JP5022769B2

JP5022769B2 - 熱処理炉用鋼帯搬送ロール及び熱処理炉

Info

Publication number: JP5022769B2
Application number: JP2007126211A
Authority: JP
Inventors: 秀昭末盛
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Metals Machinery Inc
Current assignee: Primetals Technologies Holdings Ltd
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: JP2008280586A

Description

本発明は、冷延鋼帯の熱処理を行う炉に適用される鋼帯搬送ロールに関する。

冷間圧延により製造された冷延鋼帯は、必要に応じ熱処理が施される。この熱処理は、冷延鋼板を熱処理炉内に導き、熱処理炉内を移動させることによりなされる。熱処理炉内での鋼帯の移動は、鋼帯を鋼帯搬送ロール(ハースロール)に巻き掛け、例えば上下方向に繰り返し移動させることによりなされる。ところで鋼帯には曲がりや部分的な伸びなどが存在し、ロールに巻き掛けて移動する際には、曲り等に起因して蛇行が生ずる。蛇行を防止する手段としてハースロールにクラウンを設けることが実施されている。

しかし、最近では、1つの熱処理炉で対応しなければならない鋼帯のサイズが狭幅のものから広幅のものまで広い範囲にわたってきている。例えば、自動車ボディ成形用の鋼板として、より幅広の鋼板が要求されるようになってきている。熱処理炉で自動車用鋼板を処理する場合、従来、処理対象としていたのは板幅８００〜１５００ｍｍの板幅レンジのものであった。最近では、同一のラインで板幅１２００〜２０００ｍｍの程度の範囲の板幅、場合によってはそれ以上の板幅の通板も要求されている。このように板幅のレンジが広くなると、従来のように単純にロールの形状を工夫しただけでは蛇行などの搬送トラブルを十分に回避することができなくなる。

ハースロールの表面にテーパを付けた１段テーパロールについては、最適なロール形状がすでに知られており、従来の板幅レンジの操業において、蛇行と絞り発生を防ぐ有効な手段とされている。しかし、このような１段テーパロールは、例えば、最大と最小の板幅比が２倍以上のような広い板幅レンジにはそのまま適用することはできない。比較的広幅の鋼帯に用いられるハースロールとして特許文献１に開示のものがある。

特開2000-192150公報

特許文献１に記載のハースロールは、ロールの表面を、中央の平坦部、その両側に２段のテーパ部を対称に形成し、平坦部に続く第１のテーパ部の傾きが更に続く第２のテーパ部の傾きより大きくなるようにしたものであるが、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、ハースロール１０１の平坦部１０１ａとテーパ部１０１ｂとのつなぎ目１０１ｃで、鋼板（鋼帯）１０２に押し傷１０３が付き、また絞り１０４が入ってしまうという問題があった。押し傷１０３は、平坦部１０１ａとテーパ部１０１ｂとのつなぎ目１０１ｃが鋼帯１０２の表面に当たることによりできる。

図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）には、鋼板１０２に絞り１０４が発生する様子を示してある。鋼帯１０２はハースロール１０１に巻き掛けられて搬送されるのであるが、鋼帯１０２が幅広であるとハースロール１０１の左右のテーパ部１０１ｂにかかる部分が大きく、テーパ部１０１ｂより鋼帯１０２に大きなセンタリング力が作用し、それによって図１３（ｂ）に示すように平坦部１０１ａとテーパ部０１ｂとのつなぎ目に対応する部分が微小に浮き上がり（ｈ１）、鋼帯１０２がハースロール１０１を離れる直前では図１３（ｃ）に示すように絞りｈ２となってしまう。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、熱処理炉で鋼帯を搬送する際に、鋼帯に絞りの発生を抑制し且つ押し傷が発生するのを防止し、併せて鋼帯に働くセンタリング力が局所的に発生することを最小にし、操業条件の変更時などでも絞りの発生と蛇行の発生を少なくすることができる鋼帯搬送ロール（ハースロール）を提供することを目的とする。

上記課題を達成する第１の発明に係る鋼帯搬送ロールは、
熱処理炉内で鋼帯を巻き掛ける鋼帯搬送ロールであって、
ロールの中心軸をｘ軸としたとき、ロール中央部におけるロール軸座標ｘに対するロール半径Ｒ（ｘ）が下記（１）式で定められる余弦曲線をなし、かつロールバレル長Ｌｂが、プロフィールの一周期長Ｌｃと鋼帯の最大板幅Ｗｍａｘの関係から、下記（２）式で規定されることを特徴とする。
Ｒ（ｘ）=（Ｄ＋２Ｃ（ｃｏｓ（２π・ｘ／Ｌｃ）−１））／２・・・（１）
ここで、Ｄ：ロールの中央直径
Ｃ：クラウン量
Ｌｃ：プロフィールの一周期長
である。
０．６・Ｌｃ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｂ≦Ｌｃ・・・（２）

上記課題を達成する第２の発明に係る鋼帯搬送ロールは、熱処理炉内で鋼帯を巻き掛ける鋼帯搬送ロールであって、ロールの中心軸をｘ軸としたとき、ロール中央部におけるロール軸座標ｘに対するロール半径Ｒ（ｘ）が下記（１）式で定められる余弦曲線をなし、かつロールバレル長Ｌｂ、プロフィールの一周期長Ｌｃ、及び下記（１）式を適用する余弦区間Ｌｅが下記（２）（３）（４）式で規定され、更に、ロール軸方向のｘ座標の−０．５Ｌｂ≦ｘ＜−０．５Ｌｅの区間は、ｘ＝−０．５Ｌｅの位置で（１）式に接する直線とし、ｘ座標の０．５Ｌｅ＜ｘ≦０．５Ｌｂの区間は、ｘ＝０．５Ｌｅの位置で（１）式に接する直線としたことを特徴とするものである。
Ｒ（ｘ）=（Ｄ＋２Ｃ（ｃｏｓ（２π・ｘ／Ｌｃ）−１））／２・・・（１）
ここで、Ｄ：ロールの中央直径
Ｃ：クラウン量
Ｌｃ：プロフィールの一周期長
である。
０．７・Ｗｍａｘ≦Ｌｃ≦１．２Ｗｍａｘ・・・（２）
０．６・Ｌｃ＜Ｌｅ≦Ｌｃ・・・（３）
Ｌｅ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｂ・・・（４）
ただし、Ｗｍａｘは鋼帯の最大板幅である。

