JPH0428766B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、加熱炉や熱処理炉等における被加熱
材料、例えば鋼板の装入、移動、搬出用等に用い
られる耐熱ロールに関するものである。

（従来技術） 加熱炉や熱処理炉例えば、溶融亜鉛メツキに先
立つて行われる還元処理用の還元炉、電磁鋼板の
連続焼鈍炉あるいはステンレス鋼板の焼鈍酸洗炉
等に配置された被加熱材料の装入用、炉内移動用
あるいは搬出用（以下、単に“移送”あるいは
“移送用”という）のロールは一般に500〜1300℃
の加熱雰囲気にさらされるため耐熱性を有するロ
ールが用いられている。以下、これを耐熱ロール
と称する。

耐熱ロールは、従来、Ni−Cr系あるいはCo−
Cr系等の耐熱合金で作られたものやあるいはサ
ポートロールの外周面にアルミナ、ジルコニア等
のセラミツク材料を溶射したものが使用されてき
た。耐熱鋼ロールの場合、使用時にロール表面に
被加熱材料からの付着物が融着堆積し（これをビ
ルドアツプという）、これが被加熱材料の表面に
押込み疵を発生させるという問題があつた。セラ
ミツク材料を溶射したものはそのような問題がな
いが、溶射層の剥離などがみられ耐用寿命が２〜
３ケ月と短いばかりでなく、一旦溶射層の剥離が
みられると露出した地に異物が付着し、そこより
押込み疵が発生してしまうなどの問題がみられ
る。

近年に至り、上述のような問題の解決をはかる
ものとしてセラミツク材料を成形、焼結して製造
したセラミツク製スリーブ（以下単にセラミツク
スリーブという）をキーやピン等でサポートロー
ルに装着、固定させて、前記サポートロールとス
リーブとを一体的に構成して、軌動回転（つま
り、ロール外周速度と被加熱材料の搬送速度が同
期した回転）させるようにした耐熱ロールが提案
されてきた。そしてかかるセラミツク材料として
は多くのものが提案されており、例えばアルミ
ナ、炭化硅素、シリカ等がある。

しかしながら、かかるセラミツクスリーブは最
初に提案されてからすでに10年以上も経つている
にもかかわらず、セラミツク材の機械的強度不
足、金属製ロール本体との熱膨張率差によるひび
割れおよび剥離がみられること、熱衝撃に弱いこ
と等の欠点があり、未だ本格的に実用化されるに
至つていない。すなわち、セラミツクスリーブを
サポートロールに一体的に外嵌装した上述のよう
な耐熱ロールでは、サポートロールとスリーブと
の熱膨張差により、軸撓みが生じ、しかも前記ス
リーブがセラミツク等の割損し易い材料で構成さ
れているため、該スリーブが損傷を受けてしま
い、使用不能となる。またサポートロールにセラ
ミツクスリーブを外嵌装してそれらをキー、ピン
等で固定させた場合は、回転時の衝撃により、キ
ー孔およびピン孔の近傍でクラツクが発生し該ス
リーブが損傷を受けてしまう。

例えば、特公昭55−51007号にはサポートロー
ルおよびその外周面に形成した溶融シリカの多孔
性スリーブから成る耐熱ロールが開示されてい
る。しかしながらサポートロールとスリーブとは
キーみぞを介して一体的に結合され１つのユニツ
トとして作動するようになつている。そのためこ
のキーみぞの部分からの亀裂の発生は免れず、セ
ラミツクスリーブのもつ利点に加えて溶融シリカ
スリーブのもつ多くの利点にもかかわらず、未だ
実用化されるに至つていない。

一方、特公昭55−48086号にあつても、同様に、
サポートロールとこれに外嵌装固定されたセラミ
ツクスリーブとから構成された耐熱ロールが開示
されているが、これはいわゆるフアインセラミツ
クと呼ばれている平均粒径５〜10μｍの粉末の焼
結体を利用することにより1500〜1600℃という高
温度での使用に耐えるようにしているのであつ
て、そしてそのときの熱膨張はセラミツクスリー
ブをロール軸方向に複数に分割するとともに末端
部にクリアラスを設けることおよび同じくサポー
トロールとスリーブとの間に円周方向に沿つて全
周にわたつて一定のクリアランスを設けることに
より吸収しているのである。特にサポートロール
の径方向の熱変形あるいは撓みを吸収するために
ロール上側面においても上述のような一定のクリ
アランスを設けることは不可欠である。

