JP2009248271A - 鋼材の切断方法及び切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度が向上した鋼材を鋼材の断面形状に合わせて切断する場合であっても、簡易な構成で、効率良く切断できるようにする。
【解決手段】Ｈ形鋼１１の搬送ラインに配置され、このラインを搬送されてくるＨ形鋼１１を加熱すべく、このＨ形鋼１１の外周にトーチ１２を配置する。同じくＨ形鋼１１の搬送ラインにおける前記トーチ１２の上流側、若しくは下流側に、前記トーチ１２によって加熱した後のＨ形鋼１１を、前記加熱位置で切断するホットソー６を配置する。この切断装置を用い、切断に先立ち、前記トーチ１２を用いて予め前記Ｈ形鋼１１を加熱した後、該加熱部分がホットソー６による切断位置になるよう、前記Ｈ形鋼１１を搬送して該加熱部分をホットソー６で切断する。
【効果】従来、切断がネックとなって製造が不可能であった高強度高靭性の鋼材を、高能率で製造可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋼材を切断する方法、及びこの切断方法を実施する切断装置に関するものである。より具体的には、圧延ラインで圧延された複雑な断面形状を有する形鋼を、熱間鋸断機（以下，ホットソーという。）によって，その幅方向に切断する方法、及びその装置に関するものである。

Ｈ形鋼に代表される形鋼の熱間圧延による製造ラインでは、圧延ラインの末端に、形鋼をその幅方向に切断するホットソーを設置し、圧延された形鋼を所定の位置で切断することが行われている。

この形鋼の切断に際しては、搬送ライン方向と直交する方向に配置された円形鋸刃を回転させることにより形鋼を幅方向に切断する方法が採られている。

回転する円形鋸刃が形鋼に接触して切断を始めると、形鋼は、内部応力等によって長手方向に逆への字状態となり、円形鋸刃は両側の切断面によって締め付けられる。このため、円形鋸刃の寿命低下や、切れ味の低下に起因する切断バリの発生等が生じ、円形鋸刃の交換等のためのライン停止を余儀なくされ、ライン停止による弊害がもたらされていた。

また、最近では、形鋼に求められる仕様、とりわけ機械的性質は徐々に厳しくなってきており、性能向上を目的として、圧延中に水冷を行うことにより材料の組織を制御したＴＭＣＰ（Thermo Mechanical Control Process）材の割合が増えつつある。

製造条件がＴＭＣＰ仕様の場合、形鋼の形状・サイズ毎に冷却条件も異なるため、アズロール材ではあまり認められなかった材料の反り等の変形が大きく発生する。特に、近年需要が増加している極厚Ｈ形鋼では、仕上げ圧延の終了後に水冷装置を通過させて急冷することが行われている。

従って、この場合、切断工程における鋼材の温度は、非水冷材に比べてかなり低くなり、鋼材温度がホットソーによる切断の限界温度とされる６００℃を下回る場合も生じてきている。また、鋼材の断面積が大きく、かつ反りも大きいため、切断時の負荷が益々高くなってきている。

上述した極厚Ｈ形鋼のように、低温化による切断抵抗の増加と、大型化による断面積の増加は、円形鋸刃の短命化に留まらず、生産そのものを阻害する。具体的には、ホットソーで切断できない鋼材では、一旦オフラインとしてバンドソー等で改めて切断することが必要となり、生産効率を低下させる要因となる。

このような切断時の問題に対して、形鋼の切断部を鋸刃方向に押圧して、切断面を長さ方向に広げて切断すること、すなわち切断部をパスライン上方に持ち上げて切断する方法が特許文献１に開示されている。
特開昭５４−１２０４８６号公報

特許文献１に記載された実施例によれば、形鋼の切断部をパスラインから１０mm程度持ち上げることにより、被切断材である形鋼の内部応力を除去して、切断完了面が円形鋸刃を締め付けることが無いような工夫が加えられている。

しかしながら、反り量が大きく、かつ、断面積の大きな極厚Ｈ形鋼のような場合には、回転する円形鋸刃が形鋼に接触して切断を始めると、形鋼の内部応力等により切断完了面が鋸刃を締め付けてしまい、鋸刃の寿命延長効果が得られないばかりか切断不能になることが頻度高く発生している。

また、特許文献２には、ラインで圧延された棒状体鋼材を鋸刃によりその幅方向に切断するに際し、鋼材の長さ方向に前後してそれぞれ配置された鋼材支持装置を、切断部の反り量に応じて上昇制御して切断部近傍を支持しつつ切断する方法が開示されている。
特開２０００−２４６５４１号公報

