(57)【要約】【課題】強度が向上した鋼材を鋼材の断面形状に合わせて切断する場合であっても、効率良く切断できるようにする。【解決手段】ラインを搬送されてくるＨ形鋼１１を切断するホットソー６ａの進行方向前方に、ホットソー６ａによる切断部位を加熱するトーチ１２を、ホットソー６ａと共に移動すべく近接配置する。Ｈ形鋼１１の形状にあわせて、トーチ１２とＨ形鋼の加熱部位との距離が略一定となるように、トーチ１２の位置を制御する制御器を備える。この切断装置を用い、トーチ１２の位置を、Ｈ形鋼１１の形状にあわせてトーチ１２とＨ形鋼１１の加熱部位との距離が略一定となるように制御しつつ、このトーチ１２でＨ形鋼１１を加熱しながら、該加熱部分をホットソー６ａで切断する。【効果】従来、切断がネックとなって製造が不可能であった高強度高靭性の鋼材を、高能率で製造可能となる。【選択図】図２
2009220232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットソーを用いて鋼材を切断するに際し、
ホットソーの進行方向前方に、ホットソーと共に移動すべく、トーチを近接配置し、
このトーチの位置を、前記鋼材の形状にあわせて当該トーチと鋼材の加熱部位との距離が略一定となるように制御しつつ、このトーチで前記鋼材を加熱しながら、該加熱部分をホットソーで切断することを特徴とする鋼材の切断方法。
【請求項２】
鋼材のホットソー切断部位の表面温度が６００℃以上になるように、
前記トーチの位置、或いは前記トーチの火力の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の鋼材の切断方法。
【請求項３】
鋼材の前記加熱を複数のトーチで行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼材の切断方法。
【請求項４】
鋼材の搬送ラインに設置され、このラインを搬送されてくる鋼材を切断するホットソーと、
このホットソーの進行方向前方に、このホットソーと共に移動すべく近接配置され、前記ホットソーによる切断部位を加熱するトーチと、
前記鋼材の形状にあわせて、前記トーチと鋼材の加熱部位との距離が略一定となるように、前記トーチの位置を制御する制御器と、
を備えたことを特徴とする鋼材の切断装置。
【請求項５】
前記鋼材の、前記トーチにより加熱された部位の表面温度を測定する温度測定装置と、
前記トーチの火力を制御する火力制御機構を、
更に有することを特徴とする請求項４に記載の鋼材の切断装置。
【請求項６】
前記トーチが複数であることを特徴とする請求項４又は５に記載の鋼材の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材を切断する方法、及びこの切断方法を実施する切断装置に関するものである。より具体的には、圧延ラインで圧延された複雑な断面形状を有する形鋼を、熱間鋸断機（以下，ホットソーという。）によって，その幅方向に切断する方法、及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｈ形鋼に代表される形鋼の熱間圧延による製造ラインでは、圧延ラインの末端に、形鋼をその幅方向に切断するホットソーを設置し、圧延された形鋼を所定の位置で切断することが行われている。
【０００３】
この形鋼の切断に際しては、搬送ライン方向と直交する方向に配置された円形鋸刃を回転させることにより形鋼を幅方向に切断する方法が採られている。
【０００４】
回転する円形鋸刃が形鋼に接触して切断を始めると、形鋼は、内部応力等によって長手方向に逆への字状態となり、円形鋸刃は両側の切断面によって締め付けられる。このため、円形鋸刃の寿命低下や、切れ味の低下に起因する切断バリの発生等が生じ、円形鋸刃の交換等のためのライン停止を余儀なくされ、ライン停止による弊害がもたらされていた。
【０００５】
