(57)【要約】【課題】フランジとウェブとの温度差によって発生する冷却曲りを極力小さくすることができるＴ形鋼の製造設備を提供する。【解決手段】熱間圧延によるＴ形鋼の製造設備１であって、仕上圧延機７の前面に、被圧延材Ｈのフランジ２２を水冷する冷却装置８が設置されている。冷却装置８は、断面略Ｔ字形のウェブ２１及びフランジ２２からなる被圧延材Ｈのフランジ外面を水冷により冷却する外面水冷ノズル８ａ及び／又は被圧延材のフランジ内面を水冷により冷却する内面水冷ノズルを備えている。外面水冷ノズル及び／又は前記内面水冷ノズルは、被圧延材のウェブが被圧延材を搬送するローラテーブル１３に対して略水平の状態からウェブの先端とフランジ下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、ウェブのいずれの傾斜状態においても、フランジの外面及び／又は内面に向けて注水可能な位置及び向きに設けられている。【選択図】図１
2010149186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉から搬送された素材鋼片を断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる被圧延材に粗圧延する粗造形圧延機と、粗造形圧延機の後段に設置され、前記粗造形圧延機により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる前記被圧延材を略製品寸法のウェブ及びフランジからなる被圧延材に圧延するための中間圧延機群と、該中間圧延機群の後段に設置され、前記中間圧延機群により略製品寸法に圧延された前記被圧延材を製品寸法のウェブ及びフランジからなるＴ形鋼に仕上圧延する仕上圧延機とを備えた、熱間圧延によるＴ形鋼の製造設備であって、
前記仕上圧延機の前面に、前記被圧延材の前記フランジを水冷により冷却する冷却装置を設置し、
前記冷却装置は、前記フランジの外面に向けて注水する外面水冷ノズル及び／又は前記フランジの内面に向けて注水する内面水冷ノズルを有し、
前記外面水冷ノズル及び／又は前記内面水冷ノズルは、前記被圧延材のウェブが前記被圧延材を搬送するローラテーブルの上面に対して略水平の状態から前記ウェブの先端と前記フランジの下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、前記ウェブのいずれの傾斜状態においても、前記フランジの外面及び／又は内面に向けて注水可能な位置及び向きに設けられていることを特徴とするＴ形鋼の製造設備。
【請求項２】
前記被圧延材の前記フランジ内面を冷却する内面水冷ノズルは、前記ウェブより上側の上フランジ内面を冷却する上フランジ内面水冷ノズルと、前記ウェブより下側の下フランジ内面を冷却する下フランジ内面水冷ノズルと、を備えており、
前記上フランジ内面水冷ノズルの噴射角は、前記ローラテーブルの上面に対して下向きのαの角度とし、前記下フランジ内面水冷ノズルの噴射角は、前記ローラテーブルの上面に対して上向きのβの角度とし、
上フランジ内面水冷ノズルの噴射角αよりも前記下フランジ内面水冷ノズルの噴射角βを大きく（α＜β）設定したことを特徴とする請求項１記載のＴ形鋼の製造設備。
【請求項３】
前記冷却装置を、前記仕上圧延機の圧延機本体の外側に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のＴ形鋼の製造設備。
【請求項４】
前記中間圧延機群は、ロール外周面の幅が前記粗造形圧延機により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる前記被圧延材のウェブ内法寸法より広い上下の水平ロールを有する第１の粗ユニバーサル圧延機と、前記被圧延材のフランジの端面を圧下するエッジャ圧延機と、ロール外周面の幅が前記被圧延材のウェブ内法寸法以下である上下の水平ロールおよび一方がフランジをその板厚方向に圧下し他方がウェブの端面をウェブの高さ方向に圧下する左右の竪ロールを有する第２の粗ユニバーサル圧延機と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＴ形鋼の製造設備。
【請求項５】
加熱炉から搬送された素材鋼片を粗造形圧延機によって断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる被圧延材に粗圧延する粗造形圧延工程と、該粗造形圧延工程により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる前記被圧延材を中間圧延機群によって略製品寸法のウェブ及びフランジからなる被圧延材に圧延する中間圧延工程と、該中間圧延工程により略製品寸法に圧延された前記被圧延材を仕上圧延機によって製品寸法のウェブ及びフランジからなるＴ形鋼に仕上圧延する仕上圧延工程と、を備えた熱間圧延によるＴ形鋼の製造方法であって、
前記仕上圧延工程では、前記仕上圧延機の前面で、前記被圧延材の前記ウェブが当該被圧延材を搬送するローラテーブルの上面に対して略水平の状態から前記ウェブの先端と前記フランジ下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、前記ウェブのいずれの傾斜状態においても、前記フランジの外面及び／又は内面に向けて水冷により冷却するようにしたことを特徴とするＴ形鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延によるＴ形鋼の製造設備及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２にＴ形鋼の断面形状を示す。Ｔ形鋼２０は、ウェブ２１とフランジ２２とからなる断面がＴ字状の形鋼であり、造船や橋梁等の分野で広く使用され、その用途や使用条件、使用箇所等によって様々な寸法の製品が製造されている。
通常用いられるＴ形鋼２０の寸法は、ウェブ高さ：２００〜１０００ｍｍ程度、ウェブ厚：８〜２５ｍｍ程度、ウェブ内法寸法：１９０〜９８０ｍｍ程度、フランジ幅：８０〜４００ｍｍ程度、フランジ厚：１２〜４０ｍｍ程度である。さらに、造船用として用いられるＴ形鋼２０の場合には、ウェブ高さはフランジ幅の２倍以上であることが多い。
【０００３】
また、Ｔ形鋼２０はウェブ２１とフランジ２２とを溶接して製造されることが一般的であるが、熱間圧延にて一体成形する技術も提案されている。
例えば、ウェブ厚、フランジ厚、ウェブ高さおよびフランジ幅が様々な寸法のＴ形鋼を効率よく熱間圧延にて製造するため、ユニバーサル圧延機を中間圧延工程と仕上圧延工程に１基ずつ配置した熱間圧延設備が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１３に熱間圧延設備の一例を示す。
【０００４】
この熱間圧延設備１０１は、加熱炉（図示せず）から搬出された素材鋼片を往復圧延して断面略Ｔ字形に粗成形する粗造形圧延機１０２と、この粗造形圧延機１０２により略Ｔ字形状に粗成形したＴ形鋼片（図１５参照）を略製品寸法のＴ形鋼に成形するための中間圧延機群１０３と、略製品寸法に成形されたＴ形鋼を製品寸法に成形する仕上ユニバーサル圧延機１０６とを備えている。中間圧延機群１０３は、粗ユニバーサル圧延機１０４と粗ユニバーサル圧延機１０４の下流に設置されたエッジャ圧延機１０５とを備えている。
【０００５】
粗造形圧延機１０２による圧延工程が粗造形圧延工程であり、図１４（Ａ）に粗造形圧延機１０２の構成を模式的に示す。粗造形圧延機１０２は、３組の孔型を形成した上ロール１０２ａ及び下ロール１０２ｂを備えている。そして、粗造形圧延機１０２は、これらの孔型で素材鋼片を順次圧延し、図１５に示すウェブ２１及びフランジ２２からなる被圧延材（Ｔ形鋼片）Ｈを得るようになっている。
【０００６】