上記課題を達成する第３の発明に係る鋼帯搬送ロールは、第１又は第２の発明に係る鋼帯搬送ロールにおいて、鋼帯熱処理で推定される鋼板温度Ｔｓ（℃）と、当該ロールの近傍の熱処理雰囲気温度でロールバレル本体が晒される温度Ｔｒ（℃）から、下記（５）式でロールのクラウン量Ｃを規定したことを特徴とするものである。
Ｃ＝Ｋ・（Ｔｒ−Ｔｓ）・Ｄ／２＋Ｃｏ・・・（５）
（Ｋ＝（１５〜３０）×１０^-6、Ｃｏ＝０．１〜１．５）
ただし、Ｋはロールの膨張係数、Ｃｏは基準クラウンの初期値である。

上記課題を解決する第４の発明に係る鋼帯搬送ロールは、第１又は第２の発明に係る鋼帯搬送ロールにおいて、ロール中央領域である（−３／８〜−１／８）・Ｌｃから（１／８〜３／８）・Ｌｃと、前記ロール中央領域を除いた範囲である両側のサイド領域とで、表面粗度を、ロール中央領域ではＲａが３〜１０μｍの範囲、サイド領域ではＲａが３〜０．５μｍの範囲と変えたことを特徴とするものである。

上記課題を解決する第５の発明に係る鋼帯搬送ロールは、第１又は第２の発明に係る鋼帯搬送ロールに記載の鋼帯搬送ロールにおいて、ロール表面全領域の表面粗度Ｒａを６μｍ以下１μｍ以上としたことを特徴とするものである。

上記課題を解決する第６の発明に係る鋼帯の熱処理炉は、第１乃至第５の発明に係る鋼帯搬送ロールを少なくとも一部に配してなることを特徴とするである。

鋼帯の熱処理炉における予熱帯、加熱帯、均熱帯等（図１１参照）の加熱セクションのハースロールにおいては、ロールが晒される環境温度より鋼板温度が低く、ハースロールはロール側端部が各セクションの環境温度と同じ温度、ロール中央部分が鋼板温度と同じ温度となり、その温度差による熱膨張差でロールプロフィールが変わる。このロールプロフィールをサーマルクラウンと呼んでいる。
第１乃至第８の発明に係る鋼帯搬送ロール及び熱処理炉によれば、鋼帯搬送ロールにサーマルクラウンが生じた状態でも、鋼帯に絞りや押し傷が発生するのを防止し、併せて鋼帯に働くセンタリング力が局所的に発生することを最小にし、幅の狭い鋼帯から幅の広い鋼帯への操業条件の変更時などでも絞りの発生と蛇行の発生を少なくすることができる。

図１４には、従来の一段テーパロールを示し、常温時のロールプロフィールと鋼板（鋼帯）の形状を図１４（ａ）に示し、熱間運転中の炉内膨張を加味したロールプロフィールと鋼板の形状を図１４（ｂ）に示す。なお、鋼板温度を４００℃、炉内温度を６００℃と想定した場合である。図１５には、特許文献１に記載された２段テーパロールを示し、常温時のロールプロフィールと鋼板の形状を図１５（ａ）に示し、熱間運転中の炉内膨張を加味したロールプロフィールと鋼板の形状を図１５（ｂ）に示す。図１６は、本発明に係る余弦カーブロールを示し、ロールプロフィールと鋼板の形状を図１６（ａ）に示し、熱間運転中の炉内膨張を加味したロールプロフィールと鋼板の形状を図１６（ｂ）に示す。

図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）に示すように、ロール中央部のロールシェルは鋼板が接し、鋼板温度とほぼ同じとなり、ロールエッジ部は炉内輻射により加熱され、炉内温度に近づき、ロール中央部より高温となっている。図１４（ｂ）、図１５（ｂ）に示すように、テーパロールの平坦部は若干逆ぞり形状になり、平坦部とテーパ部との境界が凸形状になる。この凸形状部分は、鋼板への押し傷や鋼板に座屈を生じさせる基点となる。また、図１４（ａ）（ｂ）の１段テーパのものでは、十分なセンタリング力が得られない。図１５（ａ）（ｂ）の２段テーパのものでは、狭い幅から広い幅の鋼板に対しセンタリング力が得られるが、押し傷や座屈の基点を取り除くことはできない。

これらに対し図１６（ａ）（ｂ）に示す本発明に係るロールでは、狭い幅から広い幅の鋼板に対してセンタリング力が得られ、且つ押し傷と座屈の基点である凸形状部分がなくなる。図１６（ｂ）に示すように、本発明に係るロールは、熱間時のロールプロフィールは、突起などの凹凸がなく、鋼板とロール面とのなじみが非常によい。これらは、余弦曲線を最適に設計することで、ロールの温度分布によって発生（膨張）するロールプロフィールを、温度差によるサーマルクラウンが付与されても最適なロールプロフィール形状が得られることを示している。

