JPH11226609A - 軌条の中間ユニバーサル圧延方法 - Google Patents

軌条の中間ユニバーサル圧延方法

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JPH11226609A
JPH11226609A JP10039263A JP3926398A JPH11226609A JP H11226609 A JPH11226609 A JP H11226609A JP 10039263 A JP10039263 A JP 10039263A JP 3926398 A JP3926398 A JP 3926398A JP H11226609 A JPH11226609 A JP H11226609A
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roll
rolling
rolls
foot
vertical
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JP10039263A
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Toshihiro Ishibashi
俊弘 石橋
Kazuhiko Saeki
和彦 佐伯
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユニバーサル圧延法によって軌条を製造する
際に、材料全長にわたって、良好な寸法精度を確保する
と共に、ロール間隙再調整作業を回避し、高作業率を確
保し得ること。 【解決手段】 圧延姿勢でフランジが非対称性である軌
条圧延の特性から、圧延中、水平ロールの軸方向の力の
方向が一定方向となることを利用した、水平ロール軸方
向の遊びを除去すると同時に、形状修正を伴う圧下制御
を行う。形状修正に際しては、圧延材料の中央部におけ
る圧延状態における圧延条件を基準圧延条件とし、圧延
後の足部断面積に関する影響係数を求める。すなわち、
圧延パスの入側の寸法形状と温度を圧延材料全長にわた
り測定し、圧下隙の変更量を計算する。これに基づき、
上下水平ロール軸方向の移動量および竪ロール圧下移動
量を決定し、それぞれの圧下装置をリアルタイムで作動
させ、軌条のユニバーサル圧延を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、竪ロールを有する
4ロールユニバーサル圧延法において、左右フランジ形
状が異なる断面をもつ軌条の中間ユニバーサル圧延方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8はユニバーサル圧延法で軌条を製造
するプロセスを示すもので、(a)は圧延機列、(b)
は圧延途中の材料の各パス毎の形状である。加熱炉(図
示していない)抽出後、素材はブレークダウン圧延工
程、粗圧延工程、中間ユニバーサル圧延工程、仕上ユニ
バーサル圧延工程で、製品(軌条)形状まで、熱間圧延
され、所定の長さに切断される。上記の軌条の製造にお
いては、断面形状の変形量が大きいブレークダウン圧延
工程から粗圧延工程までは、孔型圧延法をとるが、形を
決まったあとの中間圧延工程以降は延伸効率のよい、ユ
ニバーサル圧延法を採用することが、高い生産性を確保
できることから広く実施されてきている。
【0003】このユニバーサル圧延法が、H形鋼、軌
条、マスト形鋼の製造に用いられることはよく知られて
いるところである。しかし、この方法は従来の孔型圧延
法の場合の上下水平ロール2つだけの場合に比し、上下
水平ロールおよび左右竪ロールの4つのロールによっ
て、孔型が形成されているため、所要の製品形状を得る
ためのロール間隙調整の自由度が大きい反面、ロール変
位が複雑なため、ロール間隙設定およびその調整も複雑
で難しい。従って、これらのロール変位に対し適切に対
処しなければ、所要製品形状に対する偏差が大となり、
圧延作業を中断して行う、ロール間隙再調整が必要で、
作業能率を低下させるおそれがある。
【0004】また、軌条の製造プロセスのユニバーサル
