(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送ライン上でＨ形鋼のフランジ表面に冷却水を噴射して当該フランジを冷却するＨ形鋼の冷却制御方法であって、
前記冷却水の温度に応じて、冷却前後の前記フランジの温度変化量が予め設定した目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整するものであり、
前記冷却水を噴射する流量、前記Ｈ形鋼の通材速度、及び冷却前後の前記フランジの温度変化量に基づいて決定される冷却速度係数と、前記冷却水の温度との関係を予め算出しておき、
前記冷却水の実測温度に対応する冷却速度係数と前記目標温度変化量とに基づいて、冷却前後の前記フランジ温度変化量が前記目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整することを特徴とするＨ形鋼の冷却制御方法。
【請求項２】
前記目標温度変化量は、前記冷却水を噴射する流量、前記Ｈ形鋼の通材速度、及び前記冷却水の温度をそれぞれ標準値としたときの冷却前後の前記フランジの温度変化量であることを特徴とする請求項１に記載のＨ形鋼の冷却制御方法。
【請求項３】
搬送ライン上でＨ形鋼のフランジ表面に冷却水を噴射して当該フランジを冷却するＨ形鋼の冷却制御装置であって、
前記冷却水の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部で測定した前記冷却水の温度に応じて、冷却前後の前記フランジの温度変化量が予め設定した目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整する冷却条件調整部と、を備え、
該冷却条件調整部は、前記冷却水を噴射する流量、前記Ｈ形鋼の通材速度、及び冷却前後の前記フランジの温度変化量に基づいて決定される冷却速度係数と、前記冷却水の温度との関係を予め算出しておき、
前記冷却水の実測温度に対応する冷却速度係数と前記目標温度変化量とに基づいて、冷却前後の前記フランジ温度変化量が前記目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整することを特徴とするＨ形鋼の冷却制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｈ形鋼のフランジを冷却する冷却制御方法及びＨ形鋼の冷却制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｈ形鋼のフランジ冷却による形状制御方法として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この技術は、Ｈ形鋼のフランジ表面のフランジ幅方向の温度分布をフランジ冷却前後で測定し、このフランジ幅方向温度分布に基づいて、フランジ水冷装置のノズル高さやノズル角度を調整するものである。ここでは、フランジ幅方向温度分布に基づいて、フランジ幅方向の温度中心位置を算出し、この温度中心位置を用いてノズル高さやノズル角度を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２９５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術にあっては、フランジ冷却完了後のフランジ幅方向の温度中心位置をフランジ幅中心位置と一致させることはできるが、冷却水の温度のばらつきについては全く考慮されていない。そのため、例えば夏季と冬季など、冷却水の温度が著しく異なるとＨ形鋼の仕上がり温度がばらつき、冷却後の形状にばらつきが生じてしまう。また、Ｈ形鋼のフランジ幅方向の温度分布を測定した後に、その温度分布に基づいて次材に対する冷却条件を変更する構成であるため、最初に通材するＨ形鋼に対しては適正な冷却条件を設定することができない。
そこで、本発明は、Ｈ形鋼の仕上がり温度と冷却後の形状のばらつきを低減することができるＨ形鋼の冷却制御方法及びＨ形鋼の冷却制御装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係るＨ形鋼の冷却制御方法の一態様は、Ｈ形鋼製造ラインを搬送しながらＨ形鋼のフランジ表面に冷却水を噴射して当該フランジを冷却するＨ形鋼の冷却制御方法であって、前記冷却水の温度に応じて、冷却前後の前記フランジの温度変化量が予め設定した目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整するものであり、前記冷却水を噴射する流量、前記Ｈ形鋼の通材速度、及び冷却前後の前記フランジの温度変化量に基づいて決定される冷却速度係数と、前記冷却水の温度との関係を予め算出しておき、前記冷却水の実測温度に対応する冷却速度係数と前記目標温度変化量とに基づいて、冷却前後の前記フランジ温度変化量が前記目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整することを特徴としている。