図１７（ａ）は、１段のテーパがついたロールのプロフィールを示す概略図であり、このようなプロフィールのロールに鋼板が巻き付くと、ロールの平坦部とテーパ部とで巻き付きの入射角が変わり、この部分は鋼板のバックリングの基点となる。図１７（ｂ）には、ロールにおける巻き付き入射角の違いを示す。平坦部ではゼロであり、テーパ部で巻き付き角が変わり、図では左右逆方向の巻き付き角を積分して表してある。平坦部とテーパ部との境Ｂで大きく入射角が変わり、そこがバックリングの起点となる。そして、図１７（ｃ）には、１段テーパロールにより鋼板にかかる板幅方向の圧縮力（センタリング力）を示す。平坦部とテーパ部との境Ｓで大きく圧縮力は変わり、そこがロールと鋼板とのスリップの起点となり、押し傷の原因となる。

図１８（ａ）は、本発明に係る鋼帯搬送ロールの、余弦カーブとなっているプロフィールの概略図であり、図１８（ｂ）は、このようなロールに鋼板が巻き付いたときの入射角の変化を示す。図１８（ｂ）に示すように、巻き付き入射角は滑らかに変化するようになる。従って、このロールにより鋼板にかかる圧縮力（センタリング力）も、図１８（ｃ）に示すように、滑らかに変化するようになり、つまり、本発明に係る鋼帯搬送ロールによれば、図１７（ｃ）に示したようなバックリングの起点となるような部分は生じない。

第４の発明に係る鋼帯搬送ロールによれば、ロール中央部の余弦曲線とその部分の表面粗度の両方が作用した合理的なセンタリング力が得られる。また、エッジ領域は、粗度を低くしたことで鋼帯をバックリングさせるに至るセンタリング力が作用することが少なくなり、かつロールプロフィールの傾斜も中央領域と同等以下である。

第１及び第２の発明により、ロールクラウンの熱間プロフィールが変局部のない理想的な凸形状が得られ、凸形状に巻き付く鋼板の面圧は、凸形であるロールプロフィールに沿って滑らかに変化する（中央部では高く、エッジ部では低い）。しかし、操業範囲で、板幅差が大きく且つ操業温度の範囲が大きい場合には、クラウン量を操業温度範囲に関連させて決定するため、クラウン量が大きく、広幅で接触面から、大きなセンタリング力が作用することがある。特に、広幅で腹伸びした鋼板では、エッジ部分の蛇行修正力により、ロール中央でバックリングの心配がある。このような場合に、第４の発明の如く、ロールのセンター部分の粗度に比べてエッジ部の粗度を変えて（小さくして）、エッジ部分からのセンタリング力を調整（小さく）することにより、バックリングの発生を抑えることができる。

第５の発明に係る鋼帯搬送ロールによれば、ロール表面粗度を２種類とする必要がなく、ロール表面粗度の最終調整が容易となる。
前述したように、第１及び第２の発明により、ロールクラウンの熱間プロフィールが変局部のない理想的な凸形状が得られ、凸形状に巻き付く鋼板の面圧は、凸形であるロールプロフィールに沿って滑らかに変化する（中央部では高く、エッジ部では低い）。第５の発明の如くロール粗度を同一にした場合、センタリング力は面圧に比例する。このセンタリング力は滑らかに変化しており、バックリングの起点となるセンタリング力の変化は、更に小さくなる。従って、バックリングの発生は更に抑えられる。なお、ロール表面の粗度を同一にした場合には、面粗度の作り込みが同一であり、製造費用の低減が図れると共に工期の短縮が図れる。

実施の形態１
図１には、実施の形態１に係る鋼帯搬送ロール（ハースロール）１を座標(円筒座標)系（ｘ，ｒ）で表した様子を示す。座標系において、軸ｘはハースロール１の中心軸であり、ｒ軸はハースロールの半径方向を示し、ハースロール１の中心(中心軸ｘ上の長手方向中心)が座標系の（０，０）である。ロールバレル長Ｌｂとは、ハースロール１の全長であり、プロフィールの一周期長Ｌｃとは、ハースロール１の外形を規定する余弦曲線の一周期の長さである。鋼帯（図１では図示省略）の最大板幅Ｗｍａｘは、このハースロール１に適用される、つまりこのハースロール１が用いられた熱処理炉で処理される鋼帯の最大幅である。ロールの中央直径Ｄは、ハースロール１の中央部の直径であり、ハースロール１の最大直径である。クラウン量Ｃは、ロール半径Ｒ（ｘ＝０）から、ロールプロフィール１周期長でのロール半径Ｒ（ｘ＝１／２Ｌｃ）を引いた値である。

ハースロール１のプロフィールを決定する半径は、下記の（１）式によって規定される。
Ｒ（ｘ）＝（Ｄ＋２Ｃ・（ｃｏｓ（２π・ｘ／Ｌｃ）−１））／２・・・（１）
また、適用する鋼帯の最大板幅Ｗｍａｘに基づいて、ハースロール１の外径のプロフィールの一周期長Ｌｃ、ロールバレル長Ｌｂは下記（２）式によって求められる。
０．６・Ｌｃ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｂ≦Ｌｃ・・・（２）

上記（１）（２）式に基づいてハースロール１の外径形状を規定することにより、熱処理下で鋼帯を搬送する際、つまりサーマルクラウンが生じた状態で鋼帯を搬送する際、鋼帯に係るセンタリング力は、板幅によらず過度又は局部的に発生することを大幅に低減することができる。