しかしながら、そのような構成は実際上は実現
困難となり、いたずらに複雑な構造を採用する結
果となり、これも実用的とは云えない。

（発明の要約） 本発明の目的とするところは、上述のようなセ
ラミツクスリーブの欠点を解消して実用化を可能
とする耐熱ロールを提供することである。

本発明の別の目的は、極めて簡単な構造である
にもかかわらず、従来のいずれのものと比較して
もすぐれた性能を発揮できる耐熱ロールを提供す
ることである。

本発明のさらに別の目的は、溶融亜鉛メツキに
先立つて行われる還元処理用の還元炉、電磁鋼板
等の連続焼鈍炉あるいはステンレス鋼板の焼鈍酸
洗炉における移送用ロールとして特に適する耐熱
ロールを提供することである。

これまでいくつか提案されているものがいずれ
もサポートロールとセラミツクスリーブとをキー
止めあるいはピン止め等によつて両者を一体的に
構成しているため、例えば本発明者らの実験結果
では、キー止めのときには回転時キー孔近傍が欠
損すること、さらにピン止めのときにはピン孔の
亀裂が顕著になることから多くの場合数日で使用
不能となつてしまう。そこでこれらの点に着目し
て各種の実験を重ねたところ、その解決は極めて
困難であることを知り、むしろ、そのような固定
手段を設けずともサポートロールからセラミツク
スリーブへ十分に回転力を伝え得る手段がある筈
であるとして研究・開発を続けたところ、従来の
技術常識からは全く反することであるが、サポー
トロールにセラミツクスリーブを遊嵌するだけで
十分であることを見い出して本発明を完成したの
である。ここに「遊嵌」はいわゆる遊び（クリア
ランス）をもつて嵌装すること、つまりルーズに
はめ込むことである。

セラミツク材料は前述のように機械的強度が十
分でないことからそのように「遊嵌」した場合に
割損等が予想されるばかりでなく、単に「遊嵌」
しただけではサポートロールの回転力がセラミツ
クスリーブに伝達されないか、あるいはたとえそ
れが伝達されたとしてもすべりがなくスムースに
セラミツクスリーブの回転として伝えられないの
ではないか等が予想されたのであつた。

しかしながら、実際に本発明によればそのよう
な予想からは全く反するすぐれた結果が得られる
ことが分かつた。

すなわち、本発明はサポートロールと該サポー
トロールに外嵌装したセラミツクスリーブとから
成る耐熱ロールであつて、前記サポートロールが
軸方向および径方向への最大熱膨張を示すときに
もなお前記セラミツクスリーブが遊嵌状に装着さ
れるように構成したことを特徴とする耐熱ロール
である。

本発明にあつて、回転するサポートロールの回
転力を円滑に外側のセラミツクスリーブに伝える
には、両者の接触面の少なくとも一方、例えばセ
ラミツクスリーブの内周面の適当な粗さに仕上げ
る。そのときの表面粗度はRmax≧25μｍとする
ことで十分である。より好ましくは、両方の接触
面、つまりスリーブ内周面とサポートロール外周
面との両者を上述のような表面粗度に仕上げる。

この点に関し、従来にあつてもセラミツクスリ
ーブとロールとの摩擦力によつてロールの回転力
をスリーブに伝えるというアイデアは提案されて
いるが、単にそれだけではスリーブ内表面が直ち
に摩耗してしまい、回転力の伝達が不能となつて
しまう。しかしながら、本発明によれば、予想外
にも表面粗度をむしろ著しく高めることによつて
表面の摩耗がみられなくなり、長時間にわたつて
回転力の伝達が確保できるのである。

一般にはセラミツクスリーブとしてその材質は
制限されないが、前述のような加熱炉および熱処
理炉での用途を考慮すれば、上述のセラミツクス
リーブは溶融シリカ（fused silica）から構成す
るのが好ましい。

