(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機による形鋼の圧延で、中間ユニバーサルと仕上ユニバーサル圧延との間で少なくとも１パスのエッジャー圧延を行い、中間ユニバーサル圧延および仕上ユニバーサル圧延でそれぞれ水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を制御する形鋼の寸法制御方法において、下式に基づいて前記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。
ΔＳＤＳ＝−αＤＳΔＰＤＳ／ＭＤＳ＋αＴ（ΔＰＷＳ−ΔＰＤＳ）／ＭＴ
ΔＳＷＳ＝−αＷＳΔＰＷＳ／ＭＷＳ＋αＴ（ΔＰＤＳ−ΔＰＷＳ）／ＭＴ
ここで、ΔＳＤＳ：駆動側垂直ロールのロール間隙制御量
ΔＳＷＳ：作業側垂直ロールのロール間隙制御量
α：制御ゲイン      Ｍ：ミル剛性
ΔＰ：圧延荷重とロックオン荷重との差
添字  ＤＳ：駆動側    ＷＳ：作業側    Ｔ：水平ロール軸方向
【請求項２】
前記粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機が既存の圧延設備であって、前記仕上ユニバーサル圧延において、荷重変動δＰについて下記条件の適否を判断し、荷重変動δＰが下記条件を満たす場合、前記中間ユニバーサル圧延でのみ水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を制御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。
δＰ＜Ｍ・δＨ
ここで、Ｍ：ミル剛性
δＨ：仕上圧延後のフランジ厚みのばらつき最大許容値
【請求項３】
粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機による形鋼の寸法制御方法において、圧延設備計画時に前記仕上ユニバーサル圧延機のミル剛性Ｍが下記条件を満たすように当該仕上ユニバーサル圧延機の仕様を決定し、中間ユニバーサル圧延と仕上ユニバーサル圧延との間で少なくとも１パスのエッジャー圧延を行い、中間ユニバーサル圧延でのみ水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を制御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。
Ｍ＞δＰ／δＨ
ここで、δＰ：仕上圧延におけるロックオン荷重からの最大荷重変動
δＨ：仕上圧延後のフランジ厚みのばらつき最大許容値
【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寸法制御方法に関する。
【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（自動板厚制御）により低減することが知られている。たとえば、特公昭６１−２４０８３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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の形鋼の圧延では、フランジ幅および厚みの双方共に寸法精度の高い製品は得られなかった。すなわち、仕上圧延パス（最終パス）のみでロール間隙を制御して、目標の製品寸法を作り出すようにしている。しかし、仕上圧延パスに入る圧延材のフランジ厚みがばらついているため、ロール間隙を制御してもフランジ厚みは一定になるが、フランジ幅がばらつくという問題があった。また、仕上圧延パス前段のエッジャーパスと仕上圧延パスとでロール間隙を制御する場合、仕上圧延パスで発生するフランジ幅のばらつきを予測し、エッジャーパスであらかじめ逆のばらつきを与えれば、原理的にはフランジ幅のばらつきを防止できる。しかし、仕上圧延パスでのフランジ幅のばらつきを予測することは困難である。
【０００５】
この発明は、フランジ幅および厚みを共に高い精度で圧延することができ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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の形鋼の寸法制御方法は、粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機による形鋼の圧延で、中間ユニバーサルと仕上ユニバーサル圧延との間で少なくとも１パスのエッジャー圧延を行い、中間ユニバーサル圧延および仕上ユニバーサル圧延でそれぞれ水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を制御する形鋼の寸法制御方法において、下式に基づいて前記ロール間隙を制御することを特徴している。