実施の形態２
図２には、実施の形態２に係るハースロール２を座標(円筒座標)系（ｘ，ｒ）で表した様子を示す。座標系において、軸ｘはハースロール２の中心軸であり、ｒ軸はハースロールの半径方向を示し、ハースロール２の中心(中心軸ｘ上の長手方向中心)が座標系の（０，０）である。ロールバレル長Ｌｂ、プロフィールの一周期長Ｌｃ、鋼帯の最大板幅Ｗｍａｘは、実施の形態１で定義したとおりである。ロールの中央直径Ｄ、クラウン量Ｃについても実施の形態１と同様である。余弦区間Ｌｅは、余弦曲線が適用される範囲であり、余弦曲線は、前記（１）式で規定される。この余弦区間Ｌｅの外側においては、余弦曲線に接する直線とされる。

つまり、ハースロール２における、−Ｌｅ／２≦ｘ≦Ｌｅ／２の間は、（１）式で表される余弦曲線とされ、その一方側の−Ｌｂ／２≦ｘ≦−Ｌｅ／２の間は、ｘ＝−Ｌｅ／２の位置で（１）式で表される余弦曲線に接する直線とされ、他方側のＬｅ／２≦ｘ≦Ｌｂ／２の間は、ｘ＝Ｌｅ／２の位置で（１）式で表される余弦曲線に接する直線とされる。

また、適用する鋼帯の最大板幅Ｗｍａｘに基づいて、ハースロール１の外径のプロフィールの一周期長Ｌｃ、余弦区間Ｌｅ、ロールバレル長Ｌｂは下記（３）（４）（５）式によって規定される。
０．７・Ｗｍａｘ≦Ｌｃ＜≦１．２・Ｗｍａｘ・・・（３）
０．６・Ｌｃ＜Ｌｅ≦Ｌｃ・・・（４）
Ｌｅ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｂ・・・（５）

上記（１）（３）（４）（５）式に基づいてハースロール２の外形を規定することにより、熱処理下で鋼帯を搬送する際、つまりサーマルクラウンが生じた状態で鋼帯を搬送する際、鋼帯に係るセンタリング力は、板幅によらず過度又は局部的に発生することのないものとなる。

図３には、実施例１に係るハースロール３を座標系（ｘ，ｒ）に表した様子を示す。ハースロール３の具体的な寸法は以下のとおりである。
（１）鋼板最大幅Ｗｍａｘ＝１３５０ｍｍ
（２）ロールバレル長Ｌｂ（ｍｍ）＝１８００ｍｍ（Ｗｍａｘと許容蛇行量から決定）
（３）ロールの中央直径Ｄ（ｍｍ）＝８００ｍｍ
（４）クラウン量Ｃ（ｍｍ）＝４．６ｍｍ
（５）プロフィールの一周期長Ｌｃ（ｍｍ）＝２０００ｍｍ
このプロフィールの一周期長Ｌｃは、上記（２）式の
０．６・Ｌｃ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｂ≦Ｌｃ
で決定し、数値計算により最適な値に絞り込んだものであり、１８００≦Ｌｃ≦２２５０のほぼ中間値である２０００ｍｍを採用した。

ハースロール３のクラウン量は、下記（６）式で規定される。
Ｃ＝Ｋ・（Ｔｒ−Ｔｓ）・Ｄ／２＋Ｃｏ・・・（６）
ここで、Ｋはロールの膨張係数であり、一般的なＮｉ−Ｃｒ系の耐熱合金の線膨張係数が２０×１０^-6であり、実機の経験則から（１５〜３０）×１０^-6とした。Ｃｏは基準クラウンの初期値であり、実機の経験則から、多くの操業条件（常温での運転も含む）で、０．１〜１．５を用いることで、安定走行（蛇行しない、バックリングが発生しない）に適したクラウン形状が得られる。Ｔｓ（℃）は、熱処理される鋼帯の推定される温度であり、Ｔｒ（℃）は、熱処理時ロールバレル本体が晒される温度である。

この実施例においては、（６）式において、対象ロールを熱処理炉における加熱帯（図１１参照）の入口部とし、鋼体熱処理で推定される鋼板温度Ｔｓを３５０℃、ロールバレル本体が晒される温度Ｔｒを８００℃とし、ロールの膨張係数Ｋを２０×１０^-6、クラウンの初期値Ｃｏを１．０として、
Ｃ（ｍｍ）＝２０×１０^-6・（Ｔｒ−Ｔｓ）・Ｄ／２＋１．０＝４．６ｍｍ
とした。なお、図３には、鋼帯にかかるセンタリング力の大きさを併せて示してある。

上記のようにプロフィールが決定されたハースロール３の外形は、非常に滑らかな曲線プロフィールとなり、コーナ部は生ぜず、熱処理下で鋼帯を搬送する際、つまりサーマルクラウンが生じた状態で鋼帯を搬送する際、図１２で示したような押し傷を鋼帯に発生させることはない。また、図１３で示したようなテーパ部の傾斜で発生するセンタリング力がロール中央平坦部で浮き上がり、絞りへと成長することも少ない。

図４には、第２の発明の実施例である実施例２に係るハースロール４を座標系（ｘ，ｒ）に表した様子を示す。ハースロール４の具体的な寸法は以下のとおりである。
（１）鋼板最大幅Ｗｍａｘ＝２０００ｍｍ
（２）ロールバレル長Ｌｂ（ｍｍ）＝２４００ｍｍ（Ｗｍａｘと許容蛇行量から決定）
（３）ロールの中央直径Ｄ（ｍｍ）＝１２００ｍｍ
（４）クラウン量Ｃ（ｍｍ）＝６．４ｍｍ
（５）プロフィールの一周期長Ｌｃ（ｍｍ）＝２０００ｍｍ
（６）余弦曲線区間Ｌｅ（ｍｍ）＝１７００ｍｍ
このプロフィールの一周期長Ｌｃ（ｍｍ）、余弦曲線区間Ｌｅ（ｍｍ）は、前述の（３）（４）（５）式より決定し、数値計算により最適な値に絞り込んだものである。
０．７・Ｗｍａｘ≦Ｌｃ≦１．２・Ｗｍａｘ
０．６・Ｌｃ＜Ｌｅ≦Ｌｃ
Ｌｅ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｅ
から、Ｌｃ（ｍｍ）は、１４００≦Ｌｃ≦２４００のほぼ中間値である２０００（ｍｍ）を採用し、Ｌｅ（ｍｍ）は、１２００≦Ｌｅ≦２０００のほぼ中間値である１７００（ｍｍ）を採用した。余弦曲線区間Ｌｅの外側は直線部分であり、余弦曲線の両端（中心に対し左右８５０ｍｍの位置）における余弦曲線に対する接線として表される。

