JP2020066765A - セラミックスロールの加熱方法および加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】局所過熱を起因とするセラミックスロールの割損が生じ難いセラミックスロールの加熱方法および加熱装置を提供する。【解決手段】セラミックスロール４０，５０，６０の温度を上昇させるセラミックスロールの加熱方法または加熱装置１Ｂに関する。セラミックスを主体とするシンクロール４０の胴長方向に火炎３０を発生させることが可能なガスバーナー２０と、シンクロール４０と火炎３０との間に配置されたロールカバー８０とを備える。ガスバーナー２０から火炎３０を発生させたときに発生する燃焼排ガスおよび火炎３０のうち少なくともいずれか１つによってロールカバー８０を加熱し、加熱されたロールカバー８０によってシンクロール４０を加熱する。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、ガスバーナーの燃焼排ガスと接触させてセラミックスロールの温度を上昇させるセラミックスロールの加熱方法および加熱装置に関する。

従来より、溶融金属めっき浴内で使用されるシンクロールやサポートロールは、溶融金属による著しい腐食環境下に曝されるため、耐食性に優れたステンレス鋼やクロム系耐熱鋼等の鉄系材料により形成されていた。

ところが、シンクロールやサポートロールを耐食性に優れたステンレス鋼やクロム系耐熱鋼等で形成したとしても、長時間にわたって溶融金属めっき浴に浸漬させると、表面が侵食されてしまうという課題があった。

そこで、近年では、例えば窒化珪素を主体とするセラミックスロールを、溶融金属に浸漬させて使用されるロールとして用いるようになっている（例えば特許文献１参照）。ただし、このようなセラミックスロールを常温のまま溶融金属めっき浴内に浸漬させると熱応力により割損してしまうため、セラミックスロールを溶融金属めっき浴内に浸漬する前に予備加熱が行われる。

特開２００６−１９３８１２号公報

ところで、この種のセラミックスロールを予備加熱する際、局所過熱が生じると割損するおそれがある。そのため、予備加熱を行う際には、セラミックスロールの各部位間に生じる温度差が許容温度差内に収まるように予備加熱を行う必要がある。

本発明は、そのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、局所過熱を起因とするセラミックスロールの割損が生じ難いセラミックスロールの加熱方法および加熱装置を提供することにある。

（１）本発明のセラミックスロールの加熱方法は、
セラミックスロールの温度を上昇させるセラミックスロールの加熱方法であって、
前記セラミックスロールの胴長方向にのびる火炎を発生させることが可能な火炎源と、
前記セラミックスロールと前記火炎との間に配置されたロールカバーと、
を備え、
前記火炎源から火炎を発生させたときに発生する燃焼排ガスおよび前記火炎のうち少なくともいずれか１つによって前記ロールカバーを加熱し、
加熱された前記ロールカバーによって前記セラミックスロールを加熱する
ことを特徴とするものである。

上記（１）のセラミックスロールの加熱方法によれば、火炎および燃焼排ガスがカバーに当たってロールカバーの温度が上昇し、温度が上昇したロールカバーによる輻射熱によりセラミックスロールが加熱されるため、局所過熱によるセラミックスロールの割損を防ぐことが可能となる。

（２）上記（１）のセラミックスロールの加熱方法において、
前記ロールカバーは、前記セラミックスロールよりも高熱伝導率の材料で構成されている
ことを特徴とするものである。

上記（２）のセラミックスロールの加熱方法によれば、セラミックスロールの加熱を効率よく行うことが可能となる。

（３）上記（１）または（２）のセラミックスロールの加熱方法において、
前記セラミックスロールは、溶融金属めっき浴に浸漬させて用いられる浸漬ロールである
ことを特徴とするものである。

上記（３）の構成によれば、溶融金属めっき浴に浸漬されるといった過酷な環境下で使用されるセラミックスロールを、割損を抑制しつつ効率よく予備加熱することができる。

（４）本発明のセラミックスロールの加熱装置は、
セラミックスロールの温度を上昇させるセラミックスロールの加熱装置であって、
前記セラミックスロールの胴長方向にのびる火炎を発生させることが可能な火炎源と、
前記火炎源から火炎を発生させたときに発生する燃焼排ガスおよび前記火炎のうち少なくともいずれか１つによって加熱されるロールカバーと、
を備え、
前記ロールカバーは、
前記火炎および前記燃焼排ガスのうち少なくとも１つによって前記セラミックスロールが加熱されるように、前記セラミックスロールと前記火炎との間に配置される
ことを特徴とする。

