JP3518345B2 - 炉内搬送ロールの寿命判定方法 - Google Patents
炉内搬送ロールの寿命判定方法Info
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- JP3518345B2 JP3518345B2 JP18319298A JP18319298A JP3518345B2 JP 3518345 B2 JP3518345 B2 JP 3518345B2 JP 18319298 A JP18319298 A JP 18319298A JP 18319298 A JP18319298 A JP 18319298A JP 3518345 B2 JP3518345 B2 JP 3518345B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、製鉄業等で鋼板
等を炉内で搬送する際に用いられる炉内搬送ロールを、
非破壊的に調査して寿命を判定する炉内搬送ロールの寿
命判定方法に関する。
等を炉内で搬送する際に用いられる炉内搬送ロールを、
非破壊的に調査して寿命を判定する炉内搬送ロールの寿
命判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋼板の製造においては、鋼板を炉内で連
続的に搬送しながら、熱処理等の処理を行うことがあ
る。その場合、図３に示すように加熱炉１等の炉内には
鋼板２の搬送のために、炉内搬送ロール３が設けられて
いる。炉内搬送ロールは、図４に示すような形状をして
おり、円筒状で中空の胴部３１と、両端の軸受部３２か
らなる。
続的に搬送しながら、熱処理等の処理を行うことがあ
る。その場合、図３に示すように加熱炉１等の炉内には
鋼板２の搬送のために、炉内搬送ロール３が設けられて
いる。炉内搬送ロールは、図４に示すような形状をして
おり、円筒状で中空の胴部３１と、両端の軸受部３２か
らなる。
【０００３】炉内搬送ロールは、一般に高温の状態で使
用されるため、変形を生じあるいは疲労し劣化する。こ
のような劣化が進行すると、炉内搬送ロールは使用不能
となるので、その使用可能な期限、即ち寿命を予測する
必要がある。炉内搬送ロールの寿命を予測する方法（寿
命判定方法）としては、ロール径を測定する方法があ
る。この方法は、炉内搬送ロールの表面において、特に
疲労、劣化の激しい部分では大きな肉厚の変化を生じる
ことから、ロール径の変化を測定するにより、寿命判定
するものである。
用されるため、変形を生じあるいは疲労し劣化する。こ
のような劣化が進行すると、炉内搬送ロールは使用不能
となるので、その使用可能な期限、即ち寿命を予測する
必要がある。炉内搬送ロールの寿命を予測する方法（寿
命判定方法）としては、ロール径を測定する方法があ
る。この方法は、炉内搬送ロールの表面において、特に
疲労、劣化の激しい部分では大きな肉厚の変化を生じる
ことから、ロール径の変化を測定するにより、寿命判定
するものである。
【０００４】また、特開平８−１６６３３２号公報に、
硬度測定による寿命判定方法が提案されている。この技
術は、超音波硬度計を用いてロール表面の硬度を測定
し、初期の硬度に対して１／２以下となった場合、その
ロールが寿命であると判定する方法である。
硬度測定による寿命判定方法が提案されている。この技
術は、超音波硬度計を用いてロール表面の硬度を測定
し、初期の硬度に対して１／２以下となった場合、その
ロールが寿命であると判定する方法である。
【０００５】その他、透磁率測定により、疲労、材質の
劣化の程度を評価し、ロールの寿命を判定する方法もあ
る。これは、材質面の変化が透磁率の変化として現れる
ことを利用したものである。
劣化の程度を評価し、ロールの寿命を判定する方法もあ
る。これは、材質面の変化が透磁率の変化として現れる
ことを利用したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
技術には以下の問題点がある。
技術には以下の問題点がある。
【０００７】まず、ロール径測定による寿命判定方法
は、ロールの疲労、劣化が必ずしもロール径の変化に対
応しておらず、寿命判定の精度が低い。また、ロール径
の変化が他より小さかった部分から、ロールの折損が起
こることもあり、この方法は信頼性が高いとは言えな
い。一般に、ロール径の変化がそれほど顕著でないロー
