JPH01147017A

JPH01147017A - 珪素鋼板熱処理炉用ハースロール

Info

Publication number: JPH01147017A
Application number: JP30541987A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shinozaki; 斌篠崎; Toshiaki Ishii; 利明石井; Takaaki Ishikawa; 貴章石川; Tadashi Naito; 内藤　粛
Original assignee: Kubota Corp; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Kubota Corp
Priority date: 1987-12-01
Filing date: 1987-12-01
Publication date: 1989-06-08
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JP2626734B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
−Ｎ１−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’Ｃ以上と
、これらの耐熱鋼の適用温度（約８００〜９００°Ｃ）
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（１０）を中空
体とし、その中空孔（１１）内に開口端側から給水管（
１２）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、炉内の熱が冷加水により
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１１００００Ｋ
ｃａｌ　／　Ｈｒにも及ぶ。また、被熱処理材（珪素鋼
板）はスリーブ（３０）との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（１０）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に、スリーブが、ハブ材を介し
てロール軸体周面との間に隙間をもって環装されており
、前記スリーブは、耐熱鋼製スリーブ基体の外周面に、
炭化物系セラミック粒子と耐熱合金マトリックスとから
なる溶接肉盛層が形成されている２層積層構造を有し、
該スリーブの内周面とロール軸体の外周面との間に断熱
材が充填されてい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（４２）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５０〜３０
０１Ｉｍ）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、例えば１〜５ＩＩＩｆｆｉであってよい。

肉盛層のマトリックスとなる金属は、好ましくは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％、　　Ｓ　ｉ　：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、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｗ：３〜７％、Ｃ：０．０２
〜０．１％、　　Ｆ　ｅ　：　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（Ｃｒ　３ｃｚ、　　Ｃｒ　７Ｃ１
等）、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）、炭化ニオブ（Ｎ　ｂ　
Ｃ）。

炭化チタン（Ｔ　ｉ　Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ）
等が挙げられる。その粒径は、１０〜１５０μｍ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°Ｃ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
耐ビルドアツ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、肉盛層の靭性が低下し、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　−Ｎ　ｉ系、Ｃｒ−Ｎｉ−Ｃｏ系、Ｃｒ−
Ｎ１−Ｃｏ−Ｗ系など）であってよく、その具体例とし
て、Ｃｒ　：２４〜２８％、　　Ｎ　ｉ　　：　１８〜２２
％、Ｃ：０．３５〜０．４５％、　Ｓ　ｉ：ｏ、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％、　Ｎ　ｉ　
：　２２〜２５％、Ｃｏ：１４〜１８％、　Ｃ：０．３
５〜０．４０％、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％、　Ｎ　ｉ　：　４ｓ〜ｓｏ％、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−Ｎ１−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）との間の空隙に
充填される断熱材としては、例えばアルミナセラミック
ファイバ、アスベスト、あるいは各種の不定形耐火物等
が適宜使用される。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３０１ＴＩＩ１１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（
４２）で被覆した２層構造を有するので、それ自身、１
１００°Ｃ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　　日（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（平均粒径１５０μｍ）を用いてプラズマ粉体溶接
肉盛法により、層厚３１ｍＴｌの複合肉盛層を形成。

スリーブ基体：Ｃｒ−Ｎｉ系耐熱鋼（Ｃｒ：２７％、　Ｎ　ｉ　：４８
．５％、Ｃ：０．４５％、　　Ｓ　ｉ　：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：Ｏ，Ｓ％、Ｓｉ：０．９％、　Ｍ
ｎ：０．８％、Ｆｅ：０．９％、残部Ｃｏ）セラミック
／マトリックス−５０１５０（重量比）（ｂ）断熱材層アルミナセラミックファイバ層厚２５ｍ＋ｎ（ｃ）ロール軸体材質：普通炭素鋼冷却水流量：６９０１　／　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　　六１（ａ）スリーブ材質：前記ハースロールへのスリーブ基体と同じ。

外径：２１０ｍｍ、肉厚：　２０＋＋＋＋＋＋（ｂ）ス
リーブとロール軸体の隙間幅：　０．５　ｍｍ（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１１　：　６９０１　／　Ｈｒ上上記ハースロ
ール台よびハースロール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、ＩＧＯＸ１０’〜１１０Ｘ１０３Ｋｃａｌ／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７〜１０胴の曲り変
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°
Ｃ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
ニスリーブ、４１ニスリ一ブ基体、４２：複合肉盛層、
５０：断熱材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部水冷構造を有するロール軸体に、スリーブが
、ハブ材を介してロール軸体周面との間に隙間をもって
環装されており、前記スリーブは、耐熱鋼製スリーブ基
体の外周面に、炭化物系セラミック粒子と耐熱合金マト
リックスとからなる溶接肉盛層が形成されている２層積
層構造を有し、該スリーブの内周面とロール軸体の外周
面との間に断熱材が充填されていることを特徴とする珪
素鋼板処理炉用ハースロール。