(57)【要約】【課題】製品の品質を担保すると共に、従来に比べてロールの最小径を小さくすることで大型の製品を製造することが可能な鋼矢板の圧延操業設計方法を提供する。【解決手段】鋼矢板の圧延操業設計方法であって、製造する鋼矢板製品の形状に基いて孔型ロール形状を設計する第１ステップと、実績値に基いた孔型ロールの最小ロール径を用いて仮有効径を設定する第２ステップと、孔型ロールの前記仮有効径で製造される鋼矢板製品の機械的性質が担保されるパススケジュールを設計する第３ステップと、前記パススケジュールにおける被圧延材の仕上がり圧延温度の評価を行う温度評価ステップと、前記パススケジュールにおいて前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクの評価を行う負荷評価ステップと、を備える、鋼矢板の圧延操業設計方法が提供される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼矢板の圧延操業設計方法であって、
製造する鋼矢板製品の形状に基いて孔型ロール形状を設計する第１ステップと、
実績値に基いた孔型ロールの最小ロール径を用いて仮有効径を設定する第２ステップと、
孔型ロールの前記仮有効径で製造される鋼矢板製品の機械的性質が担保されるパススケジュールを設計する第３ステップと、
前記パススケジュールにおける被圧延材の仕上がり圧延温度の評価を行う温度評価ステップと、
前記パススケジュールにおいて前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクの評価を行う負荷評価ステップと、を備える、鋼矢板の圧延操業設計方法。
【請求項２】
前記温度評価ステップは、
前記パススケジュールにおける被圧延材の仕上がり圧延温度が所定の温度範囲の下限値を下回っているか否かを評価する第４ステップと、
前記パススケジュールにおける被圧延材の仕上がり圧延温度が所定の温度範囲の上限値を上回っているか否かを評価する第５ステップからなる、請求項１に記載の鋼矢板の圧延操業設計方法。
【請求項３】
前記負荷評価ステップは、
前記パススケジュールにおいて前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクが、当該孔型ロールの許容荷重及び／又は許容トルクを所定量以上下回っているか否かを評価する第６ステップと、
前記パススケジュールにおいて前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクが、当該孔型ロールの許容荷重及び／又は許容トルクを超過しているか否かを評価する第７ステップからなる、請求項１又は２に記載の鋼矢板の圧延操業設計方法。
【請求項４】
被圧延材の仕上がり温度が前記第４ステップ及び前記第５ステップにおいて所定の温度範囲内に入るまで、前記第２ステップ〜第５ステップを繰り返し行い、
更に、前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクが所定の範囲に収まるまで、前記第２ステップ〜第７ステップを繰り返し行う、請求項３に記載の鋼矢板の圧延操業設計方法。
【請求項５】
前記鋼矢板はハット形鋼矢板であり、前記第４ステップ及び第５ステップにおける所定の温度範囲とは、７２０℃以上８００℃以下である、請求項２〜４のいずれかに記載の鋼矢板の圧延操業設計方法。
【請求項６】
前記鋼矢板の製造は、加熱炉において１２００℃以上に加熱された材料を用いて行われる、請求項１〜５のいずれかに記載の鋼矢板の圧延操業設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばハット形鋼矢板、Ｕ形鋼矢板、Ｚ形鋼矢板等の鋼矢板の圧延操業設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼矢板の製造は、一般的に孔型圧延法によって行われることが知られている。具体的には、孔型圧延法の一般的な工程として、先ず加熱炉において所定の温度に加熱した素材（スラブ等）を、孔型を備えた粗圧延機、中間圧延機及び仕上圧延機によって順に圧延することが知られている。
【０００３】
