JP5441432B2

JP5441432B2 - ガイドロール装置

Info

Publication number: JP5441432B2
Application number: JP2009035899A
Authority: JP
Inventors: 智裕玉田
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: JP2010189723A

Description

本発明は、竪型焼鈍炉の冷却帯に設けられ、竪型焼鈍炉で熱処理される金属帯にロールを押し付けて振れを抑えるガイドロール装置に関する。

工業製品の素材として用いられる種々の厚さの金属帯は、多くの場合圧延して製造される。圧延された金属帯は、硬化するので、一般的に焼鈍熱処理される。金属帯の焼鈍熱処理に用いられる炉の一種に竪型焼鈍炉がある。図５は、竪型焼鈍炉の構成を簡略化して示す。竪型焼鈍炉１は、加熱帯２と、上冷却帯３と、ガイドロール装置４と、下冷却帯５と、クエンチピット６と、を含み、この順に上から下へと配置される。

加熱帯２は、デフレクターロール７およびトップロール８を介して装入される金属帯の一種であるたとえば鋼帯９を、所定の温度に加熱して焼鈍する。上冷却帯３は、加熱帯２で昇温された鋼帯９に水および空気を吹付けて冷却する。また、下冷却帯５は、上冷却帯３で冷却された鋼帯９に対してさらに空気を吹付けて冷却する。クエンチピット６は、水１０を入れた槽であり、槽中にシンクロール１１が回転自在に設けられる。鋼帯９は、下冷却帯５で冷却された後、さらにクエンチピット６の水１０に浸漬され、シンクロール１１を周回する間に冷却される。

竪型焼鈍炉１内を搬送される鋼帯９は、トップロール８に垂下される状態になり、鋼帯表面に対する法線方向に振れる。鋼帯９が振れて炉壁や炉内構築物に接触すると、表面疵が発生する。そこで、鋼帯９の振れを抑えて表面疵の発生を防止するために、上冷却帯３と下冷却帯５との間にガイドロール装置４が設けられる。ガイドロール装置４は、鋼帯９の表裏面側にそれぞれ設けられる表面側ロール１２および裏面側ロール１３と、不図示のロール軸受部や押圧機構と、を含む。表裏面側ロール１２，１３は、押圧機構で鋼帯９に押し付けられ、走行する鋼帯９との摩擦によりアイドル状態で回転しながら鋼帯９の振れを抑える。

ガイドロール装置４を設けることで、垂下される鋼帯９の振れに起因する表面疵を防止することができる。しかし、ガイドロール装置４では、表裏面側ロール１２，１３が鋼帯９に接触するので、ロール接触に起因する表面疵が問題となる。竪型焼鈍炉１の加熱帯２内部の棚板などには、耐火物片や塵埃などが堆積されている。また、加熱帯２の上流側で鋼帯同士を溶接接続する際に生じるフラックス片の一部は、往々にして鋼帯９の搬送に伴いガイドロール装置４まで達する。これら耐火物片、塵埃、フラックス片などの異物は、表裏面側ロール１２，１３に落下すると、その表面に付着することがある。表裏面側ロール１２，１３に付着した異物が鋼帯９に押圧されると、鋼帯９の表面に押し込み疵が発生する。

鋼帯が水平方向に振れることによる表面疵については、横型の連続焼鈍炉に設けられる搬送用ハースロールの表面にマイクロパターニングを施し、ハースロールが鋼帯をグリップする力を強化して、スリップ疵を防止することが提案されている（特許文献１参照）。しかし、特許文献１は、竪型焼鈍炉で垂下される鋼帯の振れを抑えるロールによる押し込み疵を防止することについては、開示していない。

竪型焼鈍炉１のガイドロール装置４では、表裏面側ロール１２，１３を以下のような構成にして、押し込み疵の防止を図っている。図６は、表面側ロール１２の構成を示す。表面側ロール１２の胴体１２ａには、耐熱フェルト１４が巻き付けられる。裏面側ロール１３は、表面側ロール１２と同一に構成されるので、説明を省く。耐熱フェルト１４は、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維からなるフェルト状の布である。表面側ロール１２に耐熱フェルト１４を設けることによって、異物が表面側ロール１２に付着しても、異物が耐熱フェルト１４の繊維の間に埋没する。異物が耐熱フェルト１４の繊維間に埋没すると、鋼帯９に対する異物の押圧力が緩和されるので、押し込み疵を防止することができる。

