JP2006068777A - 非対称形鋼のユニバーサル圧延方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非対称形鋼のユニバーサル圧延でありながら、水平ロールのスラスト変位を低減することが可能であって、製品精度を保証すると共に、設備の保全性を維持することができる非対称形鋼のユニバーサル圧延方法を提供する。
【解決手段】予め圧延前に非対称形鋼１０の一方のフランジ１１を冷却し、該冷却によってフランジ１１の温度を低下させることによってフランジ１１の圧延荷重Ｐ１を増加させ、水平ロールＲＨに働くスラスト荷重ＰＳを低減させる。また、予め圧延前に非対称形鋼１０の一方のフランジ１１を他方のフランジ１２よりも強く冷却し、該冷却によってフランジ１１の温度降下量をフランジ１２の温度降下量よりも大きくすることによって、フランジ１１の圧延荷重Ｐ１の増加量をフランジ１２の圧延荷重Ｐ２の増加量よりも大きくさせ、水平ロールＲＨに働くスラスト荷重ＰＳを低減させることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、左右のフランジが非対称な断面形状を有する形鋼のユニバーサル圧延方法に関する。

Ｈ形鋼やレールなど（以下「形鋼」と総称する）は、素材となる鋼片を加熱炉で所定温度に加熱した後、粗造形圧延、中間圧延、および仕上げ圧延の各工程を経て、製品断面形状に形成される。このとき、中間圧延および仕上げ圧延において、一対の水平ロールと一対の竪ロールとを有するユニバーサル圧延機が一般的に用いられている。すなわち、一対の水平ロールの外周面によって、Ｈ形鋼やレールなどのウエブが圧延され、水平ロールの一方の側面と一方の竪ロールとによって、Ｈ形鋼やレールなどの一方のフランジが圧延され、水平ロールの他方の側面と他方の竪ロールとによって、Ｈ形鋼やレールなどの他方のフランジが圧延されるものである。

したがって、形鋼が、左右のフランジが非対称な断面形状を有する（以下「非対称形鋼」と称す）場合、それぞれのフランジを圧延する際の圧延荷重が不均一になり、寸法精度が悪化するという問題があった。すなわち、かかる左右の圧延荷重の差が、水平ロールに作用するスラスト荷重（ロール軸方向の力）となって、水平ロールにスラスト変位（水平方向の移動）が生じるため、水平ロールの一方の側面と一方の竪ロールとの間隙、および水平ロールの他方の側面と他方の竪ロールとの間隙が変動する。
一方、前記間隙の変動が複雑なため、適切な調整が困難な場合があり、また、適切に調整しようとすると時間がかかり、作業能率が低下するという問題が生じていた。

そこで、圧延中に発生する水平ロールのスラスト変位量に基づき水平ロールと竪ロールの間隙を設定する技術が開示されている。この技術は、左右のフランジを圧延する竪ロールの反力をそれぞれ検出するとともに、予め求めておいた圧延反力差と無負荷状態から負荷状態に至る水平ロールの軸方向変位との関係から、前記のようにして検出した両竪ロールの圧延反力差に基づく水平ロール軸方向変位量を算出し、負荷時における水平ロールと両竪ロールの相対位置を設計値と一致するように両竪ロールの位置と水平ロールの位置を予めオフセットするという「オフセット方式によるフランジ厚の異なる形鋼のユニバーサル圧延法」である（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５２−１５１６５８号公報（２９８頁、図１）

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、水平ロールには水平ロール軸方向変位（スラスト変位に相当する）が生じるため、水平ロールの支持機構および駆動力伝達機構が複雑になるという問題があった。すなわち、無負荷時回転時（正転および逆転における加減速時を含む）における水平方向位置を保証して、負荷時回転時にはスラスト変位を許容する特殊な軸受構造、および、水平ロールのスラスト変位を許容しながら回転力を伝達するカップリング構造が必要になる。
さらに、かかる機構が複雑であってスラスト変位量が大きいため、機構の劣化や損傷（摩耗や摩耗によるガタ等）が進み易く、設備の保全性が悪化し、さらには、製品精度に悪影響を及ぼす場合があるという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、非対称形鋼のユニバーサル圧延でありながら、水平ロールのスラスト変位を低減することが可能であって、製品精度を保証すると共に、設備の保全性を維持することができる非対称形鋼のユニバーサル圧延方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法は、一対の水平ロールと一対の竪ロールとを具備するユニバーサル圧延機を用いて、左右のフランジが非対称な形鋼を圧延するものであって、
予め圧延前に前記非対称形鋼の一方のフランジを冷却する工程と、該冷却する工程の後に前記非対称形鋼を圧延する工程とを有し、
前記冷却によって前記非対称形鋼の一方のフランジの温度を低下させることによって該フランジの圧延荷重を増加させ、前記水平ロールに働くスラスト荷重を低減させることを特徴とする。

