JP2581676B2

JP2581676B2 - 炉内ロ−ル

Info

Publication number: JP2581676B2
Application number: JP61166780A
Authority: JP
Inventors: 道明堤; 登佐藤
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPS6324036A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は連続処理炉における炉内ロール、詳細には、
特に高温且つ腐食雰囲気条件下での使用に好適な炉内ロ
ールに関する。

［従来の技術及びその問題点］鋼板の連続熱処理炉のような高温の炉内では、従来、
耐熱鋼ロールや水冷ロール等が用いられているが、この
種のロールはコストが高い、炉からの持出熱量が多い、
ロールに接触する材料の温度が下がる等の難点がある。
また、使用する炉が腐食性雰囲気炉であるような場合、
特に所謂CVD処理炉のような腐食性の極めて強い雰囲気
ガスを用いる炉では、上記のような金属ロールを使用す
ることはできない。

このため、従来高温且つ腐食雰囲気でも耐え得るよう
な炉内ロールとして、金属製のロール胴表面をセラミッ
クコーティングしたり、或いは全部または一部をセラミ
ック材により構成させたもの等が提案されているが、セ
ラミックコーティングロールはセラミックと母材との熱
膨張率の差によりコーティングの密着性不良を起し易
く、またロールシャフトを金属、ロール胴部をセラミッ
クでそれぞれ構成させたようなロールでは、セラミック
のロール胴部とロールシャフトとの結合部での強度が小
さく、この強度を確保するためには、窒化ケイ素等の高
価なセラミック類を使用しなければならない。また、こ
のような金属とセラミックとを組み合せたロールの場
合、ロールシャフトとロール胴部との接合部では、セラ
ミック胴部側に何らかの切欠き部を設ける必要がある
が、この切欠き部からクラックが入り、これが原因で破
損してしまう場合がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みなされたもの
で、高温且つ腐食雰囲気条件下でも使用することがで
き、しかも破損等を生じることなく長期間の使用に耐え
ることができる炉内ロールを提供せんとするものであ
る。

［問題を解決するための手段］このため本発明は、炉体をその軸方向で貫通し、両端
が炉外の軸受部に回転可能に支持されるシャフト体と、
該シャフト体に外挿され、炉体をその幅方向で貫通する
セラミック製のスリーブ体と、該スリーブ体と炉壁間に
設けられるシール装置と、スリーブ体をシャフト体に対
して保持するための保持機構とからなり、前記スリーブ
体は切欠き部のない連続面で構成され、前記保持機構
は、スリーブ体の一端面に接触せしめられると共に炉外
のシャフト体一端側に固定される第１のスリーブ押え
と、炉外のシャフト体他端側に固定されるバネ押えと、
前記スリーブ体他端側に接触せしめられ、且つシャフト
体周りにシャフト軸方向スライド可能に外挿される第２
のスリーブ押えと、該第２のスリーブ押えと前記バネ押
えとの間に介在せしめられるコイルバネとからなること
をその基本的特徴とする。

［作用］スリーブ保持機構を構成する第２のスリーブ押えは、
コイルスプリングの弾性力によりスリーブ体を押圧し、
第１のスリーブ押えとの間でスリーブ体を挟持する。こ
の結果、スリーブ体とシャフト体は、第１及び第２のス
リーブ押えとスリーブ体各間の摩擦力により一体化さ
れ、一体的に回転する。

セラミック製のスリーブ体と、通常金属により構成さ
れるシャフト体とは熱膨張率に差があるが、この熱膨張
の差はスリーブ保持機構を構成するコイルスプリングに
より吸収される。

ロール胴を構成するセラミック製のスリーブ体は切欠
部等を有しない円筒体であるため、十分な強度を有して
いる。すなわち、セラミックはこのような切欠等を有し
ない単純な筒体の場合大きな強度を期待できるものであ
り、このような形状のセラミック体を使用できることが
本発明の大きな特徴であると言える。

［実施例］第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、
１は鋼板連続処理炉の炉体である。

本発明の炉内ロール（イ）は、炉体を貫通するシャフ
ト体２、このシャフト体に外挿されるセラミック製のス
リーブ体３、このスリーブ体と炉壁との間のシール装置
４、スリーブ体をシャフト体に保持するためのスリーブ
保持機構５から構成されている。