なお、セラミツクスリーブは適宜セラミツク粉
末を成形、焼結して製造する。例えば、溶融シリ
カから構成する場合、溶融シリカ粉末に適宜バイ
ンダーを加えて成形し、焼結する。

本発明にあつてはスリーブをサポートロールの
外側に遊嵌する結果として、両者の間には常に一
定のクリアランス（間隙）がみられ、かかるクリ
アランスによつてサポートロールの熱膨張量を吸
収するのであるが、そのときのサポートロールに
かかる曲げ応力δ（Kgｆ／mm²）および平均クリア
ランス（外側スリーブの中心にサポートロールを
置いたとしたときのサポートロール外周面とスリ
ーブ内周面との間の距離、以下同じ）αは、好ま
しくは、 α≧１およびδ≦4.0 である。より好ましくは、上記の曲げ応力（δ）
および平均クリアランス（α）は、式： α≧0.2δ²＋１ を満足するように設定する。

ここに、曲げ応力δはサポートロールの自重、
スリーブの自重、被加熱材（鋼板）重量、さらに
はサポートロールの径等によつて決定される量で
あつて、次式により求めることができる： 曲げ応力δ＝Mmax／Ｚ Mmax＝l₁／２（w₁l₁／２＋w₂l₂／２＋w₃l₃／２） Ｚ＝π／32［（d_p1 ⁴−d_i1 ⁴）／d_p1］ ただし、w₁、w₂およびw₃はそれぞれサポート
ロールの自重、スリーブの自重および鋼板重量で
あつて、それぞれ次式で計算される。

w₁（Kgｆ／mm）＝π／４（d_p1 ²−d_i1 ²）r₁ w₂（Kgｆ／mm）＝π／４（d_p2 ²−d_i2 ²）r₂ w₃（Kgｆ／mm）＝ｓ×r₃×ｔ l₁：ロール軸受間距離 l₂：スリーブ長さ l₃：鋼板巾 d_p1：サポートロール外径 d_i1：サポートロール内径（中空の場合） d_p2：スリーブ外径 d_i2：スリーブ内径 r₁：サポートロール比重 r₂：スリーブ比重 r₃：鋼板比重 ｔ：鋼板厚さ ｓ：ロールスパン かくして、本発明によれば、セラミツクスリー
ブをサポートロールの軸方向および径方向への熱
膨張を吸収し得るよう遊嵌状に装着することによ
つて、前記サポートロールの使用時の撓みやこれ
ら両者の熱膨張差を、その両者間の間隙内に吸収
できるのであつて、その場合にあつても特にスリ
ーブの固定手段を使わないことから、そのような
固定手段を設けた箇所からのスリーブの欠損、亀
裂発生などの問題は生じない。

さらに、本発明によれば、サポートロールをラ
イン速度に対応し強制駆動、軌道回転するように
構成することにより、サポートロール外周面とス
リーブの内周面との摩擦力でサポートロールの回
転に追従させてスリーブを回転せしめ、一方、サ
ポートロールを強制駆動させない場合にあつて
は、移送されてくる材料によつてサポートロール
を含めた耐熱ロール全体が回転し、ストリツプ表
面へのすり疵発生を防止する。また、鋼板つまり
被加熱材料の急速な加減速、サポートロールの急
停止等を行うときは、スリーブが遊嵌されている
ことからスリーブ自体とロール軸本体間でずれ
（すべり）が生じ、直接スリーブに割損に至る衝
撃力が伝わらず、割れを生じさせることはない。

（発明の態様） 次に本発明に係る耐熱ロールの具体的構造につ
いて添付図面を参照してさらに説明する。

第１図は本発明に係る耐熱ロールをハースロー
ラ式加熱炉に適用した場合を略式で説明する側面
図、第２図はその耐熱ロールの部分拡大図、第３
図は第２図における−線の切断図および第４
図はサポートロールの曲げ応力と平均クリアラン
スとの関係を示すグラフである。

