JPH02301520A - 熱クラウン抑制ハースロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属ストリップの連続熱処理用ハースロール
、特に、金属ストリップ接触部付近でのロールの熱クラ
ウンを抑制して、金属ストリップの安定した通板を可能
にする熱クラウン抑制ハースロールに関する。

（従来の技術） 一般に、金属ストリップの圧延工程には、連続熱処理炉
を始めとして多数のハースロールが使用されており、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は
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、つまり熱ひずみが発生し、初期ロールクラ
ウンが維持できなくなる。

かかるロールクラウンの変動により通仮に種々の問題が
生じる。たと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座屈現象がストリップに発生し、
通板および製品の品質に重大な支障を生じる。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起こる。

従来からこの熱クラウンの発生による問題を解決する方
法として、特開昭６１−２１０１２９号公報に示す機械
的クラウン調整法が提案されている。この方法は、第１
図に示すように機械的にクラウンを調節する方法である
。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により係合テーパ面１０の開きを
調整することにより、スリーブ１６を変形させ、ロール
クラウンを調整している。したがって、この方法は、ロ
ールの温度分布変化に応し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方法である。

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方法が
従業されている。この方法は、第２図に示すように溶融
塩もしくは熔融金属２ｏ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忍度分布を均一化し
て熱クラウン自体を抑制する方法である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来法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１図に示す方法を採用するためには、熱ク
ラウンが変動するごとにそれを予測または計測し、所定
クラウンに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２図に示す方法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
等付帯設備のコスト高を招く、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。

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初期
適正クラウンをストリップの種々の変動にかかわらず維
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、ストリップからの熱変動
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） 本発明者らはかかるａ！題を達成すべく、ロールに不平
衡力を発生させないで、低コストでハースロールの熱ク
ラウンを抑制する手段を求め、種々検討を重ねたところ
、次のような知見を得、本発明を完成した。

すなわち、ロール軸方向の熱移動をスリーブ内面に貼着
した熱伝導性良好な金属体を経て速やかに行い、温度勾
配を少なくすることにより熱クラウンが効果的に防止で
きるのである。

ここに、本発明の要旨とするところは、ロール本体を構
成するスリーブと、該スリーブの内面に嵌着された複数
個の金属リングとを具備し、前記金属リングを構成する
材料の熱伝導率が前記スリーブを構成する材料の熱伝導
率よりも大きいことを特徴とする熱クラウン抑制ハース
ロールである。

上記金属リングは、ストリップのエツジに対応する箇所
に少なくとも設けてあればよい。

本発明の好適態様によれば、前記スリーブの肉厚は２〜
２５＋ｗｎ、前記金属リングの厚さは５〜５０ＩＩＩＩ
、■リングのロール軸方向の幅はストリップ全幅の１７
２以下とすることにより、上述の熱クラウン抑制は効果
的に行われる。

（作用） 次に、添付図面を参照して本発明をさらに具体的に説明
する。

第３図は、本発明にかかるハースロールの断面の一部拡
大図である。図中、ハースロール１０は、ロール本体を
構成するスリーブ２０と、該スリーブの内面に嵌着され
た複数個の金属リング３０とから構成される。

このように、本発明にかかるハースロールは胴体のスリ
ーブ内面に熱伝導性の優れた金属リングを密着させ、ロ
ール胴体スリーブの軸方向の熱移動を促進して同方向の
温度勾配を緩和し、ストリップ接触部付近におけるロー
ルへの熱クラウン発生を抑制する。また同時に金属リン
グをロール軸方向に分割することにより、ストリップの
幅変動に対しても抑制効果を有効に発揮させる。

したがって、このような構成を採る場合、ロール温度が
変動してもスリーブ内面と金属リングの密着が維持され
るためには、スリーブ材料と金属リング材料の線膨張係
数がほぼ一致する材料を選ぶのが好ましく、そのための
１手段として、金属リングはスリーブ内面に焼嵌めすれ
ばよい。

なお、金属リングとスリーブ内面との装着形態は特に制
限ないが、例えばスリーブ内面に溝を設けこれに例えば
焼嵌めなどによって嵌着させてもよい。

ロール本体を構成するスリーブと金属リングの肉厚につ
いては、後者の方が熱伝導率が大きいので、前者に比べ
て後者の肉厚を大きくした方が軸方向の温度勾配の緩和
に有効である。つまり、スリーブの肉厚、つまり胴部肉
厚を薄くして熱流れを金属リングで行うようにするのが
よい。

金属リングの幅は金属リングの端とストリップの端との
間隔が大きいと両端間の温度勾配が小さく熱移動も小さ
くなる。この意味ではリング幅は小さい方がよい。しか
し、ストリップ幅は変化するし、多少の蛇行もあるので
、金属リングの幅は余り小さくできない、結局、金属リ
ングを多分割するのが現実的である。金属リング間のす
き間は使用時に熱クラウンで両者が接触しないこととリ
ング間に熱伝導が起きない限り、できるだけ微小である
ことが望ましい。

