JPH10183260A

JPH10183260A - 炉内搬送ロール

Info

Publication number: JPH10183260A
Application number: JP35554896A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Okada; 和久岡田; Shinichi Yamagishi; 新一山岸; Hiroyuki Suzuki; 紘之鈴木; Katsuji Kasai; 勝司笠井
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-14
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JP3362620B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属帯を高温雰囲気下で連続的に熱処理また
は浸珪処理するための連続処理炉内において優れた耐久
性が得られ、且つロール上での金属帯の冷却が防止さ
れ、絞り等の板変形を生じさせない炉内搬送ロールを得
る。【解決手段】スリーブ状のロール本体と該ロール本体
の内部に挿通されるロールシャフトとを有し、金属帯を
連続的に熱処理または浸珪処理するための連続処理炉内
に設けられる搬送ロールにおいて、前記ロール本体の少
なくとも炉内雰囲気に接する部分を高温耐熱性のセラミ
ックス材で構成するとともに、前記ロールシャフトを高
強度炭素材、好ましくは炭素繊維複合炭素材および／ま
たは等方性黒鉛で構成した構造とし、水冷構造すること
なく高温での強度を保持でき、且つロールと接触する金
属帯の冷却を防止できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、金属帯を高温雰囲
気下において連続的に熱処理または浸珪処理するための
連続処理炉内に設けられる搬送ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯を連続的に熱処理または浸珪処理す
るための連続処理炉内には、鋼帯を搬送するための搬送
ロールが炉長方向に複数配置されている。一般に、この
ような炉内搬送ロールは炉内の高温雰囲気に曝されるた
め、高温に耐え得る素材で作られ、特に、珪素鋼板やス
テンレス鋼板の焼鈍炉や高珪素鋼帯製造用の浸珪処理炉
等のように炉内温度が１０００℃以上の高温になる連続
処理炉に設置される搬送ロールは、鋼帯と接触するロー
ル本体（ロール胴部）をセラミックス材等の高温耐熱性
材料で構成する必要がある。また、このようなセラミッ
ク製のロール本体を強度的に保持し、回転駆動させるた
めのロールシャフトには、高温耐熱合金や水冷構造の金
属材料が使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐熱合
金製のロールシャフトは１０００℃以上の高温炉では熱
によって撓んだり変形したりするために実質的に使用す
ることができない。また、ロールシャフトを水冷構造に
すると撓みや変形の恐れはなくなるが、水冷によりロー
ル全体が冷却されるため鋼帯と接触する部分が鋼帯温度
よりも低くなり、その結果、鋼帯がロール上で局所的に
冷却され、座屈による絞りなどの板変形を生じてしま
う。特に、板厚が０．１ｍｍ以下の極薄鋼帯を処理する
ような炉では、鋼帯がロール上で僅かに冷却されただけ
でも絞りが発生し、鋼帯の製品歩留まりが著しく悪化す
る。このようなロール上の冷却による板変形は板幅が広
く板厚が薄くなるほど顕著になることから、これを防止
するためには鋼帯の幅を極力狭くする必要があるが、鋼
帯幅を狭くすると生産能率が低下し、また広幅の用途に
は対応できない。

【０００４】また、水冷構造の搬送ロールは高温下での
長期間の使用によってロールシャフトの溶接部等が劣化
し、水漏れが発生する危険がある。このような水漏れが
発生すると、炉内に入り込んだ水が耐火材に滲み込んで
耐火材が損傷を受け、また炉内露点が極度に上昇するた
め、鋼帯が極端な酸化を起こして破断する恐れがある。
さらに浸珪処理炉の場合には、水蒸気が排ガス系統に流
れ込んでＦｅＣｌ₂やＳｉＣｌ₄と反応し、その反応生成
物により排ガス系統の閉塞を生じさせるとともに、ＨＣ
ｌの発生により系内の腐食が進行するという問題もあ
る。

