JPH05345930A - 通電用表面被覆カーボンロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通電ロ−ルから導電材へ通電する際に発生す
るスパ−クを防止する。 【構成】 表層に導電性の溶射被膜を形成したカ−ボン
ロ−ル 【効果】 耐摩耗性に優れ、スパ−クの発生もなく、安
定して通電が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電性材料に通電加熱
するための通電用表面被覆カ−ボンロ−ルに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、冷延鋼板の連続焼鈍炉内
における加熱方式としては、直火型無酸化加熱方式、輻
射管加熱方式、間接電気加熱方式などが用いられている
が、これら各方式は、いずれも伝熱による加熱方式であ
るので、単位時間当たりの加熱能力はあまり高くなく、
必要な総熱量を確保するためには、加熱時間を長くとら
ねばならず、必然的に加熱帯の長さが長くなる。また、
電気加熱のための抵抗発熱体の温度もあまり高温にはで
きないため加熱能力が制約され、全体として設備が長大
となる。このような伝熱による加熱方式に対して、近
年、炉内にある帯状金属に直接通電して加熱する方法が
提案されている。例えば、特開昭５９−２２２５３５号
公報にあるように、ロ−ラ−とストリップが密着しない
部分、すなわちロ−ラ−への接触始めと終わりの部分を
除いた部分で通電し、ストリップと通電ロ−ラ−間のス
パ−クを防止しようとするものである。また、特開昭６
２−５０４１８号公報は、連続熱処理炉の炉内で帯状金
属を通電加熱する際に、炉内下段の搬送ロ−ルの下面の
一部又は全部を囲繞するケ−シングを設置し、このケ−
シング内に導電性粒体の流動層を形成し、外部電源から
ケ−シング内の導電性粒体を介して帯状金属に給電して
加熱する場合に、帯状金属との間のスパ−クを防止しよ
うとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような電
極ロ−ルによって帯状金属に給電する従来の方式は、実
用面においては、次のような問題がある。すなわち、特
開昭５９−２２２５３５号公報にあっては、ロ−ル巻き
付け始めと終りに通電をせず、完全に接触すると考えら
れる状態で通電したとしても、ストリップの幅方向の不
安定接触は防止できず、ストリップエッジのスパ−クは
防止出来ない。また、特開昭６２−５０４１８号公報に
あっては、導電性粒体の流動層を常にガス圧によって鋼
帯に接触する必要があり、この接触変動によって、通電
効率に大きく影響する欠点がある。本発明は、上記のご
とき問題点を解消し、スパ−クを発生しない新規な通電
用ロ−ルを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記のよう
な課題を解決するための、通電用表面被覆カ−ボンロ−
ルであり、その特徴とするところは、導電性材料を挾持
して通電加熱する通電用ロ−ルであって、ロ−ル本体の
シェルをカ−ボン質材料から構成され、該カ−ボン質材
料の外表面に導電性材料または非伝導性材料を被覆した
ことを特徴とする通電用表面被覆カ−ボンロ−ルにあ
る。

【０００５】以下、本発明について図面に従って詳細に
説明する。図１は導電性材料１に通電して直接加熱する
場合の基本的構成を示す図であって、変圧器型の通電加
熱装置による鋼板の通電加熱例を示している。すなわ
ち、この通電加熱装置においては、入側、及び出側にそ
れぞれコンダクタ−ロ−ル２．３に沿って、導電性材料
１を通板させながら加熱するものである。この各コンダ
クタ−ロ−ル２．３の間には環状トランス４が配設され
ている。このような、導電性材料１を案内するロ−ルに
通電し、ロ−ル間に導電性材料１を介し、電流を流すこ
とにより導電性材料の電気抵抗により、導電性材料自身
が発熱して加熱されるものである。しかし、ロ−ル間を
導電性材料が連続的に通過する関係から、導電性材料は
ロ−ルと密着する部分とそうでない部分とが発生し、ま
た、加熱された導電性材料と接触する側の通電ロ−ル
は、導電性材料からの熱により膨張し、ロ−ル中央部が
脹らみ、中央部の圧力が高くなり、導電性材料のエッジ
の圧力分布が下がりはじめる。これらが、さらに進むと
導電性材料とロ−ルとの間には隙間が生じ、このような
部分的な圧力の低下が起き、導電性材料と通電ロ−ルと
は不安定接触状態となり、容易にスパ−クを発生する
が、この原因として、サ−マルクラウンによることが判
明した。従って、このサ−マルクラウンの発生を防止す
るロ−ルを採用すれば、スパ−クを発生することを防止
出来るものである。また、発生したサ−マルクラウンに
追従し、導電材料を通電側のロ−ルに密着できるよう
に、押えるロ−ルがあれば、スパ−クの発生は防止でき
る。

