JP2762710B2 - 熱クラウン抑制ハースロール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属ストリップ搬送用のハースロールに関
し、特に金属ストリップ接触域でのハースロールの熱ク
ラウンを抑制して、金属ストリップの安定した通板を可
能にした熱クラウン抑制ハースロールに関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、金属ストリップ（以下、単にストリップとも
云う）の通板には、連続熱処理炉をはじめとして、多く
の処理工程で多数のハースロールが使用されており、そ
して安定通板のために、それらのハースロールには所定
の初期クラウンが付与されている。

一方、連続焼鈍炉を例にとると、炉内のハースロール
によって種々の温度、板幅、板厚を有する金属ストリッ
プが搬送されるため、ハースロールにはそれらの因子で
変動する熱クラウンが発生し、初期クラウンを維持し得
なくなる。

ここで、ロールクラウンの変動により種々の問題が生
じる。例えば、ロールクラウンが過大になると、ヒート
バックルと呼ばれるストリップの座屈現象が発生し、通
板および製品品質に重大な影響を及ぼす。また、ロール
クラウンが過小になると、センタリング効果が弱まり、
ストリップの蛇行が生ずる。

従来からこの熱クラウンの発生による問題を解決する
１つとして、例えば特開昭61−210129号公報に示すよう
な機械的クラウン調整を行うハースロールが提案されて
いる。このハースロールでは、第11図に示すように機械
的にクラウンを調節する。すなわち、ロール内部にテー
パ面10を設けこれに係合する調整部材12を設ける。この
調整部材12の位置は外部に設けた調整手段14によってロ
ール長手方向に移動可能であってこれと係合するテーパ
面10の開きを調整することにより、スリーブ16を変形さ
せてロールクラウンを調整している。したがって、この
ハースロールでは、ロールの温度分布変化に応じて発生
する熱クラウンによるロールクラウン変動を、上記テー
パ面からの内荷重によってスリーブを変形させる手法で
機械的に補正して所定のクラウンを維持するのである。

また特開昭63−65016号公報にはロール全体の熱分布
を均一にすることによりクラウンを防止するハースロー
ルが提案されている。このハースロールは、第12図に示
すように溶融塩もしくは溶融金属20をハースロール22内
に熱媒体として封入し、ロール胴部の軸方向温度分布を
均一化して熱クラウン自体を抑制するのである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術のハースロールに
よっては熱クラウンを効果的に防止できない。

すなわち、第11図に示すハースロールでは、熱クラウ
ンが変動するごとにそれを予測または計測して所定クラ
ウンを維持するため、制御機構が必要となり、コスト高
となる。さらに連続焼鈍炉のような高温で使用される場
合にはクラウン可変機構部の潤滑や耐久性等の問題が残
されている。

一方、第12図に示すハースロールは本質的には熱媒体
の熱容量を利用している。熱容量＝比熱×質量であるか
ら、質量の大きい、つまり通例、密度が大きい溶融金属
の方が溶融塩よりもクラウン温度の均一化のために有利
である。他面この質量はロールの不平衡質量としてロー
ルに遠心力を及ぼしロールを振動させ、これを防止する
ために軸受付帯設備を設ける必要があり、コスト高を招
く。軽量化のため溶融塩を用いればコスト高も緩和され
るが、クラウン温度の均一化の効果もそれだけ低下す
る。

ここに、本発明の目的は、これら従来技術の問題点を
避け、特殊な制御機構を必要とせず、そして安定通板の
ために、ストリップ通板条件の種々の変動にかかわらず
初期適正クラウンを常に維持できるハースロールを提供
することである。

さらに本発明の具体的目的は、各種幅のストリップ通
板時にストリップからハースロールにもたらされる熱変
動を緩和すべく熱移動の大きなロール本体を構成して一
種のバッファ効果を強化した熱クラウン抑制ハースロー
ルを提供することである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は鋭意研究を重ね
た結果、ハースロールバレル、つまりハースロール本体
における温度勾配が熱クラウン発生の主要な原因である
こと、およびこの温度勾配を速やかな熱移動によって解
消することによって熱クラウンを抑制できることを知見
し、本発明を完成するに至った。

ここに、本発明の要旨とするところは、ハースロール
バレルと、該ハースロールバレルの内側に嵌合された内
側スリーブとから成り、該内側スリーブを前記ハースロ
ールバレルを構成する金属とは異種の金属であって熱伝
導性の優れた金属から構成し、かつ前記内側スリーブの
ロール軸方向端部が前記ハースロールバレルの側面から
内側に離間して配置された熱クラウン抑制ハースロール
である。

