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H形鋼のフランジ幅制御方法 - 日本鋼管株式会社
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発明の名称 H形鋼のフランジ幅制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−85814
公開日 平成10年(1998)4月7日
出願番号 特願平8−242822
出願日 平成8年(1996)9月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 宗治 (外3名)
発明者 高嶋 由紀雄 / 宇田川 辰郎 / 吉田 素久
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 1基以上のエッジャミルを備えたH形鋼圧延用粗ユニバーサル圧延機群におけるH形鋼のフランジ幅制御方法において、被圧延材先端及び後端の非定常部に対するエッジャ圧延機のロール開度を、定常部の設定値に対して左右独立に且つ連続的に増加又は減少させて圧延し、次に続くユニバーサル圧延機において被圧延材先端及び後端のフランジを定常部に等しい幅とすることを特徴とするH形鋼のフランジ幅制御方法。
【請求項2】 前記被圧延材の先端又は後端と定常部とのフランジ幅差及び非定常部の長さをそれぞれ求め、そして、前記フランジ幅差及び非定常部の長さに基づいてエッジャ圧延機の左右のロール開度及びその締め込み速度をそれぞれ求めて前記左右のロール開度をそれぞれ制御することを特徴とする請求項1記載のH形鋼のフランジ幅制御方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はH形鋼の製造方法に関し、特に1基以上のエッジャ圧延機を備えたH形鋼用粗ユニバーサル圧延機群におけるH形鋼のフランジ幅制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】H形鋼はまず素材であるブルーム、スラブ、ビームブランクなどを加熱炉にて加熱後、カリバー形状を有するロールを組み込んだブレイクダウン圧延機で粗圧延を行い、次にこの被圧延材を図12(a)に示される粗ユニバーサル圧延機Uと図12(b)に示されるエッジャ圧延機Eとで構成される粗圧延機群で複数パス圧延することにより圧延される。粗ユニバーサル圧延機Uは被圧延材を水平ロール4,4' と竪ロール5,5' とによって圧延し、被圧延材のフランジ厚、ウェブ厚を減じて規定の製品厚に近づけていくものであり、また、エッジャ圧延機Eは水平ロール6,6' により被圧延材のフランジ先端を圧下して、規定のフランジ幅に仕上げるものである。
【0003】上記のH形鋼製造方法において、エッジャ圧延機Eのロール開度を圧延中に変化させ、フランジ幅の寸法精度を向上させる方法としては、特開昭59−11611号公報に開示されているものがある。これは図13(a),(b)に示されるように、被圧延材のフランジ幅を直接的又は間接的に測定し、主演算装置30において、フランジ幅拡がりを計算するフランジ幅拡がり式を用いて次パスユニバーサル圧延後のフランジ幅が目標幅になるようにエッジャ圧延機のロール開度を連続的に調整するというものである。
【0004】また、板材の熱間圧延においてスラブ等の素材の幅をロールを用いて圧下することにより種々の板幅の製品を作り分ける場合には、一般に板幅を垂直ロールにより圧下した後に水平ロールで板厚方向の圧延を行うと、素材の端部では幅拡がり挙動が定常部と異なり、板幅が均一にならないという問題が生じる。このような問題に対して、図14に示されるように、水平圧延での定常部と端部の幅拡がり量の差を予測して圧延材の端部で垂直ロール41,41' による幅圧下量を軽減して幅広にしておき、続いて水平ロール42により厚み方向の圧延を施した後に全長に渡って幅を均等にする技術が開発されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の特開昭59−11611号公報によるフランジ幅制御方法は、定常部を対象としてユニバーサル圧延後のフランジ幅を演算した結果からエッジャ圧延機のロール開度を設定するというものであり、被圧延材先後端の非定常部においてフランジ幅を制御する機能を持っていなかった。