【０００５】また、搬送ロールのスリーブ状のロール本
体はＳｉ₃Ｎ₄等のセラミック材で構成されるが、このよ
うな搬送ロールを水冷構造とした場合、温度分布や急激
な温度変化によってセラミック製のロール本体に大きな
熱応力が作用し、ロール本体に割れを生じてしまう。特
に、ロールシャフトが水冷されている場合は、セラミッ
ク製のロール本体の半径方向に温度分布が生じ、これに
よってロール長手方向に応力が発生するため、Ｓｉ₃Ｎ₄
のような強度の低いセラミック材は簡単に破損してしま
う。また、搬送ロールを水冷構造にすると、当然炉内の
熱が冷却水に奪われることになるため炉の抜熱量が大き
くなり、操業コストの上昇を招いてしまう。以上の理由
から、搬送ロールを水冷構造とすることには実用上問題
がある。

【０００６】したがって本発明の目的は、金属帯を高温
雰囲気下で連続的に熱処理または浸珪処理するための連
続処理炉内に設置される搬送ロールにおいて、高温雰囲
気下における優れた耐久性を有するとともに、ロール上
での金属帯の冷却が防止され、極薄広幅の金属帯であっ
ても絞り等の板変形を生じさせることなく安定して搬送
することができる炉内搬送ロールを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】高温雰囲気下の炉内にお
いて金属帯が搬送ロールで搬送される場合、ロールの表
面温度が金属帯の温度よりも低いと金属帯の熱がロール
に奪われ、ロールと接触している部分の金属帯が局所的
に急冷される。このような急冷により金属帯には幅方向
に強い圧縮応力が発生し、この圧縮応力により金属帯が
座屈して絞りが発生する。このような急冷による座屈変
形の発生の度合いは、金属帯の材質が同じであれば金属
帯の長手方向の温度勾配と板厚および板幅に依存し、特
に極薄材ほど座屈を生じ易い。したがって、このような
座屈変形を防止するためには、ロール表面を常に金属帯
温度とほぼ同じ温度にしておく必要がある。

【０００８】本発明者らは、１０００℃以上の高温雰囲
気下で長期間の使用に耐え得るとともに、接触する金属
帯を冷却することなく安定して搬送することができるロ
ール構造について検討を行った。その結果、金属帯と接
触すべきロール本体（ロール胴部）を高温耐熱性のセラ
ミックス材により構成するとともに、このロール本体を
保持し駆動するためのロールシャフトを高温下で高強度
を維持できる炭素材、特に好ましくは炭素繊維複合炭素
材および／または等方性黒鉛で構成することにより、ロ
ールを水冷構造することなく高温での強度を保持でき、
且つロールと接触する金属帯の冷却を防止できることを
見い出した。

【０００９】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その特徴は以下の通りである。 (1) スリーブ状のロール本体と該ロール本体の内部に挿
通されるロールシャフトとを有し、金属帯を連続的に熱
処理または浸珪処理するための連続処理炉内に設けられ
る搬送ロールにおいて、前記ロール本体の少なくとも炉
内雰囲気に接する部分を高温耐熱性のセラミックス材で
構成するとともに、前記ロールシャフトを高強度炭素材
で構成したことを特徴とする炉内搬送ロール。

【００１０】(2) 上記(1)の炉内搬送ロールにおいて、
ロールシャフトを構成する高強度炭素材が炭素繊維複合
炭素材および／または等方性黒鉛であることを特徴とす
る炉内搬送ロール。 (3) 上記(1)または(2)の炉内搬送ロールにおいて、ロー
ル本体とロールシャフトとが、ロール本体両端に接続さ
れたロール軸端部体を介して連結されていることを特徴
とする炉内搬送ロール。