ΔＳＤＳ＝−αＤＳΔＰＤＳ／ＭＤＳ＋αＴ（ΔＰＷＳ−ΔＰＤＳ）／ＭＴ
ΔＳＷＳ＝−αＷＳΔＰＷＳ／ＭＷＳ＋αＴ（ΔＰＤＳ−ΔＰＷＳ）／ＭＴ
ここで、ΔＳＤＳ：駆動側垂直ロールのロール間隙制御量
ΔＳＷＳ：作業側垂直ロールのロール間隙制御量
α：制御ゲイン      Ｍ：ミル剛性
ΔＰ：圧延荷重とロックオン荷重との差
添字  ＤＳ：駆動側    ＷＳ：作業側    Ｔ：水平ロール軸方向
【０００７】
この発明では、中間ユニバーサル圧延パスでフランジ厚みのばらつきは取り除かれるが、フランジ厚み方向の圧下による幅広がりのために、フランジ幅にばらつきが生じる。このフランジ幅のばらつきは、次のエッジャー圧延パスで取り除かれる。このとき、フランジ幅のばらつきの解消に伴なうフランジ厚みのばらつきが発生する。しかし、中間ユニバーサル圧延パス前のばらつきと比べると小さくなるので、仕上ユニバーサル圧延により寸法精度の高いフランジ厚みおよび幅が得られる。すなわち、各パスの変形特性として以下の関係が近似的に成り立つ。
【０００８】
中間ユニバーサル圧延パス：  ｂＩ  ＝ＢＩ  ＋α（ＨＩ  −ｈＩ  ）
エッジャー圧延パス      ：  ｈＥ  ＝ＨＥ  ＋β（ＢＥ  −ｂＥ  ）  ・・・・・・（１）
仕上ユニバーサル圧延パス：  ｂＦ  ＝ＢＦ  ＋γ（ＨＦ  −ｈＦ  ）
ここで、Ｈ：圧延前のフランジ厚み、ｈ：圧延後のフランジ厚み、
Ｂ：圧延前のフランジ幅、  ｂ：圧延後のフランジ幅
α、β、γ：幅広がり係数
したがって、中間ユニバーサル圧延パス入側の厚み変動がδＨ０  のとき、
中間ユニバーサル圧延パス後：δｈＩ  ≒０，  δｂＩ  ＝αδＨ０  
エッジャー圧延パス後      ：δｈＥ  ＝βαδＨ０  ，δｂＥ  ≒０  ・・・・（２）
仕上エッジャー圧延パス後  ：δｈＦ  ≒０，        δｂＦ  ＝γβαδＨ０  
ここで、δｈ：フランジ厚み変動、δｂ：フランジ幅変動である。
【０００９】
一般的に、α、β、およびγは０．５〜０．６程度であるから、仕上圧延後のフランジ幅変動は、初期のフランジ厚み変動と比べて十分小さくなる。なお、幅広がり係数α、β、γは、圧延条件および圧延材の寸法などで変化し、モデル実験や実ミルでの実測などにより求める。
【００１０】
第２の発明の形鋼の寸法制御方法は、第１の発明における、前記粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機が既存の圧延設備であって、前記仕上ユニバーサル圧延において、荷重変動δＰについて下記条件の適否を判断し、荷重変動δＰが下記条件を満たす場合、前記中間ユニバーサル圧延でのみ水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を制御することを特徴としている。
【００１１】
δＰ＜Ｍ・δＨ      ・・・・・・（３）
ここで、Ｍ：ミル剛性
δＨ：仕上圧延後のフランジ厚みのばらつき最大許容値
この発明では、圧延開始前に圧延条件および圧延材の寸法精度などから上記条件の適否を判断する。上記条件を満たす場合、仕上圧延でのロール間隙の制御を省略する。
【００１２】
第３の発明の形鋼の寸法制御方法は、第１の発明における、粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャー圧延機、および仕上ユニバーサル圧延機による形鋼の寸法制御方法において、圧延設備計画時に前記仕上ユニバーサル圧延機のミル剛性Ｍが下記条件を満たすように当該仕上ユニバーサル圧延機の仕様を決定し、中間ユニバーサル圧延と仕上ユニバーサル圧延との間で少なくとも１パスのエッジャー圧延を行い、中間ユニバーサル圧延でのみ水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を制御することを特徴としている。
【００１３】
Ｍ＞δＰ／δＨ      ・・・・・・（４）
ここで、δＰ：仕上圧延における荷重変動
δＨ：仕上圧延後のフランジ厚みのばらつき最大許容値
上記第２の発明は既存の圧延設備で実施されるが、この第３の発明は新設の圧延設備で実施される。すなわち、圧延設備計画時にあらかじめ設定された圧延条件および製品の寸法精度などからミル剛性Ｍを決定する。決定されたミル剛性が得られるように、圧延機のハウジング、圧下装置、ロールチョックなどを設計する。この発明では、圧延開始前に荷重変動δＰについての条件の適否を判断することなく、すべての圧延材について仕上圧延でのロール間隙の制御を省略する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明で水平ロールおよび垂直ロールのロール間隙を制御するには、たとえば次の方法による。
【００１５】