前記シャフト体２は、炉体１（両側の炉壁６）をその
幅方向で貫通し、その両端が軸受７に回転自在に支持さ
れている。

前記スリーブ体３はシャフト体２に外挿され、シャフ
ト体と同様炉体１をその幅方向で貫通している。このス
リーブ体３は切欠き部のない連続面で構成され、且つそ
の内径はシャフト体２の外径に対し十分な大きさを有し
ている。

前記シール装置４は、スリーブ体３の外周と炉壁６間
に設けられ、スリーブ体と炉壁の間から炉内雰囲気が漏
出するのを防止している。この詳細については後述す
る。

前記スリーブ保持機構５は、炉外のシャフト体一端側
に固定されるリング状の第１のスリーブ押え8a、炉外の
シャフト体他端側に固定されるリング状のバネ押え９、
該バネ押え９とスリーブ体３の端部との間のシャフト体
部分に、シャフト体軸線方向スライド可能に外挿される
リング状の第２のスリーブ押え8b、該第２のスリーブ押
え8bと前記バネ押え９との間に介在せしめられ、第２の
スリーブ押え8bに対しスリーブ体３方向への押圧力を付
与するコイルバネ10から構成されている。

上記第１のスリーブ押え8a及びバネ押え９はそれぞれ
ネジ等でシャフト体２に固定されている。

そして、スリーブ体３は、その両端が第１のスリーブ
押え8a及び第２のスリーブ押え8bの各側端面に当接して
いる。第２のスリーブ押え8bは、コイルスプリングの弾
性力によってスリーブ体３を押圧し、第１のスリーブ押
え8aとの間でスリーブ体３を所定の圧接状態で挟持して
いる。

炉体１の熱膨張に対処するため、シャフト体を支持す
る軸受７は、支持体11（支持ブラケット）を介して炉体
１に支持されている。

上記シール装置４の詳細を第２図に基づいて説明する
と、まず、炉壁６に形成されたロール取付孔12内面とス
リーブ体３との間にはセラミックファイバー材からなる
シール材13が充填されている。さらに、その外側（炉外
部側）にはスリーブ体を外囲する筒状のシールケース14
が炉壁から突設され、その内側には、スリーブ体３との
間でグランドパッキン15が設けられている。グランドパ
ッキン15は環状のスペーサ16を挟んでその両側に複数条
設けられている。シールケース14には、前記スペーサ16
が設けられた位置にシールガス導入管17が接続され、ス
ペーサ16により形成されたグランドパッキン間の空間に
Ar等のシールガスを供給するようにしている。なお、前
記スペーサ16には周方向で間隔的にシールガス通孔18が
設けられ、その下方にもシールガスが供給されるように
している。また前記グランドパッキン15は、筒状シール
ケース14の両側の係止部19a,19bによりケース内に保持
されている。

なお、上記コイルバネ10はその各端部をバネ押え９及
びスリーブ押え8bにそれぞれ固定ないし係止させること
が好ましい。また第２のスリーブ押え8bは、キー・キー
溝のようなガイド手段により、シャフト体２の軸線方向
でのスライド移動のみをなさしめるようにすることがで
きる。またシャフト体２はその内部を中空状にし、その
内部に冷却用流体を通すようにすることができる。

その他図面において、20は動力伝達用にシャフト体２
の端部に設けられるスプトケットホイール、61は炉体の
鉄皮、62は同じく耐火材である。

以上のような炉内ロール（イ）は、上述したように第
２のスリーブ押え8bがコイルスプリング10の弾性力によ
りスリーブ体３を押圧し、第１のスリーブ押え8bとの間
でスリーブ体３を挟持する。この結果、スリーブ体３と
シャフト体２とは第１及び第２のスリーブ押え8a,8bと
スリーブ体３端面の各間の摩擦力により一体化され、一
体的に回転することになる。

また、セラミック製のスリーブ体３と、通常金属によ
り構成されるシャフト体２とは熱膨張率に差があるが、
これらの部材がそれぞれの熱膨張率に基づいて熱膨張し
ても、これに応じて第２のスリーブ押え8bが逃げ、この
逃げをコイルバネ10が吸収するため、各部材に無理な力
が加わるようなことは全くない。

炉内ロール（イ）は、炉内雰囲気に曝されるのがセラ
ミック製のスリーブ体３だけであり、このため、高温や
腐食性雰囲気に対しても十分な耐久性が得られると共
に、該スリーブ体３は切欠き部のない連続面で構成され
ていて、十分な強度を有している。

