JPH0864341A - 通電ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加熱材からの入熱を幅方向に充分に熱移送
させることができ、サーマルクラウンの発生がほとんど
ない通電ロールを提供すること。 【構成】 連続送給される被加熱材の高温領域で該被加
熱材に接触する通電ロールであって、金属シェルにヒー
トパイプが埋め込まれ、該ヒートパイプの直径が２０〜
３０ｍｍであることを特徴とする通電ロール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通電ロールに関する。
さらに詳しくは、たとえば帯状鋼板などに焼入れ、焼な
ましなどの熱処理を施す際に用いられる通電ロールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、帯状鋼板などに焼入れ、焼なまし
などの熱処理を施すための通電加熱装置として、連続送
給される帯状鋼板をその送給路に沿って所定間隔を隔て
て配置された通電ロールに接触させ、これら両通電ロー
ル間に電圧を印加して帯状鋼板を通電加熱するための通
電加熱装置が知られている。

【０００３】前記通電加熱装置において、加熱出側の通
電ロールは、通電加熱によって高温になった帯状鋼板に
よって加熱されるが、このとき、通電ロールの軸方向の
長さは、帯状鋼板の幅よりも長いので、通電ロールの中
央近傍の接触部分が直接かつ集中的に加熱され、該通電
ロールの両末端近傍の非接触部分は、それほど加熱され
ない。したがって、通電ロールには、その製造時の直径
寸法が完全であっても、稼動中に軸方向に温度偏差が生
じ、直径偏差（以下、サーマルクラウンという）が発生
する。

【０００４】このように、通電ロールにサーマルクラウ
ンが発生したばあいには、通電ロールと帯状鋼板との
間、とくに両者の間隙が大きくなる帯状鋼板のエッジ部
分で接触不良が生じ、両者間でスパークが発生し、通電
ロールの表面および帯状鋼板の表面にスパーク疵が入
り、とくに通電ロールのスパーク疵は、以降継続的に帯
状鋼板に転写疵を生じさせてしまうという問題がある。
そしてこの結果、通電ロールの寿命の低下や帯状鋼板の
品質低下などがひきおこされる原因となっていた。

【０００５】そこで、前記通電ロールのサーマルクラウ
ンに起因する通電ロールと被加熱材との間でのスパーク
の発生を防止するために、通電ロール内にヒートパイプ
が装着された均温ロールが用いられた通電加熱装置が提
案されている（特開平５−６２７６２号公報）。

【０００６】しかしながら、前記均温ロールを用いて通
電テストを行なったところ、被加熱材から均温ロールへ
の入熱がヒートパイプの熱移送能力をこえ、均温ロール
の幅方向の均温化が不可能となり、サーマルクラウンが
発生し、均温ロールと被加熱材との間でスパークが生じ
ることがあるという問題が依然残されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、前記従来技術に鑑みて被加熱材からの入熱を幅方向
に充分に熱移送させることができ、サーマルクラウンの
発生量が小さい通電ロールを提供することを目的として
鋭意研究を重ねた結果、ヒートパイプの直径を従来品
（１０〜１５ｍｍ）よりも大きくし、特定の範囲内にあ
るように調整したところ、サーマルクラウンの発生をほ
とんど抑えることができることを見出し、本発明を完成
するにいたった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、連
続送給される被加熱材の高温領域で該被加熱材に接触す
る通電ロールであって、金属シェルにヒートパイプが埋
め込まれ、該ヒートパイプの直径が２０〜３０ｍｍであ
ることを特徴とする通電ロールに関する。

【０００９】

【作用および実施例】本発明の通電ロールは、前記した
ように、連続送給される被加熱材の高温領域で該被加熱
材に接触する通電ロールであって、金属シェルにヒート
パイプが埋め込まれ、該ヒートパイプの直径が２０〜３
０ｍｍであることを特徴とするものである。

【００１０】本発明においては、通電ロールの金属シェ
ルにヒートパイプが内蔵されているので、高温の被加熱
材によって該通電ロールの接触部分が直接的かつ集中的
に加熱されたばあいであっても、該ヒートパイプによっ
て熱が通電ロールの非接触部分に実質的に移動し、通電
ロールの軸方向における温度偏差が抑えられ、その結
果、通電ロールのサーマルクラウンの発生が効果的に防
止される。

【００１１】さらに、本発明においては、ヒートパイプ
の直径が特定の範囲内となるように設定されているの
で、被加熱材から通電ロールへの入熱がヒートパイプの
熱移送能力の範囲内におさまり、通電ロールの幅方向の
均温化が図られる。