また、最近では、形鋼に求められる仕様、とりわけ機械的性質は徐々に厳しくなってきており、性能向上を目的として、圧延中に水冷を行うことにより材料の組織を制御したＴＭＣＰ（Thermal Mechanical Control Process）材の割合が増えつつある。
【０００６】
製造条件がＴＭＣＰ仕様の場合、形鋼の形状・サイズ毎に冷却条件も異なるため、アズロール材ではあまり認められなかった材料の反り等の変形が大きく発生する。特に、近年需要が増加している極厚Ｈ形鋼では、仕上げ圧延の終了後に水冷装置を通過させて急冷することが行われている。
【０００７】
従って、この場合、切断工程における鋼材の温度は、非水冷材に比べてかなり低くなり、鋼材温度がホットソーによる切断の限界温度とされる６００℃を下回る場合も生じてきている。また、鋼材の断面積が大きく、かつ反りも大きいため、切断時の負荷が益々高くなってきている。
【０００８】
上述した極厚Ｈ形鋼のように、低温化による切断抵抗の増加と、大型化による断面積の増加は、円形鋸刃の短命化に留まらず、生産そのものを阻害する。具体的には、ホットソーで切断できない鋼材では、一旦オフラインとしてバンドソー等で改めて切断することが必要となり、生産効率を低下させる要因となる。
【０００９】
このような切断時の問題に対して、形鋼の切断部を鋸刃方向に押圧して、切断面を長さ方向に広げて切断すること、すなわち切断部をパスライン上方に持ち上げて切断する方法が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開昭５４−１２０４８６号公報
【００１０】
特許文献１に記載された実施例によれば、形鋼の切断部をパスラインから１０mm程度持ち上げることにより、被切断材である形鋼の内部応力を除去して、切断完了面が円形鋸刃を締め付けることが無いような工夫が加えられている。
【００１１】
しかしながら、反り量が大きく、かつ、断面積の大きな極厚Ｈ形鋼のような場合には、回転する円形鋸刃が形鋼に接触して切断を始めると、形鋼の内部応力等により切断完了面が鋸刃を締め付けてしまい、鋸刃の寿命延長効果が得られないばかりか切断不能になることが頻度高く発生している。
【００１２】
また、特許文献２には、ラインで圧延された棒状体鋼材を鋸刃によりその幅方向に切断するに際し、鋼材の長さ方向に前後してそれぞれ配置された鋼材支持装置を、切断部の反り量に応じて上昇制御して切断部近傍を支持しつつ切断する方法が開示されている。
【特許文献２】特開２０００−２４６５４１号公報
【００１３】
しかしながら、特許文献２で開示された方法では、鋼材の切断部の反り量の測定装置や鋼材支持装置の上昇量の制御が必要であることから、装置自体が複雑となり、また高額な設備投資が必要といった問題がある。
【００１４】
一方、鋼材を冷間で切断する際の騒音やバリを低減させるために、予め鋼材の切断部位を高周波加熱する方法（特許文献３）や、トーチで加熱する方法（特許文献４）が開示されている。
【特許文献３】実開昭５６−１２１５１７号公報
【特許文献４】実開昭５１−４３９８９号公報
【００１５】
しかしながら、これら特許文献３、４で開示された方法では、形鋼（例えばＨ形鋼）のような複雑な断面形状を有する鋼材を切断する際に、高周波誘導加熱コイルの形状を鋼材の形状に合わせて変える必要がある。
【００１６】
また、ホットソーの動きに追従するトーチで加熱する場合は、鋼材とトーチの距離が適切でないと、極厚Ｈ形鋼のようなとりわけ肉厚な鋼材の場合や、切断速度が速い場合は、鋼材を所定温度に加熱できない。また、トーチと鋼材が干渉するという問題もある。
【００１７】
なお、高温の鋼材を、ホットソー等の円形鋸刃を有する切断手段を用いて切断する際に、切断部に発生するバリを効率よく除去する方法として、特許文献５が開示されている。この方法は、鋼材下面の切断溝を挟んで切断終端部両側に発生したバリに対し、バリが付着した長手方向に向けて、その火口中央部を切断溝に向けたバリ取り火口を設置し、該火口から燃料ガス及び酸素を噴出して前記両側のバリを同時に溶融除去するものである。