上記（４）のセラミックスロールの加熱装置によれば、火炎および燃焼排ガスがカバーに当たってロールカバーの温度が上昇し、温度が上昇したロールカバーによる輻射熱によりセラミックスロールが加熱されるため、局所過熱によるセラミックスロールの割損を防ぐことが可能となる。

（５）上記（４）のセラミックスロールの加熱装置において、
前記ロールカバーは、前記セラミックスロールよりも高熱伝導率の材料で構成されている
ことを特徴とする。

上記（５）のセラミックスロールの加熱装置によれば、セラミックスロールの加熱を効率よく行うことが可能となる。

（６）上記（４）または（５）のセラミックスロールの加熱装置において、
前記セラミックスロールは、溶融金属めっき浴に浸漬させて用いられる浸漬ロールである
ことを特徴とするものである。

上記（６）の構成によれば、溶融金属めっき浴に浸漬されるといった過酷な環境下で使用されるセラミックスロールを、割損を抑制しつつ効率よく予備加熱することができる。

本発明によれば、セラミックスロールを予備加熱する際に、ロール胴部が局所的に過熱されることによりセラミックスの割損が起こることがない、適切なセラミックスロールの予備加熱方法を提供することができる。

セラミックスロールの加熱装置の斜視図である。 火炎カバーを設けたセラミックスロールの加熱装置の斜視図である。 シンクロールと火炎との間にロールカバーを配置したセラミックスロールの加熱装置の斜視図である。 図３のセラミックスロールの加熱装置を左方から見た図である。

以下、本発明に係るセラミックスロールの加熱方法および加熱装置について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照して、セラミックスロールの加熱装置の基本構成について説明する。図１は、セラミックスロールの加熱装置１の斜視図である。なお、以下、この明細書において、図１の紙面左方を「左方」、図１の紙面右方を「右方」、図１の紙面上方を「上方」、図１の紙面下方を「下方」、図１の紙面手前を「前方」および図１の紙面奥方を「後方」とする。

図１に示されるように、セラミックスロールの加熱装置１は、予備加熱が行われる予熱室１０と、予熱室１０内に向けて火炎を発生させることが可能なガスバーナー２０とを備える。ガスバーナー２０は、前方且つ右方および後方且つ左方に２つ配置されているが、ガスバーナー２０の数はこれに限られない。また、ガスバーナー２０を２つ以上配置する場合、セラミックスロールの偏熱を抑制する観点から火炎の向きが反対方向となるように配置することが好ましいがこれは必須ではない。

予熱室１０の室内には、予備加熱を行う対象であるシンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０が配置される。シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０は、窒化珪素を主体とするセラミックスロールである。この明細書において、単にセラミックスロールと称することがあるが、シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０の全体を指すものとする。

なお、シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０は、全て略平行となるように配置されている。また、上記のガスバーナー２０は、シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０とガスバーナー２０の軸方向とが略平行となるように配置されており、その結果、カスバーナー２０は予熱室１０内においてセラミックスロールの胴長方向にのびる火炎を発生させることが可能となっている。

ところで、シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０のような窒化珪素を主体とするセラミックスロールは、熱応力を原因とする割損を起こさない許容温度差が４６０℃とされている。また、窒化珪素を主体とするセラミックスロールの熱伝導率は、常温で５０Ｗ／ｍ・Ｋである。

しかし、シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０は、いずれも、例えば浴温６６０℃の溶融金属めっき浴中に浸漬されるといった、過酷な環境下で使用され、これらのセラミックスロールを予備加熱せずに常温のまま浴温６６０℃の溶融めっき浴中に浸漬させるとセラミックスロールが割損してしまう。そこで、セラミックスロールを溶融めっき浴中に浸漬させる前に、予熱室１０の室内において、ガスバーナー２０からの火炎３０または／および燃焼排ガスによってセラミックスロール予備加熱が行われる。この予備加熱は、溶融金属めっき浴中に浸漬される各ロール４０，５０，６０の位置関係すなわち図１に示される位置関係で行うことが好ましい。なお、入側サポートロール５０の「入側」および出側サポートロール６０の「出側」は、溶融金属めっき浴中に浸漬されたときの位置関係をあらわす。