また、表面側ロール１２に設けられる耐熱フェルト１４は、表面側ロール１２と鋼帯９との間でスパークが発生することを防止する。クエンチピット６で冷却された鋼帯９は、それに続いて電解酸洗処理されることがある。電解酸洗で鋼帯９に通電すると、鋼帯９から表面側ロール１２へ、さらに表面側ロール１２の軸受部へと電流が流れるので、鋼帯９と表面側ロール１２との間でスパークすることがある。スパークは、鋼帯９の表面にスパーク疵を発生させる。また、鋼帯同士を溶接した際の帯電により、鋼帯９と表側ロール１２との間でスパークすることがある。耐熱フェルト１４は絶縁性を有するので、鋼帯９と表面側ロール１２とを絶縁し、スパークを防止する。

特開２００４−５２０１０号公報

しかし、耐熱フェルト１４は、長時間使用されると、高温の鋼帯９に接することによる熱劣化と、上冷却帯３で使用される冷却水の吸収とで硬化する。耐熱フェルト１４が硬化すると、異物を繊維間に埋めることができず、異物が耐熱フェルト１４に突き刺さった状態になるので、逆に押し込み疵の原因になるという問題がある。

本発明の目的は、竪型焼鈍炉で金属帯の振れを抑えるロールによる押し込み疵を防止することができるガイドロール装置を提供することである。

本発明は、竪型焼鈍炉の冷却帯に設けられ、竪型焼鈍炉で熱処理される金属帯にロールを押し付けて振れを抑えるガイドロール装置において、
ロールは、表面に溶射層を有し、
溶射層は、
胴体の表面が超硬合金で形成され、
軸の表面および胴体端部の表面がセラミックで形成されることを特徴とするガイドロール装置である。

また本発明で、前記ロールをクリーニングするドクターナイフを有することを特徴とする。

本発明によれば、ロールのセラミック溶射層または超硬合金溶射層は、極めて硬く、異物がロール表面に付着することを妨げるので、異物による押し込み疵を防止することができる。
また、胴体表面の超硬合金溶射層で押し込み疵を防止し、軸および胴体端部の表面のセラミック溶射層で金属帯およびロールと装置の軸受部との間を絶縁し、スパーク疵を防止することができる。

また本発明によれば、ドクターナイフでロール表面の異物を除去することができるので、一層確実に押し込み疵の発生を防止することができる。

本発明の一つの実施の形態であるガイドロール装置に備わるロール２０の構成を示す斜視図である。本発明のもう一つの実施の形態であるガイドロール装置に備わるガイドロール３０の構成を示す斜視図である。図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見たガイドロール３０の構成を示す断面図である。本発明のさらにもう一つの実施の形態であるガイドロール装置４０の構成の概要を示す図である。竪型焼鈍炉の構成を簡略化して示す図である。表面側ロール１２の構成を示す斜視図である。

を示す。本実施形態のガイドロール装置は、前述の竪型焼鈍炉１の冷却帯に設けられるガイドロール装置４と類似するので、特徴部分である金属帯９の表裏面側に備わるロール２０について説明し、構成を同じくする部分についての説明を省く。ここでは、金属帯の一種である鋼帯９を竪型焼鈍炉に通板する場合について例示する。鋼帯９の表面側と裏面側とにそれぞれ設けられるロール２０は、構成を同じくするので、一方について説明し他方の説明を省く。

ロール２０は、胴体２１および軸２２が鉄製であり、胴体２１の表面にセラミックの溶射層２３を有する。図１では、構成の理解を容易にするために、胴体２１の直径に対するセラミック溶射層２３の厚さを誇張して表す。実際のセラミック溶射層２３の厚さは、２００〜１０００μｍである。セラミック溶射層２３の材料としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックを用いることができる。セラミック溶射層２３の形成には、プラズマ溶射やレーザー溶射などを用いることができる。セラミック溶射層２３には封孔処理を施すことが好ましい。

