WO2001068931A1 - Dispositif de palier coulissant pour rouleau immerge dans un bain de galvanoplastie de metal fondu en continu - Google Patents

Dispositif de palier coulissant pour rouleau immerge dans un bain de galvanoplastie de metal fondu en continu Download PDF

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bearing device
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plating bath
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Tomoaki Nishizaka
Ichiro Tanokuchi
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Kawasaki Steel Corporation
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    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication

Definitions

  • the present invention relates to a sliding bearing device for a roll in a continuous molten metal plating bath.
  • a metal strip for example, a steel strip 1 was guided from an annealing furnace (not shown) through a snout 2 into a plating tank 3, turned upward by a sink roll 4 in the bath, and straightened by a support roll 5 in the bath. Get out of the tank. Thereafter, the amount of plating metal, for example, zinc, is adjusted to a desired value by the wiping nozzle 6 . It is important to stabilize the pass line of the metal strip 1 at the wiping point in order to make the adhesion amount uniform. It is planned. Thereafter, the metal strip 1 is guided to the alloying furnace 8 in the next step.
  • the bearings of the sink roll 4 and the in-bath support roll 5 are sliding bearings with a bush structure, and the bearing material is metal such as stainless steel, metal + WC sprayed layer, carbon, etc. Due to wear over time during operation, problems such as fluctuation of the pass line, vibration of the roll, and shortening of the roll replacement cycle occur. In addition, since the bearing cannot be reused due to wear, the repair cost increases.
  • JP-A-10-317119 discloses that a glass ceramic layer is provided on the bearing surface and a groove is formed on the thrust surface on the bush side to reduce the wear coefficient of the bearing.
  • JP-A-11-256300 a partially cylindrical hard ceramic sintered body was used as a bearing material, and between this and a steel retainer. It has been shown that long-term use is possible via a boron nitride coating.
  • JP-A 4-124254, JP-A-5-44002, JP-A-5-69155, and JP-A-6-306560 show a bearing structure in which a metal retainer and ceramics are directly fitted.
  • the ceramic is semi-cylindrical or partially cylindrical, and the angle between two straight lines connecting the center of rotation of the shaft and both ends in the circumferential direction of the inner surface of the ceramic part is set to 20 to 90 °. It is shown.
  • the glass ceramic layer is peeled off due to thermal stress, and a recoating of the glass ceramic layer is required, which may increase repair costs.
  • An object of the present invention is to provide a sliding bearing device for a roll in a continuous molten metal plating bath which solves the problems of the prior art, has excellent durability, and is useful for stable operation of continuous molten metal plating. .
  • the present invention provides a sliding bearing device for a roll in a continuous molten metal plating bath, wherein a bearing made of a hard ceramic sintered body that comes into sliding contact with a shaft is displaceably held by a steel cage.
  • a sliding bearing device for rolls in a continuous hot-dip metal plating bath characterized by:
  • the bearing is displaceable by rolling with its back surface in contact with the inner surface of the cage and rolling with its inner surface in contact with the knurled shaft.
  • the bearing preferably has a partial cylindrical shape having an effective angle of more than 90 ° to 160 °. Note that the effective angle is more preferably 100 ° to 160 °.
  • the radius of curvature of the inner surface of the cage is made larger than the radius of curvature of the back surface of the bearing so that these two surfaces are in contact with each other. More specifically, the ratio of the radius of curvature between the inner surface of the cage and the back surface of the bearing is preferably more than 1.0 to 1.5. The ratio of the curvature radii is more preferably more than 1.0 to 1.2.
  • FIG. 1A and 1B show an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a schematic side view, FIG. 1B is an AA view of FIG. 1A, and FIG. 1C is an enlarged view of a C section of FIG.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a crescent-shaped bearing.
  • FIG. 3 is a schematic side view showing a general example of a continuous hot-dip metal plating process.
  • a sliding bearing device for a roll in a continuous molten metal plating bath having a structure in which a bearing made of a hard ceramic sintered body that makes oscillating contact with a shaft is displaceably held by a steel cage. did.
  • the roll in the bath can be made non-driven, eliminating the problem of metal band vibration and reducing the wear rate. Later, the roll change cycle becomes longer and repair costs can be reduced.
  • the steel cage (retainer) that holds the bearing is designed to hold the bearing so that it can be displaced, so that during the cooling process after being lifted out of the plating bath, the bearing is left in the bearing mounting gap. Since the relative position with respect to the retainer can be changed according to the force of the metal, it is possible to avoid overloading the bearing material with a compressive force, so that the hard ceramic sintered body can be prevented from being broken.
