JP2010234473A - 鋼材の切断方法および切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延で製造される形鋼のうち、極厚Ｈ形鋼のような大断面の鋼材やＴＭＣＰ仕様のように仕上げ圧延後急冷される高強度の鋼材に関して、製造ラインの下流に位置する熱間鋸断工程における鋸刃の磨耗、摩滅により鋸断不能となる問題を解消する。
【解決手段】長尺のＨ形鋼２３を、回転しながら水平面内でＨ形鋼２３の幅方向へ進行する鋸刃１８を用いて、Ｈ形鋼２３の長手方向の所定の位置で、この所定の位置の近傍の位置を鋸刃１８進行方向と反対方向、および上方向の２方向へ向けて押圧しながら、幅方向へ切断する際に、これら２方向への押圧力を独立して制御しながらＨ形鋼２３を切断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼材の切断方法およびそのために用いる切断装置に関し、例えば、圧延ラインで圧延されたＨ形鋼等の複雑な断面形状を有する形鋼をその幅方向に熱間で、回転する円形の鋸刃により切断するための切断方法及び切断装置に関する。

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、圧延ラインの下流に設置された、形鋼をその幅方向へ切断する切断装置により、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。

この形鋼の切断は、形鋼の搬送方向に直交する方向へ向けて配置された、回転する円形の鋸刃によって形鋼を幅方向へ切断することによって、行われる。鋸刃が形鋼に接触して切断が開始されると、形鋼の内部応力等により形鋼はその長手方向に逆への字状に変形するため、鋸刃の両面に形鋼の二つの切断完了面が強く接触する。このため、鋸刃の寿命の低下や、切れ味の低下に起因した切断バリの発生等が誘発され、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る。

特に最近では、形鋼に求められる仕様、とりわけ機械的性質に対する要求がいっそう厳しくなっている。このため、形鋼の機械的性質の向上を目的として圧延中に水冷を行うことによって組織制御を行うＴＭＣＰ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）材の割合が増加しつつある。ＴＭＣＰ材の形鋼は、その形状やサイズ毎に冷却条件が異なるため、アズロール材ではあまり発生しなかった反り等の変形が発生し易い。

特に、近年需要が増加している、例えばウェブ厚が２０〜７０ｍｍであってフランジ厚が
４０〜８０ｍｍといった極厚Ｈ形鋼は、仕上圧延終了後に水冷装置を通過させることにより急冷される。このため、切断装置の鋸刃により切断される際の極厚Ｈ形鋼の温度は非水冷のＨ形鋼の温度よりもかなり低下し、熱間での鋸刃による切断の限界温度とされる６００℃を下回る場合もある。さらに、極厚Ｈ形鋼は、その断面積が大きく且つ反りも大きいことも原因となって、切断時の鋸刃の負荷が益々高まっている。

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、鋸刃の寿命の低下の要因になるのみならず、熱間で鋸刃により切断できない場合には一旦オフラインしてからバンドソー等で改めて切断する必要があることから、極厚Ｈ形鋼の生産効率を著しく低下させる要因にもなる。

鋸刃による鋼材の切断時の問題を解決するための発明が、これまでにも多数提案されている。例えば、特許文献１や特許文献２には、回転する鋸刃によるＨ形鋼の切断時に切断抵抗の変化に応じて鋸刃の進行速度（切込み速度）を制御する発明が開示されている。しかし、これらの発明は、切断抵抗の変化に対処するものであり、切断抵抗そのものを抑制するものではない。

特許文献３には、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、すなわち形鋼の切断部を形鋼のパスラインの上方へ１０ｍｍ程度持ち上げて切断することによって、切断される形鋼の内部応力を除去して形鋼の切断完了面が切断時に鋸刃を締め付けることを防止若しくは緩和する方法に係る発明が開示されている。

特許文献４には、圧延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熱間で切断する際に、鋸刃に対して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、鋼材の鋸断部の反り量に応じて上昇して制御することにより、鋼材の切断部近傍を支持しながら切断する方法および装置に係る発明が開示されている。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ、特許文献５により開示された、被切断材であるＨ形鋼１の切断部１ａに引張応力を付与した状態で切断する方法を示す側面図および上面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、特許文献５には、Ｈ形鋼１の切断部１ａに引張応力を付与した状態で切断する切断方法の実施例として、例えばフリクションソー５を有する場合について、水平部２ａおよび垂直部２ｂを有するクランプガイド２、テーパースライドベース３およびクランプシリンダー４を備え、Ｈ形鋼１に対して、下方からの押し上げと側方からの押し曲げとを同時に行う装置６を用いる発明が開示されている。

特開２０００−２７８９７８号公報 特開２００８−２９６３４６号公報 特開昭５４−１２０４８６号公報 特開２０００−２４６５４１号公報 特開２０００−２６３３２３号公報

特許文献３により開示された発明は、反り量が大きく、且つ、断面積の大きな極厚Ｈ形鋼を切断する場合には、回転する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ることを防止できず、鋸刃の寿命延長効果が得られないばかりか、高い頻度で切断不能になることが発生する。

特許文献４により開示された発明は、鋼材の上下方向の反りのみを問題としており、鋼材の幅方向に対する反り、とくに鋸刃による切断に伴って鋸刃を鋼材に押付けることによる鋼材の反りや、それによる鋼材の切断面による鋸刃の挟込みによる切断抵抗の増加を解消することはできない。