すなわち、本発明のハースロールは、ハースロール本
体の内部に熱伝導性に優れた金属からなる一体型スリー
ブを前記ハースロールのロール軸端部から遮断して嵌合
し、ハースロールにおける軸方向の熱移動を促進させて
温度勾配を緩和する。これによりストリップとハースロ
ールバレルとの接触部のロール熱クラウンの発生を抑制
することができる。

ハースロールバレル、つまり外側スリーブの材質と内
側スリーブの材質は、内側スリーブが外側スリーブより
も熱伝導率のすぐれている金属から構成されている限
り、特に制限されないが、それぞれ、例えばステンレス
鋼とCuのように熱膨張率のほゞ等しいものを使用するこ
とが望ましく、これによりクリープ等を誘起する熱応力
の発生も抑制することができる。

例えば、外側スリーブをステンレス鋼製、内側スリー
ブを銅製とし、それぞれの肉厚を２〜25mm、５〜50mmと
することによって熱伝導の促進および熱応力の発生を効
果的に抑制できる。

このように、本発明にかかるハースロールを用いるこ
とによって、従来より問題であったハースロールの熱ク
ラウン発生を抑制して、実繰業においてもストリップの
安定通板が可能となる。

（作用） 次に、本発明を添付図面を参照してさらに詳細に説明
する。

本発明にかかるハースロール１は第１図に部分的に示
すように、ハースロールバレル（外側スリーブともい
う）２の内側に、外側スリーブ２と線膨張率がほゞ等し
くかつ熱伝導の優れた金属製のスリーブ（内側スリーブ
とも云う）３を焼キバメ等で嵌着する。金属ストリップ
４は外側スリーブ２の上を搬送される。内側スリーブ３
の軸端部は、例えば後述する第２図（ｂ）から明らかな
ようにハースロールバレル２の内側面より内側にくるよ
うにして、両者を離間させている。これら両者の離間距
離は特に制限されないが、離間させるのは熱の流れを遮
断させる作用であるため、その作用効果が確保される限
り制限されないが、一般には1mmあれば十分である。

通常ハースロールの材質にはステンレス鋼が用いられ
ているため、上記の特性を満たしかつ経済性を考慮すれ
ば、内側スリーブの材質はCuが適当である。

次に、一例として連続焼鈍炉の冷却帯に本発明にかか
るハースロールが用いられた場合、つまりハースロール
は低温雰囲気中に設置され、これより高温のストリップ
が通板される場合、ストリップからの熱変動の様子とそ
れにより熱クラウンが形成される様子を説明する。

従来構造のハースロールにあっては抜熱により特にス
トリップ幅端部近傍で温度勾配が存在し、第２図（ａ）
に示すような熱クラウンが発生する。

一方、本発明により第２図（ｂ）に示すように、ハー
スロール軸端部から遮断してCu製内側スリーブを外側ス
リーブに嵌合することにより、同一条件でストリップの
搬送を行ってもロール軸方向の熱移動が促進され、温度
勾配が緩和されるために熱クラウンの発生が抑制され
る。図中、「CRS」はストリップ幅当りの熱クラウンを
表わす。

内側スリーブの厚みは特に制限されないが、外側スリ
ーブより厚い方が熱伝導性を改善するには好ましい。

また、それぞれステンレス鋼とCuとから構成した場
合、外側と内側のスリーブの熱膨張率はほゞ等しいた
め、ロールあるいはストリップの温度変動が生じても、
熱応力発生が抑制されるので、両者の嵌合状態が保持さ
れ、かつクリープ等を誘起する引張熱応力が抑制され
る。

次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明す
る。

実施例 第３図（ａ）および（ｂ）は、試作したモデルロール
の形状および寸法（mm）を示す。

第３図（ａ）は、比較を行うための基準ロールであ
る,SUS304ステンレス鋼製のロールである。

一方、本発明にかかるハースロールは、第３図（ｂ）
に示すように、同じくSUS304ステンレス鋼製のハースロ
ールバレル２の内側にCu製の内側スリーブ３を焼キバメ
により嵌着している。熱クラウン抑制効果としては、内
側スリーブに代えて分割した複数のCu製リングを用いて
も余り相違がないが、実際の製造ラインへの適用におい
ては、製作の容易なスリーブ嵌合タイプが実用的であ
る。

搬送用に用いたストリップは0.15mm厚、280mm幅の焼
鈍コイルであって、これを通板したときの熱クラウン
は、接触式の測定装置を製作して、通板状態で測定し
た。