  • hard ceramics that form a hard ceramic sintered body include silicon nitride (Si3N4), sialon (sialcm: a Si-Al-O-N-based compound in which some atoms of silicon nitride are replaced with A1 and ⁇ ), TiB2, etc. Can be preferably used.
  • the retainer is The retainer is made of SUS316, SUS316L (JIS standard composition is shown in Table 1), and it is resistant to molten metal. Any metal material can be preferably used.
  • FIGS. 1A and 1B show an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a schematic side view, FIG. 1B is a view taken along the line AA of FIG. 1A, and FIG.
  • the bearing device of the present invention is configured such that a bearing 11 made of a hard ceramic sintered body that is in sliding contact with a shaft 13 is held by a steel retainer (retainer) 10.
  • the back surface (the surface on the back side of the shaft sliding contact surface) of this bearing 11 ′ is not fixed to the inner surface of the retainer 10 and can be displaced.
  • Reference numeral 12 denotes a thrust receiver for preventing the bearing 11 from falling out of the retainer 10.
  • the hard ceramic sintered body as the bearing 11 preferably has a partially cylindrical shape with an effective angle exceeding 90 ° to 160 °.
  • the partial cylinder means a divided piece obtained by dividing a hollow cylinder having a finite axial length into a plurality of pieces in the circumferential direction.
  • the hollow cylinder referred to here includes not only those whose central axes of the outer circumference and the center of the circumference are coincident but also those whose center axes are inconsistent and parallel.
  • the effective angle is a viewing angle (0 in FIG. 1) when viewing the peripheral length range of the partial cylinder from the rotation center O of the shaft 13.
  • the shaft 13 may come off the hard ceramic sintered body forming the bearing 11 and slidingly contact the steel forming the retainer 10 depending on the plating operation conditions, and the metal band 1 13Stable operation is difficult due to wear.
  • the effective angle Is greater than 160 ° the rigidity of the bearing 11 against the compressive force from both ends in the circumferential direction is reduced, and the bearing 11 is easily broken. Therefore, the preferred range of the effective angle is set to more than 90 ° to 160 °. In order to further increase the operational stability, it is desirable that the effective angle be 100 ° to 160 °.
  • the radius of curvature of the shaft sliding contact surface of the bearing 11 is set to be slightly larger than the radius of the shaft 13.
  • the inner radius of the retainer 10 and the rear surface of the bearing 11 are set so that the radius of curvature R1 of the former is larger than the radius of curvature R2 of the latter. It is preferable to have a contacted structure. In such a structure, the back surface of the bearing 11 and the inner surface of the retainer 10 make point contact, and the position of the contact point P can smoothly change according to the external force. Can be effectively avoided.
  • the ratio of the radius of curvature between the inner surface of the retainer 10 and the rear surface of the bearing 11 is more than 1.0, but if this ratio is excessive when the ratio of the radius of the shaft 13 to the radius of curvature of the inner surface of the retainer 10 is excessive, the bearing will 11Because the radius of curvature on the back is smaller than the radius of the shaft 13, this ratio should be limited to 1.5 or less, and from the viewpoint of securing sufficient thickness (approximately 20mm) In this case, it is more preferable that the ratio be 1.2 or less.
  • the thickness of the partial cylinder forming the bearing 11 does not need to be uniform in the circumferential direction.
  • the thickness decreases from the center to the end in the circumferential direction. May have the following cross-sectional shape.
  • the present invention was carried out on a support roll 5 in a bath having a body diameter of 250 nmi and a shaft diameter of 80 mm used in a continuous hot-dip galvanizing line of steel strip 1.
  • the steel strip passes through a molten zinc plating bath with a bath temperature of 450 to 480 ° C and a bath component of Zn—0.12 to 0.20% A1.
  • the embodiment is shown in Fig.
  • retainer 10 is made of SUS316L
  • bearing 11 is a cylindrical part with uniform circumferential thickness, effective angle 0 is 160 °
  • bearing 11 The radius of curvature R1 on the back surface was 60 mm, and the radius of curvature on the inner surface of the retainer 10 was 63 mm.
  • the support roll was conventionally supported by a bearing device in which a completely cylindrical sialon sintered body bearing was fitted and fixed to a SUS316L retainer.
  • the support roll A in the bath supported by the bearing device of the present invention and the support roll B in the bath supported by the conventional bearing device are dipped in the molten zinc plating bath for 10 days to produce a hot-dip galvanized steel sheet. After use, the bearing was pulled up and the condition of the bearing was observed. As a result, it was found that the support roll B in the bath had a breakage in the bearing, but the support roll A in the bath did not.

