JP3329188B2 - Ｈ形鋼の造形圧延方法及びその装置 - 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形鋼の造形圧延におい
て目的とする形状及び寸法のビームブランクを高精度か
つ安定に圧延することに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なＨ形鋼の圧延工程は、まず素材
であるブルーム、スラブ、ビームブランクなどを加熱炉
において加熱後、穴型を有するロールを組み込んだブレ
ークダウン圧延機で造形圧延を行い、次に粗ユニバーサ
ル圧延工程では、ユニバーサル圧延機及びエッジャ圧延
機で構成される粗圧延機群によって複数パスのリバース
圧延を行う。最後に仕上げユニバーサル圧延機によって
被圧延材のウェブ及びフランジの圧下を行うとともに、
フランジの角度をほぼ直角に成形する。

【０００３】Ｈ形鋼圧延プロセスの下流側である粗ユニ
バーサル圧延工程では多岐にわたる寸法規格を満足する
ために各種寸法測定器をライン上に設置して被圧延材の
寸法を測定し、得られたデータを圧延機設定に反映する
ことによって寸法精度の向上を図っており、有効な結果
が得られている。一方、上流側に当たる造形圧延工程で
は従来、仕上圧延後或いは粗ユニバーサル圧廷後の被圧
延材の測定データを用い、オペレータが経験と操業ノウ
ハウによってサイドガイド位置、テーブル高さ及びチル
ティング、圧延ロールの鉛直方向相対姿勢、更には上下
圧延ロールの軸方向相対位置を調整し、造形圧延時の被
圧延材の寸法修正を試みていたが、この手法は必ずしも
造形圧延時の被圧延材の寸法精度の実体を反映したもの
ではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＨ形鋼の造形圧
延では、圧延中或いは圧延後の被圧延材の寸法を計測す
る手段を持たなかったため、偏肉などの寸法不良が発生
した場合にこれを積極的に制御する方法が存在しなかっ
た。更に、Ｈ形鋼の造形圧延では、被圧延材は必ずしも
圧延ロールの幅方向中央部で圧延されるものではないこ
とから、圧延ロールに負荷される曲げモーメントの分布
が左右非対称となり、被圧延材に加える圧下量が左右で
異なるという問題を有していた。これらの理由から、後
段の圧延工程に於いても寸法不良を修正しきれず最終製
品形状にまで影響が残り、製品寸法精度に悪影響を与え
ていた。

【０００５】そこで本発明は、被圧延材の形状を測定す
るとともに、ブレークダウン圧延機の各部に制御対象を
設け、これらを被圧延材の形状に基づいて制御して目的
とする形状及び寸法のビームブランクを高精度かつ安定
に圧延することを可能にしたＨ形鋼の造形圧延方法及び
その装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様に係
るＨ形鋼の造形圧延方法は、ブレークダウン圧延機によ
りＨ形鋼のビームブランクを製造するＨ形鋼の造形圧延
工程において、ブレークダウン圧延機の近傍に配置され
た熱間形状認識装置によって被圧延材の形状を測定し、
その被圧延材の形状データに基づいて、ブレークダウン
圧延機の各圧延ロールのレベリング姿勢を制御してビー
ムブランクを圧延する。本発明の他の態様に係るＨ形鋼
の造形圧延方法は、上記の造形圧延方法において、被圧
延材の形状データに基づいて、更に、ブレークダウン圧
延機の圧延ロールのスラスト方向位置、ロール間ギャッ
プ、ブレークダウン圧延機周辺の各テーブル高さ、チル
ティング角度及び各サイドガイド位置の内の少なくとも
１つ以上を制御してビームブランクを圧延する。

