JP3523977B2 - 形鋼の寸法制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｈ形鋼、Ｉ形
鋼、レールその他の形鋼のタンデム圧延において、ロー
ル間隙を調整して形鋼の寸法を制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ形鋼などの形鋼の圧延に、ユニバーサ
ル圧延が広く用いられている。ユニバーサル圧延では、
水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を調整するこ
とにより、多種類の製品を製造することができる。製品
の寸法精度を向上するためには、圧延条件の変化に応じ
てロール間隙を精度高く設定する必要がある。

【０００３】形鋼のユニバーサル圧延において、製品厚
さの長手方向のばらつきを、ＡＧＣ（自動寸法制御）に
より低減することが知られている。たとえば、特公昭６
１−２４０８３号公報で開示された形鋼の自動板厚制御
方法がある。この方法は、ユニバーサル圧延機の水平ロ
ールと垂直ロールとの相対的位置関係と圧延機の弾性変
形とを考慮して、圧延中の荷重の実測値からウエブ厚さ
およびフランジ厚さを推定し、各厚さの変動を除去する
ように、各ロールのロール間隙を独立に制御する。この
方法によれば、形鋼の厚み精度を向上することができ
る。

【０００４】一般にタンデム圧延では、スタンド間で圧
延材に過大な張力あるいは圧縮力が発生するのを防ぐた
めに、張力制御を行っている。板、線材等のタンデム圧
延では、スタンド間のルーパで張力を制御することがで
きるので、低張力の圧延が可能である。しかし、形鋼は
剛性が大きいため、ルーパによる張力制御は困難であ
る。そこで、圧延材がスタンド間で座屈するのを防ぐた
めに、スタンド間で０．５〜１．５ kg/mm² 程度の引張
力が発生するように、各スタンドのロール回転数を設定
し、圧延するのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】タンデム圧延では、図
１（ｂ）に示すように隣り合う前後のスタンド間距離ｌ
に等しい長さの圧延材後端部は、圧延材の後端が前段の
スタンドを離れると、無張力状態となって圧延される。
また、図１（ａ）に示すように圧延材の上記後端部を除
く部分は、前後のスタンドのロールにかみ込まれて圧延
されるので、張力が加わった状態で圧延される。したが
って、後端部と他の部分とでは、幅拡がりおよび圧延荷
重が異なり、圧延荷重の差に対応して寸法が異なる。つ
まり、後端部は圧延荷重および幅拡がりが増加するの
で、寸法が増加する。従来の制御方法では、圧延荷重に
基づいてロール間隙を制御するので、上記張力による寸
法の変動には対応できなかった。

【０００６】この発明は、形鋼のタンデム圧延におい
て、製品後端部の精度も向上することができ、製品全長
にわたって高い寸法精度の製品が得られる形鋼の寸法制
御方法を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の形鋼の寸法制
御方法は、形鋼のタンデム圧延における寸法制御方法に
おいて、あらかじめ最終仕上スタンドより上流側のスタ
ンドのうちの１基を制御スタンドに設定し、前記制御ス
タンドから最終仕上スタンドに至るまでの圧延材の延伸
に基づき、制御スタンドにおける、最終仕上スタンドと
その前段のスタンドとの間の距離に相当する長さを求
め、前記相当長さの圧延材後端部について無張力圧延に
よる断面積増加分を解消するように前記制御スタンドの
ロール間隙を制御することを特徴としている。

【０００８】この発明では、張力変動によって発生する
圧延材の断面積変動を予測し、これを０にするように、
上流側のスタンドでのロール間隙を制御し、最終仕上ス
タンド入側の後端部の寸法を他の部分よりも小さくす
る。この結果、最終パスにおいて、この部分は無張力状
態で圧延されて、寸法が増加しても、最終仕上パス圧延
後に寸法、すなわちウエブおよびフランジの厚みおよび
幅が圧延材全長にわたって一定になり、高い寸法精度の
製品が得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明において、前記制御スタ
ンドは中間ユニバーサル圧延機または最終仕上ユニバー
サル圧延機以外の圧延機のうちから選ばれる。最終仕上
スタンドとその前段のスタンドとのスタンド間距離に相
当する長さ（制御スタンドにおいてロール間隙変更開始
位置から圧延材後端に至るまでの距離）Ｌは、次の式
（１）で求める。 Ｌ＝ｌ／λ ・・・・・・（１） ここで、ｌ：最終仕上スタンドとその前段のスタンドと
の間の距離 λ：制御スタンドスから最終仕上スタンドまでの延伸係
数 式（１）から明らかなように、制御スタンドにいて、ロ
ール間隙変更開始位置から圧延材後端までの距離Ｌは、
最終仕上スタンドとその前段のとの間の距離より延伸係
数λだけ短い。

