JP7386546B2 - 鋼材の自動切断装置及び自動切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材、特にＨ形鋼又はそのスクラップ材をガス切断する自動切断装置及び自動切断方法に関する。

形鋼をガス切断する技術として、特許文献１には山形鋼の切断方法及びその装置が開示されている。山形鋼はＬ形の形状のため、ウェブ切断をその端面より開始できる。しかしＨ形鋼では端面からウェブ切断を開始できない。また、Ｈ形鋼のスクラップ材を切断（小割切断）する場合、そのＨ形鋼のスクラップ材の形状は様々であり、反りや捩れなど変形があることも多いことから、従来のガス切断技術ではＨ形鋼のスクラップ材を切断（小割切断）することは困難であった。

特開昭５８－２０２９７１号公報

本発明が解決しようとする課題は、鋼材、特にＨ形鋼又はＨ形鋼のスクラップ材を効率的に切断する技術手段を提供することにある。

本発明の一観点によれば、一対のフランジが直立するように載置されるＨ形鋼の幅方向に沿うようにＨ形鋼の上方に配置され、当該Ｈ形鋼の長手方向に沿う方向（以下「走行方向」という。）に移動可能な走行フレームと、前記走行フレームに取り付けられ、当該走行フレームの長手方向に沿う方向（以下「横行方向」という。）に移動可能な一対のフランジ切断用ユニットと、前記走行フレームに取り付けられると共に前記一対のフランジ切断用ユニットの間に配置され、横行方向に移動可能なウェブ切断用ユニットとを備えるＨ形鋼の自動切断装置であって、前記一対のフランジ切断用ユニットは、それぞれ、一対のフランジをガス切断するためのフランジ切断用トーチと、一対のフランジの外側面までの距離を計測する第１距離センサとを含み、前記ウェブ切断用ユニットは、Ｈ形鋼のウェブをガス切断するためのウェブ切断用トーチと、Ｈ形鋼の上面までの距離を計測する第２距離センサとを含み、前記フランジ切断用トーチ、前記第１距離センサ及び前記ウェブ切断用トーチは昇降可能である、Ｈ形鋼の自動切断装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、上記本発明のＨ形鋼の自動切断装置を使用してＨ形鋼を切断するＨ形鋼の自動切断方法であって、前記フランジ切断用トーチを上昇又は下降させることによりＨ形鋼のフランジを切断するフランジ切断工程と、前記ウェブ切断用トーチを横行方向に移動させることによりＨ形鋼のウェブを横行切断するウェブ横行切断工程とを含み、前記フランジ切断工程においてＨ形鋼のウェブに開口部を形成し、前記ウェブ横行切断工程では、前記開口部を起点としてウェブ横行切断を実行する、Ｈ形鋼の自動切断方法が提供される。

本発明によれば、鋼材、特にＨ形鋼又はそのスクラップ材を効率的に切断することができる。

本発明の一実施形態であるＨ形鋼の自動切断装置の斜視図。 図１に示す自動切断装置の左側半分の正面図。 図１に示す自動切断装置によるＨ形鋼の小割切断方法を概念的に示し、（ａ）はフランジ切断工程、（ｂ）はウェブ横行切断工程を示す概念図。 フランジ切断工程及びウェブ横行切断工程における切断パターンの一例を示す概念図。 フランジ切断工程及びウェブ横行切断工程における切断パターンの他の例を示す概念図。 フランジ切断工程及びウェブ横行切断工程における切断パターンの更に他の例を示す概念図。

図１に、本発明の一実施形態であるＨ形鋼の自動切断装置（以下、単に「切断装置」という。）１を斜視図で示している。図２には、切断装置１の左側半分を正面図で示している。なお、切断装置１の右側半分は図２に示す左側半分と実質的に対称である。