さらに、特許文献５により開示された発明は、クランプガイド２を用いてＨ形鋼１に対して下方からの押し上げと側方からの押し曲げとを同時に行うため、Ｈ形鋼１の上昇および押し曲げは、Ｈ形鋼１の断面形状に関わらず常に一定に行われる。しかし、Ｈ形鋼１の切断では、Ｈ形鋼１の種類の変更に伴うＨ形鋼１の断面形状の変化や、Ｈ形鋼１の切断中における未切断面形状の変化が不可避的に発生する。このため、特許文献３により開示された発明では、これらの変化に応じてＨ形鋼１の上昇および押し曲げを適切に設定することができず、Ｈ形鋼１の切断完了面が鋸刃を締めつけることを確実に防止することは難しい。

本発明は、従来の技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、鋼材の様々な断面形状に合わせて、極厚Ｈ形鋼のような大断面の鋼材や合金鋼の添加量の多い高強度鋼材、さらには温度が低下した鋼材、とりわけＴＭＣＰ型Ｈ形鋼のような仕上圧延後水冷された高強度の鋼材を、回転する鋸刃を用いて、鋸刃の寿命の延長を実現しながら熱間で確実に切断することができる鋼材の切断方法および切断装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、熱間圧延終了後に急冷されることから高強度および高靭性といった優れた機械特性を得られるＴＭＣＰ型極厚Ｈ形鋼のような鋼材を、圧延ラインの下流に設置された切断装置によって、その幅方向へ所定の位置で切断する際に、例えば特許文献５により開示された、切断時の鋼材の上昇および押し曲げを独立して行うことによって、極厚Ｈ形鋼のような大断面の鋼材や合金鋼の添加量の多い高強度鋼材、さらには温度が低下した鋼材であっても、鋸刃を用いて熱間で確実に切断することが可能になり、これにより、鋸刃の磨耗や摩滅により切断不能となることを防止でき、鋸刃の寿命の延長を実現できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。

本発明は、鋼材を、回転しながら水平面内で鋼材の幅方向へ進行する鋸刃を用いて、鋼材の長手方向の所定の位置で、この所定の位置の近傍の位置を鋸刃の進行方向と反対方向、および上方向の２方向へ向けて押圧しながら、幅方向へ切断する際に、これら２方向への押圧力または押圧量を独立して制御することを特徴とする鋼材の切断方法である。

本発明に係る鋼材の切断方法では、上述した２方向の押圧力または押圧量は、（ａ）鋸刃による切断位置における鋼材の断面形状、（ｂ）鋸刃による切断位置における鋼材の切断中の変形量、または（ｃ）鋸刃による切断位置において鋼材が切断中に鋸刃から受ける負荷のうちの少なくとも一つに基づいて、制御されることが望ましい。

別の観点からは、本発明は、鋼材をその長手方向の所定の位置で、回転しながら水平面内で鋼材の幅方向へ進行することによって切断する鋸刃と、この所定の位置の近傍の位置で鋼材を鋸刃の進行方向と反対方向へ向けて押圧する第１の押圧機構と、所定の位置の近傍で鋼材を上方向へ向けて押圧する第２の押圧機構と、第１の押圧機構および第２の押圧機構それぞれによる鋼材に対する押圧力または押圧量を独立して制御する制御機構とを備えることを特徴とする鋼材の切断装置である。

本発明に係る鋼材の切断装置では、制御機構は、（ｄ）鋸刃による切断位置における鋼材の、切断開始前および／または切断中に定める断面形状、（ｅ）鋸刃による切断位置における鋼材の切断中の変形量、または（ｆ）鋸刃による切断位置において鋼材が切断中に鋸刃から受ける負荷のうちの少なくとも一つに基づいて、第１の押圧機構および第２の押圧機構それぞれによる鋼材に対する押圧力または押圧量を制御することが望ましい。

これらの本発明では、鋼材がＨ形鋼であることが例示され、この場合に、Ｈ形鋼は、ウェブ高さ方向が水平方向を指向するとともにフランジ幅方向が鉛直方向を指向するように配置されることが望ましい。Ｈ形鋼としては、ウェブ厚が２０〜７０ｍｍであってフランジ厚が４０〜８０ｍｍの極厚Ｈ形鋼、引張強度が４９０ＭＰａ以上の高強度のＨ形鋼、あるいは切断時の温度が６００℃以下であるＨ形鋼が例示される。

これらの本発明では、鋼材が山形鋼または溝形鋼である場合にも、水平方向（左右）に対称な断面形状となるように配置されることが望ましい。

本発明によれば、被切断材である鋼材に対する上昇と側方からの押し曲げとを、例えば製品の寸法の変更に伴う鋼材の断面形状の変化や鋼材の切断中の未切断面形状の変化といった鋼材の形状変化に応じて、適切に設定することが可能になる。

このため、本発明によれば、Ｈ形鋼や山形鋼さらには溝形鋼等といった熱間圧延で製造される形鋼のうち、極厚Ｈ形鋼のような大断面の鋼材や、ＴＭＣＰ仕様材のように仕上げ圧延後急冷される高強度の鋼材、さらには高合金化された高強度の鋼材を熱間切断工程で切断する際に、鋸刃の磨耗や摩滅により鋸断不能となることを解消でき、従来から切断トラブルの発生により量産することが困難であった大断面、高強度、高靭性の鋼材を、高能率で量産することが可能になるとともに、切断時間の一層の短縮による製造能率の向上と、鋸刃のさらなる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の削減とを図ることができる。