ルでも折損する場合が多い。
は、ロールの疲労、劣化が必ずしもロール径の変化に対
応しておらず、寿命判定の精度が低い。また、ロール径
の変化が他より小さかった部分から、ロールの折損が起
こることもあり、この方法は信頼性が高いとは言えな
い。一般に、ロール径の変化がそれほど顕著でないロー
ルでも折損する場合が多い。
【０００８】硬度測定による寿命判定方法は、ロール表
面を全面にわたって計測する必要があり、計測に時間が
かかる。また、特開平８−１６６３３２号公報記載の技
術のように、超音波硬度計を用いて計測を効率化して
も、ロール表面の全面を走査するためには、センサの走
査装置等、設備面でのコストがかかる。さらにはその自
動化にも、コストを必要とする。
面を全面にわたって計測する必要があり、計測に時間が
かかる。また、特開平８−１６６３３２号公報記載の技
術のように、超音波硬度計を用いて計測を効率化して
も、ロール表面の全面を走査するためには、センサの走
査装置等、設備面でのコストがかかる。さらにはその自
動化にも、コストを必要とする。
【０００９】透磁率測定による寿命判定方法は、やは
り、ロール表面を全面にわたって計測する必要があり、
計測に時間がかかる。また、このような材質面での変化
を検出する目的で使用する透磁率のセンサは、耐熱温度
が４０℃と低いため、炉内で計測するためには、炉内温
度が高いと使用できない。炉温を４０℃以下となるよう
低下させるには、長時間のライン停止が必要であり炉の
生産効率が低下する。
り、ロール表面を全面にわたって計測する必要があり、
計測に時間がかかる。また、このような材質面での変化
を検出する目的で使用する透磁率のセンサは、耐熱温度
が４０℃と低いため、炉内で計測するためには、炉内温
度が高いと使用できない。炉温を４０℃以下となるよう
低下させるには、長時間のライン停止が必要であり炉の
生産効率が低下する。
【００１０】この発明は、上記のような従来の寿命判定
方法における問題点を解決し、ロール表面の全面につい
て計測する必要がなく、簡便な設備でラインを停止が短
時間で済む炉内搬送ロールの寿命判定方法を提供するこ
とを目的とする。
方法における問題点を解決し、ロール表面の全面につい
て計測する必要がなく、簡便な設備でラインを停止が短
時間で済む炉内搬送ロールの寿命判定方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、円筒状で
中空の胴部と両端の軸受部からなる炉内搬送ロールを非
破壊的に調査して寿命を判定する炉内搬送ロールの寿命
判定方法において、炉内搬送ロールに所定の加振力を加
え、この炉内搬送ロールの振動をロール胴部に取り付け
た振動センサで計測し、計測された振動から周波数応答
関数を測定し、この周波数応答関数を基準となる周波数
応答関数と比較し、ロールの肉厚あるいは材質の変化に
伴う固有振動の変化を、 6 次以上の特定の１つの固有振
動についてその振動数の基準値との差に基づき検出し
て、炉内搬送ロールの寿命を判定することを特徴とする
炉内搬送ロールの寿命判定方法である。
中空の胴部と両端の軸受部からなる炉内搬送ロールを非
破壊的に調査して寿命を判定する炉内搬送ロールの寿命
判定方法において、炉内搬送ロールに所定の加振力を加
え、この炉内搬送ロールの振動をロール胴部に取り付け
た振動センサで計測し、計測された振動から周波数応答
関数を測定し、この周波数応答関数を基準となる周波数
応答関数と比較し、ロールの肉厚あるいは材質の変化に
伴う固有振動の変化を、 6 次以上の特定の１つの固有振
動についてその振動数の基準値との差に基づき検出し
て、炉内搬送ロールの寿命を判定することを特徴とする
炉内搬送ロールの寿命判定方法である。
【００１２】この発明は、炉内搬送ロールの寿命判定方
法について、種々の方法を検討する中でなされた。その
中で、炉内搬送ロールの劣化に伴い、その周波数応答関
数が変化することを見出した。この発明は、炉内搬送ロ
ールの寿命を判定するために、この周波数応答関数が変
化する現象を用いている。ここで、周波数応答関数は、
加振力と振動から得られる伝達関数を、振動数（周波
数、角振動数）の関数として表現したものである。
法について、種々の方法を検討する中でなされた。その
中で、炉内搬送ロールの劣化に伴い、その周波数応答関
数が変化することを見出した。この発明は、炉内搬送ロ
ールの寿命を判定するために、この周波数応答関数が変