【０００６】
これにより、冷却水の温度によらずに、冷却後の仕上がり温度を略一定に保つことができる。すなわち、冬季など冷却水の温度が夏季と比較して著しく低い場合には、夏季と同じ冷却条件（冷却水の流量、Ｈ形鋼の通材速度）で冷却すると、Ｈ形鋼の冷却後の仕上がり温度が夏季と比較して著しく低下してしまうことを考慮し、冷却水の流量を少なくしたり、通材速度を速くしたりといった調整を行うことができる。このように、冷却水の温度のばらつきに起因する冷却後の仕上がり温度のばらつきを、最初に通材するＨ形鋼から低減することができる。
【０００７】
また、上記において、前記冷却水を噴射する流量、前記Ｈ形鋼の通材速度、及び冷却前後の前記フランジの温度変化量に基づいて決定される冷却速度係数と、前記冷却水の温度との関係を予め算出しておき、前記冷却水の実測温度に対応する冷却速度係数と前記目標温度変化量とに基づいて、冷却前後の前記フランジの温度変化量が前記目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の何れか一方を調整する。
このように、冷却水の温度による冷却速度への影響を予め求めたうえで、冷却水の流量や通材速度を調整する。したがって、冷却前後のフランジの温度変化量が目標温度変化量となるような適正な冷却条件を設定することができる。
【０００８】
さらに、上記において、前記目標温度変化量は、前記冷却水を噴射する流量、前記Ｈ形鋼の通材速度、及び前記冷却水の温度をそれぞれ標準値としたときの冷却前後の前記フランジの温度変化量であることが好ましい。これにより、冷却水の温度がばらついた場合でも、冷却後の仕上がり温度を標準水温で冷却したときの仕上がり温度に保つことができる。
【０００９】
また、本発明に係るＨ形鋼の冷却制御装置の一態様は、Ｈ形鋼製造ラインを搬送しながらＨ形鋼のフランジ表面に冷却水を噴射して当該フランジを冷却するＨ形鋼の冷却制御装置であって、前記冷却水の温度を測定する温度測定部と、前記温度測定部で測定した前記冷却水の温度に応じて、冷却前後の前記フランジの温度変化量が予め設定した目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整する冷却条件調整部と、を備え、該冷却条件調整部は、前記冷却水を噴射する流量、前記Ｈ形鋼の通材速度、及び冷却前後の前記フランジの温度変化量に基づいて決定される冷却速度係数と、前記冷却水の温度との関係を予め算出しておき、前記冷却水の実測温度に対応する冷却速度係数と前記目標温度変化量とに基づいて、冷却前後の前記フランジ温度変化量が前記目標温度変化量となるように、前記冷却水を噴射する流量、及び前記Ｈ形鋼の通材速度の少なくとも一方を調整することを特徴としている。
これにより、冷却水の温度によらずに、冷却後の仕上がり温度を略一定に保つことができる。このように、冷却水の温度のばらつきに起因する冷却後の仕上がり温度のばらつきを低減することができるので、冷却後のＨ形鋼の形状のばらつきを低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｈ形鋼のフランジ表面に噴射する冷却水の温度に応じて、冷却水を噴射する流量やＨ形鋼の通材速度を調整するので、冷却水の温度がばらついている場合でも、最初に通材する材料から仕上がり温度と冷却後の形状のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｈ形鋼圧延ラインを示す概略図である。
【図２】Ｈ形鋼を示す図である。
【図３】フランジ水冷設備の概要を説明する図である。
【図４】温度プロフィールの変化例を示す図である。
【図５】フランジ形状不良の発生例である。
【図６】冷却速度係数の測定点を示す図である。
【図７】フランジＡ点での冷却水の温度と冷却速度係数との関係を示す図である。
【図８】フランジＢ点での冷却水の温度と冷却速度係数との関係を示す図である。
【図９】冷却制御処理を実行する冷却制御装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のＨ形鋼の冷却制御方法を適用するＨ形鋼圧延ライン（搬送ライン）を示す概略図である。