セラミック溶射層２３は、耐熱フェルトに比べると著しく硬い。異物は、硬質のセラミック溶射層２３の表面に落下したとしても、突き刺さることがなく、その表面から容易に離脱する。また、セラミック溶射層２３は、耐焼付性にも優れる。加熱帯２で溶融したフラックス片などの異物は、セラミック溶射層２３に落下したとしても、溶着することがない。したがって、ロール２０は、異物付着がない清浄な表面で鋼帯９に接触するので、押し込み疵の発生を防止することができる。また、セラミック溶射層２３は、絶縁性を有し、ロール２０と鋼帯９とを絶縁する。したがって、ロール２０と鋼帯９との間でスパークすることがないので、スパーク疵の発生が防止される。

胴体２１の表面上にセラミック溶射層２３を直接形成してもよいが、図１に示すように胴体２１の表面上にまずバッファ層２４を形成し、その上にセラミック溶射層２３を形成することが好ましい。セラミックの熱膨張係数は、胴体２１の素材である鉄の熱膨張係数に比べて小さいので、熱履歴を受けた場合、熱膨張率の差による剥離寿命の低下が懸念される。そこで、セラミック溶射層２３の下層として、セラミックと鉄との中間の熱膨張係数を有するバッファ層２４を形成することで、セラミック溶射層２３の剥離寿命を長くすることができる。バッファ層２４の素材には、特に制約がなく、公知のＮｉ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−ＣｒＣの混合物などを用いることができる。

図２は、本発明のもう一つの実施の形態であるガイドロール装置に備わるロール３０の構成を示す。図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見たロール３０の構成を示す。本実施形態のロール３０は、先のロール２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

ロール３０は、胴体２１に溶射層３１を有するとともに、胴体２１の端部および軸２２にも溶射層３２，３３を有する。ロール３０の溶射層は、胴体２１の表面が超硬合金で形成される超硬合金溶射層３１であり、胴体２１の端部および軸２２の表面がセラミックで形成されるセラミック溶射層３２，３３である。先の図１と同様に、図２および図３でも、胴体２１および軸２２の直径に対する溶射層３１，３２，３３の厚さを誇張して表す。実際の溶射層３１，３２，３３の厚さは、それぞれ２００〜１０００μｍである。

超硬合金の溶射層３１は、耐熱フェルトに比べると著しく硬く、また耐焼付性にも優れるので、前述のセラミック溶射層２３の場合と同様に押し込み疵防止効果を奏する。超硬合金の熱膨張係数は、胴体２１の素材である鉄の熱膨張係数に比較的近いので、胴体２１に超硬合金溶射層３１を直接形成しても、長期の剥離寿命を得ることができる。超硬合金には、特に制約はなく、たとえば炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）などを用いることができる。超硬合金は、導電性を有するので、胴体２１に超硬合金溶射層３１を形成すると、鋼帯９からロール３０への導電回路が形成される。そこで、ロール３０では、胴体２１の端部と軸２２との表面がセラミック溶射層３２，３３で形成される。セラミックは、絶縁性を有するので、胴体２１の端部および軸２２と装置の軸受部との間で絶縁し、スパークを防止することができる。

図４は、本発明のさらにもう一つの実施の形態であるガイドロール装置４０の構成の概要を示す。図４のガイドロール装置４０は、竪型焼鈍炉内を走行する鋼帯９の裏面側の構成のみを表す。ガイドロール装置４０の鋼帯表面側は、鋼帯９に関して裏面側と対称に構成されるので図の記載および説明を省く。

ガイドロール装置４０は、前述のロール３０を備えることに加えて、ロール３０をクリーニングするドクターナイフ４１を有することを特徴とする。ドクターナイフ４１は、高温の鋼帯９から熱を受けて昇温するロール３０に接触し、かつ回転するロール３０と摺れるように設けられるので、高温強度および耐摩耗性に優れることが望ましい。このようなドクターナイフ４１に用いる素材として、たとえばマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ａが挙げられる。