【０００７】本発明の他の態様に係るＨ形鋼の造形圧延
装置は、ブレークダウン圧延機によりＨ形鋼のビームブ
ランクを製造するＨ形鋼の造形圧延装置において、ブレ
ークダウン圧延機の近傍に配置され、被圧延材の形状を
圧延方向と垂直な断面でプロフィル測定を行うことによ
って測定する熱間形状認識装置と、その熱間形状認識装
置により測定された被圧延材の形状データに基づいて、
ブレークダウン圧延機の各圧延ロールのレベリング姿勢
の設定変更量を求める演算装置とを有し、ブレークダウ
ン圧延機の各圧延ロールのレベリング姿勢はその設定変
更量に基づいて変更される。本発明の他の態様に係るＨ
形鋼の造形圧延装置は、上記の造形圧延装置において、
演算装置は、更に、ブレークダウン圧延機の圧延ロール
のスラスト方向位置、ロール間ギャップ、ブレークダウ
ン圧延機周辺の各テーブル高さ、チルティング角度及び
各サイドガイド位置の内、少なくとも１つ以上について
の設定変更量を求め、そして、その設定変更量に基づい
て該当する設定が変更される。本発明の更に他の態様に
係るＨ形鋼の造形圧延装置は、上記の造形圧延装置にお
いて、レークダウン圧延機の各圧延ロールのレベリン
グ、スラスト方向位置、及びロール間ギャップと、ブレ
ークダウン圧延機周辺の各テーブル高さ、チルティング
角度及び各サイドガイド位置とを、手動又は制御信号に
基づいて調整するための機構をそれぞれ具備している。

【０００８】即ち、本発明においては、少なくともブレ
ークダウン圧延機の圧延ロールは左右のレベリング、そ
の圧延機入出側のテーブルチルチィング角度をオンライ
ンで制御可能とし、必要に応じてその圧延ロール及び圧
延機周辺のテーブル、サイドガイドは、制御信号に基づ
いてその位置或いは高さを随時変更可能とする。更に、
ブレークダウン圧延機近傍に被圧延材の形状を測定しす
るための熱間形状認識装置を設置する。計算機制御を用
いる場合には形状認識装置によって得る被圧延材の形状
及び寸法を目標とする被圧延材の寸法と比較し、各制御
対象の制御量を算出する演算装置を介して各制御対象に
信号が送られる、その際に必要となるデータは左右それ
ぞれのフランジ幅、左右上下それぞれのフランジ断面積
及びウェブ厚は最低限必要であり、制御のタイミングは
圧延パス間或いは次素材圧延設定において行い、目的と
する形状及び寸法のビームブランクを高精度かつ安定に
圧延する。

【０００９】Ｈ形鋼の造形圧延において、圧延ロールの
左右レベリングが適正にセットされることにより、被圧
延材の左右の圧下量差が解消され、フランジ部が左右均
等に整形される。また、当該パス圧延前の被圧延材フラ
ンジ各部断面積の間に偏差があった場合も、圧延ロール
の左右レベリング修正によって当該パス圧延後の被圧延
材はフランジ各部の断面積が均一に仕上げられる。この
際、当該パス圧延後の被圧延材に左右方向、或いは上下
方向の曲がりが生じることが考えられるが、左右方向の
曲がりについては圧延機出側のサイドガイドによって更
正される。上下方向の曲がりについては、被圧延材の当
該パス入り側の噛み込み角度によって当該パス出側の被
圧延材の上下方向の曲がりが制御可能であることを利用
する。すなわち、ガイド等の拘束オプションを用いず、
当該パス入側に当たるテーブルのチルティング角度の変
更によって防止される。上記事項に、各圧延ロールのス
ラスト方向位置、各圧延ロール間ギャップ、圧延機入出
側テーブル高さ、サイドガイド位置を制御対象に加える
と、制御の自由度が増えることから、より高い寸法精度
が確保される。

【００１０】被圧延材の測定は、ブレークダウン圧延機
近傍に設置された熱間形状認識装置によって、被圧延材
が熱間形状認識装置を通過する毎に圧延方向と直角な断
面のプロフィルが測定され、更に必要な計算過程を経て
フランジ厚、ウェブ厚等の圧延設定変更に必要とされる
すべてのデータが算出されることによって行われる。

