JP3145179B2 - 通電用表面被覆カーボンロール - Google Patents

通電用表面被覆カーボンロール

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電性材料に通電加熱
するための通電用表面被覆カ−ボンロ−ルに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、冷延鋼板の連続焼鈍炉内
における加熱方式としては、直火型無酸化加熱方式、輻
射管加熱方式、間接電気加熱方式などが用いられている
が、これら各方式は、いずれも伝熱による加熱方式であ
るので、単位時間当たりの加熱能力はあまり高くなく、
必要な総熱量を確保するためには、加熱時間を長くとら
ねばならず、必然的に加熱帯の長さが長くなる。また、
電気加熱のための抵抗発熱体の温度もあまり高温にはで
きないため加熱能力が制約され、全体として設備が長大
となる。このような伝熱による加熱方式に対して、近
年、炉内にある帯状金属に直接通電して加熱する方法が
提案されている。例えば、特開昭59−222535号
公報にあるように、ロ−ラ−とストリップが密着しない
部分、すなわちロ−ラ−への接触始めと終わりの部分を
除いた部分で通電し、ストリップと通電ロ−ラ−間のス
パ−クを防止しようとするものである。また、特開昭6
2−50418号公報は、連続熱処理炉の炉内で帯状金
属を通電加熱する際に、炉内下段の搬送ロ−ルの下面の
一部又は全部を囲繞するケ−シングを設置し、このケ−
シング内に導電性粒体の流動層を形成し、外部電源から
ケ−シング内の導電性粒体を介して帯状金属に給電して
加熱する場合に、帯状金属との間のスパ−クを防止しよ
うとするものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような電
極ロ−ルによって帯状金属に給電する従来の方式は、実
用面においては、次のような問題がある。すなわち、特
開昭59−222535号公報にあっては、ロ−ル巻き
付け始めと終りに通電をせず、完全に接触すると考えら
れる状態で通電したとしても、ストリップの幅方向の不
安定接触は防止できず、ストリップエッジのスパ−クは
防止出来ない。また、特開昭62−50418号公報に
あっては、導電性粒体の流動層を常にガス圧によって鋼
帯に接触する必要があり、この接触変動によって、通電
効率に大きく影響する欠点がある。本発明は、上記のご
とき問題点を解消し、スパ−クを発生しない新規な通電
用ロ−ルを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記のよう
な課題を解決するための、通電用表面被覆カーボンロー
ルであり、その特徴とするところは、導電材料を挟持し
て通電加熱する場合に用いる通電用ロールあるいは押え
ロールであって、ロール本体のシェルをカーボン質材料
から構成され、該カーボン質材料の外表面に導電性材料
もしくは非導電性材料を被覆したことを特徴とする通電
用表面被覆カーボンロールにある。
【0005】以下、本発明について図面に従って詳細に
説明する。図1は導電性材料1に通電して直接加熱する
場合の基本的構成を示す図であって、変圧器型の通電加
熱装置による鋼板の通電加熱例を示している。すなわ
ち、この通電加熱装置においては、入側、及び出側にそ
れぞれコンダクタ−ロ−ル2.3に沿って、導電性材料
1を通板させながら加熱するものである。この各コンダ
クタ−ロ−ル2.3の間には環状トランス4が配設され
ている。このような、導電性材料1を案内するロ−ルに
通電し、ロ−ル間に導電性材料1を介し、電流を流すこ
とにより導電性材料の電気抵抗により、導電性材料自身
が発熱して加熱されるものである。しかし、ロ−ル間を
導電性材料が連続的に通過する関係から、導電性材料は
ロ−ルと密着する部分とそうでない部分とが発生し、ま
た、加熱された導電性材料と接触する側の通電ロ−ル
は、導電性材料からの熱により膨張し、ロ−ル中央部が
脹らみ、中央部の圧力が高くなり、導電性材料のエッジ
の圧力分布が下がりはじめる。これらが、さらに進むと
導電性材料とロ−ルとの間には隙間が生じ、このような
部分的な圧力の低下が起き、導電性材料と通電ロ−ルと
は不安定接触状態となり、容易にスパ−クを発生する
が、この原因として、サ−マルクラウンによることが判
明した。従って、このサ−マルクラウンの発生を防止す