しかしながら、特許文献２で開示された方法では、鋼材の切断部の反り量の測定装置や鋼材支持装置の上昇量の制御が必要であることから、装置自体が複雑となり、また高額な設備投資が必要といった問題がある。

一方、鋼材を冷間で切断する際の騒音やバリを低減させるために、予め鋼材の切断部位を高周波加熱する方法（特許文献３）や、トーチで加熱する方法（特許文献４）が開示されている。
実開昭５６−１２１５１７号公報 実開昭５１−４３９８９号公報

しかしながら、これら特許文献３、４で開示された方法では、形鋼（例えばＨ形鋼）のような複雑な断面形状を有する鋼材を切断する際に、高周波誘導加熱コイルの形状を鋼材の形状に合わせて変える必要がある。

また、ホットソーの動きに追従するトーチで加熱する場合は、鋼材とトーチの距離が適切でないと、極厚Ｈ形鋼のようなとりわけ肉厚な鋼材の場合や、切断速度が速い場合は、鋼材の表層は加熱されても、鋼材内部まで所定温度に加熱できない。また、トーチと鋼材が干渉するという問題もある。

本発明が解決しようとする問題点は、ＴＭＣＰ型Ｈ形鋼のような、仕上げ圧延後に水冷されて強度が向上した鋼材を、鋼材の断面形状に合わせて切断する場合、円形鋸刃の寿命が短くなったり、装置自体が複雑となったりするという点である。

本発明の鋼材の切断方法は、
ＴＭＣＰ型Ｈ形鋼のような、仕上げ圧延後に水冷されて強度が向上した鋼材を、鋼材の断面形状に合わせて切断する場合であっても、簡易な構成で効率良く切断できるようにするために、
ホットソーを用いて鋼材を切断するに際し、
ホットソーに対して鋼材の搬送方向上流側、若しくは搬送方向下流側にトーチを設置し、
切断に先立ち、前記トーチを用いて予め前記鋼材を加熱し、
しかる後、該加熱部分がホットソーによる切断位置になるよう、前記鋼材を搬送した後、該加熱部分をホットソーで切断することを最も主要な特徴としている。

本発明の鋼材の切断方法は、
鋼材の搬送ラインに配置され、このラインを搬送されてくる鋼材を加熱すべく、この鋼材の外周に配置されたトーチと、
同じく鋼材の搬送ラインにおける前記トーチの上流側、若しくは下流側に配置され、前記トーチによって加熱した後の鋼材を、前記加熱位置で切断するホットソーと、
からなる本発明の鋼材の切断装置を用いて実施できる。

本発明は、ＴＭＣＰ仕様のように仕上げ圧延後に急冷されて強度が向上した鋼材でも、ホットソーの円形鋸刃の磨耗、摩滅により切断不能となる問題が解消でき、従来、切断がネックとなって製造が不可能であった高強度高靭性の鋼材を、高能率で製造可能となる。

また、ホットソーの円形鋸刃の寿命向上による工具原単位の向上と、それによる鋼材の製造コスト削減が可能となる。

発明者らは、Ｈ形鋼や山形鋼、溝形鋼のような熱間圧延で製造される、とりわけＴＭＣＰ仕様のように仕上げ圧延後に急冷されて強度が向上した鋼材に関して、製造ラインの下流に設置されたホットソーの円形鋸刃の磨耗、摩滅により切断不能となる問題を調査した。

その結果、ホットソーによる鋼材の切断前に、鋼材の切断部位を、その外周からトーチを用いて切断面の内部に至るまで予め加熱しておくことにより、切断抵抗の安定した低減と、それによるホットソーの円形鋸刃の寿命向上が実現することを見出した。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本発明の切断対象である例えばＨ形鋼の熱間製造ラインの一例を示す図である。

Ｈ形鋼の場合、連続鋳造されたスラブあるいはビームブランク（粗形鋼片）を素材として、まず加熱炉１で１２５０℃から１３５０℃に加熱され、その後、粗圧延機２、中間圧延機３、及び仕上げ圧延機４を経てＨ形鋼１１に造形される。

仕上げ圧延後のＨ形鋼１１は、定寸機５とホットソー６を用いて所定の製品長さに切断され、その後、冷却床に搬送されて常温まで放冷され、矯正工程、検査工程を経て製品となる。なお、図１中の７は水冷装置を示す。

図１では、ホットソー６と定寸機５は各々２基設置した例を示している。これは、上流側のホットソー６ａと定寸機５ａを用いて圧延後のＨ形鋼１１を製品長の２倍あるいは３倍の長さに切断した後、下流側のホットソー６ｂと定寸機５ｂを用いてＨ形鋼１１を所定の製品長に切断することで、切断能率の向上を図るためである。しかしながら、設置するホットソー６と定寸機５の数は図１に示した例に限らない。

