(57)【要約】【課題】安定してロール表面温度分布を均一化することができる均温ロールを提供する。【解決手段】内筒１と外筒６からなる多重構造をしており、内筒１と外筒６間には胴長方向に間隔を開け周方向にらせん構造（らせん状の羽根）９が設けられ、内筒１は不転かつ外筒６は回転、もしくは内筒１と外筒６の回転速度が異なるようになっているとともに、内筒１内部は作動流体が滞留しない形状の空間（例えば、テーパーが付いた空間）２となっており、その内筒内部空間２と内筒表面（内筒外面）８とがつながっていて、ロール内部には作動流体（熱媒体）として高熱伝導率の物質（液体金属もしくは溶融金属）が封入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール表面温度分布を均一化するために、ロール内部に作動流体が封入されているとともに、内筒と外筒からなる多重構造をしており、内筒と外筒間には胴長方向に間隔を開け周方向にらせん状の構造が設けられ、内筒は不転かつ外筒は回転、もしくは内筒と外筒の回転速度が異なることを特徴とする均温ロール。
【請求項２】
内筒内部は作動流体が滞留しない形状の空間となっており、当該空間と内筒表面とがつながっていることを特徴とする請求項１に記載の均温ロール。
【請求項３】
作動流体は、高熱伝導率の液体金属もしくは溶融金属であることを特徴とする請求項１または２に記載の均温ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロール表面温度分布を均一化する均温ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロールを用いる生産ラインにおいて、ロール表面の温度均一性を求められる状況は少なくない。
【０００３】
例えば、鉄鋼生産ラインの連続焼鈍炉においては、鋼帯を安定的に炉内通過させるために、ハースロールと呼ばれるロールが炉内に設置されている。このハースロールは、鋼帯の幅方向への蛇行を防止するため、ロール表面に胴長方向中央凸型のクラウンを設けていることが多い。これは、張力が働くと、ロールの凸クラウンにより、自動的に鋼帯がロール胴長方向中央にセンタリングさせることが可能となるからである。
【０００４】
しかし、連続焼鈍炉の加熱帯においては、加熱体の雰囲気温度より、加熱帯に入る鋼帯温度が低いため、ハースロール中央部は鋼帯により冷却され、胴長方向中央が凹型の逆クラウンとなり、その結果、鋼帯の蛇行を助長し鋼帯が炉壁に接触したり炉内破断したり、重大なトラブルに至る場合があった。
【０００５】
また、連続焼鈍炉の冷却帯においては、逆に冷却帯の雰囲気温度より、冷却帯に入る鋼帯温度が高いため、ハースロール中央部は鋼帯により加熱され、もともとの胴長方向中央に付与した凸型のクラウンが加熱によってさらに強調され、その結果、ロール中央部で鋼帯が座屈し、しわとなってヒートバックルが発生し、こちらも生産上重大なトラブルに至る場合があった。
【０００６】
なお、ロールに予め付与したクラウンに対して、鋼帯の接触等による温度変化で生じるクラウンをサーマルクラウンと称する。
【０００７】
よって、その対策としては、ハースロールの胴長方向温度分布を均一化し、前記の胴長方向中央の凹型または凸型のサーマルクラウンの発生を抑制して、元々付与したロールクラウンを保持することが有効であり、以下のような技術が開示されている。
【０００８】
例えば、特許文献１では、軸（胴長）方向温度分布を均一化するために、ハースロール内面に多孔質物質を設け、ロール内部を真空にして、かつ内部にナトリウム等の作動流体を封入し、すなわちロール自体をヒートパイプの如く構成し、自動的に胴長方向温度分布を均一化するようにしている。
【０００９】
また、特許文献２には、二重のスリーブを嵌着（固着）し、内層スリーブとアーバ胴部との間に周方向に間隔を開け胴長方向に直線状に設けた溝に冷却水を流して、ロールクラウンを可変にするロールであって、順方向の周方向溝と逆方向の周方向溝に分けて別々に冷却水を流すロールが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２７９８３６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１５３５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、本発明者らが検討したところによれば、上記特許文献１、２に記載の技術には以下のような問題があることが分かった。
【００１２】
まず、特許文献１においては、長期間安定した真空の維持が困難であること、また、作動流体の蒸発・凝縮といった受動的な物理変化を利用した熱の移動では、発生した温度変化への追従性が高くないことから、ロール表面温度が均一になりにくいという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２においては、ロールによって通板される鋼帯の温度が変化した場合、冷却水が流れる方向が胴長方向に直線状になって制限されるため、ロール表面温度を周方向に充分に均一にしにくくて、サーマルクラウンによりロール真円度が悪化して通板し難くなり、鋼帯とロールがスリップして疵を発生させる問題を抱えている。