るロ−ルを採用すれば、スパ−クを発生することを防止
出来るものである。また、発生したサ−マルクラウンに
追従し、導電材料を通電側のロ−ルに密着できるよう
に、押えるロ−ルがあれば、スパ−クの発生は防止でき
る。
【0006】そこで発明者等は、このサ−マルクラウン
を生じないロ−ル材質面を種々研究した結果、先ずサ−
マルクラウンを生じないロ−ル材質としてα/a(線膨
張係数/熱拡散率)の値が小さい材質に着目した。すな
わち、線膨張係数αが小さい程膨張量が小さく、熱拡散
率aが大きい程均温性が良いので、α/aが小さい程、
サ−マルクラウンが付きにくいことが言える。このこと
から種々の材質におけるα/aを比較検討した結果、カ
−ボン材が他の材質に比べてα/aの値が小さく、高い
サ−マルクラウン抑止効果が期待出来る。一方、仮にサ
−マルクラウンが発生した場合にも、被加熱材への追従
性を確保するために、縦弾性係数Eが小さい材質である
ことも必要である。すなわち、縦弾性係数Eが小さい
と、同一荷重の場合でも変形が大きく、被加熱材の変形
に対して、馴染みやすいからである。そこでこのカ−ボ
ン材は、縦弾性係数Eも低い値を示しており、従って、
サ−マルクラウンに対して良好な追従性がカ−ボンを用
いた通電ロ−ルにおいて得られることが判明したことか
ら、カ−ボン材によるロ−ルを選定した。
【0007】このカーボンロールの構造について図2に
示す。図2に示すように、カーボンロールはシャフト5
に支持された取付け用リング7によって、中空円筒状の
カーボンスリーブ6が保持され、このカーボンスリーブ
6の表面に導電性を有する高融点であり、かつ高硬化材
を1mm以上溶射処理して、溶射被膜を形成する。この
場合の導電性を有する高融点であり、かつ高硬化材とし
ては、例えば、高炭素鋼であるピアノ線等の金属ない
し、WC,SiC,TiC,MoC,Crなど
のサーメット溶射が最適である。また、被膜の形成法と
しては、溶射だけではなく、セラミック、金属の含浸処
理でも良い。
【0008】また、溶射被膜をあまり厚くすると、例え
ば、高C鋼線による溶射処理の場合であると、3mm超
えると鉄の性質が顕著に現われカ−ボン質の本質的効果
を発揮することが出来なくなる。そのために、高C鋼線
の場合には、3mm程度までが最適被膜厚である。な
お、本発明については、図2に示した構造に限定される
ものではなく、カ−ボンスリ−ブとシャフトとの間が中
空である必要はなく、中実したシャフト部にカ−ボン材
質を構成し、その上に導電性を有する高融点であり、か
つ高硬化材を溶射処理して、溶射被膜を形成したもので
も、いずれでも良い。
【0009】
【作用】更に、本発明の最大の特徴であるカ−ボンロ−
ルを用いた場合の特性について、詳細に述べる。図3は
被加熱材である、例えば鋼板の板幅方向距離とカ−ボン
ロ−ルの表面温度との関係を示す図である。この図は板
幅150mm,加熱温度500℃、線電流密度20A/
mm2 における板幅中心部と板幅端部との温度偏差を調
べたもので、この図から明らかなように、板幅端部から
板幅中心部間の温度偏差は10℃程度であり、通常の鋳
鉄ロ−ルの約1/3であることがわかる。また、図4は
本発明に係るカ−ボンロ−ルの板幅方向距離とサ−マル
クラウンとの関係を示した図であって、板幅中心部と板
端部とのサ−マルクラウン量は0.5μm程度を示して
いる。この値は鋳鉄ロ−ルと比較して約1/60である
ことがわかる。すなわち、カ−ボンロ−ルにおけるサ−
マルクラウン量は極めて小さい値を示すものである。
【0010】更に、図5は本発明に係るカ−ボンロ−ル
における板幅方向距離と接触面圧との関係を示した図で
あって、カ−ボンロ−ルと板間の接触面圧分布は、線電
流密度20A/mm2 における鋳鉄ロ−ルの場合と比較
すると、板幅方向の面圧差は極めて小さく、平均面圧3
kg/mm2に対して、最低面圧の2.8kg/mm2
示し、板幅全域に亘って充分に安定した限界面圧を確保
することが可能であることがわかる。このように、カ−
BR>ボンロ−ルは板幅端部から板幅中心部間の温度偏
差、サ−マルクラウン量の差、並びに接触面圧差がそれ
ぞれ極めて小さい。従って、本発明のカ−ボンロ−ルで
の通電加熱を行った場合には、極めて安定した通電加熱
が可能であることが明確である。
【0011】
【実施例】図1に示すような変圧器型の通電加熱装置に
おいて、外形230mm、胴長600mmの表面に高炭
