JPH0913121A - 加熱炉内又は冷却装置内の支持ロール回転軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱炉や焼鈍炉等の加熱雰囲気下で使用する
加熱された材料を支持する加熱炉内又は冷却装置内の支
持ロールの回転軸に関する。 【構成】 回転軸内を中空とし、該回転軸内に冷却液体
を導入した加熱炉内の支持ロール回転軸において、該回
転軸の排出口側近傍に回転軸内周面の径にほぼ等しい径
を有する円板状のじゃま板を設け、該じゃま板の外周面
に冷却液体用通路を穿設し、該通路の断面積を、該通路
を通過するときの冷却液体の抵抗、即ちヘッド圧を回転
軸内周面の頂部と冷却液体排出口液面との高さの差Ｈに
より生ずる圧力より大きくなるような断面積とすること
を特徴とする加熱炉内又は冷却装置内の支持ロール回転
軸である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱炉や焼鈍炉等の加
熱雰囲気下で使用する加熱された材料を支持する加熱炉
内又は冷却装置内の支持ロールの回転軸構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より加熱炉や焼鈍炉等の加熱雰囲気
内に被加熱材料又は焼鈍材を支える目的の支持ロールが
多数使用されている。これらの支持ロールの回転軸内部
には冷却液体、例えば冷却水が循環して回転軸を冷却す
るような構造をした内部冷却型の回転軸が用いられてい
る。このような冷却型の回転軸は一般的に冷却されてい
る回転軸の内径の方が排出口の径より大きいため排出口
の上面迄冷却水で満たされるが、それより上部は空気層
が形成されている。回転軸が回転している間は何ら問題
は生じないが、故障、その他の原因で設備を停止した際
に水面下にある部分は常時冷却されているのに対し、水
面より上部にある部分は直接水で冷却されることなく外
部からの入熱は回転軸の伝熱によって冷却されるように
なる。このとき水冷された下部と水冷されていない上部
との間に温度差が生じ、上下の熱膨張の差によって回転
軸は上に凸に変形する。この点について図１及び図２に
沿って説明する。

【０００３】図１は内部冷却型の回転軸の断面図であ
り、図２はＡＡ線における断面図である。図において、
回転軸１は中空で、その両端は４の位置で軸受に軸支さ
れている。回転軸１の外周面は耐熱性を有する被覆層２
で被覆されており、炉壁３で構成されている炉内に設置
されている。回転軸１内には外周面を冷却するために回
転軸１の中心部に導水管７が設けられ、導水管７より冷
却水１６が給水され、排水口１４より排水される。回転
軸１内は排出口９よりやや上位の排出口液面８の位置ま
で冷却水で満たされ、その上部は空気層を形成してい
る。

【０００４】従って、回転軸１が回転している間は何ら
問題は起こらないが、故障その他の原因で設備を停止し
た際には冷却水液面の下にある部分は常時冷却水によっ
て冷却されるのに対し、該液面の上部にある部分は空気
層であるため直接水で冷却されることなく、その結果温
度差が生じ、この温度差によって回転軸１は上に凸に変
形する。材料が軟鋼の場合を例にとると、水面の位置や
構造によって多少異なるが、計算上温度差が１５０℃を
超えると熱膨張差により上下外周部分で熱変形による応
力が軟鋼の降伏応力を超える。

【０００５】従って、このような状態で再スタートする
と、降伏応力を超えた回転軸１には永久変形が残り、回
転軸１の芯が振れることになる。又、永久変形が残らな
いまでも、横形の帯焼鈍ラインの例では炉内で支持する
ロールは、一般的に非駆動で材料の重量をその摩擦力に
よって回軸する構造であるため、回転軸が一旦停止し上
下に温度差が生じ、上方に凸に変形した状態で再起動し
た場合、そのロールは半回転して下に凸な位置まで回っ
た後、ロールの曲りによりロール重心が回転支軸心より
下に来ており、材料による回転力よりも偏心による偶力
の方が大きい場合にはロール回転は止り材料とロールと
の間で滑った状態になる。このような状態になると焼鈍
される材料に疵が生じるのみでなく回転軸１表面に断熱
と疵防止のために設けた耐熱の繊維質よりなる被覆層２
が、この軸が回転しないと焼鈍材と接触した部分が局部
摩耗し、その後冷却不足だった部分が下部に来て熱変形
が減少し回転軸１が復帰したとしてもこの局部摩耗部が
線状の折れとして焼鈍材に転写されるという問題を起こ
す。