このため、先後端非定常部のフランジ幅を目標どおりに圧延することができず、図15(a)(b)に示されるようなフランジ幅の目標寸法外れが発生していた。これは、被圧延材先後端の非定常変形を考慮していなかったためであり、例えば図16に示されるように圧延素材のフランジ幅B1 が端部まで一定となっていたとしても、エッジング量■を一定にすればそれに続くユニバーサル圧延後のフランジ幅B2 は端部ほど狭い寸法となることが多い。この差は、端部においてエッジング圧延での圧下によるメタルが定常部よりも長手方向に流れやすいため、端部のドッグボーンが定常部よりも小さくなっていることに起因し、ユニバーサル圧延での幅拡がり■が端部で小さくなることによって生じるものである。
【0006】このような端部の幅変動を解消する方法として、板材の熱間圧延では前述したとおり、端部でのロール開度を調整する技術が用いられている。しかし、H形鋼はフランジが左右で2枚あり、図12(b)に示されるように、エッジャ圧延機Eはこれらを1対の孔型ロールを用いて同時に圧延している。したがって、左右のフランジで圧延材端部の幅変動量が異なる場合には、双方を同時に補正しなければならない。しかし、このような制御は従来の機構では対応することができず、板圧延の圧延材端部の幅調整技術をそのままH形鋼に適用することはできなかった。
【0007】上述のような端部のフランジ幅寸法不良は後の工程での手入れの手間、寸法不良部分の切断廃棄による歩留りの低下を来たし、生産性を低下させていた。
【0008】本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、先後端部においても左右のフランジが目標とする幅に圧延された、寸法精度と歩留りの良好なH形鋼のフランジ幅制御方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明者らは種々の検討を重ねた結果、粗ユニバーサル圧延機とエッジャ圧延機が少なくとも1基ずつ隣接して配置されている粗ユニバーサル圧延機群において、被圧延材先後端の非定常部を圧延するに際してエッジャ圧延機のロール開度を定常部の設定値に対して左右独立に且つ連続的に増加又は減少させて圧延することにより、それに続くユニバーサル圧延において先後端のフランジを定常部に等しい幅とすることができることを知見し、本発明を行うに至った。すなわち、被圧延材先後端において、エッジャ圧延によるドッグボーン形成挙動やユニバーサル圧延による幅拡がり挙動が定常部と異なることを測定或いは予測し、これにより端部におけるエッジャ圧延機のロール開度を連続的に調整する方法を開発したものである。なお、本発明においては、エッジャ圧延機のロール開度を被圧延材先後端において連続的に増加又は減少させるための機構は左右フランジ先端を圧下する孔型部分のロール開度を独立に調整できるものであれば、何ら限定を要するものではない。このような機構としては例えば油圧を用いたロール開度調整機構や、圧下スクリューと電動モータとを組み合わせた機構や、或いはこれらを複合させた機構等がある。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図1は本発明が適用されるH形鋼の圧延設備配置の1例を示す配置図である。圧延素材は加熱後ブレイクダウン圧延機BDにより粗圧延され、それに続いて粗圧延機群Rにより複数パス圧延される。ここで、図1には粗圧延機群としてユニバーサル圧延機U1基、フランジ圧延機E1基が隣接して配置された例が示されているが、圧延機の数及び配置はこの例に限定されるものではなく、それぞれが1基以上隣接して配置してある形式であればよく、その順序も任意に決定できる。また、粗圧延機群Rが1つの圧延設備配置が例示されているが、これらは2つ以上でもよい。粗圧延機群Rを通過した被圧延材は最終的に仕上げユニバーサル圧延機Fで目標寸法となるように仕上げられる。
【0011】これらの配置は従来技術のものと同様であるが、本発明では粗圧延機群のエッジャ圧延機のロール開度を被圧延材先後端の非定常部を圧延する際に定常部の設定値に対して左右独立に且つ連続的に増加又は減少させて圧延するための機構が採用されている。まず、片側のフランジに着目し、フランジ幅を端部まで均一化する方法について説明する。