【００１１】(4) 上記(3)の炉内搬送ロールにおいて、
各ロール軸端部体は、その一端部がキーおよびキー溝を
介してロール本体の各端部に嵌挿されることによりロー
ル本体に連結されるとともに、軸受に回転自在に支持さ
れ、前記ロール軸端部体のうち、一方のロール軸端部体
は、そのロール本体寄りの端部にロールシャフト接続用
の嵌合孔を有し、他方のロール軸端部体は、軸芯方向に
貫通孔を有し、一端部がロール本体の端部に嵌挿された
本体と、該本体の貫通孔内に挿通し、該貫通孔から突出
した軸端部が前記軸受に支持された軸体と、該軸体と前
記本体との間に介在し、軸体に対して本体をロール本体
方向に付勢するスプリングとからなり、ロール本体内に
挿通されたロールシャフトは、その一端が前記一方のロ
ール軸端部体の前記嵌合孔にキーおよびキー溝を介して
嵌挿されるとともに、他端が前記他方のロール軸端部体
を構成する軸体の端部に接続されたことを特徴とする炉
内搬送ロール。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による炉内搬送ロ
ールの実施形態の一例を示している。搬送ロールは、金
属帯（以下、「鋼帯」を例に説明する）と直に接触して
鋼帯を搬送するためのスリーブ状のロール本体１（ロー
ル胴部）と、このロール本体１を保持して回転駆動させ
るためロール本体内に挿通されるロールシャフト２と、
このロールシャフト２と前記ロール本体１とを連結する
ロール軸端部体３ａ，３ｂとから構成されている。前記
スリーブ状のロール本体１は、溶融シリカ、アルミナ、
窒化珪素等の高温耐熱性のセラミック材で構成される。
なお、このロール本体１は少なくとも炉内雰囲気と接触
する部分が高温耐熱性のセラミック材で構成されればよ
く、したがって、炉外に位置する部分については耐熱合
金等の他の素材で構成してもよい。

【００１３】一方、ロール本体１を保持してこれを回転
駆動させるための前記ロールシャフト２は高温において
十分な強度を持つことが必要であり、このためロールシ
ャフト２は高強度炭素材により構成される。この高強度
炭素材としては、特に炭素繊維複合炭素材（炭素繊維を
埋設することにより強化された炭素材であり、一般にＣ
／Ｃコンポジットと称される）と等方性黒鉛が好適であ
り、これらを単独でまたは組み合わせて用いることが好
ましい。この炭素繊維複合炭素材の一般炭素材と比較し
た曲げ強度を図２に、また、等方性黒鉛のアルミナおよ
び耐熱合金と比較した引張強度比を図３に、同じく一般
炭素材（異方性黒鉛）と比較した特性等を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】図２、図３および表１に示されるように炭
素繊維複合炭素材と等方性黒鉛は高い強度を有するとと
もに、他の材料に較べて高温においても強度があまり変
化せず、１０００℃以上の高温下でもロール本体１とロ
ールシャフト２自身の重量に十分に耐え得る強度を有し
ている。また、これらの中でも炭素繊維複合炭素材は高
温での強度が特に高く、強く割れにくいという特徴があ
る。また、等方性黒鉛は優れた高温強度だけでなく、反
応性にも優れているという特徴がある。前記ロールシャ
フト２は、スリーブ状の前記ロール本体１内の軸芯部に
ロール本体内面と適当な間隔を有するようにして挿通さ
れる。なお、ロールシャフト２は中空材、中実材のいず
れでもよい。

【００１６】このような高強度炭素材からなるロールシ
ャフト２とロール本体１との連結は、キーおよびキー溝
による連結構造や本実施形態のようなロール軸端部体３
ａ，３ｂを介して行うことができ、これによりロール本
体１とロールシャフト２とを一体に連結させた構造とす
る。本実施態様では、前記ロール本体１内に挿通された
ロールシャフト２の両端が、ロール本体１の両端に連結
されたロール軸端部体３ａ，３ｂに保持された構造とな
っている。

【００１７】すなわち、前記各ロール軸端部体３ａ，３
ｂはロール本体側の端部に突設された小径環状部３０を
有し、この小径環状部３０をスリーブ状のロール本体１
の各端部に嵌挿するとともに、小径環状部３０の外側の
端面部３１をロール本体１の端面に当接させるようにし
てロール本体１に組み付けられている。この小径環状部
３０とロール本体１の端部にはキー及びキー溝が形成さ
れ、これらキー及びキー溝により各ロール軸端部体３
ａ，３ｂとロール本体１の各端部とが互いに周方向で回
転しないよう連結されている。