化する現象を用いている。ここで、周波数応答関数は、
加振力と振動から得られる伝達関数を、振動数（周波
数、角振動数）の関数として表現したものである。
【００１３】加振力としては、一般の加振実験に用いら
れるインパルス、スイープサイン、バーストチャープ、
ランダム等、種々の形態を用いることができる。加振力
を加える箇所は最低１箇所、振動を検出する箇所も最低
１箇所でよい。従って、従来技術のようにロールの全面
について計測する必要はなく、計測時間を大幅に削減で
きる。
れるインパルス、スイープサイン、バーストチャープ、
ランダム等、種々の形態を用いることができる。加振力
を加える箇所は最低１箇所、振動を検出する箇所も最低
１箇所でよい。従って、従来技術のようにロールの全面
について計測する必要はなく、計測時間を大幅に削減で
きる。
【００１４】基準となる周波数応答関数としては、搬送
ロールの使用前に予め測定しておいたもの、あるいは同
一仕様の新品ロールについて測定したものを用いること
ができる。また、比較の際は、測定値と基準値につい
て、固有振動数の大きさあるいは周波数等、何らかの特
性値についてそれらの差を求めると比較しやすい。
ロールの使用前に予め測定しておいたもの、あるいは同
一仕様の新品ロールについて測定したものを用いること
ができる。また、比較の際は、測定値と基準値につい
て、固有振動数の大きさあるいは周波数等、何らかの特
性値についてそれらの差を求めると比較しやすい。
【００１５】この発明による寿命判定の精度について
は、後述のように、従来の透磁率計による判定方法と同
等の寿命判定精度が得られ、少なくともロール径測定に
よる判定より信頼がおける。また、この発明で用いる振
動センサの耐熱温度は、透磁率センサの耐熱温度（４０
℃）に比べ、はるかに高温となっている。従って、計測
の際に炉温をあまり下げる必要がなく、炉温低下による
稼働率の低下を防止できる。
は、後述のように、従来の透磁率計による判定方法と同
等の寿命判定精度が得られ、少なくともロール径測定に
よる判定より信頼がおける。また、この発明で用いる振
動センサの耐熱温度は、透磁率センサの耐熱温度（４０
℃）に比べ、はるかに高温となっている。従って、計測
の際に炉温をあまり下げる必要がなく、炉温低下による
稼働率の低下を防止できる。
【００１６】第２の発明は、加振力を打撃加振法により
加えることを特徴とする第１の発明の炉内搬送ロールの
寿命判定方法である。
加えることを特徴とする第１の発明の炉内搬送ロールの
寿命判定方法である。
【００１７】この発明では、加振力として試験対象に打
撃を加える打撃加振法により、インパルス応答を測定す
る。打撃法では、加振力をハンマ等で加えればよいの
で、特別な加振装置を必要とせず、搬送ロールには振動
センサのみ取付ければよい。従って、振動の計測が簡便
となり、特に搬送ロールを炉内に設置したままでも、容
易に周波数応答関数を測定することができる。
撃を加える打撃加振法により、インパルス応答を測定す
る。打撃法では、加振力をハンマ等で加えればよいの
で、特別な加振装置を必要とせず、搬送ロールには振動
センサのみ取付ければよい。従って、振動の計測が簡便
となり、特に搬送ロールを炉内に設置したままでも、容
易に周波数応答関数を測定することができる。
【００１８】これらの発明は、周波数応答関数の比較の
際、6 次以上の特定の１つの固有振動についてその振動
数の基準値との差に基づき炉内搬送ロールの寿命を判定
することを特徴としている。
際、6 次以上の特定の１つの固有振動についてその振動
数の基準値との差に基づき炉内搬送ロールの寿命を判定
することを特徴としている。
【００１９】これらの発明では、特定の固有振動とし
て、使用前後の変化が大きく現れる次数の固有振動を、
別途調査して見つけておく。ここで、適切な固有振動
は、ロールの寸法形状や材質により異なると考えられ
る。後述のように、ごく一般的な炉内搬送ロールについ
ては、この方法が有効であることがわかる。周波数応答
関数は、周波数の低い領域ではほとんど変化がなく、周
波数が高くなると特に 6 次以上の固有振動で変化が顕著
となる。その中で、最も感度の良い特定の固有振動に対
応するピークの位置のシフトを、本発明では用いる。
て、使用前後の変化が大きく現れる次数の固有振動を、
別途調査して見つけておく。ここで、適切な固有振動
は、ロールの寸法形状や材質により異なると考えられ