以上のような炉内ロール（イ）は鋼帯の連続焼鈍炉を
はじめとするあらゆる炉に対して適用することができる
が、特に、腐食性が著しく高い雰囲気ガスを用いる、所
謂CVD処理炉に極めて好適な炉内ロールであると言え
る。

第３図は高珪素鋼板（例えば6.5％Si鋼板）を得るた
めのCVD処理（化学気相蒸着処理）を利用した鋼板の連
続滲珪処理設備を示すものである。

この設備は鋼板入側から、加熱炉Ａ、CVD処理炉Ｂ、
拡散処理炉Ｃ、冷却炉Ｄを順に備えている。

このような設備では、鋼板Ｓは、加熱炉ＡにおいてCV
D処理温度まで加熱された後、CVD処理炉Ｂに導かれる。
このCVD処理炉Ｂには、SiCl₄を含有する反応ガスが供給
され、吹付ノズル21から鋼板表面に上記反応ガスが吹き
付けられ、滲珪処理がなされる。次いで、鋼板Ｓは拡散
処理炉Ｃに導かれ、ここで所定の温度に均熱保持され、
Siの拡散処理がなされる。すなわち、CVD処理直後で
は、鋼帯表面近くはSi濃度が高く、中心部分では母材Si
濃度のままであり、これを均熱・拡散処理し均一Si濃度
或いは所定の濃度分布とする必要がある。このような処
理後、冷却炉Ｄで常温若しくは適当な温度まで冷却さ
れ、コイルに巻取られる。

このような連続処理設備では、加熱炉Ａの内部、加熱
炉ＡとCVD処理炉Ｂとの境界部、CVD処理炉Ｂと拡散処理
炉Ｃとの境界部、拡散処理炉Ｃの内部、冷却炉Ｄの内部
にそれぞれ炉内ロールa₁〜a₅が設けられているが、CVD
処理炉Ｂの入側及び出側の炉内ロールa₂,a₃がSiCl₄を含
む雰囲気に曝されており、このため、第３図のような設
備では、少なくとも、このa₂,a₃の炉内ロールを本発明
の構造とすることが必要とされる。またCVD処理炉の前
後の加熱炉Ａ及び拡散処理炉Ｃは、SiCl₄を含むような
雰囲気ではないが、高温であるため、これらの炉内ロー
ルa₁,a₄についても同様の炉内ロールとすることが好ま
しい。

なお、第３図において、CVD処理炉Ｂとその入側の加
熱炉Ａ及び出側の拡散処理炉Ｃとの各間は、互いの雰囲
気が漏れないようにするためのシール装置22が設けられ
ている。また加熱炉Ａの入側には外気の侵入を防止する
ためのシール装置23が設けられている。以下、これらの
構造を第４図ないし第７図に基づいて説明する。

第４図は、シール装置22の一実施例を示すもので1A,1
Bは隣接する炉、24はこの炉1A,1Bを結ぶ鋼帯通路部（ス
ロート部）、ａはこの鋼帯通路部24に面して配置される
本発明の炉内ロールである。

前記炉内ロールａの上部には、鋼帯通路部24に面して
シールボックス部25が設けられている。このシールボッ
クス部25は下部が鋼帯通路部24に開口し、上部が閉塞さ
れた構造となっている。

このシールボックス部25の内部には、シール体26が昇
降可能に配置されている。このシール体26は内部が中空
であるボックス状のシール材ホルダ27と、このシール材
ホルダ内に気体を供給するための供給管28と、シール材
ホルダの外面に設けられるシール材29とからなってい
る。

前記シール材ホルダ27は、その前後面、両側面及び鋼
帯通路部側の面（本実施例では底面）に多数の気体通孔
30を有している。

前記供給管28はシール体26の昇降保持軸をも兼ねてお
り、シールボックス部の閉塞板31を貫通して、シール材
ホルダ６に接続され、該ホルダ内にシールガスを供給で
きるようにしている。またこの供給管28はシールボック
ス部25に対して上下スライド可能となっており、シール
体26はこの供給管28に保持されることによりシールボッ
クス部25内を昇降できるようになっている。なお、32は
この供給管28とシールボックス部25との間をシールする
軸封装置である。

前記シール材29はセラミックファイバーを圧縮成形し
た所謂セラミックファイバーブランケットであり、適当
な通気性を有している。シール材29は前記シール材ホル
ダ27の外面、すなわち、前後面、両側面及び鋼帯に対向
する面を覆うよう取付けられている。