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Description

明 細 書 連続溶融金属めっき浴中ロール用すベり軸受装置 技術分野
本発明は、 連続溶融金属めつき浴中ロール用すベり軸受装置に関する。 背景技術
金属帯の連続溶融金属めつきは一般に図 3に示すような工程で行われる。 金属 帯たとえば鋼帯 1は図示のない焼鈍炉からスナウト 2を介してめつき槽 3内に導 かれ、 浴中のシンクロール 4により上向きに方向転換され、 浴中サポートロール 5により反り矯正された後めつき槽から出る。 その後、 ワイビングノズル6によ りめっき金属たとえば亜鉛の付着量を所望の値に調整される。 付着量を均一にす るためにはワイビング点における金属帯 1のパスラインを安定にすることが重要 で、 浴中サポート口ール 5と浴上サポート口ール 7によりパスラインの安定化が 図られる。 その後、 金属帯 1は次工程に係る合金化炉 8に導力れる。
シンクロール 4と浴中サポートロール 5の軸受は殆どの場合、 ブッシュ構造に よるすベり軸受が使われており、 軸受材質はステンレス鋼等の金属， 金属 +WC 溶射層， カーボン等であり、 操業中の経時的な摩耗により、 パスラインの変動， ロールの振動， ロール交換周期の短縮の問題が発生する。 また、 軸受の摩耗によ り再使用ができないため、 修繕コストが高くなる問題も発生する。
この問題を解決する手段として、 従来技術では、 特開平 10-317119号公報に 軸受表面にガラスセラミックス層を設けブッシュ側のスラスト面に溝部を形成し て軸受の摩耗係数を低減し得ることや、 特開平 11-256300号公報に軸受材質と して部分円筒状の硬質セラミックス焼結体を使用し、 これと鋼製リテーナの間に 窒化ホウ素塗布層を介して長期間使用し得ることが示されている。 また、 特開平
4-124254号公報、 特開平 5-44002号公報、 実開平 5-69155 号公報、 特開平 6- 306560号公報には、 金属製リテーナとセラミックスを直接嵌め込む軸受構造が 示され、 なかんずく、 特開平 6-306560号公報では、 セラミックスを半円筒状あ るいは部分円筒状とし、 軸の回転中心とセラミックス部内面の周方向両端を結ぶ 2本の直線のなす角度を 20〜90° にしたものが示されている。
しかしながら、 上記の従来技術には、 以下のような問題点があった。
(1) ロールの引き揚げ、 再浸漬等の温度変化が数回加わると、 軸受材質にセラミ ックスを使用した場合、 鋼製リテーナ内に円筒状セラミックスを嵌め合わせた構 造では、 鋼とセラミックスの熱膨張差が大きく、 収縮過程で鋼製リテーナと円筒 状セラミックスの間の残留亜鉛によりセラミックスに圧縮力がかかり、 円筒状セ ラミックスが割損する。
(2) 特開平 10-317119 号公報所載の軸受構造では、 熱応力によってガラスセラ ミックス層が剥離し、 ガラスセラミックス層の再コートが必要となり修繕コスト アップとなる可能性がある。
(3) 特開平 11-256300 号公報所載の軸受構造では、 メンテナンスに手間がかか るうえ、 隙間に亜鉛が侵入すると圧縮力による割損が発生する。
(4) 特開平 4-124254号公報、 特開平 5-44002号公報、 実開平 5-69155 号公報 所載の軸受構造でも、 隙間に亜鉛が侵入し、 あるいは、 熱応力によるセラミック スの割損を防止する対策が十分でない。
(5) 特開平 6-306560 号公報所載の軸受構造では、 セラミックスの割損を防止す ることが可能であるが、 操業中に軸がセラミックス部から逸脱しやすく、 鋼帯の 振動、 軸の偏磨耗等が発生し、 安定操業できない可能性がある。 発明の開示 本発明の目的は、 これら従来技術の諸問題を解決し、 耐久性に優れ、 連続溶融 金属めつきの安定操業に役立つ連続溶融金属めつき浴中ロール用すベり軸受装置 を提供することにある。
本発明は、 連続溶融金属めつき浴中ロール用すベり軸受装置において、 軸と摺 動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に保 持してなることを特徴とする連続溶融金属めっき浴中ロール用すベり軸受装置で める。
