キー孔が前記スリーブの直径方向の両端で対をなし、前記キーが前記芯金を直径方向に貫通し該キーの両端部で前記対をなすキー孔にそれぞれ嵌合した通しキーであることを特徴とする高温用ロール。
前記通しキーの一端部にキャップを溶接したことを特徴とする請求項１記載の高温用ロール。
前記通しキーを２本直交させて設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の高温用ロール。