【００１４】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、安定してロール胴長方向および円周方向の表面分布を均一化することができる均温ロールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、前記課題を解決するために様々な検討を行った結果、以下の知見を得た。
【００１６】
ロール内部は、自然対流であったり、作動流体の蒸発・凝縮等の受動的な物理現象を利用したりするよりも、また、一方向に制限して作動流体を流すよりも、作動流体を強制対流もしくは強制撹拌した方が効率良く熱が移動しロール表面の均温効果は高い。そのためにはロールは内筒と外筒からなる多重構造とし、内筒と外筒間には胴長方向に間隔を開け周方向にらせん構造を設け、内筒は不転かつ外筒は回転、もしくは内筒と外筒の回転速度を一致させないようにすると良い。さらには、内筒内部にはテーパーが付いた空間もしくは斜め下方向を向いた空間を設け、当該空間と内筒表面を穴もしくは開口部等でつなげるとなお良い。さらには、作動流体としては、液体金属もしくは溶融金属等の高熱伝導率物質を使用すると一層良い。
【００１７】
本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有している。
【００１８】
［１］ロール表面温度分布を均一化するために、ロール内部に作動流体が封入されているとともに、内筒と外筒からなる多重構造をしており、内筒と外筒間には胴長方向に間隔を開け周方向にらせん状の構造が設けられ、内筒は不転かつ外筒は回転、もしくは内筒と外筒の回転速度が異なることを特徴とする均温ロール。
【００１９】
［２］内筒内部は作動流体が滞留しない形状の空間となっており、当該空間と内筒表面とがつながっていることを特徴とする前記［１］に記載の均温ロール。
【００２０】
［３］作動流体は、高熱伝導率の液体金属もしくは溶融金属であることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の均温ロール。
【発明の効果】
【００２１】
本発明においては、安定してロール表面分布を均一化することができる。したがって、例えば、本発明を連続焼鈍炉のハースロールに適用すれば、ロール表面温度の均一化により、サーマルクラウンが抑制され、鋼帯の蛇行やヒートバックルの発生が大幅に減少して安定した通板が可能になり、製品歩留や設備稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態におけるロール構造および作動流体（熱媒体）の流れを説明するロール幅方向断面図である。
【図２】本発明の実施例において適用対象としたハースロールの位置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の最良の実施形態について説明する。
【００２４】
本発明は、ロール表面内側において作動流体（熱媒体）を強制対流および強制撹拌しつつ速い速度で移動させることにより、ロール表面の温度分布を均一化することにその本質がある。
【００２５】
そのため、本発明の最良の実施形態では、図１に示すように、内筒１と外筒６からなる多重構造をしており、内筒１と外筒６間にはらせん構造（胴長方向に間隔を開け周方向にらせん状の羽根）９が設けられ、内筒１は不転かつ外筒６は回転、もしくは内筒１と外筒６の回転速度が異なるようになっており、作動流体が強制撹拌され速い速度で移動可能である。また、内筒１内部は作動流体が滞留しない形状の空間（例えば、テーパーが付いた空間）２となっており、その内筒内部空間２と内筒表面（内筒外面）８とがつながっていて、ロール内部には作動流体（熱媒体）として高熱伝導率物質（液体金属もしくは溶融金属）が封入され、ロール使用温度域で常に速い速度で流れている。なお、図１中の１ａは内筒軸、６ａは外筒軸である。
【００２６】
まず、図１に基づいて、高熱伝導率物質（熱媒体）の動作について説明する。なお、ロール使用温度域において、少なくとも熱媒体は流体である。
【００２７】
（Ｓ１）図１中のＡで示すように、熱媒体は内筒１の内部空間２の壁面３に沿って重力により斜め下に向かって流れる。
【００２８】
（Ｓ２）図１中のＢで示すように、内筒１の内部空間２の最下点に到達した熱媒体は、内筒内部空間２と内筒外面８を結ぶ開口部４から外筒内面５に流出する。
【００２９】
（Ｓ３）外筒６は回転しているため、熱媒体も外筒内面５に引きずられ、また遠心力により外筒内面５に張り付き、回転し始める。
【００３０】
（Ｓ４）図１中のＣで示すように、熱媒体は外筒６と内筒１との間のらせん構造（らせん状の羽根）９に沿って回転しながらロール胴長方向に進んでいく。この間、外筒と内筒は回転速度が異なることから、熱媒体にせん断力が加わり、熱媒体は強制撹拌される。
【００３１】
