JPH0452021A - Ｈ形鋼のフランジ冷却制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ Ｈ形鋼は優ねた断面性能をもつことから、建材、機械構
造用材料として使用さねているか、さらに断面性能をあ
げるため、フランジとウェブの厚み比を大きくすること
か要請されている。

本発明は、このようなフランジとウェブの厚み比の大き
なＨ形鋼の製造過程において生する残留応力低減のため
の、計算機によるフランジ冷却制御方法の改良に関する
。

［従来の技術］ Ｈ形鋼は、鋼板や鋼管等に比較してその断面が特異な形
状をしているため、その熱間圧延による製造過程におい
て、主としてフランジとウェブの温度差によって残留応
力か生ずる。通常、フランジ部がウェブ部と比して厚み
が厚く冷却されにくいため、フランジ部が引っ張り、ウ
ェブ部か圧縮の残留応力が生ずる。残留応力の影響は極
端な場合ウェブの許容圧縮応力を越え、ウェブ波うち現
象として現れる。このため、フランジ部とウェブ部の温
度差を極力小さくする手段として、フランジの強制冷却
装置が圧延機に隣接して設置されているのか一般である
。

また、Ｈ形鋼は通常、フランジ幅が１００ｍｍから４０
０ｍｍ　、ウェブ高さか１００＋ｎｍから９００ｍｍと
サイズ範囲か広いため、鋼材のサイズを考慮した冷却か
なされている。第２図はＨ形鋼通材中、材料断面を見た
図である。第２図のようにフランジ冷却装置は圧延材を
冷却するためのノズル群３とＨ形鋼のウェブ高さによっ
て可動する、ガイド装置４から構成される。第２図に示
すとおり、テーブル６上を搬送されるＨ形鋼は、圧延姿
勢で横方向からフランジ５ａを、高さ方向及び適材方向
に配置されたノズル群３によって強制冷却するのが、−
数的である。ウェブ５ａへの水乗りを抑えるため、第７
図（ａ）　（ｂ）のバルブ３７の０Ｎ１０ＦＦによって
フランジ幅に応した高さ方向のノズル選択が行われる。

また、特公昭５７−５９００３号公報では圧延実施前の
被圧延材のフランジとウェブの温度を測定し、該測定値
により圧延実施後の所定位置でのそれそわの温度を推定
し、該推定温度の差を求め、該推定温度差と許容温度差
の相対差を求め、この相対差に基ついて、所定位置に設
けた強制冷却装置の冷却能を調節する方法が開示されて
いる。冷却能は通常、単位面積当りの流量すなわち、流
量密度を代表特性と考えるのか一般的で、流量密度とフ
ランジ幅及びフランジ冷却装置長の積である流量の制御
、−例として第７図（ｂ）の流量調節バルブ３３と流量
計３２のフィードバック制御による冷却液の流量調節で
もって冷却能の調節を行う。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、冷却能のみの調節では、フランジとウェ
ブの熱容量比が大きく、かつフランジとウェブの許容温
度差が小さい、フランジとウェブの厚み比の大きなＨ形
鋼のサイズを含む多くのサイズのＨ形調圧延を可能とす
るには後記の理由により操業上対応が困難である。

■設備的には、フランジ幅方向に対応する流量を調節し
た上で、冷却能を調節することは、バルブ、水圧のター
ンダウン比の関係から制御上、限界かある。■圧延速度
を調整して必要な強制冷却をさせる方法は、低圧延速度
による圧延能率の低下、サーマルランタウンをカバーす
る冷却能調節装置の大きな制御余裕か必要等の問題があ
る。■冷却能を大きくとりすぎるとＨ形鋼の表面硬度が
高くなりすぎて加工性に問題が生ずる可能性がある。

本発明は単に冷却能の調節のみのフランジ冷却制御の問
題点を解決する方法を提供するものである。

［！！題を解決するための手段］ すなわち、本発明は、次の構成を要旨とするものである
。

１、熱間圧延加工を行うＨ形鋼の中間、仕上げ工程にお
いて、複数の冷却制御ゾーンに分割された鋼材長に対し
て十分の長さを持つＨ形鋼のフランジ部への強制冷却装
置に対して、鋼材のトラッキング情報により、冷却制御
ゾーンを順次作動させ、冷却液を噴射させることを特徴
とするＨ形鋼のフランジ冷却制御方法。

２、上記ｌ記載の各冷却制御ゾーン毎に、鋼材冷却時は
前記冷却装置に対して、鋼材非冷却時は排水設備に対し
て、切り替え可能なゲートまたはバルブを有する配管系
統において、鋼材圧延中、冷却液流量はサイズ毎に前も
って設定した流量に保ち、通材速度とトラッキング中の
温度情報の演算、または前もって設定した条件に基づい
て、前記複数個の冷却制御ゾーンに対応するゲートまた
はバルブを切り替え、冷却液を噴射させることを特徴と
するＨ形鋼のフランジ冷却制御方法。