なお、図中、同一符号は同一部材を示すもので
ある。

図中、ハースローラ式加熱炉１にはチエーン、
スプロケツト等の適宜の駆動機構２により軌道回
転し得るようになつた一連の耐熱ロール３が設け
られている。本発明によれば、上記耐熱ロール３
はライン速度に対応させて強制駆動されるサポー
トロール４とその胴部５の外周面に遊嵌された耐
熱性のセラミツクスリーブ６とから構成される。

耐熱ロール３上に載置された被加熱材（図示せ
ず）はサポートロール４の回転に追従して回転す
るセラミツクスリーブ６の上を移送されていくの
である。

従来の方式と全く異なつて、本発明にあつては
サポートロール４の回転力はセラミツクスリーブ
６との摩擦力によつて伝えられるのであり、従来
のようなピン、キーを介して伝えられるものでな
いため、その部分の欠損、亀裂発生の問題はな
い。そのとき両接触面の少なくとも一方の表面粗
度はRmax25μｍ以上とする。このように、サポ
ートロール４の胴部５の外表面の表面粗度あるい
はスリーブ６の内表面の表面粗度を適当に調整
し、あるいはスリーブ重量を調整することにより
十分な摩擦力が生じスリーブ６の軌道回転が可能
となる。したがつて、キー、ピン等を介して駆動
させた場合にみられたような駆動時の衝撃等によ
るスリーブの割損もない。

本発明において上述のようなセラミツクスリー
ブ６の内表面の表面粗度の調整は、例えば原料粉
末の粗度選定および／または成形型の表面を予め
粗面化しておくことによつて行えばよい。Rmax
≧25μｍというのはかなりの粗面化であつて、セ
ラミツクスといえども通常の製造工程ではそのよ
うな粗面は実現されない。

さらに本発明によれば、サポートロール４とセ
ラミツクスリーブ６との間には外周クリアランス
７が設けられ、これにより径方向のサポートロー
ルの熱膨張さらにはそれにもとずくサポートロー
ルの軸方向の撓みを吸収する。一方、サポートロ
ール４の軸方向には、第２図に示すように、その
両端において環状クリアランス８を介して、冠状
あるいは平状のストツパー９が設けられ、環状ス
ペーサ１０を介して止め金１１により、このセラ
ミツクスリーブの軸方向に対する移動範囲を適宜
設定し得るようになつている。この環状クリアラ
ンスの大きさはサポートロール４の使用時におけ
る軸方向熱膨張を吸収するに必要かつ十分なもの
である。

ここに、一般に径方向の外周クリアランス７の
平均値、すなわち平均クリアランスは、計算で求
め得る熱膨張分、撓み分のほかに余裕として、１
mm以上を見込めば良い、また長手方向の環状クリ
アランス８についても同様である。ただし、環状
クリアランス８については前述のストツパー９の
設定位置を適宜変えることで常に調整可能であ
る。

第４図は、第１図ないし第３図に示す本発明に
係る耐熱ロールを使つて、使用時つまり一定荷重
下における炉温度でのサポートロールの受ける曲
げ応力（サポートロール、スリーブの重量による
ものを含む）と前述の平均クリアランスとの関係
を示すもので、これらは連続使用条件で１ケ月毎
に炉内の耐熱ロールを点検したときの結果であ
り、図中黒丸●は１ケ月目の点検時にスリーブに
割損のみられたもの、白丸○は１年６ケ月後にお
いても割れのみられなかつたものを示す。半黒丸
〓は６ケ月目の点検時にはじめて割損のみられた
ものを示す。斜影線で示す領域がより好ましい安
全領域である。

従来のセラミツクスリーブが数日で使用不能と
なつたのと比較して、１ケ月でも連続使用できた
ことは従来のものに対して大きな改善といえる。
また、１年６ケ月後においても割れのみられなか
つたということは実用上大きな利益といえる。

なお、このときのロール材質その他は次の通り
であつた。

セラミツクスリーブ： 材質：溶融シリカ焼結体（SiO₂：99.7％、
Al₂O₃：0.05％） 厚さ：50mm 内径：200mm 外径：300mm 長さ：1800mm 表面粗度：30〜50μｍ サポートロール： 材質：Ni−Cr合金（Ni：50％、Cr：35％、ｗ：
15％） 外径：176〜195mm 胴部長さ：2500mm（軸受間距離） 表面粗度：15〜25μｍ 図示結果からも、サポートロールにかかる曲げ
応力δ（Kgｆ／mm²）および平均クリアランスα
（mm）は、α≧１、δ≦4.0を満足するように径方
向の平均クリアランスを選択することによりスリ
ーブ割れは防止できる。好ましくは下記式により
上記クリアランスを設定すればより満足すべき結
果が得られる。