ハースロール４のクラウン量は、前述の（６）式で規定される。（６）式を適用するに当たっては、対象ロールを熱処理炉における加熱帯の入口部とし、鋼体の熱処理で推定される鋼板温度Ｔｓを３５０℃、ロールバレル本体が晒される温度Ｔｒを８００℃とし、ロールの膨張係数Ｋを２０×１０^-6、基準クラウンの初期値Ｃｏを１．０として、
Ｃ（ｍｍ）＝２０×１０^-6・（Ｔｒ−Ｔｓ）・Ｄ／２＋１．０＝６．４ｍｍ
に決定された。
図４には、鋼帯にかかるセンタリング力の大きさを併せて示してある。

上記のようにプロフィールが決定されたハースロール４の外形は、非常に滑らかな曲線プロフィールとなり、図１２で示したような押し傷を発生させるコーナ部は生ぜず、鋼帯の搬送の際に鋼帯にロール形状による押し傷を発生させることはない。また、図１３で示したようなテーパ部の傾斜で発生するセンタリング力がロール中央平坦部で浮き上がり、絞りへと成長することもない。

実施例２に係るハースロール４の板幅を変えて適用した場合の熱間におけるロールプロフィール（サーマルクラウン）を図５〜８に示す。
図５は、狭幅鋼板５(板幅Ｗ＝１２００ｍｍ)が通販されているときの安定状態を示す。図５において、４ａは冷間時のハースロールプロフィール、４ｂは熱間時のハースロールプロフィールである。なお、鋼板５のプロフィールは、ハースロールに巻き付いたプロフィールを示す。

図５に示すように、ハースロール４にはサーマルクラウンが発生しているものの、鋼板５はハースロール４のプロフィール４ｂに滑らかに沿っている。鋼板５のエッジ５ａは、若干浮き上がり傾向であるが、走行に支障を来たす量ではない。冷間時のイニシャルクラウン４ａが維持された状態であり、所定のセンタリング力が得られ、蛇行等が抑制される。ハースロール４と鋼板５との接触状況から見て、押し傷の発生のおそれはなく、絞りの発生も大幅に抑制される。

図６には、搬送させる鋼板（鋼帯）を、狭幅鋼板（Ｗ＝１２００ｍｍ）５から少し幅の広い（Ｗ＝１５００ｍｍ）の鋼板６に切り替えた直後の過渡的な状況を示す。なお、張力は図５に示した状態と同じとする。狭幅１２００ｍｍの鋼板５を通したときに形成されたサーマルクラウン４ｂの両端の凸状の部分４ｃにやや幅の広い鋼板６の両端が乗り上げた状態になっている。鋼板６のエッジは若干浮き上がり傾向となるため、鋼帯６に、図１２、１３で示したような絞りは発生しない。サーマルクラウン（ロールプロフィール）４ｂは、ロール形状を本発明に基づき特定したことによるものであり、従来のサーマルクラウンより小さい。

図７は、板幅１５００ｍｍの鋼板６が通板され、一定時間経過後の状態を示す。鋼板６の板幅に応じたサーマルクラウン（ロールプロフィール）４ｄとなる。鋼板６が掛かっていない部分では凸状部分４ｅが発生しているものの鋼板６はハースロール４のプロフィール４ｄに滑らかに沿っている。図６に示した状態より、鋼板の板幅が１２００ｍｍから１５００ｍｍに増加した分トータルの張力は約２５％増加し、鋼板の断面張力はＷ＝１２００ｍｍのときと同じとなっている。図７は、冷間時のイニシャルクラウンが維持された状態であり、所定のセンタリング力が得られ、蛇行等のおそれは少ない。ロールとの接触状況から、押し傷の発生や絞りの発生のおそれも少ない。

図８は、最大板幅Ｗ＝２０００ｍｍの鋼板７が通板されているときの安定状態を示す。図８に示すようにロールプロフィール４ｆにおいて、サーマルクラウンはほとんど発生していない。最大板幅の鋼板７は、ハースロール４のプロフィール４ｆにほとんど滑らかに沿っている。冷間時イニシャルクラウン４ａがほとんど維持された状態であり、所定のセンタリング力が得られ蛇行等のおそれは少なく、安定走行に最適である。また、ロールとの接触状況から見て、押し傷の発生や絞りの発生は少ない。

図５〜８より、鋼板の板幅Ｗ＝１２００ｍｍ、Ｗ＝１５００ｍｍ、最大幅Ｗ＝２０００ｍｍの安定状態では、ロールプロフィールに鋼板５、６、７が滑らかに沿っており、鋼板サイズが大きくなっても過度のセンタリング力や局部的なセンタリング力、また横滑りの発生が減少することを示している。従って、幅が狭い鋼板でも適度なセンタリング力が得られ、蛇行防止が図られる。また、広幅の切り替わりの過渡的状況においても、炉内張力の変更タイミングを少し遅らせることで絞りの発生を防止できる。