金属リングの長さは４０〜２００ｍ−程度が次の理由か
らより好ましい。

ストリップのエツジが金属リング間のギャップ部に相当
するスリーブ上を通板すると目的を達成できないのであ
るが、ストリップが蛇行しても、ストリップエツジが常
にギャップ部上に来ないようにするためには４０ｍｍ以
上の長さを有するのが好ましい、また金属リングが余り
長いと、ストリップエツジからロール端部までの温度勾
配がゆるやかになり、効果が小さくなるので２００−　
　程度までが好ましい。

リングは必ずしも全部同じ長さにする必要はない。例え
ば、第４図に示すごとく、リング３０の中央部は長く一
体であってよい。要するに、スリーブ２０上のストリッ
プのエツジが乗っている部分に対応するリング３０が４
０〜２０〇−程度であれば、本発明による金属リングの
効果は十分に発揮されるのである。

このように、本発明にあっては、ストリップエツジが常
に金属リングの上にくるようにするが、一方、ストリッ
プエツジの近傍においてはむしろギャップが設けられる
ことを必要とするのは、もしそうでなければストリップ
の両エツジにおいて温度勾配が過度に緩やかとなり、所
期の目的が達成されないからである。

しかし、ストリップの幅はストリップ毎に変わるのでリ
ング、特に両端にあたるエツジ近傍ではリングは多分割
しておくのが好ましい。

なお、ストリップの幅は通常１５００ｍｍ〜５００ｍ１
１１、特に１０１００Ｃ１幅が最も多い。このような現
実のロール寸法とストリップ幅から金属リングの寸法（
長さ）が決められる。

第３図に例示するようにハースロール内部にロールスリ
ーブ材料（たとえばステンレス鋼）と線膨張係数がほぼ
等しく熱伝導率の大きな材料（たとえばＣｕ）の金属リ
ングを焼ばめ等で装着する。

両者の熱膨張係数はほぼ等しいから熱ひずみは両者でほ
ぼ同一であり焼嵌め等によるロールスリーブと金属リン
グの接触は、均一温度の場合、常に確保されている。ロ
ールスリーブと金属リングに多少の温度差ができても両
者の接触は十分に確保される程度に焼ばめ等をしておく
。

ここで、現場で起こる例として、ロール全体が高温に保
持されていて、低温の金属ストリップが通板される場合
を考える。この場合ストリップの抜熱によりストリップ
幅端部近傍で温度勾配が大きくなるが、本発明の場合、
内装された金属リングの優れた熱伝導性によって熱伝導
が促進され、その部位での温度勾配が緩和され、同時に
スリーブの低温域が拡大される。その結果としてロール
に発生する熱クラウンが抑制されることになる。

また、外側スリーブを支持する複数の金属リングは軸方
向に分割したリング構造であるため、ストリップエツジ
の下に存在する金属リングのみが上記抑制作用を発揮し
、他の金属リングはＭ熱体（大熱容量）となり、ロール
スリーブの温度低下を防ぐ、従ってストリップの幅が異
なっても常に両エツジの温度勾配は緩和され、ロールに
発生する熱クラウンを減少させることができる。

以上の効果により、本発明のハースロールでは適正な初
期クラウンが通仮による伝熱にかかわらずほぼ初朋値に
維持され、安定通板の目的を達成することができる。

次に、本発明をその実施例に関連させてさらに具体的に
詳述する。

実施例 ハースロールの実稼動下で微小なロール熱クラウンを精
度よく測定することは困難なので、通例の実施例に代え
て有限要素法によるシミュレーション結果に基づいてハ
ースロール胴部の熱クラウンを求めた。

この場合の概念図を第５図＋８＋および偽）にそれぞれ
金属リングなし、金属リングありとして示す。

これからも分かるように、金属リングがないストリップ
エツジにおける炉温度とストリップ温度とには実質的な
差異が見られるが、−力木発明によって金属リングを設
けるとそれを経ての熱流れがみられるため、ストリップ
エツジにおける炉温度との差異は実質上なくなる。

本例での計算は下記前提条件に基づいて行った。

ストリップ温度　ニア００℃ 同　熱伝達係数：　　２０００　Ｋｃａ】／（ｔａ２ｈ
”ｃ）炉温度　：　８００℃ 同熱伝達係数　　：５０にｃａｌ／（ｍ”ｈ℃）輻射伝
熱は無視する。

