JP3247030B2 - Ｈ形鋼のフランジ幅制御方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｈ形鋼の圧延における
フランジ幅の制御方法およびその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ形鋼はまず素材をカリバー形状を有す
るロールにより粗圧延し、次にこの被圧延材を粗ユニバ
ーサル圧延機とエッジャー圧延機で構成される１組又は
２組の圧延機群で複数パス圧延することにより圧延され
る。即ち、粗ユニバーサル圧延機では被圧延材を水平ロ
ールと竪ロールによって圧延し、被圧延材のフランジ
厚、ウェブ厚を減じて規定の製品厚に近づけてゆくもの
であり、又エッジャー圧延機では水平ロールにより、被
圧延材のフランジ足先を圧下し、規定のフランジ幅に仕
上げるものである。そして粗圧延機群を通過した被圧延
材は最終的に水平ロールと竪ロールから構成される仕上
げユニバーサル圧延機で目標寸法となるように仕上げら
れる。

【０００３】こうして製造されたＨ形鋼は、ウェブ高
さ、ウェブ厚、フランジ厚及びフランジ幅が、それぞれ
規定公差内にあるように圧延されなければならない。し
かしこれらの寸法の中で、フランジ幅の調整が最も難し
くかつ変動が大きく、特に問題となるのが全長における
フランジ幅変動である。

【０００４】ところで、被圧延材を例えばユニバーサル
圧延機→エッジャー圧延機→ユニバーサル圧延機の２パ
ス圧延した場合について検討してみると、フランジ幅の
圧延は前述の如くエッジャー圧延機によってなされる
が、エッジングにより、エッジング量に比例してフラン
ジ足先にドッグボーンが生じる。エッジャー圧延後、再
びユニバーサル圧延機で圧延すると、このドッグボーン
量に応じてフランジ幅の幅拡がり（幅戻り）を生じるこ
とになる。

【０００５】Ｈ形鋼のフランジ幅を長手方向に均一にす
るフランジ幅制御方法については、以下のような特許が
ある。即ちエッジャー圧延機と主圧延機からなるタンデ
ム圧延機において、エッジャー圧延機入側温度計の出力
に比例した信号と主圧延機出側の幅計出力に比例した信
号の和信号を、エッジャー圧下位置決め装置の入力信号
として圧下位置を制御するとともに、ロール駆動用電動
機の出力トルクを前記温度計出力に反比例して制御すべ
く、電動機回転数を補正するエッジャー圧延機制御装置
（例：特公昭５５−１６７２５号公報）、又はＨ形鋼を
ユニバーサル圧延機とエッジャー圧延機からなる圧延機
列で複数パス圧延するに際し、エッジャー圧延機前でフ
ランジ幅を測定し、エッジャー圧延機とユニバーサル圧
延機の圧延で生じるフランジ幅拡がりをモデル式により
計算し、次パスユニバーサル圧延後のフランジ幅が目標
値となるように、エッジャー圧延機開度を連続的に調整
するＨ形鋼のフランジ幅制御方法（特開昭５９−１６６
１１号公報）がある。

【０００６】一方、鋼板圧延における板幅制御において
は、エッジャー圧延機圧延荷重とエッジャー圧下位置検
出装置からゲージメータ板幅を演算するとともに、エッ
ジャー圧延機圧延荷重から後段水平圧延機での板幅拡が
りを推定演算し、ゲージメータ板幅と板幅拡がりの和と
して後段水平圧延後の板幅を推定演算し、その偏差に応
じてエッジャー圧下位置を連続的に制御することによ
り、長手方向に板幅を均一にする方法が多く用いられて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】圧延機出側の幅計出力
に比例した信号を、エッジャー圧下位置決め装置の入力
信号とすることについては、エッジャー圧延機と幅計の
間の鋼材移送時間分の時間遅れのために、制御の応答性
低下、不安定という問題を生じる。

【０００８】又圧延機入側の温度計出力に比例した信号
を、エッジャー圧下位置決め装置の入力信号とすること
については、温度計出力と圧下位置決め装置入力信号の
位相合わせ処理が必要であるが、厳密な位相合わせを実
現することは困難であり、若干の位相合わせ誤差が生じ
るため、制御精度向上への妨げとなる。

【０００９】なお、一般的に圧延機直近は水・粉塵等に
より極めて環境が悪いため、幅計や温度計による高精度
な測定が困難な場合が多い。このため、幅計や温度計は
圧延機から数ｍないし数十ｍ離れた位置に設置されるこ
とが多く、このような場合には、時間遅れは増大し、又
位相合わせの精度もさらに劣化する。