更に、最大板幅の鋼帯に関しても、ロールプロフィールの工夫によって局部的なセンタリング力が発生することなく、炉内の張力は、狭板幅と同等クラスのユニット張力（ｋｇ／ｍｍ²）まで設定可能であり、高速での操業で鋼板の通板性が改善される。従って、板幅範囲の広い操業においても、押し傷、蛇行及び絞りが発生しにくい最適のロールである。

この実施例は、ロールプロフィールを特定するだけでなく、更にロール表面の粗度を特定したものである。図９には、第３の実施例に係るハースロール８を座標系（ｘ，ｒ）で表した様子を示す。ハースロールの表面には、ロールの駆動力を鋼帯に伝えることを目的として、表面粗度を持たせるための表面処理がなされる。この実施例では、ロールプロフィールの適正化と共に表面粗度とを組み合わせることにより鋼帯搬送の更なる適切化を図ったものである。

このハースロール８は、例えば実施例１と同様にしてハースロールのプロフィールを余弦曲線とし、更にロール表面における中央領域とサイド領域の表面粗度Ｒａを特定したものである。ハースロール８の中央領域Ａ１は、（−３／８〜−１／８）・Ｌｃから（１／８〜３／８）・Ｌｃの範囲であり、サイド領域Ａ２は、ハースロール１における上記中央領域Ａ１を除いた範囲である。中央領域Ａ１の表面粗度Ｒａを３〜１０μｍの範囲とし、サイド領域Ａ２の表面粗度Ｒａを３〜０．５μｍの範囲とする。この実施例では、中央領域Ａ１の表面粗度Ｒａを６μｍとし、サイド領域Ａ２の表面粗度Ｒａを１μｍ以下とした。なお、中央領域で表面粗度Ｒａを３〜１０としたのは、表面粗度を１０μｍ以上とすると鋼帯に傷を付けるおそれがあるからであり、３μｍ以下とするとセンタリング力の効果が期待できないからである。また、サイド領域の表面粗度Ｒａを３〜０．５μｍとしたのは、３μｍ以上とすると鋼帯に座屈を生じさせるようなセンタリング力が作用するおそれがあるからであり、０．５μｍ以下とした場合にはロールと鋼帯とのすべりによる鋼帯の搬送力の伝達が減少するためである。表面粗度は、ハースロール８の表面を溶射又はめっき等の表面処理時に任意に加工される。

ロール表面粗度Ｒａを６μｍとしたロール中央領域Ａ１は、余弦曲線の一周期（Ｌｃ）の−１／８Ｌｃ〜１／８Ｌｃの区域で、余弦曲線の凸部の中央近傍である。この部分では、余弦曲線の傾斜によるセンタリング力と同部粗度によるセンタリング力の両方が作用したセンタリング力が得られる。また、エッジ領域Ａ２では、粗度を低くしたことで鋼帯をバックリングさせるに至るセンタリング力が鋼帯に作用することが少なく、かつロールプロフィールの傾斜も中央領域Ａ１と同等以下となっている。このことは、ロールによる駆動力を鋼板に伝え、かつ理想的なセンタリング力を与えることのできるロールプロフィールと粗度を持っていると言える。また、得られるセンタリング力は、余弦曲線に沿って滑らかに付与でき、鋼帯がバックリングする危険を更に排除することができる。
このように、この実施例によれば、ロールプロフィールと表面粗度との組み合わせによって鋼帯の搬送に適切なセンタリング力を得ることができる。

図１０には、第４の実施例に係るハースロール９を座標系（ｘ，ｒ）で表した様子を示す。このハースロール９も実施例３と同様にプロフィールを余弦曲線とすると共にロール表面の粗度を特定したものであるが、表面粗度を中央領域とサイド領域とに分けず全体に亙って同じ粗度としたものである。表面粗度Ｒａは６〜１の範囲で決められるが、この実施例では５μｍとした。

このハースロールによれば、実施例３の如くロール表面粗度を２種類にする必要がなく、ロール表面粗度の最終調整が容易となる。また、余弦曲線の中央近傍の傾斜が大きく、表面粗度と合わせて通板性に適した余弦曲線に沿った滑らかなセンタリング力が得られる。一方、余弦曲線の中央近傍を除く領域は、比較的傾斜がなだらかであり、鋼板をバックリングさせるに至るセンタリング力は発生しない。また、同部は、ロール中央部分と比べ鋼板の接触圧が小さくなる。この接触圧が小さいことにより、ロールエッジ部の鋼帯への駆動力伝達が幾分低いが、ロールの全領域で駆動力を滑らかに付与でき、鋼帯の搬送を安定させることができる。また、ロールの粗度調整の製造工程が少なくなり、鋼帯搬送ロールの製造コストを削減することができる。

図１１には、本発明に係るハースロールを適用した縦型熱処理炉２１の概略を示す。この縦型熱処理炉２１は、溶融亜鉛めっきを施すめっき浴２２に至る手前側に設けられているもので、予熱帯（ＰＨＳ）２３、加熱帯（ＨＳ）２４、均熱帯（ＳＳ）２５からなる入側セクションと、冷却帯（ＣＳ）２６からなる出側セクションとからなる。予熱帯２３の下部に鋼帯２７の入り口が設けられ、そこにはシールローラ２８が設けられている。予熱帯２３内の上部及び下部にはハースロール２９が設けられている。予熱帯２３と加熱帯２４とはその下部において搬送路３０により連結されている。搬送路３０内にもハースロール２９が設けられている。加熱帯２４には上下に多数のハースロール２９が交互に配置されている。加熱帯２４と均熱帯２５とは壁３１により仕切られ、上部の連通口３２にてつなげられている。均熱帯２５にはハースロール２９が上下に配置されている。均熱帯２５と冷却帯２６とは搬送路３３により連結されている。搬送路３３内にもハースロール２９が設けられている。冷却帯２６内にはハースロール２９が上下に配置されている。冷却帯２６の下部には出口３４が設けられている。