図１は、Ｈ形鋼の熱間製造工程の一例を模式的に示す説明図である。 図２は、本発明に係る鋼材の切断装置を、一部を省略または簡略化して示す斜視図である。 図３は、本発明に係る鋼材の切断装置の主要部を抽出して示す上面図である。 図４は、本発明に係る鋼材の切断装置の主要部を抽出して示す正面図である。 図５は、第１の押圧機構によりＨ形鋼を押圧しながら切断する状況を示す説明図である。 図６は、本発明に係るＨ形鋼の切断装置における第２の押圧機構の別の例を示す正面図である。 図７は、第２の押圧機構によりＨ形鋼を押圧しながら切断する状況を示す説明図である。 図８（ａ）は大断面のＨ形鋼の切断時に鋸刃からＨ形鋼が受ける力を示す説明図であり、図８（ｂ）は小断面のＨ形鋼の切断時に鋸刃からＨ形鋼が受ける力を示す説明図である。 図９は、本発明に係るＨ形鋼の切断装置の制御機構による制御を示す説明図である。 図１０は、Ｈ形鋼の変形量の検出機構として、Ｈ形鋼の変形量（δ１、δ２）を変位センサーにより直接測定する場合を示す説明図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、特許文献５により開示された、被切断材であるＨ形鋼の切断部に引張応力を付与した状態で切断する方法を示す側面図および上面図である。

本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、本発明における形鋼がＨ形鋼である場合を例にとるが、本発明はＨ形鋼に限定されるものではなく、山形鋼さらには溝形鋼等といった熱間圧延により製造される形鋼に等しく適用可能である。

図１は、Ｈ形鋼の熱間製造工程１０の一例を模式的に示す説明図である。
図１に示すように、Ｈ形鋼は、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、この素材を、加熱炉１１で１２５０℃以上１３５０℃以下の温度に加熱し、加熱炉１１から抽出し、粗圧延機１２による粗圧延と、粗ユニバーサルミル１３ａおよびエッジャーミル１３ｂからなる中間圧延機１３による中間圧延と、仕上圧延機１４による仕上圧延とを行って、Ｈ形鋼に造形する。

仕上圧延機１４による仕上圧延を行われた後のＨ形鋼は、必要に応じて水冷装置１５により所定の温度に水冷された後、第１の定寸機１７−１および第２の定寸機１７−２と、熱間鋸断機（ホットソー）である第１の切断装置１６−１および第２の切断装置１６−２とにより所定の製品長に切断され、その後、冷却床に搬送され常温まで放冷された後、矯正工程および検査工程を経て最終製品とされる。

図１に示す熱間製造工程１０では、切断装置１６−１、１６−２と定寸機１７−１、１７−２は各々２基設置されるが、これは、第１の切断装置１６−１および第１の定寸機１７−１を用いて熱間圧延された長尺のＨ形鋼を製品長の２倍あるいは３倍程度の長さに切断した後に第２の切断装置１６−２および第２の定寸機１６−２を用いて所定の製品長に切断することによって切断能率の向上を図るためである。

図２は、本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１を、一部を省略または簡略化して示す斜視図であり、図３は、本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１の主要部を抽出して示す上面図であり、さらに、図４は、本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１の主要部を抽出して示す正面図である。なお、以降の説明では、図１における第１の切断装置１６−１に本発明を適用した場合を例にとるが、第２の切断装置１６−２についても同様に適用可能である。

この切断装置１６−１は、鋸刃１８と、第１の押圧機構１９と、第２の押圧機構２０と、検出機構２１と、制御機構２２とを備えるので、これらについて順次説明する。
［鋸刃１８］
鋸刃１８は、円形の外形を有し、略上半分をカバー２４により覆われているとともに、モーター２５により駆動回転するように構成される。また、鋸刃２４は適宜機構（図２に示す例ではサーボモーター２６により駆動されるボールネジ２７）によって、水平面内でＨ形鋼２３の幅方向へ進行自在に配置される。

このように構成されることにより、鋸刃１８は、圧延を終了した長尺のＨ形鋼２３をその長手方向の所定の位置（図２においてハッチングにより示す位置）で、回転しながら水平面内でＨ形鋼２３の幅方向（Ｈ形鋼２３のウェブ２３ａの高さ方向）へ前進することによって、切断する。

圧延を終了したＨ形鋼２３は、図２に示すように、ウェブ高さ方向が水平方向を指向するとともにフランジ幅方向が鉛直方向を指向するように配置される。
鋸刃１８は、この種のものとして当業者にとって周知慣用のものであればよいので、鋸刃２３に関するこれ以上の説明は省略する。

［第１の押圧機構１９］
第１の押圧機構１９は、押圧板２８ａ、２８ｂと、押圧板２８ａ、２８ｂをＨ形鋼２３の側へ向けて押す油圧シリンダー２９ａ、２９ｂとを備え、Ｈ形鋼２３の長手方向の所定の位置（図２ではハッチングにより示される位置）の近傍の位置でＨ形鋼２３の一方のフランジ２３ｂの外面下部を、鋸刃１８の進行方向と反対方向へ向けて押圧するものである。

押圧板２８ａ、２８ｂは、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断時に、Ｈ形鋼２３に鋸刃１８の進行方向に鋸刃１８から作用する負荷に抗して、Ｈ形鋼２３を鋸刃１８の方向へ押付け、かつ鋸刃１８側に撓ませるに十分なパワーを有する油圧シリンダーや空圧シリンダーによって、支持されることが望ましい。

