(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状圧延材をその長手方向に延びる部分が搬送方向に対向した姿勢となるように搬送部材上に載置し、この長尺状圧延材が所定位置の冷却ラインを通過する際に、この冷却ラインに配置されている複数の水冷弁からの冷却水の放出によりこの長尺状圧延材を冷却する圧延材冷却装置において、
前記冷却ラインの上流側に配設されており、前記長尺状圧延材の複数個所について所定の２次元座標上の各位置を検出する材料位置センサと、
前記複数の材料位置センサが検出した各位置に基づいて、前記長尺状圧延材の所定区間毎の各曲がり量を演算する曲がり量演算手段と、
前記曲がり量演算手段が演算した曲がり量に基づいて、前記複数の水冷弁の弁開度制御を行う冷却水量制御手段と、
を備えたことを特徴とする圧延材冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間圧延を行う圧延材精製設備に用いられる圧延材冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱間圧延を行う圧延材精製設備においては、加熱工程を終えた圧延材は、搬送装置により次工程へ送られる際に、冷却水の放出によって冷却が行われるようになっている。この圧延材は、通常、長さが数ｍにわたる長尺状の鋼材であり、その断面形状の種類は種々のものがある。
【０００３】
そして、このような長尺状の鋼材に対して冷却水の放出による冷却を行う場合、鋼材の偏った変形を防止するため、鋼材長さの全体にわたって、ほぼ同時に冷却水をかける必要がある。そのため、鋼材の搬送時の姿勢は、その長手方向に延びる部分が搬送方向に対向するような姿勢となっており、このような姿勢で搬送される鋼材が所定位置に設けられている冷却ラインを通過する際に、この冷却ラインに沿って配設されている複数の水冷弁が冷却水を放出して、次工程へ向かう圧延材に対して冷却を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来から行われていた冷却水の放出による冷却は、単に、長尺状の鋼材に対し、その全体にわたってほぼ同時に冷却水をかけるだけの技術であったため、鋼材の断面形状の種類によっては、長手方向に沿って曲がりを生じてしまう場合があった。
【０００５】
図３は、このような曲がりの発生を説明するための説明図である。圧延材としての鋼材１は不等辺山形鋼であり、その断面形状は、図３（ｂ）に示すように、短辺１ａ及び長辺１ｂを有する略Ｌ字形状となっている。
【０００６】
そして、このような断面形状を有する鋼材１に対して冷却水を一様に放出した場合、短辺１ａ側はその断面積（すなわち質量）が長辺１ｂ側よりも小さく冷えやすくなっているので、短辺１ａ側と長辺１ｂ側との間に温度差が発生し、熱収縮の差が発生することになる。そのため、図３（ａ）の点線部分に示すように、鋼材１は長手方向に沿って曲がりを生じ、短辺１ａ側を内側にして湾曲してしまうことになる。図３では、鋼材１が不等辺山形鋼である場合につき説明したが、このような曲がりを生じる断面形状は種々のものが考えられる。例えば、等辺山形鋼であっても２辺の厚さが異なっている場合は、やはり各辺において温度差が生じ、上記のような曲がりを生じることになる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、加熱工程を終え搬送部材によって次工程へ運ばれる圧延材に対して冷却水の放出による冷却を行う場合に、どのような断面形状の圧延材に対しても長手方向の曲がりを生じることのない圧延材冷却装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、長尺状圧延材をその長手方向に延びる部分が搬送方向に対向した姿勢となるように搬送部材上に載置し、この長尺状