本発明では、 前記軸受は、 その背面が前記保持器の内面に接して転動し、 その 内面は口ール軸と接して転動することにより変位可能であることが好ましレ、。 また、 本発明では、 前記軸受は、 有効角度 90° 超〜 160° の部分円筒形をな すものが好ましい。 なお、 より好ましくは有効角度 100° 〜 160° である。 また、 本発明では、 前記保持器内面の曲率半径を前記軸受背面の曲率半径より も大きくしてこれら両面を接触させるように構成したものが好ましい。 より具体 的には、 保持器内面と軸受背面との曲率半径の比が 1.0超〜 1.5 であることが 好ましい。 この曲率半径の比は、 より好ましくは 1.0超〜 1.2である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施形態を示す （a)は側面模式図、 （b)は （a)の A A矢視 図、 （c)は（a)の C部拡大図である。
図 2は、 断面三日月形状の軸受の例を示す断面模式図である。
図 3は、 連続溶融金属めっき工程の一般例を示す側面模式図である。
〈符号の説明〉
1 金属帯 （鋼帯）
2 スナウト
3 めっき槽 4 シンクロー/レ
5 浴中サポートローノレ
6 ワイピングノズノレ
7 浴上サポートロール
8 合金化炉
10 保持器 （リテーナ、 鋼製）
11 軸受 （硬質セラミックス焼結体）
12 スラスト受け
13 軸 発明を実施するための最良の形態
本発明では、 連続溶融金属めつき浴中ロール用すベり軸受装置において、 軸と 擠動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に 保持する構造の装置とした。
軸受材料を、 軸との摩擦係数が小さくかつ耐摩耗性に優れる硬質セラミックス 焼結体としたことにより、 浴中ロールを無駆動化できて金属帯振動の問題が解消 し、 また、 摩耗速度が遅くなつてロール交換周期が延び、 修繕費も削減できる。 そして、 軸受を保持する鋼製の保持器 （リテーナ） を、 軸受を変位可能に保持す るものとしたことにより、 めっき浴から引き揚げ後の冷却過程で、 軸受が軸受装 置隙間の残留めつき金属による力に応じてリテーナとの相対位置を変えて軸受材 料への圧縮力過負荷を回避し得るので、 硬質セラミックス焼結体の割損を防止す ることができる。
硬質セラミックス焼結体をなす硬質セラミックスとしては、 窒化珪素 （Si3N4) , サイアロン （sialcm：窒化珪素の一部の原子を A1 と〇で置換した Si-Al-O- N 系の化合物)， TiB2等がいずれも好ましく使用できる。 また、 リテーナは、 軸受 を変位可能に抱持する枠形状に構成すれば良く、 リテーナ材料の材質としては S U S 3 1 6 , S U S 3 1 6 L ( J I S規格組成を表 1に示す） のほか、 溶融金属 に耐性のある金属材料がいずれも好ましく使用できる。
(mass%)
Figure imgf000007_0001
図 1は、 本発明の一実施形態を示す （a)は側面模式図、 （b)は （a)の A A矢視 図、 （c)は（a)の C部拡大図である。 図示のように、 本発明の軸受装置は、 軸 13 と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受 11 を鋼製の保持器 （リテ ーナ） 10で保持してなる。 この軸受 11'はその背面 （軸摺動接触面の裏側の面） がリテーナ 10内面に固定されておらず変位可能である。 なお、 12は軸受 11の リテーナ 10からの抜け落ちを防止するスラスト受けである。
軸受 11 としての硬質セラミックス焼結体は、 有効角度 90° 超〜 160° の部 分円筒形をなすものが好ましい。 ここに、 部分円筒とは、 軸方向長さが有限な中 空円筒を円周方向に複数分割して得られる分割片を意味する。 なお、 ここでいう 中空円筒は、 その外周円中心軸と內周円中心軸とがー致するものだけでなくこれ ら両中心軸が不一致かつ平行なものも含む。 また、 有効角度とは、 軸 13 の回転 中心 Oから部分円筒の周長範囲を見た視角 （図 1の 0 ) である。 この有効角度 が 90° 以下であると、 めっき操業条件によっては軸 13が軸受 11をなす硬質セ ラミックス焼結体から外れてリテーナ 10をなす鋼に摺動接触し、 金属帯 1振動 や軸 13摩耗が起こることがあって安定操業が難しくなる。 一方、 前記有効角度 が 160° より大きいと、 軸受 11周方向両端からの圧縮力に対する剛性が低下し 軸受 11 が割損しやすくなる。 よって有効角度の好適範囲を 90° 超〜 160° と した。 なお、 操業安定度をより高めるためには、 有効角度は 100° 〜 160° と するのが望ましい。
