JP2626734B2 - 珪素鋼板熱処理炉用ハースロール - Google Patents

珪素鋼板熱処理炉用ハースロール

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JP2626734B2 JP62305419A JP30541987A JP2626734B2 JP 2626734 B2 JP2626734 B2 JP 2626734B2 JP 62305419 A JP62305419 A JP 62305419A JP 30541987 A JP30541987 A JP 30541987A JP 2626734 B2 JP2626734 B2 JP 2626734B2
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    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、珪素鋼板熱処理炉の炉内ハースロールの改
良に関する。
〔従来の技術〕
珪素鋼板熱処理炉の炉内ハースロールは、第2図に示
すように、ロール軸体(10)とそのロール軸体に環装さ
れたスリーブ(30)とからなる。スリーブ(30)として
は、Cr−Ni系鋼、Cr−Ni−Co系鋼、Cr−Ni−Co−W系鋼
等の各種耐熱鋼が使用されているが、珪素鋼板熱処理炉
内雰囲気は、1100℃以上と、これらの耐熱鋼の適用温度
(約800〜900℃)をこえる高温度に保持されるので、ロ
ール軸体(10)を内部水冷構造とし、ロール軸体(10)
の内側から、ロール軸体(10)およびスリーブ(30)を
冷却水により強制冷却するようにしている。
なお、その内部水冷構造にはいくつかの形式がある
が、代表的には、図示のように、ロール軸体(1)を中
空体とし、その中空孔(11)に開口端側から給水管(1
2)を挿入してロール軸体(10)内に冷却水(W)を送
給し開口端側へ流送排出させるようにしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記ハースロールは、ロール軸体(10)内の冷却水の
給排によるロール軸体(10)およびスリーブ(30)の強
制冷却を必要とするので、炉内の熱が冷却水により炉外
に持ち去られることによる熱損失を免れない。その熱損
失は、例えばロール1本当たり、約110000Kcal/Hrにも
及ぶ。また、被熱処理材(珪素鋼材)はスリーブ(30)
とを接触面を介して熱が奪われるため、均一加熱が困難
で、焼ムラが生じ易い。この対策として、図示のよう
に、スリーブ(30)をハブ材(20)を介してロール軸体
(10)に環装することにより、スリーブ(30)とロール
軸体(10)との間に隙間(g)を設け、その空気層を介
してスリーブ(30)を間接冷却することとしているが、
その場合にも、スリーブ(30)を耐用温度以下に保持す
る強制冷却を必要とすることに変わりはなく、炉内熱損
失および被処理材の焼ムラに対する十分な解決策とはな
り得ない。また、スリーブ(30)を空気層を介して間接
冷却する構造、およびスリーブ(30)をロール軸体(1
0)に密着嵌装して直接冷却する構造のいずれの場合に
も、スリーブ(30)の冷却ムラが生じ易く、冷却が不足
すると、スリーブ表面の酸化損傷や被処理材の表面酸化
スケールが融着するビルドアップ等による肌あれ、およ
び被処理材の荷重による座屈・変形等が生じ、被処理材
の円滑な搬送が妨げられるので、そのメンテナンスに多
大のコストと労力を余儀なくされている。
本発明は上記に鑑み、冷却水による熱損失が少なく、
被処理材の均一加熱が保証され、かつ耐久性にすぐれた
ハースロールを提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の珪素鋼板熱処理炉用ハースロールは、内部水
冷構造を有するロール軸体とこれに環装されたスリーブ
を有する珪素鋼板熱処理炉用ハースロールにおいて、ス
リーブは、ロール軸体の軸方向の複数個所に配置された
ハブ材を介して、ロール軸体外周面との間に隙間をもっ
て環装され、その隙間にセラミックファイバを充填して
なる断熱材層が形成されていると共に、スリーブは、耐
熱鋼製スリーブ基体の外周面に、Co基耐熱合金またはNi
基耐熱合金マトリックスと分散相である10〜70重量%の
炭化物系セラミック粒子とからなる複合組織を有する層
厚1〜5mmの溶接肉盛層が形成された二層積層構造を有
することを特徴としている。
本発明のハースロールを、その実施例を示す第1図に
より説明すると、図中、(40)はスリーブ、(50)は断
熱材である。スリーブ(40)は耐熱合金からなるスリー
ブ基体(41)とその外周面に形成された溶接肉盛層(4
2)とからなる二層積層構造を有し、なおそのスリーブ
(40)はハブ材(20)を介してロール軸体(10)に嵌装
され、ロール軸体(10)の外周面とスリーブ(40)の内
周面との間に形成された隙間には断熱材(50)が充填さ
れている。
スリーブ(40)の外側層である溶接肉盛層(42)は、