圧延材が所定位置の冷却ラインを通過する際に、この冷却ラインに配置されている複数の水冷弁からの冷却水の放出によりこの長尺状圧延材を冷却する圧延材冷却装置において、前記冷却ラインの上流側に配設されており、前記長尺状圧延材の複数個所について所定の２次元座標上の各位置を検出する材料位置センサと、前記複数の材料位置センサが検出した各位置に基づいて、前記長尺状圧延材の所定区間毎の各曲がり量を演算する曲がり量演算手段と、前記曲がり量演算手段が演算した曲がり量に基づいて、前記複数の水冷弁の弁開度制御を行う冷却水量制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。図１は、第１の実施形態に係る圧延材冷却装置の構成図である。この図において、搬送装置２はチェーンベルト３及び搬送ローラ４により構成されており、鋼材１はチェーンベルト３上に載置された状態で矢印方向に搬送されるようになっている。
【００１０】
鋼材１は、長さＴ1の短辺１ａ及び長さＴ2の長辺１ｂを有する不等辺山形鋼であり、短辺１ａが搬送方向の前側に面し、長辺１ｂが搬送方向の後側に面している。
【００１１】
搬送装置２の上方であって次工程側に寄った位置には、複数列（Ｑ列）の冷却ラインが設けられており、各列の冷却ラインに沿って複数個（Ｍ個）の水冷弁５1M〜５QMが配設されている。そして、これらの冷却ラインの上流側には材料検出ラインが設けられており、この材料検出ラインに沿って、Ｎ個の材料位置センサ６1〜６Nが配設されている。これらの材料位置センサ６1〜６Nは、鋼材１の複数個所について所定の２次元座標上の各位置を検出するものである。なお、本実施形態では、この材料位置センサ６1〜６Nとして、例えば、投光器及び受光器から成る光学式センサを用いている。
【００１２】
鋼材曲がり防止制御装置７は、曲がり量演算手段８及び冷却水量制御手段９を有しており、冷却水量制御手段９には、鋼材サイズ設定器１１により予め設定されている設定データが入力されるようになっている。曲がり量演算手段８は、材料位置センサ６1〜６Nのそれぞれから位置データを入力すると共に、搬送ローラ４に取り付けられている回転数検出器１０から鋼材１の搬送距離データを入力し、これらのデータの入力に基づいて鋼材１の所定区間毎の曲がり量を演算するようになっている。
【００１３】
そして、冷却水量制御手段９は、曲がり量演算手段８からの演算結果と鋼材サイズ設定器１１からの設定データとに基づいて鋼材１の各区間に対して必要な冷却水量を演算し、水冷弁５1M〜５QMのそれぞれについて弁開度制御指令を出力するようになっている。
【００１４】
次に、上記のように構成される第１の実施形態の動作につき図２を参照しつつ説明する。但し、ここでは説明を簡単にするために、材料位置センサ６1〜６Nの数Ｎが最も少ない数であるＮ＝３の場合について説明することにする。
【００１５】
図２は、不等辺山形鋼である長尺状の鋼材１が、搬送部材により矢印で示した搬送方向に搬送される状態を示した平面図であり、前述したように短辺１ａが搬送方向の前側に面し、長辺１ｂが搬送方向の後側に面している。そして、材料検出ラインに沿ってそれぞれ距離Ｗ1 ，Ｗ2 だけ離れた３個所の各位置Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 には図示を省略してある材料位置センサ６1 〜６3 が配設されている。なお、鋼材１の搬送時の姿勢は、その長手方向に延びる部分が搬送方向と垂直に対向する姿勢すなわち鋼材１の長手方向に延びる部分が材料検出ラインと平行になる姿勢で搬送部材上に載置されるようになっているが、時として、姿勢がずれ鋼材１の長手方向に延びる部分が材料検出ライン
に対して傾斜した姿勢のままで搬送されることもあるので、図２ではこのずれた姿勢で搬送される状態を図示している。
【００１６】