【０００６】そこで発明者等は、このサ−マルクラウン
を生じないロ−ル材質面を種々研究した結果、先ずサ−
マルクラウンを生じないロ−ル材質としてα／ａ（線膨
張係数／熱拡散率）の値が小さい材質に着目した。すな
わち、線膨張係数αが小さい程膨張量が小さく、熱拡散
率ａが大きい程均温性が良いので、α／ａが小さい程、
サ−マルクラウンが付きにくいことが言える。このこと
から種々の材質におけるα／ａを比較検討した結果、カ
−ボン材が他の材質に比べてα／ａの値が小さく、高い
サ−マルクラウン抑止効果が期待出来る。一方、仮にサ
−マルクラウンが発生した場合にも、被加熱材への追従
性を確保するために、縦弾性係数Ｅが小さい材質である
ことも必要である。すなわち、縦弾性係数Ｅが小さい
と、同一荷重の場合でも変形が大きく、被加熱材の変形
に対して、馴染みやすいからである。そこでこのカ−ボ
ン材は、縦弾性係数Ｅも低い値を示しており、従って、
サ−マルクラウンに対して良好な追従性がカ−ボンを用
いた通電ロ−ルにおいて得られることが判明したことか
ら、カ−ボン材によるロ−ルを選定した。

【０００７】このカ−ボンロ−ルの構造について図２に
示す。図２に示すように、カ−ボンロ−ルはシャフト５
に支持された取付け用リング７によって、中空円筒状の
カ−ボンスリ−ブ６が保持され、このカ−ボンスリ−ブ
６の表面に導電性を有する高融点であり、かつ高硬化材
を１ｍｍ以上溶射処理して、溶射被膜を形成する。この
場合の導電性を有する高融点であり、かつ高硬化材とし
ては、例えば、高炭素鋼、であるピアノ線等の金属ない
し、ＷＣ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，Ｍｏ₂Ｃ， Ｃｒ₃Ｃ₂などが
最適である。また、被膜の形成法としては、溶射だけで
はなく、セラミック、金属の含浸処理でも良い。

【０００８】また、溶射被膜をあまり厚くすると、例え
ば、高Ｃ鋼線による溶射処理の場合であると、３ｍｍ超
えると鉄の性質が顕著に現われカ−ボン質の本質的効果
を発揮することが出来なくなる。そのために、高Ｃ鋼線
の場合には、３ｍｍ程度までが最適被膜厚である。な
お、本発明については、図２に示した構造に限定される
ものではなく、カ−ボンスリ−ブとシャフトとの間が中
空である必要はなく、中実したシャフト部にカ−ボン材
質を構成し、その上に導電性を有する高融点であり、か
つ高硬化材を溶射処理して、溶射被膜を形成したもので
も、いずれでも良い。

【０００９】

【作用】更に、本発明の最大の特徴であるカ−ボンロ−
ルを用いた場合の特性について、詳細に述べる。図３は
被加熱材である、例えば鋼板の板幅方向距離とカ−ボン
ロ−ルの表面温度との関係を示す図である。この図は板
幅１５０ｍｍ，加熱温度５００℃、線電流密度２０Ａ／
ｍｍ² における板幅中心部と板幅端部との温度偏差を調
べたもので、この図から明らかなように、板幅端部から
板幅中心部間の温度偏差は１０℃程度であり、通常の鋳
鉄ロ−ルの約１／３であることがわかる。また、図４は
本発明に係るカ−ボンロ−ルの板幅方向距離とサ−マル
クラウンとの関係を示した図であって、板幅中心部と板
端部とのサ−マルクラウン量は０．５μｍ程度を示して
いる。この値は鋳鉄ロ−ルと比較して約１／６０である
ことがわかる。すなわち、カ−ボンロ−ルにおけるサ−
マルクラウン量は極めて小さい値を示すものである。

【００１０】更に、図５は本発明に係るカ−ボンロ−ル
における板幅方向距離と接触面圧との関係を示した図で
あって、カ−ボンロ−ルと板間の接触面圧分布は、線電
流密度２０Ａ／ｍｍ² における鋳鉄ロ−ルの場合と比較
すると、板幅方向の面圧差は極めて小さく、平均面圧３
ｋｇ／ｍｍ²に対して、最低面圧の２．８ｋｇ／ｍｍ²を
示し、板幅全域に亘って充分に安定した限界面圧を確保
することが可能であることがわかる。このように、カ−
ボンロ−ルは板幅端部から板幅中心部間の温度偏差、サ
−マルクラウン量の差、並びに接触面圧差がそれぞれ極
めて小さい。従って、本発明のカ−ボンロ−ルでの通電
加熱を行った場合には、極めて安定した通電加熱が可能
であることが明確である。