【００１０】また、設定張力から圧延材の後端部の断面
積の増加ΔＡは、次のように求める。 ΔＡ＝Ａ−Ａ₀ ＝Ｂ×ｔ−Ｂ₀ ×ｔ₀ ＝（Ｂ₀ ＋δＢ）×（ｔ₀ ＋δｔ）−Ｂ₀ ×ｔ₀ ・・・・・・（２） ＝ｔ₀ ×δＢ＋Ｂ₀ ×δｔ＋δＢ×δｔ ここで、Ａ₀ ：張力圧延時の断面積 Ａ：無張力時の断面積 Ｂ：ウエブまたはフランジの幅 ｔ：ウエブまたはフランジの厚み δ：張力圧延時と無張力時の変動 をそれぞれ表している。式（２）の第３式で、δＢ×δ
ｔ項は微小であるので、これを省略すると、 ΔＡ≒ｔ₀ ×δＢ＋Ｂ₀ ×δｔ ・・・・・・（３） となる。ここで、厚みの変動δｔを荷重の変動δＰおよ
びミル剛性Ｍとにより表すと、 ΔＡ＝ｔ₀ ×δＢ＋Ｂ₀ ×δＰ／Ｍ ・・・・・・（４） となる。さらに、幅拡がりに及ぼす張力Ｔの影響係数ｃ
₁ 、および圧延荷重に及ぼす張力Ｔの影響係数ｃ₂ を用
いて式（４）を書き換えると、 ΔＡ＝ｔ₀ ×ｃ₁ ×Ｔ＋Ｂ₀ ×ｃ₂ ×Ｔ／Ｍ あるいは ΔＡ＝（ｔ₀ ×ｃ₁ ＋Ｂ₀ ×ｃ₂ ／Ｍ）Ｔ ・・・・・・（５） となる。

【００１１】式（１）で求めた圧延材の後端部の長さＬ
について、式（５）に基づき、上記断面積差を解消する
ために必要な、制御スタンドでの後端部のロール間隙を
求め、これに基づいて圧延する。この結果、最終仕上ス
タンド入側の後端部の寸法は、後端部以外の部分の寸法
よりも小さくなる。

【００１２】後端部以外の部分のロール間隙を制御する
には、たとえば次の方法による。垂直ロールの圧延荷重
を検出し、駆動側垂直ロールのロックオン値に対する圧
延荷重偏差、作業側垂直ロールのロックオン値に対する
圧延荷重偏差、および駆動側垂直ロールの圧延荷重と作
業側垂直ロールの圧延荷重との偏差のロックオン値から
の偏差をそれぞれ求める。前記ロックオン値からの偏差
に基づいて、水平ロールと駆動側垂直ロールとの間のロ
ール間隔および水平ロールと作業側垂直ロールとの間の
ロール間隔をそれぞれ独立して制御する。この制御方法
を、更に詳細に説明する。

【００１３】ユニバーサル圧延で、水平ロールのロール
軸方向の移動を考慮すると駆動側フランジ厚さｈ_DSは ｈ_DS＝Ｓ_DSO ＋Ｐ_DS／Ｍ_DS cosγ_DS＋０．５（Ｓ_HO＋Ｐ_H ／Ｍ_H ）sin γ_DS ＋（Ｐ_DS−Ｐ_WS／Ｍ_T ） ・・・・・・（６） となり、作業側フランジ厚さｈ_WSは ｈ_WS＝Ｓ_WSO ＋Ｐ_WS／Ｍ_WS cosγ_WS＋０．５（Ｓ_HO＋Ｐ_H ／Ｍ_H ）sin γ_WS ＋（Ｐ_WS−Ｐ_DS／Ｍ_T ） ・・・・・・（７） となる。

【００１４】目標のフランジ厚さｈ_DS、ｈ_WSを与える、
圧延材かみ込み前のロールギャップＳ_DSO 、Ｓ_WSO を、
あらかじめ実機または試験機で試験してまたは経験的に
求める。上記ロールギャップＳ_DSO 、Ｓ_WSO で圧延材を
ロールにかみ込ませる。圧延荷重は、かみ込み時の衝
撃、圧延速度の加速によって変動するので、かみ込み
後、一定時間後の圧延荷重をロックオン荷重とする。か
み込みからロックオンまでの時間は、予めかみ込み時の
過渡的な荷重変動が収束するに要する時間を測定してお
く。一般に、このかみ込みから過渡的な荷重変動が収ま
るまでの時間は１〜５秒程度である。その後、圧延中の
垂直ロールの圧延荷重を連続的に検出する。検出した圧
延荷重Ｐ_DS、Ｐ_WSとロックオン荷重との差を、すなわち
荷重偏差ΔＰ_DS、ΔＰ_WSを求め、これに基づいて、ロー
ル間隔を独立して制御する。