この図１に示すように、Ｈ形鋼圧延ライン１は、上流側から下流側に向けて、加熱炉２、粗圧延機３、中間圧延機４、水冷設備５、仕上圧延機６を順次配置している。
加熱炉２は、断面が扁平形状のＨ形鋼素材を所定の温度に加熱するものであり、加熱炉２で加熱処理されたＨ形鋼素材は、粗圧延機３で粗造形圧延される。粗造形後のＨ形鋼素材は、中間圧延機４で中間圧延が施された後、水冷設備５で冷却され、仕上圧延機６で仕上圧延が施されてＨ形鋼が製造される。
【００１３】
図２に示すように、Ｈ形鋼１０は、フランジ１１とウェブ１２とを備え、フランジ１１が鉛直方向となる姿勢でＨ形鋼圧延ライン１の図示しないテーブルロール上を搬送される。そして、水冷設備５は、Ｈ形鋼１０のフランジ１１の外表面から冷却水を噴射することで、Ｈ形鋼１０を冷却するようになっている。
すなわち、水冷設備５は、第１冷却ゾーン５ａと第２冷却ゾーン５ｂとで構成されており、それぞれ冷却水を噴射するためのノズルがＨ形鋼圧延ライン１を挟んで対向配置されている。ここで、第１冷却ゾーン５ａでは、図３（ａ）に示すように、ノズル５ｃから冷却水を噴射してフランジ１１の幅方向中央部をスポット冷却する。また、第２冷却ゾーン５ｂでは、図３（ｂ）に示すように、ノズル５ｄから冷却水を噴射してフランジ１１の全幅を冷却する。
【００１４】
また、中間圧延機４の前後、及び仕上圧延機６の前後には、それぞれ温度計７ａ〜７ｄが配置されている。そのため、温度計７ｂと７ｃとで、水冷設備５による冷却前のフランジ温度と冷却後のフランジ温度とを測定可能となっている。
ここで、フランジ幅方向の温度分布は、冷却水を噴射する流量やＨ形鋼の通材速度、冷却水の温度などにより決定する。つまり、冷却水の流量や通材速度を同一条件に設定しても、冷却水の温度の影響によりフランジ幅方向の温度分布は変化する。
【００１５】
図４は、フランジ１１の温度プロフィール例を示す図である。この図４に示すように、夏季と冬季など、冷却水の温度に差があると温度プロフィールが変化する。具体的には、冬季の冷却水の温度は夏季のそれと比べて著しく低いため、冷却水の流量や通材速度を同一条件に設定しても、冬季の冷却後のフランジ温度は夏季の冷却後のフランジ温度よりも低くなる。このように、温度プロフィールが変化すると、仕上圧延機６でのＨ形鋼の温度（水冷設備５の仕上がり温度）がばらつき、図５（ａ）に示すようなフランジの外倒れや、図５（ｂ）に示すようなフランジの内倒れといった形状不良が発生し得る。
【００１６】
本発明者らは、冷却水の温度に応じて冷却水を噴射する流量や被冷却材であるＨ形鋼素材の通材速度を調整することで、Ｈ形鋼の仕上がり温度や冷却後の形状のばらつきを低減させることができることを知見した。
先ず、本発明者らは、冷却水の水温の影響を評価するために、次のような冷却速度係数実績をＨ形鋼の断面毎に調査した。
冷却速度係数＝（冷却前温度−冷却後温度）／冷却水の流量×通材速度  ………（１）
ここでは、冷却水の流量と被冷却材の通材速度とをそれぞれ標準値に設定した状態で、冷却水の温度を所定範囲（例えば２４℃〜３３℃）内で変化させ、冷却前のフランジ温度と冷却後のフランジ温度とを測定することで、上記冷却速度係数を求めた。
なお、第１冷却ゾーン５ａの冷却水の標準流量は２１００［Ｌ／ｍｉｎ］、第２冷却ゾーン５ｂの冷却水の標準流量は１１６０［Ｌ／ｍｉｎ］、標準通材速度は３．０［ｍ／ｓ］に設定した。このように、このＨ形鋼圧延ライン１では、第１冷却ゾーン５ａ標準流量を、第２冷却ゾーン５ｂの標準流量に対して相対的に大きく設定している。
【００１７】
上記の条件で、図６に示すフランジ１１のＡ点及びＢ点についてそれぞれ冷却速度係数を求めた結果を図７及び図８に示す。この図７と図８とを比較すると、フランジ１１のＢ点における冷却速度係数は、冷却水の温度変化の影響を大きく受けることが分かる。
そこで、本実施形態では、特に第１冷却ゾーン５ａにおいて、図８に示す冷却水の温度と冷却速度係数との関係を用いて、冷却水の温度に応じて冷却水の流量や通材速度といった冷却条件を適正に設定する冷却制御処理を実行する。
【００１８】
図９は、冷却制御処理を実行する冷却制御装置の機能ブロック図である。この冷却制御装置２０は、例えばＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータで構成され、冷却速度係数格納部２１と、目標温度変化設定部２２と、冷却速度係数算出部２３と、流量設定部２４と、通材速度設定部２５とを備える。