鋼矢板を含む鋼製品を製造する場合には、一般的に操業を行う圧延設備や圧延条件は、所望の製品品質、操業効率、コスト等を考慮して、総合的に評価され、各事業所にて優先すべき項目の順位を定め設定される。例えば、特許文献１にはＨ形鋼の圧延において圧延能率を定められた条件下において最大とする技術が開示されている。また、例えば特許文献２にはＨ形鋼の圧延において被圧延材に発生する疵を抑制し、圧延能率を大幅に向上させる技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１、２のように、鋼製品を製造する場合の圧延能率の向上については種々の技術が創案されている。ここで、特に鋼矢板製品の製造は、孔型ロールを備えた圧延設備における孔型圧延法によって行われるため、圧延能率にはこの孔型ロールの設計が大きく影響する。具体的には、孔型ロールを造形するに当たり、当該孔型ロールの最小ロール径が所定の値以上でないとロール強度が不足し、ロール折れ等が発生し、ロールコストが過大となってしまう。即ち、孔型ロールの最小ロール径には制約がかかることになり、当該最小ロール径の部分にかかる圧延負荷を制限して操業が行われる。
【０００５】
しかしながら、近年では鋼矢板を打設するにあたりコストの効率的な削減が求められており、打設場所に応じた適切な断面性能の鋼矢板を製造する、即ち、断面性能の異なる複数種の鋼矢板を効率的に製造することが必要とされている。特に、鋼矢板高さの高い大型製品が所望されており、このような大型製品を製造する際には、品質を担保しつつ、ロール径等の圧延条件を最適化することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２９３３９３号
【特許文献２】特開平９−１０８７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、鋼材を圧延する際の圧延条件の最適化においては、ロール形状が決定され、その後操業上許容できるロール有効径を設定している。そして、品質の担保を確認すると共に、圧延時のロールにかかる反力を評価し、パス回数を定めるといった評価を繰り返して最終的に圧延条件が最適化される。即ち、従来技術では、所定のロール有効径を決めた上で、製品の品質を確保し、その中で圧延能率が最大となるようにパス回数を少なくする方法が採用されていた。なお、ここで製品の品質の担保とは、製品の仕上がり温度が所定の範囲内の温度であることによって、当該製品ＪＩＳ規格によって定められる機械的性質（衝撃試験値・伸び）を満足していることをいう。
【０００８】
しかしながら、大型の製品を製造する場合には、ロール有効径をできる限り小さくすることで製品の大型化が実現されるため、製品の品質を確保し、ロール最小径を可能な限り小さくすることが求められる。即ち、上記従来技術では、操業上の制約下で圧延能率を最大とするようにロール最小径を定めていたが、このように定められたロール最小径では十分な大型製品を製造することができないといった問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、製品の品質を担保すると共に、ロール強度を保ちつつ従来に比べてロールの最小径を小さくすることで大型の製品を製造することが可能な鋼矢板の圧延操業設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明によれば、鋼矢板の圧延操業設計方法であって、製造する鋼矢板製品の形状に基いて孔型ロール形状を設計する第１ステップと、実績値に基いた孔型ロールの最小ロール径を用いて仮有効径を設定する第２ステップと、孔型ロールの前記仮有効径で製造される鋼矢板製品の機械的性質が担保されるパススケジュールを設計する第３ステップと、前記パススケジュールにおける被圧延材の仕上がり圧延温度の評価を行う温度評価ステップと、前記パススケジュールにおいて前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクの評価を行う負荷評価ステップと、を備える、鋼矢板の圧延操業設計方法が提供される。
【００１１】
また、前記温度評価ステップは、前記パススケジュールにおける被圧延材の仕上がり圧延温度が所定の温度範囲の下限値を下回っているか否かを評価する第４ステップと、前記パススケジュールにおける被圧延材の仕上がり圧延温度が所定の温度範囲の上限値を上回っているか否かを評価する第５ステップからなるものでも良い。