【特許文献５】特開２００４−１９５４７９号公報
【００１８】
この特許文献５で開示された方法は、バリを除去するためには有効であるが、ホットソーによる鋼材の切断中に、ホットソーに作用する抵抗力、及びそれに起因するホットソーの目詰りを抑制する上では有効ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明が解決しようとする問題点は、ＴＭＣＰ型Ｈ形鋼のような、仕上げ圧延後に水冷されて強度が向上した鋼材を、鋼材の断面形状に合わせて切断する場合、円形鋸刃の寿命が短くなったり、装置自体が複雑となったりするという点である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の鋼材の切断方法は、
ＴＭＣＰ型Ｈ形鋼のような、仕上げ圧延後に水冷されて強度が向上した鋼材を、鋼材の断面形状に合わせてホットソーで切断することを可能にし、かつ、円形鋸刃の寿命向上をも図るために、
ホットソーを用いて鋼材を切断するに際し、
ホットソーの進行方向前方に、ホットソーと共に移動すべく、トーチを近接配置し、
このトーチの位置を、前記鋼材の形状にあわせて当該トーチと鋼材の加熱部位との距離が略一定となるように制御しつつ、このトーチで前記鋼材を加熱しながら、該加熱部分をホットソーで切断することを最も主要な特徴としている。
【００２１】
本発明の鋼材の切断方法は、
鋼材の搬送ラインに設置され、このラインを搬送されてくる鋼材を切断するホットソーと、
このホットソーの進行方向前方に、このホットソーと共に移動すべく近接配置され、前記ホットソーによる切断部位を加熱するトーチと、
前記鋼材の形状にあわせて、前記トーチと鋼材の加熱部位との距離が略一定となるように、前記トーチの位置を制御する制御器と、
を備えた本発明の鋼材の切断装置を用いて実施できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、ＴＭＣＰ仕様のように仕上げ圧延後に急冷されて強度が向上した鋼材でも、ホットソーの円形鋸刃の磨耗、摩滅により切断不能となる問題が解消でき、従来、切断がネックとなって製造が不可能であった高強度高靭性の鋼材を、高能率で製造可能となる。
【００２３】
また、ホットソーの円形鋸刃の寿命向上による工具原単位の向上と、それによる鋼材の製造コスト削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
発明者らは、Ｈ形鋼や山形鋼、溝形鋼のような熱間圧延で製造される、とりわけＴＭＣＰ仕様のように仕上げ圧延後に急冷されて強度が向上した鋼材に関して、製造ラインの下流に設置されたホットソーの円形鋸刃の磨耗、摩滅により切断不能となる問題を調査した。
【００２５】
その結果、
1) 鋼材の切断直前に、鋼材の切断部位（円形鋸刃の鋼材への切込み位置）を予め加熱すること、
2) 鋼材の断面形状によって変化する円形鋸刃と鋼材の接触開始（予定）位置（円形鋸刃の鋼材への切込み（予定）位置）を検出すること、
3) 検出した前記接触開始位置に応じて、鋼材の切断部位の表面温度が安定して６００℃以上になるように、鋼材を加熱する熱源（トーチ）の位置を適切に制御すること、
4) さらに必要により熱源（トーチ）の火力を変化させること、
により鋼材切断位置の有効な加熱が可能となり、切断抵抗の安定した低減と、それによるホットソーの円形鋸刃の寿命向上が実現することを見出した。
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
図１は、本発明の切断対象である例えばＨ形鋼の熱間製造ラインの一例を示す図である。
【００２７】
Ｈ形鋼の場合、連続鋳造されたスラブあるいはビームブランク（粗形鋼片）を素材として、まず加熱炉１で１２５０℃から１３５０℃に加熱され、その後、粗圧延機２、中間圧延機３、及び仕上げ圧延機４を経てＨ形鋼１１に造形される。
【００２８】