【００１８】ロール本体１の一端側に組み付けられたロ
ール軸端部体３ａは、ロール本体寄りの一端側に軸芯方
向に沿った嵌合孔４を有し、前記ロールシャフト２の一
端がこの嵌合孔４に嵌挿されている。この嵌合孔４の内
部とロールシャフト２の一端側にもキー及びキー溝が形
成され、これらキー及びキー溝によりロール軸端部体３
ａとロールシャフト２とが互いに周方向で回転しないよ
う連結されている。一方、ロール本体１の他端側に組み
付けられたロール軸端部体３ｂは、その本体３３の軸芯
方向に貫通孔５を有するとともに、該貫通孔５内に軸体
６が挿通されている。この軸体６の一端は前記ロールシ
ャフト２にピン１０により連結されるとともに、他端側
が貫通孔５の外方に突出している。この貫通孔５の外方
に突出した軸体６の部分にはフランジ部７（フランジリ
ング）が形成され、このフランジ部７と本体３３の外周
に形成された環状段部８との間にスプリング９が外装さ
れている。

【００１９】以上のような構造の搬送ロールは、前記ロ
ール軸端部体３ａの他端側に形成された軸端部３２とロ
ール軸端部体３ｂを構成する軸体６の他端側を介して軸
受１１ａ，１１ｂにより回転自在に支持されている。こ
の状態で、前記スプリング９はロール軸端部体３ｂの本
体３３をロール本体１方向に付勢し、その押圧力により
ロール本体１とその両端のロール軸端部体３ａ，３ｂと
を一体化させている。また、前記ロール軸端部体３ａの
軸端部３２には、駆動力伝達用のスプロケットホイール
１２が取付固定されている。

【００２０】前記ロール軸端部体３ａ，３ｂは、耐熱合
金やロールシャフト２と同様の高強度炭素材等で構成す
ることができる。その他図面において、１３は軸受支持
用のフレーム、Ａは炉壁、Ｂは炉内空間であり、本実施
形態の搬送ロールは、セラミック製のロール本体１の端
部が炉壁Ａの外面と略一致するような状態で炉に対して
取付けれている。なお、本実施態様ではロールシャフト
２がスリーブ状のロール本体１の内部に遊挿された構造
となっているが、ロールシャフト２をロール本体１の内
部に嵌挿するような構造としてもよい。

【００２１】

【実施例】

［実施例１］図４に示す鋼帯の連続浸珪処理ライン（図
中、ａは加熱炉、ｂは浸珪炉、ｃは拡散均熱炉、ｄは冷
却炉）の浸珪炉ｂにおいて、図１に示す構造の本発明例
の搬送ロール（ロール本体：アルミナ製、ロールシャフ
ト：炭素繊維複合炭素材製）を炉内搬送ロールの一部と
して組み込んだ。なお、比較のため本発明例の搬送ロー
ルの前後に配置される搬送ロールは従来方式の水冷ロー
ル（ロールシャフトを水冷構造とした搬送ロール）とし
た。この浸珪炉ｂで搬送中の鋼帯の温度の推移を鋼帯に
貼り付けた熱電対により測定した。被処理鋼帯としては
板厚０．１ｍｍ、板幅６４０ｍｍのものを使用し、炉温
は１１００〜１２００℃、鋼帯の搬送速度は８ｍｐｍと
した。

【００２２】図５は、本発明例の搬送ロールの配置部を
含む一定範囲の炉内領域における鋼帯温度の推移を示し
たもので、矢印が各搬送ロールの配置箇所を示し、この
うちロールＮｏ．２７が本発明例の搬送ロール、ロール
Ｎｏ．２５，ロールＮｏ．２６，ロールＮｏ．２８，ロ
ールＮｏ．２９が比較例の搬送ロール（水冷ロール）で
ある。同図によれば、比較例の各搬送ロールの位置で
は、搬送ロールとの接触によって鋼帯に急激な温度降下
を生じているのに対し、本発明例の搬送ロール位置では
そのような温度降下は全く生じていない。