また、中間圧延機群１０３を構成する粗ユニバーサル圧延機１０４及びエッジャ圧延機１０５による圧延工程が中間圧延工程であり、図１４（Ｂ）に粗ユニバーサル圧延機１０４の構成を、図１４（Ｃ）にエッジャ圧延機１０５の構成を模式的に示す。粗ユニバーサル圧延機１０４は、図１４（Ｂ）に示すように一対の水平ロール１４１ａ，１４１ｂと、一対の竪ロール１４２ａ，１４２ｂとを備えている。エッジャ圧延機１０５は、図１４（Ｃ）に示すように、それぞれが大径ロール部１５３と小径ロール部１５４とを有する一対のエッジャロール１５１ａ，１５１ｂを有している。粗造形圧延工程で得られた被圧延材（Ｔ形鋼片）Ｈは、粗造形圧延機１０２の下流側に設置された中間圧延機群１０３を構成する粗ユニバーサル圧延機１０４及びエッジャ圧延機１０５によりウェブ２１とフランジ２２の厚みが減じられるとともにフランジ２２のフランジ幅が調整された被圧延材（略製品寸法のＴ形鋼）Ｈとなる。この際に、水平ロール１４１ａ，１４１ｂのロール開度を調整することによってロール交換を行わずとも種々のウェブ厚に調整でき、また竪ロール１４２ａのロール開度を調整することによって種々のフランジ厚に調整できる。さらに、一対のエッジャロール１５１ａ，１５１ｂの小径部１５４間の間隔を調整することでフランジ幅を調整できる。
【０００７】
更に、仕上ユニバーサル圧延機１０６による圧延工程が仕上圧延工程であり、図１４（Ｄ）に仕上ユニバーサル圧延機の構成を模式的に示す。仕上ユニバーサル圧延機１０６は、図１４（Ｄ）に示すように、一対の水平ロール１６１ａ，１６１ｂと、一対の竪ロール１６２ａ，１６２ｂとを備えている。そして、中間圧延工程で得られた被圧延材Ｈは、仕上ユニバーサル圧延機１０６によりフランジ２２が垂直に立てられて製品断面形状となる。
【０００８】
ところで、熱間圧延されたＴ形鋼２０においては、その冷却中において、図１６に示すように、フランジ２２の側が凹状になるような曲りが生じてしまう問題がある。
この問題については、特許文献１にも指摘されており、特許文献１に記載されたＴ形鋼の製造方法では、その対策として、Ｔ形鋼の圧延中あるいは仕上圧延後の高温時に、例えばフランジ外面に注水してフランジを冷却し、ステム（ウェブ）とフランジの温度差を極力僅少に保持しながらＴ形鋼を冷却するようにしている。
また、特許文献２には、熱間圧延を終了したＴ形鋼を、ウェブが略水平方向を指向する姿勢で長手方向へ搬送しながら、当該Ｔ形鋼のフランジの外面、または、フランジの内面および外面を水冷する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭４３−１９６７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１２６２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これら特許文献１及び２に記載された従来のＴ形鋼の製造方法にあっては、以下のような問題があることがわかった。
即ち、特許文献１に記載されたＴ形鋼の製造方法では、Ｔ形鋼を冷却中にフランジ側への曲りが生じることの対策として、Ｔ形鋼の圧延中あるいは仕上圧延後の高温時に、例えばフランジ外面に注水してフランジを冷却するようにしてあるが、具体的にＴ形鋼を製造する製造設備のどの場所でフランジを冷却すれば、冷却によるＴ形鋼の曲りが効果的に防止できるかが記載されていない。
【００１１】
また、特許文献２では、熱間圧延を終了したＴ形鋼のフランジを水冷により冷却することが記載されているものの、本発明者らの検討によれば、この特許文献２に記載された方法には以下のような問題があることがわかった。
即ち、熱間圧延を終了した後にＴ形鋼のフランジを水冷により冷却すると、水冷によってＴ形鋼のフランジが収縮するため、冷却中及び冷却直後のＴ形鋼にフランジ側への曲り（フランジ側が凹状になる曲り）が発生する。フランジとウェブとの温度差は熱間圧延終了時には１００℃程度かそれ以上となっており、熱間圧延後においてその温度差を解消するようにフランジ冷却によって製品の曲りを防止するためには強力な冷却を行う必要があり、その結果、フランジ側への曲りが過大になって圧延ラインからＴ形鋼が飛び出してしまうというトラブルが発生する可能性がある。
【００１２】
また、Ｔ形鋼の場合には、フランジを水冷によって冷却してもフランジの収縮によってフランジ側への曲りが発生してしまうため、Ｈ形鋼のようにウェブの左右両側にフランジを有する形鋼を熱間圧延後にフランジを水冷する場合と比べて熱ひずみ緩和効果が小さく、フランジ冷却による曲り矯正効果自体が小さいという問題がある。Ｈ形鋼のフランジを水冷する場合には、左右のフランジの熱収縮が均等であればＨ形鋼に曲りは発生せず、ウェブに圧縮応力、フランジに引張応力が作用して、熱間または温間域であることによる応力緩和効果によってこれら応力が緩和され、室温まで冷却された後に形鋼に発生する残留応力を軽減する効果が得られる。ところが、Ｔ形鋼のようにウェブの片側のみにフランジがある形鋼では、フランジを水冷して収縮させてもフランジ側への曲りが発生するために、ウェブやフランジに生じる応力はウェブの両側にフランジがある形鋼に比べてはるかに小さなレベルとなり、応力緩和効果が充分に得られない。その結果、室温まで冷却した後のＴ形鋼の曲り量は水冷しない場合に比べてほとんど改善しない。
【００１３】
次に、特許文献２ではＴ形鋼のウェブが略水平方向を指向する姿勢で長手方向へ搬送する必要があるが、フランジが片側にしかないＴ形鋼をウェブが略水平方向を指向する姿勢に保ちつつ冷却するためには、ウェブ先端を支持する機構を設ける必要があるため、設備費が高価になるという問題がある。十分な冷却を行うためには冷却設備を長くする必要があり、ウェブ支持機構の費用も冷却設備が長いほど大きくなる。
【００１４】
以上のような問題があったため、従来の熱間圧延によるＴ形鋼の製造方法では、フランジとウェブとの温度差によって発生する冷却曲りの問題を解決することができず、熱間圧延によりＴ形鋼を製造する場合の大きな障害となっていた。
従って、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、フランジとウェブとの温度差によって発生する冷却曲りを極力小さくすることができる熱間圧延によるＴ形鋼の製造設備及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係るＴ形鋼の製造設備は、加熱炉から搬送された素材鋼片を断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる被圧延材に粗圧延する粗造形圧延機と、粗造形圧延機の後段に設置され、前記粗造形圧延機により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる前記被圧延材を略製品寸法のウェブ及びフランジからなる被圧延材に圧延するための中間圧延機群と、該中間圧延機群の後段に設置され、前記中間圧延機群により略製品寸法に圧延された前記被圧延材を製品寸法のウェブ及びフランジからなるＴ形鋼に仕上圧延する仕上圧延機とを備えた、熱間圧延によるＴ形鋼の製造設備であって、前記仕上圧延機の前面に、前記被圧延材の前記フランジを水冷により冷却する冷却装置を設置し、前記冷却装置は、前記フランジの外面に向けて注水する外面水冷ノズル及び／又は前記フランジの内面に向けて注水する内面水冷ノズルを有し、前記外面水冷ノズル及び／又は前記内面水冷ノズルは、前記被圧延材のウェブが前記被圧延材を搬送するローラテーブルの上面に対して略水平の状態から前記ウェブの先端と前記フランジの下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、前記ウェブのいずれの傾斜状態においても、前記フランジの外面及び／又は内面に向けて注水可能な位置及び向きに設けられていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明のうち請求項２に係るＴ形鋼の製造設備は、請求項１記載のＴ形鋼の製造設備において、前記被圧延材の前記フランジ内面を冷却する内面水冷ノズルは、前記ウェブより上側の上フランジ内面を冷却する上フランジ内面水冷ノズルと、前記ウェブより下側の下フランジ内面を冷却する下フランジ内面水冷ノズルと、を備えており、前記上フランジ内面水冷ノズルの噴射角は、前記ローラテーブルの上面に対して下向きのαの角度とし、前記下フランジ内面水冷ノズルの噴射角は、前記ローラテーブルの上面に対して上向きのβの角度とし、上フランジ内面水冷ノズルの噴射角αよりも前記下フランジ内面水冷ノズルの噴射角βを大きく（α＜β）設定したことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明のうち請求項３に係るＴ形鋼の製造設備は、請求項１又は２記載のＴ形鋼の製造設備において、前記冷却装置を、前記仕上圧延機の圧延機本体の外側に配置したことを特徴としている。
