JPH11181530A - 金属帯の直接通電加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】通電加熱時に金属帯幅方向における加熱温度の
分布を制御することができ、金属帯の形状不良やロール
のサーマルクラウンの発生に起因するスパーク発生を防
止することのできる通電加熱方法を提供することを課題
とする。 【解決手段】上流および下流側通電ロールはそれぞれ３
個以上とし、上流側通電ロールと金属帯の走行方向直下
流の通電ロールとをそれぞれ対にして、各対の通電ロー
ルをそれぞれ単独で通電量の制御をすると共に、通電ロ
ールと金属帯との接触全長を上流側および下流側ロール
とも金属帯の幅以下としてスパークの発生を防止して通
電加熱する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通電ロールにより
走行する金属帯に直接通電し金属帯を加熱する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている、通電ロールを介
して金属帯に直接通電を行い、ジュール熱を利用して加
熱する直接通電加熱装置の原理は極めて単純である。

【０００３】図３は、従来の直接通電加熱装置を説明す
るための図で、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は図３
（ａ）のＡＡ断面図である。

【０００４】この装置は、電源６、通電ロール１、２、
押えロール３、４および電源と通電ロールとを接続する
ための導電部材７で構成されている。

【０００５】従来の通電ロール１、２および押さえロー
ル３、４はそれぞれ１本のロールで、図３（ｂ）に示す
ように金属帯５の幅よりも各ロール１、３の幅の方が大
きい。このような装置を用いた通電加熱方法には次のよ
うな問題がある。

【０００６】１）金属帯の通電域（上流側通電ロール１
と下流側通電ロール２との間）における金属帯の幅方向
での電流量はほぼ同じとなるので、加熱後の金属帯の幅
方向における温度分布が均一にならない。すなわち、金
属帯の両エッジ部Ｅではその中央部Ｃよりも放熱が大き
いため、加熱した直後の金属帯の幅方向の温度分布が均
一であっても、時間が経過するにつれ両エッジ部が中央
部に比べ低い温度になる。

【０００７】２）従来の通電ロールでは、金属帯エッジ
における「かえり」、すなわち条切りまたは端部トリミ
ングによる切断時に発生する垂れ、および剛性の高い金
属帯における帯幅方向の反りや波打ちなどの板形状には
追従できない。したがって、通電ロールの金属帯への接
触が不安定となりスパークが発生する。

【０００８】図４は、金属帯エッジにおける「かえり」
による通電ロールの金属帯への接触不良を示す図であ
る。同図に示すように、通電ロール１と押さえロール３
間の金属帯５の両エッジにかえり８があるために、通電
ロール１は金属帯５に密着しない。

【０００９】図５は、剛性の高い金属帯における幅方向
の反りによる通電ロールの金属帯への接触不良を示す図
である。同図に示すように通電ロール１と押さえロール
３間の金属帯５が反っているためにやはり通電ロール１
は金属帯５に密着しない。

【００１０】３）特に下流側（高温側）の通電ロール２
は、被加熱材である金属帯からの熱により加熱され、半
径方向に熱膨張し（以下サーマルクラウンと称する）、
ロール中央部で最も大きく膨張して直径が最大となり、
通電ロールの金属帯への接触が不安定となる。

【００１１】図６は、サーマルクラウンによる通電ロー
ルの金属帯への接触が不安定になる状態を示す図であ
る。

【００１２】一般に、直接通電加熱により走行する金属
帯を高温域まで加熱する場合には、数千〜数万［Ａ］の
電流を投入する必要があり、通電ロールと金属帯間での
安定接触が確保されなければ容易にスパークが発生し、
製品品質を著しく劣化させる。

【００１３】本発明者らの実験、解析によればサーマル
クラウンが約１０μｍ以上になれば、通電ロールと板エ
ッジにおける隙間においてスパークが発生するとの知見
も得られている。

【００１４】上記１）の金属帯の幅方向の温度分布の均
一化対策としては、温度降下防止用のカバーを設けた
り、またカバー内の温度を被加熱材温度と同等にまで加
熱、制御する方法があるが、設備の大型化や設備コスト
の増大を招くことになる。また、通電加熱前または後
で、エッジヒータにより金属帯のエッジのみを加熱して
金属帯の幅方向を中央部に比べ高温にする方法がある
が、エッジヒータの導入が必要となる。

【００１５】上記２）、３）のような接触不良に対し
て、強制的にロールを圧下して安定接触させる方法があ
るが、圧延機並のパワーを備えた圧下機構やロール駆動
設備等が必要となり、設備コストが莫大となる。

【００１６】特開平５−２９５４２１号公報には、押え
ロールを分割ロールとして径方向にそれぞれ可動自在と
することで、押さえロールを通電ロールに発生したサー
マルクラウン形状に追従させてスパークの発生を防止す
る通電加熱装置が開示されている。

