JPH01252561A - 高耐熱性ロール及びその製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は高温のステンレス板、鋼片、鋼板、鋼管等を連
続的に焼鈍する熱処理ライン（アニーリング・ライン、
またはアニーリング・ビックリングライン）の焼鈍炉に
使用される搬送用のロール及び板ガラスの製造ラインの
徐冷炉等に使用される搬送用ロールに関するものである
。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］連続的
に熱処理を行う加熱炉（焼鈍炉）に於いて、ステンレス
板等の搬入、搬出用として、ある−いは板ガラスの徐冷
炉等に多数のロールがその進行方向に直角に配置されて
いる。特に高温のステンレス板や軟化状態の板ガラス等
に接触するロールは、耐熱性、耐摩耗性、平滑性、ステ
ンレス板や板ガラス等への非付着性、並びにステンレス
板や板ガラス等に対する非対面攻撃性が要求されている
。

従来この種のロールは、天然のアスベスト繊維の持つ特
性を生かして、アスベスト繊維をゴム状バインダーを用
いてシート状に成形し、このシートをドーナ・ン状に切
断加工して、金属製のパイプに圧縮積層して表面仕上げ
を行ない、アスベスト・デイスクロールとしてイ重用し
ていた。

ところがアスベスト繊維は、天然のケイ酸マグネシウム
鉱物繊維であり、繊維長、繊維径、化学組成等のバラツ
キが大きく、また結晶水を１４〜１５重量％含んでいる
為１０００℃を越える高温下で使用した場合、前記繊維
自体のバラツキや結晶水の離脱により体積収縮をおこす
為、ロール表面にクラックが発生し、このクラックによ
る亀裂で搬送されてくるステンレス等の表面を傷つけて
しまったり、連続使用下に於いて前記クラックが進行し
、金属軸からロールの脱落が起こり、短期間に使用でき
なくなるという問題点があった。

さらに、従来のアスベスト・デイスクロールは少なくと
もアスベスト繊維を使用しているため、そのロールを製
造する工程ばかりでなく使用設備からもアスベスト繊維
が飛散し健康障害の恐れがあった。

すなわち、日本において昭和４９年国際ガン条約に調印
し国内においてもこれまでに種々の省令でアスベストの
取り扱いを規制してきたが、昭和５１年４月１日より「
特定化学物質等障害予防規則」を実施し、さらに昭和５
３年３月３０日労働基準法施行規則を一部改正し、ガン
温性物質、若しくはガン源性因子又は、ガン源性工程に
おける業務による疾病中に［アスベストにさらされる業
務による肺ガンまたは中皮腫］を指定している。

この省令により、我国においてもアスベスト公害の問題
が大きくクローズアップされてきている。

これに対し、人工耐熱繊維であるシリカ・アルミナ繊維
と無機充填材、無機結合材及び必要に応じて有機結合材
によってシート状に形成されたものを、アスベスト・デ
イスクロールと同様に金属性のバイブに圧縮積層して表
面仕上げを行なったセラミック繊維質ロールが使用され
ている。

前記セラミック繊維質ロールは４人工ｉｔ熱繊維を使用
している為、アスベストに比較し繊維長や繊維径のバラ
ツキが小さく、化学組成は不純物が極めて少な（非常に
安定しているし、結晶水を持たない為、１０００℃を越
える高温下で使用しても、収縮が小さく安定操業可能な
ロールを提供している。

しかしながら、シリカ・アルミナ繊維は非晶質である為
、９８０℃付近の温度下に於いてムライト再結晶を起こ
し、わずかであるが熱収縮を起こす為ロール表面に微細
なりう・ンクが発生する事がある。

前記微細なりラックは、幅が非常に小さい為。

クラック自身が、搬送されてくるステンレス板等に傷を
つけることはないが、アスベスト・デイスクロールと同
様に連続使用下に於いて、前記クラックが進行し金属パ
イプからロールの脱落が起こり、使用できなくなるとい
う問題点があった。

すなわち、ロングライフかつ安定操業が望めないという
欠点がある。

これに対して、金属パイプに対するセラミック溶射ロー
ル及び金属パイプとセラミックスリーブとの複合ロール
等が考案されているが、何れも金属とセラミックスの熱
膨張係数の違いから、剥離や割れが発生してしまい、高
温条件下では実用化されるに到っていない。