切断装置１は、載置台１０に載置されるＨ形鋼１００をガス切断する。Ｈ形鋼１００はウェブ１０１とその両端の一対のフランジ１０２とからなるところ、切断装置１で切断する際には図１に示すように一対のフランジ１０２が直立するように載置台１０に載置される。そして、切断装置１は、一対のフランジ１０２が直立するように載置されるＨ形鋼１００の幅方向に沿うようにＨ形鋼１００の上方に配置され、Ｈ形鋼１００の長手方向に沿う方向、すなわち走行方向に移動可能な走行フレームとして、門型フレーム２０を備えている。具体的には門型フレーム２０は、一対のフランジ１０２が直立するように載置されるＨ形鋼１００の幅方向を跨ぐ（架設する）ように配置され、一対のレール２１上を走行方向に移動可能である。なお、門型フレーム１０を走行させるために、門型フレーム２０は一対の駆動機構（モータ）２２を備えている。

門型フレーム２０の梁部２０ａには、一対のフランジ切断用ユニット３０及び一対のウェブ切断用ユニット４０が、それぞれ門型フレーム２０の梁部２０ａの長手方向に沿う方向、すなわち横行方向に移動可能に取り付けられている。なお、この横行方向とは一対のフランジ１０２が直立するように載置されるＨ形鋼１００の幅方向に沿う方向でもある。また、一対のウェブ切断用ユニット４０は、一対のフランジ切断用ユニット３０の間に配置されている。

一対のフランジ切断用ユニット３０は、それぞれ、Ｈ形鋼１００の一対のフランジ１０２をガス切断するためのフランジ切断用トーチ３１と、Ｈ形鋼１００の一対のフランジ１０２の外側面までの距離Ｌ１を計測する第１距離センサ３２を有する。本実施形態において、フランジ切断用トーチ３１及び第１距離センサ３２は、同一の第１昇降部材３３に取り付けられており、第１昇降部材３３を昇降させることにより、フランジ切断用トーチ３１及び第１距離センサ３２が同調して昇降する。第１昇降部材３３は、第１シリンダ３４の駆動により昇降する。また、本実施形態において、フランジ切断用トーチ３１及び第１距離センサ３２の中心軸は、同一の鉛直面内に位置する。

一対のウェブ切断用ユニット４０は、それぞれ、Ｈ形鋼１００のウェブ１０１をガス切断するためのウェブ切断用トーチ４１と、Ｈ形鋼１００の上面までの距離Ｌ２を計測する第２距離センサ４２を有する。本実施形態において、ウェブ切断用トーチ４１及び第２距離センサ４２は、同一の第２昇降部材４３に取り付けられており、第２昇降部材４３を昇降させることにより、ウェｂ切断用トーチ４１及び第２距離センサ４２が同調して昇降する。第２昇降部材４３は、第２シリンダ４４の駆動により昇降する。また、本実施形態において、ウェブ切断用トーチ４１及び第２距離センサ４２の中心軸は、同一の鉛直面内に位置する。

本実施形態において門型フレーム２０の一対の柱部２０ｂは、それぞれＨ形鋼１００の一対のフランジ１０２の外側面までの距離Ｌ３を計測する一対の第３距離センサ２３を備えている。
なお、本実施形態において距離センサ（第１距離センサ３２、第２距離センサ４２及び第３距離センサ２３）としては、レーザーセンサ、超音波センサ等の一般的な距離センサを使用することができる。