【００１２】
また、前記負荷評価ステップは、前記パススケジュールにおいて前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクが、当該孔型ロールの許容荷重及び／又は許容トルクを所定量以上下回っているか否かを評価する第６ステップと、前記パススケジュールにおいて前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクが、当該孔型ロールの許容荷重及び／又は許容トルクを超過しているか否かを評価する第７ステップからなるものでも良い。
【００１３】
上記鋼矢板の圧延操業設計方法においては、被圧延材の仕上がり温度が前記第４ステップ及び前記第５ステップにおいて所定の温度範囲内に入るまで、前記第２ステップ〜第５ステップを繰り返し行い、更に、前記仮有効径を設定した孔型ロールに対する圧延荷重及び／又は圧延トルクが所定の範囲に収まるまで、前記第２ステップ〜第７ステップを繰り返し行っても良い。
【００１４】
また、前記鋼矢板はハット形鋼矢板であり、前記第４ステップ及び第５ステップにおける所定の温度範囲とは、７２０℃以上８００℃以下であっても良い。
【００１５】
また、前記鋼矢板の製造は、加熱炉において１２００℃以上に加熱された材料を用いて行われても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、製品の品質を担保すると共に、ロール強度を保ちつつ従来に比べてロールの最小径を小さくすることで大型の製品を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる圧延ラインの概略説明図である。
【図２】第１孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。
【図３】第２孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。
【図４】第３孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。
【図５】第４孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。
【図６】第５孔型の孔型形状についての概略的な説明図である。
【図７】従来の製造方法における圧延操業設計方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る圧延操業設計方法を示すフローチャートである。
【図９】ハット形鋼矢板を製造する孔型ロールの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本実施の形態では鋼材製品としてハット形鋼矢板を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
また、本実施の形態では、ハット形鋼矢板を製造する際に圧延ラインＬ上を通材される鋼材を総称して被圧延材Ａと呼称し、被圧延材Ａの各部位については以下に記述する別途異なる呼称にて記載するものとする。ここで、被圧延材Ａはハット形鋼矢板製品のウェブに対応するウェブ対応部３と、ウェブ対応部３の両端部それぞれに接続されるフランジ対応部４、５と、フランジ対応部４、５のそれぞれの先端に形成される腕対応部６、７と、腕対応部６、７の先端に形成される継手対応部８、９から構成されている。また、継手対応部８、９の先端には爪対応部８ａ、９ａが形成されている。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態にかかるハット形鋼矢板を製造する圧延ラインＬと、圧延ラインＬに備えられる圧延機についての説明図である。図１に示すように、圧延ラインＬには、粗圧延機（ＢＤ）１０、中間圧延機（Ｒ１）１３、仕上圧延機（Ｆ）１９が順に配置されている。圧延ラインＬは複数のラインＬ１〜Ｌ３によって構成されており、ラインＬ１とラインＬ２が隣接し、ラインＬ２とラインＬ３が隣接している。それぞれのラインＬ１〜Ｌ３は、互いの一部が重なるようにして直列的に連結しており、被圧延材ＡはＬ１からＬ２、あるいはＬ２からＬ３に、その幅方向に平行移動して圧延ラインＬを進む構成となっている。