第６図にロール形状（断面図）と寸法（ａｓ）を示す０
図示データはロール全体の１７２の部分のみを解析した
ものである。

胴部厚さ２０ｍｍ５ＳＵＳ３０４ステンレス鋼製単体の
ロールで＋！１０１００Ｏのストリップを搬送する場合
について、ロール胴部の温度分布および半径当りのクラ
ウン発生状況を求めた。

その結果を第７図に示す、グラフ縦軸は最大熱クラウン
量を、横軸は距離を示す、同図は金属リング非装着の場
合のデータで従来のハースロールに相当し、ストリップ
エツジでの最大熱クラウン（ＣＲＳｍａｘ）は０．２５
ｍｍであり、本発明との比較には以後この熱クラウン量
を基準とする。

次に、第８図に胴部肉！１０ｍ−の５ｔｌＳ３０４ステ
ンレス鋼製のハースロールの胴部内側に肉厚２０−■、
軸方向幅２００　ｍ−の銅製の金属リングをそのリング
中央がストリップエツジと一致するように、装着した場
合の温度分布とクラウン形状を示す。

温度分布図において、特にストリップエツジ部の温度勾
配が緩和されており、これに伴いＣＲＳｍａｘも０．１
６ｍｍに減少している。

次に、本発明にがかるハースロールにおいて、金属リン
グの装着形態およびスリーブ肉厚（胴部肉厚）とストリ
ップエツジにおける熱クラウン量との関係を調べた。金
属リングの装着形態および寸法については、それぞれ、
結果を示す後述の第９図および第１０図のグラフ内に記
載しである。

第９図は、本発明にしたがって５ｔｌＳ３０４ステンレ
ス鋼製のハースロール胴部の肉厚２０餉−に対して銅製
の金属リングの一部をスリーブ内面に埋込んだ場合の、
同じ（第１０図は胴部と銅製の金属リングの肉厚をそれ
ぞれ可変とした場合のそれぞれストリップエツジの熱ク
ラウンＣＲ５ｍａｘを計算したデータをグラフで示すも
ので、いずれも基準の０．２５ｍ５＋より相当に減少し
ており、例えば第９図では埋入深さに比例して熱クラウ
ン量は減少しており、第１θ図では胴部肉厚の減少にし
たがって徐々に熱りラウンは減少しているのが分かる。

（発明の効果） 本発明によればハースロールの熱クラウンを低コストで
軽量かつ制御不要の方法で抑制することが可能となり、
初期クラウンの変動を低減させ、ヒートバックル、蛇行
の生じない安定した通板を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ハースロールの機械的クラウン調節方法の概
略説明図； 第２図は、溶融物を封入する方式のハースロールのクラ
ウン調節方法の概略説明図； 第３図は、本発明の例を示すハースロール胴部に金属リ
ングを内装した態様の部分断面図；第４図は、同じく本
発明にかかるハースロールの部分断面図； 第５図ｆａｌおよびｆｂｌは、金属リング装着の有無に
よるロール胴部の熱流と温度分布の差を示す模式第６図
は、シミュレーシコンに用いたロール胴部の形状・寸法
を示す断面図； 第７図は、金属リング非装着の場合のロール胴体の温度
分布と最大熱クラウンＣＲ３ｍａｘを示すグラフ； 第８図は、第６図に図示した寸法の金属リングを内装し
た場合のロール胴体の温度分布と最大熱クラウンＣＲ５
ｍａｙを示すグラフ：および第９図および第１０図は、
それぞれ銅製の金属リングの一部を胴部に埋め込んだ場
合、胴部と銅製リングの肉厚を可変とした場合の最大熱
クラウンＣＲＳｍａｘを示すグラフである。 １０：ハースロール　　２０ニスリーブ３０：金属リン
グ 出廓人　住友金属工業株式会社 代理人　弁理士　広　瀬　章　−（外１名）名　１　図 差２　図 ＄３図 Ｉθ °晃　４　図 に 晃　５　図 リンフ°°７し　　　　　　　　　　　・Ｊンク゛吸１
叉　６　図 づ６　　　　フ　　　　　図 第　８　図 １８嶋叶壽・イ一りε吋（−一） １９　ｒ。 Ｃｉ１１／り゛ｐ菅ｉ４４？ｊ 篤１０　　図 ｆＯ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロール本体を構成するスリーブと、該スリーブの
   内面に嵌着された複数個の金属リングとを具備し、前記
   金属リングを構成する材料の熱伝導率が前記スリーブを
   構成する材料の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする
   熱クラウン抑制ハースロール。
2. （２）少なくともストリップのエッジに対応する箇所に
   前記金属リングを設けたことを特徴とする請求項１記載
   のハースロール。
3. （３）前記スリーブの肉厚を２〜２５ｍｍ、前記金属リ
   ングの厚さを５〜５０ｍｍ、１リングのロール軸方向の
   幅をストリップ全幅の１／２以下とする請求項１記載の
   ハースロール。