【0012】エッジャ圧延機Eによってフランジ先端を圧下すると、図2に示されるようなドッグボーン7,7' が形成される。このドッグボーンの形状はフランジ先端の圧下量により大きさが異なるのは勿論であるが、被圧延材先後端部では圧延方向へのメタルフローが大きくなりやすいため同じ圧下量を与えた場合でもドッグボーンは定常部よりも小さくなる。これを続くユニバーサル圧延機Uで圧延すれば、ドッグボーンが大きく形成されている定常部に比べて被圧延材端部のフランジ幅は小さくなる傾向がある。そこで、本発明では被圧延材先後端の非定常部においてユニバーサル圧延後のフランジ幅が定常部と等しくなるようエッジャ圧延機のロール開度を調整する方法を開発したものである。
【0013】図3は本発明によるエッジャ圧延方法を示す模式図である。図中の水平方向の線はフランジを横から見た場合のフランジ上端の位置を示す。エッジング前の圧延素材フランジ幅B1 は先端まで一定である。これをエッジャ圧延機Eで圧下する際に、先端部ではロール開度を定常部の設定値よりも大きくし、圧延材噛み込み後定常部に達するまでのLT の間で連続的にロール開度を小さくして、図中BE に示すように先端部でフランジ幅が広く、定常部に近づくに従って徐々に幅が狭くなり、定常部以降は一定の幅となる形状に成形する。また、図中には示していないが、後端部においても同様に端部ほどフランジ幅が広くなるようにエッジャ圧延機のロール開度を調整する。これを隣接する粗ユニバーサル圧延機で圧延すると、ドッグボーンが形成されにくく幅拡がりが小さい先後端部は予め幅広となっているため、結果的に、ドッグボーンが大きくフランジ幅拡がりが大きな定常部と同じ幅となり、ユニバーサル圧延後のフランジ幅B2 が端部まで一定となった被圧延材が得られることとなる。
【0014】図4はエッジング前の被圧延材先後端においてフランジ幅が狭くなっていた場合の本発明によるフランジ幅制御方法を示した模式図である。図3の場合よりも端部のエッジャ圧延機のロール開度を大きくし、定常部に近づくにしたがってロール開度を狭くしていくことにより、被圧延材の端部幅落ちを補正して続くユニバーサル圧延後のフランジ幅を一定とすることができる。粗圧延やユニバーサル圧延の圧延条件によっては被圧延材端部が定常部よりも広くなる場合も起こりうるが、この場合は図5に示されるように被圧延材端部でエッジャ圧延機のロール開度を定常部よりも狭くしておき、定常部に近づくにしたがってロール開度を大きくしていけばよい。
【0015】なお、被圧延材端部非定常領域でのエッジャ圧延機のロール開度の調整は、増加のみまたは減少のみに限定するものではなく、両者の組み合わせにより被圧延材端部がどのようなフランジ幅となっていても対応しうるものである。
【0016】次に、エッジャ圧延機のロール開度を左右独立に制御する方法及び機構について説明する。図6は左右独立な開度制御を行うエッジャ圧延機の機構を示した図である。エッジャ圧延ロール6,6' は左右のロールチョック53,53' ,54,54' により支持されており、このロールチョックは油圧や圧下スクリューと電動モータ、或いはこれらを複合させたロール開度調整装置51,51' ,52,52' によって高さが制御されている。ここで、左右のフランジ圧下量を独立調整するためには、左右のロールチョック高さをそれぞれ必要な圧下量が得られる位置に調整し、ロールを傾けた状態でフランジ端部の圧延を行う。なお、図6の機構においては、上下のエッジャ圧延ロール6,6' の双方を傾斜させて左右のフランジ幅圧下量を調整しているが、上下のどちらか一方のロールのみを傾斜させる機構であっても、左右のフランジ幅圧下量を独立に調整することができる。
【0017】このようにして左右のフランジ先端圧下部においてロール開度調整量を独立に制御することにより、圧延材の左右フランジ幅が端部で異なる場合においても、それぞれに適した圧下量を与えることが可能となり、エッジャ圧延機Eに続くユニバーサル圧延Uにおいて効果的にフランジ幅の均一化が達成される。