鋼帯２７は、予熱帯２３の入り口のシールローラ２８に案内されて予熱帯２３内に入り予熱され、次いで搬送路３０より加熱帯２４に入り上下方向に繰り返し移動されながら加熱され、次いで均熱帯２４に入り、均熱が図られる。鋼帯２７は更に搬送路３３より冷却帯２６に入り冷却され、冷却された鋼帯２７は、めっき浴２２に導かれる。

予熱帯２３では、鋼板を１００℃〜３００℃程度に加熱する。加熱帯２４は、一般的な無酸化炉の加熱セクションで、ラジエント・チューブ・バーナー等を用いて間接加熱（チューブからの輻射加熱）で鋼板を加熱する。連続焼鈍ライン（ＣＡＬ）や連続溶融亜鉛めっきライン（ＣＧＬ）では、鋼板を加熱し、固溶元素を拡散させるため組織を一部固溶させたり、内部の残留応力を解放したりするために６８０℃〜８５０℃まで加熱する。均熱帯２５では、一般的には、加熱帯２４での加熱温度を５秒から２０秒程度保持し、固溶元素が拡散する時間を確保する目的と、熱処理温度を均質にし、精度良く保持し品質を安定させる目的を併せ持っている。冷却帯２６では、鋼帯を任意の速度で冷却することで、要求される機械的品質を得られ、且つめっき処理の温度まで冷却する。

縦型熱処理炉２１の予熱帯２３、過熱帯２４、均熱帯２５からなる入側セクションのハースロール２９においては、ロールが晒される環境温度より鋼板温度が低く、ハースロールは、ロール側端部が各セクションの環境温度と同じ温度、ロール中央部が鋼板温度と同じ温度となり、その温度差による熱膨張差で発生するロールプロフィールがサーマルクラウンである。ハースロール２９の全部又は一部を上述の実施例で特定した形状のイニシャルクラウン（常温時のプロフィール）のロールとすれば、全ての板サイズ、操業条件において、蛇行、バックリングの危険性を大幅に抑制したプロフィルロール群の配置が可能である。

ハースロール２９を上述の実施の形態、実施例で特定したイニシャルクラウンとするのは、全てのハースロール２９でなくても良い。サーマルクラウンの発生が大きい（温度差が大きい）セクションとなる予熱炉２３や加熱炉２４のハースロール２９に適用すると効果的である。また、本発明に係るハースロールの形状は、均熱帯２５のように温度差が少ないセクション、冷却帯２６のように温度差が逆になるセクションでも、蛇行・バックリングが発生しないように図られている。従って、予熱帯２３、加熱帯２４だけ、又は加熱帯２４だけに用いてもよいし、均熱帯２５、冷却帯２７に用いてもよい。

具体的には、入側セクションにおいて、予熱帯２３におけるハースロール群、加熱帯２４におけるハースロール群、均熱帯２５におけるハースロール群のプロフィール周期長Ｌｃを段階的に又は順次小さくなるようにするのである。例えば、予熱帯２３におけるハースロール群の各ハースロールのプロフィール周期長Ｌｃより、加熱帯２４におけるハースロール群の各鋼帯搬送ロールのプロフィール周期長Ｌｃを５０ｍｍ短くし、加熱帯におけるハースロール群の各ハースロールのプロフィール周期長Ｌｃより、均熱帯におけるハースロール群のプロフィール周期長を５０ｍｍ小さくするようにしたり、各帯域におけるロール群を構成する各ハースロールの周期長Ｌｃをその帯域の中で５０ｍｍずつ小さくするようにしたりするである。

また、出側セクションである冷却帯２６にお搬送ロール群のプロフィール周期長Ｌｃが炉中央からに炉の出側向けて段階的に又は順次大きくなるようにするのである。出側セクションが、恒温変態帯、急速冷却帯、最終冷却帯からなる場合には、恒温冷却帯における鋼帯搬送ロール群の各鋼帯搬送ロールのプロフィール周期長Ｌｃより、急速冷却帯における鋼帯搬送ロール群の各鋼帯搬送ロールのプロフィール周期長Ｌｃを１００ｍｍ大きくし、急速冷却帯における鋼帯搬送ロール群の各鋼帯搬送ロールのプロフィール周期長Ｌｃより、最終冷却帯における鋼帯搬送ロール群のプロフィール周期長Ｌｃを２００ｍｍ大きくするようにしたり、各帯域におけるロール群を構成する各鋼板搬送ロールの周期長Ｌｃをその帯域の中で所定量ずつ大きくするようにしたりするである。出側セクションの帯域の構成が、記急速冷却帯、保持帯、最終冷却帯からなる場合も同様とすることができる。