ここで、圧延機本体の外側とは、圧延機の圧延ロールを支持するロールチョック等を収めているハウジングや、ハウジング内まで延設されているガイド類の外側のことを意味している。
【００１８】
また、本発明のうち請求項４に係るＴ形鋼の製造設備は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＴ形鋼の製造設備において、前記中間圧延機群は、ロール外周面の幅が前記粗造形圧延機により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる前記被圧延材のウェブ内法寸法より広い上下の水平ロールを有する第１の粗ユニバーサル圧延機と、前記被圧延材のフランジの端面を圧下するエッジャ圧延機と、ロール外周面の幅が前記被圧延材のウェブ内法寸法以下である上下の水平ロールおよび一方がフランジをその板厚方向に圧下し他方がウェブの端面をウェブの高さ方向に圧下する左右の竪ロールを有する第２の粗ユニバーサル圧延機と、を備えていることを特徴としている。
【００１９】
一方、本発明のうち請求項５に係るＴ形鋼の製造方法は、加熱炉から搬送された素材鋼片を粗造形圧延機によって断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる被圧延材に粗圧延する粗造形圧延工程と、該粗造形圧延工程により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる前記被圧延材を中間圧延機群によって略製品寸法のウェブ及びフランジからなる被圧延材に圧延する中間圧延工程と、該中間圧延工程により略製品寸法に圧延された前記被圧延材を仕上圧延機によって製品寸法のウェブ及びフランジからなるＴ形鋼に仕上圧延する仕上圧延工程と、を備えた熱間圧延によるＴ形鋼の製造方法であって、前記仕上圧延工程では、前記仕上圧延機の前面で、前記被圧延材の前記ウェブが当該被圧延材を搬送するローラテーブルの上面に対して略水平の状態から前記ウェブの先端と前記フランジ下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、前記ウェブのいずれの傾斜状態においても、前記フランジの外面及び／又は内面に向けて水冷により冷却するようにしたことを特徴としている。
なお、本発明における断面略Ｔ字形の被圧延材の各圧延機での圧延は、ウェブが水平となる姿勢で行うものとする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のうち請求項１に係るＴ形鋼の製造設備によれば、仕上圧延機の前面で、前記被圧延材の前記フランジを水冷により冷却するようにしたので、フランジの水冷で被圧延材に生じた曲りをその後の仕上圧延によって塑性加工をして真っ直ぐにすることができる。そして、フランジの水冷によりフランジとウェブとの温度差を小さくでき、その温度差が小さくなった状態で仕上圧延による塑性加工を受けて真っ直ぐになったＴ形鋼は、室温まで冷却しても曲りが小さく、フランジとウェブの温度差によって発生する冷却曲りを極力小さくすることができる。
【００２１】
また、本発明のうち請求項１に係るＴ形鋼の製造設備では、被圧延材であるＴ形鋼のフランジ外面を水冷する外面水冷ノズル及び／又はフランジ内面を水冷する内面水冷ノズルを有し、外面水冷ノズル及び／又は内面水冷ノズルは、被圧延材のウェブが被圧延材を搬送するローラテーブルの上面に対して略水平の状態からウェブの先端とフランジの下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、ウェブのいずれの傾斜状態においても、前記フランジの外面および内面に向けて注水可能な位置及び向きに設けられているので、被圧延材の圧延方向（搬送方向）に外面水冷ノズルや内面水冷ノズルを複数並べて冷却装置とする場合でも、各ノズルの設置位置におけるウェブの傾斜状態の違いによらずにノズルの高さ方向位置や冷却水の噴射角度が同じですみ、設備構造の簡素化と設備費の低減を図ることができる。また、被圧延材のウェブが略水平方向を指向する姿勢で長手方向へ搬送する必要がないため、被圧延材のウェブ先端を支持する機構が不要となり、設備費を低減することができる。
【００２２】
また、本発明のうち請求項２に係るＴ形鋼の製造設備によれば、請求項１記載のＴ形鋼の製造設備において、被圧延材の前記フランジ内面を冷却する内面水冷ノズルは、ウェブより上側の上フランジ内面を冷却する上フランジ内面水冷ノズルと、ウェブより下側の下フランジ内面を冷却する下フランジ内面水冷ノズルと、を備えており、上フランジ内面水冷ノズルの噴射角は、ローラテーブルの上面に対して下向きのαの角度とし、下フランジ内面水冷ノズルの噴射角は、ローラテーブルの上面に対して上向きのβの角度とし、上フランジ内面水冷ノズルの噴射角αよりも下フランジ内面水冷ノズルの噴射角βを大きく（α＜β）設定したので、ウェブのいずれの傾斜状態においても上下のフランジ内面に噴射された冷却水がより垂直に近い角度で衝突するようになり、冷却能力が向上する。また、上下フランジの冷却状態の差異が小さくなり、上下フランジの温度差を小さくすることができる。
【００２３】
また、本発明のうち請求項３に係るＴ形鋼の製造設備によれば、請求項１又は２記載のＴ形鋼の製造設備において、冷却装置が仕上圧延機の圧延機本体の外側に配置されているので、スペースがなく冷却装置の設置が困難な仕上圧延機の圧延機本体へ冷却装置を配置する場合に比べ、少ない設備費で大きな冷却能力を得ることができる。また、圧延機本体の外側では概ねウェブが傾斜した姿勢となっているため、上フランジ内面へ向けて噴射した冷却水がウェブ上面へ滞留することなく排水され、ウェブの上下面で不均一な冷却となることを抑制できる。
【００２４】
また、本発明のうち請求項４に係るＴ形鋼の製造設備によれば、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のＴ形鋼の製造設備において、中間圧延機群は、ロール外周面の幅が前記粗造形圧延機により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる被圧延材のウェブ内法寸法より広い上下の水平ロールを有する第１の粗ユニバーサル圧延機と、被圧延材のフランジの端面を圧下するエッジャ圧延機と、ロール外周面の幅が被圧延材のウェブ内法寸法以下である上下の水平ロールおよび一方がフランジをその板厚方向に圧下し他方がウェブの端面をウェブの高さ方向に圧下する左右の竪ロールを有する第２の粗ユニバーサル圧延機とを備えているので、熱間圧延のままで、端部の形状が良好で、目標値を満足するウェブ高さのウェブが得られ、熱間圧延後にウェブ先端部を切断する必要がない。切断工程が不要となるため、製造工程の短縮と、製造コストの低減を可能とすることができる。さらに、第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機でウェブとフランジの圧下率のバランスを変えることにより、被圧延材の出側の曲りを圧延で制御することができるので、水冷の曲り制御を容易にすることができる。