【００１５】一般に水平ロールの荷重偏差がミル剛性に
比べて十分小さいので、外乱によって垂直ロールの駆動
側圧延荷重Ｐ_DSがＰ_DS＋ΔＰ_DSに、作業側圧延荷重がＰ
_WSからＰ_WS＋ΔＰ_WSにそれぞれ変化した場合、出側厚さ
を一定とする駆動側垂直ロールのロール間隔制御量ΔＳ
_DSは、 ΔＳ_DS＝−ΔＰ_DS／Ｍ_DS＋（ΔＰ_WS−ΔＰ_DS）／Ｍ_T ・・・・・・（８） となり、また駆動側垂直ロールのロール間隔制御量ΔＳ
_WSは、 ΔＳ_WS＝−ΔＰ_WS／Ｍ_WS＋（ΔＰ_DS−ΔＰ_WS）／Ｍ_T ・・・・・・（９） となる。ここで、添字DSは駆動側、WSは作業側、T は水
平ロールのロール軸方向をそれぞれ表している。式
（８）および式（９）において、第１項は駆動側または
作業側の圧延荷重偏差による修正項であり、第２項は水
平ロールのロール軸方向の移動による修正項を表してい
る。

【００１６】過補償などを防止するために、制御ゲイン
αを導入すると、駆動側垂直ロールのロール間隔制御量
ΔＳ_DSは、 ΔＳ_DS＝−α_DSΔＰ_DS／Ｍ_DS＋α_T （ΔＰ_WS−ΔＰ_DS）／Ｍ_T ・・・・（１０） となり、作業側垂直ロールのロール間隔制御量ΔＳ
_WSは、 ΔＳ_WS＝−α_WSΔＰ_WS／Ｍ_WS＋α_T （ΔＰ_DS−ΔＰ_WS）／Ｍ_T ・・・・（１１） となる。制御ゲインは、圧延温度、圧延材寸法などの圧
延条件の変動を考慮して決められ、０．１〜１．０程度
である。

【００１７】図２は、圧延材Ｒが水平ロール１、垂直ロ
ール２_DS、２_WS間にかみ込まれて、水平ロール１が駆動
側に移動した状態を示している。図中、破線は圧延材Ｒ
が水平ロール１、垂直ロール２_DS、２_WS間にかみ込まれ
ていない時のロール位置を、また実線はかみ込まれてい
る時のロール位置をそれぞれ示している。図２（ａ）は
ロール間隔Ｓ_DS、Ｓ_WSの制御に水平ロール１の移動を考
慮した場合で、駆動側フランジ厚さｈ_DSおよび作業側フ
ランジ厚さｈ_WSはともに目標のフランジ厚さとなってい
る。なお、図２（ｂ）はロール間隔Ｓ_DS、Ｓ_WSの制御に
水平ロール１の移動を考慮していない場合であり、図１
（ａ）に比べると明らかなように、駆動側フランジ厚さ
ｈ_DSは薄くなり、逆に作業側フランジ厚さｈ_WSは厚くな
っている。

【００１８】上記形鋼の圧延において、ウエブ厚さにも
高い寸法精度が要求される場合、水平ロールと垂直ロー
ル間隔を制御するとともに、水平ロールの圧延荷重を検
出して圧延荷重偏差を求め、圧延荷重偏差により水平ロ
ールのロール間隔を制御するようにしてもよい。この場
合、水平ロールのロール間隔制御量ΔＳ_H は、 ΔＳ_H ＝−α_H ΔＰ_H ／Ｍ_H ・・・・・・（１１） となる。

【００１９】つぎに、形鋼がレールである場合を例にし
て、この発明の実施の態様を具体的に説明する。レール
の寸法に対する要求は高さが最も厳しいので、垂直ロー
ルのみロール間隙を制御するとして説明する。なお、レ
ールの場合、レールの脚部および頭部がフランジに相当
する。レールのウエブ幅は水平ロールのロール間隙幅で
決まるので、レールの高さは脚部および頭部（フラン
ジ）の厚みで決まる。

【００２０】図３は、レールの圧延工程を示している。
パス１〜１４は粗圧延、パス１５〜１７は中間圧延、パ
ス１７′〜１９は仕上圧延である。パス１５′〜１７′
は、エッジャー圧延である。パス１〜１４は２重式粗圧
延機列により、パス１５以降はユニバーサル圧延機およ
びエッジヤーにより圧延が行われる。パス１９は、形状
を整えるパスであり、圧下量は小さく実質的な成形は行
わない。この例では、パス１７の中間ユニバーサル圧延
で後端部の制御を行う。図４は、上記中間圧延パス１７
に用いられるユニバーサル圧延機を模式的に示してい
る。

