JP3555289B2 - 形鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などの形鋼の製造方法に関し、特に寸法精度に優れた形鋼の熱間圧延による製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｈ形鋼等の形鋼は一般にユニバーサル圧延機により熱間圧延で製造されるが、形鋼の製造上の問題点の一つとして、寸法精度の問題がある。Ｈ形鋼の寸法欠陥の例を図６に示す。
【０００３】
図６の（Ａ）はウエブの中心偏りと称されるものであって、ユニバーサル圧延時に、Ｈ形鋼のウエブがフランジの中心に対して上下のどちらか一方にずれる現象である。これは、ユニバーサル圧延機においてウエブのパ
スラインに対する咬込位置が不適正なことが主たる原因で、ウエブの中心偏りの発生は一般に不可避とされている。ウエブの中心偏りＳは次式で定義される。
Ｓ＝｜ａ−ｂ｜／２
但し、ａ、ｂ：フランジ端とウエブ面の間の距離
【０００４】
次に、図６の（Ｂ）はフランジ厚偏肉と称されるものであって、左右または上下のフランジ厚さの差が発生する現象である。これは、ウエブ高さの変更に伴う上下水平ロールのシフト量の不適正なことが主たる原因で、主に圧延の初期もしくは中期に発生する。またこのようなフランジ厚偏肉が発生すると、圧延中期以降に各フランジの圧下率が変化するので、上記のウエブの中心偏りが発生することになる。
【０００５】
図６の（Ｃ）はフランジ幅の変化に関するもので、被圧延材の先後端は材料の拘束がないため、先後端部より中間部のほうが伸延され易いために先後端部のフランジ幅が小さくなる現象である。この現象は、矯正後の製品にも（矯正時、先後端部は未矯正となるため）残ってしまい、最終製品段階では中間部のフランジ幅の増大量ΔＢは１〜３ｍｍ程度となる。なお、この現象は、圧延方法等により、逆の傾向（先後端部のフランジ幅大）になりうることもある。
【０００６】
上記の寸法精度の問題のうち、ウエブの中心偏りを低減する方法は、特公平６−５３２８９号、特開平６−２１８４１３号など、従来からも数多くの提案がある。例えば、前者の公報に開示された方法では、ユニバーサル圧延機の入側にウエブまたはフランジのローラーガイド装置を設けるとともに、入側または出側にウエブの中心偏り測定器を設け、その測定器の測定データに基づいて、ミル駆動側、ミル操作側で各々別個にローラーガイド装置の上下位置を調整している。後者の公報では、ウエブの上下に位置するガイドブロックにフランジのガイドローラーを設けた装置を開示している。いずれもパスラインに対するローラーガイド装置の上下位置を個々に調整することによってウエブの中心偏りを少なくしようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｈ形鋼等の寸法精度は、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上げ圧延工程からなる一連の圧延工程の中で実現されなければならないものであり、従来のように個々の圧延工程で単独に制御するだけでは寸法変動の修正量にも、ある程度の限界値、つまり寸法精度の向上に及ぼす個々の要因に限界値があるため、更なる精度向上は望むべくもないものであった。
【０００８】
本発明は、上記一連の圧延工程の中で寸法精度を実現しようとするものであり、複数（群）のセンサーからのデータに基づいて最適寸法制御システムにより、寸法精度の向上を図った形鋼の製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る形鋼の製造方法は、ブレークダウンミルおよび粗ユニバーサルミル、粗エッジャーミルによる粗圧延工程、中間ユニバーサルミルおよび中間エッジャーミルによる中間圧延工程、および仕上ユニバーサルミルによる仕上圧延工程を経て形鋼を製造する方法において、前記中間ユニバーサルミルおよび前記仕上ミルの入側にそれぞれ被圧延材を誘導するガイドローラー装置を設けるとともに、被圧延材の寸法を測定する寸法計を、前記中間ユニバーサルミルの入側もしくは出側または両側、および前記仕上ユニバーサルミルの出側にそれぞれ設け、前記寸法計の測定データを基に、最適制御システムにより最適指示値を判断し、各ミルの圧下設定値、水平ロールスラスト調整値（以降、単にスラスト調整値と呼ぶ）、エッジャーミルのショートストローク調整値、およびガイドローラー装置のガイド間隔設定値をパス間またはバー間で制御し形鋼を製造することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、仕上ユニバーサルミルの出側に設けた寸法計により仕上げ材の仕上げ寸法を測定し、その測定データを各圧延機、各エッジャーミル、並びに仕上ミルの入側の寸法計にフィードバックし、中間ユニバーサルミルの入側の寸法計による測定データをブレークダウンミルおよび粗ユニバーサルミル群にフィードバックするとともに、中間ユニバーサルミル、中間エッジャーミル、仕上ユニバーサルミル、および中間圧延機群のガイドローラー装置にフィードフォワードし、さらに仕上ユニバーサルミルの入側の寸法計による測定データを仕上げ材用のガイドローラー装置にフィードフォワードし、これらの寸法計の測定データを基に、最適制御システムにより最適指示値を判断し、各ミルの圧下設定値、スラスト調整値、エッジャーミルのショートストローク調整値、およびガイドローラー装置のガイド間隔設定値をパス間またはバー間で制御するので、従来法に比べて格段に寸法精度に優れた形鋼を製造することができる。また、被圧延材の温度を測定する温度計も各圧延機間に設置されているが、上記の寸法計（もしくは寸法・形状計）による測定データを重視して最適制御システムを構成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明方法に使用する圧延システムの一例を示す構成図である。図において、ＢＤはブレークダウンミル、Ｅ１は粗エッジャーミル、Ｒ１は粗ユニバーサルミルであり、これらは被圧延材の粗圧延機群を構成し、Ｈ形鋼の場合、素材を断面ドックボーン形状に粗圧延する。また、粗エッジャーミルＥ１、粗ユニバーサルミルＲ１にてリバース圧延が行われる。
Ｒ２、Ｅ２はそれぞれ中間圧延機群を構成する中間ユニバーサルミルおよび中間エッジャーミルであり、粗圧延された被圧延材をさらに製品形状に近いＨ形断面の形状に中間圧延する。この中間ユニバーサルミルＲ２の入側に被圧延材の誘導を司る第１のガイドローラー装置ＧＲを設け、さらに中間ユニバーサルミルＲ２の入側に複数の第１の寸法計Ｓ１が設置されている。これらの第１の寸法計Ｓ１は、粗ユニバーサルミルＲ１の最終パスにおける被圧延材の仕上り寸法、例えば図５に示すフランジ幅Ｂ、ウエブ厚さｔ１、フランジ厚さｔ２等を測定するものである。なお、中間ユニバーサルミルＲ２、中間エッジャーミルＥ２でもリバース圧延が行われ、またガイドローラー装置ＧＲはフランジまたはウエブをローラーもしくはフィリクションガイドによりガイドする方式となっている。
Ｆは仕上ユニバーサルミルで、その入側には上記ＧＲと同様の構成からなる第２のガイドローラー装置ＧＦを設け、中間エッジャーミルＥ２の出側および仕上ユニバーサルミルＦの出側にそれぞれ第２の寸法計Ｓ２、第３の寸法計Ｓ３を設けている。仕上ユニバーサルミルＦにて被圧延材を目標製品寸法に仕上圧延する。なお、上記の寸法計Ｓ１〜Ｓ３は被圧延材の断面形状を測定する形状計とすることもできる。
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は被圧延材の温度を測定する温度計で、第１の温度計Ｔ１は粗エッジャーミルＥ１の入側に設置されている。温度計Ｔ１の測定レンジは700 〜1200℃となっている。第２の温度計Ｔ２は中間ユニバーサルミルＲ２の入側に設置され、その測定レンジも同じく700 〜1200℃となっている。第３の温度計Ｔ３は仕上ユニバーサルミルＦの入側に設置され、その測定レンジは500 〜1000℃となっている。これら３個の温度計以外にも各ミル間に温度計が設置されているが、被圧延材の寸法・形状制御に関わるものは主として上記の３個の温度計Ｔ１〜Ｔ３とされている。これらの温度計は被圧延材の温度を測定し、その測定温度は、叙述の最適制御システムの系に取り込まれる。各圧延機には図示しない圧下制御装置と圧下量測定器が装備されており、また、粗ユニバーサルミルＲ１、中間ユニバーサルミルＲ２、仕上ユニバーサルミルＦはウエブ高さを可変とするようロールシフト機能をも備えている場合もある。これに対応して粗エッジャーミルＥ１、中間エッジャーミルＥ２のショートストローク調整やガイドローラー装置ＧＲ、ＧＦのガイド間隔調整が可能になっている。Ｐ／Ｃはこの圧延システム全体の制御を司るプロセスコンピュータである。
【００１２】
ところで、寸法計Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の測定タイミング、測定対象ないし制御項目は表１のようになっており、第１の寸法計Ｓ１の測定値は、ブレークダウンミルＢＤおよび粗ユニバーサルミル群にフィードバックされ、かつ、中間ユニバーサルミルＲ２、中間エッジャーミルＥ２、第１のガイドローラー装置ＧＲ、仕上ユニバーサルミルＦにそれぞれフィードフォワードされる。第２の寸法計Ｓ２の測定値は、第２のガイドローラー装置ＧＦにフィードフォワードされる。第３の寸法計Ｓ３の測定値は、以上の全ての圧延機（ＢＤ、Ｒ１、Ｒ２、Ｆ）およびエッジャーミル（Ｅ１、Ｅ２）にそれぞれフィードバックされるとともに、第２の寸法計Ｓ２にもフィードバックされる。
【００１３】
【表１】