【００２５】
更に、本発明のうち請求項５に係るＴ形鋼の製造方法によれば、仕上圧延工程では、仕上圧延機の前面で、被圧延材の前記ウェブが当該被圧延材を搬送するローラテーブルの上面に対して略水平の状態から前記ウェブの先端と前記フランジ下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、前記ウェブのいずれの傾斜状態においても、前記フランジの外面及び／又は内面に向けて水冷により冷却するようにしたので、フランジの水冷で被圧延材に生じた曲りをその後の仕上圧延によって塑性加工をして真っ直ぐにすることができる。そして、フランジの水冷によりフランジとウェブとの温度差を小さくでき、その温度差が小さくなった状態で仕上圧延による塑性加工を受けて真っ直ぐになったＴ形鋼は、室温まで冷却しても曲りが小さく、フランジとウェブの温度差によって発生する冷却曲りを極力小さくすることができる。
なお、ウェブ厚がフランジ厚よりも小さく、ウェブ高さがフランジ幅の２倍以上である造船用Ｔ形鋼は、熱間圧延においてフランジとウェブの温度差が大きくなりやすく、また熱間圧延後に冷却曲りを矯正することが難しいため、本発明の適用が特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るＴ形鋼の製造設備の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る冷却装置を、仕上ユニバーサル圧延機の圧延機本体の前面に配置した状態を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の冷却装置の構成と、被圧延材が圧延ロール近傍にあるときに冷却装置による冷却状況を説明するための模式図、（ｂ）、（ｃ）は、被圧延材が圧延ロールから離れてウェブが傾斜し、ローラテーブル上に乗るまでの冷却装置による冷却状況を説明するための模式図である。
【図４】本発明の冷却装置の別の構成を説明するための模式図である。
【図５】本発明の冷却装置の別の構成を説明するための模式図である。
【図６】図１に示すＴ形鋼の製造設備に用いられる第１の粗ユニバーサル圧延機を説明するための模式図である。
【図７】図１に示すＴ形鋼の製造設備に用いられるエッジャ圧延機を説明するための模式図である。
【図８】図１に示すＴ形鋼の製造設備に用いられる第２の粗ユニバーサル圧延機を説明するための模式図である。
【図９】図１に示すＴ形鋼の製造設備に用いられる第２の粗ユニバーサル圧延機の変形例を説明するための模式図である。
【図１０】図１に示すＴ形鋼の製造設備に用いられる仕上圧延機を説明するための模式図である。
【図１１】本発明に係るＴ形鋼の製造設備の第２実施形態の概略構成図である。
【図１２】Ｔ形鋼の断面図である。
【図１３】従来のＴ形鋼の製造設備を示す概略構成図である。
【図１４】（Ａ）は従来のＴ形鋼の製造設備に用いられる粗造形圧延機を説明するための模式図、（Ｂ）は従来のＴ形鋼の製造設備に用いられる粗ユニバーサル圧延機を説明するための模式図、（Ｃ）は従来のＴ形鋼の製造設備に用いられるエッジャ圧延機を説明するための模式図、（Ｄ）は従来のＴ形鋼の製造設備に用いられる仕上ユニバーサル圧延機を説明するための模式図である。
【図１５】略Ｔ字断面形状のＴ形鋼片の断面図である。
【図１６】Ｔ形鋼の冷却途中におけるフランジ側への曲り状況を説明するための部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るＴ形鋼の製造設備の第１実施形態の概略構成図である。
図１に示すＴ形鋼の製造設備１は、上流側から下流側に向けて、即ち前段側から後段側に向けて粗造形圧延機２、中間圧延機群３、及び仕上圧延機７を順次配設してなる。
粗造形圧延機２は、加熱炉（図示せず）からローラテーブル（図示せず）上を搬送された被圧延材（素材鋼片、図示せず）を往復圧延して断面略Ｔ字形のウェブ及びフランジからなる被圧延材（Ｔ形鋼片、図１５参照）Ｈに粗圧延する（粗造形圧延工程）。粗造形圧延機２としては、公知の設備が利用でき、例えば、孔型を有するロールが装備された二重式圧延機とする。
【００２８】
中間圧延機群３は、粗造形圧延機２の後段に設置されており、粗造形圧延機２により粗圧延された断面略Ｔ字形のウェブ２１及びフランジ２２からなる被圧延材Ｈを略製品寸法のウェブ２１及びフランジ２２からなる被圧延材Ｈに圧延する（中間圧延工程）。
この中間圧延機群３は、本実施形態においては、図６に示す第１の粗ユニバーサル圧延機４と、この第１の粗ユニバーサル圧延機４の後段に設置された図７に示すエッジャ圧延機５と、エッジャ圧延機５の後段に設置された図８に示す第２の粗ユニバーサル圧延機６とで構成されている。なお、この中間圧延機群３は、粗ユニバーサル圧延機を２台とエッジャ圧延機を１台とで構成されているが、これは一例であって、中間圧延機群３の圧延機の台数に制限はなく、例えば、粗ユニバーサル圧延機１台とエッジャ圧延機１台とで構成してもよい。また、粗ユニバーサル圧延機が３台以上、エッジャ圧延機が２台以上の構成であってもよい。
【００２９】
ここで、第１の粗ユニバーサル圧延機４は、図６に示すように、水平軸上を回転する上下一対の水平ロール４１ａ，４１ｂと、垂直軸上を回転する左右一対の竪ロール４２ａ，４２ｂとを有している。上下一対の水平ロール４１ａ，４１ｂ及び左右一対の竪ロール４２ａ，４２ｂは、それぞれ、対向配置されている。
水平ロール４１ａ，４１ｂの外周面の幅Ｗ１は、被圧延材Ｈのウェブ２１の内法寸法Ｌ（フランジ内面からウェブ先端までの距離）より大きく設定される。水平ロール４１ａ，４１ｂの外周面の幅Ｗ１は、好ましくは、ウェブ２１の内法寸法Ｌの１０５〜１５０％とする。
【００３０】
第１の粗ユニバーサル圧延機４では、水平ロール４１ａ，４１ｂによりウェブ２１の高さ方向の全面を板厚方向に圧下し、竪ロール４２ａと水平ロール４１ａ，４１ｂの側面でフランジ２２をその板厚方向に圧下する。
ウェブ２１の板厚調整は、水平ロール４１ａ，４１ｂの開度調整で行い、フランジ２２の板厚調整は、竪ロール４２ａと水平ロール４１ａ，４１ｂの側面との開度調整で行う。
【００３１】
また、エッジャ圧延機５は、図７に示すように、水平軸方向に大径ロール部５３と小径ロール部５２を備えたエッジャロール５１ａ，５１ｂを有し、大径ロール部５３が被圧延材Ｈのウェブ２１を誘導し、小径ロール部５２のロール表面５２ａがフランジ２２の端面をその幅方向に圧下する。
大径ロール部５３のロール径と小径ロール部５２のロール径は、小径ロール５２によるフランジ２２の端面の圧延中に、大径ロール部５３のロール表面がウェブ２１の板厚方向の上下面に若干の隙間を有するように調整することが好ましい。若干の隙間を設けることで、大径ロール部５３がウェブ２１に接触した場合に発生する余分な圧延反力をなくすとともに、大径ロール部５３がガイドとして働き、上下のウェブ面から上下のフランジ先端までの長さを揃える効果が生まれ、寸法精度を向上させることができる。隙間は２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３２】
更に、第２の粗ユニバーサル圧延機６は、図８に示すように、水平軸上を回転する上下一対の水平ロール６１ａ，６１ｂと、垂直軸上を回転する左右一対の竪ロール６２ａ，６２ｂとを備えている。上下一対の水平ロール６１ａ，６１ｂ及び左右一対の竪ロール６２ａ，６２ｂは、それぞれ、対向配置されている。