図２〜４に示す例は、押圧板２８ａ、２８ｂを、鋸刃１８を挟んでＨ形鋼２３の長手方向に２個所設けるものであるが、１個所だけに設けるようにしてもよいし、逆に必要により、３個所以上の複数箇所に設けるようにしてもよい。ただし、鋸刃１８の両面に位置する切断されたＨ形鋼２３に均一な曲げモーメントを付与するためには、図２〜４に示すように、鋸刃１８を挟んでＨ形鋼２３の長手方向に２個所設けることが望ましい。

押圧板２８ａ、２８ｂは、油圧シリンダー２９ａ、２９ｂが動作することにより、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断が開始される前に、Ｈ形鋼２３に向けて前進してＨ形鋼２３の一方のフランジ２３ｂの外面下部を支持および押圧し、切断時には、Ｈ形鋼２３の一方のフランジ２３ｂの外面下部を支持および押圧し続けるとともに、切断終了後Ｈ形鋼２３の搬送開始前に、後退してＨ形鋼２３の一方のフランジ２３ｂから離反する。

また、この切断装置１６−１では、Ｈ形鋼２３を鋸刃１８で切断する際には、Ｈ形鋼２３を挟んで押圧板２８ａ、２８ｂの設置側と反対側に設置されて、Ｈ形鋼２３の他方のフランジ２３ｂの外面下部を支持する支持板３０ａ、３０ｂと、支持板３０ａ、３０ｂをＨ形鋼２３の側へ押す油圧シリンダー３１ａ、３１ｂとにより、Ｈ形鋼２３を支持する。なお、図３、４における符号３２はＨ形鋼２３を案内するために固定配置されるサイドガイドを示す。図２ではこのサイドガイド３２は省略している。

この例では、支持板３０ａ、３０ｂは、油圧シリンダー３１ａ、３１ｂが動作することにより、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断開始前に、Ｈ形鋼２３に向けて前進してＨ形鋼２３の他方のフランジ２３ｂの外面下部を支持し、切断時には、Ｈ形鋼２３の他方のフランジ２３ｂの外面下部を支持し続けるとともに、切断終了後Ｈ形鋼２３の搬送開始前に、後退してＨ形鋼２３の他方のフランジ２３ｂから離反する可動式とした。しかし、この例とは異なり、支持板３０ａ、３０ｂは、鋸刃１８による切断の前後におけるＨ形鋼２３の搬送に支障をきたさないように、例えば支持板３０ａ、３０ｂのＨ形鋼２３の他方のフランジ２３ｂとの当接面を、Ｈ形鋼２３の搬送方向へ向けて傾斜させることにより、サイドガイド３２に固定して取付けてもよい。

図５は、第１の押圧機構１９によりＨ形鋼２３を押圧しながら切断する状況を示す説明図である。なお、図５の上部のグラフは、Ｈ形鋼２３に作用する曲げモーメントの分布を示す。

第１の押圧機構１９の押圧板２８ａ、２８ｂによりＨ形鋼２３の一方のフランジ２３ｂの外面下部を押圧するとともに、支持板３０ａ、３０ｂのＨ形鋼２３の他方のフランジ２３ｂの外面下部を支持することによって、Ｈ形鋼２３の切断位置の両側には曲げモーメントＭ１、Ｍ２が作用し、これにより、Ｈ形鋼２３の鋸刃１８による切断開口部（図５中に破線で囲む部分）を拡げられるので、鋸刃１８による切断位置の近傍では、Ｈ形鋼２３の切断面と、鋸刃１８の側面との摩擦が抑制され、切断抵抗が低減される。

このように、第１の押圧機構１９を構成する押圧板２８ａ、２８ｂは、支持板３０ａ、３０ｂと共働することによって、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断時に、Ｈ形鋼２３の鋸刃１８による切断開口部を拡げる曲げモーメントがＨ形鋼２３に作用するように、Ｈ形鋼２３を押圧する作用を奏するものである。第１の押圧機構１９は、このような作用を奏することができる構造を有していればよく、特定の構造には限定されない。

［第２の押圧機構２０］
第２の押圧機構２０は、Ｈ形鋼２３の長手方向の所定の位置（図２ではハッチングにより示す位置）の近傍でＨ形鋼２３を上方向へ向けて押し上げることによって、Ｈ形鋼２３を押圧するものである。

この切断装置１６−１では、上述した第１の押圧機構１９により、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断時にＨ形鋼２３の鋸刃１８による切断開口部を拡げる曲げモーメントがＨ形鋼２３に作用するように、Ｈ形鋼２３を押圧するのに併せて、Ｈ形鋼２３を搬送するために並設されたテーブルローラー３３ａ〜３３ｃの下方に、Ｈ形鋼２３の長手方向に関して鋸刃１８を挟むようにして鋸刃１８の近傍に設置された二基の第２の押圧機構２０を用いて、Ｈ形鋼２３の切断前にＨ形鋼２３を所定位置まで押し上げて、Ｈ形鋼２３を押圧する。

図２〜４に示す第２の押圧機構２０は、傾斜面を有するスライダー３４と、スライダー３４をその長手方向へ駆動する油圧シリンダー３５と、スライダー３４の傾斜面と摺動する傾斜面を有する傾斜部材３６と、傾斜部材３６の上面に固定されるとともにＨ形鋼２３を支持する支持部材３７とにより構成される。