圧延工程の上流側の孔型圧延では、材料全長にわたる断
面寸法の一様性を確保することは困難である。というの
は、自由端である最先端部及び最後端部が、圧延の過程
で中央部に取り込まれていくのであるが、最先端部と最
後端部は圧延姿勢の上面が冷却水の溜まり現象に加え
て、断面形状がそもそも非対称なので、部位毎に温度が
不均一になりやすく、また、片方が自由端であることに
より、捩じれ反り等が発生する。中央部とは、明らかに
圧延状態が異なるため、断面各部分の断面積は中央部の
それと全く同一に造り込むことは難しい。このような、
最先端部、最後端部が順次、中央に吸収されていくこと
が、材料全長にわたる断面寸法の一様性を確保すること
の、困難である理由である。
【0005】軌条やマスト形鋼等、左右フランジ形状が
異なる断面をもつ形鋼のユニバーサル圧延の場合は、左
右非対称であるために特に上下水平ロールに軸方向所謂
スラスト方向の力であるスラスト力が働き、このためス
ラスト方向の位置変位、すなわちスラスト変位を生ず
る。このスラスト変位のために、圧延材の形状は当初の
目的の形状に対し、偏差を生じ、製品形状寸法の差とな
る。
【0006】これらを解消する手段として、圧延中に発
生する水平ロールの実スラスト変位量に基づき、水平ロ
ール軸方向の水平ロールと竪ロールのロール間隙を設定
する、特開昭52−151658号公報および特開昭5
2−155165号公報に記載する技術が開示されてい
る。特開昭52−151658号公報記載の技術は、両
側の竪ロールの反力差から水平ロールのスラスト変位量
を推定し、この量を前もってロール軸方向の水平ロール
と竪ロールのロール間隙に加味しておく方法である。ま
た、特開昭52−155165号公報記載の技術は直
接、水平ロールのスラスト変位量を測定し、ロール軸方
向の水平ロール肩部と竪ロールのロール間隙を設定、調
整する方法である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】圧延機は多くの部品に
よって構成されており、力の伝達系は、遊びをもつ弾性
体とみなすことができる。これら、水平ロール軸方向の
力の伝達系を模式的にバネと遊びで表わすと、図9のよ
うになる。ただし、 a1 :上水平ロール、軸方向遊び成分(右側) b1 :上水平ロール、軸方向遊び成分(左側) ka1:上水平ロール、軸方向バネ定数(右側) kb1:上水平ロール、軸方向バネ定数(左側) a2 :下水平ロール、軸方向遊び成分(右側) b2 :下水平ロール、軸方向遊び成分(左側) ka2:下水平ロール、軸方向バネ定数(右側) kb2:下水平ロール、軸方向バネ定数(左側) c:左竪ロール、遊び成分 kc :左竪ロール、バネ定数 d:右竪ロール、遊び成分 kd :右竪ロール、バネ定数
【0008】竪ロールの遊び成分c、dはロールバラン
ス装置の働きにより、遊びが吸収される。また、水平ロ
ールの軸方向遊び成分a1 、a2 、b1 、b2 は、多く
の部品の取り外し、取付けの作業を行う、ロール組替作
業のバラツキのため、各圧延チャンス毎に値が一定にす
ることは難しい。
【0009】図10はa1 >a2 の場合における、軌条
の寸法精度影響を説明したグラフである。軌条の場合、
両側の竪ロールで頭部、足部を圧延するが、足部の圧延
反力が頭部のそれに比べて大であるため、常時、図9で
水平ロール軸方向右側に移動する力が発生する。このた
め、圧延中はa1 、a2 、c、dがゼロとなる。図10
の変位e01、e02は、圧延時の水平ロール軸方向自由移
動可能量で図9の遊び成分a1 、a2 と同義である。圧
延中の水平ロール、竪ロール間のロール隙は、e01>e
02であるため、上水平ロール側のほうが下水平ロールに
比べて大となり、軌条を立てた状態では左右足幅の偏差
となって表れてくる。
【0010】特開昭52−151658号公報で開示さ
れている手段は、上下水平ロールのロール軸方向の遊び
が等しい場合は、有効であるが、異なる場合は必ずし
も、有効であるとはいえない。また、上下でロール軸方
向に遊びが異なる状態では、素材断面形状が材料長さ方