式： α≧0.2δ²＋１ なお、上述曲げ応力（δ）および平均クリアラ
ンス（α）の関係は一般に使用される形状寸法の
耐熱スリーブについて成立することが、本発明者
等の一連の実験によつて確認された。またサポー
トロールの材質の点からも従来のNi−Cr系の耐
熱合金、ステンレス鋼などを使用することで十分
上述のδ≦４Kgｆ／mm²の条件は満足されることが
確認された。

なお、すでに述べたように前記ストツパー９は
取外し容易な冠状のものでも位置決め可能な固定
式の平状のものであつてもよく、その使用は任意
である。前記セラミツクスリーブ６の軸方向に対
する移動範囲は、第２図に示すように冠状ストツ
パー９とサポートロール４の胴部５との間の距離
で決定されるが、その距離はストツパー９とこれ
を固定させるための止め金１１間に適宜厚さの環
状スペーサー１０を介在させることにより、任意
の範囲に設定できるものである。

さらに、前記サポートロール４には、サポート
ロール冷却用の流体通路を、その軸心中央部の長
手方向全域に亘るよう設けても良く、この流体流
路内に外部から冷却流体、例えば水等を供給させ
ることにより、そのサポートロールの軸方向への
撓みを可及的に少なくするように構成してもよ
い。

さらにまた、前記セラミツクスリーブ６は、そ
の熱膨張の曲がりによる破損を防止すべく軸方向
に沿つて適宜大きさに分割して配置させても良
く、すなわち、前記サポートロール４の長手方向
に沿つて所要長さづつ分割させ得るよう、それぞ
れ各両端面を面取り加工した短小円筒状の分割ス
リーブとして、これをそのサポートロール４の胴
部５の外周面に対して遊嵌状に連続的に装着させ
るようにしても良い。

かくして、本発明に係る耐熱ロールは従来の耐
熱ロールとは異なり、ロールの撓みや衝撃による
スリーブの損傷を実質上安全に防止でき、それに
よりスリーブの長期使用を可能にし、いわゆるセ
ラミツクスリーブによる耐熱ロールを実用可能と
した、技術的には勿論経済的にもすぐれた価値の
高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ハースローラ式加熱炉に適用した本
発明に係る耐熱ロールを示す略式断面図；第２図
は、その部分拡大図；第３図は、第２図の−
に沿つた切断図；および第４図は、サポートロー
ルの曲げ応力と平均クリアランスとの関係を示す
グラフである。 １：ハースローラ式加熱炉、３：耐熱ロール、
４：サポートロール、５：胴部、６：セラミツク
スリーブ、７：外周クリアランス、８：環状クリ
アランス、９：ストツパー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サポートロールと該サポートロールに外嵌装
   したセラミツクスリーブとから成る耐熱ロールで
   あつて、前記サポートロールが軸方向および径方
   向への最大熱膨張を示すときにもなお前記セラミ
   ツクスリーブが前記サポートロールに遊嵌に装着
   されるように構成するとともに、前記サポートロ
   ールの外周面と前記セラミツクスリーブの内周面
   との各接触面の少なくとも一方を表面粗度を
   Rmax≧25μｍに仕上げ、使用時に前記サポート
   ロールにかかる曲げ応力をδ（Kgｆ／mm²）、該サポ
   ートロールと前記セラミツクスリーブとの径方向
   の平均クリアランスをα（mm）とすると、 α≧１およびδ≦4.0 を満足することを特徴とする耐熱ロール。 ２ 前記セラミツクスリーブが溶融シリカから成
   る、特許請求の範囲第１項記載の耐熱ロール。 ３ 前記曲げ応力（δ）および平均クリアランス
   （α）が 式：α≧0.2δ²＋１ を満足する、特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の耐熱ロール。