【００１７】しかしながら、この装置でもかえりのある
金属帯や反りのある剛性の高い金属帯の場合には、通電
ロールと金属帯間での安定接触の確保は困難であり、ス
パークが発生して金属帯に疵が生じる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、通電加熱時
に金属帯幅方向における加熱温度の分布を制御すること
ができ、金属帯の形状不良やロールのサーマルクラウン
の発生に起因するスパーク発生を防止することのできる
通電加熱方法を提供することを課題とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】金属帯の通電加熱方法に
係わる本発明の要旨は以下の通りである。

【００２０】「金属帯の走行方向の上流側と下流側の通
電ロールから金属帯に直接通電して、ジュール発熱を利
用して金属帯を加熱する直接通電加熱方法において、上
流および下流側通電ロールはそれぞれ金属帯の幅方向
に、ロール軸が金属帯の進行方向と直交するように３個
以上配置し、金属帯の幅方向で同じ位置に相当する上流
側通電ロールと下流側通電ロールとをそれぞれ対にし
て、各通電ロール対毎に通電量を制御することにより、
金属帯の幅方向における温度分布を制御すると共に、上
流側通電ロールと金属帯との全接触長および下流側ロー
ルと金属帯との接触全長をそれぞれ金属帯の幅以下とし
てスパークの発生を防止して通電加熱することを特徴と
する金属帯の直接通電加熱方法」本発明者らは、通電加
熱により金属帯を加熱するに際し、幅方向における加熱
温度分布を自由に制御することができ、かつ金属帯と通
電ロール間でのスパークの発生を防止することができる
加熱方法の開発を目指し、種々実験、研究を重ねた結果
以下の知見を得るに至った。

【００２１】ａ）金属帯の幅方向における温度分布を制
御するには、通電ロールを幅方向に３個以上に分割した
狭幅のロールとするのがよい。

【００２２】ｂ）金属帯エッジの「かえり」による通電
ロールと金属帯との接触不良を改善するには、通電ロー
ルの金属帯への接触幅を金属帯幅よりも小さくし、通電
ロールが金属帯のエッジに接触しないようにするとよ
い。

【００２３】ｃ）また、通電ロールのサーマルクラウン
や金属帯の形状不良による接触不良を防止のためにも、
通電ロールは狭幅にして金属帯の幅方向に複数並べて使
用するのがよい。

【００２４】以下、本発明の実施の形態につて説明す
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の通電加熱方法を
説明するための図である。

【００２６】この図は、上流側（低温側）および下流側
（高温側）の通電ロールにそれぞれ３本の狭幅通電ロー
ル（１ａ〜１ｃと２ａ〜２ｃ）を用いた例で、３ａ〜３
ｃは低温側通電ロール１ａ〜１ｃの押えロール、４ａ〜
４ｃは高温側通電ロール２ａ〜２ｃの押えロールであ
る。

【００２７】上流側通電ロールとその直下流の通電ロー
ルとがそれぞれ対になっていて、それぞれ異なった電源
から給電される。すなわち、１ａと２ａ、１ｂと２ｂ、
１ｃと２ｃが対になり、電源は各６ａ〜６ｃである。

【００２８】被加熱材である金属帯５は、電源６ａ〜６
ｃから導電部材７ａ〜７ｃを通して各通電ロールに給電
される。

【００２９】上流側通電ロールおよび下流側通電ロール
はそれぞれ３個以上とし、各対の通電ロール毎に異なる
電源に接続するのは、金属帯の幅方向における各位置に
より給電量を変えるためである。前記したように金属帯
のエッジ部は中央部よりも放熱されやすいため、幅方向
に同一条件で加熱しても加熱後はエッジ部は中央部に比
べ低い温度になる。したがって、金属帯の幅方向の温度
分布を均一にするには、最小限金属帯の幅方向ではエッ
ジ部の２ヶ所と中央部１ヶ所との３ヶ所に分けて給電し
なければならない。そのため、通電ロールを３個以上と
した。多くするほど幅方向できめ細かい温度制御が可能
であるが、３〜５個程度が適当である。なお、金属帯の
幅方向に並べた通電ロールは、ロール間を少しあけて配
置するとよいが、あまりあけると金属帯の幅方向の温度
分布を均一にすることができなくなる。この間隔は、板
厚、材質（熱伝導度）や加熱温度により異なるので適宜
実験をおこない適当な間隔を求めておくのがよい。