【００２１】
また、図１に示すように、ラインＬ１には粗圧延機１０が配置され、ラインＬ２には中間圧延機１３が配置され、ラインＬ３には仕上圧延機１９が配置されている。各ラインＬ１〜Ｌ３にはそれぞれ別の被圧延材Ａを載せて圧延を行うことが可能であり、圧延ラインＬ上において複数の被圧延材Ａの圧延を同時に並行して実施することが可能な構成となっている。
【００２２】
図１に示す圧延ラインＬにおいては、図示しない加熱炉において例えば１２００℃以上に加熱された矩形材（被圧延材Ａ）が粗圧延機１０〜仕上圧延機１９において順次圧延され、最終製品であるハット形鋼矢板となる。即ち、被圧延材Ａに対して粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程をこの順に行うことで最終製品が製造される。
【００２３】
以下では、圧延ラインＬに配置される粗圧延機１０、中間圧延機１３、仕上圧延機１９（以下、適宜粗圧延機１０〜仕上圧延機１９と略して記載する）に刻設される孔型の構成について、圧延ラインＬの上流から順を追って図面を参照して簡単に説明する。なお、上記粗圧延機１０、中間圧延機１３、仕上圧延機１９は従来から用いられている一般的な設備であるため、本明細書における以下の記述では孔型構成の説明に注視し、詳細な設備構成等についての説明は省略する。
【００２４】
但し、以下に説明する本実施の形態に係る孔型（以下に示す第１孔型〜第５孔型）の構成は、図示の形態に限られるものではなく、例えば孔型の配置順や、各種孔型の修正孔型の増減配列については設備状況や製品寸法等の条件に応じて適宜変更可能である。また、素材の種類によっては、素材からの粗造形過程に用いる予備成形孔型を別途設けるといった構成も考えられる。
【００２５】
また、図２〜図６を参照して以下に説明する孔型は、粗圧延機１０〜仕上圧延機１９の各圧延機に刻設されるものであるが、以下に説明する各孔型をどの圧延機に刻設するかは、設備状況や製品寸法等の条件によって適宜変更可能なものである。そこで、本実施の形態ではこれらの孔型を第１孔型〜第５孔型と呼称し、それぞれの孔型は圧延ラインＬ上流側から順に刻設されていれば良いものとして説明する。なお、図２〜図６には、参考のためにそれぞれの孔型にて圧下・造形される被圧延材Ａの形状を一点鎖線にて図示している。
【００２６】
図２は、第１孔型３０の孔型形状についての概略的な説明図である。図２に示すように、第１孔型３０は上孔型ロール３０ａと下孔型ロール３０ｂから構成され、この第１孔型３０によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下が行われる。
【００２７】
図３は、第２孔型４０の孔型形状についての概略的な説明図である。図３に示すように、第２孔型４０は上孔型ロール４０ａと下孔型ロール４０ｂから構成され、この第２孔型４０によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下が行われ、それと共に、爪対応部８ａ、９ａの高さを所望の高さに揃えるような成形が行われる。
【００２８】
図４は、第３孔型５０の孔型形状についての概略的な説明図である。図４に示すように、第３孔型５０は上孔型ロール５０ａと下孔型ロール５０ｂから構成され、この第３孔型５０によって被圧延材Ａ全体に対して厚み圧下が行われる。
【００２９】
図５は、第４孔型６０の孔型形状についての概略的な説明図である。図５に示すように、第４孔型６０は上孔型ロール６０ａと下孔型ロール６０ｂから構成され、この第４孔型６０では、被圧延材Ａの被圧延材Ａの爪対応部８ａ、９ａの成形が重点的に行われる。具体的には爪対応部８ａ、９ａの爪高さを所望の高さに揃えて成形するような圧下が行われる。
【００３０】
図６は、第５孔型７０の孔型形状についての概略的な説明図である。図６に示すように、第５孔型７０は上孔型ロール７０ａと下孔型ロール７０ｂから構成され、この第５孔型７０では、被圧延材Ａの継手対応部８、９の曲げ成形や、軽圧下圧延による被圧延材Ａ全体の整形が行われる。具体的には、爪対応部８ａ、９ａを含む継手対応部８、９全体を製品の継手形状に近い形状となるように曲げる継手成形が行われる。これにより、第５孔型７０ではハット形鋼矢板製品に極めて近い形状まで被圧延材Ａが成形されることとなる。特に第５孔型７０では、被圧延材Ａの継手対応部８、９の形状を製品形状に近い形状とするような成形が行われる。