次に、切断装置１によるＨ形鋼１００の小割切断動作について説明する。なお、本実施形態においてＨ形鋼１００はスクラップ材であり、その形状は未知であり、反りや捩れなど変形もあり得る。そこで、このＨ形鋼１００を小割切断するにあたり、その切断箇所の形状や寸法を第１距離センサ３２、第２距離センサ４２及び第３距離センサ２３を使用して認識する。
まず、第３距離センサ２３により距離Ｌ３を計測する。次に、この距離Ｌ３に基づいて、第２距離センサ３２を含むウェブ切断用ユニット４０を、第２距離センサ４２によって距離Ｌ２の計測を開始する所定位置、具体的にはＨ形鋼１００のフランジ１０２の外側面の少し外側の位置まで横行方向に移動させる。そして第２距離センサ３２を含むウェブ切断用ユニット４０を、Ｈ形鋼１００のウェブ１０１の中央側に向けて横行方向に移動させることにより、Ｈ形鋼１００の上面までの距離Ｌ２を連続的に計測する。これにより、Ｈ形鋼１００のフランジ１０２の板厚、及びウェブ１０１の切断箇所の形状を認識できる。
これと並行して、第１距離センサ３２を含むフランジ切断用ユニット３０を、第１距離センサ３２によって距離Ｌ１の計測を開始する所定位置まで横行方向に移動させたうえで、第１距離センサ３２を上昇又は下降させることにより、Ｈ形鋼１００のフランジ１０２の上端から下端まで連続的に距離Ｌ１を計測する。これにより、フランジ１０２の切断箇所の形状及び寸法（高さ）を認識できる。
また、Ｈ形鋼１００においてウェブ１０１は通常、フランジ１０２の高さ方向中央に位置するから、第１距離センサ３２による計測結果から得られるフランジ１０２の高さ寸法、第２距離センサ４２によって計測されるウェブ１０１の上面までの距離Ｌ２、及び第２距離センサ４２の高さ位置からウェブ１０１の板厚を求めることができる。

このようにして本実施形態では、Ｈ形鋼１００を小割切断するにあたり、その切断箇所の形状や寸法を第１距離センサ３２、第２距離センサ４２及び第３距離センサ２３を使用して認識する。ここで、本実施形態において各距離センサによる距離の計測データは、図示しない制御部に送信され、その制御部が各距離の計測データを処理することにより、切断箇所の形状や寸法を認識する。

なお、本実施形態では距離Ｌ３を計測するために一対の第３距離センサ２３を設けているが、一対の第３距離センサ２３は省略可能である。すなわち、距離Ｌ３は上述の通り、第２距離センサ３２を含むウェブ切断用ユニット４０を、第２距離センサ４２によって距離Ｌ２の計測を開始する所定位置、具体的にはＨ形鋼１００のフランジ１０２の外側面の少し外側の位置まで横行方向に移動させる際に参照されるが、距離Ｌ３がわかっていなくても、ウェブ切断用ユニット４０を徐々に横行方向に移動させるようにすれば、第２距離センサ４２によって距離Ｌ２を計測することはできる。ただし、ウェブ切断用ユニット４０を上述の所定位置まで素早く横行方向に移動させるためには、第３距離センサ２３によって距離Ｌ３を計測することが好ましい。

次に、切断装置１によるＨ形鋼１００の具体的な小割切断方法について説明する。
本実施形態においてＨ形鋼１００の小割切断方法は、図３（ａ）に示すようにフランジ切断用トーチ３１を上昇又は下降（図３（ａ）では上昇）させることによりＨ形鋼１００のフランジ１０２を切断するフランジ切断工程と、図３（ｂ）に示すようにウェブ切断用トーチ４１を横行方向に移動させることによりＨ形鋼１００のウェブ１０１を横行切断するウェブ横行切断工程とを含む。そして、フランジ切断工程においてＨ形鋼１００のウェブ１０１に開口部１０３を形成し、ウェブ横行切断工程では、開口部１０３を起点としてウェブ横行切断を実行する。このように、フランジ切断工程においてＨ形鋼１００のウェブ１０１に開口部１０３を形成することで、ウェブ横行切断工程を開始するにあたり、別途、ピアシング（孔開け作業）を行うことなく、ウェブ横行切断を実行することができる。

ここで、開口部１０３は鉛直方向に貫通しており、開口部１０３の長さ（横行方向長さ）は、フランジ切断工程においてＨ形鋼１００のウェブ１０１に開口部１０３を形成する際のガス切断条件によって決まる。そこで、本実施形態では、フランジ切断工程においてＨ形鋼１００のウェブ１０１に開口部１０３を形成する際のガス切断条件と、そのガス切断条件により形成される開口部１０３の長さとの関係を予め求めておき、ウェブ横行切断工程では、上記ガス切断条件から開口部１０３の長さを予測し、その開口部１０３の先端近傍を起点としてウェブ横行切断を実行するようにしている。これにより、ウェブ横行切断工程を迅速かつ正確に開始することができる。なお、フランジ切断工程においてＨ形鋼１００のウェブ１０１に開口部１０３を形成する際のガス切断条件としては、切断速度（フランジ切断用トーチ３１の移動速度）、切断出力（フランジ切断用トーチ３１への燃料供給量等）、Ｈ形鋼１００の寸法（ウェブ１０１及びフランジ１０２の板厚等）などが挙げられる。

