JPS60131924A - 熱処理用ハ−スロ−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】 し発明の分野］ 本発明は、竪型連続焼鈍炉内に設置されるハースロール
に関し、さらに詳しく述べると、帯状金属材料の熱処理
に用いられる竪型連続焼鈍炉内における、加熱帯、均熱
帯などの高温処理帯域において、」；記帯状金属材判の
搬送用として用いられるハースロ一ルに関するものであ
る。

し発明の背景］ 連続焼鈍炉は上流側から加熱、均熱、冷却の各帯域で構
成され、帯状金属材料はこれらの帯域を順次通過しなが
ら目的に応じた適正な熱処理が施される。

このような装置における操業上の問題として、帯状金属
材料の幅方向への蛇行と帯状金属材料内に生じる座屈と
がある。

上記の帯状金属材料の蛇行を防止する手段として従来、
いわゆるベルト車における蛇行防止と同一の原理を応用
した、中高のクラウンを有するハースロール形状を採用
することによってこの問題を回避している。

このような形状のハースロールは帯状金属材料の蛇行を
防止する機能を有するが、ハースロールの両端に先細り
テーパを設けたハースロールを用いたときはそのテーパ
の傾斜角度が過大な場合、ラウンドクラウンロールを用
いたときはその曲線クラウンの曲率半径が小さすぎる場
合、あるいは帯状金属材料の長手方向の張力を増大した
場合に、帯状金属材料面内に不均二張力によって誘起さ
れた圧縮応力が発生し、この応力が帯状金属材料を座屈
させるという新たな問題を引き起こす。

広範な寸法や材質、熱処理条件等の異なる帯状金属材料
に生じる蛇行および座屈を防止するために、ハースロー
ルの形状、例えばテーパ付へ−スロールの平行部幅、テ
ーパの傾斜角度等を最適化することが試みられてはいる
が、従来、板幅が広く、板厚が小さく、かつ高温焼鈍が
要求されるような帯状金属材料では、上記の双方の不良
を同時に防止することは極めて困難であった。

［発明の要約］ 本発明の目的は竪型連続焼鈍炉において帯状金属材料が
蛇行と座屈とを生じないような形状のハースロールを提
供することにある。

本発明は従来の最適なロール形状にさらに新しい工夫を
付加したことにより、上記の問題を解決したものである
。

木発明者らは帯状金属材料の長手方向張力、およびハー
スロールの形状を系統的に種々変化させた実験ならびに
解析を行った。その結果ハースロールのテーパ肩部に適
正な丸みを付与すれば、帯状金属材料が蛇行しないよう
に帯状金属材料に大きな長手方向張力を与えても、問題
とする座屈が発生せず、帯状金属材料の蛇行、座屈双方
の防止に極めて有効であることを見出し、この知見によ
り本発明を完成させた。

［発明の詳細な説明」 帯状金属材料に発生する座屈の外観はハースロール形状
によって異なり、第１図に示すようなハースロールの両
端に先細りテーパを付けたチーパイリバースロールｌで
は、第５図に示すように、帯状金属材料８のハースロー
ルのテーパ肩部に相当する部位に座屈９が生じる。第２
図に示した曲線状のクラウンを付与したハースロール２
を用いた場合には、第６図に示されるように、帯状金属
材料のハースロール中央部に相当する部位に、座Ｊｉｍ
　Ｌ、、わ９が発生する。これらの座屈の発生部位は帯
状金属材料が不均一張力を受け、それによって誘起され
る圧縮応力が最も大きい場所と一致している。

蛇行と座屈発生とは相反する条件下で起こる現象である
。蛇行防止機能の優れた、テーパまたはクラウン量の大
きいハースロールを用いたり、蛇行しないように帯状金
属材料に大きな張力を加えたときは、座屈が発生しやす
く、座屈が発生しないような条件のときには蛇行が起こ
りやすい。その中間の適正な条件の下では、蛇行も座屈
も起こらない。

第４図は以上のことを模式的に示した図である。図の左
下側斜線部は蛇行発生領域を示し、甚しい場合には帯状
金属材料がハースロールから外れてその端部が炉壁をこ
するというトラブルを引き起こす危険のある領域である
。一方、第４図の右−ヒ方の斜線を施した領域は座屈発
生域であり、この座屈により帯状金属材料の製品として
の価値が失われるばかりか、甚しい場合にはこれが原因
となって帯状金属材料が炉内で破断する恐れのある領域
である。これらの両領域の間に両者の発生しない領域が
存在する。すなわち同一のハースロール形状下では、蛇
行、座屈双方を防止する限定された狭い適正な張力域が
存在することかわかる。