【００３０】図２は、図１で示した上流側通電ロールの
断面図である。各通電ロール１ａ〜１ｃは、個々のハウ
ジング１０内にチョック１１を介して設置されている。
押えロール２ａ〜２ｃも通電ロールと同じ構造となって
おり、さらに図示しない空圧あるいは油圧式のシリンダ
ー等を介して上下に昇降可能な構造となっている。設置
スペース等の制約がある場合には、昇降機構は、通電ロ
ールに取り付けても良く、あるいは通電ロール、押えロ
ール双方に設けてもよい。

【００３１】また、通電ロールには、電源から導電部材
７、摺動ブラシ９を介して給電される。なお、下流側通
電ロールも上記上流側通電ロールと同じ構造でよい。

【００３２】金属帯の幅方向で加熱温度が均一になるよ
うにするには、下流側通電ロールの入側に設けた放射温
度計等（図示しない）を用いて加熱温度を測定し、温度
降下量を補うように金属帯両エッジ部側の狭幅通電ロー
ルへの通電量を増大させるとよい。したがって、通電ロ
ールの幅方向分割数を増やせば、より均一な加熱が可能
となる。

【００３３】次に、通電ロールの有効な鋼帯との接触幅
（以下バレル幅と称す）および径について説明する。

【００３４】各通電ロールのバレル幅の合計長Ｌについ
ては、被加熱材である金属帯の幅Ｗに対して、Ｌ＜Ｗな
る関係を満たさねばならない。すなわち、金属帯幅より
も全バレル幅を狭くすることで、金属帯エッジに残存し
ているシャー切断やトリム後のかえりを回避して通電ロ
ールを金属帯に接触させることができる。このようにか
えりが存在していてもロールと金属帯間の接触安定化が
図れるので、スパークの発生を防止することができる。

【００３５】また、個々の通電ロールのバレル幅を狭く
することにより、サーマルクラウンの大きさを１０μｍ
以下に抑制することができ、これに起因するスパークを
防止することができる。また、狭幅通電ロールは大きな
波打ち等の形状不良に対しても有効である。

【００３６】ロールバレル端部の形状については、面取
りしてもしなくても、また、丸めてもよい。

【００３７】各通電ロールのバレル幅の合計長Ｌは金属
帯幅、金属帯厚、必要な投入電流量により決定され、下
記（１）、（２）式なる関係を満たすのが望ましい。

【００３８】 Ｌ≧３．１９×１０^-5×（Ｉ−２．７５Ｐ）²×Ｅ／（Ｐ・Ｄ）・・・（１） ただし、Ｉ：通電電流量（単位、Ａ（アンペア）） Ｅ：ロールのヤング率（ｋｇｆ／ｍｍ²） Ｄ：ロールの直径（ｍｍ） Ｐ：ロール圧下力（ｋｇｆ） Ｉｄ≦２．７５×Ｐｄ＋８２．２５ ・・・・・・・・・・・・・・ （２） ただし、Ｉｄ：電流密度（Ａ／ｍｍ²） Ｐｄ：ピンチ圧力（ｋｇｆ／ｍｍ²） 通電ロールの材質としては、固有抵抗の低い導電性に優
れた銅あるいは高温での強度、耐酸化性、耐食性が必要
な場合には耐熱ステンレス鋼等を用いるのがよい。

【００３９】次に、押えロールであるが、バレル幅につ
いては対になる通電ロールの形状と同様とするのが望ま
しいが、径については特に制約はない。

【００４０】材質は、耐熱性のゴム等の弾性体が望まし
いが、熱間域まで加熱する場合には金属を用いるのが望
ましい。

【００４１】このような、通電ロールを狭幅バレルロー
ルとすることにより、サーマルクラウン対策となり、ま
た形状不良の金属帯に対しても、金属帯とロール間にお
ける安定接触が可能となり、通電時に発生するスパーク
を防止することが可能となる。

【００４２】なお、金属帯の材質は導電できる金属帯で
あればよく、一般にはステンレス鋼や炭素鋼の鋼帯が好
適である。

【００４３】

【実施例】次に、本発明の効果を具体的な実施例に基づ
き説明する。

【００４４】被加熱材として、厚さ１ｍｍ、幅６００ｍ
ｍのオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４冷延鋼
帯を用いた。この冷延鋼帯を条切して幅２００ｍｍの加
熱用鋼帯とした。表１に示すように、切断したままでエ
ッジ部にかえりを残し、かつ反りのない加熱用鋼帯、条
切り後エッジ部を機械加工によりかえりを除去し、反り
のある加工用鋼帯、およびかえりも反りもない加工用鋼
帯の３種類を準備した。