本発明の実施の形態に係るハースロールを座標系と共に示す模式図である。本発明の他の実施の形態に係るハースロールを座標系と共に示す模式図である。実施例１に係るハースロールの模式図である。実施例２に係るハースロールの模式図である。実施例２に係るハースロールに板幅１２００ｍｍの鋼板を通したときのロールプロフィールを示す模式図である。図５に示すハースロールにおいて鋼板の板幅を１５００ｍｍに変えた直後の過渡的な状況の模式図である。図６において変えた１５００ｍｍ幅の鋼板による運転が安定したときのハースロールのプロフィールの模式図である。２０００ｍｍの鋼板を通した状態のハースロールの模式図である。中央部とその両側とで表面粗度を変えたハースロールの実施例の模式図である。表面粗度を均一としたハースロールの実施例の模式図である。本発明に係るハースロールを適用した縦型熱処理炉の概略図である。ハースロールにかかる鋼帯に絞りが発生する様子を示した模式図である。鋼帯に押し傷、絞りが発生する様子を模式的に示し、（ａ）は側面図、（ｂ）（ｃ）は断面図である。従来の一段テーパロールを示し、（ａ）はロールプロフィールと鋼板の形状の概略図、（ｂ）は熱間運転中の炉内膨張を加味したロールプロフィールと鋼板の形状の概略図である。従来の二段テーパロールを示し、（ａ）はロールプロフィールと鋼板の形状の概略図、（ｂ）は熱間運転中の炉内膨張を加味したロールプロフィールと鋼板の形状の概略図である。本発明に係る余弦カーブロールを示し、（ａ）はロールプロフィールと鋼板の形状を示す概略図であり、（ｂ）は熱間運転中の炉内膨張を加味したロールプロフィールと鋼板の形状の概略図である。一段テーパロールにより鋼帯に押し傷、絞りが発生する様子を模式的に示すものであり、（ａ）は１段のテーパがついたロールのプロフィールを示す模式図、（ｂ）はロールにおける巻き付き入射角の違い模式図、（ｃ）は１段テーパロールにより鋼帯にかかる板幅方向の圧縮力を示す模式図である。本発明に係る鋼帯搬送ロールによれば、鋼帯に押し傷、絞りが発生しにくいことを模式的に示すものであり、（ａ）は本発明に係る余弦カーブとなっているプロフィールを示す模式図であり、（ｂ）は、このようなロールに鋼板が巻き付いたときの入射角の変化を示す模式図、（ｃ）は本発明に係る鋼帯搬送ロールによりに鋼帯にかかる板幅方向の圧縮力を示す模式図である。

符号の説明

１，２，３，４，８，９，２９ハースロール、５，６，７，２７鋼帯（鋼板）、２１縦型熱処理炉、２３予熱帯、２４加熱帯、２５均熱帯、２６冷却帯、Ｌｃロールプロフィールの一周期長。

Claims

熱処理炉内で鋼帯を巻き掛ける鋼帯搬送ロールであって、
ロールの中心軸をｘ軸としたとき、ロール中央部におけるロール軸座標ｘに対するロール半径Ｒ（ｘ）が下記（１）式で定められる余弦曲線をなし、かつロールバレル長Ｌｂが、プロフィールの一周期長Ｌｃと鋼帯の最大板幅Ｗｍａｘの関係から、下記（２）式で規定されることを特徴とする鋼帯搬送ロール。
Ｒ（ｘ）=（Ｄ＋２Ｃ（ｃｏｓ（２π・ｘ／Ｌｃ）−１））／２・・・（１）
ここで、Ｄ：ロールの中央直径
Ｃ：クラウン量
Ｌｃ：プロフィールの一周期長
である。
０．６・Ｌｃ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｂ≦Ｌｃ・・・（２）
熱処理炉内で鋼帯を巻き掛ける鋼帯搬送ロールであって、
ロールの中心軸をｘ軸としたとき、ロール中央部におけるロール軸座標ｘに対するロール半径Ｒ（ｘ）が下記（１）式で定められる余弦曲線をなし、かつロールバレル長Ｌｂ、プロフィールの一周期長Ｌｃ、及び下記（１）式を適用する余弦区間Ｌｅが下記（２）（３）（４）式で規定され、更に、ロール軸方向のｘ座標の−０．５Ｌｂ≦ｘ＜−０．５Ｌｅの区間は、ｘ＝−０．５Ｌｅの位置で（１）式に接する直線とし、ｘ座標の０．５Ｌｅ＜ｘ≦０．５Ｌｂの区間では、ｘ＝０．５Ｌｅの位置で（１）式に接する直線としたことを特徴とする鋼帯搬送ロール。
Ｒ（ｘ）=（Ｄ＋２Ｃ（ｃｏｓ（２π・ｘ／Ｌｃ）−１））／２・・・（１）
ここで、Ｄ：ロールの中央直径
Ｃ：クラウン量
Ｌｃ：プロフィールの一周期長
である。
０．７・Ｗｍａｘ≦Ｌｃ≦１．２Ｗｍａｘ・・・（２）
０．６・Ｌｃ＜Ｌｅ≦Ｌｃ・・・（３）
Ｌｅ≦Ｗｍａｘ＜Ｌｂ・・・（４）
ただし、Ｗｍａｘは鋼帯の最大板幅である。
請求項１又は２に記載の鋼帯搬送ロールにおいて、鋼帯熱処理で推定される鋼板温度Ｔｓ（℃）と、当該ロールの近傍の熱処理雰囲気温度でロールバレル本体が晒される温度Ｔｒ（℃）から、下記（５）式でロールのクラウン量Ｃを規定したことを特徴とする鋼帯搬送ロール。
Ｃ＝Ｋ・（Ｔｒ−Ｔｓ）・Ｄ／２＋Ｃｏ・・・（５）
（Ｋ＝（１５〜３０）×１０^-6、Ｃｏ＝０．１〜１．５）
ただし、Ｋはロールの膨張係数、Ｃｏは基準クラウンの初期値である。
請求項１又は２に記載の鋼帯搬送ロールにおいて、ロール中央領域である（−３／８〜−１／８）・Ｌｃから（１／８〜３／８）・Ｌｃと、前記ロール中央領域を除いた範囲である両側のサイド領域とで、表面粗度を、ロール中央領域ではＲａが３〜１０μｍの範囲、サイド領域ではＲａが３〜０．５μｍの範囲と変えたことを特徴とする鋼帯搬送ロール。
請求項１又は２に記載の鋼帯搬送ロールにおいて、ロール表面全領域の表面粗度Ｒａを６μｍ以下１μｍ以上としたことを特徴とする鋼帯搬送ロール。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の鋼帯搬送ロールを少なくとも一部に配してなることを特徴とする鋼帯の熱処理炉。