仕上げ圧延後のＨ形鋼１１は、定寸機５とホットソー６を用いて所定の製品長さに切断され、その後、冷却床に搬送されて常温まで放冷され、矯正工程、検査工程を経て製品となる。なお、図１中の７は水冷装置を示す。
【００２９】
図１では、ホットソー６と定寸機５は各々２基設置した例を示している。これは、上流側のホットソー６ａと定寸機５ａを用いて圧延後のＨ形鋼１１を製品長の２倍あるいは３倍の長さに切断した後、下流側のホットソー６ｂと定寸機５ｂを用いてＨ形鋼１１を所定の製品長に切断することで、切断能率の向上を図るためである。しかしながら、設置するホットソー６と定寸機５の数は図１に示した例に限らない。
【００３０】
図２は、Ｈ形鋼１１を本発明の切断方法によって切断する場合を、Ｈ形鋼１１の側面（Ｈ形鋼の長手方向）から見た状況を示す説明図で、（ａ）はＨ形鋼１１のフランジを切断する直前の状態を示した図である。また（ｂ）は、（ａ）の状態からＨ形鋼１１の切断が進行し、Ｈ形鋼１１のウエブを切断中の状態を示した図である。図２以降の図では上流側のホットソー６ａと定寸機５ａを用いた切断について説明する。
【００３１】
本発明は、ホットソー６ａの円形鋸刃６ａａを覆うカバー６ａｂの前方（ホットソー６ａの進行方向）に、Ｈ形鋼１１の加熱用トーチ１２を設けている。このトーチ１２は、例えば油圧シリンダー１３のロッドの出退によって、Ｈ形鋼１１を搬送するローラーテーブル１４に対して接離移動が可能なように構成されている。
【００３２】
図２の例では、前記油圧シリンダー１３に非接触式の距離センサー１５を取付け、この距離センサー１５によって、距離センサー１５からＨ形鋼１１までの距離Ｌ1を検出し、この検出した距離Ｌ1を制御器（図示省略）に送信するものを示している。
【００３３】
制御器では、予め取り込んでいる、油圧シリンダー１３からトーチ１２の先端までの繰り出し量Ｌ2を、前記距離Ｌ1から減算した値Ｌ1−Ｌ2（トーチ１２の先端とＨ形鋼１１との距離Ｌ3）が所定の値となるように、油圧シリンダー１３のロッドを出退動させる。
【００３４】
このようにしてトーチ１２の先端とＨ形鋼１１の切断予定位置との距離Ｌ3を、図２（ａ）のフランジを切断する直前の状態や、図２（ｂ）のウエブを切断中の状態でも、略一定に保つようにする。
【００３５】
本発明では、このように、Ｈ形鋼１１のどの位置を切断する場合も、トーチ１２の先端とＨ形鋼１１の切断予定位置との距離Ｌ3を略一定に保ちつつ、トーチ１２からの火炎で、Ｈ形鋼１１の切断予定位置の表面温度が６００℃以上となるように加熱する。
【００３６】
この加熱の際、Ｈ形鋼１１の部位によって大きく表面温度が変動し、トーチ１２の火力が一定では表面温度が６００℃以上にならない部分がある場合は、可燃ガスの流量制御機構（図示省略）によりトーチ１２の火力を制御し、６００℃以上となるようにする。
【００３７】
この場合、Ｈ形鋼１１の加熱された部位の表面温度を測定する必要がある。この温度測定装置としては、図３に示すような非接触式の温度計１６（例えばスポット測定可能な赤外線放射温度計）をホットソー６ａの近傍に設け、当該温度計１６で検出した温度に基づき、可燃ガス流量制御機構によりトーチ１２の火力を制御すれば良い。
【００３８】
なお、前記非接触式の温度計１６は、ホットソー６ａによるＨ形鋼１１の切断に伴って発生する火花や蒸気の影響をさけるため、少し離れたところに設置することが望ましい。また、必要により、Ｈ形鋼１１の切断部位から発生する蒸気を除去するためのエアーブロワー（送風機）やエアーノズル（圧搾空気噴出し管）を設置してもよい。
【００３９】
図４は、本発明の切断方法によって、山形鋼２１を切断する場合の説明図である。
図４のように山形鋼２１を切断する場合は、図２に示すＨ形鋼１１のフランジ部を切断する場合と異なり、山形鋼２１表面の水平面に対する傾斜が緩やかである。
【００４０】
従って、トーチ１２の先端と山形鋼２１の切断予定位置との距離Ｌ3を測定し、この測定値に基づいてトーチ１２を移動させる機構として、図４では、以下のような構成を採用している。