本発明は、上記した問題点を解消し、熱収縮によるロー
ル表面のクラックの発生を防止し、長期間に亘り安定し
て使用することができる高耐熱性ロール及びその製造方
法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の高耐熱性ロールは、耐熱性無機質繊維と無機充
填材と有機結合材とを原料として成形加工された複数個
のドーナツ状の成形体を金属パイプに嵌装・積層して成
る高耐熱性ロールにおいて、前記耐熱性無機質繊維の平
均繊維径が３μｍ以下、平均アスペクト比が１０〜５０
００．０であり、かつ、前記無機充填材の平均粒子径が
５μｍ以下であることを特徴とする。

耐熱性無機質繊維としては、シリカ・アルミナファイバ
ー、結晶質アルミナファイバー、結晶質ジルコニアファ
イバー、窒化ケイ素ファイバー等を挙げることができ、
それらのうちの一種または二種以上を適宜選択して用い
てよい、なかでも、シリカ・アルミナファイバーは、不
純物含有量が少なく、１４００℃の高温に耐える優れた
耐火性を有する繊維であり、かつ近年省エネルギー耐火
断熱材として注目され、大量に生産されるのでコスト的
にも有利であり、特に好ましい。

また、平均繊維径３μｍ以下、がっ、平均アスペクト比
を１０〜５００００とすることにより、９８０℃付近の
温度下においても、繊維の再結晶化による熱収縮応力を
ロール構造体の内部において分散緩和することができ、
ロール表面に微細なりラックが発生することを防ぐこと
ができる。

平均繊維径が３μｍを超えると後述する成形体のプレス
時に繊維が折れ易く、その結果、アスペクト比が小さく
なり、成形体の強度が低下してしまうので好ましくない
。

なかでも平均繊維径２．１ａｍ以下、平均アスペクト比
１００００〜３００００のものがより好ましい。なお、
この場合、市販の例えばシリカ・アルミナファイバー等
は、平均繊維径が２．０〜２．５μｍであるので、２．
１ｇｍ以下となるように遠心分離等の二次加工を施す必
要がある。

一方、無機充填材としては、ムライト、シリカ、アルミ
ナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、炭化珪素、窒
化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ホウ化チタン
、ホウ化ジルコニウム、５ｉＡｆｆＯＮ（サイアロン）
等を挙げることができ、それらのうちの一種もしくは二
種以上を適宜選択して用いてよい、なかでも耐熱性に優
れ安価であるという理由からアルミナが好ましい。

また、平均粒子径は、５μｍ以下が好ましく、１〜２μ
ｍがより好ましい。

５μｍを超えると、耐熱性無機質繊維間に均一に充填さ
れず好ましくない。

本発明の高耐熱性ロールは、ドーナツ状の成形体中に、
上記耐熱性無機質繊維が解繊され、ある特定方向に配向
することなく均一に分散された状態で存在することが好
ましい、繊維同士の絡み合い、あるいは、無機充填材を
介しての繊維同士の絡み合いにより、高い強度の成形体
を得ることができる。すなわち、特定方向の力に対し弱
体となる部分がない。

また、無機充填材は、上記成形体中に、少なくともその
一部が二次的に集合し結合した状態で存在し、かつ、平
均粒子径３μｍ以下の微細な一次粒子が上記した耐熱性
無機質繊維表面を被覆して存在していることが好ましい
。

平均粒子径５μｍ以下の一次粒子と、二次的に凝集した
平均粒子径３〜５０μｍの比較的粗い粒子とが混在する
ことにより、平均粒子径３μｍ以下の微細な一次粒子が
、繊維の表面を被覆し、ロールの使用時に、非晶質の上
記無機質繊維が再結晶化し、成形体が収縮することを抑
制することができ、また、３μｍを超える一次粒子や二
次粒子は、無機質繊維同士の空間や無機質繊維が交叉す
る位置に存在し、熱間クリープの抑制、あるいは、上記
無機質繊維と相俟って、熱収縮応力の吸収に寄与する。