【００１０】鋼板圧延における板幅制御の方法をＨ形鋼
のフランジ幅制御に利用すれば上記位相合わせや時間遅
れの問題は解決できるものの、Ｈ形鋼のエッジャー圧延
ではエッジャー圧延機圧延荷重には後段ユニバーサル圧
延機でのフランジ幅戻り量と直接関係しない後述のウェ
ブタッチ荷重成分を含むため、精度良い制御ができな
い。

【００１１】本発明は、エッジャーロール荷重と仕上げ
圧延におけるフランジ幅戻り量が一定の関係を有するこ
とに着目し、エッジャーロール隙を連続制御する形鋼の
フランジ幅制御方法とその装置を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の通り
である。 （１） Ｈ形鋼を、圧延荷重計、ウェブタッチ荷重検出
器および圧下位置検出器を備えたエッジャー圧延機とユ
ニバーサル圧延機で圧延するに際し、エッジャー圧延機
の圧延荷重計の出力とウェブタッチ荷重検出器の出力か
らフランジ幅圧下荷重を演算し、前記圧延荷重計の出力
と圧下位置検出器の出力とからゲージメータフランジ幅
の偏差を演算し、さらに演算した前記フランジ幅圧下荷
重から後段ユニバーサル圧延機で発生する幅戻り量偏差
を演算し、ゲージメータフランジ幅と幅戻り量の和とし
て後段ユニバーサル圧延後のフランジ幅偏差を予測演算
し、その偏差に応じてエッジャーロール隙を連続的に制
御することを特徴とするＨ形鋼のフランジ幅制御方法。

【００１３】（２） Ｈ形鋼ユニバーサル圧延機の前段
に設置したエッジャー圧延機に、圧延荷重計、ウェブタ
ッチ荷重検出器および圧下位置検出器を設けるととも
に、前記圧延荷重計出力と圧下位置検出器出力とからゲ
ージメータフランジ幅偏差を演算するゲージメータフラ
ンジ幅偏差演算装置と、前記圧延荷重計出力と前記ウェ
ブタッチ荷重検出器出力とからフランジ幅圧下荷重を演
算する荷重分離演算装置と、該演算装置出力から後段ユ
ニバーサル圧延機におけるフランジ幅戻り量の偏差を演
算する幅戻り量偏差演算装置と、該演算装置出力と前記
ゲージメータフランジ幅偏差演算装置出力とからフラン
ジ幅偏差を演算するフランジ幅偏差演算装置と、該演算
装置出力から圧下装置の目標位置を演算するフィードバ
ック演算装置と、該演算装置出力に従って圧下装置の位
置を制御する圧下制御装置とを備えたことを特徴とする
Ｈ形鋼のフランジ幅制御装置。

【００１４】

【作用】以下本発明をエッジャー圧延機圧延荷重計の出
力をフランジ幅圧下荷重とウェブロールの接触による荷
重（以下ウェブタッチ荷重と呼ぶ）に分離可能な圧延装
置の例について述べる。

【００１５】ある時刻において、エッジャー圧延荷重Ｐ
が入力されると、圧延荷重分離装置によりＰがフランジ
幅圧下荷重Ｐｆとウェブタッチ荷重Ｐｗに分離される。
次に、エッジャー圧延荷重Ｐのロックオン値からの偏差
ΔＰ、フランジ幅圧下荷重Ｐｆのロックオン値からの偏
差ΔＰｆ、圧下位置のロックオン値からの偏差ΔＳが計
算される。これらからゲージメータフランジ幅のロック
オン値からの偏差ΔＦ＝α×ΔＰ／Ｍ＋ΔＳが計算され
る。