水平ロール６１ａ，６１ｂのロール外周面の幅Ｗ２は、被圧延材Ｈのウェブ２１の内法寸法Ｌ（フランジ内面からウェブ先端部までの距離）以下とする。水平ロール６１ａ，６１ｂのロール外周面の幅Ｗ２は、好ましくは、ウェブ２１の内法寸法Ｌの７０〜１００％程度とする。さらにＷ１とＷ２との差は３０ｍｍ以上確保することが好ましい。被圧延材Ｈのフランジ２２を水平ロール６１ａ，６１ｂの側面に押し付けた場合、ウェブ２１の先端部は水平ロール６１ａ，６１ｂのロール外周面より外側に突出するので、竪ロール６２ｂでウェブ２１を圧下することが可能となる。
【００３３】
なお、第２の粗ユニバーサル圧延機６の水平ロール６１ａ，６１ｂのロール外周面の幅Ｗ２を被圧延材Ｈのウェブ２１の内法寸法Ｌと同じにする場合には、図９に示すように、ウェブ２１の先端部側のコーナ部Ｃをウェブ面を圧延しない形状に加工したものを用いることが好ましい。水平ロール６１ａ，６１ｂのロール外周面の幅Ｗ２がウェブ２１の内法寸法Ｌと同じ寸法であるため、竪ロール６２ｂでウェブ２１の先端を圧下することが可能であるとともに、ウェブ面を圧延しない形状に加工されたコーナー部Ｃによりウェブ２１の先端部近傍と水平ロール６１ａ，６１ｂとの間に空間ができるため、ウェブ２１の先端部を圧下したことによるウェブ厚み増加分を吸収することができる。コーナー部Ｃの加工としては、例えば、円弧状加工、面取り加工、段差加工などを施せばよい。
【００３４】
第２の粗ユニバーサル圧延機６では、水平ロール６１ａ，６１ｂのロール開度を調整して、ウェブ２１の板厚を調整し、竪ロール６２ａと水平ロール６１ａ，６１ｂの一方の側面との開度を調整することによりフランジ２２の板厚を調整し、竪ロール６２ｂと水平ロール６１ａ，６１ｂの他方の側面との開度を調整することによりウェブ２１の高さと端部の形状とを調整する。
上述した中間圧延機群３を構成する第１の粗ユニバーサル圧延機４、エッジャ圧延機５、及び第２の粗ユニバーサル圧延機６による中間圧延工程においては、仕上圧延が可能な形状が得られるまで、往復圧延を行う。中間圧延工程では、フランジが垂直から外側に傾斜した状態で圧延する。
【００３５】
そして、仕上圧延機７は、中間圧延機群３の後方に設置され、中間圧延機群３により略製品寸法に圧延された被圧延材Ｈを製品寸法のウェブ２１及びフランジ２２からなるＴ形鋼２０に仕上圧延する（仕上圧延工程）。
仕上圧延機７は、仕上ユニバーサル圧延機で構成されており、図１０に示すように、水平軸上を回転する上下一対の水平ロール７１ａ，７１ｂと、垂直軸上を回転する左右一対の竪ロール７２ａ，７２ｂとを備えている。水平ロール７１ａ，７１ｂの側面はロール面と直交させる。
竪ロール７２ａで被圧延材Ｈのフランジ２２を軽圧下圧延すると、ウェブ２１に対してフランジ２２が垂直に成形される。竪ロール７２ｂを水平ロール７１ａ，７１ｂの、フランジ２２と対向しない側の側面に押圧することで水平ロール７１ａ，７１ｂを軸方向に移動しないようにできる。
【００３６】
仕上ユニバーサル圧延機では、ウェブ２１はほとんど圧下されないか、または、形・寸法を整える程度に軽圧下される。特に、第２の粗ユニバーサル圧延機６での圧延によって、水平ロール６１ａ，６１ｂにより圧下される部分と圧下されない部分（ウェブ２１の先端部近傍）で板厚差が生じている場合には、これを解消するようにウェブ２１を軽圧下する。この目的に適うため、水平ロール７１ａ，７１ｂの圧下面の幅は、ウェブ内法寸法より大きくする。好ましくは、ウェブ２１の内法寸法Ｌの１０５〜１５０％程度とする。
仕上ユニバーサル圧延機と粗ユニバーサル圧延機は、一般にフランジ２２側の竪ロールの形状が異なる。すなわち、粗ユニバーサル圧延機においては、図８に示すように、竪ロール６２ａの側面はフランジの傾斜に合せて山形形状となっているが、仕上ユニバーサル圧延機においては、図１０に示すように、竪ロール７２ａの側面は平面になっている。
【００３７】
そして、本実施形態のＴ形鋼の製造設備１においては、図１に示すように、仕上圧延機７の前面に、冷却装置８が設置されている。
この冷却装置８は、仕上圧延機７による仕上圧延工程において、仕上圧延機７の前面で、被圧延材Ｈのフランジ２２を水冷により冷却するようにしている。これにより、仕上圧延機７の前でフランジ２２の水冷を行い、水冷の後に仕上圧延機７で被圧延材Ｈの仕上圧延をすることになり、水冷で被圧延材Ｈに生じた曲りを仕上圧延の塑性加工で修正して真っ直ぐにすることができる。そして、フランジ２２の水冷によりフランジ２２とウェブ２１との温度差を小さくでき、その温度差が小さな状態で圧延による塑性加工を受けて真っ直ぐになったＴ形鋼は室温まで冷却しても曲りが小さく、フランジ２２とウェブ２１の温度差によって発生する冷却曲りを極力小さくすることができる。このため、従来の熱間圧延後のフランジ水冷の場合に比べて曲り量を大幅に低減できる。
【００３８】
図２は、仕上ユニバーサル圧延機７の前面に設置されている冷却装置８を示すものである。
仕上ユニバーサル圧延機７は、上下一対の水平ロール７１ａ，７１ｂ及び左右一対の竪ロール７２ａ，７２ｂ（不図示）を支持するロールチョック等を収めているハウジング１１と、水平ロール７１ａ，７１ｂ及び竪ロール７２ａ，７２ｂで囲まれた空間のパスライン中心に被圧延材Ｈを導くようにハウジング１１に固定されたウェブガイド１２ａ〜１２ｄとを備えている。そして、冷却装置８は、ハウジング１１とウェブガイド１２ａ〜１２ｄを含む圧延機本体に対して前面の外側に設置されており、圧延ラインに沿って並べた複数の水冷ノズルを有し、被圧延材Ｈのフランジ２２の外面および内面を冷却するように構成されている。
【００３９】
冷却装置８の構成を図３〜図５を参照して説明する。
冷却装置８は、図３（ａ）に示すように、被圧延材Ｈのフランジ２２の外面に向けて注水する外面水冷ノズル８ａを有している。ここで、図３（ａ）に示す状態において、被圧延材Ｈは、仕上圧延機７の近傍にあり、圧延姿勢が保たれており、ウェブ２１がローラテーブル１３の上面に対して略平行の状態となっている。一方、被圧延材Ｈが仕上圧延機７から離れると、被圧延材Ｈのウェブ２１が被圧延材Ｈを搬送するローラテーブル１３の上面に対して略水平の状態から、図３（ｂ）に示すようにウェブ２１の先端が下がってウェブが傾斜し、数ｍ離れたところで図３（ｃ）に示すようにローラテーブル１３にウェブ２１の先端が接触し、フランジ２２の下端と同じ高さの状態まで傾斜する。この時の図３（ａ）の状態から図３（ｃ）の状態に至るまでの距離は、被圧延材Ｈの寸法や強度によっても異なる。冷却装置８の外面水冷ノズル８ａは、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、ウェブ２１のいずれの傾斜状態においても、フランジ２２の外面に向けて注水可能な位置及び向きに設けられている。
【００４０】
また、冷却装置８には、図３（ａ）に示すように、被圧延材Ｈのフランジ２２の内面に向けて注水する上下一対の内面水冷ノズル８ｂ，８ｃ（以下、上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃと称する）が設けられている。これら上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃは、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、外面水冷ノズル８ａと同様に、被圧延材Ｈのウェブ２１が被圧延材Ｈを搬送するローラテーブル１３の上面に対して略水平の状態からウェブ２１の先端とフランジ２２の下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合において、ウェブ２１のいずれの傾斜状態においても、フランジ２２の内面に向けて注水可能な位置及び向きに設けられている。
【００４１】