【００４１】
すなわち、トーチ１２は、ばね１７によって山形鋼２１に押付けられるように、カバー６ａｂに取付けられ、このトーチ１２に、山形鋼２１の形状に倣うトレース用車輪１８を設置する。
【００４２】
このような構成を採用することで、山形鋼２１の形状に倣うトレース用車輪１８と一緒に、トーチ１２が上下移動し、トーチ１２の先端と山形鋼２１の切断予定位置との距離Ｌ3を一定に保てるようになる。
【００４３】
また、このような構成では、図２で説明した、非接触式の距離センサー１５や油圧シリンダー１３を使用する場合のような大掛かりな制御器は必要でなくなるので、設備費が安くなるほか、メンテナンスが容易であるというメリットがある。
【００４４】
図５は、本発明の切断方法を用いてＨ形鋼１１を切断する場合の他の例を示す図である。図２に示すように切断するＨ形鋼１１が大断面、或いは温度が比較的低温の場合、切断するＨ形鋼１１の上方に設置された１本のトーチ１２だけでは、当該Ｈ形鋼１２の切断部位の加熱が適切に出来ない場合が考えられる。
【００４５】
このような場合には、図５に示すように、Ｈ形鋼１１の下方側方からＨ形鋼１１に向かって加熱するトーチ１２を追加すればよい。この下方側方に設置するトーチ１２も、前記上方のトーチ１２と同様、位置制御用の距離センサー１５や油圧シリンダー１３を備え、Ｈ形鋼１１の断面形状に応じて、トーチ１２とＨ形鋼１１の表面の距離が略一定に保てるようにトーチ１２の位置を制御する。
【００４６】
本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは、言うまでもない。
【００４７】
例えば図２で説明した非接触式の距離センサー１５は、どのようなものでも良いが、切断中に発生する蒸気の影響を受けにくい超音波センサーを採用することが望ましい。
【００４８】
また、非接触式の距離センサー１５として、レーザー距離計を使用する場合は、Ｈ形鋼１１の切断部位から発生する蒸気による測定誤差を抑制するため、当該蒸気を除去するためのエアーブロワー（送風機）を設置してもよい。
【００４９】
また、前記トーチ１２は、その本数、形状、設置位置、設置向き、及び火力については、被切断鋼材の形状、材質、被切断前の温度によって適切なものを採用、設計すれば良く、上記説明で用いた例にこだわる必要は無く、様々な組合せが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上の本発明は、ＴＭＣＰ仕様のように仕上げ圧延後に急冷される極厚Ｈ形鋼や、山形鋼に限らず、その他の形鋼や形鋼以外の鋼材にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】Ｈ形鋼の熱間製造ラインの一例を示す図である。
【図２】Ｈ形鋼を本発明の切断方法によって切断する場合を、Ｈ形鋼の側面（Ｈ形鋼の長手方向）から見た状況を示した図で、（ａ）はＨ形鋼のフランジを切断する直前の状態を示した図、（ｂ）は（ａ）の状態からＨ形鋼の切断が進行してＨ形鋼のウエブを切断中の状態を示した図である。
【図３】トーチによるＨ形鋼の加熱部位の測温方法の一例を示す図である。
【図４】本発明の切断方法によって山形鋼を切断する場合を説明する図である。
【図５】本発明の切断方法によってＨ形鋼を切断する場合の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
６ａ    ホットソー
１１    Ｈ形鋼
１２    トーチ
１３    油圧シリンダー
１５    距離センサー
１６    温度計
１７    ばね
１８    トレース用車輪
２１    山形鋼
【図１】
2009220232.tif 000003
【図２】
2009220232.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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