（２）また、予め圧延前に前記非対称形鋼の一方のフランジを他方のフランジよりも強く冷却する工程と、該冷却する工程の後に前記非対称形鋼を圧延する工程とを有し、
前記冷却によって前記一方のフランジの温度降下量を前記他方のフランジの温度降下量よりも大きくすることによって、前記一方のフランジの圧延荷重の増加量を前記他方のフランジの圧延荷重の増加量よりも大きくさせ、前記水平ロールに働くスラスト荷重を低減させることを特徴とする。

（３）さらに、前記左右のフランジが非対称な形鋼が、左右のフランジ長さが相違する形鋼であって、前記一方のフランジが、フランジ長さが短い方のフランジであることを特徴とする。

（４）さらに、前記圧延が、左右のフランジの圧下量が相違するものであって、前記一方のフランジの圧下量が前記他方のフランジの圧下量よりも少ないことを特徴とする。

したがって、水平ロールに働くスラスト荷重を低減させることができるから、水平ロールのスラスト変位が低減し、非対称形鋼の寸法精度が向上すると共に、設備の簡素化および保守管理の簡単化が促進される。

［実施形態１］
図１は本発明の実施形態１に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法を実施する形鋼圧延設備の構成を示す模式図である。図１において、圧延材は概ね左側（以下「上流側」と称する）から右側（以下「下流側」と称する）に向かって搬送される。すなわち、図示しない左側に加熱炉が配置され、該加熱炉かれ右側に向かって順次、ブレークダウン圧延機ＢＤ、第一冷却装置Ｓ１、粗ユニバーサル圧延機ＵＲ、エッジャ圧延機Ｅ、第二冷却装置Ｓ２、第三冷却装置Ｓ３、および仕上げユニバーサル圧延機ＵＦが配置されている。

したがって、図示しない加熱炉で所定温度に加熱された素材となる鋼片は、まず、ブレークダウン圧延機ＢＤによって粗造形圧延され、次に、粗ユニバーサル圧延機ＵＲとエッジャ圧延機Ｅとによる複数パスの往復圧延（タンデムリバース圧延）によって中間圧延され、最後に、仕上げユニバーサル圧延機ＵＦによって仕上げ圧延され、所定の製品断面形状に形成される。

なお、中間圧延はタンデムリバース圧延であるから、正転圧延時には、圧延材は粗ユニバーサル圧延機ＵＲの上流側において第一冷却装置Ｓ１によって冷却され（冷却されない場合もある）、粗ユニバーサル圧延機ＵＲから下流側のエッジャ圧延機Ｅに向かって搬送され、一方、逆転圧延時には、圧延材はエッジャ圧延機Ｅの下流側において第二冷却装置Ｓ２によって冷却され（冷却されない場合もある）、エッジャ圧延機Ｅから上流側の粗ユニバーサル圧延機ＵＲに向かって搬送される。

図２は本発明の実施形態１に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法を説明するものであって、（ａ）は冷却状況を、（ｂ）はスラスト荷重を示す模式図である。
図２の（ａ）において、非対称形鋼１０はフランジ長さが相違するものであって、短辺側フランジ１１のみを冷却、すなわち、冷却水をノズル２１から噴出させ、短辺側フランジ１１の外面に噴射して冷却している（水冷方式）。したがって、該冷却によって非対称形鋼１０の短辺側フランジ１１は冷却前よりも低温になり、変形抵抗が上昇する。
なお、本発明において冷却方法は、所定の冷却効果が得られる限り限定するものではなく、圧縮空気を吹き付ける空冷方式、気液混合体を吹き付けるミスト冷却方式、あるいは流水を供給するラミナ冷却方式等であってもよい。

図２の（ｂ）において、非対称形鋼１０の短辺側フランジ１１は、一方の竪ロールＲＶの外周面ＲＶ１と水平ロールＲＨの外周面ＲＶ１に対峙する端面ＲＨ１とによって圧延され、圧延荷重Ｐ１が発生している。同様に、非対称形鋼１０の長辺側フランジ１２は他方の竪ロールＲＶの外周面ＲＶ２と水平ロールＲＨの外周面ＲＶ２に対峙する端面ＲＨ２とによって圧延され、圧延荷重Ｐ２が発生している。そして、圧延荷重Ｐ１と圧延荷重Ｐ２との差が水平ロールＲＨにスラスト荷重ＰＳ（＝Ｐ２−Ｐ１）として作用している。