る。後述のように、ごく一般的な炉内搬送ロールについ
ては、この方法が有効であることがわかる。周波数応答
関数は、周波数の低い領域ではほとんど変化がなく、周
波数が高くなると特に 6 次以上の固有振動で変化が顕著
となる。その中で、最も感度の良い特定の固有振動に対
応するピークの位置のシフトを、本発明では用いる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による寿命判定方
法の一例を示す概略図である。ここでは、炉内搬送ロー
ル３を取り出して、両端（軸受部）３２をブロック４で
支持して試験を行った。試験はまず、ロール中央部（胴
部）３１を半径方向に加振器（ハンマ）６で加振し、そ
の直近に取付けた振動センサ５（加速度型ピックアップ
センサ）により振動を計測する。この計測された振動波
形を用いて、周波数応答関数を測定する。
法の一例を示す概略図である。ここでは、炉内搬送ロー
ル３を取り出して、両端（軸受部）３２をブロック４で
支持して試験を行った。試験はまず、ロール中央部（胴
部）３１を半径方向に加振器（ハンマ）６で加振し、そ
の直近に取付けた振動センサ５（加速度型ピックアップ
センサ）により振動を計測する。この計測された振動波
形を用いて、周波数応答関数を測定する。
【００２１】この方法により、炉の定期点検の際、炉内
搬送ロールの中で使用期間が寿命に近づいているロール
を、炉外に取り出して測定を行った。比較方法として、
ロール径測定および透磁率測定による寿命判定も行っ
た。また、判定基準となるロールとして、同じ種類で新
品のロールについても、これらの方法で測定を行った。
搬送ロールの中で使用期間が寿命に近づいているロール
を、炉外に取り出して測定を行った。比較方法として、
ロール径測定および透磁率測定による寿命判定も行っ
た。また、判定基準となるロールとして、同じ種類で新
品のロールについても、これらの方法で測定を行った。
【００２２】図２に、周波数応答関数の一例を示す。図
中、実線は試験ロール、破線は同じ材質・寸法の新品の
ロールを示す。周波数応答関数は、周波数の低い領域で
は値が小さくまた、試験ロールと新品ロールの差もほと
んどない。周波数が高くなると、周波数応答関数は値が
大きくなるとともに、新旧２本のロールの差が顕著とな
り、ピークの位置がシフトしていることがわかる。
中、実線は試験ロール、破線は同じ材質・寸法の新品の
ロールを示す。周波数応答関数は、周波数の低い領域で
は値が小さくまた、試験ロールと新品ロールの差もほと
んどない。周波数が高くなると、周波数応答関数は値が
大きくなるとともに、新旧２本のロールの差が顕著とな
り、ピークの位置がシフトしていることがわかる。
【００２３】周波数応答関数は、この図の場合は特に８
００Ｈｚ前後のピーク（６次固有振動に対応）で、新旧
ロールによるピークの周波数の差が大きく（５０Ｈｚ以
上）なっている。その他、周波数応答関数の特徴を表す
パラメータについて調査し、最も感度の良いパラメータ
を選ぶと、６次固有振動に対応するピークの位置のシフ
トが最適であった。
００Ｈｚ前後のピーク（６次固有振動に対応）で、新旧
ロールによるピークの周波数の差が大きく（５０Ｈｚ以
上）なっている。その他、周波数応答関数の特徴を表す
パラメータについて調査し、最も感度の良いパラメータ
を選ぶと、６次固有振動に対応するピークの位置のシフ
トが最適であった。
【００２４】そこで、６次固有振動のピークシフトを測
定してまとめると、表１のようになる。この表で、ロー
ルＮｏ．１，２，５は、透磁率測定による判定で正常、
ロールＮｏ．３，４は同様に危険（寿命に到達）と認め
られたロールである。ピークシフトの大きさは、前者で
は２５〜３７Ｈｚ、後者では６５〜７９Ｈｚであった。
これよりこのロールについては、ピークシフトが５０Ｈ
ｚで寿命に到達と判定すればよいことがわかる。
定してまとめると、表１のようになる。この表で、ロー
ルＮｏ．１，２，５は、透磁率測定による判定で正常、
ロールＮｏ．３，４は同様に危険（寿命に到達）と認め
られたロールである。ピークシフトの大きさは、前者で
は２５〜３７Ｈｚ、後者では６５〜７９Ｈｚであった。
これよりこのロールについては、ピークシフトが５０Ｈ
ｚで寿命に到達と判定すればよいことがわかる。
【００２５】また、ロールＮｏ．３については、ロール
径測定による判定では正常となっているが、透磁率測定