一般に連続焼鈍炉においては帯状金属材料の寸法（板厚
、板幅）、材質（高温強度、熱処理条件）が大幅に変化
するので、第４図に示した適正な張力はそれらに応じて
変動する。ハースロールの形状は設備建設時に定められ
ており、これを変更するためにロールを交換することは
非常に大きな作業２：　ｋ　１期間を要する。

帯状金属材料の長手方向張力が小さいと座屈が発生しな
いが、徐々に張力を増加させると、ある張力で座屈が発
生し始める。この時の張力を座屈発生限界張力（Ｔ　ｃ
ｒ）と定義する。

種々の形状の／゛−スロール用いた時、それぞれのハー
スロールの座屈発生限界応力Ｔｃｒがどの程度になるか
を実験的に調査した結果について説明する。用いたロー
ルは第１図のテーパ伺ロール１、第２図のラウンドクラ
ウンロール２、および第３図に示したロール３である。

ロール３は第１図のテーパ付ロールｌのテーパ肩部に半
径６００００ｍｍの丸み１０を付したものである。

−Ｉ−記３個のロールとも幅中央部の最大ロール直径（
Ｄｍａｘ）は６００ｍｍ、端部の最小ロール直径（Ｄｍ
ｉｎ）は５９８　ｍ　ｍ　、　ｏ−ル全幅（Ｌ）は２０
００ｍｍである。またテーパ付／・−スロール１の中央
の平行部幅（Ｈ）は５００　ｍ　ｍである。

第７図の横軸に上記ロール種別（１〜３）、縦軸に帯状
金属材料の座屈限界張力Ｔａｒを示す。

第７図よりラウンドクラウンロール２の座屈限界張力Ｔ
ｃｒが最も小さく、テーパ肩部に丸みを付与したロール
３の座屈限界張力Ｔｃｒが最も大きく、テーパ付ロール
２の座屈限界張力Ｔｃｒは両者の中間に位置しているこ
とが分る。

すなわちテーパ肩部に丸みを付したロール３は他の三者
のロールに比べ、帯状金属材料８に高い張力を与えても
座屈しないことが明らかである。

次に帯状金属材料の蛇行に及ぼすロール形状の影響につ
いて説明する６ 直続焼鈍炉内を搬送される帯状金属材料８の幅方向の形
状、板厚、温度分布および帯状金属にかかる長手方向張
力は必ずしも左右対称ではなく、従ってハースロールの
幅中心と材料中心とは一致せず、いくぶん幅方向にずれ
た状態で搬送されているのが一般的である。中高の形状
のｌＸ−スロールは、Ｌ記の帯状金属材料の幅方向のず
れを修正し、ハースロール中心に帯状金属材料を移行ｙ
せる機能を持つ。

ハースａ−ルの持つ上記の蛇行矯正能力の大きさは、ず
れた帯状金属材料をロール中心に移行させる速度によっ
て評価することができる。この蛇行矯正能力がハースロ
ール形状によってどの程度異なるかを調査するために行
った実験について説明する。

予め１０００ｍｍ＠の帯状金属材料の中心をハースロー
ル中心から２００ｍｍずらせて巻き掛け、一定の長手方
向張力を与えて搬送した時、ハースロール中心に向う帯
状金属材料の移動量（Ｍｘ）とハースロール回転数（Ｎ
）との関係を第８図に示す。実験に用いたハースロール
は第７図と同様のテーパ付ロールｌ、ラウンドクラウン
ロール２およびテーパ肩部に丸みを付した本発明のテー
パ付ロール３である。第８図に示すように、各々のロー
ル種別（１〜３）に示すロールは、それぞれ回転数Ｎが
増加するとともに、帯状金属材料のロール中心への移動
量Ｍｘが増大して行き、Ｍｘが２００ｍｍに達すると、
すなわちロール中心まで帯状金属材料中心が移動してく
ると、ＭＸは飽和する。Ｍｘが飽和するまでのロール回
転数Ｎが少ないほど、あるいはｄＭｘ／ｄＮが大きいほ
ど、帯状金属材料の蛇行を矯正する能力に優れたハース
ロールということができる。

第８図より、ラウンドクラウンロール２の蛇行矯正能力
が最も劣り、テーパ伺ロール１のそれが最も優れること
が分る。本発明に係るテーパ肩部に丸みを付したロール
３はほとんどテーパ付ロールｌと同じ蛇行矯正能力を有
していることが分り、先の座屈の実験と合せ、本発明の
実施例のロール３は座屈防止能力に優れ、かつ、従来の
テーパ付ハースロールｌと同等の蛇行矯正能力を持つこ
とが確認された。

