(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧延材を２重式圧延機およびユニバーサルミルにより圧延し、ついでその仕上り製品をローラー矯正機により矯正する形鋼の製造方法において、
仕上ユニバーサルミルの出側に被圧延材を拘束しつつ誘導する拘束ガイド装置を設け、被圧延材または被矯正材の寸法・形状を測定する寸法・形状計を、前記拘束ガイド装置の出側、前記ローラー矯正機の入側もしくは出側または両側にそれぞれ設け、前記寸法・形状計の測定データを基に、最適制御システムにより被圧延材または被矯正材の最適寸法・形状制御を行う最適指示値を判断し、その最適指示値に基づいて、前記拘束ガイド装置の拘束ガイドのパスライン、幅、高さを調整するガイド設定値、並びに前記ローラー矯正機の上下水平矯正ロール間のギャップを調整するロールギャップ設定値・水平矯正ロールの軸方向の移動量を調整するスラスト調整値および水平矯正ロールの軸方向間隔を調整するロール幅調整値・垂直矯正ロールの幅を調整する幅調整値を制御し、形鋼を製造することを特徴とする形鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などの形鋼の製造方法に関し、特に寸法精度に優れた形鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｈ形鋼等の形鋼は一般に２重式圧延機およびユニバーサル圧延機により熱間圧延で製造され、ついでローラー矯正機にかけて曲りや反りなどを矯正するようにしている。しかし、圧延材には図６、図７に示すような形状不良が発生しやすいものである。図６はＨ形鋼の場合の形状欠陥の例を示したものであり、（ａ）は上下方向の曲り、（ｂ）は左右方向の曲り、（ｃ）はフランジの一方または両方の倒れ（反り）、（ｄ）は端部（特に圧延方向のトップ部）の曲りを示している。図７はローラー矯正機によるウエブ高さの変動の例を示したものであり、中間部のウエブ高さ変動量ΔＨは通常１．０〜３．０mmの範囲である。
【０００３】
このような、Ｈ形鋼の形状不良の発生原因および形状不良に対する従来の対策上の問題点を述べると、以下のようである。
【０００４】
圧延材の端部、特に圧延方向のトップ部は、圧延方法上（フランジとウエブの伸び率の違い等）どうしても非定常部となる。また温度も低くなりがちであり、さらに圧延ロールに咬込む際に、咬込位置が不適正となりやすく、その結果圧延材がガイド等に接触したりして、図６（ｄ）に示すような端部曲りが発生する。
この端部曲りをローラー矯正機で矯正しようとしても、図８に示すように矯正ロール１１が上下千鳥配列となっているため、矯正することが不可能で、Ｈ形鋼１００のトップ部１０１は未矯正部となる。そのため、トップ部１０１の矯正はオフラインでしかできない。
【０００５】
図６（ａ）に示す長手方向の曲りについては、圧延の段階で厚肉のフランジ部と薄肉のウエブ部との温度差があるため、また同じフランジ部でも４ケ所の温度がそれぞれ違う（一般に強制冷却等を実施しない限り、Ｈ形鋼の下フランジ部間に熱がこもるため、下部のフランジ温度が高い）ため、特に上下方向の曲りが発生する。また、圧延終了後の冷却中に、特にＩ型姿勢（冷却床の積載効率から一般にＩ型で装入される）で冷却される場合、図１１に示すように冷却床３０におけるＨ形鋼１００の装入列の密着の度合いにより、左右方向の曲りが発生することもある（図６（ｂ））。
従来より、このような曲りに対する抑制手段として、圧延途中でフランジ部を水冷してウエブ部との温度差を縮小する方法は数多く見られるが（特公平６−７５７３４号、特開平７−１５５８２３号等）、逆にフランジ部の水冷が適正でないと、図６（ｃ）に示すようなフランジ倒れ（フランジの内反り、外反り）という新たな形状不良が発生する。
【０００６】
図６、図７に示すＨ形鋼の形状不良およびウエブ高さの変動については、ローラー矯正機１０の軸調整・幅調整機構が図９に示すようになっており、上下左右に配された水平矯正ロール１１の軸方向間隔をそれぞれロール軸１３方向にスラスト調整、ロール幅調整し、左右に配された垂直矯正ロール１２の幅を調整してからＨ形鋼１００を矯正するようになっているが、Ｈ形鋼１００のトップ部１０１およびボトム部１０２はローラー矯正機１０の機構上矯正不可能なため、トップ部１０１およびボトム部１０２のウエブ高さ寸法Ｈは矯正前後でほとんど変動がなく、端部以外は矯正前に比べて大きくなる。このウエブ高さの変動量ΔＨは通常１．０〜３．０mmであり、規格寸法を外れる部分に対してはオフライン作業（プレス矯正、切断等）が必要になるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の製造方法では、Ｈ形鋼等の圧延材の形状不良の発生は回避できない性質のものであり、かつそれを抑制するための制御値にも自ずと限界があるため、有効な抑制手段が見当たらないのが現状である。