および本発明による判定では危険となっている。過去の
実績からは、ロール径測定による判定より、透磁率測定
の方が信頼のおける方法である。従って、この発明の方
法は透磁率測定と同等の精度で、炉内搬送ロールの寿命
判定が可能であることがわかる。
径測定による判定では正常となっているが、透磁率測定
および本発明による判定では危険となっている。過去の
実績からは、ロール径測定による判定より、透磁率測定
の方が信頼のおける方法である。従って、この発明の方
法は透磁率測定と同等の精度で、炉内搬送ロールの寿命
判定が可能であることがわかる。
【００２６】
【表１】
【００２７】この例では、周波数応答関数のパラメータ
として、６次固有振動のピークシフトを用いたが、他の
次数の固有振動のピークシフトを用いてもよい。また、
寿命判定用のパラメータとしては、ピークシフトのみに
限定されるものではなく、周波数応答関数により求まる
すべてのパラメータを使用することができる。
として、６次固有振動のピークシフトを用いたが、他の
次数の固有振動のピークシフトを用いてもよい。また、
寿命判定用のパラメータとしては、ピークシフトのみに
限定されるものではなく、周波数応答関数により求まる
すべてのパラメータを使用することができる。
【００２８】加振点あるいは応答点についても、ロール
の中央部のみに限定されるものではなく、例えば、加振
点を中央部、応答点をロール端部とする中央部加振−端
部応答の周波数応答関数を用いることも可能である。さ
らに、周波数応答関数は１種類に限定されるものではな
く、例えば、１点加振−多点応答、多点加振−１点応
答、あるいは多点加振−多点応答により得られた複数の
周波数応答関数から、寿命判定用のパラメータを求める
ことも可能である。
の中央部のみに限定されるものではなく、例えば、加振
点を中央部、応答点をロール端部とする中央部加振−端
部応答の周波数応答関数を用いることも可能である。さ
らに、周波数応答関数は１種類に限定されるものではな
く、例えば、１点加振−多点応答、多点加振−１点応
答、あるいは多点加振−多点応答により得られた複数の
周波数応答関数から、寿命判定用のパラメータを求める
ことも可能である。
【００２９】このように、発明の方法によると、従来の
ロール径測定による判定方法に比べ、寿命判定の精度が
高い。従来の超音波硬度計および透磁率計による判定方
法に比べ、計測点が少なく最低１点でよいため計測時間
が短くなる。従って、自動化が容易となり、低コスト化
が図れるとともに、従来の透磁率計による判定方法と同
等の寿命判定精度が得られる。
ロール径測定による判定方法に比べ、寿命判定の精度が
高い。従来の超音波硬度計および透磁率計による判定方
法に比べ、計測点が少なく最低１点でよいため計測時間
が短くなる。従って、自動化が容易となり、低コスト化
が図れるとともに、従来の透磁率計による判定方法と同
等の寿命判定精度が得られる。
【００３０】また、この発明で用いる振動センサの耐熱
温度は３００℃以上であり、透磁率センサの耐熱温度４
０℃に比べはるかに高温となっている。従って、計測の
際に炉温をあまり下げる必要がなく、炉温低下による稼
働率の低下を防止できる。
温度は３００℃以上であり、透磁率センサの耐熱温度４
０℃に比べはるかに高温となっている。従って、計測の
際に炉温をあまり下げる必要がなく、炉温低下による稼
働率の低下を防止できる。
【００３１】
【発明の効果】この発明によれば、炉内搬送ロールの周
波数応答関数を測定して基準となる周波数応答関数と比
較することにより寿命を判定するので、ロール表面の全
面について計測する必要がなく、最低１箇所で振動を計
測すればよい。また、計測装置は、ハンマ等の加振器と
通常の振動検出器でよく、簡便な設備で炉内搬送ロール
の寿命の判定が可能となり、また、比較的高温でも測定
可能なので、ライン停止が短時間で済むという効果があ
る。
波数応答関数を測定して基準となる周波数応答関数と比
較することにより寿命を判定するので、ロール表面の全
面について計測する必要がなく、最低１箇所で振動を計
測すればよい。また、計測装置は、ハンマ等の加振器と
通常の振動検出器でよく、簡便な設備で炉内搬送ロール
の寿命の判定が可能となり、また、比較的高温でも測定
可能なので、ライン停止が短時間で済むという効果があ
る。
【図１】発明の寿命判定方法の一例を示す概略図であ
る。
る。