本実施例では、シール材29はシールボックス部25の内
壁との間で適当な間隙を形成しているが、この間隙はシ
ール体が昇降する際シールボックス部内壁と接触するこ
とによってシール材29が脱落しないよう配慮したもので
あり、したがってこのような間隙は必ずしも設ける必要
はない。なお、このシール材19はシール材ホルダ27を炉
内の熱から保護する役目もしている。

以上のような本発明の装置は、通板する鋼帯Ｓにシー
ル体26が所定の面圧で押し付けられ、供給管28からはシ
ール材ホルダ27内にシールガス（例えばArガス等）が供
給される。このシールガスシール材ホルダ27の気体通孔
30を通り、さらにシール材29の内部を通って、シールボ
ックス部25前後の炉1A,1B方向に流れる。

このようなシール構造では、鋼帯Ｓに接触するシール
材29が軟いセラミックファイバーで構成されているた
め、鋼帯面にすり傷を付けることがなく、また適当な変
形能を有しているため鋼帯のゆがみ等の形状状態に適切
に対応できる。

そして、シール性に関しては、まずシール材29を介し
て鋼帯面に圧接されるシール体26そのものが、機械的に
炉1A,1Bを遮断することによるシール作用が、得られ
る。加えて、シール材ホルダ27内のシールガスは、鋼帯
と対向する側の気体通孔30からも流出するが、第６図に
示すように、この部分から流れ出たシールガスは、鋼帯
との間で圧縮されたシール材29の内部をシール体の中心
を境に両炉1A,1B方向に分流する。そして、シール材内
でこのようなシールガスの流れが形成されることによ
り、各炉1A,1Bの雰囲気ガスが通気性のシール材29を通
過して隣りの炉に流れるということが確実に防止され
る。

このようにシール装置22は、鋼帯に接する側のシール
材29内部でシールガスが両炉方向へ分流することにより
大きなシール性が得られるものであるが、この部分のシ
ール材29はシール体26の鋼帯に対する押付力により圧縮
されているため、その部分のシールガス静圧が高く、こ
のため少ない量のシールガスで適切なシール性が得られ
る。

第５図はシール装置22の他の実施例を示すものであ
る。この実施例はシールボックス部25′にシールガス導
入口33を設け、このシールボックス部25′内にシール体
26′を昇降可能に配置している。このシール体26′はボ
ックス状のシール材ホルダ34の外面にセラミックファイ
バー製のシール材35を設けたもので、保持軸36により昇
降可能に保持されている。

シール材29は、シールボックス部25の内壁との間で適
当な間隙を形成している。

本実施例では、シールボックス部25と対向する炉内ロ
ールａと炉壁との隙間にセラミックファイバーからなる
充填材37が詰められ、この隙間にシールガス導入口38か
らシールガスが導入され、鋼帯下面側のシールを行うよ
うになっている。

このような装置では、通板する鋼帯Ｓにシール体26′
が所定の面圧で押し付けられ、シールガス導入口33から
シールボックス部内の圧力が前後の炉1A,1Bの炉内圧よ
りも高くなるようにしてシールガスが供給される。この
シールガスはシール体26′とシールボックス部内壁との
間隙を通り前後の炉1A,1B方向に流れる。

また、第７図は加熱炉入側のシール装置23の一実施例
を示すものであり、39は鋼帯入口、40は鋼帯入口内方の
鋼帯通路部である。

前記鋼帯入口40前面にはシールチャンバ41が設けられ
ている。このシールチャンバ41にはシールガス導入口42
が設けられている。シールシャンバ41の鋼帯入口には、
シールロール42とその上部のシール板42とからなる接触
式のシール機構が設けられている。前記シール板43は鋼
帯にすり傷等を生じさせないようにするため鋼帯より軟
質の部材、例えば木材等で構成され、鋼帯をシールロー
ル42に押し付けることによりシールを構成する。なお、
シールチャンバ41の底部側にもシール板43′が設けら
れ、その先端がシールロール42に接触している。

前記鋼帯通路部40の上部にはこれに面してシールボッ
クス部44が設けられている。このシールボックス部44は
下部が鋼帯通路部40に開口し、上部が開塞された構造と
なっている。

このシールボックス部44の内部には、シール体45が昇
降可能に配置されている。このシール体45はボックス状
のシール材ホルダの外面に上記実施例と同様のセラミッ
クファイバー製のシール材46を設けたもので、保持軸47
により昇降可能に保持されている。