垂直ロールの圧延荷重を検出し、駆動側垂直ロールの圧延荷重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圧延荷重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隙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隙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。
【００１６】
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ｈＤＳは
ｈＤＳ＝ＳＤＳＯ＋ＰＤＳ／ＭＤＳ cosγＤＳ＋０．５（ＳＨＯ＋ＰＨ／ＭＨ）sin γＤＳ
＋（ＰＤＳ−ＰＷＳ）／ＭＴ      ・・・・・・（５）
となり、作業側フランジ厚さｈＷＳは
ｈＷＳ＝ＳＷＳＯ＋ＰＷＳ／ＭＷＳ cosγＷＳ＋０．５（ＳＨＯ＋ＰＨ／ＭＨ）sin γＷＳ
＋（ＰＷＳ−ＰＤＳ）／ＭＴ      ・・・・・・（６）
となる。
【００１７】
目標のフランジ厚さｈＤＳ、ｈＷＳを与える、圧延材かみ込み前のロールギャップＳＤＳＯ  、ＳＷＳＯ  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ＳＤＳＯ  、ＳＷＳＯ  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ＰＤＳ、ＰＷＳとロックオン荷重との差を、すなわち荷重偏差ΔＰＤＳ、ΔＰＷＳを求め、これに基づいて、ロール間隔を独立して制御する。
【００１８】
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ＰＤＳが駆動側ロックオン荷重＋ΔＰＤＳに、作業側圧延荷重がＰＷＳから作業側ロックオン荷重＋ΔＰＷＳ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隙制御量ΔＳＤＳは、
ΔＳＤＳ＝−ΔＰＤＳ／ＭＤＳ＋（ΔＰＷＳ−ΔＰＤＳ）／ＭＴ        ・・・・・・（７）
となり、また駆動側垂直ロールのロール間隙制御量ΔＳＷＳは、
ΔＳＷＳ＝−ΔＰＷＳ／ＭＷＳ＋（ΔＰＤＳ−ΔＰＷＳ）／ＭＴ        ・・・・・・（８）
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（７）および式（８）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。
【００１９】
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隙制御量ΔＳＤＳは、
ΔＳＤＳ＝−αＤＳΔＰＤＳ／ＭＤＳ＋αＴ（ΔＰＷＳ−ΔＰＤＳ）／ＭＴ        ・・・・・・（９）
となり、作業側垂直ロールのロール間隙制御量ΔＳＷＳは、
ΔＳＷＳ＝−αＷＳΔＰＷＳ／ＭＷＳ＋αＴ（ΔＰＤＳ−ΔＰＷＳ）／ＭＴ        ・・・・・・（１０）
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。
【００２０】
図１は、圧延材Ｒが水平ロール１、垂直ロール２ＤＳ、２ＷＳ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２ＤＳ、２ＷＳ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１（ａ）はこの発明の寸法制御方法であって、ロール間隔ＳＤＳ、ＳＷＳの制御に水平ロール１の移動を考慮しているので、駆動側フランジ厚さｈＤＳおよび作業側フランジ厚さｈＷＳはともに目標のフランジ厚さとなっている。なお、図１（ｂ）はロール間隔ＳＤＳ、ＳＷＳ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ｈＤＳは薄くなり、逆に作業側フランジ厚さｈＷＳは厚くなっている。
【００２１】
上記形鋼の圧延において、ウエブ厚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隙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隙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隙制御量ΔＳHは、
ΔＳH＝−αHΔＰH／ＭH     ……（１１）
となる。
【００２２】
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圧下幅で決まるので、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。
【００２３】