向で異なる外乱の製品形状への影響の認識精度は、特開
昭52−155165号公報で開示されている手段で
は、自らの遊び影響の認識ができないことから、不十分
で、圧下変更等、具体的な形状修正手段の的確性に欠け
ると考えられる。従来技術においては、インラインで上
下偏差の絶対量を測定する手段がないことと、前述の理
由から、これらロール軸方向の調整は、ロール組替始圧
の製品サンプル採取、寸法計測後に、オペレータが過去
の経験に基づいて行われる。場合によっては、1回のロ
ールチャンスで数回の調整に及ぶこともありうる。これ
ら調整のためには、圧延作業を中断する必要があるの
で、結果として、圧延作業率が低下する。
【0011】本発明は、上述した従来技術の問題点を解
決するためになされたもので、材料全長にわたって良好
な寸法精度を確保することを可能として、圧延作業を中
断して行うロール間隙再調整を回避し、高作業率を確保
し得る軌条の中間ユニバーサル圧延方法を提供すること
を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】軌条圧延材料の全長にわ
たる製品の寸法精度を確保するためには、上下水平ロー
ルのロール軸方向の遊び除去を行い、かつ、圧延材料の
寸法精度バラツキ、圧延寸法に影響する温度条件等、製
品の寸法精度への影響を考慮して、形状修正につなげ
る、リアルタイムのロール隙設定変更制御が必要であ
る。
【0013】本発明は、かかる課題を解決する手段を提
供するものである。すなわち、 (1)中間ユニバーサル圧延機のロール組替の際、ユニ
バーサル圧延機内に取込んだ下水平ロールおよび上水平
ロールの水平レベル調整後、軌条足部を圧延する竪ロー
ルを水平ロールに対し、押付け力P1 +P2 にて押し付
けることで遊びの除去を行い、上水平ロールのロール軸
方向の現在位置をP1 /M1 +E、下水平ロールのロー
ル軸方向の現在位置をP2 /M2 +E、当該竪ロールの
圧下方向の現在位置を(P1 +P2 )/MV +Eなる数
値に設定入力することにより初期設定を行ったのち、当
該圧延機における圧延後の軌条足部断面積が、圧延姿勢
で上下それぞれの片足部で目標値になるように、直前パ
スの足部の寸法計測に基づき、圧延中、上下水平ロール
をロール軸方向に、および、軌条足側竪ロールを圧下方
向に移動することにより制御することを特徴とする、軌
条の中間ユニバーサル圧延方法。ただし、 P1 :上水平ロールへの設定押付力 P2 :下水平ロールへの設定押付力 M1 :上水平ロールのロール軸方向のミル剛性 M2 :下水平ロールのロール軸方向のミル剛性 MV :足側竪ロールの圧下方向のミル剛性 E:基準位置からの水平ロールセンター偏り (2)軌条足部断面積が目標値になるように、当該圧延
機のパス直前の足部寸法形状計測及び足部温度計測に基
づき、圧延中、上水平ロールと軌条足側竪ロールのロー
ル基準隙、下水平ロールと軌条足側竪ロールのロール基
準隙を変更することにより制御することを特徴とする、
(1)記載の軌条の中間ユニバーサル圧延方法。を要旨
とする。
【0014】
【発明の実施の形態】図4は本発明を実施するためのユ
ニバーサル圧延機の装置構成を示す図であり、構成上、
水平ロール軸方向の遊びとりが可能なユニバーサル圧延
機である。軌条は図中の姿勢で、上下の水平ロール1
a,1bと左右の竪ロール2a,2bに囲まれて圧延さ
れる。水平ロール軸方向力は、水平ロール1、水平ロー
ルスラスト軸受3b、ベアリング押さえ11、液圧シリ
ンダー12a,12b、水平ロール軸受箱4を経由し
て、圧延機ハウジングポストに伝達される。
【0015】図6において、図中の圧延姿勢では、水平
ロール軸方向の左側から右側に向かって圧延中に軸方向
力がかかる。遊び除去は図6でロール組替のゼロ点調整
の時、前述の方向の遊びをゼロとすることである。これ
を、力の伝達系を模式的に示した図で説明すると、従来
図9であったものが図6になることである。
【0016】ロール組替時、上下水平ロールの水平レベ
ル調整が完了したのち、左側の竪ロール2aの圧下装置
(ここでは液圧シリンダー)7aを作動させ、水平ロー