油圧シリンダー３５によりスライダー３４をその長手方向へ駆動することにより、固定された傾斜部材３６および支持部材３７を昇降することができるので、支持部材３７により支持されるＨ形鋼２３の高さを所望の高さに調整することができる。

図６は、本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１における第２の押圧機構２０の別の例２０−１を示す正面図である。
この第２の押圧機構２０−１は、スライダー３４、油圧シリンダー３５および傾斜部材３６に替えて、竪型の油圧シリンダー３８を二基用いるものである。これにより、第２の押圧機構２０−１の構造を簡素化することができる。

第２の押圧機構２０、２０−１のいずれにおいても、その駆動源としては、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断時に、鉛直下方向に鋸刃１８から作用する負荷に抗してＨ形鋼２３を確実に所定量持ち上げ、かつ鋸刃１８側に撓ませるに十分なパワーを有する油圧シリンダー３５、３８や空圧シリンダーを用いることが望ましい。

なお、図２〜４に示す例では、Ｈ形鋼２３の長手方向に関して鋸刃１８を挟んで第２の押圧機構２０を２基設ける例を示したが、１基設けるようにしてもよいし、逆に必要により、３基以上の複数基設けるようにしてもよい。ただし、鋸刃１８の両面に位置するＨ形鋼２３について均一な曲げモーメントを付与するためには、図２〜４に示すように、鋸刃１８を挟んで２基設けることが望ましい。

また、図２〜４に示す例では、第１の押圧機構１９の押圧板２８ａ、２８ｂがＨ形鋼２３に当接する位置と、第２の押圧機構２０の支持部材３７がＨ形鋼２３を支持する位置とを、Ｈ形鋼２３の長手方向に若干ずらせているが、押圧板２８ａ、２８ｂおよび支持部材３７が相互に干渉しなければ、Ｈ形鋼２３の長手方向の同一地点に位置するようにしてもよい。

図７は、第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３を押圧しながら切断する状況を示す説明図である。なお、図７の上部のグラフは、Ｈ形鋼２３に作用する曲げモーメントの分布を示す。

第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３を押圧することにより、Ｈ形鋼２３の切断位置の両側には曲げモーメントＭ３、Ｍ４が作用し、これにより、Ｈ形鋼２３の鋸刃１８による切断開口部を拡げられるので、鋸刃１８による切断位置の近傍では、Ｈ形鋼２３の切断面と、鋸刃１８の側面との摩擦が抑制され、切断抵抗が低減される。

このように、第２の押圧機構２０は、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断時に、Ｈ形鋼２３の鋸刃１８による切断開口部を拡げる方向の曲げモーメントがＨ形鋼２３に作用するようにＨ形鋼２３を持ち上げることができる構造を有すればよく、第２の押圧機構２０の構造は特定の構造には限定されない。

［検出機構２１］
検出機構２１は、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０それぞれによるＨ形鋼２３に対する押圧力等の必要なデータを検出するものである。

本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１では、検出機構２１として、（Ｉ）第１の押圧機構１９によるＨ形鋼２３の押圧力または押圧量を検出する第１の検出機構２１−１と、（ＩＩ）第２の押圧機構２０によるＨ形鋼２３の押圧力または押圧量を検出する第２の検出機構２１−２と、（ＩＩＩ）Ｈ形鋼２３の変形量の検出機構２１−３と、（ＩＶ）切断摩擦力や切り込み力を検出することによって切断負荷を検出するための検出機構２１−４と、（Ｖ）サーボモーター２６の回転位置を検出することにより鋸刃１８の位置を検出するための検出機構２１−５とを用いる。

各検出機構２１−１〜２１−５には、この種の検出機構として当業者にとって周知慣用のものを用いればよく、特定の型式のものには制限されない。例えば、Ｈ形鋼２３の変形量の検出機構２１−３としては、図１０に示すような変位センサーを用いて、Ｈ形鋼２３の変形量を検出することが例示される。

各検出機構２１−１〜２１−５の検出値ｓ１〜ｓ５は、後述する制御機構２２に送られ、制御装置２２は、これらの検出値ｓ１〜ｓ５に基づいて演算を行い、第１の押圧機構１９およ第２の押圧機構２０それぞれを独立して制御する制御信号ｐ１、ｐ２を出力する。

［制御機構２２］
制御装置２２が、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０それぞれによるＨ形鋼２３に対する押圧力を独立して制御する理由を説明する。

図８（ａ）は大断面のＨ形鋼２３−１の切断時に鋸刃１８からＨ形鋼２３−１が受ける力を示す説明図であり、図８（ｂ）は小断面のＨ形鋼２３−２の切断時に鋸刃１８からＨ形鋼２３−１が受ける力を示す説明図である。図８（ａ）および図８（ｂ）のいずれも、鋸刃１８によるＨ形鋼２３−１、２３−２の切断開始時に長手方向から見たＨ形鋼２３−１、２３−２と鋸刃１８との接触状態を模式的に示す。

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、切断中のＨ形鋼２３−１、２３−２が鋸刃１８から受ける力には、切込み力Ｆ１と鋸断摩擦力（＝鋸断抵抗）Ｆ２とがあり、切込み力Ｆ１は鋸刃１８の進行方向に作用し、鋸断摩擦力Ｆ２は鋸刃１８の回転方向（周方向）に作用し、これらの合力Ｆ３が、Ｈ形鋼２３−１、２３−２が実際に鋸刃１８から受ける力に相当する。