次に、本発明の高耐熱性ロールの製造方法について説明
する。

本発明の高耐熱性ロールの製造方法は、平均繊維径が３
μｍ以下で、平均アスペクト比が１０〜５００００の耐
熱性無機質ＪＪＨＩＩ５０〜９０重量％と平均粒子径５
μｍ以下の無機充填材５〜６０重量％と有機結合材４〜
１５重量％との混合物に水を加えて攪拌混合しスラリー
状とする工程：前記スラリー状混合物を抄造しシート状
の成形体とする工程；前記シート状成形体を嵩密度０．
８〜１．０ｇ／ｃｍ３となるようにプレス成形を施した
後、乾燥させ、ドーナツ状に打抜く工程：前記ドーナツ
状成形体を金属パイプに複数個嵌装・積層し、成形体の
嵩密度が１．２〜１．５ｇ１Ｃｄとなるようにプレスし
た後、ロール表面となる面に研磨加工を施す工程：とか
らなることを特徴とする。

上記した耐熱性無機質繊維の配合組成は、５０〜９０重
量％とするのが好ましい、５０重量％未満の場合には、
嵩密度が高くなり過ぎ、９０重量％を超えると強度が小
さくなり好ましくない。

上記した無機充填材の配合組成は、５〜６０重量％であ
ることが好ましい、９００℃以上の高温域において、上
記無機質繊維を結合するためには、５重量％以上が必要
であり、逆に６０重量％より多く添加すると、繊維含有
量が少なくなりロール形成した場合、被搬送物の荷重に
耐え得る圧縮強度を得ることが困難となり好ましくない
。

また、有機結合材としては、アクリル酸エステル、ポリ
アクリルアミド、エマルジョンラテックス、でん粉、酢
酸ビニール、アクリロニトルプクジエン５ポリウレタン
、ＳＢＲ等が有効である。

有機質は加熱されると、焼失してしまうのでできるかぎ
り少ない方がよいが、取り扱い性ならびに加工性から４
〜１５重量％必要である。特に好ましくは７〜８重量％
が良い。

本発明の高耐熱ロールの製造方法においては、まず、上
記した耐熱性無機質繊維を無機充填材と有機結合材との
混合組成物中に水を加えて分散させることが必要である
。ここで、繊維状物をアスペクト比を低下せしめること
なく充分に解繊させるにはスラリー濃度を２％以下にす
ることが好ましい。

また、上記スラリー状混合物は、市販の攪拌機で混合さ
れるが、繊維を短く切断せずに分散させるには、パルブ
工業あるいは製紙工業などで繊維を解繊混合するために
常用する解繊機（パルパー）などで撹拌混合するのが最
適である。

この混合により、耐熱性無機質繊維が、混合物中に解繊
されず塊状で存在することなく三次元的に均一分散し、
一方、平均粒子径３μｍ以下の微細な無機充填材の粒子
は繊維間にはいり込み、繊維表面を被覆し、３μｍを超
える一次粒子及び二次粒子は、繊維間の空間及びそれら
が交叉する付近に存在することになる。

次いで、上記スラリー状混合物を常法により抄造してシ
ート状の成形体とした後、水分を含んだ状態のまま嵩密
度が０．８〜１．０ｇ／ｃｒｎ’となるようにプレス成
形を行なう、この段階で、嵩密度をあまり低くしたり、
高くすると後述する乾燥後のプレス加工により繊維状物
が折れてしまうので、上記した範囲内が好ましい。

しかる後、上記成形体を乾燥し、ドーナツ状に打ち抜い
たものを複数個金属パイプに嵌装・積層してから、成形
体の嵩密度が１．２〜１．５ｇ　／　ｃ　ｒｎ”となる
ようにプレスして金属パイプから離脱しないようにする
。

そして、所定径のロールとなるようにこの表面を研磨仕
上げすれば、所望する高耐熱性ロールを得ることができ
る。

〔作用〕

本発明に係る高耐熱性ロールは、次のような作用がある
。

まずロールの素材ｔま、不純物を含まず、搬送されるス
テンレス板、ステンレス酸化物（Ｆｅａ’ｓ、Ｆｅ１Ｏ
＜、Ｆｅｄ）、あるいは軟化状態の板ガラス等と熱間に
おいて反応したり、融着することがなく、適度な硬さを
持っているため、搬送されて（るステンレス板及び板ガ
ラス等に傷をつけることがない。