本実施形態では、上述のウェブ横行切断工程の終了後、門型フレーム２０を走行方向に移動させることによりウェブ切断用トーチ４１を走行方向に移動させ、これによりＨ形鋼１００のウェブ１０１を走行切断するウェブ走行切断工程を含むことができる。このウェブ走行切断工程を含むことで、Ｈ形鋼１００（スクラップ材）を例えば電気炉や転炉への投入材料に適した嵩張らない形状に小割切断することができる。

なお、本実施形態において、フランジ切断工程におけるフランジ切断用トーチ３１の動作、ウェブ横行切断工程におけるウェブ切断用トーチ４１の動作、並びにウェブ走行切断工程におけるウェブ切断用トーチ４１の動作及び門型フレーム２０の動作は、いずれも上述した制御部によって制御される。すなわち、制御部は、Ｈ形鋼１００を小割切断するにあたり、その切断箇所の形状や寸法を第１距離センサ３２及び第２距離センサ４２を使用して認識しており、その切断箇所の形状や寸法に応じてフランジ切断用トーチ３１等の動作を制御する。

図４Ａ～Ｃに、フランジ切断工程及びウェブ横行切断工程における具体的な切断パターンを例示している。
図４Ａの切断パターンでは、まず、フランジ切断用トーチ３１をフランジ１０２の下端位置から上昇させることにより、フランジ切断工程を開始し（同図（ａ））、フランジ切断用トーチ３１がウェブ１０１の上面位置を通過したあたりでフランジ切断工程を一旦中断する。ここで、フランジ切断用トーチ３１がウェブ１０１を通過する際には、フランジ切断用トーチ３１の上昇速度を低くしてウェブ１０１に開口部１０３を形成する（同図（ｂ））。そしてウェブ横行切断工程では、開口部１０３を起点としてウェブ切断用トーチ４１を横行方向に移動させることによりウェブ横行切断を実行する。また、このウェブ横行切断工程と並行して、フランジ切断用トーチ３１をフランジ１０２の上端位置から下降させることにより、フランジ切断を実行する（同図（ｃ））。
この図４Ａの切断パターンでは、開口部１０３を起点としてウェブ切断を開始する際、フランジ切断用トーチ３１は開口部１０３の近傍に位置しないので、ウェブ切断用トーチ４１とフランジ切断用トーチ３１との干渉をなくすことができると共に、フランジ切断用トーチ３１によりフランジ切断を実行する際に発生する溶融物が開口部１０３に溜まってウェブ横行切断の開始に支障を来すことを防止できる。

図４Ｂの切断パターンでは、フランジ切断用トーチ３１をフランジ１０２の下端位置から上端位置まで上昇させることにより、フランジ切断を連続的に実行する（同図（ａ）及び（ｂ））。そして、このフランジ切断の途中でウェブ１０１に開口部１０３を形成し、ウェブ横行切断工程では、開口部１０３を起点としてウェブ横行切断を実行する（同図（ｂ））。
この図４Ｂの切断パターンでは、フランジ切断工程において切断開始時の火入れを１回のみとすることができる。

図４Ｃの切断パターンでは、フランジ切断用トーチ３１をフランジ１０２の上端位置から下端位置まで下降させることにより、フランジ切断を連続的に実行する（同図（ａ）及び（ｂ））。そして、このフランジ切断の途中でウェブ１０１に開口部１０３を形成し、ウェブ横行切断工程では、開口部１０３を起点としてウェブ横行切断を実行する（同図（ｂ））。
この図４Ｃの切断パターンでも、フランジ切断工程において切断開始時の火入れを１回のみとすることができる。また、図４Ｃの切断パターンでは、開口部１０３を起点としてウェブ横行切断を開始する際、フランジ切断用トーチ３１は開口部１０３の下方に位置するので、フランジ切断用トーチ３１によりフランジ切断を実行する際に発生する溶融物が開口部１０３に溜まってウェブ横行切断の開始に支障を来すことを防止できる。