鋼帯通路部40の下部には、前記シールボックス部44を
対向するように受け板47が設けられ、鋼帯は前記シール
体45によりこの受け板47に押し付けられるようになって
いる。

なお、本実施例では、シールボックス部44にもシール
ガス導入口48が設けられ、シールガスが供給され得るよ
うになっているが、このようなシールガスの導入は必ず
しも必要ではない。

その他図面において、49は保持軸47とシールボックス
部44との間をシールする軸封装置、50はシールガス導入
口42,48にガスを供給するための供給配管、51はこの供
給配管に設けられる差圧制御弁、52a,52bは炉内及びシ
ールチャンバ内の圧力を検出するための圧力計、53は絞
り弁、54は差演算器である。

このような装置では、シールチャンバ41内にシールガ
ス導入口42よりシールガスが供給され、チャンバ内のシ
ールガス圧が炉内圧よりも高くなるよう維持される。シ
ールチャンバ41の入側ではシール板43が鋼帯Ｓをシール
ロール42に押し付け、シールを形成する。またシールチ
ャンバの出側では、鋼帯Ｓにシール体46が所定の面圧で
押し付けられ、対向する受け板47との間でシールが形成
される。

シールボックス部44内には必要に応じてシールガスが
供給され、該シールガスはシール体46の周囲及びシール
材の内部を通ってシールチャンバ41方向及び加熱炉Ａ方
向に分流する。

なお、シールチャンバ41及びシールボックス部44への
シールガスの供給は、圧力計52a,52bで炉内及びシール
チャンバ内の圧力を検出し、差圧検出器54でその差圧を
演算し、シールチャンバ41内の圧力が加熱炉Ａ内の圧力
よりも一定値だけ高くなるよう差圧制御弁51を制御す
る。

このようにシール装置23では、シール手段たるシール
チャンバ41の入側及び出側にさらにシール部材を設け、
しかもシールチャンバ内に炉内圧よりも高い圧力でシー
ルガスを供給することにより、炉内ガスの炉外への流出
及び外気の炉内への侵入が効果的に阻止される。

［発明の効果］以上述べた本発明の炉内ロールよれば、炉内に位置す
る部分がセラミック製のロール銅だけであるため、高温
且つ腐食雰囲気条件下でも長期間使用することができ
る。加えて、セラミック製のロール銅部たるスリーブ体
は、切欠部のない単純な円筒形であるため、大きな強度
を有しており、しかもスリーブ保持機構の作用により、
ロールシャフトとの一体性を維持しつつ、熱膨張等に応
じロールシャフトとの間での変位が可能であり、これら
により、外力や熱膨張による破損を生じることなく長期
間の使用に耐え得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は縦断面図、第２図はシール装置を部分的に示す断
面である。第３図は本発明の炉内ロールを適すべき鋼板
の連続滲珪処理設備を示す説明図である。第４図及び第
５図は、それぞれ第３図中の炉間シール装置の実施例を
示す縦断面図である。第６図は第４図に示すシール装置
におけるシールガスの流れを示す説明図である。第７図
は第３図中の加熱炉入側シール装置の実施例を示す縦断
面図である。図において、１は炉体、２はシャフト体、３はスリーブ
体、４はシール装置、５はスリーブ保持機構、７は軸
受、8a,8bはスリーブ押え、９はバネ押え、10はコイル
バネを各示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炉体をその幅方向で貫通し、両端が炉外の
軸受部に回転可能に支持されるシャフト体と、該シャフ
ト体に外挿され、炉体をその幅方向で貫通するセラミッ
ク製のスリーブ体と、該スリーブ体と炉壁間に設けられ
るシール装置と、スリーブ体をシャフト体に対して保持
するための保持機構とからなり、前記スリーブ体は切欠
き部のない連続面で構成され、前記保持機構は、スリー
ブ体の一端面に接触せしめられると共に炉外のシャフト
体一端側に固定される第１のスリーブ押えと、炉外のシ
ャフト体他端側に固定されるバネ押えと、前記スリーブ
体他端側に接触せしめられ、且つシャフト体周りにシャ
フト軸方向スライド可能に外挿される第２のスリーブ押
えと、該第２のスリーブ押えと前記バネ押えとの間に介
在せしめられるコイルバネとからなる炉内ロール。