また、水冷金属軸と高温にさらされるロー・ル表層との
中間層、即ち無機結合材の焼結しにくい４００〜８００
℃の中湿度領域においても、平均粒子径の細かい無機充
填材の焼結、及び耐熱性無機質繊維の繊維同士のからみ
合いにより、ステンレス板及び板ガラス等を搬送するに
充分な強度と緩衝性とを併せて保持することが可能であ
る。

また、ロール構成材料の熱収縮応力をロール内部で分散
緩和させることが可能となり、ロール表面に微細なりラ
ックが発生するのを防止し、ロールの金属軸からの脱落
は防止される。

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。

［実施例１ 実施例１ １ｍ３の容積をもつ攪拌器つき容器に８００氾の水と市
販の平均繊維径２．２μｍ、平均アスペクト比１１００
０のシリカ・アルミナファイバー（商品名イビウール）
を８ｋｇ投入して１５分間攪拌して、シリカ・アルミナ
ファイバーのスラリー溶液を作成した。一方容量２５Ｉ
２の円筒型容器の側壁より流量１７０４２／分、水圧２
．０ｋｇ／ｃｒｒ？の加圧水を送り込み、円筒型容器上
部よりうす流の中心部へ上記繊維スラリーを８０ｅ／分
の流量で導き、フロックをほぐした後、このスラリーを
うす流の中心部より流出させ３０メツシユの金あみ上へ
導き捕集し、平均繊維径１．６μｍ、平均アスペクト比
１００００のシリカ・アルミナファイバーを得た。

次に上記処理されたシリカ・アルミナファイバー６０重
量％と、市販の平均粒子径１．１μｍの微粒低ソーダア
ルミナ３２重量％、変性アクリル酸エステルエマルジョ
ンラテックス８重量％とを水中にて、抄紙用パルパーに
より攪拌混合してスラリー状とした後、ポリアクリルア
ミド系凝集剤にて凝集させた後、抄紙機により厚さ１８
ｍｍ。

シートを抄造した。

次いで、ウェット状のまま嵩密度０．８５（ｇ／ｃｒｎ
’）　、厚み６ｎ＋ｍにプレス成形を行い乾燥後、外径
１１０ｎｍφ内径２２關φ（厚み６ｎｌＩＩｌ）のドー
ナツ状の成形体（ディスク板）に打ち抜き、外径２２ｍ
ｍφ、有効面長１００ｍｍの金属製パイプにディスク板
の嵩密度が１．４ｇ／ｃｒｎ’となるようにプレス嵌装
した後、金属旋盤にてロール表面を外径１０５ｍｍφと
なるように研磨した。このセラミック繊維質デイスクロ
ールを金属パイプ内を水冷しながら電気炉にて１１００
℃で２８ｒ処理した後、クラックの発生状況を観察した
ところ、ロール表面に変化は全くみられなかった。

なお、上記ディスク板の曲げ強度を金属パイプに嵌装す
る前の段階、すなわち嵩密度が０．８ｇ　／　ｃ　ｒｒ
？のときに、電気炉にて１２００℃で２Ｈｒ処理して測
定したところ、ｌ　６　ｋｇｆ／　ｃ　ｍ”であった。

ここで曲げ強度は、試験片大きさｌｏｍｍＸ５０ｍｎ＋
Ｘ５ｍｎ＋、スパン長さ３０ｍｍ、曲げ速度１０ｍｍ／
ｍｉｎの条件で島津製作所製オートグラフで測定した。

実施例２ 平均繊維径１．８μｍ、平均アスペクト比４００００の
シリカ・アルミナファイバー（商品名イビウール）６０
重量％と、市販の平均粒子径１．１ｔＬｍの微粒低ソー
ダアルミナ３２重量％と、変性アクリル酸エステルエマ
ルジョンラテックス５重量％を、実施例１と同様のセラ
ミックス繊維質デイスクロールとし、実施例１と同様の
テストを行ったところ、ロール表面にクラックは発生し
なかった。