この合力Ｆ３の方向、すなわち合力が水平線となす角度を、図８（ａ）に示す場合にθ１とするとともに図８（ｂ）に示す場合にθ２とすると、図８（ａ）に示す場合に比べて図８（ｂ）に示す場合のほうが鋸断摩擦力Ｆ２の方向がより水平方向に近づくため、θ１＜θ２となることは、図８（ａ）および図８（ｂ）からも明白である。

したがって、図２〜４に示すＨ形鋼２３が鋸刃１８から受ける力Ｆ３とその方向は、鋸刃１８の切込み力Ｆ１（切込み速度）や鋸刃１８の回転速度が一定であったとしても、切断中のＨ形鋼２３の断面形状に応じて刻々と変化する。

さらに、鋸断摩擦力Ｆ２については、Ｈ形鋼２３の材質や温度、鋸刃１８の回転数（周速）、鋸刃１８の磨耗具合、鋸刃１８の側面にＨ形鋼２３から作用する摩擦力によっても変化するため、Ｈ形鋼２３が鋸刃１８から受ける力Ｆ１とその方向は、常時変化することになる。これにより、Ｈ形鋼２３が鋸刃１８から受ける力Ｆ３の水平分力および垂直分力は、いずれも、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断条件の変化に応じて、変化することになる。

以上のことから、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断中に鋸刃１８から受ける力に起因するＨ形鋼２３の変形の大きさや方向は、鋸刃１８によるＨ形鋼２３の切断条件により常時変化することになるので、これらＨ形鋼２３の変形を抑制するための押圧力は、水平方向と鉛直方向に独立して作用させる構造とすることが必要である。

以上の理由により、本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１の制御機構２２は、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０それぞれによるＨ形鋼２３に対する押圧力を独立して制御する。

図９は、本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１の制御機構２２による制御を示す説明図である。
図２および図９に示すように、プロセスコンピューター３８は、Ｈ形鋼２３の情報（切断温度、材質、形状）ｓ６と、鋸刃１８の情報（形状、切断履歴）ｓ７と、切断条件情報（鋸刃１８の回転数、送り速度）ｓ８とを、制御機構２２に出力する。

制御機構２２は、これらの情報ｓ６〜ｓ８と、各検出機構２１−１〜２１−５から入力される検出値ｓ１〜ｓ５とに基づいて演算を行い、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０それぞれによるＨ形鋼２３に対する押圧力を独立して制御するための信号ｐ１、ｐ２を、第１の押圧機構１９の駆動系３９、第２の押圧機構２０の駆動系４０に出力する。

鋸刃１８による切断中のＨ形鋼２３の変形に抗すべくＨ形鋼２３に対して第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０により作用させる力は、切断中のＨ形鋼２３の変形量あるいはＨ形鋼２３が鋸刃１８から受ける力（負荷）を計測して時々刻々変化させるオンライン制御方式とすることが望ましいが、これらの変形量や力（負荷）の時間変化が僅かであれば、切断条件から予め推定した切断中のＨ形鋼２３の変形量に応じて、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０それぞれにより設定する押圧力を切断開始前に予め定めておき、切断中はこの押圧力でＨ形鋼２３を押圧するセットアップ制御方式を採用してもよい。さらに、オンライン制御方式およびセットアップ制御方式を併用してもよいことはいうまでもない。

なお、オンライン制御方式の場合に用いる、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０により作用させる力を求める関数は、例えば、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０によりＨ形鋼に作用させる力を各々Ｐ１、Ｐ２とすると、これらは以下の関数形で表される。

Ｐ１＝ｆ（Ｆ３・ｃｏｓθ）＝ｆ（Ｆ１、Ｆ２、θ） ・・・・・（１）
Ｐ２＝ｇ（Ｆ３・ｓｉｎθ）＝ｇ（Ｆ１、Ｆ２、θ） ・・・・・（２）
ここで、関数ｆは、第１の押圧機構１９の設置位置（押圧位置の鋸刃１８および支持板３０ａ、３０ｂからの距離）、切込み力Ｆ１、鋸断摩擦力（＝鋸断抵抗）Ｆ２、およびこれらの合力Ｆ３が水平面となす角度θによって求まる関数である。

関数ｇは、第２の押圧機構２０の設置位置（押圧位置の鋸刃１８からの距離）、切込み力Ｆ１、鋸断摩擦力（＝鋸断抵抗）Ｆ２、およびこれらの合力Ｆ３が水平面となす角度θによって求まる関数である。

なお、これら関数ｆや関数ｇの関数形は、様々な断面形状のＨ形鋼２３の鋸断中に実測した切込み力Ｆ１と鋸断摩擦力Ｆ２の値、鋸刃１８とＨ形鋼２３との接触点（鋸刃回転方向から見た鋸刃１８とＨ形鋼２３の接触開始位置）から幾何学的に求まる角度θと、鋸断中に第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０の位置で各々の押圧板２８ａ及び２８ｂ、支持部材３７が逆にＨ形鋼２３から受ける力を実測し、これらの関係を解析（例えば多変量解析）することにより、実験的に求めることができる。