【０００６】これを防止するためには、回転軸１内部に
冷却水１６を充満させ、温度差が生じさせなくすること
が必要である。そのため、例えば内部の空気を抜くため
に排出口側に空気抜栓１３を設けた構造とし、空気抜栓
１３の位置を上部にして通水し、ロール内部を冷却水で
充満した後、栓をして回転軸１を起動する方法がとられ
る。この方法である程度問題は解決するが、冷却水中に
は空気が混入しており、又は水の中に溶解した空気が温
度上昇により溶解度が落ちることから気泡が発生し、こ
れらが回転軸内に蓄積して空気層を形成するという問題
が生じる。この問題を回避するため、時々空気抜きを繰
返す必要があるが、その作業が煩雑であると同時に長時
間にわたって回転軸１内部に冷却水が充満されていると
いう保証はない。このような現象は冷却装置内における
支持ロール回転軸においても同様に生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者はこ
のような問題点を解決すべく種々検討した結果、回転軸
内の冷却又は加熱液体が排出されるときの抵抗を利用し
て空気の層を容易に除去し得ることを見出し、本発明を
完成したもので、本発明の目的は、回転軸内の冷却又は
加熱液体が排出されるときの抵抗を利用して回転軸の内
部を冷却又は加熱液体で充満した加熱炉内又は冷却装置
の支持ロール回転軸を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明は、回転軸内を
中空とし、該回転軸内に冷却液体を導入した加熱炉又は
冷却装置内の支持ロール回転軸において、該回転軸の冷
却又は加熱液体排出口側近傍に回転軸内周面の径にほぼ
等しい径を有する円板状のじゃま板を設け、該じゃま板
の外周面に冷却又は加熱液体用通路を穿設し、該通路の
断面積を、該通路を通過するときの冷却加熱液体の抵
抗、即ちヘッド圧が回転軸内周面の頂部と冷却液体排出
口液面との高さの差Ｈにより生ずる圧力より大きくなる
ような断面積とすることを特徴とする加熱炉内又は冷却
装置内の支持ロール回転軸である。

【０００９】即ち、本発明においては回転軸内に冷却液
体用通路を穿設したじゃま板を設け、回転軸内の冷却液
体がじゃま板の冷却液体用通路を排出されるときの抵
抗、即ち、ヘッド圧が回転軸内周面の頂部と排出口液面
との高さの差Ｈにより生ずる圧力より大きくすることに
よって空気層を除去するのである。

【００１０】次に本発明を加熱炉内における冷却液体、
例えば冷却水の場合について説明する。図面に従って説
明する。図３は図１の従来例のＢ部を改良した本願発明
の支持ロール回転軸の一部断面図であり、図４は図３に
おけるＣＣ線の断面図である。図に示すように、中空部
を有する回転軸１内の中心に導水管７を設け、この導水
管７に回転軸１の内径に合わせた径を有するじゃま板１
０を回転軸の排出口側端部近くに周設し、このじゃま板
１０に冷却水用の通路１１を穿設し、じゃま板１０によ
る流水の抵抗を利用して回転軸１内部に冷却水を充満さ
せて空気の層を除く。冷却水用の通路１１としてはじゃ
ま板１０の外周部近くに透孔を設けてもよく、あるいは
じゃま板１０の外周縁に切り欠きを設けてもよい。ま
た、じゃま板１０に設ける通路１１の数は任意でよく、
通常４個程度でよい。通路１１の断面積は、冷却水が通
路１１を通過するときの冷却水の抵抗、すなわちヘッド
左が回転軸内周面と冷却水排出口液面との高さの差Ｈに
より生じる圧力より大きくなるような断面積である。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例 図３においてじゃま板１０の断面積の導水管内の流速は
通常２ｍ／秒で設計するのが一般的である。この場合に
おいて、回転軸内周面の頂部と冷却水排出口液面８との
高さの差Ｈが２００ｍｍ（＝０．２ｍ）であるとき、流
速Ｖ、重力の加速度をＧとすると、ベルヌーイの定理か
らＶ＝√２ＧＨ／Ｍで、Ｍは水の比重で約１であるの
で、Ｖ＝√２ＧＨである。この式に上述の具体的な数値
を代入して計算すると、Ｈが２００ｍｍ（＝０．２ｍ）
であるので、Ｖ＝√２×９．８ｍ／ｓ²×０．２ｍ≒２
ｍ／ｓとなり、じゃま板１０の通路における流速は導水
管７内の流速とほぼ同じ速度であるから、じゃま板に導
水管内径の断面積に等しいか、或いは該面積より少し小
さい断面積を４等分した冷却水用通路を設ける。この状
態で通水を開始すると、水は排出口表面８のレベルまで
は通常の通り空気が抜けそれより上に水面が上昇すると
通路１１の穴で水面下の部分の流水抵抗は上で計算した
水頭をもって流れるが、通路１１の穴が水面上にある所
では空気が流れ空気の流れの抵抗は、空気の比重が水の
約１／１０００程度であるが無視できる程小さいため上
部の空気が優先的に排出される。