【００１２】また、さらに本発明においては、ヒートパ
イプが通電ロールの表面から特定の深さの位置に設けら
れているばあいには、通電に必要な面圧に耐え、しかも
通電ロールの均温化が図られるという利点がある。

【００１３】以下、本発明の通電ロールを図面にもとづ
いて説明する。

【００１４】図１は、本発明の通電ロールの一実施態様
を示す径方向の断面における概略説明図である。

【００１５】図１において、通電ロール３は、たとえば
帯状鋼板などの被加熱材の高温領域で該被加熱材に接触
されるものであり、ヒートパイプ２を内蔵した金属シェ
ル１および空洞部４を有する。

【００１６】通電ロール３において、金属シェル１に内
蔵されたヒートパイプ２は、該金属シェル１において軸
方向に沿って複数本設けられている。

【００１７】ヒートパイプ２は、密閉管体内に熱媒が封
入されたものであり、熱媒が密閉管体の高温側で蒸発
し、生成した蒸気が該密閉管体の低温側で冷却され、凝
縮して液体に戻るという機能を有するものであり、凝縮
液は、毛細管作用または遠心力により、高温側に戻る。
このとき、高温側では、蒸発に必要な潜熱が熱媒に供給
され、低温側でその熱が放出される。

【００１８】なお、ヒートパイプ２に用いられる熱媒
は、帯状鋼板などの被加熱材の目的とする加熱温度によ
って異なる。かかる熱媒の具体例としては、たとえば
水、ナフタリン、ナトリウムなどがあげられる。前記熱
媒には、最適な作動温度範囲があり、たとえば水のばあ
いで３００℃程度まで、ナフタリンのばあいで３００〜
４００℃程度まで、ナトリウムのばあいで１０００℃程
度までである。

【００１９】本発明者らの研究によれば、ヒートパイプ
２の熱移送能力はヒートパイプ２の直径の３乗に比例す
るという知見が実験結果によってえられた。したがっ
て、通電ロール３のように被加熱材との接触性がよく、
入熱量が多いばあいには、直径が小さいヒートパイプ２
の本数を増やすだけでは、熱移送能力に支障をきたし、
サーマルクラウンが発生するようになる。

【００２０】これに対して、本発明においては、ヒート
パイプ２の直径（内径）ｄが特定の範囲、すなわち２０
〜３０ｍｍの範囲内に設定されているので、サーマルク
ラウンの発生が効果的に抑制されるという効果が奏され
るのである。

【００２１】前記金属シェル１に設けられるヒートパイ
プ２の数は、図１では１６本設けられているが、現実に
は、該金属シェル１の外径などによって異なるので一概
には決定することができないが、通常、金属シェル１の
直径が３００〜６００ｍｍの通電ロール３に対しては、
サーマルクラウンの発生量を充分に小さくさせ、かつ通
電に必要な面圧に耐えるロール強度を確保させるという
観点から３０〜５０本であることが好ましい。

【００２２】前記ヒートパイプ２の金属シェル１の表面
からの埋め込み深さｔは、あまりにも浅いばあいには、
通電に必要な通電ロール３と被加熱材とのあいだの接触
圧により、金属シェル１の表面が塑性変形するようにな
り、またあまりにも深いばあいには、幅方向の均温効果
が大幅に低下し、サーマルクラウンの発生、ひいてはス
パークの発生を招くようになるため、通常５〜１５ｍｍ
程度であることが好ましい。

【００２３】また、本発明においては、サーマルクラウ
ンの発生を効果的に防止するために、ヒートパイプ２の
長さは、金属シェル１の幅と同一であるか、または該金
属シェル１の幅に近い長さであることが好ましい。

【００２４】前記金属シェル１の直径は、えられる通電
ロール３の用途などによって異なるので一概には決定す
ることができないが、たとえば該通電ロール３を帯状鋼
板を７５０〜９００℃程度で熱処理する際に用いるばあ
いには、３００〜６００ｍｍ程度とすることが好まし
い。

【００２５】前記金属シェル１には、空洞部４が設けら
れており、該空洞部４内に、必要により、たとえば水な
どの冷媒を導入することによってヒートパイプ２の加熱
温度が所定の作動温度範囲内となるように調整すること
ができる。

【００２６】空洞部４の直径は、とくに限定がなく、通
常は３０〜１００ｍｍ程度である。

【００２７】なお、通電ロール３の軸（図示せず）の外
径は、充分な機械的強度を有し、かつ通電に必要な圧下
力にて該軸がたわみ、軸方向の圧下力の分布が不均一と
なり、とくに中央付近が圧下力不足とならないようにす
るために、２００〜４００ｍｍ程度であることが好まし
い。