【０００８】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、従来技術の持つ上記諸問題を一挙に解決し、寸法・形状に優れた形鋼の製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る形鋼の製造方法は、被圧延材を２重式圧延機およびユニバーサルミルにより圧延し、ついでその仕上り製品をローラー矯正機により矯正する形鋼の製造方法において、仕上ユニバーサルミルの出側に被圧延材を拘束しつつ誘導する拘束ガイド装置を設け、被圧延材または被矯正材の寸法・形状を測定する寸法・形状計を、前記拘束ガイド装置の出側、前記ローラー矯正機の入側もしくは出側または両側にそれぞれ設け、前記寸法・形状計の測定データを基に、最適制御システムにより被圧延材または被矯正材の最適寸法・形状制御を行う最適指示値を判断し、その最適指示値に基づいて、前記拘束ガイド装置の拘束ガイドのパスライン、幅、高さを調整するガイド設定値、並びに前記ローラー矯正機の上下水平矯正ロール間のギャップを調整するロールギャップ設定値・水平矯正ロールの軸方向の移動量を調整するスラスト調整値および水平矯正ロールの軸方向間隔を調整するロール幅調整値・垂直矯正ロールの幅を調整する幅調整値を制御し、形鋼を製造することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、▲１▼圧延完了後の仕上材の寸法・形状を仕上ユニバーサルミルの出側もしくはローラー矯正機の入側に設けた寸法・形状計により測定し、その測定データを仕上ユニバーサルミルの出側に設けた拘束ガイド装置にフィードバックし、拘束ガイド装置のガイド設定値（ガイドのパスライン、幅、高さをいう。以下同じ。）を制御することにより、特に端部曲り発生を防止することができる。
▲２▼圧延完了後の仕上材の寸法・形状（ここではウエブ高さ）を仕上ユニバーサルミルの出側の寸法・形状計で測定し、その測定データをローラー矯正機の水平矯正ロールの幅調整機構にフィードフォワードし、最適内法矯正寸法で矯正を実施する。またローラー矯正機の垂直矯正ロールの幅制御によりウエブ高さの変動の少ない製品を製造することができる。
▲３▼圧延完了後の仕上材の寸法・形状をローラー矯正機の入側もしくは出側に設けた寸法・形状計により測定し、その測定データを基に、矯正ロールのロールギャップ調整、ロールスラスト調整、ロール幅調整のためにフィードバックまたはフィードフォワードし、最適寸法・形状制御を行うことにより、寸法・形状に優れた製品を製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の製造方法に使用する制御システムの一例を示す構成図である。図において、１は仕上ユニバーサルミルで、その入側には被圧延材（中間圧延材）を誘導するガイドローラーおよびフリクションガイドによるガイド装置２が、また出側には仕上材を拘束しつつガイドする拘束ガイドローラーおよびフリクションガイドによる拘束ガイド装置３がそれぞれ設置されている。なお、仕上ユニバーサルミル１の前段における圧延機、すなわちブレークダウンミル、粗エッジャーミル、粗ユニバーサルミルからなる粗圧延機群、および中間ユニバーサルミル、中間エッジャーミルからなる中間圧延機群、ガイド装置等は図１では省略されている。
【００１２】
４は拘束ガイド装置３の出側に複数設置された寸法・形状計で、仕上ユニバーサルミル１により仕上圧延が完了した直後の仕上材の各部の寸法・形状を測定する。例えば、図１０に示すウエブ高さＨ、フランジ幅Ｂ、ウエブ厚さｔ１、フランジ厚さｔ２、ウエブの中心偏りＳ等を測定するものである。なお、ウエブの中心偏りＳは次式で定義される。
Ｓ＝｜ａ−ｂ｜／２
但し、ａ、ｂ：フランジ端からウエブ面までの距離
【００１３】
５、６はそれぞれローラー矯正機１０の入側および出側に設置された寸法・形状計で、被矯正材の図１０に示す各部の寸法・形状を測定する。