（Ｓ５）図１中のＤで示すように、ロール胴長端部まで到達した熱媒体は、内筒外面８と内筒内部空間２を結ぶ開口部７から内筒内部空間２に流出する。この間、熱媒体は強制撹拌されるとともに、内筒内部空間２を流れる間に、空間２に流出する熱媒体と既に貯留した熱媒体との温度差により強制対流も生じる。
【００３２】
（Ｓ６）以下、上記（Ｓ１）〜（Ｓ５）を繰り返し、熱媒体はロール内部を循環する。
【００３３】
次に、上記（Ｓ１）〜（Ｓ５）について詳しく説明する。
【００３４】
（Ｓ１）内筒１は不転かつ外筒６は回転、もしくは内筒１と外筒６の回転速度が異なるようにすればよいが、内筒１は不転とすることが望ましい。なお、内筒１と外筒６の回転速度が異なる場合は、内筒１の回転速度を外筒６の回転速度よりも遅くするとよい。そして、内筒内部空間２の形状は問わないが、熱媒体が滞留しない形状とする。例えば、図１のようなテーパー型の空間であれば、熱媒体はテーパー面に沿って重力作用で下方に流れる。内筒内部空間２は熱媒体を重力作用によりロール胴長方向に移動させる役割を担っているため、特別の理由がない限り、内筒１は不転とするのが合理的である。なお、内筒１も回転させる場合は、外筒内面５へ通じる開口部４、内筒内部空間２に通じる開口部７ともに内周方向に複数個所設けておくとよい。これにより、熱媒体は内筒１と外筒６との間や内筒内部空間２に溜まることなく流れやすい。
【００３５】
（Ｓ２）開口部４は鉛直方向とすることが望ましい。開口部４に到達した熱媒体を速やかに流出するためである。
【００３６】
（Ｓ３）外筒６は生産速度に応じて回転しているため熱媒体からみると移動壁である。外筒内面５上の熱媒体は粘性により外筒内面５と一緒に移動し始め、遠心力も受けるので、外筒内面５に張り付いて回転し始める。
【００３７】
（Ｓ４）内筒１と外筒６との間はらせん構造の流路（らせん流路）とする。基本的には外筒内面８にらせん状の羽根９が固定されている。熱媒体は何もなければ内筒１から流出した位置の外筒内面５に張り付いてその場に溜まって円周方向に回転しているだけであるが、らせん状の羽根９があると強制的にらせん流路内を胴長方向に進むことになる。ここで、らせんの方向は、熱媒体が内筒内部空間２を進んできた胴長方向と逆の方向に進むように設定される。また、内筒１と外筒６間の間隙はあまり大きすぎると熱媒体の胴長方向への効果的な輸送ができなくなるため、熱媒体の封入量、ロール回転速度等を考慮して決定する。
【００３８】
（Ｓ５）らせん流路内をロール胴長端部まで到達した熱媒体は、そこに設けられている開口部７から再び内筒内部空間２に流出する。（Ｓ２）で述べたのと同じ理由で、開口部７は鉛直方向とすることが望ましい。
【００３９】
そして、熱媒体に求められる特性としては、熱を効果的に伝導するため高熱伝導率を有すること、かつ外筒内面に張り付きやすい、すなわち粘性が高いことがある。よって、液体金属または溶融金属が有力な候補となりうる。
【００４０】
ここで、液体金属としては、水銀のほかに、安全性を向上した市販のグリス状のものが良い。また、溶融金属としては、ロールの使用最小温度でも液状化する金属が良く、鋼帯の連続焼鈍炉の場合、錫、錫合金、亜鉛、亜鉛合金、鉛、鉛合金などが良い。
【００４１】
なお、本発明は、鉄鋼生産ラインの連続焼鈍炉用ハースロールの表面温度均一化に効果的であるが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【実施例１】
【００４２】
本発明の実施例として、本発明を鉄鋼生産ラインの連続焼鈍炉用ハースロールに適用した。実施条件は以下の如くである。
【００４３】
・使用個所：連続焼鈍炉  加熱帯出口のハースロール（図２）
・鋼帯通板距離：延べ１万ｍ
・鋼帯幅：１２５０ｍｍ
・鋼帯温度：６８０〜７２０℃
・炉内温度：８００〜９００℃
・ハースロール外径：Φ６００ｍｍ
・封入熱媒体：亜鉛
・ハースロール表面温度測温位置：下記の２個所
ハースロール胴長方向中央、ハースロールの鋼帯接触端部から胴長方向に５０ｍｍ内部
そして、上記のハースロール胴長方向中央とハースロールの鋼帯接触端部から胴長方向に５０ｍｍ内部の温度偏差ΔＴを算出した。
【００４４】
実施結果は以下の如くであった。
【００４５】
まず、従来の内部冷却しないハースロールでは、ΔＴ＝５０℃であった。また、特許文献２に記載の周方向に間隔を開け胴長方向に直線状に溝を設けたハースロールでは、ΔＴ＝３０℃であった
これに対して、本発明を適用したハースロールでは、ΔＴ＝１０℃まで低減することができ、表面温度が均一化された。その結果、サーマルクラウンが抑制され、鋼帯の蛇行やヒートバックルの発生による鋼帯の疵がほぼ皆無となり、製品歩留や設備稼働率が著しく向上した。
【符号の説明】
【００４６】
１  ロールの内筒
１ａ  内筒軸
２  ロールの内筒内部空間
３  ロールの内筒内部空間の壁面
４  ロールの内筒内部空間と内筒外面を結ぶ開口部
５  ロールの外筒内面
６  ロールの外筒
６ａ  外筒軸
７  ロールの内筒外面と内筒内部空間を結ぶ開口部
８  ロールの内筒外面（内筒表面）
９  らせん状の羽根
【図１】
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【図２】
2013185161.tif 000004