【００１１】被圧延材の測定結果を圧延設定に反映させ
る態様として、第１の方法は、制御対象及び制御量の決
定がオペレータの判断によって行われ、かつそれらを直
接制御する方法である。その際、オペレータは前記の熱
間形状認識装置によって測定された被圧延材の測定結果
を参照することが可能である。第２の方法は演算器を用
いる方法であり、熱間形状認識装置で測定されたデータ
は演算器に送られ、目標とする被圧延材のデータと比較
されることによって修正の必要な制御対象を決定し、同
時に、ミルスプリング、圧延ロールのたわみ等の機械的
特性、更には制御対象が複数である場合等は各制御対象
間の相互作用特性を考慮した設定変更量が算出され、ブ
レークダウン圧延機に設定変更の制御信号が送られる。
ブレークダウン圧延機では、各制御対象に対応したアク
チュエータによって必要な動作が行われ、これらの動作
が完了した後に当該パスの圧延が実施されることによっ
て、被圧延材の寸法不良が抑制される。なお、被圧延材
の形状認識装置については、圧延方向と直角な方向に被
圧延材の断面プロフィルを標準偏差σ＝０．７ｍｍ程度
の精度で測定できるものであれば、手段は特に限定され
るものではない。また、圧延ロールのスラスト方向位置
を調整する機構に関しては、特公平１−５４１２１号公
報に開示されているようなものがあり、これを採用する
か或いはこれに類似した方式を採用すればよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の一例
に係るＨ形鋼の造形圧延装置の装置配列例の概略を示し
た図である。ブレークダウン圧延機本体１は、図示のよ
うに、ロール圧下機構６、圧延ロール７、チョック８、
上下圧延ロールの軸方向相対位置調整を行う圧延ロール
スラスト方向調整アクチュエータ９、及び圧延ロールの
鉛直方向相対姿勢調整を行う圧延ロールレベリング調整
アクチュエータ１０を備えている。そのブレークダウン
圧延機本体１の下流側には熱間形状認識装置２が設けら
れ、ブレークダウン圧延機本体１の上流及び下流にある
可動テーブル４については、造形圧延工程がリバース圧
延で構成されることから圧延機本体の入側と出側がパス
毎に入れ替わることを考慮し、いずれのテーブル４もテ
ーブル調整アクチュエータ１１により水平昇降及びチル
ティングが可能となっている。また、可動テーブル４の
上方にはサイドガイド３がそれぞれ設けられ、更に、上
流側の可動テーブル４の更に上流に、下流側の可動テー
ブル４の更に下流にそれぞれ固定テーブル５が配置され
ている。ところで、本発明に係る全てのアクチュエータ
９〜１１については、オペレータによるマニュアル制御
又は演算器によるオンライン制御のいずれでも制御可能
であるが、ここでは演算器２０を設けた例を示してい
る。

【００１３】なお、熱間形状認識装置２の設置場所につ
いては、ブレークダウン圧延機本体１の上流側に設置す
ることも考えられるが、一般的に造形圧延工程は合計で
奇数パスのリバース圧延で行われることを考慮すると、
図１に示す配置によれば造形圧延工程をすべて完了後の
被圧延材の寸法データを得ることができるため、次の素
材を造形圧延する際の各初期設定のみならず、次工程の
粗ユニバーサル圧延工程の初期設定にも精度よく反映さ
せやすいという利点がある。また、ブレークダウン圧延
機本体１の上流側と下流側にそれぞれ熱間形状認識装置
２を設ける方法も考えられ、この方法では例えば被圧延
材を各パス毎に測定できるため、次パス設定を容易に行
えるという利点があるが、装置にかかるコストなどを考
慮すると、図１に示した装置配列例が最適であると考え
られる。

【００１４】被圧延材の修正は、熱間形状認識装置２に
よって得た被圧延材のデータから図２に例を示すような
ウェブ厚ｔ_w 、左右のフランジ幅Ｂ_F 及びＢ_D 、左右上
下のフランジ断面積Ａ_f1、Ａ_f2、Ａ_f3及びＡ_f4の諸値を
算出し、比較して被圧延材に生ずる不良形態を図３〜図
６に例を示すような４パターンに分類し、それぞれの不
良パターンに対応した４つの修正アクションを採用する
ことによって行った。