【0018】図7はエッジャ圧延前のフランジ幅を実際に測定して本発明のフランジ幅制御方法を実施するための制御装置及びその関連設備を示したブロック図である。フランジ幅計8により左右のフランジ幅を全長に亘って測定し、そのフランジ幅情報9を主演算装置10に入力する。このとき、ユニバーサル圧延機Uの駆動モータ14及びエッジャ圧延機Eの駆動モータ15に設置されたパルス発信器12,13信号により材料内フランジ幅測定位置を同時に検出することにより、先後端と定常部のフランジ幅差とともに非定常部長さを求める。この結果を用いてエッジャ圧延機のロール開度情報11を求めて、次パスのリバース圧延時にエッジャ圧延機のロール開度を調整する。ここで、エッジャ圧延機Eのロール開度を簡便に且つ確実に制御するため、ロール開度調整は図8に示されるように直線的に変化させるものとし、その締め込み量ΔBETを次のようにして導く。
【0019】エッジャ圧延後、ユニバーサル圧延機によって定常部を圧延した場合の幅拡がりは、次式で表される。
【0020】
【数1】

【0021】B1 :エッジャ圧延前フランジ幅BE :エッジャ圧延後フランジ幅B2 :ユニバーサル圧延後フランジ幅tF1:エッジャ圧延前フランジ厚tFE:エッジャ圧延後フランジ厚tF2:ユニバーサル圧延後フランジ厚tW1:エッジャ圧延前ウェブ厚tWE:エッジャ圧延後ウェブ厚tW2:ユニバーサル圧延後ウェブ厚W :ウェブ断面積AF :フランジ断面積IdE:エッジャ圧延の投影接触弧長ξ:係数【0022】また、先端の幅拡がりは次式のように表される。
【0023】
【数2】

【0024】BET:エッジャ圧延後フランジ先端幅B2T:ユニバーサル圧延後フランジ先端幅c :係数RV :ユニバーサル圧延機竪ロール半径【0025】ユニバーサル圧延後に先端部の幅落ち込みを防止するための条件は次式に示される。
【数3】
2 =B2T …(3)
(1)式と(2)式よりエッジャ締め込み量ΔBETは次式のようになる。
【0026】
【数4】

【0027】また、端部からの開度調整長さLT は、ユニバーサル圧延後に測定した非定常部長さと同じとした。このΔBETとLT とから、エッジャ圧延機のロール開度の締め込み制御速度Vr は次式で計算される。
【数5】
r = (2 ・π・RE ・NRE・ΔBET)/(60・LT ) …(5)
E :エッジャロール半径NRE :エッジャロール回転数【0028】
【実施例】図9は上記において導出した(4)式を用いて左右のフランジに適したΔBETを求めるとともに、(5)式を用いてエッジャ圧延機のロール開度の締め込み制御速度Vr を求めて、本発明によるフランジ幅制御を行った場合の製品フランジ幅の長さ方向分布を示した図である。被圧延材先後端の非定常部においても左側Drと右側Frのフランジ幅が目標値に近い寸法となっている。これに対して図10は本発明の方法を用いない場合の製品フランジ幅を示した図である。端部のフランジ幅は定常部よりも狭く、且つ左側Drと右側Frとでは端部と定常部の幅の差が異なっている。また、先端部のフランジ幅落ち部分が寸法公差内に収まるようにするため、定常部フランジ幅を目標値である300mmよりも大きくしている。このため、定常部断面積が必要以上に大きくなり、歩留りが低下する結果となっている。
【0029】本発明はフランジ幅の測定を行わなくとも製品の非定常部フランジ幅からエッジャ圧延機のロール開度調整量及び調整長さを推定することによっても充分な効果を上げることができる。図11は製品の非定常部フランジ幅及び非定常部長さからパススケジュールに沿って非定常部のエッジャ圧延機のロール開度調整量を逆算する方法で本発明を適用した場合の製品フランジ幅を示した図である。この方法においても左右のフランジ幅寸法精度が向上していることが分かる。以上の実施例が示すように本発明のフランジ幅制御方法は被圧延材端部の非定常領域においても左右のフランジを目標とする幅に圧延することが可能である。なお、従来技術である定常部におけるフランジ幅制御方法と組み合わせて使用することにより、被圧延材全長にわたってフランジ幅寸法精度が向上することは言うまでもない。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、被圧延材先後端の非定常部の変形を考慮して、被圧延材の非定常部に対するエッジャ圧延機のロール開度を定常部の設定値に対して左右独立に且つ連続的に増加又は減少させて圧延するようにしたので、先後端まで目標とするフランジ幅となった被圧延材が得られる。これにより後工程での手入れの必要がなくなる上、これまでフランジ幅が不良となっていた部分も製品として使用可能となるため歩留りが向上する。




 

 


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