なお、ディスク板の嵩密度は、パイプ組付前のプレス成
形により０．９ｇ／ｃｒｔ？、組付後のプレスにより１
．５ｇ／ｃｒｎ’とした。

また、嵩密度０．９ｇ／ｃｒｎ’のときに、実施例１と
同様の条件により、曲げ強度を測定したところ１８ｋｇ
／ｃｒｎ’であった。

［比較例］ 比較例−１ 市販のデイスクロール用石綿板（６ａｍ厚み）を外径１
１０ＩＩｌｌφ内径２２＋＋＋＋ａφのディスク板に打
ち抜き、実施例１と同様にアスベストデイスクロールと
した後、実施例１と同様のテストを行ったところ、ロー
ル表面に幅１ｍ＋ｅ〜３關のクラックが無数に発生して
いた。

第１図にクラック発生状況を示す。

また、実施例１と同様の条件によりディスク板の曲げ強
度を測定したところ４．２ｋｇ／ｃｒｎ”であった。

比較例−２ 実施例１で得られた平均繊維径１．６μｍのシリカ・ア
ルミナファイバーと、市販の平均粒子径４４μｍの標準
粒低ソータアルミナを用いて、実施例１と同様のテスト
を行ったところ、ロール表面に幅３１ｍ１１のクラック
が１力所発生していた。

第２図にクラック発生状況を示す。

また、実施例１と同様の条件によりディスク板の曲げ強
度を測定したところ９．３ｋｇ／ｃｍ’であだ。

この結果、実施例１〜２に示す高耐熱性ロールは、比較
例１〜２に比ベロール表面にクラックが発生しなかった
。

「発明の効果」 以上、本発明に係る高耐熱性ロールは、市販の低コスト
な材料を用いて、熱収縮によるロール表面のクラックの
発生を防止し、ロールライフを延長することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は比較例１のアスベストデイスクロールのクラッ
ク発生状況を示すロールの正面図である。 第２図は比較例２のセラミック繊維質デイスクロールの
クラック発生状況を示すロールの正面図である。 ｌ・・・・・・金属バイブ　２・・・・・・金属カラー
３・・・・・・比較例１のアスベストデイスクロール４
・・・・・・発生した表面クラック ５・・・・・・比較例２のセラミック繊維質デイスクロ
ール ６・・・・・−発生した表面クラック 第１図 ル２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐熱性無機質繊維と無機充填材と有機結合材とを
   原料として成形加工された複数個のドーナツ状の成形体
   を金属パイプに嵌装・積層して成る高耐熱性ロールにお
   いて、 前記耐熱性無機質繊維の平均繊維径が３μｍ以下、平均
   アスペクト比が１０〜５００００であり、かつ、前記無
   機充填材の平均粒子径が５μｍ以下であることを特徴と
   する高耐熱性ロール。
2. （２）前記成形体中に、前記耐熱性無機質繊維が、ある
   特定方向に配向することなく均一に分散した状態で存在
   する請求項１記載の高耐熱性ロール。
3. （３）前記成形体中に、前記無機充填材が、少なくとも
   その一部が二次的に集合し結合した多孔質粒子の状態で
   存在し、かつ、平均粒子径３μｍ以下の一次粒子が前記
   耐熱性無機質繊維の表面を被覆している請求項１または
   ２記載の高耐熱性ロール。
4. （４）平均繊維径が３μｍ以下で、平均アスペクト比が
   １０〜５００００の耐熱性無機質繊維５０〜９０重量％
   と平均粒子径５μｍ以下の無機充填材５〜６０重量％と
   有機結合材４〜１５重量％との混合物に水を加えて攪拌
   混合しスラリー状とする工程； 前記スラリー状混合物を抄造しシート状の成形体とする
   工程； 前記シート状成形体を嵩密度０．８〜１．０ｇ／ｃｍ＾
   ３となるようにプレス成形を施した後、乾燥させ、ドー
   ナツ状に打抜く工程； 前記ドーナツ状成形体を金属パイプに複数個嵌装・積層
   し、成形体の嵩密度が１．２〜１．５ｇ／ｃｍ＾３とな
   るようにプレスした後、ロール表面となる面に研磨加工
   を施す工程； とからなることを特徴とする高耐熱性ロールの製造方法
   。