このとき、冷却された短辺側フランジ１１の温度が冷却されていない長辺側フランジ１２の温度よりも低いため、短辺側フランジ１１の変形抵抗は長辺側フランジ１２の変形抵抗よりも大きくなっている。
したがって、両者の変形抵抗が等しい場合には、短辺側フランジ１１の圧延荷重Ｐ１は長辺側フランジ１２の圧延荷重Ｐ２よりも小さく、しかるべき大きさのスラスト荷重ＰＳが生じていたところ、前記冷却によって両者の変形抵抗に差を設けたため、短辺側フランジ１１の圧延荷重Ｐ１が増大するから、スラスト荷重ＰＳが小さなものになっている。

（実施例）
図３は本発明の実施形態１に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法における実施例を説明するものであって、（ａ）は製品の断面形状を、（ｂ）は粗ユニバーサル圧延における被圧延材の断面形状を示す模式図である。
すなわち、非対称形鋼１０はＨ形鋼であって、その法は、ウェブ高さが５００ｍｍ、長辺側フランジ１２の幅が３００ｍｍ、短辺側フランジ１１の幅が２５０ｍｍ、ウェブ１３の厚さは１１ｍｍ、フランジの厚さは長辺側フランジ１２および短辺側フランジ１１ともに１８ｍｍであった。粗ユニバーサル圧延における被圧延材の断面形状はフランジに傾斜がついた状態である（図３の（ｂ）参照）。

このような断面形状の被圧延材を、図１に示す粗ユニバーサル圧延機ＵＲとエッジャ圧延機Ｅとによるタンデムリバース圧延に際し、該被圧延材が第一冷却装置Ｓｌおよび第二冷却装置Ｓ２を通過する間、短辺側フランジ１１にのみ冷却水を噴射して温度を降下させた。そして、左右の竪ロールＲＶに作用する圧延荷重の差、すなわち、スラスト荷重ＰＳ（＝Ｐ２−Ｐ１）を測定したところ、１５０ｋＮであった。
一方、冷却水の噴射を中止した比較材における同様の圧延で、スラスト荷重ＰＳが５００ｋＮであったから、かかる冷却によってスラスト荷重ＰＳが該冷却がないときの３０％にまで大きく低減することが確認された。
さらに、スラスト荷重ＰＳが低減したことで、製品寸法に及ぼす水平ロールＲＨの水平位置の変動の影響が少なくなり、寸法精度が向上した。また、水平ロールＲＨの軸受に作用するスラスト荷重が低減したことで、設備の負荷が小さくなり、保守管理を簡便にすることが可能となった。

［実施形態２］
図４は本発明の実施形態２に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法における冷却状況を説明する模式図である。図４において、非対称形鋼１０はフランジ長さが相違するものであって、短辺側フランジ１１はノズル２１から噴出する冷却水によって、長辺側フランジ１２はノズル２２から噴出する冷却水によって、それそれ冷却されている。なお、冷却方法は実施形態１と同様限定するものではない。

このとき、短辺側フランジ１１の冷却を長辺側フランジ１２の冷却より強化（抜熱量が多いに同じ）しているから、短辺側フランジ１１の温度降下量が長辺側フランジ１２の温度降下量よりも大きくなっている。したがって、圧延時において、短辺側フランジ１１は長辺側フランジ１２に比較して、温度が低く変形抵抗が大きくなるから、冷却がない場合に比較した短辺側フランジ１１の圧延荷重Ｐ１の増加量は、長辺側フランジ１２の圧延荷重Ｐ２の増加量よりも大きくなる。

よって、前記冷却がない場合には、圧延荷重Ｐ１は長辺側フランジ１２の圧延荷重Ｐ２よりも小さく、しかるべき大きさのスラスト荷重ＰＳが生じていたところ、前記冷却によって両者の変形抵抗に差を設けたため、短辺側フランジ１１の圧延荷重Ｐ１の増加量が増大するから、スラスト荷重ＰＳが小さなものになっている。さらに、短辺側フランジ１１および長辺側フランジ１２は、所定の冷却および圧延が繰り返されるから、材質特性の向上、および圧延中や圧延後の熱歪みの低減が図られている。

なお、短辺側フランジ１１の冷却が強すぎる（抜熱量が過大に同じ）場合、短辺側フランジ１１の圧延荷重Ｐ１の方が長辺側フランジ１２の圧延荷重Ｐ２よりも大きくなって逆向きのスラスト荷重ＰＳが水平ロールＲＨに発生するため、短辺側フランジ１１の冷却は、短辺側フランジ１１の圧延荷重Ｐ１が長辺側フランジ１２の圧延荷重Ｐ２を超えないよにする。