ル1a,1bの肩部と竪ロールをキスさせるとともに、
右側に移動させる。このとき、液圧シリンダー12a,
12bはロールの移動とともに右側に動く。液圧シリン
ダーにはシリンダーロッドの移動ストロークを計測でき
るロッドセンサー22a,22bを付設しており、シリ
ンダー基準点からの移動量x1 、x2 を認識できるよう
にしておく。この時の液圧シリンダーの設定圧力を上水
平ロール側がPr1、下水平ロール側がPr2とし、液圧シ
リンダーの両者が設定圧力に達した時移動を終了させ、
ゼロ点調整完了とする。
【0017】図5を用いて、具体的に説明する。ここ
で、遊び除去する前の初期の遊びをa1 、a2 、b1
2 (a1 >a2 )とする。左側の竪ロール2aを右方
向に水平ロール1a、1bに押しつけながら、移動させ
るとa1 >a2 であるため、下水平ロール1bが先に液
圧シリンダーの設定圧Pr2に達する。この時、a2 はa
2 =0であり、この状態で遊び除去完了である。しかし
ながら、上水平ロール1aについては、液圧シリンダー
受圧側の圧力Pr <Pr1であり、遊び除去未完の状態で
ある。下水平ロールに関しては、液圧シリンダー受圧側
の内圧力が設定圧力Pr2を越えない状態で、該竪ロール
を右方向に押し続ける制御、すなわち、圧力一定でシリ
ンダーの作動を可能とする圧力制御を行う。上水平ロー
ルの液圧シリンダーの圧力Pr がPr =Pr1に達した状
態で、a1 =a2 =0となっているので、遊び除去完了
である。当然のことながら、c=0である。この時、b
1 、b2 は、b1 ′、b2 ′と逆に遊びが拡大するが、
軌条圧延における水平ロールの移動方向は、前述のよう
に決まっており、この方向は、圧延中の軸方向の移動方
向と逆方向となるため、これらの遊びは寸法精度に影響
を及ぼさない。
【0018】上下の水平ロール軸方向調整の液圧シリン
ダーの設定圧力から押付力を計算できる。この力を設定
押付力とP1 、P2 すると、P1 +P2 で竪ロールを水
平ロールに押し付けることで、遊びが除去できる。遊び
は図7の座標軸間の距離e0であり、遊びを除去すると
いうことは、座標軸の移動を意味する。また、除荷した
ときのスプリングバック量Sbは上下それぞれP1 /M
1 +(P1 +P2 )/MV 、P2 /M2 +(P1
2 )/MV で表される。このミル剛性M1 、M2、M
V は図9のバネ定数ka1、ka2、kc と同義のものであ
る。
【0019】また、前述の圧力制御は、制御上、押し付
けを続けることにより、シリンダーは移動するので、水
平ロールのラインセンターから、すなわち基準位置から
の偏り量Eを遊び除去後、計測し、これにより、シリン
ダーのゼロ点補正を行うことを考慮することが必要であ
る。上下水平ロール1a,1bともこの補正量Eだけ、
同量移動させた位置をゼロ位置とし、竪ロール2a,2
bもこの量移動させた位置をゼロ位置とする。
【0020】当然のことながら、設定圧力に関して、前
述の液圧シリンダーの設定圧力は遊び除去を行うための
ものであり、通常の圧延反力の範囲で、耐えられる圧力
に設定変更することが必要である。
【0021】以上の操作により、設定上は、上下の水平
ロールの軸方向の遊び及び足側の竪ロールの遊びは0な
ので、圧延中の水平ロールの軸方向の圧下および圧延中
の足側の竪ロールの圧下といった形状修正が有効に働
く。具体的な形状修正の圧延方法については、圧延材料
の中央部における圧延状態における圧延条件を基準圧延
条件とし、圧延後の足部断面積に関する、以下の影響係
数を求めておく。
【0022】圧延姿勢の上側に関する、 ∂A1 (k+1) /∂A1 (k) 、∂A1 (k+1) /∂
θ1 (k) 、∂A1 (k+1) /∂S1 (k) および、圧延姿勢の下側に関する、 ∂A2 (k+1) /∂A2 (k) 、∂A2 (k+1) /∂
θ2 (k) 、∂A2 (k+1) /∂S2 (k) ここで、A1 、A2 、θ1 、θ2 は図3に示すパス直前
の圧延姿勢の軌条における定義に基づくもので、A1
軌条足部の上側片足断面積、A2 は軌条足部の下側片足
断面積、θ1 は軌条足部の上側の表面温度、θ2 は軌条