【００１６】一方、フランジ幅圧下荷重Ｐｆと後段ユニ
バーサル圧延機での幅戻り量Ｆｕの間には比例関係 Ｆｕ＝η×Ｆ０×Ｐｆ （但し、η×Ｆ０：図４（ｂ）で示すフランジ圧下荷重
Ｐｆと幅戻り量ΔＦ ｕの比例係数。 Ｆ０：エッジャー圧延後の平均フランジ幅。） があることから、幅戻り量のロックオン値からの偏差Δ
ＦｕはΔＦｕ＝η×Ｆ０×ΔＰｆと推定される。 また、
圧下位置をＸ２だけ変更した場合、エッジャー圧延後の
フランジ幅がＸ２だけ変化することが期待できるが、後
段ユニバーサル圧延機では図４（ａ）に示すように幅戻
り量がエッジング量に比例するため、ａｘＸ２（ａはエ
ッジング量と幅戻り量の比例係数で正の値）だけ幅戻り
量が増加することとなり、後段ユニバーサル圧延機での
圧延後のフランジ幅は、Ｘ２−ａｘＸ２＝Ｘ２ｘ（１−
ａ）だけ変化することが期待できる。 従って、前記した
幅戻り量のロックオンからの偏差ΔＦｕを０とするため
に必要な圧下位置変更量をＸ２とすると、Ｘ２（１−
ａ）＝ΔＦｕとすればよく、よってＸ２＝η×Ｆ０×Δ
Ｐｆ／（１−ａ）と計算される。（但し、ａは図４
（ａ）に示すエッジング量 (ΔＥ) と幅戻り量の偏差Δ
Ｆｕの比例係数。）

【００１７】即ち形鋼のエッジャー圧延では、圧延材の
ウェブ中心偏りが大きい場合にウェブを拘束するウェブ
タッチロール部がウェブに接触しウェブ付け根を付け替
えることによる荷重や、ウェブタッチロール隙に対しウ
ェブ厚が厚い場合にウェブタッチロール部がウェブを圧
下してしまうことによるいわゆるウェブタッチ荷重が発
生し、エッジャー圧延荷重計はフランジ幅圧下荷重とウ
ェブタッチ荷重の和を検出するので、後段ユニバーサル
圧延機でのフランジ幅戻り量と直接関係するのはフラン
ジ幅圧下荷重のみであるため、ウェブタッチ荷重がフラ
ンジ幅戻り量予測におけるノイズとなり、後段ユニバー
サル圧延機でのフランジ幅戻り量を精度良く推定でき
ず、したがって精度良い制御ができないという問題は解
消した。

【００１８】なお、エッジャー圧延においてエッジング
量ΔＥだけエッジングしたとき、図３に示すようにフラ
ンジ先端にバルジングが生成され、このバルジングの一
部が仕上げユニバーサル圧延でフランジ幅方向に伸び、
ΔＦｕのフランジ幅戻りを起こすのであるが、本発明者
らによると、このエッジング量ΔＥと幅戻り量ΔＦｕと
は図４（ａ）に示すように比例関係にあることが確認さ
れた。

【００１９】さらに、エッジング量ΔＥとエッジャー圧
延機フランジ幅圧下荷重Ｐｆとが比例するという一般的
に知られた関係から推定されるように、エッジャー圧延
機フランジ幅圧下荷重Ｐｆと前記幅戻り量ΔＦｕとが図
４に示すように比例関係にあることも、本発明者らによ
って確認された。

【００２０】以上の処理の結果、無制御圧延におけるフ
ランジ幅大部ではエッジャーロール隙を閉め、幅小部で
はロール隙を開くことができ、これにより後段ユニバー
サル圧延機出側のフランジ幅変動を無制御圧延時に比べ
て低減できる。

【００２１】

【実施例】図１は本発明のＨ形鋼を圧延する制御ブロッ
ク図である。本発明は、ユニバーサル圧延機２の前面に
エッジャー圧延機１を設置したＨ形鋼の圧延装置におい
て、エッジャー圧延機１にフランジ幅圧下荷重を出力す
る圧延荷重計８と、ウェブロールの接触による荷重を出
力するウェブタッチ荷重検出器９と、エッジャー圧延機
１の圧下位置を検出する圧下位置検出器７を設けてい
る。即ち、エッジャー圧延機の圧延荷重出力をフランジ
幅圧下荷重とウェブロールの接触による荷重に分離可能
な圧延装置を備えて荷重分離演算装置６に出力し、該装
置６によりフランジ幅圧下荷重を演算する。又、圧延荷
重計８の出力とエッジャー圧延機の圧下位置検出器７の
出力とからゲージメータフランジ幅の偏差をゲージメー
タフランジ幅偏差演算装置１０で演算し、さらに分離検
出したフランジ幅圧下荷重から後段ユニバーサル圧延機
で発生する幅戻り量の偏差を幅戻り量偏差演算装置１１
で演算し、ゲージメータフランジ幅と幅戻り量の和とし
て後段ユニバーサル圧延後のフランジ幅の偏差をフラン
ジ幅偏差演算装置１２で予測演算し、その予測演算した
フランジ幅の偏差に応じてフィードバック演算装置１
３、圧下制御装置５によりエッジャーロール隙を連続的
に制御することにより、ユニバーサル圧延機出側におい
て長手方向にフランジ幅を均一にする。図２は本発明の
制御のフローチャートである。