（実施例）
図５は本発明の実施形態２に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法における実施例を説明する粗ユニバーサル圧延における被圧延材の断面形状を示す模式図である。本実施例として、図１に示す形鋼圧延設備によってレール３０を圧延した場合について説明する。
図５において、レール３０は、頭部３１が足部３２よりも幅（図中、上下方向）が狭くまた厚み（図中、左右方向）が厚い形状をしている。このような断面形状の被圧延材を、図１に示す粗ユニバーサル圧延機ＵＲとエッジャ圧延機Ｅとによるタンデムリバース圧延に際し、レール３０が第一冷却装置Ｓｌおよび第二冷却装置Ｓ２を通過する間、頭部３１を強冷却、足部３２を弱冷却として、それぞれノズル２１およびノズル２２から冷却水を噴射して温度を降下させた。

そして、左右の竪ロールＲＶに作用する圧延荷重の差、すなわち、スラスト荷重ＰＳ（＝Ｐ２−Ｐ１）を測定したところ、１１０ｋＮであった。
一方、冷却水の噴射を中止した比較材における同様の圧延で、スラスト荷重ＰＳが３４０ｋＮであったから、かかる冷却によってスラスト荷重ＰＳが該冷却がないときの３２％にまで大きく低減することが確認された。
さらに、スラスト荷重ＰＳが低減したことで前述の実施形態１と同様の効果が得られている。

以上、実施形態１および２は、左右のフランジが形状的に非対称な形鋼（Ｈ形鋼およびレール）について説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、圧延加工的に非対称、すなわち、左右のフランジの圧下率（圧下量であっても同様）が相違する場合においても適用することができ、前述と同様の効果が得られるものである。

本発明は以上の構成であるから、非対称形鋼のユニバーサル圧延方法として広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法を実施する形鋼圧延設備の構成を示す模式図。 本発明の実施形態１に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法を説明するものであって、（ａ）は冷却状況を、（ｂ）はスラスト荷重を示す模式図。 本発明の実施形態１に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法における実施例を説明するものであって、（ａ）は製品の断面形状を、（ｂ）は粗ユニバーサル圧延における被圧延材の断面形状を示す模式図。 本発明の実施形態２に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法における冷却状況を説明する模式図。 発明の実施形態２に係る非対称形鋼のユニバーサル圧延方法における実施例を説明する粗ユニバーサル圧延における被圧延材の断面形状を示す模式図。

符号の説明

１０ 非対称形鋼
１１ 短辺側フランジ
１２ 長辺側フランジ
１３ ウェブ
２１ ノズル
２２ ノズル
３０ レール
３１ 頭部
３２ 足部
ＢＤ ブレークダウン圧延機
Ｅ エッジャ圧延機
ＲＨ 水平ロール
ＲＨ１ 端面
ＲＨ２ 端面
ＲＶ 竪ロール
ＲＶ１ 外周面
ＲＶ２ 外周面
Ｓ１ 第一冷却装置
Ｓ２ 第二冷却装置
Ｓ３ 第三冷却装置
ＵＦ 仕上げユニバーサル圧延機
ＵＲ 粗ユニバーサル圧延機
Ｐ１ 圧延荷重
Ｐ２ 圧延荷重
ＰＳ スラスト荷重

Claims (4)

1. 一対の水平ロールと一対の竪ロールとを具備するユニバーサル圧延機を用いて、左右のフランジが非対称な形鋼を圧延する非対称形鋼のユニバーサル圧延方法であって、
   予め圧延前に前記非対称形鋼の一方のフランジを冷却する工程と、該冷却する工程の後に前記非対称形鋼を圧延する工程とを有し、
   前記冷却によって前記非対称形鋼の一方のフランジの温度を低下させることによって該フランジの圧延荷重を増加させ、前記水平ロールに働くスラスト荷重を低減させることを特徴とする非対称形鋼のユニバーサル圧延方法。
2. 一対の水平ロールと一対の竪ロールとを具備するユニバーサル圧延機を用いて、左右のフランジが非対称な形鋼を圧延する非対称形鋼のユニバーサル圧延方法であって、
   予め圧延前に前記非対称形鋼の一方のフランジを他方のフランジよりも強く冷却する工程と、該冷却する工程の後に前記非対称形鋼を圧延する工程とを有し、
   前記冷却によって前記一方のフランジの温度降下量を前記他方のフランジの温度降下量よりも大きくすることによって、前記一方のフランジの圧延荷重の増加量を前記他方のフランジの圧延荷重の増加量よりも大きくさせ、前記水平ロールに働くスラスト荷重を低減させることを特徴とする非対称形鋼のユニバーサル圧延方法。
3. 前記左右のフランジが非対称な形鋼が、左右のフランジ長さが相違する形鋼であって、前記一方のフランジが、フランジ長さが短い方のフランジであることを特徴とする請求項１または２記載の非対称形鋼のユニバーサル圧延方法。
4. 前記圧延が、左右のフランジの圧下量が相違するものであって、前記一方のフランジの圧下量が前記他方のフランジの圧下量よりも少ないことを特徴とする請求項１または２記載の非対称形鋼のユニバーサル圧延方法。
   

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