【００１２】じゃま板１０の下流側には、排出口レベル
の関係から空気層が残る。回転軸内の空気を押出すため
には、回転軸内のＨにより生じる圧力よりやや大なる抵
抗を生じるような断面積にしておく必要がある。しか
し、この回転軸内のヘッド圧の値は通常、シール付回転
給排水装置５における冷却液体、例えば冷却水の元圧が
０．２〜０．３ＭＰ、即ち水頭は２０〜３０ｍで流路の
抵抗が１０ｍ程度で、その差は流量弁で調整しており、
じゃま板１０のヘッド圧Ｈ０．２ｍは元圧の１／１００
〜１／１５０なので無視できる程小さい数値であり、し
かも、じゃま板１０の１枚で冷却水を充満させることが
できる。図３の場合、通路１１が４個所であり、必ずし
も通路１１が最上部になくとも少しでもロールが回転し
ておれば通路が最上部に来た時に排出され、短時間に排
気が終るので実用上全く問題にならない。この実施例の
場合、通路１１の数を設計の容易さから４個としたもの
で説明したが、全周に先に述べた流速を確保する面積の
隙間をあけて設けてもよい。

【００１３】図５は、本発明の他の態様を示す例であ
る。この例では、導水管を設けない場合であり、給水口
１５と排水口１４とが相対する位置にある場合、即ち反
対の位置にある場合の例を示す。この場合、ベルヌーイ
の定理に基づいて通路１１の断面積は、該通路を通過す
るときの冷却液体の抵抗、即ち、ヘッド圧が回転軸内周
面の頂部と液体排出口の液面との高さの差Ｈにより生じ
る圧力より大きくなるような断面積である。以上、加熱
炉内の支持ロールを例にとって説明したが、支持ロール
の内部を冷却又は加熱する構造のロールは多種存在す
る。例えば普通鋼の冷間圧延後の成形連続焼鈍炉通称Ｃ
ＡＬ炉では、炉内上部と下部に多数の支持ロールを設
け、上下ロール間に焼鈍材を通す構造であり、加熱帯、
冷却帯が分離された構成が一般的である。このＣＡＬ設
備の支持ロールは特殊鋼製のロールと焼鈍材とは直接金
属接触した状態で通板される。このとき焼鈍材はある温
度勾配で昇温、保持、冷却されるが焼鈍材の温度と支持
ロールの温度差が大きいと焼鈍材の熱収縮又は熱膨脹に
より、板折れ、しわ等を発生する。これを防ぐため支持
ロール位置に応じた温度に保持されているが、その温度
保持のためロール内に管理された温度の液体を循環する
構造になっている。これらのロールについても本願発明
を適用することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては回
転軸内に冷却液体通路を穿設したじゃま板を設け、回転
軸内の冷却用液体がじゃま板の冷却液体用通路を排出さ
れるときの抵抗、即ち、ヘッド圧を回転軸内周面の頂部
と排出口液面との高さの差Ｈにより生ずる圧力より大き
くすることによって空気層をなくすことができ、加熱雰
囲気下で使用する支持ロールの温度差により生じる歪を
除去することができたので工業的利用価値が非常に大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来使用されている支持ロール回転軸の側断面
図

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図

【図３】本願の１態様で導水管を有する場合の支持ロー
ル回転軸の一部側断面図

【図４】図３におけるＣ−Ｃ断面図

【図５】本願の発明の他の態様で給水口と排水口が別々
の場合の同様目的の側断面図

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 耐熱性被覆層 ３ 炉壁 ４ ロールを支持する軸受の位置 ５ シール付回
転給排水装置 ５’シール付回転給水装置 ６ 固接続フランジ
７ 導水管 ８ 排出口液面 ９ 排出口 １０ じゃま板 １１ 冷却水用通路 １２ ロール内周面 １
３ 空気抜栓 １４ 排水口 １５ 給水口 １６ 冷却水

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸内を中空とし、該回転軸内に冷却
   液体又は加熱液体を導入した加熱炉内又は冷却装置内の
   支持ロール回転軸において、該回転軸の冷却又は加熱液
   体排出口側近傍に回転軸内周面の径にほぼ等しい径を有
   する円板状のじゃま板を設け、該じゃま板の外周面に冷
   却又は加熱液体用通路を穿設し、該通路の断面積を、該
   通路を通過するときの冷却又は加熱液体の抵抗、即ちヘ
   ッド圧が回転軸内周面の頂部と冷却又は加熱液体排出口
   液面との高さの差Ｈにより生じる圧力より大きくなるよ
   うな断面積とすることを特徴とする加熱炉内又は冷却装
   置内の支持ロール回転軸。