図２は、トーチ１２を前記ホットソー６ａの上流側に設置した場合における本発明の説明図である。図２以降の図では上流側のホットソー６ａと定寸機５ａを用いた切断について説明する。

図２（ａ）は切断前のＨ形鋼１１の加熱工程を鋼材搬送ラインの上方から見た模式図である。

切断に際しては、定寸機５ａのストッパー５ａａ（図２に２基表示したストッパー５ａａ，５ａｂのち、上流側のストッパー）を予め搬送ライン上にせり出しておき、熱間圧延、冷却後のＨ形鋼１１をこの上流側のストッパー５ａａに当たるまで搬送し、停止させる。

この上流側ストッパー５ａａは、図示しないが、Ｈ形鋼１１の搬送方向に自在に移動可能な構造であって、トーチ１２で加熱するＨ形鋼１１の位置が、トーチ１２の下流側に位置するホットソー６ａによる切断位置となるように予め位置設定をしておく。

その後、前記トーチ１２で当該Ｈ形鋼１１の切断予定位置を加熱する。このトーチ１２は、例えば図３のように、Ｈ形鋼１１のウエブ１１ａの上下面とフランジ１１ｂの内面を加熱するためのトーチ１２ａと、フランジ１１ｂの外面を加熱するためのトーチ１２ｂを、それぞれ１対ずつ備えている。

これらトーチ１２ａ，１２ｂは、鋼材搬送用ローラーテーブル１３を用いてＨ形鋼１１を搬送する際には、Ｈ形鋼１１とトーチ１２ａ，１２ｂが干渉しない（突っ掛けない）ように、図３（ａ）に示すように、退避させておくことが望ましい。

一方、Ｈ形鋼１１を加熱する場合は、前記退避させていたトーチ１２ａ，１２ｂを、図３（ｂ）のように、静止状態のＨ形鋼１１に最大限接近させた状態で、当該Ｈ形鋼１１のウエブ１１ａの上下面、フランジ１１ｂの内外面を所定時間加熱する。

このトーチ１２ａ，１２ｂによる加熱では、Ｈ形鋼１１のホットソー６ａによる切断予定位置を、表層から中心部に至るまで、ホットソー６ａによる切断の限界温度とされる６００℃以上になるまで加熱することが望ましい。

図２（ｂ）は前記加熱工程を経た後のＨ形鋼１１の切断工程を鋼材搬送ライン上方から見た模式図である。

前記トーチ１２をＨ形鋼１１から離間するよう退避させると共に、前記上流側のストッパー５ａａを搬送ライン上からライン外に退避させる。一方、下流側のストッパー５ａｂを搬送ライン上にせり出しておき、前記加熱したＨ形鋼１１をこの下流側ストッパー５ａｂに当たるまで搬送して停止させる。

この下流側のストッパー５ａｂも、前記上流側のストッパー５ａａと同様、Ｈ形鋼１１の搬送方向に自在に移動可能な構造であって、トーチ１２で加熱したＨ形鋼１１の位置が、トーチ１２の下流側に位置するホットソー６ａによって切断可能となるように、予め位置設定がされている。

その後、ホットソー６ａで、前記トーチ１２を用いて、表層から中心部に至るまで所定の温度まで加熱したＨ形鋼１１の切断予定位置を切断する。

図２（ｂ）に示す切断工程を終えた後は、下流側のストッパー５ａｂを退避させ、ホットソー６ａから見て下流側のＨ形鋼１１を搬送ラインの下流側に搬送する。ホットソー６ａから見て上流側のＨ形鋼１１については、さらに切断する必要がある場合は、上述した図２（ａ）の加熱工程を同様に繰返す。

図４は、本発明の切断方法によるＨ形鋼切断に関する別の例を示すもので、トーチ１２を前記ホットソー６ａの下流側に設置した場合における本発明の説明図である。この図４も、図２と同様、上流側のホットソー６ａと定寸機５ａを用いた切断について説明する。

図４（ａ）は切断前のＨ形鋼１１の加熱工程を鋼材搬送ラインの上方から見た模式図である。

切断に際しては、定寸機５ａの前記下流側のストッパー５ａｂを予め搬送ライン上にせり出しておき、熱間圧延、冷却後のＨ形鋼１１をこの下流側のストッパー５ａｂに当たるまで搬送し、停止させる。

この下流側ストッパー５ａｂも、図示しないが、Ｈ形鋼１１の搬送方向に自在に移動可能な構造であって、トーチ１２で加熱するＨ形鋼１１の位置が、トーチ１２の上流側に位置するホットソー６ａによる切断位置となるように予め位置設定をしておく。