耐熱合金マトリックスと該マトリックスに分散相として
混在する炭化物系セラミック粒子とからなる複合組織を
有し、その内側層であるスリーブ基体(41)との界面は
溶接肉盛施工時の十分な溶接熱の供給により強固に融着
結合している。
上記溶接肉盛層(42)は、マトリックスとなる金属粉
末と、分散相となる炭化物系セラミック粉末との混合物
を肉盛材料とし、プラズマ粉体溶接肉盛法により形成す
ることができる。この場合、金属粉末と炭化物系セラミ
ック粉末との単なる混合粉末を使用する代わりに、その
均一な混練物を湿式噴霧乾燥機により造粒し、焼成した
のち解砕して得られる造粒粉(例えば、粒径50〜300μ
m)を使用することにより、セラミックと金属との比重
差による偏析・分離を防止し、均質な複合組織を有する
肉盛層を形成することができる。その肉盛層の層厚は、
1〜5mmが適当である。層厚1mm以上の溶接肉盛層を形成
することにより、ロール表面の良好な耐ビルドアップ性
や耐酸化性等が確保される。その層厚は5mmを超える厚
さとする利益はなく、経済性を損なうので、これを上限
とする。
肉盛層のマトリックスとなる金属はCo基合金、または
Ni基合金であり、その好適な具体例として、Co基合金で
は、Cr:40〜60%,Ni:0.5〜4%,W:2〜5%,C:0.3〜1
%,Fe:0.5〜2%,Si:0.5〜2%,Mn:0.5〜2%,不純分
であるFeは2%以下、残部実質的にCoからなる合金が挙
げられ、Ni基合金では、Ci:10〜20%,W:3〜7%,C:0.02
〜0.1%,Fe:4〜10%,Si:0.5〜2%,Mn:0.5〜2%,残部
実質的にNiからなる合金が挙げられる。
他方、肉盛層内の分散相となる炭化物系セラミックの
例として、炭化クロム(Cr3C2,Cr7C3等)、炭化珪素(S
iC),炭化ニオブ(NbC),炭化チタン(TiC),炭化タ
ングステン(WC)等が挙げられる。その粒径は、10〜15
0μmであってよい。これらの炭化物系セラミック粒子
は、前記マトリックス金属との濡れ性もよく、そのすぐ
れた分散強化作用により、肉盛層に、1000℃をこえる高
温酸化雰囲気での使用に耐える十分な強度や耐酸化性を
付与する。また、その肉盛層表面はビルドアップに対し
極めて良好な抵抗性を有する。その肉盛層における炭化
物系セラミック粒子の占める割合は、その粒子分散強化
作用による肉盛層の高温強度や耐ビルドアップ性等の改
善効果を十分なものとするために10重量%以上であるこ
とが好ましい。しかし、その割合があまり多くなると、
肉盛層の靱性が低下し、熱的および機械的衝撃に対する
抵抗性の不足をきたすので、70重量%を上限とするのが
よい。
なお、スリーブ基体(41)は例えば遠心力鋳造により
製造される円筒体を使用することができ、その材質は、
従来そのスリーブ材料として使用されている各種耐熱合
金鋼(Cr−Ni系、Cr−Ni−Co系、Cr−Ni−Co−W系な
ど)であってよく、その具体例として、 Cr:24〜28%,Ni:18〜22%,C:0.35〜0.45%,Si:0.5〜
2%,Mn:0.5〜2%,残部実質的にFeからなるCr−Ni系
耐熱鋼、 Cr:24〜27%,Ni:22〜25%,Co:14〜18%,C:0.35〜0.40
%,Si:0.5〜2%,Mn:0.5〜2%,残部実質的にFeからな
るCr−Ni−Co系鋼、 Cr:25〜30%,Ni:45〜50%,W:4〜6%,C:0.4〜0.6%,S
i:0.5〜2%,Mn:0.5〜2%,残部実質的にFeからなるCr
−Ni−Co−W系耐熱鋼等が挙げられる。
ロール軸体(10)とスリーブ(40)との間の隙間は、
セラミックファイバ(例えば,アルミナセラミックファ
イバ等)を充填して断熱材層(50)を形成する。セラミ
ックファイバは高い断熱性を有し、スリーブ(40)に対
するロール軸体(10)からの強制冷却作用を遮断し、被
覆層(42)表面を炉内雰囲気とほぼ等しい高温度に保持
することを可能にする。断熱材層の層厚(空隙幅)は、
その断熱効果を十分なものとするために約5mm以上であ
ることが好ましいが、約30mmまでで十分である。
ロール軸体(10)の内部水冷構造は、図示のように、
ロール軸体(10)の基端側から、中空孔内に挿入された
給水管(12)により冷却水(W)を送給する構造のほ
か、例えばロール軸体(10)にその基端側から反対側に
貫通する冷却水流路を設けて一方向に冷却水を流通させ
る構造であってよい。
〔作用〕
本発明のハースロールにおけるスリーブ(40)は、耐
熱合金製スリーブ基体(41)の外周面を複合肉盛層(4
2)で被覆した2層構造を有するので、それ自身、1100
℃をこえる高温酸化雰囲気に耐える十分な高温強度と耐
熱性を有し、従ってスリーブ(40)に対する強制冷却を
必要としない。すなわち、ロール軸体(10)内の冷却通
水量はロール軸体(10)のみを所定温度に冷却保持する
に足る量であればよく、それ以上の強制冷却は不要であ
る。また炉内雰囲気と直接接触するスリーブ(40)と、
冷却水の直接冷却をうけるロール軸体(10)とは断熱材