【００２３】［実施例２］図４に示す鋼帯の連続浸珪処
理ラインの加熱炉ａ、浸珪炉ｂおよび拡散均熱炉ｃにお
いて、全搬送ロールを図１に示すような構造の本発明例
の搬送ロール（ロール本体：アルミナ製、ロールシャフ
ト：炭素繊維複合炭素材製）とした場合と全搬送ロール
を従来方式の水冷ロール（ロールシャフトを水冷構造と
した搬送ロール）とした場合について、それぞれ鋼帯の
処理を行い、浸珪処理−拡散均熱処理−冷却後の鋼帯の
変形度を比較した。鋼帯としては板厚０．０５ｍｍ、板
幅６４０ｍｍの極薄材を使用し、炉内温度１２００℃
（最高温度）で通板を行い、処理された鋼帯の変形度を
絞りの最大高さで評価した。その結果、比較例の搬送ロ
ールを用いた場合には鋼帯の中央部に絞りが発生し、絞
りの最大高さが１１ｍｍにも達したのに対し、本発明例
の搬送ロールを用いた場合には絞りは殆ど発生せず、絞
りの最大高さは０ｍｍであった。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明の炉内搬送ロー
ルによれば、高温雰囲気下において長期に亘る優れた耐
久性を有するとともに、ロール上での金属帯の冷却が防
止され、極薄広幅の金属帯であっても絞り等の板変形を
生じさせることなく適切に炉内搬送することができる。
また、搬送ロールが水冷構造でないため、水冷構造とし
た場合に生じる種々の問題を回避でき、金属帯の炉内搬
送と炉の操業をトラブルを生じることなく安定して行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の搬送ロールの実施形態の一例を示す縦
断面図

【図２】炭素繊維複合炭素材の一般炭素材と比較した曲
げ強度を示すグラフ

【図３】等方性黒鉛のアルミナおよび耐熱合金と比較し
た引張り強度比を示すグラフ

【図４】実施例において、本発明例および比較例の搬送
ロールを適用した鋼帯の連続浸珪処理ラインを示す概略
説明図

【図５】実施例において、本発明例の搬送ロールの配置
部を含む一定範囲の炉内領域での鋼帯温度の推移を示す
グラフ

【符号の説明】

１…ロール本体１、２…ロールシャフト、３ａ，３ｂ…
ロール軸端部体、４…嵌合孔、５…貫通孔、６…軸体、
７…フランジ部、８…環状段部、９…スプリング、１０
…ピン、１１ａ，１１ｂ…軸受、１２…スプロケットホ
イール、１３…フレーム、３０…小径環状部、３１…端
面部、３２…軸端部、３３…本体、Ａ…炉壁、Ｂ…炉内
空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笠井勝司東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリーブ状のロール本体と該ロール本体
の内部に挿通されるロールシャフトとを有し、金属帯を
連続的に熱処理または浸珪処理するための連続処理炉内
に設けられる搬送ロールにおいて、前記ロール本体の少
なくとも炉内雰囲気に接する部分を高温耐熱性のセラミ
ックス材で構成するとともに、前記ロールシャフトを高
強度炭素材で構成したことを特徴とする炉内搬送ロー
ル。
【請求項２】ロールシャフトを構成する高強度炭素材
が、炭素繊維複合炭素材および／または等方性黒鉛であ
ることを特徴とする請求項１に記載の炉内搬送ロール。
【請求項３】ロール本体とロールシャフトとが、ロー
ル本体両端に接続されたロール軸端部体を介して連結さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載の炉
内搬送ロール。
【請求項４】各ロール軸端部体は、その一端部がキー
およびキー溝を介してロール本体の各端部に嵌挿される
ことによりロール本体に連結されるとともに、軸受に回
転自在に支持され、前記ロール軸端部体のうち、一方のロール軸端部体は、
そのロール本体寄りの端部にロールシャフト接続用の嵌
合孔を有し、他方のロール軸端部体は、軸芯方向に貫通
孔を有し、一端部がロール本体の端部に嵌挿された本体
と、該本体の貫通孔内に挿通し、該貫通孔から突出した
軸端部が前記軸受に支持された軸体と、該軸体と前記本
体との間に介在し、軸体に対して本体をロール本体方向
に付勢するスプリングとからなり、ロール本体内に挿通されたロールシャフトは、その一端
が前記一方のロール軸端部体の前記嵌合孔にキーおよび
キー溝を介して嵌挿されるとともに、他端が前記他方の
ロール軸端部体を構成する軸体の端部に接続されたこと
を特徴とする請求項３に記載の炉内搬送ロール。