【００２２】本発明者らによると、仕上げミル幅戻り特
性調査の結果、エッジャーミルのフランジ幅圧下荷重か
ら幅戻り率を推定できることが判った。一方、エッジャ
ーミルでは通常ウェブ偏りを防止するために軽ウェブタ
ッチ圧延を実施しており、圧延機にはフランジ幅圧下の
みならずウェブタッチによる荷重が作用する。しかしな
がらスクリュームッターに設置したロードセルによる荷
重測定方法では、フランジ幅圧下荷重とウェブタッチ荷
重の和しか検出できない（図５参照）。

【００２３】一方幅戻り率を高精度に推定するために
は、フランジ幅圧下荷重のみを検出する、即ちフランジ
幅圧下荷重とウェブタッチ荷重の分離検出が必須であ
る。

【００２４】出願人は先に特公平５−３２１２８号公報
において、偏芯リング型エッジャーを提案したが、本発
明によるとこの偏芯リング型エッジャーロールを用いた
圧延においては、フランジ幅圧下荷重とウェブタッチ荷
重の分離検出は図６に示す方式で容易である。

【００２５】即ち偏芯リング型エッジャーロールでウェ
ブタッチした場合、ウェブタッチ荷重によりウェブタッ
チロールはカリバー深さが浅くなる方向へ逃げようとす
る。この時ウェブタッチロールを支えている、偏芯駆動
用油圧モータにトルクが加わるので、油圧モータの一次
側・二次側に油圧圧力差（＝差圧）が生じる。この差圧
はウェブタッチ荷重と一定の関係がある。したがって、
差圧を測定することによりウェブタッチ荷重を単独で推
定することができる。

【００２６】図６はその詳細を示す。即ち偏芯リング型
エッジャーロールは、フランジ圧下ロール６２の外周に
ベアリング６４を介して偏芯リング６６を回動自在に嵌
装し、更に偏芯リングの外周に偏芯リングと同心に、ベ
アリング６４を介してウェブタッチロール６３を回動自
在に嵌装した構造とする。

【００２７】偏芯リング６６は、フランジ圧下ロール６
２と軸心をεだけ偏芯させたリング部と、フランジ圧下
ロール６２と同心のギヤ部が一体となった構造をしてい
る。この偏芯リングギヤ部は、ロールチョック又はハウ
ジング等に固定された偏芯駆動用ギヤ６８と接続されて
おり、偏芯駆動用ギヤ６８に直結した偏芯駆動用油圧モ
ータ６９を回転することにより、偏芯角度θを変化させ
ることが可能であり、また偏芯駆動用油圧モータ６９を
停止することにより偏芯リング６６を固定・支持でき
る。偏芯駆動用油圧モータ６９は、流量調整弁を開き作
動油を送り込むことにより回転し、流量調整弁を閉じる
と停止する。

【００２８】偏芯駆動用油圧モータは、負荷トルクが一
定ならば入側、出側の油圧圧力が一定である。ウェブタ
ッチ（鋼材ウェブ部がウェブタッチロールに接触）した
とき、そのウェブタッチ荷重をＰｗとすると、フランジ
圧下ロール軸芯Ｃｏを中心としε COSθをモーメントと
するＴｗ＝Ｐｗ×ε COSθなるトルクが偏芯リングに加
わることになる（図は偏芯角度θ＝０の場合である）。

【００２９】このトルクＴｗは、偏芯駆動用ギヤを介し
て偏芯駆動用油圧モータ軸に負荷トルク増分として伝達
され、偏芯駆動用油圧モータ入側、出側圧力は一方が増
加、他方が減少し、即ち差圧が増加する。

【００３０】差圧増加代ｐｍは負荷トルク増分Ｔｗに比
例することから、 ｐｍ＝α×Ｔｗ＝α×Ｐｗ×ε COSθ （α：比例定数） なる関係が得られる。ここでεは機械的な定数として既
知であり、偏芯角度θは偏芯駆動用ギヤ軸に直結された
角度検出器の出力φから θ＝ｉ×φ （ｉ：ギヤ比） として常時検出可能であるから、ウェブタッチ荷重Ｐｗ
を差圧増加代ｐｍから Ｐｗ＝ｐｍ／｛α×ε COSθ（ｉ×φ）｝ として推定することができる。