冷却速度係数格納部２１は、予め求めた図８に示すような冷却水の温度と冷却速度係数との関係を示す関係式を格納しておく。
【００１９】
目標温度変化設定部２２は、標準冷却条件（標準流量、標準通材速度、標準冷却水温度（ここでは３２℃））での被冷却材の冷却前後の温度変化量を、目標温度変化量として設定する。ここでは、先ず、冷却速度係数格納部２１に格納した関係式を参照し、標準温度（３２℃）における冷却速度係数を算出する。次に、算出した標準温度での冷却速度係数と、標準流量と、標準通材速度とから、上記（１）式をもとに被冷却材の冷却前後の温度変化量（冷却前温度−冷却後温度）を算出する。そして、これを目標温度変化量として設定する。
【００２０】
冷却速度係数算出部２３は、水冷設備５に設置された温度計５Ａで測定した冷却水の温度を入力し、その温度実測値をもとに、冷却速度係数格納部２１に格納した関係式を参照し、温度実測値に対応する冷却速度係数を算出する。
流量設定部２４は、実測した冷却水で冷却したときの冷却前後のフランジ１１の温度変化量が、目標温度変化設定部２２で設定した目標温度変化量となるような冷却水の流量を設定する。具体的には、目標温度変化設定部２２で設定した目標温度変化量と、冷却速度係数算出部２３で算出した冷却速度係数と、標準通材速度とに基づいて、上記（１）式をもとに冷却水の流量を算出する。
すなわち、ここで算出される冷却水の流量は、通材速度を標準通材速度に設定して冷却したとき、フランジ１１の冷却前後の温度変化量が、標準冷却条件で冷却したときのフランジ１１の冷却前後の温度変化量と等しくなるような流量である。
【００２１】
そして、流量設定部２４は、算出した冷却水の流量を流量指令値として水冷設備５の流量制御部５Ｂに出力する。これにより、水冷設備５から噴射される冷却水の流量が、流量指令値に応じて調整される。
ここで、流量設定部２４が冷却水の流量を設定することに代えて、通材速度設定部２５が通材速度を設定するようにしてもよい。この場合、通材速度設定部２５は、実測した冷却水で冷却したときの冷却前後のフランジ１１の温度変化量が、目標温度変化設定部２２で設定した目標温度変化量となるような通材速度を設定する。具体的には、目標温度変化設定部２２で設定した目標温度変化量と、冷却速度係数算出部２３で算出した冷却速度係数と、標準流量とに基づいて、上記（１）式をもとに通材速度を算出する。
すなわち、ここで算出される通材速度は、冷却水の流量を標準流量に設定して冷却したとき、フランジ１１の冷却前後の温度変化量が、標準冷却条件で冷却したときのフランジ１１の温度変化量と等しくなるような通材速度である。
【００２２】
そして、通材速度設定部２５は、算出した通材速度を通材速度指令値としてＨ形鋼圧延ライン１の通材速度制御部１Ａに出力する。これにより、Ｈ形鋼圧延ライン１の通材速度が通材速度指令値に応じて調整される。
このように、本実施形態では、冷却水の温度による冷却速度への影響を予め求めたうえで、冷却水の温度の測定実績により冷却水を噴射する流量や被冷却材の通材速度を設定する。
なお、温度計５Ａが温度測定部に対応し、冷却速度係数算出部２３、流量設定部２４及び通材速度設定部２５が冷却条件調整部に対応している。
【００２３】
（実施例）
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。
ここでは、図１に示すＨ形鋼圧延ライン１において、Ｈ−７００×２００×９×１９のＨ形鋼の水冷を行い、フランジ１１のＡ点及びＢ点における冷却後の実績温度を調査した。
比較例１として、冷却水の流量及び通材速度を標準値（流量：２１００［Ｌ／ｍｉｎ］、通材速度：３．０［ｍ／ｓ］）とし、冷却水の温度を３２℃として実績温度を測定した。
比較例２として、冷却水の流量及び通材速度を標準値（流量：２１００［Ｌ／ｍｉｎ］、通材速度：３．０［ｍ／ｓ］）とし、冷却水の温度を３３℃として実績温度を測定した。
比較例３として、冷却水の流量及び通材速度を標準値（流量：２１００［Ｌ／ｍｉｎ］、通材速度：３．０［ｍ／ｓ］）とし、冷却水の温度を２５℃として実績温度を測定した。
【００２４】
また、実施例１として、通材速度を標準値（３．０［ｍ／ｓ］）、冷却水の温度を２５℃とし、第１冷却ゾーン５ａでの冷却水の流量を冷却制御処理により適正流量に調整して実績温度を測定した。すなわち、２５℃の冷却水で冷却したときの冷却前後の温度変化量が、標準冷却条件（冷却水３２℃）で冷却したときの冷却前後の温度変化量と等しくなるように、冷却水の流量を標準流量よりも少なく設定した。ここでは、冷却水の流量を１８００［Ｌ／ｍｉｎ］に設定した。