連続焼鈍炉の冷却帯におけるモデルテストは、予め所
定の温度に加熱した上記ストリップを室温雰囲気のロー
ルに通板して行った。

一方、同じ連続焼鈍炉の加熱帯におけるモデルテスト
は、第４図に示すように、ハースロール内に赤外線ヒー
タ６を挿入して加熱し、室温のストリップを通板した。
試験用のため初期クラウンは与えていない。

第５図には、冷却帯におけるモデルテストによる基準
ロールの熱クラウンの経時変化を示す。本例の場合、ロ
ール入側直前でのストリップ温度は約105℃であり、30
分程度で熱クラウンは定常状態となっている。

なお、以下に示すテスト結果においては、すべて通板
状態のまま熱クラウンを測定し、定常状態となったこと
を確認したときのクラウンを示している。

第６図および第７図には冷却帯におけるそれぞれ基準
ロールおよび本発明にかかるハースロールの熱クラウン
を示す。

これらに示す結果から明らかなように、Cu製の内側ス
リーブを設けたことによって、CRSは65μ→18μに減少
し、かつ、熱クラウンの軸方向勾配も穏やかになってい
る。

第８図および第９図には、それぞれ基準ロールおよび
本発明にかかるハースロールを用いた場合の加熱帯にお
ける熱クラウンを示す。本例の場合、通板中のロール幅
方向中心の表面温度が約80℃に保持されるよう、ヒータ
のパワーを設定している。

これらの結果から明らかなように、加熱帯において
は、本発明によればCRSは35μ→２μに減少している。

以上の結果から、熱クラウンは、冷却帯で約72％、加
熱帯で約94％のCRS減少率となっており、本発明にかか
るハースロールは十分な熱クラウン抑制効果を有するこ
とが判明した。特に加熱帯で効果が顕著であるのは、本
例の場合、ロール内部からヒータ加熱しているため、Cu
製内側スリーブが均熱化され、ステンレス鋼製の外側ス
リーブの収縮変形を拘束したためと考えられる。

さらに、本発明にかかるハースロールでは、軸方向の
熱クラウン勾配が穏やかであり、このことは、重要であ
り、それによる作用効果は著しい。

すなわち、通板トラブル多発するのは、ストリップの
幅変動時、特に狭幅から広幅に移行した時であり、この
原因は、第６図等に示したクラウン形状から考えて、CR
Sの急増によるものと推定される。したがって、本発明
にかかるハースロールによればそのようなトラブルは大
幅に解消されると考えられる。

第10図には、現在のストリップ幅（280mm）が変化し
た直後の加熱帯におけるCRS変化を示しているが、基準
ロールの場合、CRSが急増するのに比較して、本発明に
かかるハースロールの場合には、ほとんど変化が見られ
ない。従って、前述のような幅変化時のトラブル対策と
しても本発明にかかるハースロールは有効であると考え
られる。

（発明の効果） 以上説明したところからも明らかなように、本発明に
よればハースロールの熱クラウンを低コスト、かつ制御
不要で抑制することが可能となり、これによりヒートバ
ックル、蛇行等の生じない安定した通板を行うことが可
能となり、産業上益するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるハースロールの複層構造を説
明するための部分断面図； 第２図（ａ）は、従来のハースロールにおける温度勾配
を示す説明図、同（ｂ）は本発明における温度勾配を示
す説明図； 第３図（ａ）は、基準ロール、同（ｂ）は本発明の１実
施例のハースロールの略式説明図； 第４図は、ハースロールの加熱態様の説明図； 第５図は、基準ロールの熱クラウンの経時変化の説明
図； 第６図は、基準ロールを連続焼鈍炉の冷却帯に使用した
ときの熱クラウンの形状を示す説明図； 第７図は、本発明にかかるハースロールを同じく冷却帯
に使用したときの熱クラウンの形状を示す説明図； 第８図は、同様に加熱帯での基準ロールの熱クラウンの
形状を示す説明図； 第９図は、同様に加熱帯での本発明ロールの熱クラウン
の形状を示す説明図； 第10図は、ストリップ幅変化時の熱クラウンと、幅変化
後のCRSの変化を示すグラフ：および 第11図および第12図は、従来例における熱クラウン調整
手段を設けたハースロールの説明図である。 1:ハースロール 2:ハースロールバレル（外側スリーブ） 3:内側スリーブ 4:金属ストリップ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハースロールバレルと、該ハースロールバ
   レルの内側に嵌合された内側スリーブとから成り、該内
   側スリーブを前記ハースロールバレルを構成する金属と
   は異種の金属であって熱伝導性の優れた金属から構成
   し、かつ前記内側スリーブのロール軸方向端部が前記ハ
   ースロールバレルの側面から内側に離間して配置された
   熱クラウン抑制ハースロール。