図２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１９は、形状を整えるパスであり、実質的な成形は行わない。この発明の寸法制御方法は、パス１５〜１７の中間圧延、パス１５′〜１７′のエッジャー圧延、およびパス１８の仕上圧延に適用される。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。
【００２４】
上記圧延パスにおいて、ここの例では中間圧延パス１５、１６、１７および仕上圧延パス１８でロール間隙を制御する。図３は、上記中間圧延パス１５〜１７、および仕上圧延パス１８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。
【００２５】
上記パス１５〜１７パスの圧延工程において、図３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２ＤＳおよび作業側垂直ロール２ＷＳの圧延荷重を荷重計３ＤＳ、３ＷＳ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２ＤＳおよび作業側垂直ロール２ＷＳの圧延荷重を荷重計３ＤＳ、３ＷＳでそれぞれ連続的に計測する。計測結果は演算装置４に入力され、両垂直ロール２ＤＳ、２ＷＳ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２ＤＳ、２ＷＳとの間のロール間隙制御量が演算装置４で求められ、その結果は圧下制御装置５ＤＳ、５ＷＳに出力される。圧下制御装置５ＤＳ、５ＷＳは圧下モータ６ＤＳ、６ＷＳに操作信号を出力し、ロール間隙を制御する。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。
【００２６】
以上の説明では、中間圧延パス１５、１６、１７のすべてのパスでロール間隙を制御していたが、これらパスのうちの１パスあるいは２パスでロール間隙を制御するようにしてもよい。また、垂直ロールのロール間隙のみを制御する例について説明したが、水平ロールのロール間隙を制御する場合でも同様である。仕上圧延パスについては、前述のように要求される厚み精度に対して十分なミル剛性を確保できるならば、ロール間隙の制御を行う必要はない。さらにまた、レールを例として発明の形態を説明したが、この発明はＨ形鋼、Ｉ形鋼、Ｔ形鋼などの形鋼についても適用できる。
【００２７】
【実施例】
レール（ＪＩＳ  ６０kg級、高さ１７４mm、頭幅６５mm、脚幅１４５mm）を図２に示す圧延工程で、次の三つの場合について圧延した。
【００２８】
（１）中間および仕上ユニバーサル圧延のいずれにおいてもロール間隙を制御しない
（２）仕上ユニバーサル圧延（１８パス）のみロール間隙を制御する
（３）中間（１５、１６、１７パス）および仕上ユニバーサル圧延（１８パス）においてロール間隙を制御する
上記三つの場合の結果を図４および図５に示す。（１）の場合、長手方向についての製品高さの変動は、０．７ｍｍ，脚幅変動は０．５ｍｍであった。（２）の場合、高さ変動は０．２５ｍｍに減少したが、脚幅変動は１．２２ｍｍに増加した。（３）の場合、高さ変動は０．２４ｍｍ、脚幅変動は０．５ｍｍであり、脚幅精度を維持した上で高さ精度を改善することができた。
【００２９】
【発明の効果】
第１の発明は、中間ユニバーサル圧延、および仕上ユニバーサル圧延の両者でロール間隙を制御するので、高い寸法精度のフランジ幅および厚みをもった形鋼を得ることができる。
【００３０】
第２および第３の発明では、仕上ユニバーサル圧延でのロール間隙の制御を省略しても、第１の発明と同様に高い寸法精度のフランジ幅および厚みをもった形鋼を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にお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２】この発明が適用されるレールの圧延工程図である。
【図３】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４】形鋼の寸法制御方法を従来法とこの発明の方法とを比較して、レールの高さ変動の一例を示す線図である。
【図５】形鋼の寸法制御方法を従来法とこの発明の方法とを比較して、レールの脚幅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
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。
【図１】
0003571869.tif 000002
【図２】
0003571869.tif 000003
【図３】
0003571869.tif 000004
【図４】
0003571869.tif 000005
【図５】
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