【００１４】
但し、表１において、
Ｒ１仕上：Ｒ１ミルの最終パスの時測定
Ｒ２偶パス：Ｒ２ミルの偶数回目のパスの時測定
Ｒ２ラストパス：Ｒ２ミルの最終パスの時測定
Ｆ仕上：Ｆミルの仕上パスの時測定
ＦＢ：フィードバック制御
ＦＦ：フィードフォワード制御
ＦＢＢｔ１ ：ブレークダウン仕上げウエブ厚（ファイナルビームブランクのウエブ厚）
Ｂ：フランジ幅（図５参照）
Ｈ：ウエブ高さ（同上）
ｔ１ ：ウエブ厚（同上）
ｔ２ ：フランジ肉厚（同上）
Ｐ／Ｌ：パスライン（同上）
軸調：各ユニバーサルミルの水平ロールのスラスト方向のシフト量
Ｓ：ウエブ中心偏り（＝｜ａ−ｂ｜／２）
【００１５】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００１６】
（実施例１）
Ｈ形鋼のサイズ、Ｈ２００×Ｂ２００×８／１２、Ｈ５００×Ｂ２００×１０／１６ 、Ｈ９００×Ｂ３００×１６／２８ の３種について、従来法−１（図７）、従来法−２（図８）、および本発明法（図２）により製造し、製品の仕上り寸法を比較した。
従来法−１は、図７に示すような各圧延機の配列で製造したものであり、仕上ミルＦの出側にのみ寸法計Ｓ３を設置し、かつ、寸法計Ｓ３による測定データを基に、各ミルロールの圧下設定およびガイドローラー装置ＧＲ、ＧＦのガイド間隔設定を人手により変更したものである。
従来法−２は、図８に示すような各圧延機の配列で製造したものであり、中間ミル群の出側に寸法計Ｓ２を、仕上ミルＦの出側に寸法計Ｓ３を設置し、かつ、寸法計Ｓ２による測定データを仕上ミルＦの入側のガイドローラー装置ＧＦにフィードフォワードし、そのガイド間隔設定を自動的に変更するようにしたものである。なお、寸法計Ｓ３の測定データに基づく各ミルロールの圧下設定およびＧＦ以外のガイドローラー装置ＧＲのガイド間隔設定の変更は従来法−１と同様に人手によるものとした。
実施例１の方法は、図２に示すような各圧延機の配列で製造したものであり、中間ミル群の出側に寸法計Ｓ２を、仕上ミルＦの出側に寸法計Ｓ３を設置し、かつ、寸法計Ｓ２に寸法計Ｓ３の測定データを取り込み、学習させ、この学習したデータを仕上ミルＦの入側のガイドローラー装置ＧＦにフィードフォワードして、そのガイド間隔設定を自動的に変更するようにしたものである。
実施例１における寸法計Ｓ２、Ｓ３による測定項目は以下のとおりである。
寸法計Ｓ２：Ｂ、ｔ１ 、Ｓ
寸法計Ｓ３：Ｈ、Ｂ、ｔ１ 、ｔ２ 、Ｓ、ｔ２ 偏肉
仕上り寸法の比較結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】