【００３１】
以上、図２〜図６を参照して第１孔型３０〜第５孔型７０の孔型形状について説明した。上述したように、孔型圧延法は粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程からなり、例えば第１孔型３０〜第４孔型６０までの孔型において粗圧延工程及び中間圧延工程が順次行われ、第５孔型７０における圧延が仕上圧延工程とされる。第１孔型３０〜第５孔型７０の孔型形状はいずれも略ハット形形状であるが、後段の孔型へいくほど製品形状に近い形状にて刻設されている。即ち、最終工程が行われる第５孔型７０の孔型形状は、略ハット形鋼矢板製品形状となる。
【００３２】
本実施の形態では圧延ラインＬには粗圧延機１０〜仕上圧延機１９が配置されているものとしているが、第１孔型３０〜第５孔型７０は各圧延機に任意の構成にて分散して刻設される。一例としては、粗圧延機１０に第１孔型３０が刻設され、中間圧延機１３に第２孔型４０及び第３孔型５０が刻設され、仕上圧延機１９に第４孔型６０及び第５孔型７０が刻設されるといった構成が挙げられる。ただし、本発明における孔型構成はこのような構成に限定されるものではない。
【００３３】
また、上記説明した第１〜第５孔型に加え、継手対応部８、９の成形（即ち、継手成形工程）を行う孔型を更に設けた構成としても良い。この継手成形工程を行う孔型は、例えば粗圧延機１０に設けられる。このような孔型を設けることで、鋼矢板製品の継手部や爪部の成形をより高精度で行うことが可能となる。
更には、上記第１〜第５孔型に加え、被圧延材Ａ全体の厚み圧下を加えるような孔型を設けた構成としても良い。このような孔型は、例えば中間圧延機１３に設けられ、鋼矢板製品の厚み圧下をより高精度で行うことが可能となる。
【００３４】
本発明者らは、上記第１〜第５孔型を構成する孔型ロールのロール径の設定を行う場合（圧延条件を設定する場合）に、製品の品質を担保しつつロールの最小径を小さくするような設定方法について鋭意研究を行った。従来、所定のロール有効径を決めた上で、製品の品質を確保し、その中で圧延能率が最大となるようにパス回数を少なくし、圧延反力の評価を行って最終的な圧延条件を定めるといった方法が採られていた。ここで、圧延時のパス回数を増やすことで、１パス当たりの圧延荷重を低減させ、用いるロールの最小径をより小さくすることが可能となることを知見した。なお、本知見に基づく圧延条件の設定方法は、上記第１〜第５孔型のいずれに対しても適用可能であるが、通常、同一形状の製品を製造する際には第１〜第５孔型の形状は連動しており、ロールコストの影響度、被圧延材の加工度などから優先的に圧延条件を見直す孔型を選定することが望ましい。一般的には、実質の製品厚みを決める第３孔型の機能を持つロールに対して優先的に適用することが効果的である。更には、圧延ラインＬ上の全ての孔型に対して適用することも可能である。
【００３５】
以下では、従来の製造方法における圧延操業設計と、上記知見に基づく本発明に係る製造方法における圧延操業設計について、それぞれフローチャートを参照して説明する。なお、以下に説明する圧延操業設計は、実機による測定やシミュレーションによって実施される。
【００３６】
図７は、従来の製造方法における圧延操業設計方法を示すフローチャートであり、各ステップ１〜８をそれぞれＳ１〜Ｓ８と記載している。図７に示すように、先ず、Ｓ１としてロール形状（孔型形状）の設計が行われる。このロール形状の設計は製品形状に応じて一義的に決まるものであり、製造する製品の形状毎に異なるものである。
【００３７】
次に、ロール形状が決定した後、Ｓ２として操業上許容できるロール径の範囲（以下、有効径とも呼称する）の設定が行われる。ここで設定される有効径とは、品質の担保を確認した状態で操業上許容できるロール径の範囲（即ち、最大ロール径と最小ロール径との差）を指している。この操業上許容できるロール径の範囲については、例えばロール摩耗量に基いて評価したロールの寿命計算等により判断される。
【００３８】
続いて、Ｓ２で定めた有効径を前提として、Ｓ３として圧延後の製品が所定の品質（機械的性質）を担保するためのパススケジュールの設計（操業設計）を行う。