本発明は以上の知見に基づいて完成されたもので、幅中
央部を円筒部とし、その両端面にそれぞれ同形の截頭円
錐台状のテーパ部をその台形端面を前記円筒部端面と当
接させて連設した基本形状をなすとともに、この円筒部
とテーバ部との境界部に丸みを付与したハースロールで
ある。

テーバ付ハースロールのテーパ部と円筒部との境界に丸
みを付ける上で重要なことは第９図に示すように、テー
パ部４と平行部５とをスムースに結ぶ円弧６を付与する
ことであり、それには第９図に示すようにテーパ部４と
平行部５に内接する円弧６が最も良い。円筒端部からロ
ール中央側に見ｍｍだけ寄った場所を接点とし、テーバ
角度θのテーパ部４に内接する円の半径Ｒは幾何学的に
次式で与えられる。

ＲＸ　（ｓ　ｉ　ｎ０／　（１＋ｃｏ　ｓθ））二文・
・・・・・（１） 最適なＲをめるために、θを１．３３　Ｘ　ｌ　０−３
（ｒａｄ）と一定にし、文を種々に変化させて上記（１
）式でまるＲを変化させた多数のロールを作成し、これ
らのロールを用い、帯状金属材料８の座屈と蛇行に及ぼ
す影響を実験で調べた。その結果を以下に説明する。第
１０図の横軸は上記（１）式をハースロールの平行部幅
（Ｈ）で除し無次元化した値、 （Ｒ／Ｈ）（ｓ’ｉｎθ／（１’＋ｃｏｓθ））であり
、この値が零の場合には第１図で示した従来のテーバ付
ロール１と同じロールであることを意味する。縦軸の左
側の目盛は座屈限界張力Ｔｃｒであり図中の曲線４０が
これに対応する。縦軸の右側の目盛は第８図の実験と同
様に帯状金属材料全初期に２００ｍｍだけハースロール
中心から故意にずらせて通板させた時、帯状金属材料８
がハースロール中央に復元するまでのハースロール回転
数Ｎを表しており、図中の曲線５０がこれに対応する。

座屈限界張力Ｔｃｒが大きいはど座屈が生じに＜＜１回
転数Ｎが小さいほど帯状金属材料の蛇行矯正能力の高い
ロールである。

第９図から、 （Ｒ／Ｈ）（ｓｉｎθ／　（１＋ＣＯＳθ））≦０．１ の範囲ではＮは一定であり、上記の値がそれ以上の値に
なるとＮは増加し、蛇行矯正能力が次第に劣っていくこ
とが分る。

一力材料の座屈に着目すると、 （Ｒ／Ｈ）（５ｉｎθ／（１十Ｃ０５０））が増加する
とともにＴｃｒが増加していくが、それかＯ，ｌより大
きくなるとＴｃｒは次第に減少して０〈ことが分る。し
かし０，２でも従来の２０％以」−の高いＴｃｒが得ら
れる。

（Ｒ／Ｈ）（ｓｉｎθ／　（１＋　ｃ　ｏ　ｓθ））＝
０．５ では第６図に示したラウーンドクラウンロール２を用い
た時と同様の座屈形態が観察された。

以」ニの実験より帯状金属材料の座屈と蛇行を同時に防
止するには ０．０３≦ （Ｒ／Ｈ）（ｓｉｎθ／（１’＋、ｃｏｓθ））≦Ｏ，
２ を満足する半径Ｈの円弧をテーバ付ノ＼−スロールの円
筒部とテーパ部との境界部に付与するのが効果的である
。第１０図に上記領域を斜線を施して示した。

なお、 （Ｒ／Ｈ）（ｓｉｎθ／（１＋ｃｏｓ０））≦０．２ の範囲では第５図、第６図に示すような座屈は殆んど発
生しないが、稀に第６図の座屈９が発生する場合がある
。従って、本発明のテーパ伺／＼−スロールの円筒部の
少なくとも中央部の一部の直径を、テーパ部の大径端面
の直径よりも僅かに小さく成形し、帯状金属材料の座屈
９がロールを通過する詩に弾性域の状態のままロールに
よって押し潰されることなく通過させることが一層望ま
しい。これによって帯状金属材料の製品としての品質低
下を防ぐことが可能である。

［実施例］ 次に１本発明の効果を実機で確認した結果について説明
する。第１１１Ｑに示す加熱帯７の出側上ハースロール
および均熱帯８の入側上／＼−スロールそれぞれ２本を
、本発明の実施例のテーノく部と円筒部との境界部に半
径６００００　ｍ　ｍの丸みを付与したテーパ伺ハース
ロール３と置換した。