【００１８】
表２から明らかなように、本発明の方が従来法−１、従来法−２に比べて、ウエブの中心偏りの改善効果が著しいことが分かる。
【００１９】
（実施例２）
実施例１と同じ３種のサイズを本発明法と従来法−１、従来法−２により製造し、仕上り寸法を比較した。
従来法−１、従来法−２については、実施例１の方法と同じである。
実施例２の方法は、図３に示すような各圧延機の配列で製造したものであり、中間ユニバーサルミルＲ２の入側および仕上ミルＦの出側に寸法計Ｓ１、Ｓ３をそれぞれ設置し、寸法計Ｓ１によりＲ１ミルの粗圧延材の仕上り寸法を測定し、この測定データを基に、ＢＤミルからＦミルの各ロールの圧下設定を自動的に修正したものである（予め設定されたプリセットモデルによるパススケジュールを自動的に修正する）。また、Ｒ２ミル、Ｆミルのロールの圧下設定の自動修正は、前材（当該材の１本前の被圧延材）の寸法計Ｓ３の測定データを基に、このデータを優先し、圧下修正を行うものとした。さらに、寸法計Ｓ１の測定データはＲ２ミルの入側のガイドローラー装置ＧＲのガイド間隔設定にフィードフォワードされ、その設定値を自動的に修正するようにしたものである。
実施例２における寸法計Ｓ１、Ｓ３による測定項目は以下のとおりである。
寸法計Ｓ１：Ｂ、ｔ１ 、ｔ２ 、Ｓ、ｔ２ 偏肉
寸法計Ｓ３：Ｈ、Ｂ、ｔ１ 、ｔ２ 、Ｓ、ｔ２ 偏肉
仕上り寸法の比較結果を表３に示す。
【００２０】
【表３】