【００２１】上記１７パスの圧延工程において、後端部
以外の部分の寸法制御は次のようにして行われる。図４
に示すユニバーサル圧延機に材料がかみ込み、一定時間
が経過したのち、駆動側垂直ロール２_DSおよび作業側垂
直ロール２_WSの圧延荷重を荷重計３_DS、３_WSでそれぞれ
計測する。圧延荷重の計測結果は、ロックオン値として
演算装置４に記憶される。以後、駆動側垂直ロール２_DS
および作業側垂直ロール２_WSの圧延荷重を荷重計３_DS、
３_WSでそれぞれ連続的に計測する。計測結果は演算装置
３に入力され、両垂直ロール２_DS、２_WSのそれぞれにつ
いてロックオン値との差、つまり圧延荷重偏差ΔＰが求
められる。荷重偏差ΔＰが求められると、水平ロール１
と垂直ロール２_DS、２_WSとの間のロール間隔制御量が演
算装置４で求められ、その結果は圧下制御装置５_DS、５
_WSに出力される。圧下制御装置５_DS、５_WSは圧下モータ
６_DS、６_WSに操作信号を出力し、ロール間隔を制御す
る。上記一連の制御動作は圧延材の後端部が仕上ユニバ
ーサル圧延機に到達するまで繰り返される。

【００２２】後端部以外の圧延が終わると、あらかじめ
求められていた最終仕上スタンドとその前段のスタンド
とのスタンド間距離に相当する長さに基づき、位置検出
器７によってロール間隙変更開始位置が検出される。ロ
ール間隙変更開始位置が制御圧延機に圧延機に到達した
タイミングで、式（５）より計算したロール間隙に変更
して後端部を圧延する。

【００２３】上記寸法制御により、製品後端部の寸法増
加が抑止される。図５はこの発明と従来法とを比較して
寸法制御の結果を模式的に示しており、この発明によれ
ば製品全長にわたって一様な厚みと幅が得られる。

【００２４】

【実施例】レール（ＪＩＳ ６０ kg 級、高さ１７４ m
m 、頭幅６５ mm 、脚幅１４５mm ）を図３に示す圧延
工程で圧延した。中間ユニバーサル圧延パス１７で圧延
材全長にわたって従来の寸法制御を行った。その結果、
製品の後端部の寸法は定常部に対して高さは０．６mm、
幅は１．０mm増加した。この中間ユニバーサル圧延パス
１７で、定常部は従来の寸法制御を行い、後端部はこの
発明を適用した。その結果、高さの増加量は０．２mm
に、幅の増加量は０．３mmにそれぞれ低減した。

【００２５】

【発明の効果】この発明では、形鋼のタンデム圧延にお
いて、圧延材後端部の寸法増加を抑止するので、製品後
端部の精度も向上することができる。したがって、製品
全長にわたって高い寸法精度の製品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延材後端部が無張力で圧延される状態を説明
する図面である。

【図２】この圧延材後端部以外の部分についてロール間
隙を制御する方法の一例を説明する図面である。

【図３】この発明が適用されるレールの圧延工程図であ
る。

【図４】形鋼圧延に用いられるユニバーサル圧延機を模
式的に示す図面である。

【図５】従来法とこの発明の寸法制御方法とを比較し
て、レールの寸法変動の一例を示す線図である。

【符号の説明】

１ 水平ロール ２ 垂直ロール ３ 荷重計 ４ 演算装置 ５ 圧下制御装置 ６ 圧下モータ ７ 位置検出器 Ｒ 圧延材 添字DSは駆動側、添字WSは作業側をそれぞれ示してい
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐伯 和彦 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 久保 誠太郎 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 川端 都紀生 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (72)発明者 服部 義孝 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平８−252615（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16611（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−30502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 1/00 - 11/00 B21B 37/16 B21B 37/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 形鋼のタンデム圧延における寸法制御方
   法において、あらかじめ最終仕上スタンドより上流側の
   スタンドのうちの１基を制御スタンドに設定し、前記制
   御スタンドから最終仕上スタンドに至るまでの圧延材の
   延伸に基づき、制御スタンドにおける、最終仕上スタン
   ドとその前段のスタンドとの間の距離に相当する長さを
   求め、圧延材後端部の前記相当長さについて無張力圧延
   による断面積増加分を解消するように前記制御スタンド
   のロール間隙を制御することを特徴とする形鋼の寸法制
   御方法。
2. 【請求項２】 前記制御スタンドを最終仕上スタンドの
   直前のスタンドとすることを特徴とする請求項１記載の
   形鋼の寸法制御方法。