なお、図４Ａ～ＣにはＨ形鋼１００の左半分のみを示しているが、右半分についても左半分と同様に、かつ左半分と並行してフランジ切断及びウェブ横行切断を実行することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。以下、主な変形例を例示する。
（１）本実施形態は、一対（２個）のウェブ切断用ユニット４０を備えているが、ウェブ切断用ユニット４０は１個であってもよい。ウェブ切断用ユニット４０が１個であっても、ウェブ横行切断及びウェブ走行切断は実行可能であり、距離Ｌ２の計測も可能である。ただし、ウェブ横行切断及び距離Ｌ２の計測を効率的に実行する点からは、本実施形態のように一対のウェブ切断用ユニット４０を備えていることが好ましい。
（２）本実施形態では、フランジ切断用トーチ３１及び第１距離センサ３２は同一の第１昇降部材３３に取り付け、第１昇降部材３３を昇降させることにより、フランジ切断用トーチ３１及び第１距離センサ３２が同調して昇降するようにしたが、フランジ切断用トーチ３１及び第１距離センサ３２はそれぞれ個別の昇降部材に取り付け、個別に昇降させるようにしてもよい。ただし、切断装置１の小型化・簡素化及び機械的誤差の低減の点からは、本実施形態のようにフランジ切断用トーチ３１及び第１距離センサ３２が同調して昇降するようにすることが好ましい。
（３）本実施形態では、ウェブ切断用トーチ４１及び第２距離センサ４２は同一の第２昇降部材４３に取り付け、第２昇降部材４３を昇降させることにより、ウェブ切断用トーチ４１及び第２距離センサ４２が同調して昇降するようにしたが、ウェブ切断用トーチ４１及び第２距離センサ４２はそれぞれ個別の昇降部材に取り付け、個別に昇降させるようにしてもよい。また、第２距離センサ４２は必ずしも昇降させる必要はない。ただし、切断装置１の小型化・簡素化及び機械的誤差の低減の点からは、本実施形態のようにウェブ切断用トーチ４１及び第２距離センサ４２が同調して昇降するようにすることが好ましい。

１ 切断装置
１０ 載置台
２０ 門型フレーム
２０ａ 梁部
２０ｂ 柱部
２１ レール
２２ 駆動機構（モータ）
２３ 第３距離センサ
３０ フランジ切断用ユニット
３１ フランジ切断用トーチ
３２ 第１距離センサ
３３ 第１昇降部材
３４ 第１シリンダ
４０ ウェブ切断用ユニット
４１ ウェブ切断用トーチ
４２ 第２距離センサ
４３ 第２昇降部材
４４ 第２シリンダ
１００ Ｈ形鋼
１０１ ウェブ
１０２ フランジ
１０３ 開口部

Claims (6)