従って、被圧延材Ｈの圧延方向（搬送方向）に外面水冷ノズル８ａ、上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃを複数並べて冷却装置８とする場合でも、各ノズルの設置位置におけるウェブの傾斜状態の違いによらずにノズルの高さ方向位置や冷却水の噴射角度が同じですみ、設備構造の簡素化と設備費の低減を図ることができる。また、被圧延材Ｈが仕上ユニバーサル圧延機７から離れてウェブ２１が傾斜した状態で搬送されている状態であっても被圧延材Ｈのフランジを冷却することができるため、ウェブを水平に保持するウェブ先端支持設備が不要で、設備費を低減することができる。また、圧延機から離れた位置まで冷却設備を設置することができ、冷却長さを増やすことによって冷却能力を増強する自由度が高くなる。
なお、外面水冷ノズル８ａと、上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃは、必要な冷却能力に応じていずれか一方のみ（外面水冷ノズル８ａのみ、或いは上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃのみ）を設置してもよく、あるいは必要な冷却能力に応じていずれか一方のみを使用してもよい。
【００４２】
ここで、被圧延材Ｈのフランジ２２は内面の温度が外面よりも高い場合が多い。これは、フランジ２２の内面が高温のウェブ２１から放射熱を受けるのに対し、フランジ２２の外面は近くに高温の物体が存在しないため、温度が低下しやすいためである。また、中間圧延工程の粗ユニバーサル圧延において、フランジ２２の内面は水平ロール側面の回転移動方向と被圧延材の進行方向が異なるため、ロールと圧延材表面のすべりが大きく、摩擦による発熱が大きいが、フランジ２２の外面はロール表面の回転移動方向と被圧延材Ｈの進行方向が同じであるために摩擦発熱が小さいことも寄与している。そこで、いずれか一方のみを冷却する場合は、温度が高いフランジ２２の内面を冷却するように、上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃのみを設置または使用することが好ましい。
【００４３】
さらに、冷却装置８は、ウェブ２１が水平な状態において上フランジ内面を効果的に冷却するために、上フランジ内面水冷ノズル８ｂからの冷却水の噴射角度が水平から下向きとなるように設置することが好ましい。噴射角度を下向きにすれば、ウェブ２１が水平な状態において、上フランジ内面を水冷する冷却水がウェブ２１に当たりにくくなる。また、圧延機に被圧延材Ｈを誘導する左右のサイドガイドの上に上フランジ内面水冷ノズル８ｂを設置することができ、ノズル設置の設備費を安価にできるという利点もある。一方、下フランジ内面水冷ノズル８ｃは、左右のサイドガイドの動作を妨げずに下フランジ内面を効果的に冷却する目的から、ローラテーブル１３の上面よりも下側の位置に水平から上向きの噴射角度となるように設置することが好ましい。
【００４４】
ここで、冷却装置８は、図４に示すように、上フランジ内面水冷ノズル８ｂの水平からの下向き噴射角αよりも、下フランジ内面水冷ノズル８ｃの水平からの上向き噴射角βが大きくなるように設置することが好ましい。これは、被圧延材Ｈの姿勢が図３（ａ）に示すようなウェブ２１が略水平となっているのは水平ロール７１ａ，７１ｂ及び竪ロール７２ａ，７２ｂの近傍に限られ、圧延機本体の外側ではウェブ２１が傾斜した状態となるためである。すなわち、熱間圧延によるＴ形鋼の製造においては、被圧延材Ｈのウェブ２１が傾斜している状態が一般的であり、この状態に適した水冷設備が効果的である。上フランジ内面水冷ノズル８ｂの水平からの下向き噴射角αよりも下フランジ内面水冷ノズル８ｃの水平からの上向き噴射角βが大きくなるように設置すれば、被圧延材Ｈのフランジ２２の下フランジ内面を水冷する冷却水がウェブに当りにくくなり、冷却の必要がないウェブの温度を低下させる問題が生じにくくなる。また、被圧延材Ｈのウェブ２１が傾斜した状態であっても、被圧延材Ｈのフランジ２２の下フランジ内面に冷却水が衝突する角度が垂直に近くなるので、冷却能力が向上する効果がある。なお図４に示すように、被圧延材Ｈのフランジ２２のフランジ外面を冷却する外面水冷ノズル８ａにも下向きの傾斜角を設けてもよい。
【００４５】
なお、各水冷ノズルの具体的角度は被圧延材や設備の仕様に応じて適宜定めることができるが、αは５〜５０°程度、βは１５〜６０°程度、外面水冷ノズル８ａの下向き傾斜角は０〜４５°程度が好ましい。また、βはαより１０〜４０°程度大きいことが好ましい。噴射角は、図４および図５に示すように、ノズルからの噴流の中心線（通常はノズルの向き）が水平と成す角を意味する。
また、図４では、上フランジ内面水冷ノズル８ｂと下フランジ内面水冷ノズル８ｃの両方が、被圧延材Ｈのウェブ２１の先端よりも外側に位置しており、被圧延材Ｈと、上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃが衝突しにくい位置関係としている。
【００４６】
さらに、図５に示すように、下フランジ内面水冷ノズル８ｃをローラテーブル１３を構成している隣接した一対のローラの間に設置すれば、被圧延材Ｈが衝突する恐れがなく、下フランジ内面水冷ノズル８ｃを被圧延材Ｈのフランジ２２の下フランジ内面に近づけることができ、近接化の効果としてより低い水圧や少ない水量で上フランジ内面と同じ冷却能力を得ることができるため、設備費を低減することができる。
なお、図３〜５に示す冷却装置８の各水冷ノズルは、噴射角を調整できる機構とし、製造するＴ形鋼の寸法に応じて適切な噴射角を設定できる構造が好ましい。
【００４７】
また、仕上圧延機７の前面に設置された冷却装置８の圧延方向の長さは、冷却能力を確保する観点から例えば５ｍ以上としてもよいが、仕上圧延機（仕上ユニバーサル圧延機）７における圧延は通常１パスであり、圧延速度を遅くしても生産性への影響が少ないことを考慮し、冷却装置８の長さは５ｍ未満としても特に問題はなく、冷却能力、生産性、設備コストなどを考慮して決定すればよい。なお、冷却装置８の最大長さは中間圧延機群３の後面と仕上圧延機７の前面との間の距離とすればよい。
【００４８】
次に、本発明に係るＴ形鋼の製造設備の第２実施形態を図１１を参照して説明する。図１１は、本発明に係るＴ形鋼の製造設備の第２実施形態の概略構成図である。
図１１に示すＴ形鋼の製造設備１は、図１に示すＴ形鋼の製造設備と基本構成は同様で、上流側から下流側に向けて、即ち前段側から後段側に向けて粗造形圧延機２、中間圧延機群３、及び仕上圧延機（仕上ユニバーサル圧延機）７を順次配設してなる。そして、中間圧延機群３は、第１の粗ユニバーサル圧延機４、エッジャ圧延機５及び第２の粗ユニバーサル圧延機６を備えている。また、仕上圧延機７の前面には、仕上圧延機７による仕上圧延工程において、仕上圧延機７の前面で、被圧延材Ｈのフランジ２２を水冷により冷却する冷却装置８が設置されている。
【００４９】
しかし、図１１に示すＴ形鋼の製造設備１は、図１に示すＴ形鋼の製造装置１と異なり、図１１において破線で示すように、中間圧延機群３の前面あるいは後面に冷却装置９，１０を設置してある。冷却装置９，１０も、第１の粗ユニバーサル圧延機４または第２の粗ユニバーサル圧延機６を構成しているハウジングとウェブガイド（不図示）を含む圧延機本体に対して外側に設置されており、図３〜図５で示した冷却装置８と同様の構成（外面水冷ノズル、上フランジ内面水冷ノズル、下フランジ内面水冷ノズル）を有している。この冷却装置９，１０は、中間圧延機群３の前面及び後面のいずれか一方に設置することで十分な冷却曲り制御効果が得られる。
【００５０】
冷却装置９，１０は、中間圧延機群３による往復圧延の中間圧延工程において、中間圧延機群３の前面あるいは後面で、被圧延材Ｈのフランジ２２を水冷により冷却するようにしている。これにより、中間圧延工程において、フランジ水冷による曲りを圧延の塑性加工で真っ直ぐにして冷却曲りを制御しつつフランジ２２とウェブ２１との温度差を小さくすることができる。このため、仕上圧延機７の前面でのフランジ水冷に加えて実施することにより、最終製品となるＴ形鋼の冷却曲りをより一層小さくすることができる。ただし、フランジ２２の温度を低下させる効果はフランジ厚が薄いほど大きいため、中間圧延機群３の前後のフランジ水冷よりも仕上圧延機７の前のフランジ水冷の方がフランジ冷却の効果が大きい。また、これら冷却装置９，１０は、全ての往復圧延のパスにおいて必ずしも使用する必要はなく、被圧延材Ｈの温度や曲りに応じて適宜選択して使用すればよい。