さて、鋼材１が上記の姿勢で材料検出ラインを通過する場合を考えてみると、まず、長辺１ｂ側の縁部１ｃが最初に位置Ｐ1で材料位置センサ６1により検出された時点で、稜部１ｄと短辺１ａ側の縁部１ｅとがそれぞれ位置Ｐ2，Ｐ3を通過しようとする状態であったとする。この場合、縁部１ｃが位置Ｐ1を通過してから距離Ｌ1だけ搬送されると位置Ｐ2を通過し、さらに、縁部１ｃが位置Ｐ2を通過してから距離Ｌ2だけ搬送されると位置Ｐ3を通過する。
【００１７】
ここで、鋼材１に曲がりが全く発生しない理想的な状態では、Ｗ1，Ｗ2とＬ1，Ｌ2との間には、Ｗ1／Ｌ1＝Ｗ2／Ｌ2の関係が成立し、Ｌ2はＬ2＝Ｌ1・（Ｗ2／Ｗ1）により表される。しかし、鋼材１に曲がりが発生している場合には、縁部１ｃが位置Ｐ2を通過してから距離Ｌ2aだけ搬送された後に位置Ｐ3を通過することになる。そこで、曲がり量をδとすれば、このδはδ＝Ｌ2a−Ｌ2＝Ｌ2a−Ｌ1・（Ｗ2／Ｗ1）により求めることができる。また、鋼材１の曲がり方向についても、このδの値の正負の極性に基づいて判別することができる。曲がり量演算手段８は、このように材料位置センサ６1〜６3からの位置データと、回転数検出器１０からの搬送距離データとを入力して、鋼材１の曲がり方向及び曲がり量δを求める。
【００１８】
冷却水量制御手段９は、曲がり量演算手段８が求めた曲がり方向及び曲がり量δを入力すると共に、鋼材サイズ設定器１１からの鋼材サイズについての設定データを入力し、鋼材１の所定区間毎に必要な冷却水量を演算する。そして、水冷弁５1M〜５QMのそれぞれについて、この演算された冷却水量に応じた弁開度制御を行う。
【００１９】
上記のように、本実施形態に係る圧延材冷却装置によれば、材料位置センサ６1〜６Nが検出した鋼材１の各部分における曲がり量に応じて、鋼材曲がり防止制御装置７が水冷弁５1M〜５QMのそれぞれについて適切な弁開度制御を行っているので、従来、短辺１ａ側と長辺１ｂ側との熱収縮の差によって発生していた鋼材１の曲がりを防止することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態につき説明する。第１の実施形態では、材料位置センサとして、Ｎ個の光学式位置センサを用いていたが、この第２の実施形態では、材料位置センサとして１台のＣＣＤカメラを用いるものとする。もちろん、このＣＣＤカメラは、鋼材１の全体の形状を撮像できる位置に配設されるものとする。そして、曲がり量演算手段８は、このＣＣＤカメラからの画像データすなわち所定の２次元座標上における位置データに基づいて、鋼材１の各区間毎の曲がり量を演算するようになっている。したがって、この第２の実施形態においては、曲がり量演算手段８は回転数検出器１０からの搬送距離データを入力する必要はなくなる。
【００２１】
次に、このような第２の実施形態の動作につき説明する。まず、材料検出ラインのライン方向すなわち鋼材１の長手方向をｘ軸方向とし、このｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とする。そして、鋼材１を長手方向にｎ等分（ｎは３以上の整数）した場合、各個所の座標位置は、それぞれ（ｘ0，ｙ0）、（ｘ1，ｙ1）、…、（ｘi，ｙi）、…、（ｘn，ｙn）のように表される。
【００２２】
したがって、各座標位置間の傾きは、（ｙ1−ｙ0）／（ｘ1−ｘ0）、（ｙ2−ｙ1）／（ｘ2−ｘ1）、…、（ｙn−ｙn-1）／（ｘn−ｘn-1）のように表され、区間ｘ2〜ｘ0，ｘ3〜ｘ1，…，ｘn〜ｘn-2における各曲がり量は下式（１）により表される。
【００２３】
【数１】
0003790035.tif 000002
ここで、鋼材１の長さに相当する区間ｘ0〜ｘnはｎ等分されているので、ｘ1−ｘ0＝ｘ2−ｘ1＝…＝ｘn−ｘn-1＝ｘn／ｎであり、また、ｘ2−ｘ0＝ｘ3−ｘ1＝…＝ｘn−ｘn-2＝２ｘn／ｎである。したがって、（１）式は（２）式のように表される。