ドクターナイフ４１の設置位置については、特に制約がない。しかしながら、矢符４２で示すロール３０の回転方向下流側から上流側へ向かい、ロール３０に接するナイフ端部４１ａでの接線４３に対する傾斜角が１０〜３５°になるように設置されることが好ましい。この接線に対する傾斜角を接触角と呼ぶことにする。また、ドクターナイフ４１の押圧力は、アイドル状態で回転するロール３０の回転を妨げない程度の線圧、たとえば５〜１０ｇ／ｃｍであることが好ましい。ドクターナイフ４１は、ロール３０の表面に付着する異物を除去し、表面を清浄にする。このことによって、押し込み疵の発生を確実に防止することができる。さらに、ドクターナイフ４１の端部４１ａとロール３０との接点を臨む位置に、スプレーノズル４４を設けることが望ましい。ドクターナイフ４１がロール３０の表面から除去した異物を、スプレーノズル４４が噴霧水４５で洗い流すことにより、さらなるクリーニング効果を得ることができる。

竪型焼鈍炉に以下の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す３通りのガイドロール装置をそれぞれ設け、当該竪型焼鈍炉に鋼帯を通して温度１０５０〜１２２０℃で熱処理を行い、表面疵の発生状況を検査した。
（ａ）耐熱フェルト１４を巻き付けた表裏面側ロール１２，１３を備える従来の構成のガイドロール装置４。
（ｂ）胴体２１の溶射層３１が超硬合金で形成され、胴体２１の端部および軸２２の溶射層３２，３３がセラミックで形成されたロール３０を備えるガイドロール装置。超硬合金には炭化タングステンを用いて、超硬合金溶射層３１の厚さを３００μｍとした。セラミックにはアルミナを用いて、セラミック溶射層３２，３３の厚さを２００μｍとした。
（ｃ）上記（ｂ）の構成のロール３０に加えて、ドクターナイフ４１を備えるガイドロール装置４０。ドクターナイフ４１には、厚さが１．２ｍｍのＳＵＳ４４０Ａの板を用いた。ドクターナイフ４１を、ロール３０の回転方向下流側から上流側へ向かい、接触角が２５°で押圧力が５ｇ／ｃｍになるように設置した。さらにスプレーノズル４４を設け、ドクターナイフ４１で除去した異物を水噴霧により洗浄した。

上記の各ガイドロール装置をそれぞれ備える竪型焼鈍炉で鋼帯を熱処理し、竪型焼鈍炉の出側で鋼帯の表裏面を目視観察して、押し込み疵、スパーク疵発生の有無を検査した。ガイドロール装置ごとに、通板したコイル数と、当該通板コイルのうち押し込み疵、スパーク疵の発生したコイル数を求め、疵が発生したコイル数の通板コイル数に対する百分率で疵防止の程度を評価した。

検査結果を表１に示す。いずれのガイドロール装置とも、スパーク疵の発生は、皆無であった。しかし、構成（ａ）のガイドロール装置４では、押し込み疵の発生率が１．０３％の高率であった。構成（ｂ）のガイドロール装置では、押し込み疵の発生率が０．１４％であり、構成（ａ）のガイドロール装置に比べて発生率が１／７にまで低下した。さらに、ドクターナイフを備える構成（ｃ）のガイドロール装置４０では、押し込み疵の発生が完全に防止され、発生率が０％であった。

このように、ロールの溶射層を、胴体の表面では超硬合金とし、胴体端部および軸の表面ではセラミックとすることによって、熱処理時の押し込み疵の発生を著しく低減し、さらにスパーク疵の発生も防止することができる。

以上で説明しているように、本実施の形態では、溶射層が形成されたロールを備えるガイドロール装置を、鋼帯の熱処理時における押し込み疵およびスパーク疵の防止に利用している。しかしながら、これに限定されることなく、金属帯が銅帯などである場合に対しても有効に利用することができる。

１竪型焼鈍炉
４，４０ガイドロール装置
９鋼帯
１２，１３，２０，３０ロール
２１胴体
２２軸
２３，３２，３３セラミック溶射層
３１超硬合金溶射層
４１ドクターナイフ

Claims

竪型焼鈍炉の冷却帯に設けられ、竪型焼鈍炉で熱処理される金属帯にロールを押し付けて振れを抑えるガイドロール装置において、
ロールは、表面に溶射層を有し、
溶射層は、
胴体の表面が超硬合金で形成され、
軸の表面および胴体端部の表面がセラミックで形成されることを特徴とするガイドロール装置。
前記ロールをクリーニングするドクターナイフを有することを特徴とする請求項１記載のガイドロール装置。