(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニバーサル圧延機により、一方の垂直ロールを水平ロール側面に接触させ、他方の垂直ロールを水平ロールと非接触として、形鋼を圧延する方法において、非接触垂直ロールの圧延荷重を計測し、水平ロール側面と非接触垂直ロールとのロール間隙を前記計測圧延荷重および下式に基づいて調整しフランジ厚みを制御することを特徴とする形鋼の寸法制御方法。
ΔｓFS＝αΔＰFS／ＭCOM
ただし、ΔｓFS：ロール間隙変更量、α：定数、
ΔＰFS：基準条件からの圧延荷重偏差
ＭCOM ＝ＭFS（ＭMS＋２ＭT）／（ＭFS＋ＭMS＋２ＭT ）
Ｍ：ミル剛性、
添字FS：垂直ロール非接触側、MS：垂直ロール接触側、
T ：水平ロールスラスト方向
【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、水平ロールと垂直ロールと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６１−２４０８３号公報で開示された形鋼の自動寸法制御方法がある。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。形鋼のユニバーサル圧延にＡＧＣを適用することによって、製品厚みの長手方向のばらつきが低減する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、レールのユニバーサル圧延で、図１に示すように、垂直ロールを孔型ロールとすることによって一方の垂直ロールと水平ロール側面とを接触（メタルタッチ）させて圧延する場合がある。この方法においては、圧延荷重の変動による、垂直ロールの移動が、水平ロールによって拘束されるので、従来のユニバーサル圧延による形鋼の圧延では、厚み精度を向上することができる。しかし、垂直ロールと水平ロール側面とをメタルタッチさせて圧延する場合は、ロール保護のためメタルタッチしない垂直ロールにしか寸法制御を適用できず、制御の効果つまり寸法精度の向上は１／２程度になる。
【０００５】
この発明は、片側の垂直ロールのみにしか寸法制御を適用できない場合であっても、製品のフランジ厚みの長手方向のばらつきを低減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】
この発明の形鋼の寸法制御方法は、ユニバーサル圧延機により、一方の垂直ロールを水平ロール側面に接触させ、他方の垂直ロールを水平ロールと非接触として、形鋼を圧延する方法において、非接触垂直ロールの圧延荷重を計測し、水平ロール側面と非接触垂直ロールとのロール間隙を前記計測圧延荷重および下式に基づいて調整しフランジ厚みを制御することを特徴としている。
ΔｓFS＝αΔＰFS／ＭCOM        ……（１）
ただし、ΔｓFS：ロール間隙変更量、α：定数、
ΔＰFS：基準条件からの圧延荷重偏差
ＭCOM ＝ＭFS（ＭMS＋２ＭT）／（ＭFS＋ＭMS＋２ＭT ）
Ｍ：ミル剛性、
添字FS：垂直ロール非接触側、MS：垂直ロール接触側、
T ：水平ロールスラスト方向
【０００７】
ここで、この発明の圧延の制御則を示す上記式（１）について説明する。
非接触垂直ロール側で荷重変動ΔＰＦＳが発生した場合、力の釣り合いから次の式（３）が成り立つ（図３参照）。
ΔＰＦＳ＝ΔＰＭＳ＋２ΔＰＴ        ・・・・・・（３）
このときの非接触垂直ロール側のフランジ厚み変動Δｈは次の式（４）で表される。
Δｈ＝ΔＰＦＳ／ＭＦＳ＋ΔＰＭＳ／ＭＭＳ      ・・・・・・（４）
また、接触側垂直ロールと水平ロールとは一体となって移動するので、
ΔＰＭＳ／ＭＭＳ＝ΔＰＴ  ／ＭＴ        …（５）
ΔＰＴ  ＝ΔＰＭＳ×ＭＴ  ／ＭＭＳ      …（６）
式（３）に式（６）を代入して、
ΔＰＦＳ＝ΔＰＭＳ（１＋２ＭＴ  ／ＭＭＳ）      ・・・・・・（７）
式（７）を式（４）に代入して、
Δｈ＝ΔＰＦＳ｛１／ＭＦＳ＋１／（ＭＭＳ＋２ＭＴ  ）｝      ・・・・・・（８）
式（８）の｛１／ＭＦＳ＋１／（ＭＭＳ＋２ＭＴ  ）｝を前記式（２）に示す合成ミル剛性ＭＣＯＭ  として導入すれば、非接触垂直ロール側のフランジ厚み変動Δｈ、つまり形鋼の高さ変動は、非接触垂直ロール側の荷重変動ΔＰＦＳのみの関数となる。したがって、前記式（１）の示す制御則に従い、非接触垂直ロール側のみのロール間隙を制御することによって、両側の垂直ロールについてロール間隙を制御した場合と同様の制御効果が得られる。つまり、片側の垂直ロールのみのＡＧＣでもフランジ厚み精度を向上することができる。形鋼（特に非対称形鋼）において、片側の垂直ロールのみにしか、ＡＧＣを適用できない場合にも、製品のフランジ厚みの長手方向ばらつきを低減することができる。
【０００８】