【００２４】
【数２】
0003790035.tif 000003
そして、１／２・（ｘn／ｎ）2を定数ｋとして置き換えれば、（２）式は（３）式のように表される。このｋは、その定義からも明らかなように、鋼材１の隣接する２つの検出位置間の距離によって決定される定数である。
ｋ・（ｙ2−２ｙ1＋ｙ0），ｋ・（ｙ3−２ｙ1＋ｙ1），  …  ，ｋ・（ｙn−２ｙn-1＋ｙn-2）  …  （３）
結局、鋼材１において、ｘ軸方向の任意の連続した３つの位置ｘi-1，ｘi，ｘi+1を考えた場合、区間ｘi-1〜ｘi+1における曲がり量δは（４）式により表されることになる。
δ＝ｋ・（ｙi+1−２ｙi＋ｙi-1）  …  （４）
曲がり量演算手段８は、このような（４）式を用いて、区間ｘ2〜ｘ0，ｘ3〜ｘ1，…，ｘn〜ｘn-2における各曲がり量δを演算し、これを冷却水量制御手段９に出力する。ここで、鋼材１の曲がり方向は、（４）式におけるδの値の正負の極性に基づいて判別することができる。
【００２５】
冷却水量制御手段９は、曲がり量演算手段８が求めた曲がり方向及び曲がり量δを入力すると共に、鋼材サイズ設定器１１からの鋼材サイズについての設定データを入力し、鋼材１の所定区間毎に必要な冷却水量を演算する。そして、水冷弁５1M〜５QMのそれぞれについて、この演算された冷却水量に応じた弁開度制御を行う。
【００２６】
例えば、弁開度制御しようとする当該水冷弁に係る曲がり量δの極性が正である場合、冷却水量制御手段９は、この水冷弁をδの値に応じて開き、短辺１ａの長さＴ1の投影距離だけ鋼材１が搬送された後に当該水冷弁を閉じるようにする。一方、弁開度制御しようとする当該水冷弁に係る曲がり量δの極性が負である場合、冷却水量制御手段９は、短辺１ａの長さＴ1の投影距離だけ鋼材１が搬送された後に、この水冷弁をδの値に応じて開き、長辺１ｂの長さＴ2の投影距離だけ鋼材１が搬送された後に当該水冷弁を閉じるようにする。
【００２７】
上記のように、本実施形態では材料位置センサとしてＣＣＤカメラを用い、このＣＣＤカメラからの位置データを画像処理して鋼材１の各個所における曲がり量を演算しているので、一層正確に曲がり量を求めることができる。なお、この実施形態では、ＣＣＤカメラを１台設置した例につき説明したが、鋼材１の長さや設置スペース等の条件に応じて２台以上設置するようにしてもよい。また、カメラは、特にＣＣＤカメラに限定されるわけではなく、通常の産業用カメラを用いることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、圧延材の各部分における曲がり量を演算により求め、各曲がり量の値に応じて、冷却ラインに沿って配設されている複数の水冷弁のそれぞれの冷却水量を制御する構成としているので、加熱工程を終え搬送部材によって次工程へ運ばれる圧延材に対して冷却水の放出による冷却を行う場合に、どのような断面形状の圧延材に対しても長手方向の曲がりを生じることのない圧延材冷却装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧延材冷却装置の構成図。
【図２】上記第１の実施形態における曲がり量の演算に関する説明図。
【図３】従来技術における課題についての説明図であり、（ａ）は鋼材１の正面図、（ｂ）はその側面図。
【符号の説明】
１  鋼材
１ａ  短辺
１ｂ  長辺
１ｃ  縁部
１ｄ  稜部
１ｅ  縁部
２  搬送装置
３  チェーンベルト
４  搬送ローラ
５1M〜５QM  水冷弁
６1〜６N  材料位置センサ
７  鋼材曲がり防止制御装置
８  曲がり量演算手段
９  冷却水量制御手段
１０  回転数検出器
１１  鋼材サイズ設定器
【図１】
0003790035.tif 000004
【図２】
0003790035.tif 000005
【図３】
0003790035.tif 000006