【００２５】
さらに、実施例２として、冷却水の流量を標準値（２１００［Ｌ／ｍｉｎ］）、冷却水の温度を２４℃とし、通材速度を冷却制御処理により適正速度に調整して実績温度を測定した。すなわち、２４℃の冷却水で冷却したときの冷却前後の温度変化量が、標準冷却条件（冷却水３２℃）であるときの冷却前後の温度変化量と等しくなるように、通材速度を標準速度よりも速く設定した。ここでは、通材速度を３．４［ｍ／ｓ］に設定した。
上記の方法でそれぞれ冷却後の目標温度と実績温度とを比較した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
この表１からも分かるように、冷却水の温度が標準温度又は標準温度付近である場合には、冷却水の流量及び通材速度が標準値のままでも、冷却後の目標温度に対する実績温度の誤差は少ないことが確認できた（比較例１、比較例２）。しかしながら、冷却水の温度が標準温度に対して著しく低下した場合、冷却水の流量及び通材速度が標準値のままだと、冷却後の目標温度に対する実績温度の誤差が大きくなることがわかる（比較例３）。比較例３では、フランジＢ点での実績温度は、目標温度に対して−４０℃と大きく下回っている。
【００２８】
これに対して、実施例１及び実施例２では、冷却水の温度が標準温度に対して著しく低下している場合であっても、冷却水の流量や通材速度を適正値に調整することで、目標温度と実績温度との誤差を１１℃程度に収めることができることが確認できた。
このように、冷却水の温度によらずに、冷却後の仕上がり温度を略一定に保つことができる。すなわち、冬季など冷却水の温度が夏季と比較して著しく低い場合であっても、冷却水の流量を夏季と比較して少なくしたり、通材速度を速くしたりといった調整を行うことで、冷却水の温度のばらつきに起因する冷却後の仕上がり温度のばらつきを低減することができる。したがって、冷却後のＨ形鋼の形状のばらつきを低減することができる。
【００２９】
また、冷却制御処理に先立って、冷却水を噴射する流量、Ｈ形鋼の通材速度、及び冷却前後のフランジ１１の温度変化量に基づいて決定される冷却速度係数と、冷却水の温度との関係を予め求めておく。そして、冷却水の実測温度に対応する冷却速度係数と目標温度変化量とに基づいて、冷却前後のフランジ１１の温度変化量が目標温度変化量となるように、冷却水を噴射する流量やＨ形鋼の通材速度を調整する。
このように、冷却水の温度による冷却速度への影響を予め求めたうえで、冷却水の流量や通材速度を調整するので、冷却前後のフランジの温度変化量が目標温度変化量となるような適正な冷却条件を設定することができる。
【００３０】
ところで、Ｈ形鋼の冷却制御として、実際に冷却を行った後のＨ形鋼のフランジ幅方向の温度分布を測定した後に、その温度分布に基づいて次材に対する冷却条件を変更するような方法もあるが、この場合、最初に通材するＨ形鋼に対しては適正な冷却条件を設定することができない。そのため、圧延１本目の材料については温度精度が不十分であり、形状不良が発生しやすい。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、冷却水の温度の測定実績により冷却水を噴射する流量や通材速度を調整するので、圧延１本目から目標どおりの温度で材料を製造することができる。
以上のように、冷却水温度のばらつきに起因するＨ形鋼の仕上がり温度や冷却後の形状のばらつきを低減することができるので、良好なフランジ形状を有するＨ形鋼を得ることができる。
【００３２】
（変形例）
上記実施形態においては、冷却水の実測温度に対応する冷却速度係数と目標温度変化量とに基づいて、冷却前後のフランジの温度変化量が目標温度変化量となるように冷却水の流量や通材速度を調整する際、冷却水の流量及び通材速度の何れか一方を標準値に設定し、他方を調整する場合について説明したが、冷却水の流量及び通材速度の両方を調整することもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１…Ｈ形鋼圧延ライン、２…加熱炉、３…粗圧延機、４…中間圧延機、５…水冷設備、５ａ…第１冷却ゾーン、５ｂ…第２冷却ゾーン、５ｃ，５ｄ…ノズル、６…仕上圧延機、７ａ〜７ｄ…温度計、１０…Ｈ形鋼、１１…フランジ、１２…ウェブ
【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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