足部の下側の表面温度を示す。S1 、S2 はそれぞれ上
水平ロールと軌条足側竪ロールのロール隙、下水平ロー
ルと軌条足側竪ロールのロール隙である。(k) は前圧延
パス、(k+1) は次圧延パスを示す。なお、A1 、A2
計算は下記の通りである。 A1 (k) =1/2(t1a (k) +t1b (k) )・f1 (k)2 (k) =1/2(t2a (k) +t2b (k) )・f2 (k)
【0023】本発明方法を実施する場合には、例えば、
図1に示す如く、中間ユニバーサル圧延機23の圧延パ
スの入側に寸法形状測定装置24と温度計25を設置し
ておき、これらの測定装置により被圧延材料全長にわた
って、寸法と温度を測定し、そのデータを制御装置26
に入力する。なお、中間ユニバーサル圧延機23は、通
常リバース圧延となるので、該圧延機23の前後に寸法
形状測定装置24と温度計25を設置しておく。制御装
置26においては、図2に示した、演算ロジック31で
ロール隙の変更量を計算する。すなわち、上水平ロール
と竪ロールの隙変更量ΔS1 (k+1) 及び下水平ロールと
竪ロールの隙変更量ΔS2 (k+1) は下記の式により計算
する。 ΔS1 (k+1) =−{(∂A1 (k+1) /∂A1 (k) )ΔA
1 (k) +(∂A1 (k+1) /∂θ1 (k) )Δθ1 (k) }/
(∂A1 (k+1) /∂S1 (k) ) ΔS2 (k+1) =−{(∂A2 (k+1) /∂A2 (k) )ΔA
2 (k) +(∂A2 (k+1) /∂θ2 (k) )Δθ2 (k) }/
(∂A2 (k+1) /∂S2 (k)
【0024】これに基づき、上下水平ロール軸方向の移
動量a1 (k+1) 、a2 (k+1) および竪ロール圧下移動量
(k+1) を決定し、ユニバーサル圧延機のそれぞれの圧
下装置をリアルタイムで作動させる。移動量の決定方法
としては、たとえば、それぞれの移動速度がミニマムに
なるよう、圧下移動量を決定する方法や、また、頭部の
断面積変化がミニマムになるよう、圧下移動量決定する
方法等、考えられる。
【0025】ここで、制御の設備対象を中間ユニバーサ
ル圧延工程、制御の物理単位を断面積としたのには、2
つ理由がある。第1は、下流側の仕上ユニバーサル圧延
工程で、上下足部の断面積が同じであれば、造形的に足
幅、足厚等の寸法を造り込むことが可能であること、第
2は上下水平ロールで軸方向ずれが生じた場合、圧延
後、頭部の形状がいびつになる可能性が考えられるが、
仮にいびつになったとしても、細長比が小さい頭部の形
状からみて、大きな変形を与えずに、整形が可能である
ことである。
【0026】以上をまとめると、ユニバーサル圧延法に
よる軌条製造において、図1のレイアウトの制御装置構
成で配置し、図4の中間ユニバーサル圧延機を使用し、
図2の制御ブロックに基づく制御方法を用いることで、
全長にわたって、良好な寸法精度が確保できる。
【0027】なお、上述した実施形態においては、軌条
足部の上下断面積を目標値とするために、圧延直前パス
の軌条足部の寸法形状測定値と温度測定値の両方を必須
とした例を示したが、本発明ではこれに限ることなく、
寸法形状測定値のみを用いる場合(温度の変動項をOと
おく)でも十分可能である。勿論、温度測定値を加える
ときにはより精度の向上が期待できる。
【0028】
【発明の効果】本発明の効果は大きく、寸法精度向上と
これと関連深い、生産性向上の2点に集約される。実際
には、工程能力低下の主要因であった、先端部および後
端部が改善されたため、寸法精度に関する工程能力が約
2倍に向上した。これにより、全長にわたって公差にい
れるための圧下調整がほとんど不必要となったため、圧
延休止時間を大幅に削減することができた。
【0029】具体的には従来図9であった、圧延機の遊
びの状態が図6に変化したため、レール足部の圧延に関
して、圧延中のロール隙設定精度が図10から図7に示
すように、大きく改善されたため、圧延組替後の始圧1
本目より、安定した寸法精度が得られるようになり、圧