以下本発明の詳細な説明する。

板材の仕上げ圧延機と巻取り装置の間で一般的に行われ
ている冷却方法に着目して、冷却させるに意味ある３ｍ
〜６１の冷却長を持つ冷却装置を過材ライン方向に複数
列並べ、それぞれの冷却装置毎にＯＮ１０　Ｆ　Ｆさせ
ることにより、ターンダウン比は冷却装置個数に比例す
る比まで増大可能となる。また、極端に圧延速度を低く
調整する必要がないのて圧延能率低下はなく、サーマル
ランダウンに対する設備配慮は不要となる。ざらに適当
な冷却能による冷却か可能なので加工性に問題か生ずる
ことはない。この方法についての新たに生じてくる課題
はＯＮ１０　Ｆ　Ｆさせるときの流量変動をいかに抑え
るかである。すなわち、第７図（ｂ）でバルブ３８を急
開させると冷却装置に流れる流量は定常状態の１．２倍
から１．４倍となり、鋼材にかかる冷却液が増え、冷却
能の連続性が崩れることを避ける対策が必要である。

これに対しては、第７図（ａ）でフランジ水冷装置３６
と排水装置３５といずれかに切り替え可能なゲートまた
はバルブ３４を配置して計算機からの指令で冷却液の流
れる方向を切り替えることにより冷却能の連続性を保つ
ことが可能である。

［作用］ 第１図は熱間圧延によりＨ形鋼を製造する一般的なレイ
アウトである。加熱炉１によって加熱された圧延材料は
、ブレーク・ダウン・ミルＢＤによって粗圧延された後
、ユニバーサル・ミルＵ及びエシャー・ミルＥからなる
ラフインク・ミルＯｒによって中間仕上げされ、さらに
フィニッシンク・ミルＯｆによフて什旧げ圧延される。

所定の断面形状に仕上げられた圧延材料は、第１ホツト
・ソーｌｌｌ５によって倍尺に切断された後、さらに第
２ホツト・ソー２Ｈ５によって定尺に切断される。ｆｉ
後に、圧延の終了した鋼材は、冷却床２へ取り込まわて
冷却された後、ローラー・ストレーナＲ５によって真直
に仕上げられて製品となる。Ｈ形鋼のフランジ強制水冷
が有効なのは所定の断面形状に近い形状となる、中間仕
上げ以降のミルＯｒ及びＯｆで圧延される時である。

第３図はＯｒの前後面にフランジ冷却装置を配した実施
例である。被圧延材を１３の方向に圧延する時は、ユニ
バーサル・ミルＵとエジャーミルＥの入側の２つのゾー
ン９、ｌＯをもつフランジ冷却装置の手前の両フランジ
温度計７ａ、７ｂ及びウェブ温度計８で被圧延材の表面
温度を測定し、被圧延材のフランジとウェブの温度差に
より、Ｕ及びＥ圧延後の２つのゾーン１１．１２を含む
フランジ冷却装置のゾーン９から１２の強制冷却有り無
しを、計算機による演算、または前もって計算機に与え
ておいたテーブルを読み込むことによって決定する。

温度差によってゾーンの強制冷却有り無しを決定した被
圧延材の位置を計算機内に覚えさせておいて被圧延材の
トラッキング情報に基づいて被圧延材のその位置が該ゾ
ーンを通過した時、計算機の指令どおりに冷却液噴射有
り、あるいは冷却液噴射無しに制御する。また、被圧延
材を前記とは反対の１４の方向に圧延する時は被圧延材
の表面温度を測定する温度計が温度計７ａ’　、７ｂ’
　となる以外は作用としては同様である。実施例では圧
延機Ｕ及びＥの前後面のフランジ冷却装置ゾーンを２つ
ずつとしたが、２つに限定するものではなく、また、前
後同数に限定するものでもない。計算機によって強制冷
却有り無しの指令が複数ゾーンに亘るものはすべて本発
明に含まれるものである。

また、第４図は熱間圧延最終工程であるフィニッシング
・ミルＵｆに隣接したフランジ冷却装置を示す。被圧延
材は２３の方向に圧延されるとする。

両フランジ温度計１５ａ　、　＋５ｂ及びウェブ温度計
１６で被圧延材の表面温度を測定し、被圧延材のフラン
ジとウェブの温度差により、前述と同様、フランジ冷却
装置のゾーン１７から２２の強制冷却有り無しを、計算
機による演算、または前もつて計算機に与えておいたテ
ーブルを読み込むことによって決定する。フィニッシン
ク・ミルＯｆは温度計とフランジ冷却装置との間に限定
されるものではなく、温度計の上流側あるいはフランジ
冷却装置下流側に設置されることもレイアウトによって
は有り得るものである。計算機の演算の基本式は昭和６
２年１１月日本鉄鋼協会で発表されたデータである、第
５図（ａ）　（ｂ）に示すとおり、強制冷却時間が残留
応力低減に効果があるとの知見から、冷却能一定とした
サイズ毎の強制冷却時間とするのが、最も簡明である。