【００２１】
表３から明らかなように、本発明の方が従来法−１、従来法−２に比べて、ウエブの中心偏りおよびフランジ厚の偏肉ともに格段に優れていることが分かる。
【００２２】
（実施例３）
実施例１と同じ３種のサイズを本発明法と従来法−１、従来法−２により製造し、仕上り寸法を比較した。
従来法−１、従来法−２については、実施例１の方法と同じである。
実施例３の方法は、図４に示すような各圧延機の配列で製造したものであり、中間ユニバーサルミルＲ２の入側および出側、仕上ミルＦの出側に寸法計Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ配置し、寸法計Ｓ１によりＲ１ミルの粗圧延材の仕上り寸法を測定し、この測定データを基に、ＢＤミルからＦミルの各ロールの圧下設定およびロールのスラスト調整およびエッジャーミルのショーとストロークを自動的に修正したものである（予め設定されたプリセットモデルによるパススケジュールを自動的に修正する）。また、Ｒ２ミル、Ｆミルのロールの圧下設定の自動修正は、前材（当該材の１本前の被圧延材）の寸法計Ｓ３の測定データを基に、このデータを優先し、圧下修正およびスラスト調整の修正を行うものとした。さらに、寸法計Ｓ１の測定データはＲ２ミルの入側のガイドローラー装置ＧＲのガイド間隔設定にフィードフォワードされ、その設定値を自動的に修正するようにしたものである。
実施例３における寸法計Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３による測定項目は以下のとおりである。
寸法計Ｓ１：Ｂ、ｔ１ 、ｔ２ 、Ｓ、ｔ２ 偏肉
寸法計Ｓ２：Ｂ、ｔ１ 、Ｓ
寸法計Ｓ３：Ｈ、Ｂ、ｔ１ 、ｔ２ 、Ｓ、ｔ２ 偏肉
仕上り寸法の比較結果を表４に示す。
【００２３】
【表４】

【００２４】
表４から明らかなように、本発明の方が従来法−１、従来法−２に比べて、ウエブの中心偏り、フランジ厚偏肉、およびフランジ幅差の全ての点で格段に優れていることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被圧延材のそれぞれの圧延工程中に寸法計により各部位の寸法を測定し、これらの測定データを基に、最適制御システムにより各ミルの圧下設定値、スラスト調整値、エッジャーミルのショートストローク調整値、およびガイドローラー装置のガイド間隔設定値を制御するようにしたので、ウエブの中心偏り、フランジ厚の偏肉、フランジ幅の変化等を含む総合的な寸法精度が極めて高い形鋼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用する圧延システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１による圧延システムの構成図である。
【図３】本発明の実施例２による圧延システムの構成図である。
【図４】本発明の実施例３による圧延システムの構成図である。
【図５】Ｈ形鋼の各部の寸法を示す説明図である。
【図６】Ｈ形鋼の寸法欠陥の例を示す説明図である。
【図７】従来法の第１例による圧延システムの構成図である。
【図８】従来法の第２例による圧延システムの構成図である。
【符号の説明】
ＢＤ：ブレークダウンミル
Ｅ１：粗エッジャーミル
Ｒ１：粗ユニバーサルミル
Ｒ２：中間ユニバーサルミル
Ｅ２：中間エッジャーミル
Ｆ：仕上ユニバーサルミル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：寸法計
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３：温度計
Ｐ／Ｃ：プロセスコンピュータ

Claims (1)

1. ブレークダウンミルおよび粗ユニバーサルミル、粗エッジャーミルによる粗圧延工程、中間ユニバーサルミルおよび中間エッジャーミルによる中間圧延工程、および仕上ユニバーサルミルによる仕上圧延工程を経て形鋼を製造する方法において、
   前記中間ユニバーサルミルおよび前記仕上ミルの入側にそれぞれ被圧延材を誘導するガイドローラー装置を設けるとともに、被圧延材の寸法を測定する寸法計を、前記中間ユニバーサルミルの入側もしくは出側または両側、および前記仕上ユニバーサルミルの出側にそれぞれ設け、前記寸法計の測定データを基に、最適制御システムにより最適指示値を判断し、各ミルの圧下設定値、水平ロールスラスト調整値、エッジャーミルのショートストローク調整値、およびガイドローラー装置のガイド間隔設定値をパス間またはバー間で制御し形鋼を製造することを特徴とする形鋼の製造方法。

Images