【００３９】
次に、Ｓ４として、圧延後の製品の温度（仕上がり圧延温度）が所定の値を下回っているか否かを評価する。ここで、仕上がり圧延温度は、製品が所定の品質を保つために、ある一定の温度範囲内でなくてはならない。但し、上記Ｓ２において、製品の品質を担保した上で操業上許容できるロール最小径を設定し、それに基づきＳ３にてパススケジュールの設計をしているため、通常は仕上がり圧延温度が所定値を下回ることは無い。
【００４０】
次いで、Ｓ５として圧延後の製品の温度（仕上がり圧延温度）が所定の値を上回っているか否か評価を行う。ここで、仕上がり圧延温度は、製品が所定の品質を保つために、ある一定の温度範囲内でなくてはならない。即ち、Ｓ５では、仕上がり圧延温度が当該温度範囲内の上限値を超えているか否かの判定を行う。ここで、仕上がり圧延温度が所定の温度範囲内に入っていない場合には、再度上記Ｓ３に戻り、パス回数を含めた操業条件についての再設定が行われる。この操業条件の再設定ではパス回数に加え、圧延速度や鋼材重量についての検討も行われる。
【００４１】
なお、一般的な鋼矢板製品として、製品の品質が担保されるような仕上がり圧延温度の所定の温度範囲は、例えば１２００℃の素材を用いてハット形鋼矢板製品を製造する場合には７２０℃〜８００℃である。また、被圧延材の温度は非特許文献１（棒線・形・管圧延  世界をリードする圧延技術（塑性加工技術シリーズ８）、日本塑性加工学会編、コロナ社、１９９１年８月２０日）の８７頁等に記載される、非定常熱伝導方程式によって算出される。
【００４２】
そして、Ｓ６、Ｓ７として圧延反力についての評価を行う。具体的には、上記Ｓ１にて設定されたロールの有効径の範囲内において最小径のロールに対して、実際に当該ロールにかかる荷重や圧延トルクがどの程度であるかを算出し、許容荷重・許容トルクと比較して当該ロールにかかる荷重やトルクが、許容荷重・許容トルクを大幅に下回っていない否か（Ｓ６）、あるいは、許容荷重・許容トルクを超えていないか否か（Ｓ７）を判定する。ここで、ロールの許容荷重をＰ許容とし、シミュレーションあるいは実測によって導かれるロールにかかる荷重をＰ実績とすると、Ｓ６、Ｓ７においては、例えばＰ実績がＰ許容の９０％〜９５％程度であることが好適条件である。Ｐ実績がＰ許容を大幅に下回る場合（Ｓ６においてＰ実績＜＜Ｐ許容）や、Ｐ実績がＰ許容を超過している場合（Ｓ７においてＰ実績＞Ｐ許容）には、再度上記Ｓ３に戻り、操業条件についての再設定が行われる。
【００４３】
ここで、圧延荷重や圧延トルクの計算は、例えば非特許文献１（棒線・形・管圧延  世界をリードする圧延技術（塑性加工技術シリーズ８）、日本塑性加工学会編、コロナ社、１９９１年８月２０日）の８５頁から８８頁等に記載される、矩形換算法によって行われる。
【００４４】
なお、圧延荷重や圧延トルク、仕上がり圧延温度の評価については、試験圧延や実操業によって得られたデータに基いて行うこともでき、またそれらデータに基いて上述した評価についての修正を行うことも可能である。
【００４５】
そして、Ｓ１〜Ｓ７について繰り返し検証を行い、製品が所定の品質を満たした上で、ロールの有効径の範囲内において最小径のロールにかかる荷重が好適条件を満たすことが認められると、Ｓ８として操業設定が完了する。
【００４６】
以上、図７に示すフローチャートを参照して説明したＳ１〜Ｓ７を繰り返し、従来の製造方法における圧延操業設計方法は行われる。この図７に示す従来の圧延操業設計方法の特徴は、Ｓ１としてロール形状設計が行われた後、Ｓ２において操業上許容可能なロールの有効径の範囲を定めることにある。これにより、設定される操業条件では、決められた有効径の範囲内で最大の圧延能率を指向することとなる。
【００４７】
図８は、本発明に係る圧延操業設計方法を示すフローチャートであり、各ステップ１〜８をそれぞれＭ１〜Ｍ８と記載している。図８に示すように、先ず、Ｍ１としてロール形状（孔型形状）の設計が行われる。このロール形状の設計は、上記従来の方法と同じく製品形状に応じて一義的に決まるものであり、製造する製品の形状毎に異なるものである。
【００４８】