その後、前記トーチ１２で当該Ｈ形鋼１１の切断予定位置を、表層から中心部に至るまで所定温度になるまで加熱する。

図４（ｂ）は前記加熱工程を経た後のＨ形鋼１１の切断工程を鋼材搬送ライン上方から見た模式図である。

前記トーチ１２をＨ形鋼１１から離間するよう退避させると共に、前記下流側のストッパー５ａｂを搬送ライン上からライン外に退避させる。同時に、Ｈ形鋼１１を上流側に、ホットソー６ａとトーチ１２間の距離に、数cm〜数十cmの余裕代をもたせた距離だけ後退させる。

次に、上流側のストッパー５ａａを搬送ライン上にせり出しておき、前記加熱したＨ形鋼１１をこの上流側のストッパー５ａａに当たるまで、下流側に数cm〜数十cm搬送して停止させる。

この上流側のストッパー５ａａも、前記下流側のストッパー５ａｂと同様、Ｈ形鋼１１の搬送方向に自在に移動可能な構造であって、トーチ１２で加熱したＨ形鋼１１の位置が、トーチ１２の上流側に位置するホットソー６ａによって切断可能となるように、予め位置設定がされている。

その後、ホットソー６ａで、前記トーチ１２を用いて、表層から中心部に至るまで所定の温度まで加熱したＨ形鋼１１の切断予定位置を切断する。

図４（ｂ）に示す切断工程を終えた後は、上流側のストッパー５ａａを退避させ、ホットソー６ａから見て下流側のＨ形鋼１１を搬送ラインの下流側に搬送する。ホットソー６ａから見て上流側のＨ形鋼１１については、さらに切断する必要がある場合は、上述した図４（ａ）の加熱工程を同様に繰返す。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは、言うまでもない。

例えば図２及び図４の説明においては、定寸機５ａのストッパーを５ａａと５ａｂの２基としたが、ストッパーは１基であってもよい。１基の場合は、図２（ａ）または図４（ａ）の加熱工程を終えた後に一旦ストッパーを退避させた後、当該ストッパーを図２では下流側、図４では上流側に、トーチとホットソー間の距離だけ移動させ、その後、当該ストッパーを搬送ライン上にせり出して切断工程時のストッパーとして使用すればよい。

また、前記トーチ１２は、その本数、形状、設置位置、設置向き、及び火力については、被切断鋼材の形状、材質、被切断前の温度によって適切なものを採用、設計すれば良く、上記説明で用いた例にこだわる必要は無く、様々な組合せが可能である。

以上の本発明は、ＴＭＣＰ仕様のように仕上げ圧延後に急冷される極厚Ｈ形鋼に限らず、その他のどのような形鋼や、形鋼以外の鋼材にも適用できる。

Ｈ形鋼の熱間製造ラインの一例を示す図である。 トーチをホットソーの上流側に設置した場合における本発明の説明図で、（ａ）はトーチによる加熱工程を示す図、（ｂ）はホットソーによる切断工程を示す図である。 本発明の切断方法におけるＨ形鋼の加熱工程を説明する図で、（ａ）は搬送時、（ｂ）は加熱時を示す図である。 トーチをホットソーの下流側に設置した場合における図２と同様の図である。

符号の説明

６ａ ホットソー
１１ Ｈ形鋼
１２ トーチ

Claims (5)

1. ホットソーを用いて鋼材を切断するに際し、
   ホットソーに対して鋼材の搬送方向上流側、若しくは搬送方向下流側にトーチを設置し、
   切断に先立ち、前記トーチを用いて予め前記鋼材を加熱し、
   しかる後、該加熱部分がホットソーによる切断位置になるよう、前記鋼材を搬送した後、該加熱部分をホットソーで切断することを特徴とする鋼材の切断方法。
2. 鋼材のホットソー切断部位の温度が６００℃以上になるように、前記トーチで鋼材を加熱することを特徴とする請求項１に記載の鋼材の切断方法。
3. 前記トーチは、鋼材の加熱時には鋼材に接近する方向に繰出し、鋼材の搬送時には鋼材から離間する方向に退避させることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材の切断方法。
4. 鋼材の搬送ラインに配置され、このラインを搬送されてくる鋼材を加熱すべく、この鋼材の外周に配置されたトーチと、
   同じく鋼材の搬送ラインにおける前記トーチの上流側、若しくは下流側に配置され、前記トーチによって加熱した後の鋼材を、前記加熱位置で切断するホットソーと、
   からなることを特徴とする鋼材の切断装置。
5. 前記トーチは、
   鋼材の加熱時には鋼材に接近する方向に繰出し、鋼材の搬送時には鋼材から離間する方向に退避する機構を有することを特徴とする請求項４に記載の鋼材の切断装置。

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