本実施形態におけるシンクロール４０は、直径５３０ｍｍ、胴長１５００ｍｍである。入側サポートロール５０および出側サポートロール６０は、いずれも、直径２２０ｍｍ、胴長１５００ｍｍである。シンクロール４０の中心と入側サポートロール５０の中心とを結ぶ鉛直方向の距離が６５０ｍｍ、入側サポートロール５０の中心と出側サポートロール６０の中心とを結ぶ鉛直方向の距離が１００ｍｍである。

また、シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０が予熱室１０の室内に収容された際、ガスバーナー２０の中心とシンクロール４０の中心とを結ぶ鉛直方向の距離は１０００ｍｍである。

加熱装置１を用いてセラミックスロールの予備加熱を行う場合、前後方向に配置された２つのガスバーナー２０からの火炎は、シンクロール４０の前方且つ下方においてはシンクロール４０の胴長方向に沿って左方から右方に向けてのび、シンクロール４０の後方且つ下方においてはシンクロール４０の胴長方向に沿って右方から左方に向けてのびる。

予熱室１０の室内において加熱されるシンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０は、ガスバーナー２０から発生される火炎３０および燃焼排ガスによって予備加熱され、目標温度まで加熱される。

なお、予備加熱を行うにあたり、ガスバーナー２０を燃やして燃焼排ガスを発生させ、この燃焼排ガスとセラミックスロールとを接触させることにより、セラミックスロールの昇温に要する時間を短くすることができ、効率的であると考えられる。

ところが、燃焼排ガスとセラミックスロールとを接触させてセラミックスロールの昇温を行うと、セラミックスロールが割損してしまう。これは、セラミックスロールが局部的に過熱されてしまうためであると考えられる。とくに、セラミックスロールのうち火炎３０からの距離が最も近いシンクロール４０の割損が多い。

そこで、本願の発明者は、セラミックスロールが局部的に過熱されてしまう原因が、ガスバーナー２０からの火炎３０がシンクロール４０に直接当たってしまうことにあると考え、火炎３０がシンクロール４０に直接当たらないように、火炎３０全体を覆う火炎カバー７０を設けたセラミックスロールの加熱装置１Ａを考えた。図２に、火炎３０全体を覆う火炎カバー７０を設けたセラミックスロールの加熱装置１Ａの斜視図を示す。なお、図２において、本来、火炎カバー７０に隠れて火炎３０は見えないが、便宜上、火炎３０も図示している。

図２に示すように、火炎カバー７０は、シンクロール４０と反対側に、燃焼排ガスの逃げ道としての開口部７２が形成されている。このようなセラミックスロールの加熱装置１Ａを用いてシンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０の予備加熱を行ったところ、火炎３０がシンクロール４０に直接当たっていないものの、シンクロール４０の割損が見られた。これは、開口部７２から抜けた燃焼排ガス（図２の矢印参照）が予熱室１０の室内を対流してシンクロール４０に当たり、局所過熱を抑制できずに割損が発生したものと考えられる。

すなわち、セラミックスロールの割損を防止するためには火炎３０がセラミックスロールに直接当たらないようにするだけでは不十分であり、燃焼排ガスがセラミックスロールに当たることも抑制しなければ、局所過熱によるセラミックスロールの割損を防ぐことはできないと考えられる。

そこでさらに本願発明者は、ガスバーナー２０からの火炎３０および燃焼排ガスのいずれもがセラミックスロールに当たらないようにしつつ、シンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０を予備加熱するために、図３および図４に示すセラミックスロールの加熱装置１Ｂを考えた。

図３はセラミックスロールの加熱装置１Ｂの斜視図であり、図４はセラミックスロールの加熱装置１Ｂを左方から見た図である。

図３および図４に示されるように、セラミックスロールの加熱装置１Ｂでは、シンクロール４０と火炎３０との間に、ロールカバー８０を配置している。ロールカバー８０は、セラミックスロールよりも高熱伝導率の材料であることが好ましく、本実施形態では鉄板で構成されている。この鉄板の熱伝導率は、常温で約８０Ｗ／ｍ・Ｋである。