【００１１】

【実施例】図１に示すような変圧器型の通電加熱装置に
おいて、外形２３０ｍｍ，胴長６００ｍｍの表面に高炭
素鋼を溶射処理したカ−ボンロ−ルを上下２対用いて通
電ロ−ル間隔２．３ｍで１５０ｍｍ幅、０．４ｍｍ厚の
リムド鋼板（０．０６％炭素）を使用し、通板速度を６
〜６０ｍ／ｍｉｎの範囲で行った。本発明のカ−ボンロ
−ルは温度拡散係数が高く、熱膨張率が鉄の約１／１０
の材質を用いた結果、高温の鋼板と接しても鋼板幅方向
の温度分布が±５℃以内であり、熱による変形は、略０
とすることができ、圧力分布も一定に保つことが出来
た。

【００１２】また、平均圧下力３ｋｇ／ｍｍ²、 通電電
流は最大６０００〔Ａ〕を通電した。その結果、鋼板板
幅１ｍｍ当たりの通電電流は最大の４０〔Ａ〕を通じ、
常温から１１００℃までの加熱する間のどの温度でもス
パ−クの発生はなく、安定した加熱が可能であるばかり
でなく、均一に鋼板と通電ロ−ルが接触することから、
板からのロ−ルへの抜熱も略均等に行なわれ、ロ−ル通
過後の鋼板板幅方向温度分布も±５℃以内と良好であ
り、温度差による鋼板の変形も全く行われなかった。次
に、通電ロ−ルとして外径２３０ｍｍの鋳鉄ロ−ルを用
い、押えロ−ルとして表面にＡｌ₂Ｏ₃を溶射したカ−ボ
ンロ−ルを用い上記と同じ条件で通電を行った。上記と
同様スパ−クの発生のない通電が可能であった。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る通電カ
−ボンロ−ルを使用しての通電加熱によれば、導電性材
料に対して極めて広い面積に亘って、一様に安定した通
電加熱ができるので、通電部の導電性材料の単位面積当
りの電流量、すなわち、電流密度をそれほど高くする必
要なくして、導電性材料に流し得る総電流量は大きくな
り、所要昇温量に対する加熱帯の必要長さを短くするこ
とができ、かつ電極ロ−ルと導電性材料との間のスパ−
クがなくなり、従って、ア−ク疵が発生せず、導電性材
料の板幅方向温度分布も均一な加熱が行われ、かつ導電
性材料の疵発生を防止できる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】導電性材料に通電して直接加熱する基本構成
図、

【図２】本発明に係るカ−ボンロ−ル構造を示す図、

【図３】鋼板の板幅方向距離とカ−ボンロ−ルの表面温
度との関係を示す図、

【図４】本発明に係るカ−ボンロ−ルの板幅方向距離と
サ−マルクラウンとの関係を示した図、

【図５】同、本発明に係るカ−ボンロ−ルにおける板幅
方向距離と接触面圧との関係を示した図である。

【符号の説明】

１ 導電性材料、 ２ 入側コンダクタ−ロ−ル、 ３ 出側コンダクタ−ロ−ル、 ４ 環状トランス、 ５ シャフト、 ６ カ−ボンスリ−ブ、 ７ 取付用リング、 ８ 溶射被膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 裕之 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 石元 忠志 兵庫県姫路市広畑区富士町１番地 新日本 製鐵株式会社広畑製鐡所内 (72)発明者 永瀬 隆夫 兵庫県姫路市広畑区富士町１番地 新日本 製鐵株式会社広畑製鐡所内 (72)発明者 深澤 晴雄 兵庫県姫路市広畑区富士町１番地 新日本 製鐵株式会社広畑製鐡所内 (72)発明者 佐藤 裕紀 神奈川県茅ヶ崎市浜竹４−５−58 (72)発明者 八尾 祐吾 神奈川県平塚市入野字宮の腰36−５ (72)発明者 生田 文昭 神奈川県厚木市岡田1701−３ (72)発明者 谷野 守彦 神奈川県平塚市四之宮798−２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電材料を挾持して通電加熱する通電用
   ロ−ルであって、ロ−ル本体のシェルをカ−ボン質材料
   から構成され、該カ−ボン質材料の外表面に導電性材料
   もしくは非導電性材料を被覆したことを特徴とする通電
   用表面被覆カ−ボンロ−ル。