延作業率が、従来例下記のように約5%向上した。 圧延作業率 圧下調整要因休止 本発明例 85% 1% 比較例(遊び取りのみ) 83% 3% 従来例 80% 6% 圧延作業率の定義は(実圧延時間)/(圧延すべき時
間)である。
【図面の簡単な説明】
【図1】軌条ユニバーサル圧延法における、全長にわた
って、寸法精度の良好な中間ユニバーサル圧延工程の圧
延制御装置構成の実施例である。
【図2】中間ユニバーサル圧延工程の圧下制御ブロック
図および演算ロジックの実施例である。
【図3】本発明の圧下制御に使用する、足部寸法測定装
置および足部温度計でオンライン計測する材料の諸情報
である。
【図4】ユニバーサル圧延機の装置構成を示す図であ
る。
【図5】本発明の水平ロール軸方向調整方法を模式的に
示す図である。
【図6】本発明の水平ロール軸方向の圧延中の状態を模
式的に示す図である。
【図7】遊び除去の力学的意味を示す図である。
【図8】従来の軌条ユニバーサル圧延法の圧延工程であ
る。
【図9】従来技術の力の伝達系を模式的に示す図であ
る。
【図10】従来技術の上下水平ロール軸方向の遊び量が
異なる場合の寸法精度に与える影響を示す図である。
【符号の説明】
1a,1b 水平ロール(a 上b 下) 2a,2b 竪ロール(a 足側b 頭側) 3a,3b 水平ロール軸受(a ラジアルb スラ
スト) 4 水平ロール軸受箱 5 竪ロール軸受 6 竪ロール軸受箱 7a,7b 竪ロール圧下液圧シリンダー(a 足側
b 頭側) 11 水平ロールスラストベアリング押さえ 12a,12b 水平ロール軸方向液圧シリンダー(a
上b 下) 21a,21b 竪ロール圧下液圧シリンダーロッドセ
ンサー(a 足側b頭側) 22a,22b 水平ロール軸方向液圧シリンダーロッ
ドセンサー(a 上b下) 23 中間ユニバーサル圧延機 24 寸法形状測定装置 25 温度計 26 制御装置 27 ブレークダウン圧延機 28 粗圧延機 29 仕上ユニバーサル圧延機 31 演算ロジック

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中間ユニバーサル圧延機のロール組替の
    際、ユニバーサル圧延機内に取込んだ下水平ロールおよ
    び上水平ロールの水平レベル調整後、軌条足部を圧延す
    る竪ロールを水平ロールに対し、押付け力P1 +P2
    て押し付けることで遊びの除去を行い、 上水平ロールのロール軸方向の現在位置をP1 /M1
    E、下水平ロールのロール軸方向の現在位置をP2 /M
    2 +E、当該竪ロールの圧下方向の現在位置を(P1
    2 )/MV +Eなる数値に設定入力することにより初
    期設定を行ったのち、 当該圧延機における圧延後の軌条足部断面積が、圧延姿
    勢で上下それぞれの片足部で目標値になるように、直前
    パスの足部の寸法計測に基づき、圧延中、上下水平ロー
    ルをロール軸方向に、および、軌条足側竪ロールを圧下
    方向に移動することにより制御することを特徴とする、
    軌条の中間ユニバーサル圧延方法。ただし、 P1 :上水平ロールへの設定押付力 P2 :下水平ロールへの設定押付力 M1 :上水平ロールのロール軸方向のミル剛性 M2 :下水平ロールのロール軸方向のミル剛性 MV :足側竪ロールの圧下方向のミル剛性 E:基準位置からの水平ロールセンター偏り
  2. 【請求項2】 軌条足部断面積が目標値になるように、
    当該圧延機のパス直前の足部寸法形状計測及び足部温度
    計測に基づき、圧延中、上水平ロールと軌条足側竪ロー
    ルのロール基準隙、下水平ロールと軌条足側竪ロールの
    ロール基準隙を変更することにより制御することを特徴
    とする、請求項1記載の軌条の中間ユニバーサル圧延方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102059249A (zh) * 2010-11-23 2011-05-18 天津市中重科技工程有限公司 万能轨梁轧机的防侧弯立辊
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