素鋼を溶射処理したカーボンロールを上下2対用いて通
電ロール間隔2.3mで150mm幅、0.4mm厚の
冷延鋼板(0.06%炭素)を使用し、通板速度を6〜
60m/minの範囲で行った。本発明のカーボンロー
ルは温度拡散係数が高く、熱膨張率が鉄の約1/10の
材質を用いた結果、高温の鋼板と接しても鋼板幅方向の
温度分布が±5℃以内であり、熱による変形は、略0と
することができ、圧力分布も一定に保つことが出来た。
【0012】また、平均圧下力3kg/mm2、 通電電
流は最大6000〔A〕を通電した。その結果、鋼板板
幅1mm当たりの通電電流は最大の40〔A〕を通じ、
常温から1100℃までの加熱する間のどの温度でもス
パ−クの発生はなく、安定した加熱が可能であるばかり
でなく、均一に鋼板と通電ロ−ルが接触することから、
板からのロ−ルへの抜熱も略均等に行なわれ、ロ−ル通
過後の鋼板板幅方向温度分布も±5℃以内と良好であ
り、温度差による鋼板の変形も全く行われなかった。次
に、通電ロ−ルとして外径230mmの鋳鉄ロ−ルを用
い、押えロ−ルとして表面にAl23を溶射したカ−ボ
ンロ−ルを用い上記と同じ条件で通電を行った。上記と
同様スパ−クの発生のない通電が可能であった。
【0013】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る通電カ
−ボンロ−ルを使用しての通電加熱によれば、導電性材
料に対して極めて広い面積に亘って、一様に安定した通
電加熱ができるので、通電部の導電性材料の単位面積当
りの電流量、すなわち、電流密度をそれほど高くする必
要なくして、導電性材料に流し得る総電流量は大きくな
り、所要昇温量に対する加熱帯の必要長さを短くするこ
とができ、かつ電極ロ−ルと導電性材料との間のスパ−
クがなくなり、従って、ア−ク疵が発生せず、導電性材
料の板幅方向温度分布も均一な加熱が行われ、かつ導電
性材料の疵発生を防止できる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】導電性材料に通電して直接加熱する基本構成
図、
【図2】本発明に係るカ−ボンロ−ル構造を示す図、
【図3】鋼板の板幅方向距離とカ−ボンロ−ルの表面温
度との関係を示す図、
【図4】本発明に係るカ−ボンロ−ルの板幅方向距離と
サ−マルクラウンとの関係を示した図、
【図5】同、本発明に係るカ−ボンロ−ルにおける板幅
方向距離と接触面圧との関係を示した図である。
【符号の説明】
1 導電性材料、 2 入側コンダクターロール、 3 出側コンダクターロール、 4 環状トランス、 5 シャフト、 6 カーボンスリーブ、 7 取付用リング、 8 溶射被膜、9 高温押えロール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 裕之 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (72)発明者 石元 忠志 兵庫県姫路市広畑区富士町1番地 新日 本製鐵株式会社 広畑製鐡所内 (72)発明者 永瀬 隆夫 兵庫県姫路市広畑区富士町1番地 新日 本製鐵株式会社 広畑製鐡所内 (72)発明者 深澤 晴雄 兵庫県姫路市広畑区富士町1番地 新日 本製鐵株式会社 広畑製鐡所内 (72)発明者 佐藤 裕紀 神奈川県茅ヶ崎市浜竹4−5−58 (72)発明者 八尾 祐吾 神奈川県平塚市入野字宮の腰36−5 (72)発明者 生田 文昭 神奈川県厚木市岡田1701−3 (72)発明者 谷野 守彦 神奈川県平塚市四之宮798−2 (56)参考文献 特開 昭61−79733(JP,A) 実開 昭60−174190(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 1/00,9/62 H05B 3/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電材料を挟持して通電加熱する場合に
    用いる通電用ロールあるいは押えロールであって、ロー
    ル本体のシェルをカーボン質材料から構成され、該カー
    ボン質材料の外表面に導電性材料もしくは非導電性材料
    を被覆したことを特徴とする通電用表面被覆カーボンロ
    ール。
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