前述のとおり冷却能はフランジ冷却装置から噴出される
流量密度によって決定される。冷却液の流量はサイズ毎
に設定された流量密度とフランジ幅及びゾーン長の積で
ある。第７図（ａ）は右側より左側に流れる冷却液の配
管フローを示す。第８図のとおり、流量調節バルブ３３
は、計算機によって設定された流量に従って開度を設定
し、流量計３２の指示値によってフィードバック制御を
行う。

流量調節バルブ３３の下流側の三方弁３４の出側の一方
はフランジ冷却装置へ、他方は排水装置３５へ配管され
、トラッキング情報に基づき、切り替えか行わわる。第
６図は入側にポンプ設備２４を持ち、第７図（ａンの配
管フローが複数ゾーン配置された場合である。被圧延材
が右から左へ過材されるとした場合、トラッキング情報
によりゾーン２５から３０に対応する三方弁は順次、ゾ
ーン選択指令に基づき、フランジ冷却装置側へと切り替
わっていく。

第９図は、ゾーン選択の三方弁切り替えロジックの実施
例を示す。前もって計算機に登録したサイズ毎の必要流
量密度とサイズ毎の強制水冷後のウェブ、フランジ温度
差目標を呼び出して、計算機で実圧延中のウェブ、フラ
ンジの温度実績値から強制冷却時間演算を行わせる。さ
らに、強制冷却時間を圧延速度で除することにより冷却
必要ゾーン数を求める。こ才りにより、冷却ゾーンを指
定して三方弁の切り替えを行う。計算機に登録するデー
タは、例えば、第５図（ａ）　（ｂ）のＨ９００ｘ　３
００ｘ１６ｘ２８のデータのように、冷却能Ｈｆ＝　２
５０　Ｋｃａｌ／ｍ２ｈ”ｃの時、空冷、１分冷却、２
分冷却等の温度条件と残留応力のデータを実験により求
め、許容残留応力値に対応する冷却時間とウェブ、フラ
ンジの温度差をデータ登録する。また、温度差、残留応
力の関係をシミュレーションで求め、その結果をデータ
登録することもてきる。計算機による演算の必要のない
サイズ圧延時は、前もって冷却するシー、ンを指定する
こともできる。

［発明の効果コ 以上の本発明のフランジ冷却制御方法を採用することに
より、フランジとウェブの厚み比の大きなＨ形鋼、即ち
断面性能の優れたＨ形鋼の製造が可能となる。フランジ
冷却装置のゾーン数及びゾーン数のＮ倍である機長は、
圧延するサイズに要求される冷却性能を満足する、設備
上冷却能の取わる範囲と圧延速度によって決められる。

発明が解決しようとする課題にも述べたが、冷却能が大
きすきると、製品の要求品質、例えば表面硬度が高くな
りすぎること、被圧延材の冷却が短時間に行われること
による制御性の困難さが増してくる。また、圧延速度を
低くしすぎると、前述したように生産能率の低下を招く
。フランジ冷却装置のゾーン数と機長は、製造するサイ
ズ範囲によって最適値かあり、前述の点を考慮すれば経
済的に決められる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＨ形鋼製造工程を示す概略図、第２図（ａ）　
（ｂ）はＨ形鋼フランジの冷却装置の例を示す正面図と
そのＡ−Ａ矢視図、第３図はラフィング・ミルＯｒの前
後面にフランジ冷却装置を配置した実施例図、第４図は
フィニッシング・ミルＯｆに隣接したフランジ冷却装置
を示す説明図、第５図（ａ）（ｂ）は公知のデータを示
すグラフ、第６図及び第７図（ａ）　（ｂ）は冷却液の
種々の配管フロー図、第８図及び第９図は制御フローを
示すブロック図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱間圧延加工を行うＨ形鋼の中間、仕上げ工程にお
   いて、複数の冷却制御ゾーンに分割された鋼材長に対し
   て十分の長さを持つＨ形鋼のフランジ部への強制冷却装
   置に対して、鋼材のトラッキング情報により、冷却制御
   ゾーンを順次作動させ、冷却液を噴射させることを特徴
   とするＨ形鋼のフランジ冷却制御方法。 ２、請求項１記載の各冷却制御ゾーン毎に、鋼材冷却時
   は前記冷却装置に対して、鋼材非冷却時は排水設備に対
   して、切り替え可能なゲートまたはバルブを有する配管
   系統において、鋼材圧延中、冷却液流量はサイズ毎に前
   もって設定した流量に保ち、通材速度とトラッキング中
   の温度情報の演算、または前もって設定した条件に基づ
   いて、前記複数個の冷却制御ゾーンに対応するゲートま
   たはバルブを切り替え、冷却液を噴射させることを特徴
   とするＨ形鋼のフランジ冷却制御方法。