実施例のハースロール３は 外径：６００ｍｍ テーパ部の傾斜角度θ：’０．３３　Ｘ　ｌ　Ｏ−３（
ｒａｄ） １１ＪＲａ　部ｆＲ４Ｈ：　５　０　０　ｍｍである。

帯状金属材料８は 根厚：Ｏ，７ｍｍ 扱幅：１３２０ｍｍ の極低炭素鋼を用い、 均熱帯温度＝８１０°Ｃ 通板速度＋２００ｍ／分 て熱処理した。

材ネ′１張力Ｔは、０．２ｋｇ／ｍｍ’から徐々に増加
させ、座屈の発生する限界張力をめた。

結果を第１２図に示す。

第１２図下側の斜線の区域は帯状金属材料が蛇行する領
域であり、従来の装置でも本発明の実施例のハースロー
ルを装着した装置でも、ともにＴ（０，２２ｋｇ／ｍｍ
’で蛇行が発生する。従って帯状金属材料の蛇行を防止
するためにはＴ　＞　０．２２ｋｇ／ｍｍ’の操業が必
要である。帯状金属材料の張力Ｔを増加させると蛇行は
生しなくなるが、帯状金属材料に問題の座屈が発生する
ようになる。

第１２図中に示した白抜き（○）が座屈か発生しない条
件を示し、×が座屈の発生する条件を示す。従来ロール
の場合、蛇行も座屈も発生しない張力域は ０．２２ｋｇ／ｍｍ’＜Ｔ＜０．２６ｋｇ／ｍｍ′であ
り、わずか０．０４　ｋ　ｇ　／　ｍ　ｒｒｆの狭い張
力域での操業を強いられていることが分る。

−力木発明に係るロールを用いた場合 ０．２２　ｋ　ｇ／ｍｍ’＜Ｔ＜０．３２　ｋ　ｇ　／
　ｍｒｎ’の範囲が蛇行、座屈を両方とも発生しない張
力領域であり、操業条件が大幅に緩和され、不良のない
製品を製造することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のテーパ付ハースロールの正面図、第２
図は従来のラウンドクラウンハースロールの正面図、第
３図は本発明の実施例の正面図、第４図はハースロール
のテーパ角度や曲率が材料の蛇行、座屈に及ぼす影響を
模式的に示したグラフ、第５図はテーパ付ハースロール
に接する帯状金属材料に発生する座屈の外観を示す正面
図、第６図はラウンドクラウンハースロールに接する帯
状金属材料に発生する座屈の外観を示す正面図、第７図
は座屈が発生し始める座屈限界張力を示すグラフ、第８
図はハースロールにより材料の蛇行が矯正される状態を
説明するグラフ、第９図は円筒部とテーパ部とを円滑に
結ぶ円弧の説明図、第１０図は座屈限界張力および蛇行
矯正能に及ぼすハースロールのテーパ肩部に付けられた
丸みの効果を示すグラフ、第１１図は本発明のハースロ
ールを設置した竪型連続焼鈍炉の略縦断面図、第１２図
は本発明に係るハースロールによる操業条件の拡大効果
を示すグラフである。 ■・・・従来のテーパ付ハースロール ２・・・ラウンドクラウンハースロール３・・・本発明
の実施例のテーバ伺ハースロール４・・・テーパ伺ハー
スロールのテーパ部５・・・テーパ付ハースロールの円
筒部６・・・円弧 ７・・・加熱帯 ８・・・均熱帯 ９・・・座屈しわ ｉｏ・・・テーパ肩部の丸み 出願人　川崎製鉄株式会社 代　理　人　弁理士　小　杉　イ４？　男弁理士　齋　
藤　和　則 第１図 １Ｏ 第４図 あるいは曲率ン→大 第５図 第６図 第７図 第８図 ハースロール回転数Ｎ（回転） 第９図 影

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　連続焼鈍炉内の高温処理帯域において用いられるハ
   ースロールにおいて１幅中央部を円筒部とし、その両端
   面にそれぞれ同形の截頭円錐台状テーパ部をその大径端
   面を前記円筒部端面と当接して連設した基本形状をなす
   とともに、］二配回筒部とテーパ部との境界部に、次式 ％式％） （ただし１一式において Ｈ；σ−ル中央円筒部＠Ｃｍ、ｍ） θ；テーパ部の傾斜角度（度） Ｒ；円筒部とテーパ部に内接する円の 半径（ｍｍ）をそれぞれ示す。） を満足する半径Ｒをもつ丸みを付与したことを特徴とす
   る熱処理用ハースロール。 ２　前記円筒部の少なくとも一部の直径が前記テーパ部
   の大径端面の直径よりも小さい形状を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の熱処理用ハースロ
   ール。