そこで、第１の押圧機構１９によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ１、第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ２のオンライン制御においては、時々刻々変化する切込み力Ｆ１、鋸断摩擦力Ｆ２の実測値、ならびに鋸刃１８とＨ形鋼２３の相対位置（鋸刃回転方向から見た鋸刃１８とＨ形鋼２３の接触開始位置）から幾何学的に算出した角度θをもとに、各々上記（１）式および（２）式から、第１の押圧機構１９によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ１、第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ２を時々刻々算出し、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０により、切込み力Ｆ１、鋸断摩擦力Ｆ２によるＨ形鋼２３の変形を打消すような力をＨ形鋼２３に作用させればよい。

一方、オフライン制御方式の場合に用いる、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０により切断開始前に作用させる力を求める関数は、例えば、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３に作用させる力を各々Ｐ１’、Ｐ２’とすると、これらは以下の関数形で表される。

Ｐ１’＝ｆ’（Ｔ、Ｍ、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｓｈ、Ｎｃ、Ｖｃ） ・・・・・（３）
Ｐ２’＝ｇ’（Ｔ、Ｍ、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｓｈ、Ｎｃ、Ｖｃ） ・・・・・（４）
ここで、関数ｆ’は、Ｈ形鋼２３の温度Ｔ、材質Ｍ、形状Ｓｍ、鋸刃１８の形状Ｓｃ、鋸刃１８の切断履歴Ｓｈ、鋸刃１８の回転数Ｎｃ、鋸刃１８の送り速度Ｖｃによって求まる関数である。また、関数ｇ’も同様に、Ｈ形鋼２３の温度Ｔ、材質Ｍ、形状Ｓｍ、鋸刃１８の形状Ｓｃ、鋸刃１８の切断履歴Ｓｈ、鋸刃１８の回転数Ｎｃ、鋸刃１８の送り速度Ｖｃによって求まる関数である。

なお、これら関数ｆ’や関数ｇ’の関数形は、鋸断開始時におけるＨ形鋼２３の温度Ｔ、材質Ｍ、形状Ｓｍ、鋸刃１８の形状Ｓｃ、鋸刃１８の切断履歴Ｓｈ、鋸刃１８の回転数Ｎｃ、鋸刃１８の送り速度Ｖｃの各実測値と、鋸断開始時に第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０の位置で各々の押圧板２８ａ及び２８ｂ、支持部材３７が逆にＨ形鋼２３から受ける力を実測し、これらの関係を解析（例えば多変量解析）することにより実験的に求めることができる。

そこで、第１の押圧機構１９によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ１’第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ２’のオフライン制御においては、鋸断開始前のＨ形鋼２３の温度Ｔ、材質Ｍ、形状Ｓｍ、鋸刃１８の形状Ｓｃ、鋸刃１８の切断履歴Ｓｈ、鋸刃１８の回転数Ｎｃ、鋸刃１８の送り速度Ｖｃの各実測値をもとに、各々上記（３）式および（４）式から第１の押圧機構１９によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ１’第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３に作用させる力Ｐ２’を算出し、鋸断開始前に第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０によりＨ形鋼２３に所定の押圧力を作用させればよい。

このように、制御機構２２は、鋸刃１８による切断位置におけるＨ形鋼２３の、切断開始前および／または切断中に定めるＨ形鋼２３の断面形状、鋸刃２３による切断位置におけるＨ形鋼２３の切断中の変形量、または、鋸刃１８による切断位置においてＨ形鋼２３が切断中に鋸刃１８から受ける負荷のうちの少なくとも一つに基づいて、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０それぞれによるＨ形鋼２３に対する押圧力または押圧量を制御することが望ましい。

本発明に係るＨ形鋼の切断装置１６−１は、以上のように構成される。次に、この切断装置１６−１によりＨ形鋼２３の切断を行う状況を説明する。
本発明では、特許文献５により開示された発明と同様に、長尺のＨ形鋼２３を、回転しながら水平面内でＨ形鋼２３の幅方向へ進行する鋸刃１８を用いて、Ｈ形鋼２３の長手方向の所定の位置（図２においてハッチングにより示す位置）で、第１の押圧機構１９および第２の押圧機構２０によって、この所定の位置の近傍の位置を鋸刃１８の進行方向と反対方向、および上方向の２方向へ向けて押圧しながら、幅方向へ切断する。

この際に、本発明では、制御装置２２により、これら２方向への押圧力を、（ａ）鋸刃１８による切断位置におけるＨ形鋼２３の断面形状、（ｂ）鋸刃１８による切断位置におけるＨ形鋼２３の切断中の変形量、または（ｃ）鋸刃１８による切断位置においてＨ形鋼２３が切断中に鋸刃１８から受ける負荷のうちの少なくとも一つに基づいて、独立して制御する。

このため、本発明によれば、Ｈ形鋼２３に対する上昇と側方からの押し曲げとを、例えば製品の寸法の変更に伴うＨ形鋼２３の断面形状の変化やＨ形鋼２３の切断中の未切断面形状の変化といったＨ形鋼２３の形状変化に応じて、適切に設定することが可能になる。

したがって、本発明によれば、Ｈ形鋼や山形鋼さらには溝形鋼等といった熱間圧延で製造される形鋼のうち、ウェブ厚が２０〜７０ｍｍであってフランジ厚が４０〜８０ｍｍの極厚Ｈ形鋼、引張強度が４９０ＭＰａ以上の高強度のＨ形鋼、あるいは切断時の温度が６００℃以下であるＨ形鋼を熱間切断工程で鋸刃１８により切断する際に、鋸刃１８の磨耗や摩滅により鋸断不能を解消でき、従来量産することが不可能であった大断面、高強度、高靭性のＨ形鋼を高能率で量産することが可能になる。