また、 軸受 11 の軸摺動接触面の曲率半径は、 軸 13 の半径よりもやや大きく しておく。 軸受 11をリテーナ 10で変位可能に保持するには、 図 1 c)に示すよう にリテーナ 10内面と軸受 11背面とを、 前者の曲率半径 R 1を後者の曲率半径 R 2よりも大きくして接触させた構造とするのが好ましい。 かかる構造では、 軸 受 11背面とリテーナ 10内面とが点接触し、 接触点 Pの位置が外力に応じて円 滑に変わり得るので、 前記残留めつき金属が軸受 11 に及ぼそうとする圧縮力を 効果的に回避することがでる。
この場合、 リテーナ 10内面と軸受 11背面との曲率半径の比は 1.0超である が、 軸 13半径とリテーナ 10内面曲率半径の常用範囲に照らすと、 この比が過 大になった場合、 軸受 11背面の曲率半径が軸 13半径を下回ってしまうため、 この比は 1.5以下に制限するのがよく、 さらに、 十分な岡リ性が得られる軸受 11 肉厚 （略 20mm) を確保する観点からすれば、 この比は 1.2以下とするのがよ り好ましい。
なお、 軸受 11をなす部分円筒は、 その肉厚が周方向に均一である必要はなく、 たとえば図 2に示すように、 周方向中央部から端部にいくほど肉厚が小さくなる 所謂三日月形の断面形状を有するものであっても良い。
〈実施例〉
鋼帯 1の連続溶融亜鉛めつきラインで使用している胴直径 250nmi， 軸直径 80mmの浴中サポートロール 5に対して本発明を実施した。 このめつきライン では、 浴温 450 〜480 °C、 浴成分の Zn— 0.12〜0.20%A1の溶融亜鉛めつき浴 中に鋼帯が通される。実施形態は図 1の形態とし、軸受 11材質はサイァロン (Si6-z Alz Oz Ns-z ( z = 0超 4.2以下)）、 リテーナ 10材質は S U S 3 1 6 Lとし、 軸受 11形状は周方向均等肉厚の部分円筒形とし、 有効角度 0は 160° 、 軸受 11 背面の曲率半径 R 1は 60mm、 リテーナ 10内面の曲率半径は 63mm とした。 なお、 同サポートロールは、 従来は、 完全円筒形のサイアロン焼結体製軸受を S U S 3 1 6 L製リテーナに嵌合固定した軸受装置で支持されていた。
本発明の軸受装置で支持された浴中サポートロール Aと従来の軸受装置で支持 された浴中サポートロール Bを前記溶融亜鉛めつき浴中に 10 日間浸漬して溶融 亜鉛めつき鋼板の製造に使用した後、 引き上げて軸受の状況を観察したところ、 浴中サポートロール Bでは軸受に割損が生じていたが、 浴中サポートロール Aで は生じていなかった。
従来は割損するために実用化できなかったが、 本発明の実施以後、 この構造を 採用することでロール引き揚げ後の冷却過程における残留亜鉛の凝固収縮による 軸受 11の割損が全く発生しなくなって、 修繕費が従来の略 30%に削減でき、 ま た、 軸 13磨耗速度が従来の略 10%に低減し、 偏摩耗による鋼帯 1振動がなくな つて操業安定化が達成されるとともに、 ロール交換頻度が従来の略 50%にまで 低減するという顕著な効果が得られた。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 連続溶融金属めつき浴中ロール用軸受の耐久性が格段に向上 し、 操業安定化、 修繕費削減、 ロール交換頻度低減等を一挙に達成できるという 優れた効果を奏する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 連続溶融金属めつき浴中ロール用すベり軸受装置において、 軸と摺動接触 する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に保持して なることを特徴とする連続溶融金属めっき浴中ロール用すベり軸受装置。
2. 前記軸受は、 その背面が前記保持器の内面に接して転動することにより変 位可能である請求項 1記載の軸受装置。
3 . 前記軸受は、 有効角度 90° 超〜 160° の部分円筒形をなす請求項 1また は 2に記載の軸受装置。
4. 前記保持器の内面の曲率半径を前記軸受の背面の曲率半径よりも大きくし てこれら両面を接触させた請求項 1〜 3のいずれかに記載の軸受装置。
5 . 前記内面と前記背面との曲率半径の比が 1.0超〜 1.5 である請求項 4記
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