【００１５】図３は被圧延材のフランジ厚が左右で異る
不良パターンの例であり、サイドガイド３を用いて被圧
延材を圧延ロール７の左右方向の中心に対して右側にず
らして噛み込ませて左側フランジ部からウェブ部へ、ウ
ェブ部から右側フランジ部への塑性流動を誘起すること
によって左右のフランジ厚を均等に修正する。図４は被
圧延材のフランジ厚が上下で異なる不良パターンの例で
あり、テーブル調整アクチュエータ１１を用いてテーブ
ル昇降或いはチルティングによってパスラインを下げて
ウェブ中心の上側への付け替えを行い、更に、下側フラ
ンジをフランジ幅方向に圧下して下側フランジ厚を確保
することによって、上下のフランジ厚を均等に修正す
る。

【００１６】図５はフランジが点対称方向で偏肉を有す
る不良パターンの例であり、上下圧延ロールの軸方向相
対位置及びサイドガイド３を調整、すなわち圧延ロール
スラスト方向調整アクチュエータ９を用いて上圧延ロー
ルを右側にずらし、かつサイドガイド３の調整によって
被圧延材を右側にずらして厚いフランジ部から薄いフラ
ンジ部への塑性流動を誘起する圧下配分を設定すること
によって各フランジ部の厚みを均等に修正する。図６は
フランジ幅が左右で異なる不良パターンの例であり、圧
延ロール７の鉛直方向相対姿勢を調整すなわち圧延ロー
ルレベリング調整アクチュエータ１０を用いて上下圧延
ロールの右側のギャップをせばめて右側フランジをより
圧下することによって左右のフランジ幅を均等に修正す
る。

【００１７】被圧延材の修正を上述の第１の方法によっ
て行う場合には、短いパス間アイドルタイム中でオペレ
ータが次パスの調整量判断及び設定変更を行うことが困
難であることから、素材毎に被圧延材の測定データ及び
図３〜図６に示した修正アクションに基づき各アクチュ
エータの調整を行った。その結果、例えばフランジ厚に
ついて実際の厚みと目標厚さとの差Ｘの平均値＝０．２
２、σ＝０．２４と比較的小さい値を得ており、被圧延
材の寸法精度向上及び造形圧延の安定化に効果があるこ
とが確認された。

【００１８】次に、上述の第２の方法（演算器の利用）
によって各アクチュエータの制御を行う場合として、十
分な演算速度及び各アクチュエータの十分な応答速度に
よってパス間での修正を行った例を示す。必要となる被
圧延材の修正量に対する各アクチュエータの設定変更量
は以下に示すような方法により決定した。本実施例で
は、被圧延材の測定データを２パス毎に得ることから図
３〜図６に示した４種類の修正アクションの変更量は各
パスについて同一とし、被圧延材の各部に与える変化と
の関係を変形シミュレーション、実験室圧延及び実機圧
延により下記（１）式のように求めておく。

【００１９】

【数１】

【００２０】但し、ΔＳ_i ：それぞれの不良パターンに
応じた被圧延材の修正量 ａ_ij ：影響係数 Δｇ_j ：それぞれのアクションに応じた圧延設定変更量 上記（１）式中の影響係数マトリックスの逆行列を下記
（２）式のように求める。

【００２１】

【数２】 上記（１）式及び（２）式より圧延設定変更量Δｇ_j が
下記（３）式のようにして求まる。

【００２２】

【数３】

【００２３】本発明を適用して、上述の第２の方法によ
って造形圧延を実施したＨ形鋼製品の寸法精度を本発明
を適用しない従来方法による場合と比較し、フランジ
厚、フランジ幅及びウェブ中心の偏りについて表１に示
す。

【００２４】

【表１】

【００２５】従来方法の場合に比べて本発明を適用した
場合の実際の厚みと目標厚さとの差Ｘの平均値及びσの
値が大幅に小さくなっていることから、本発明の適用に
よってフランジ厚及びフランジ幅寸法精度が格段に向上
し、且つ多数の素材をより安定に造形圧延可能であるこ
とが分かる。ウェブ中心の偏りについては従来方法の場
合に問題となっていたσの値が小さくなっており、本発
明によって中心の偏りが効果的に改善されることが示さ
れている。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ブレーク
ダウン圧延機の近傍に配置された熱間形状認識装置によ
ってパス間又は造形圧延完了後の被圧延材の形状を測定
しそれをブレークダウン圧延機及びその周辺装置の設定
に反映させるようにしたので、Ｈ形鋼圧延プロセスの上
流側に当たる造形圧延工程において目標とする形状のビ
ームブランクを高精度かつ安定に造形圧延可能となり、
Ｈ形鋼の製品寸法精度を大幅に向上させることが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係るＨ形鋼の造形
圧延装置の概略図である。