【００３１】本発明のフランジ幅制御方法を実施した時
と幅無制御の実績を図７に示す。本発明の方法は従来例
に比し長手方向のフランジの変動幅が少ない。以上本発
明を偏芯リング型エッジャーロールにおけるフランジ幅
圧下荷重とウェブタッチ荷重とに分離演算する方式につ
いて述べたが、これに限定されるものではない。また、
本発明は仕上ユニバーサル圧延機前段のエッジャー圧延
機への適用の他、粗圧延機群における粗ユニバーサル圧
延機とエッジャー圧延機でのフランジ幅制御にも適用で
きることは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】本発明はエッジャー圧延機圧延荷重計の
出力をフランジ幅圧下荷重とウェブとウェブタッチ荷重
に分離可能な圧延装置を備え、ゲージメータフランジ幅
演算においてはエッジャー圧延機圧延荷重計出力と圧下
位置検出装置出力を用い、後段ユニバーサル圧延機での
フランジ幅戻り量の予測演算においてはフランジ幅圧下
荷重を用いることにより、精度良くフランジ幅を制御す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御ブロック図。

【図２】本発明のフローチャート。

【図３】本発明の作用の説明図。

【図４】（ａ）は幅戻り量とエッジング量との関係の図
表、（ｂ）は幅戻り量とフランジ幅圧下荷重との関係の
図表。

【図５】従来のエッジャーロール荷重検出の説明図。

【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例の荷重分離検
出の説明図。

【図７】Ｈ形鋼長手方向とフランジ幅との関係を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１：エッジャー圧延機 ２：ユニバーサル圧延機３：Ｈ形鋼 ４：圧下装置５：圧下制御装置 ６：荷重分離演算装置 ７：圧下位置検出器８：圧延荷重計 ９：ウェブタッチ荷重検出器 １０：ゲージメータフランジ幅偏差演算装置１１：幅戻り量偏差演算装置 １２：フランジ幅偏差演算装置１３：フィードバック演算装置

フロントページの続き (72)発明者 山本 俊介 堺市築港八幡町１番地 新日本製鐵株式 会社 堺製鐵所内 (56)参考文献 特開 平８−309414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16611（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−86308（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−41978（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−252614（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−25432（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭55−29761（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 37/16 B21B 1/08 B21B 37/58

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形鋼を、圧延荷重計、ウェブタッチ荷
   重検出器および圧下位置検出器を備えたエッジャー圧延
   機とユニバーサル圧延機で圧延するに際し、エッジャー
   圧延機の圧延荷重計の出力とウェブタッチ荷重検出器の
   出力からフランジ幅圧下荷重を演算し、前記圧延荷重計
   の出力と圧下位置検出器の出力とからゲージメータフラ
   ンジ幅の偏差を演算し、さらに演算した前記フランジ幅
   圧下荷重から後段ユニバーサル圧延機で発生する幅戻り
   量偏差を演算し、ゲージメータフランジ幅と幅戻り量の
   和として後段ユニバーサル圧延後のフランジ幅偏差を予
   測演算し、その偏差に応じてエッジャーロール隙を連続
   的に制御することを特徴とするＨ形鋼のフランジ幅制御
   方法。
2. 【請求項２】 Ｈ形鋼ユニバーサル圧延機の前段に設置
   したエッジャー圧延機に、圧延荷重計、ウェブタッチ荷
   重検出器および圧下位置検出器を設けるとともに、前記
   圧延荷重計出力と圧下位置検出器出力とからゲージメー
   タフランジ幅偏差を演算するゲージメータフランジ幅偏
   差演算装置と、前記圧延荷重計出力と前記ウェブタッチ
   荷重検出器出力とからフランジ幅圧下荷重を演算する荷
   重分離演算装置と、該演算装置出力から後段ユニバーサ
   ル圧延機におけるフランジ幅戻り量の偏差を演算する幅
   戻り量偏差演算装置と、該演算装置出力と前記ゲージメ
   ータフランジ幅偏差演算装置出力とからフランジ幅偏差
   を演算するフランジ幅偏差演算装置と、該演算装置出力
   から圧下装置の目標位置を演算するフィードバック演算
   装置と、該演算装置出力に従って圧下装置の位置を制御
   する圧下制御装置とを備えたことを特徴とするＨ形鋼の
   フランジ幅制御装置。