また、本発明によれば、切断時間の一層の短縮による製造ラインの能率向上と、鋸刃１８のさらなる寿命向上による工具原単位の向上と、それによるＨ形鋼の製造コストの削減が可能になる。

（変形例）
以上の説明では、Ｈ形鋼に対して作用させる押圧力を制御対象とする場合を例にとったが、本発明はこれに限定されるものではなく、押圧量を制御対象としてもよい。

図１０は、Ｈ形鋼２３の変形量の検出機構２１−３として、Ｈ形鋼２３の変形量（δ１、δ２）を変位センサー４１、４２により直接測定する場合を示す説明図である。
この場合には、押圧力ではなく押圧量を制御対象にすることがより好適である。

なお、Ｈ形鋼２３の変形量の検出機構２１−３として、Ｈ形鋼２３に対して水平および鉛直方向に作用する負荷の測定が可能なロードセルを用いる場合には、上述したように押圧力や押上力を制御対象とすることがより望ましい。

また以上の説明においては、切断対象の鋼材がＨ形鋼である場合を例にとったが、鋼材はＨ形鋼に限らず、例えば山形鋼さらには溝形鋼といったように如何なる形状であってもよく、また形鋼の材質についてもどのようなものであってもよい。

１ Ｈ形鋼
１ａ 切断部
２ クランプガイド
２ａ 水平部
２ｂ 垂直部
３ テーパースライドベース
４ クランプシリンダー
５ フリクションソー
６ 切断装置
１０ Ｈ形鋼の熱間製造工程
１１ 加熱炉
１２ 粗圧延機
１３ 中間圧延機
１３ａ 粗ユニバーサルミル
１３ｂ エッジャーミル
１４ 仕上圧延機
１５ 水冷装置
１６−１ 第１の切断装置
１６−２ 第２の切断装置
１７−１ 第１の定寸機
１７−２ 第２の定寸機
１８ 鋸刃
１９ 第１の押圧機構
２０、２０−１ 第２の押圧機構
２１、２１−１〜２１−５ 検出機構
２２ 制御機構
２３、２３−１、２３−２ Ｈ形鋼
２３ａ ウェブ
２３ｂ フランジ
２４ カバー
２５ モーター
２６ サーボモーター
２７ ボールネジ
２８ａ、２８ｂ 押圧板
２９ａ、２９ｂ 油圧シリンダー
３０ａ、３０ｂ 支持板
３１ａ、３１ｂ 油圧シリンダー
３２ サイドガイド
３３ａ〜３３ｄ テーブルローラー
３４ スライダー
３５、３８ 油圧シリンダー
３６ 傾斜部材
３７ 支持部材
３８ プロセスコンピューター
３９ 第１の押圧機構の駆動系
４０ 第２の押圧機構の駆動系
４１、４２ 変位センサー

Claims (8)

1. 長尺の鋼材を、回転しながら水平面内で前記鋼材の幅方向へ進行する鋸刃を用いて、該鋼材の長手方向の所定の位置で、前記所定の位置の近傍の位置を前記鋸刃の進行方向と反対方向、および上方向の２方向へ向けて押圧しながら、幅方向へ切断する際に、
   前記２方向への押圧力または押圧量を独立して制御すること
   を特徴とする鋼材の切断方法。
2. 前記２方向の押圧力または押圧量は、前記鋸刃による切断位置における前記鋼材の断面形状に応じて、制御されることを特徴とする請求項１に記載された鋼材の切断方法。
3. 前記２方向の押圧力または押圧量は、前記鋸刃による切断位置における前記鋼材の切断中の変形量に応じて、制御される請求項１または請求項２に記載された鋼材の切断方法。
4. 前記２方向の押圧力または押圧量は、前記鋸刃による切断位置において前記鋼材が切断中に該鋸刃から受ける負荷に応じて、制御される請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された鋼材の切断方法。
5. 長尺の鋼材をその長手方向の所定の位置で、回転しながら水平面内で前記鋼材の幅方向へ進行することによって切断する鋸刃と、
   前記所定の位置の近傍の位置で前記鋼材を前記鋸刃の進行方向と反対方向へ向けて押圧する第１の押圧機構と、
   前記所定の位置の近傍で前記鋼材を上方向へ向けて押圧する第２の押圧機構と、
   前記第１の押圧機構および前記第２の押圧機構それぞれによる前記鋼材に対する押圧力または押圧量を独立して制御する制御機構と
   を備えることを特徴とする鋼材の切断装置。
6. 前記制御機構は、前記鋸刃による切断位置における前記鋼材の、切断開始前および／または切断中に定める断面形状に基づいて、前記第１の押圧機構および前記第２の押圧機構それぞれによる前記鋼材に対する前記押圧力または押圧量を制御する請求項５に記載された鋼材の切断装置。
7. 前記制御機構は、前記鋸刃による切断位置における前記鋼材の切断中の変形量に基づいて、前記第１の押圧機構および前記第２の押圧機構それぞれによる前記鋼材に対する前記押圧力または前記押圧量を制御する請求項５または請求項６に記載された鋼材の切断装置。
8. 前記制御装置は、前記鋸刃による切断位置において前記鋼材が切断中に前記鋸刃から受ける負荷に基づいて、前記第１の押圧機構および前記第２の押圧機構それぞれによる前記鋼材に対する前記押圧力または前記押圧量を制御する請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載された鋼材の切断装置。

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