ロールカバー８０は、例えば、厚みが０．８ｍｍ、左右方向の長さがシンクロール４０の胴長よりも長い１６００ｍｍであって、シンクロール４０よりも径が大きい円筒状のものを長さ方向に沿って略二分割した形状をなしたものであり、湾曲面を有している。そして、このロールカバー８０は、湾曲面がシンクロール４０の略下半分のロール面と対向するように、シンクロール４０の外周に沿って、シンクロール４０のロール面と火炎３０との間を遮るように配置されている。また、ロールカバー８０は、シンクロール４０の胴長方向の略全部のロール面を覆っている。なお、本実施形態では、ロールカバー８０の湾曲面とシンクロール４０のロール面との距離が、概ね８０ｍｍとされている。

このように、ロールカバー８０がシンクロール４０の下半分において胴長方向の略全部を覆うことにより、火炎３０がシンクロール４０に直接当たることおよび燃焼排ガスがシンクロール４０に当たることを防止することができる。

なお、ロールカバー８０の厚みや左右方向の長さは上記に限られないが、ロールカバー８０の左右方向の長さはシンクロール４０の胴長よりも大きく、シンクロール４０の胴長方向の略全部を覆うように配置することが好ましい。

セラミックスロールの加熱装置１Ｂによる予備加熱のメカニズムは、火炎３０および燃焼排ガスがロールカバー８０に当たってロールカバー８０の温度が上昇し、温度が上昇したロールカバー８０による輻射熱によりシンクロール４０、入側サポートロール５０および出側サポートロール６０が加熱されるというものである。

なお、本実施形態では、ロールカバー８０の温度を、火炎３０および燃焼排ガスの両方をロールカバー８０に当てることによって上昇させるようにしているが、セラミックスロールの局所過熱を防止できれば、火炎３０および燃焼排ガスの両方のうちいずれか一方のみをロールカバー８０に当ててロールカバー８０の温度を上昇させるようにしてもよい。

このように、シンクロール４０と火炎３０との間にロールカバー８０を配置したセラミックスロールの加熱装置１Ｂによりセラミックスロールを予備加熱することにより、火炎３０および燃焼排ガスのいずれもがセラミックスロールに当たることを抑制し、ひいては局所過熱によるセラミックスロールの割損を防ぐことが可能となる。

なお、シンクロール４０のロール面とロールカバー８０の湾曲面とが対向する面どうしの距離は略均等であることが好ましいが、シンクロール４０と火炎３０との間にロールカバー８０を配置することによりシンクロール４０の局部過熱を緩和させることができるため、必須ではない。

本発明によれば、局所過熱を起因とするセラミックスロールの割損が生じ難いセラミックスロールの加熱方法および加熱装置を提供することができる。

１ セラミックスロールの加熱装置
１０ 予熱室
２０ ガスバーナー
３０ 火炎
４０ シンクロール
５０ 入側サポートロール
６０ 出側サポートロール
８０ ロールカバー

Claims (6)

1. セラミックスロールの温度を上昇させるセラミックスロールの加熱方法であって、
   前記セラミックスロールの胴長方向にのびる火炎を発生させることが可能な火炎源と、
   前記セラミックスロールと前記火炎との間に配置されたロールカバーと、
   を備え、
   前記火炎源から火炎を発生させたときに発生する燃焼排ガスおよび前記火炎のうち少なくともいずれか１つによって前記ロールカバーを加熱し、
   加熱された前記ロールカバーによって前記セラミックスロールを加熱する
   ことを特徴とするセラミックスロールの加熱方法。
2. 前記ロールカバーは、前記セラミックスロールよりも高熱伝導率の材料で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のセラミックスロールの加熱方法。
3. 前記セラミックスロールは、溶融金属めっき浴に浸漬させて用いられる浸漬ロールである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックスロールの加熱方法。
4. セラミックスロールの温度を上昇させるセラミックスロールの加熱装置であって、
   前記セラミックスロールの胴長方向にのびる火炎を発生させることが可能な火炎源と、
   前記火炎源から火炎を発生させたときに発生する燃焼排ガスおよび前記火炎のうち少なくともいずれか１つによって加熱されるロールカバーと、
   を備え、
   前記ロールカバーは、
   前記火炎および前記燃焼排ガスのうち少なくとも１つによって前記セラミックスロールが加熱されるように、前記セラミックスロールと前記火炎との間に配置される
   ことを特徴とするセラミックスロールの加熱装置。
5. 前記ロールカバーは、前記セラミックスロールよりも高熱伝導率の材料で構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のセラミックスロールの加熱装置。
6. 前記セラミックスロールは、溶融金属めっき浴に浸漬させて用いられる浸漬ロールである
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のセラミックスロールの加熱装置。