次に、Ｍ２として、用いるロールの最小径を極めて小さい値でもって仮設定する。この仮設定されるロール最小径の値は、例えば過去に製造した製品にて用いたロールの最小径等の実績値を参考に適宜定められる。具体的には、例えば各有効幅の代表商品である有効幅５００ｍｍのＶＬ型鋼矢板や、有効幅６００ｍｍのＩＩＷ型鋼矢板、有効幅９００ｍｍの１０Ｈ形鋼矢板等の圧延におけるロールの有効径に基いて設定される。これは各有効幅の商品の中で、製品高さの低い商品を選定したものであり、最小径が小さくなるように配慮している。以下では、この仮設定されたロール最小径を用いて設定される径範囲（設定されたロール最大径とロール最小径の差）を仮有効径と呼称する。
【００４９】
続いて、Ｍ２で定めた仮有効径を前提として、Ｍ３として圧延後の製品が所定の品質（機械的性質）を担保するためのパススケジュール設計（操業設計）を行う。
【００５０】
次に、Ｍ４として、圧延後の製品の温度（仕上がり圧延温度）が所定の値を下回っているか否かを評価する。ここで、仕上がり圧延温度は、製品が所定の品質を保つために、ある一定の温度範囲内でなくてはならない。仕上がり圧延温度が所定の値を下回った場合には、Ｍ２に戻り、定める仮有効径の値を小さくする。即ち、圧延パス回数を減らすために、ロール最小径を少し大きくして、許容できる圧延荷重を大きくする。なお、本発明に係る方法では、ロール最小径を極めて小さい値として仮設定しており、後述するＭ７における圧延反力の評価を行うことで、圧下を行うためのパス回数が従来に比べ増えることになる。パス回数が増えることで、仕上がり圧延温度は低下することになるため、このＭ４での仕上がり圧延温度の評価が重要となる。そして、このＭ４における評価に基いて設定する仮有効径の値を小さくし、パス回数の減少に伴い仕上がり圧延温度が所定の値を下回らないような条件を得ることができる。
【００５１】
次いで、Ｍ５として圧延後の製品の温度（仕上がり圧延温度）が所定の値を上回っているか否か評価を行う。ここで、仕上がり圧延温度は、製品が所定の品質を保つために、ある一定の温度範囲内でなくてはならない。即ち、Ｍ５では、仕上がり圧延温度が当該温度範囲内の上限値を超えているか否かの判定を行う。但し、本発明に係る方法では、上述したようにロール最小径をできる限り小さい値に設定して、パス回数を比較的多い回数として圧延を行うことが前提であるため、通常は仕上がり圧延温度が所定温度範囲の上限値を超えることはないが、Ｍ５にて仕上がり圧延温度が所定の温度範囲内に入っていない場合には、再度上記Ｍ３に戻り、パス回数を含めた操業条件についての再設定が行われる。
【００５２】
そして、Ｍ６、Ｍ７として圧延反力についての評価を行う。具体的には、上記Ｍ１〜Ｍ５にて設定された条件下において設定した仮有効径のロールに対して、実際に当該ロールにかかる荷重がどの程度であるかを算出し、許容荷重・許容トルクと比較して当該ロールにかかる荷重・トルクが、許容荷重・許容トルクを大幅に下回っていないか否か（Ｍ６）、あるいは、許容荷重・許容トルクを超えていないか否か（Ｍ７）を判定する。但し、Ｍ６では仮有効径を設定したロールにかかる荷重・トルクが当該ロールの許容荷重・許容トルクを大幅に下回っていないか否かを評価するものとしているが、本発明に係る方法では、上述したようにロール最小径をできる限り小さい値に設定しているため、ロールにかかる荷重・トルクが許容荷重・許容トルクを大幅に下回るということは考えにくい。
【００５３】
また、ロールの許容荷重をＰ許容とし、シミュレーションあるいは実測によって導かれるロールにかかる荷重をＰ実績とすると、Ｍ７においては、例えばＰ実績がＰ許容の９０％〜９５％程度であることが好適条件である。この好適条件（Ｐ実績がＰ許容の９０％〜９５％程度）は、圧延操業のバラツキを考慮したものである。圧延操業のバラツキとは、例えばロールの圧延荷重が抽出されてからの経過時間や、運転が自動で行われているか手動で行われているかといった条件の違い、材料のバラツキ等の種々の要因に基くものである。即ち、特定の所定設備における圧延プロセスでは、当該設備において事前に評価試験を行って圧延操業のバラツキがどの程度であるかを評価し、上記好適条件を定めることができる。このＭ７においては、Ｐ実績がＰ許容を超過している場合（Ｐ実績＞Ｐ許容）に、再度上記Ｍ３に戻り、操業条件についての再設定が行われる。
【００５４】