【図２】周波数応答関数の一例を示す図である。
【図３】加熱炉の概略図である。
（ａ）長手方向断面図 （ｂ）幅方向断面図
【図４】炉内搬送ロールの斜視図である。
１ 加熱炉
２ 鋼板
３ 炉内搬送ロール
３１ 胴部
３２ 軸受部
４ ブロック
５ 振動センサ
６ 加振器（ハンマ）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 平川 猛
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
(56)参考文献 特開 平４−2943（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−300667（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−54435（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−304236（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−38748（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−110289（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−98526（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01M 7/02
G01M 13/00
G01N 29/12
Claims (2)
- 【請求項１】 円筒状で中空の胴部と両端の軸受部から
なる炉内搬送ロールを非破壊的に調査して寿命を判定す
る炉内搬送ロールの寿命判定方法において、炉内搬送ロ
ールに所定の加振力を加え、この炉内搬送ロールの振動
をロール胴部に取り付けた振動センサで計測し、計測さ
れた振動から周波数応答関数を測定し、この周波数応答
関数を基準となる周波数応答関数と比較し、ロールの肉
厚あるいは材質の変化に伴う固有振動の変化を、 6 次以
上の特定の１つの固有振動についてその振動数の基準値
との差に基づき検出して、炉内搬送ロールの寿命を判定
することを特徴とする炉内搬送ロールの寿命判定方法。 - 【請求項２】 加振力を打撃加振法により加えることを
特徴とする請求項１記載の炉内搬送ロールの寿命判定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18319298A JP3518345B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 炉内搬送ロールの寿命判定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18319298A JP3518345B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 炉内搬送ロールの寿命判定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000019054A JP2000019054A (ja) | 2000-01-21 |
| JP3518345B2 true JP3518345B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=16131394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18319298A Expired - Fee Related JP3518345B2 (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 炉内搬送ロールの寿命判定方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| KR100889290B1 (ko) * | 2002-08-30 | 2009-03-17 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 연속주조기의 롤 수명 예측방법 |
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