【図２】熱間形状認識装置によって得る被圧延材のデー
タから算出する諸項目の例を示す図である。

【図３】被圧延材のフランジ厚が左右で異なる不良パタ
ーンに対する修正アクションの例を示す図である。

【図４】被圧延材のフランジ厚が上下で異なる不良パタ
ーンに対する修正アクションの例を示す図である。

【図５】被圧延材のフランジ厚が点対称型に異なる不良
パターンに対する修正アクションの例を示す図である。

【図６】被圧延材のフランジ幅が左右で異なる不良パタ
ーンに対する修正アクションの例を示す図である。

【符号の説明】

１ ブレークダウン圧延機本体 ２ 熱間形状認識装置 ３ サイドガイド ４ 水平昇降及びチルティング動作可能なテーブル ５ 固定テーブル ６ ロール圧下機構 ７ 圧延ロール ８ チョック ９ 圧延ロールスラスト方向調整アクチュエータ １０ 圧延ロールレベリング調整アクチュエータ １１ テーブル調整アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 國方 康伸 (56)参考文献 特開 平８−39118（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 1/00 - 1/46 B21B 37/00 - 37/78

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレークダウン圧延機によりＨ形鋼のビ
   ームブランクを製造するＨ形鋼の造形圧延工程におい
   て、前記ブレークダウン圧延機の近傍に配置された熱間
   形状認識装置によって被圧延材の形状を測定し、その被
   圧延材の形状データに基づいて、前記ブレークダウン圧
   延機の各圧延ロールのレベリング姿勢を制御してビーム
   ブランクを圧延することを特徴とするＨ形鋼の造形圧延
   法。
2. 【請求項２】 前記被圧延材の形状データに基づいて、
   更に、前記ブレークダウン圧延機の圧延ロールのスラス
   ト方向位置、ロール間ギャップ、前記ブレークダウン圧
   延機周辺の各テーブル高さ、チルティング角度及び各サ
   イドガイド位置の内の少なくとも１つ以上を制御してビ
   ームブランクを圧延することを特徴とする請求項１記載
   のＨ形鋼の造形圧延法。
3. 【請求項３】 ブレークダウン圧延機によりＨ形鋼のビ
   ームブランクを製造するＨ形鋼の造形圧延装置におい
   て、前記ブレークダウン圧延機の近傍に配置され、被圧
   延材の形状を圧延方向と垂直な断面でプロフィル測定を
   行うことによって測定する熱間形状認識装置と、該熱間
   形状認識装置により測定された被圧延材の形状データに
   基づいて、前記ブレークダウン圧延機の各圧延ロールの
   レベリング姿勢の設定変更量を求める演算装置とを有
   し、前記ブレークダウン圧延機の各圧延ロールのレベリ
   ング姿勢はその設定変更量に基づいて変更されることを
   特徴とするＨ形鋼の造形圧延装置。
4. 【請求項４】 前記演算装置は、更に、前記ブレークダ
   ウン圧延機の圧延ロールのスラスト方向位置、ロール間
   ギャップ、前記ブレークダウン圧延機周辺の各テーブル
   高さ、チルティング角度及び各サイドガイド位置の内、
   少なくとも１つ以上についての設定変更量を求め、そし
   て、その設定変更量に基づいて該当する設定が変更され
   ることを特徴とする請求項３記載のＨ形鋼の造形圧延装
   置。
5. 【請求項５】 前記ブレークダウン圧延機の各圧延ロー
   ルのレベリング、スラスト方向位置、及びロール間ギャ
   ップと、前記ブレークダウン圧延機周辺の各テーブル高
   さ、チルティング角度及び各サイドガイド位置とを、手
   動又は制御信号に基づいて調整するための機構をそれぞ
   れ具備したことを特徴とする請求項４記載のＨ形鋼の造
   形圧延装置。