そして、Ｍ１〜Ｍ７について繰り返し検証を行い、製品が所定の品質を満たした上で、仮設定したロール径によって操業を行い、当該ロールにかかる荷重が好適条件を満たすことが認められると、Ｍ８として操業設定が完了する。なお、図８に示したＭ４、Ｍ５における被圧延材の温度の算出は、上記従来の場合と同様に非定常熱伝導方程式によって行われる。また、Ｍ６、Ｍ７における圧延荷重・圧延トルクの算出についても、上記従来の場合と同様に矩形換算法によって行われる。
【００５５】
以上、図８に示すフローチャートを参照して説明したＭ１〜Ｍ７を繰り返し、本発明に係る圧延操業設計方法は行われる。この図８に示す本発明に係る圧延操業設計方法の特徴は、Ｍ１としてロール形状設計が行われた後、Ｍ２において用いるロールの最小径を、過去の製品の実績値等に基いて極めて小さい値でもって仮設定し、Ｍ３〜Ｍ７における検証に従って、仮設定された仮有効径を徐々に縮小していくことにある。これにより、設定される操業条件におけるロールの最小径は、製品の品質の担保を前提とした操業において可能な限り小さい径を設定することが可能となる。
【００５６】
図７と図８を参照して従来の操業設計方法と、本発明に係る操業設計方法を比較検討すると、従来の操業設計方法では、製品の品質の担保と共に、決められた有効径の範囲内で最大の圧延能率を指向するのに対し、本発明に係る操業設計方法では、製品の品質の担保と共に、設備上運用が可能な最小のロール径を設定することが可能となっている。
【００５７】
ここで、上記第１〜第５孔型に示した孔型によって製造されるハット形鋼矢板の製造について考察すると、用いる孔型ロールの最小ロール径が小さい程高さの高い製品が製造できる。図９（ａ）、（ｂ）は、ハット形鋼矢板を製造する孔型ロールの概略図であり、幅が同じで高さの異なる２種類の製品を製造する場合を示したものである。
【００５８】
ここで、図９（ａ）に示す孔型ロールのロール最小径はＲ１であり、図９（ｂ）に示す孔型ロールのロール最小径はＲ１より小さいＲ２（Ｒ１＞Ｒ２）である。図９（ａ）に示す孔型によって製造されるハット形鋼矢板製品に比べ、図９（ｂ）に示す孔型によって製造されるハット形鋼矢板製品はフランジ部が長く、高さの高い製品となる。図９（ａ）と図９（ｂ）を比較して分かるように、孔型ロールのロール最小径が小さい程、高さの高いハット形鋼矢板製品を製造することが可能である。
【００５９】
従って、従来の操業設計方法（図７参照）よりも小さいロール径を孔型ロールの最小径に設定することが可能な本発明に係る操業設計方法（図８参照）を用いることで、製品品質を担保しつつ、従来製品よりも高さの高いハット形鋼矢板製品を製造することができる。また、この場合に、孔型ロールそのものを大型化するといった設備の増強や新たに圧延スタンドを設けるといったことを必要としないため、設備コストの増大を抑えつつ、大型製品を製造することが可能となる。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
例えば、上記実施の形態では鋼矢板製品としてハット形鋼矢板を製造する場合を例に挙げて図示・説明しているが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、Ｕ形鋼矢板、Ｚ形鋼矢板等の様々な鋼矢板製品に対して適用することが可能である。即ち、孔型ロールを用いた孔型圧延法によって鋼材製品を製造する場合に、ロール最小径を本発明に係る方法によって設定することで、種々の製品について大型化させた製品を製造することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、例えばハット形鋼矢板、Ｕ形鋼矢板、Ｚ形鋼矢板等の鋼矢板の製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００６３】
３…ウェブ対応部
４、５…フランジ対応部
６、７…腕対応部
８、９…継手対応部
８ａ、９ａ…爪対応部
１０…粗圧延機
１３…中間圧延機
１９…仕上圧延機
３０、４０、５０、６０、７０…第１〜第５孔型
Ｌ（Ｌ１〜Ｌ３）…圧延ライン
Ａ…被圧延材
【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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