冷却装置９，１０の構成は、図３〜図５に示す冷却装置８と同様であるので、その説明は、省略する。
【００５１】
また、中間圧延機群３の前面又は後面に設置された冷却装置９，１０の圧延方向の長さは、冷却能力、生産性、設備コストなどを考慮して決定することが好ましい。冷却装置が短すぎると、被圧延材Ｈが冷却装置９，１０内を移動する間にフランジ２２を水冷する時間が短すぎて冷却能力が不足し、これを補うために圧延速度を遅くすると圧延時間が長くかかってしまい、生産性が低下する。一方、冷却装置が長すぎると、冷却装置９，１０内を通過する時間が長くなるために冷却能力が向上するものの、被圧延材Ｈを冷却装置９，１０から抜けるまで搬送すると中間圧延機群３から距離が離れたところまで移動させることになり、往復圧延での被圧延材Ｈの移動時間が長いために結局生産性が低下するのを避けられない。また、使用する冷却水の量が多くなりポンプや配管などの設備コストが過大になるという問題もある。このため、中間圧延機群３の前面又は後面に設置されて冷却装置９，１０の圧延方向の長さは、例えば５ｍ以上２０ｍ以下とすることができるが、上記の事情を考慮して被圧延材や設備の仕様に応じて適宜定めればよい。
【００５２】
なお、本実施形態では、仕上圧延機７の前面に設置された冷却装置８および中間圧延機群３の前面及び後面に設置された冷却装置９，１０を、圧延機本体の外側に配置している。これは、圧延機本体にはスペースがなく有効な冷却装置の設置が困難であることに加え、圧延機直近で上フランジ内面の冷却を行うと、ウェブが水平であるためにウェブ上面に冷却水が滞留してウェブの上下面で不均一な冷却となるからである。これに対し、圧延機本体の外側であれば、冷却装置の設置は容易であり、また、ウェブが概ね傾斜した姿勢となっているため、上フランジ内面へ噴射した冷却水はウェブ上面へ滞留することなく排水される。したがって、冷却装置８，９，１０は、圧延機本体の外側に配置することが望ましい。
【００５３】
一方、本発明の冷却装置８，９，１０は、被圧延材Ｈの各圧延機での圧延姿勢と同じウェブ２１が水平となる姿勢でもフランジ２２が冷却できることから、圧延機本体に近づけて設置することができる。例えば、中間圧延工程での往復圧延における圧延能率向上（圧延時間短縮）のためには、圧延機本体と冷却装置の距離は近いほどよく、圧延機本体と冷却装置の距離Ｄが１０ｍ以下とするのが好ましい。さらに好ましくは距離Ｄを５ｍ以下とする。
【００５４】
また、本発明の特徴である、被圧延材Ｈのウェブ２１が被圧延材Ｈを搬送するローラテーブル１３の上面に対して略水平の状態からウェブ２１の先端とフランジ２２の下端とが同じ高さの状態まで傾斜した場合に、ウェブ２１のいずれの傾斜状態においても、前記フランジ２２の外面および内面を冷却するという観点から、本発明の冷却装置と冷却方法は、造船用などの用途として用いられるウェブ高さがフランジ幅の２倍以上のＴ形鋼を製造する場合に、特に好適である。ウェブ高さがフランジ幅の２倍未満のＴ形鋼は、ローラテーブル１３上でのフランジ２２が大きく傾斜した状態となるため、冷却水と被圧延材のフランジ２２の表面との衝突角度が垂直から大きく外れ、冷却能力が低下する場合がある。これに対し、ウェブ高さがフランジ幅の２倍以上のＴ形鋼であれば、外面水冷ノズル８ａ、上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃを複数並べて冷却装置８とする場合に、各ノズル８ａ，８ｂ，８ｃそれぞれでノズルの高さ方向位置や冷却水の噴射角度を一定としても、ウェブ２１のいずれの傾斜状態においても冷却水と被圧延材のフランジ表面との衝突角度を適正な範囲に保つことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、外面水冷ノズル８ａ、上フランジ内面水冷ノズル８ｂ及び下フランジ内面水冷ノズル８ｃを複数並べて冷却装置８とする場合に、各ノズル８ａ，８ｂ，８ｃそれぞれでノズルの高さ方向位置や冷却水の噴射角度を一定としているが、本発明はこれに限定されるものではない。冷却水と被圧延材のフランジ２２の表面との衝突角度がより適切となるように、例えば、外面水冷ノズル８ａについて、圧延機本体から離れるにつれてノズル高さ方向位置を高く、冷却水の噴射角度を大きくするなど、ノズルの設置位置におけるフランジの傾斜状態に応じて、異なる高さ方向位置及び噴射角度となるように各ノズルを設置してもよい。
【００５６】
なお、第１及び第２の実施形態にあって、中間圧延機群３は、粗ユニバーサル圧延機を２台とエッジャ圧延機を１台とで構成されているが、これは一例であって、中間圧延機群３の圧延機の台数に制限はなく、例えば、粗ユニバーサル圧延機１台とエッジャ圧延機１台とで構成してもよい。また、粗ユニバーサル圧延機が３台以上、エッジャ圧延機が２台以上の構成であってもよい。
【００５７】
ただし、エッジャ圧延機５の前側に第１の粗ユニバーサル圧延機４を、エッジャ圧延機５の後側に第２の粗ユニバーサル圧延機６を配置する中間圧延機群（ＵＥＵ）３では、第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機４，６で圧延曲りをフランジ２２側にもウェブ２１側にも発生させることができ、曲りを調整してフランジ２２を水冷により冷却できるため、粗ユニバーサル圧延機１台とエッジャ圧延機１台の中間圧延機群（ＵＥ）に比べて、水冷の曲り制御が容易になるというメリットがある。
【００５８】
第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機４，６は、図６及び図８に示すように、それぞれ、ウェブ厚を上下の水平ロール４１ａ，４１ｂ、６１ａ，６１ｂで圧下し、フランジ厚を水平ロール４１ａ，４１ｂ、６１ａ，６１ｂの側面と竪ロール４２ａ、６２ａとで圧下するため、ウェブ２１とフランジ２２の圧下率を独立して調整できる。一般にウェブ２１の圧下率＜フランジ２２の圧下率とすれば、フランジ２２の延伸がウェブ２１よりも大きくなるため、被圧延材Ｈはウェブ２１側に曲り、逆にフランジ２２の圧下率＜ウェブ２１の圧下率とすれば、被圧延材Ｈはフランジ２１側に曲がる。このようにウェブ２１とフランジ２２の圧下率のバランスを変えることにより、第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機４，６では、被圧延材Ｈの出側の曲りを制御することができる。
【００５９】
一方、エッジャ圧延機５は、図７に示すように、フランジ２２の端面のみを圧下するため、圧下により常にウェブ２１側への曲りが発生する。また、フランジ幅を目標寸法にするためにエッジャ圧延機５のフランジ幅圧下量を適切な量にする必要があり、曲りを制御するために圧下量を調整する余地は小さい。このことから、エッジャ圧延機５の前側に第１の粗ユニバーサル圧延機４を、エッジャ圧延機５の後側に第２の粗ユニバーサル圧延機６を配置する中間圧延機群（ＵＥＵ）３の方が粗ユニバーサル圧延機１台とエッジャ圧延機１台の中間圧延機群（ＵＥ）よりもＴ形鋼の製造に好ましい。
【実施例】
【００６０】
第１の実施例として、図１に示すＴ形鋼の製造設備１を用いて、厚さ２５０ｍｍ、幅３１０ｍｍの矩形断面を有するブルームから、ウェブ高さ３００ｍｍ、フランジ幅１００ｍｍ、ウェブ厚９ｍｍ、フランジ厚１６ｍｍを目標寸法とするＴ形鋼を圧延した。