図２（ａ）は従来の技術を示しており、非接触側垂直ロールの位置を一定に制御する。このために、目標フランジ厚みｈ０  に対し水平ロールの移動量Δに相当する誤差を生じる。図２（ｂ）はこの発明を示しており、水平ロールの移動量Δに対応して非接触側垂直ロールの位置、つまり水平ロールと非接触側垂直ロールとのロール間隙を制御するので、フランジ厚みｈに誤差は発生しない。
【０００９】
上記形鋼の寸法制御方法において、水平ロールの側面に接触させる垂直ロールは孔型をもったロールであり、圧延機の作業側あるいは駆動側のいずれの側の垂直ロールであってもよい。また、定数αは過補償を防止するための制御ゲインであり、通常０．１〜１．０の範囲である。また、垂直ロールを接触させて圧延するのは、ユニバーサル圧延の全パスとする必要はなく、必要なパスについてのみ接触させて圧延し、本発明の制御を適用してもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
【００１１】
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１９は、形状を整えるパスであり、圧下量が小さく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。
【００１２】
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４は、上記中間圧延パス１６〜１７の、および仕上圧延パス１８の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。
【００１３】
上記パス１８の圧延工程において、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２ＭＳおよび作業側垂直ロール２ＦＳの圧延荷重を荷重計３ＭＳ、３ＦＳ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２ＭＳおよび作業側垂直ロール２ＦＳの圧延荷重を荷重計３ＭＳ、３ＦＳ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２ＭＳ、２ＦＳ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、式（１）により水平ロール１と垂直ロール２ＦＳ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５ＦＳに出力される。圧下制御装置５ＦＳは圧下モータ６ＦＳ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。
【００１４】
以上の説明では、仕上圧延パスでロール間隙を制御するようにしていたが、中間圧延パス１５、１６、１７でロール間隙を制御してもよい。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。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。
【００１５】
【実施例】
レール（ＪＩＳ  ６０  ｋｇ  級、高さ１７４  ｍｍ  、頭幅６５  ｍｍ  、脚幅１４５  ｍｍ  ）を図３に示す圧延工程で圧延した。この発明によるロール間隙制御、ロール間隙制御なし、接触、非接触側両垂直ロールのロール間隙制御、接触側垂直ロールのみのロール間隙制御の場合をそれぞれ比較して、圧延結果を図５に示す。
【００１６】
ロール間隙制御なしの場合は、高さの標準偏差は０．０７ｍｍであった。接触、非接触側両垂直ロールのロール間隙を制御した場合は、高さの標準偏差は０．０２ｍｍに低減されたが、圧延後水平ロール側面にクラックが発生した。接触側垂直ロールのみのロール間隙を制御した場合（従来法）は、高さの標準偏差は０．０４ｍｍであった。この発明の場合では、高さの標準偏差は０．０２ｍｍであり、両側の垂直ロールのロール間隙を制御した場合と同等の寸法精度が得られ、ロール損傷も発生しなかった。
【００１７】
【発明の効果】
この発明では、片側の垂直ロールのみにしか形状寸法制御を適用できない場合であっても、製品のフランジ厚みの長手方向ばらつきを低減することができる。また、水平ロール側面にクラックが発生することはない。
【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】フランジ厚みの誤差発生理由を説明する模式図である。
【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、レールの高さ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ＦＳは非接触垂直ロール側、添字ＭＳは接触垂直ロール側をそれぞれ示している。
【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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