【００４５】

【表１】

【００４６】図７は、鋼帯のエッジ部のかえり高さおよ
び反り量を説明するための鋼帯断面図で、図７（ａ）は
かえり高さ、同図（ｂ）は反り量を示す図である。

【００４７】表１に示したかえり高さ、反り量は、図７
に示すｈとＨをいう。

【００４８】本発明例として図１、２に示す構造の通電
加熱装置を用いた。通電ロールは、ロールバレル幅６０
ｍｍ、ロール直径１００ｍｍの炭素鋼からなるロールを
鋼帯幅方向に上流側、下流側のロール各３個配置した。
また、ロールバレル端部は、いずれも３Ｒの丸め面取り
加工とした。

【００４９】従来例として、図３に示した構造の通電装
置を用いた。通電ロールのバレル幅は３００ｍｍとし
た。また、押えロールは通電ロールと同寸法とし、ロー
ル直径は１００ｍｍとした。上流側と下流側とのロール
間隔は、全て３００ｍｍとした。このような装置によ
り、表２に示す条件で通電加熱をおこなった。

【００５０】

【表２】

【００５１】なお、本発明の実施例については各狭幅ロ
ール組、１ａ−２ａ、１ｂ−２ｂ、１ｃ−２ｃに対して
独立して、表２に示すように電流量の制御をおこなっ
た。

【００５２】通電加熱した後、スパーク発生状況を調べ
た。その結果を表２に併せて示す。なお、スパーク発生
の判定は小型監視カメラ、ロールおよび板表面の目視観
察によりおこなった。

【００５３】表２から明らかなように、本発明例におい
てはスパークの発生は認められず、板表面におけるスパ
ーク疵の発生は皆無であった。

【００５４】また、各ロールのバレル当たりのサーマル
クラウンについて加熱終了後にレーザ変位計により測定
した。その結果は表２に示す通りであった。

【００５５】それに対して、従来例の場合では、金属帯
端部でのかえり等の形状不良に起因したスパークが通電
開始後ただちに観察されたため加熱を中断した。

【００５６】また、従来例として加熱した鋼帯符号３の
場合、加熱開始後約１５分でサーマルクラウンに起因し
たスパークが連続的に発生しているのが観察されたた
め、途中で加熱を中断した。

【００５７】次に、鋼帯符号１と３の鋼帯を用いて加熱
後の板幅方向の温度分布を測定した。表３に示すよう
に、目標加熱温度を２００℃から２００℃間隔で１００
０℃までの温度に加熱し、下流側給電ロール入り側直近
の位置に放射温度計を設置して鋼帯の両エッジと中央部
の温度を測定した。その結果を表３に併せて示す。

【００５８】

【表３】

【００５９】表３より明らかなように、本発明の実施例
においては、各狭幅ロール組に対して独立に電流制御を
行っているため温度偏差は、加熱温度によらず１０％以
下と小さく、幅方向に均一加熱が可能であった。

【００６０】それに対して、従来例では加熱温度が高く
なるにつれ温度偏差が増大し、均一加熱は不可能であっ
た。

【００６１】

【発明の効果】本発明の加熱方法によれば、加熱温度に
よらず板幅方向にも均一な加熱が可能であり、かつかえ
りのある金属帯や反りのある剛性の高い金属帯であって
も、スパークを発生させることなく安定した通電加熱が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直接通電加方法を説明するための概略
図である。

【図２】本発明の通電ロールの断面図である。

【図３】従来の通電加熱方法を説明するための図であ
る。

【図４】金属帯エッジにおける「かえり」による通電ロ
ールの金属帯への接触不良を示す図である。

【図５】剛性の高い金属帯における帯幅方向の反りによ
る通電ロールの金属帯への接触不良を示す図である。

【図６】サーマルクラウンによる通電ロールの金属帯へ
の接触が不安定になる状態を示す図である。

【図７】鋼帯のエッジ部のかえり量および反り量を説明
するための図である

【符号の簡単な説明】

１：上流側通電ロール ２：下流側通電ロール ３：上流側押えロール ４：下流側押えロール ５：被加熱材（金属帯材） ６：電源 ７：短絡部材 ８：ロール軸 ９：摺動ブラシ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属帯の走行方向の上流側と下流側の通電
   ロールから金属帯に直接通電して、ジュール発熱を利用
   して金属帯を加熱する直接通電加熱方法において、通電
   ロール軸が金属帯の進行方向と直交するように上流およ
   び下流側通電ロールをそれぞれ金属帯の幅方向に３個以
   上配置し、金属帯の幅方向で同じ位置に相当する上流側
   通電ロールと下流側通電ロールとをそれぞれ対にして、
   各通電ロール対毎に通電量を制御することにより、金属
   帯の幅方向における温度分布を制御すると共に、上流側
   通電ロールと金属帯との全接触長および下流側ロールと
   金属帯との全接触長をそれぞれ金属帯の幅以下としてス
   パークの発生を防止して通電加熱することを特徴とする
   金属帯の直接通電加熱方法。