層(50)を介して離隔されているので、冷却水のスリー
ブ(40)に対する冷却作用は断熱材層(50)により遮断
され、従ってスリーブ(40)は炉内雰囲気温度にほぼ等
しい高温度に保持される。
〔実施例〕
第1図に示した形状および構造を有するハースロール
Aを製作する。
ハースロールA(発明例) (a)スリーブ スリーブ基体(外径:210mm,肉厚20mm)の外周面に、
セラミック粉末と耐熱合金鋼粉末とからなる造粒粉(平
均粒系150μm)を用いてプラズマ粉体溶接肉盛法によ
り、層厚3mmの複合肉盛層を形成。
スリーブ基体: Cr−Ni系耐熱鋼(Cr:27%,Ni:48.5%,C:0.45%,Si:0.98
%,Mn:1%,W:5%,残部Fe) 複合肉盛層: セラミック粒子…炭化珪素粒子(平均粒径50μm) マトリックス金属…Co基合金(Cr:50.5%,Ni:2.5%,C:
0.8%,Si:0.9%,Mn:0.8%,Fe:0.9%,残部Co) セラミック/マトリックス=50/50(重量比) (b)断熱材層 アルミナセラミックファイバ 層厚25mm (c)ロール軸体 材質:普通炭素鋼 冷却水流量:690/Hr 他方、比較ロールとして、従来型ロールである第2図
のハースロールBを製作した。
ハースロールB(比較例) (a)スリーブ 材質:前記ハースロールAのスリーブ基体と同じ。
外径:210mm,肉厚:20mm (b)スリーブとロール軸体の隙間幅:0.5mm (c)ロール軸体 材質および構造は前記ハースロールAと同じ。
冷却水流量:690/Hr 上記ハースロールAおよびハースロールBを炉内温度
1200度の珪素鋼板熱処理炉用ハースロールとして実機使
用に供した。その結果、ハースロールAを使用した場合
のロール1本当たりの熱損失量は、ハースロールBを使
用した場合に比べて、100×103〜110×103Kcal/本減少
し、炉内投入熱量は約1/15に節減された。また、ハース
ロールBではスリーブに約7〜10mmの曲り変形、および
スリーブ表面の肌あれが生じたのに対し、ハースロール
Aには、スリーブの曲り等の変形、および表面肌あれ等
の損傷は殆どなく、ハースロールBに比べて少なくとも
数倍の耐用寿命が得られた。
〔発明の効果〕
本発明の珪素鋼板熱処理炉用ハースロールは、スリー
ブに対する強制冷却を必要としないので、炉内熱の炉外
流出量が少なく、省エネルギに大きな効果が得られる。
また、スリーブ表面は炉内温度にほぼ等しい高温度に保
持されるので、被熱処理材の加熱ムラを生じることがな
く、均一な熱処理が保証される。
更に、本発明のハースロールは、炉内温度が1100℃を
こえるような苛酷な使用条件においても、長期に亘って
変形や肌あれ等の損傷を生じることがなく、従来型ロー
ルを大きく凌ぐ耐用寿命を有し、従ってメンテナンスが
大幅に軽減されるとともに、炉操業の効率化・安定化に
大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のハースロールの実施例を示す軸方向断
面図、第2図は従来のハースロールを示す軸方向断面図
である。 10:ロール軸体、12:給水管、20:ハブ材、40:スリーブ、
41:スリーブ基体、42:複合肉盛層、50:断熱材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 貴章 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 内藤 粛 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭62−192521(JP,A) 特開 昭60−33364(JP,A) 特公 昭46−39207(JP,B1) 実公 昭60−40584(JP,Y2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部水冷構造を有するロール軸体とこれに
    環装されたスリーブを有する珪素鋼板熱処理炉用ハース
    ロールにおいて、スリーブ(40)は、ロール軸体(10)
    の軸方向の複数個所に配置されたハブ材(20)を介し
    て、ロール軸体外周面との間に隙間をもって環装され、
    その隙間にセラミックファイバを充填してなる断熱材層
    (50)が形成されていると共に、スリーブ(40)は、耐
    熱鋼製スリーブ基体(41)の外周面に、Co基耐熱合金ま
    たはNi基耐熱合金マトリックスと分散相である10〜70重
    量%の炭化物系セラミック粒子とからなる複合組織を有
    する層厚1〜5mmの溶接肉盛層(42)が形成された二層
    積層構造を有することを特徴とする珪素鋼板熱処理炉用
    ハースロール。
JP62305419A 1987-12-01 1987-12-01 珪素鋼板熱処理炉用ハースロール Expired - Lifetime JP2626734B2 (ja)

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