【００２８】前記のように構成された本発明の通電ロー
ル３は、通電加熱の際、高温となった帯状鋼板などの被
加熱材によって加熱されるが、このとき、通電ロール３
の中央付近が直接的かつ集中的に加熱されるので、かか
る中央付近がヒートパイプ２の高温側に相当する。ま
た、通電ロール３の両端近傍は、それほど加熱されない
ので、ヒートパイプ２の低温側に相当する。

【００２９】ここで、本発明においては、ヒートパイプ
２の直径ｄが、前記したように２０〜３０ｍｍであるの
で、ヒートパイプ２内の熱媒の蒸発、凝縮作用によって
高温側の熱が実質的に低温側に通電ロールの入熱に対し
てオーバースペックとならず、かつドライアウトの発生
なく移動される。熱媒の蒸発・凝縮は、ごく小さい温度
差でも起こる相変化過程であり、これによって、通電ロ
ール３の軸方向における温度偏差がごくわずかに抑えら
れる。このことにより、通電ロール３には、サーマルク
ラウンが発生することがほとんどない。

【００３０】また、ヒートパイプ２が通電ロール３の表
面から特定の埋め込み深さ（５〜１５ｍｍ）に設けられ
たばあいには、通電に必要な面圧に耐え、しかも通電ロ
ール３の均温化が図られるという利点がある。

【００３１】つぎに本発明の通電ロールを実施例にもと
づいて詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００３２】実施例１ 直径が２０ｍｍ、移送距離が７００ｍｍ、熱媒が水であ
るヒートパイプを用意し、該ヒートパイプを、直径４０
０ｍｍ、内孔径２５０ｍｍ、幅１５００ｍｍの低合金鋼
製シェルの表面から深さ１５ｍｍの位置に４０本を等間
隔で埋め込み、シェルの空洞部に冷却水を導入しながら
幅９００ｍｍの鋼板を７５０℃に通電加熱するために３
０分間稼動させたところ、通電ロールの幅方向の温度偏
差が数℃以下であり、スパークレスの通電を行なうこと
ができた。

【００３３】実施例２ 実施例１において、ヒートパイプとして、直径が２０ｍ
ｍのものから３０ｍｍのものに変更したほかは、実施例
１と同様にして通電ロールを３０分間稼働させたとこ
ろ、通電ロールの幅方向の温度偏差が数℃以下であり、
スパークレスの通電を行なうことができた。

【００３４】比較例１ 実施例１において、ヒートパイプとして、直径が２０ｍ
ｍのものから１５ｍｍのものに変更したほかは、実施例
１と同様にして通電ロールを３０分間稼動させたとこ
ろ、ヒートパイプのドライアウトが発生し、通電ロール
に過大な幅方向の温度偏差が発生し、鋼板と通電ロール
とのあいだで激しいスパークが発生した。

【００３５】実施例１〜２および比較例１の結果から、
ヒートパイプの直径が２０〜３０ｍｍのものを用いたば
あいには、通電ロールへの入熱に対してオーバースペッ
クとならず、ドライアウトの発生がなく、またいちじる
しく不均一な入熱があったばあいであっても、サーマル
クラウンの発生がないことがわかる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の通電ロールには、ヒートパイプ
が用いられており、被加熱材から通電ロールの接触部分
への直接的かつ集中的な伝熱が該通電ロールの非接触部
分へヒートパイプによって実質的に移動されるので、該
通電ロールのサーマルクラウンの発生を抑制することが
できるという効果が奏される。

【００３７】また、本発明の通電ロールに用いられたヒ
ートパイプの直径が特定のもの（２０〜３０ｍｍ）であ
るので、通電ロールへの入熱に対してオーバースペック
とならず、ドライアウトの発生がなく、またいちじるし
く不均一な入熱があったばあいであっても、サーマルク
ラウンの発生がないという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の通電ロールの一実施態様を示す径方向
の断面における概略説明図である。

【符号の説明】

１ 金属シェル ２ ヒートパイプ ３ 通電ロール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続送給される被加熱材の高温領域で該
   被加熱材に接触する通電ロールであって、金属シェルに
   ヒートパイプが埋め込まれ、該ヒートパイプの直径が２
   ０〜３０ｍｍであることを特徴とする通電ロール。
2. 【請求項２】 ヒートパイプの埋め込み深さが５〜１５
   ｍｍである請求項１記載の通電ロール。
3. 【請求項３】 金属シェルの直径が３００〜６００ｍｍ
   であり、ヒートパイプの使用本数が３０〜５０本である
   請求項１または２記載の通電ロール。