図１に示すように、冷却装置８を仕上圧延機（仕上ユニバーサル圧延機）７の前面に設置した。冷却装置８は仕上圧延機７の本体の外側に近接させて設置し、圧延機本体と冷却装置との距離Ｄは３ｍとした。フランジ外面水冷ノズル８ａの噴射方向は水平方向に対し１０°下向きとした。また仕上圧延機７に被圧延材Ｈを誘導するフランジ２２側のサイドガイドに組み込んでサイドガイドに追従して左右方向（ウェブ高さ方向）に移動する構造とし、被圧延材Ｈのフランジ２２の外面とフランジ外面水冷ノズル８ａの距離が被圧延材Ｈの断面寸法によらず一定に保たれる構成とした。上フランジ内面水冷ノズル８ｂの噴射方向は水平方向に対して１０°下向きとし、被圧延材Ｈのウェブ２１の先端側のサイドガイドに搭載して左右方向に移動する構造とした。下フランジ内面水冷ノズル８ｃの噴射方向は水平方向に対して３０°上向きとし、フランジ２２側のサイドガイドに追従して左右方向に移動する構造とした。
【００６１】
また、冷却装置８は図５の冷却ノズルを圧延方向に多数配置した構造とし、全体の冷却長さは１０ｍとした。
粗造形圧延機２としては複数の孔型を設けた上下ロールを有する二重式圧延機を用いた。
中間圧延機群を構成する第１の粗ユニバーサル圧延機４としては、図６に示す構造のものを用いた。水平ロール４１ａ，４１ｂとしては、側面の鉛直方向からの角度（鉛直方向線と水平ロール４１ａ，４１ｂの側面とのなす角度）が７°のものを用いた。左右の竪ロール４２ａ，４２ｂは対向するように配置し、断面形状においてロール面の幅方向中心を頂点とする、鉛直から角度７°傾いた斜辺を有する上下対称の山形形状とした。また、左右の竪ロール４２ａ，４２ｂのうち、水平ロール４１ａ，４１ｂの側面を押圧するものは、フランジ２２の圧延で水平ロール４１ａ，４１ｂが水平軸方向に移動しないように、押圧力を調整した。
【００６２】
エッジャ圧延機５としては、図７に示す構造のものを用いた。段差部分の傾斜角は鉛直から角度７°とした。
第２の粗ユニバーサル圧延機６としては、図８に示す構造のものを用いた。水平ロール６１ａ，６１ｂはフランジ２２を圧延する側の側面を鉛直から角度７°傾けた。また、左右の竪ロール６２ａ，６２ｂのうち、フランジ２２を圧延する一方の竪ロール６２ａは、断面形状においてロール面の幅方向中心を頂点とする、鉛直から角度７°傾いた斜辺を有する上下対称の山形形状とし、ウェブ２１の先端部を高さ方向に圧下する他方の竪ロール６２ｂは、ロール面が平坦な円筒型とした。
【００６３】
仕上圧延機７は、図１０に示す構造の仕上ユニバーサル圧延機を用いた。
仕上圧延機７の前面に設置した冷却装置８は、圧延方向に並べた複数のノズルによって長さ１０ｍにわたってフランジ２２の外面と内面の双方を水冷により冷却可能な構造とした。
Ｔ形鋼の製造においては、最初に加熱炉で昇温したブルームを粗造形圧延機２で圧延し、図１５に示すような略Ｔ字断面形状のＴ形鋼片とした。得られたＴ形鋼片のウェブ厚は４０ｍｍ、フランジ厚は７５ｍｍ、ウェブ高さ３７５ｍｍ、フランジ幅１３０ｍｍであった。
【００６４】
続いて、第１の粗ユニバーサル圧延機４、エッジャ圧延機５、及び第２の粗ユニバーサル圧延機６をこの順に上流側から下流側に向けて近接配置した中間圧延機群３で５パスの往復圧延を行って、ウェブ２１とフランジ２２を圧下した。
最後に、仕上圧延機７で１パスの圧延を行い、フランジ２２の傾斜を鉛直に整形した。仕上圧延機７による仕上圧延の前に、仕上圧延機７の前面に設置した冷却装置８を用いて、被圧延材Ｈのフランジ外面と内面の双方を水冷により冷却した。なお、ウェブ部は軽圧下した。
仕上圧延機７の後面で被圧延材Ｈの表面温度を測定したところ、フランジ２２の表面温度が７３０℃、ウェブ２１の表面温度が７２５℃であった。この被圧延材Ｈを室温まで冷却後の長さ１０ｍあたりの曲り量は５ｍｍ以下と非常に小さかった。
【００６５】
また、第２の実施例として、仕上圧延機７の前面に冷却装置８を設置するとともに中間圧延機群３の後面にも冷却装置１０（図１１参照）を設置したＴ形鋼の製造装置によってＴ形鋼を製造した。ここで、冷却装置１０により、中間圧延機群３で往復圧延を行う際にもフランジ２２の水冷を行った。冷却装置１０は長さ１０ｍにわたってフランジ２２の外面を冷却する構造とした。５パスの往復圧延で１パス目圧延後、２パス目圧延前、３パス目圧延後、４パス目圧延前、５パス目圧延後の５回、被圧延材全長のフランジ２２を冷却装置１０で冷却しつつ中間圧延を行った。その後、被圧延材Ｈを仕上圧延機７に搬送し、仕上圧延機７の前面に設置した冷却装置８を用いて、被圧延材Ｈのフランジ２２の外面と内面の双方を冷却した後に仕上圧延を行った。
仕上圧延機７の後面で被圧延材Ｈの表面温度を測定したところ、フランジ２２の表面温度が７２０℃、ウェブ２１の表面温度が７２５℃であった。この被圧延材Ｈを圧延後に長さ１０ｍに切断して室温まで冷却したところ、冷却後の被圧延材Ｈに発生した長さ１０ｍあたりの曲り量は５ｍｍ以下と非常に小さかった。
【００６６】
一方、比較例として、中間圧延機群３の前後と仕上圧延機７の前のフランジ２２の水冷による冷却を行わず、仕上圧延機７の後面で水冷して、同様の熱間圧延工程でＴ形鋼を圧延した。仕上圧延機７の直後の被圧延材Ｈの表面温度を測定したところ、フランジ２２の表面が８３３℃、ウェブ２１が７３５℃であった。この被圧延材Ｈのフランジ２２を仕上圧延機７の後面で水冷したところ、冷却装置内でフランジ２２側への曲りが発生し、冷却装置に被圧延材Ｈが接触したため被圧延材Ｈの搬送ができなくなり、操業に支障をきたした。被圧延材Ｈを室温まで冷却したところ、冷却後の被圧延材Ｈの長さ１０ｍあたりの曲り量は８５ｍｍ程度であった。曲り量が大きかったため、プレスを用いた曲り矯正が必要となり、製造コストが増加するとともに、プレス工程に時間がかかり生産性を阻害することがわかった。特にウェブ２１側に曲げる矯正を行うため、ウェブ２１が圧縮を受けて座屈する形状不良がプレス中に多発し、プレス矯正が非常に困難であった。プレス矯正で形状不良が直しきれなかったＴ形鋼はスクラップとなり、歩留りが低下して製造コストが大幅に増加した。
以上のように、本発明のＴ形鋼の製造設備および製造方法を用いると、生産性を阻害する冷却による曲りを防止して熱間圧延によってＴ形鋼を低コストで大量に製造することが可能になる。
【符号の説明】
【００６７】
１  Ｔ形鋼の製造設備
２  粗造形圧延機
３  中間圧延機群
４  第１の粗ユニバーサル圧延機
５  エッジャ圧延機
６  第２の粗ユニバーサル圧延機
７  仕上圧延機（仕上ユニバーサル圧延機）
８，９，１０  冷却装置
８ａ  外面水冷ノズル
８ｂ  上フランジ内面水冷ノズル
８ｃ  下フランジ内面水冷ノズル
１１  ハウジング
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  ウェブガイド
１３  ローラテーブル
２０  Ｔ形鋼
２１  ウェブ
２２  フランジ
４１ａ，４１ｂ  水平ロール
４２ａ，４２ｂ  竪ロール
５１ａ，５１ｂ  エッジャロール
５２  小径ロール部
５３  大径ロール部
６１ａ，６１ｂ  水平ロール
６２ａ，６２ｂ  竪ロール
７１ａ，７１ｂ  水平ロール
７２ａ，７２ｂ  竪ロール
１０１  Ｔ形鋼の製造設備
１０２  粗造形圧延機
１０２ａ  上ロール
１０２ｂ  下ロール
１０３  中間圧延機群
１０４  粗ユニバーサル圧延機
１４１ａ，１４１ｂ  水平ロール
１４２ａ，１４２ｂ  竪ロール
１０５  エッジャ圧延機
１５１ａ，１５１ｂ  エッジャロール
１５３  大径ロール部
１５４  小径ロール部
１０６  仕上ユニバーサル圧延機
１６１ａ，１６１ｂ  水平ロール
１６２ａ，１６２ｂ  竪ロール
Ｗ１  第１の粗ユニバーサル圧延機の水平ロールの外周面の幅
Ｗ２  第２の粗ユニバーサル圧延機の水平ロールの外周面の幅
Ｌ  ウェブ内法寸法
Ｈ  被圧延材
Ｄ  圧延機本体と冷却装置との距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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