1. 一対のフランジが直立するように載置されるＨ形鋼の幅方向に沿うようにＨ形鋼の上方に配置され、当該Ｈ形鋼の長手方向に沿う方向（以下「走行方向」という。）に移動可能な走行フレームと、
   前記走行フレームに取り付けられ、当該走行フレームの長手方向に沿う方向（以下「横行方向」という。）に移動可能な一対のフランジ切断用ユニットと、
   前記走行フレームに取り付けられると共に前記一対のフランジ切断用ユニットの間に配置され、横行方向に移動可能なウェブ切断用ユニットと、
   制御部とを備えるＨ形鋼の自動切断装置であって、
   前記一対のフランジ切断用ユニットは、それぞれ、一対のフランジをガス切断するためのフランジ切断用トーチと、一対のフランジの外側面までの距離Ｌ１を計測する第１距離センサとを含み、
   前記ウェブ切断用ユニットは、Ｈ形鋼のウェブをガス切断するためのウェブ切断用トーチと、Ｈ形鋼の上面までの距離Ｌ２を計測する第２距離センサとを含み、
   前記フランジ切断用トーチ、前記第１距離センサ及び前記ウェブ切断用トーチは昇降可能であり、
   前記制御部は、前記第１距離センサを上昇又は下降させてＨ形鋼のフランジの上端から下端まで連続的に前記距離Ｌ１を計測させることにより、Ｈ形鋼のフランジの切断箇所の形状及び高さ寸法を予め認識すると共に、前記第２距離センサを横行方向に移動させて前記距離Ｌ２を連続的に計測させることにより、Ｈ形鋼のフランジの板厚寸法及びウェブの切断箇所の形状を予め認識し、
   更に前記制御部は、予め認識したＨ形鋼の各寸法及び切断箇所の形状に応じ、前記フランジ切断用トーチ及び前記ウェブ切断用トーチの動作を制御して、Ｈ形鋼の自動切断を実行する、Ｈ形鋼の自動切断装置。
2. 一対のフランジが直立するように載置されるＨ形鋼の幅方向に沿うようにＨ形鋼の上方に配置され、当該Ｈ形鋼の長手方向に沿う方向（以下「走行方向」という。）に移動可能な走行フレームと、
   前記走行フレームに取り付けられ、当該走行フレームの長手方向に沿う方向（以下「横行方向」という。）に移動可能な一対のフランジ切断用ユニットと、
   前記走行フレームに取り付けられると共に前記一対のフランジ切断用ユニットの間に配置され、横行方向に移動可能なウェブ切断用ユニットとを備えるＨ形鋼の自動切断装置であって、
   前記一対のフランジ切断用ユニットは、それぞれ、一対のフランジをガス切断するためのフランジ切断用トーチと、一対のフランジの外側面までの距離Ｌ１を計測する第１距離センサとを含み、
   前記ウェブ切断用ユニットは、Ｈ形鋼のウェブをガス切断するためのウェブ切断用トーチと、Ｈ形鋼の上面までの距離Ｌ２を計測する第２距離センサとを含み、
   前記フランジ切断用トーチ、前記第１距離センサ及び前記ウェブ切断用トーチは昇降可能であり、
   更に、前記走行フレームは、それぞれ一対のフランジの外側面までの距離Ｌ３を計測する一対の第３距離センサを含む、Ｈ形鋼の自動切断装置。
3. 前記フランジ切断用トーチ及び前記第１距離センサは同一の第１昇降部材に取り付けられており、前記第１昇降部材を昇降させることにより、前記フランジ切断用トーチ及び前記第１距離センサが同調して昇降する、請求項１又は２に記載のＨ形鋼の自動切断装置。
4. 前記ウェブ切断用トーチ及び前記第２距離センサは同一の第２昇降部材に取り付けられており、前記第２昇降部材を昇降させることにより、前記ウェブ切断用トーチ及び前記第２距離センサが同調して昇降する、請求項１から３のいずれか一項に記載のＨ形鋼の自動切断装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＨ形鋼の自動切断装置を使用してＨ形鋼を切断するＨ形鋼の自動切断方法であって、
   前記フランジ切断用トーチを上昇又は下降させることによりＨ形鋼のフランジを切断するフランジ切断工程と、前記ウェブ切断用トーチを横行方向に移動させることによりＨ形鋼のウェブを横行切断するウェブ横行切断工程とを含み、
   前記フランジ切断工程においてＨ形鋼のウェブに開口部を形成し、かつ、Ｈ形鋼のウェブに開口部を形成する際のガス切断条件と、そのガス切断条件により形成される開口部の長さとの関係を予め求めておき、前記ウェブ横行切断工程では、前記ガス切断条件から開口部の長さを予測し、その開口部の先端近傍を起点としてウェブ横行切断を実行する、Ｈ形鋼の自動切断方法。
6. 前記ウェブ横行切断工程の終了後、前記走行フレームを走行方向に移動させることにより前記ウェブ切断用トーチを走行方向に移動させ、Ｈ形鋼のウェブを走行切断するウェブ走行切断工程を含む、請求項５に記載のＨ形鋼の自動切断方法。

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