２０は最適寸法・形状制御を行うプロセスコンピュータである。
【００１４】
拘束ガイド装置３の出側の寸法・形状計４は、仕上ユニバーサルミル１による仕上圧延完了後の仕上材の寸法・形状を測定し、この測定データを拘束ガイド装置３にフィードバックし、次材の被圧延材に対し拘束ガイド装置３のガイド設定値を修正するとともに、ローラー矯正機１０にもこの測定データをフィードフォワードし、その仕上材に対する水平矯正ロール１１の幅設定値および垂直矯正ロール１２の幅設定値を修正する。
【００１５】
ローラー矯正機１０の入側の寸法・形状計５は、矯正前の被矯正材の寸法・形状を測定し、その測定データをローラー矯正機１０にフィードフォワードし、水平矯正ロール１１のギャップ設定値、水平矯正ロール１１および垂直矯正ロール１２の幅設定値、水平矯正ロール１１のスラスト調整値を修正するともに、拘束ガイド装置３にフィードバックし、次材に対する拘束ガイド装置３のガイド設定値を修正する。
【００１６】
ローラー矯正機１０の出側の寸法・形状計６は、矯正後の被矯正材の寸法・形状を測定し、その測定データをローラー矯正機１０にフィードバックし、水平矯正ロール１１のギャップ設定値、水平矯正ロール１１および垂直矯正ロール１２の幅設定値、水平矯正ロール１１のスラスト調整値を修正する。
これらの制御システム系においては、自動的に複数の指示値から優先順位を決定し、最適指示を行う。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００１８】
（実施例１）
Ｈ形鋼のサイズ、H200×B200×8/12、H500×B200×10/16 、H900×B300×16/28 の３種（いずれも全長は10ｍ）について、従来法（図５）、および本発明法（図２）により製造し、製品の仕上り寸法・形状を比較した。
従来法は、図５に示すように、仕上圧延完了後の仕上材の寸法・形状を寸法・形状計４で測定し、その測定データを基に人手により拘束ガイド装置３のガイド設定値を修正するものとし、また、矯正後の製品の寸法・形状を人手により測定し、その測定データを基に人手によりローラー矯正機１０の水平矯正ロールのギャップ設定値、水平矯正ロールおよび垂直矯正ロールの幅設定値を修正したものである。
実施例１の方法は、図２に示すように、仕上圧延終了後の仕上材の寸法・形状を寸法・形状計４で測定し、その測定データに基づいて自動的に拘束ガイド装置３のガイド設定値を修正したものである。
製品の寸法・形状の比較結果を表１に示す。表１中の値は全て平均値である。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１から明らかなように、本発明の方が従来法に比べて、製品の曲り、特に端部曲りが著しく改善されていることが分かる。
【００２１】
（実施例２）
実施例１と同じ３種のサイズを本発明法と従来法により製造し、製品の仕上り寸法・形状を比較した。
従来法については、実施例１の方法と同じである。
実施例２の方法は、図３に示すように、寸法・形状計４の測定データと寸法・形状計５の測定データを学習させ、最適指示値を拘束ガイド装置３にフィードバックし、次材のガイド設定値を自動的に修正するものとし、また寸法・形状計５の測定データをローラー矯正機１０にフィードフォワードし、その測定データを基にその被矯正材の寸法・形状制御を行うようにしたものである。
製品の寸法・形状の比較結果を表２に示す。表２中の値は全て平均値である。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
表２から明らかなように、本発明の方が従来法に比べて、製品の曲り、およびフランジの倒れが極端に小さくなっており、かつウエブ高さの変動もほとんど発生していないことが分かる。
【００２４】
（実施例３）
実施例１と同じ３種のサイズを本発明法と従来法により製造し、製品の仕上り寸法・形状を比較した。
従来法については、実施例１の方法と同じである。
実施例３の方法は、図４に示すように、寸法・形状計４の測定データと寸法・形状計５の測定データを学習させ、最適指示値を拘束ガイド装置３にフィードバックし、次材のガイド設定値を自動的に修正するものとし、また寸法・形状計５の測定データと寸法・形状計６の測定データを学習させ、最適指示値をローラー矯正機１０にフィードバックし、その測定データを基にその被矯正材の寸法・形状制御を行うようにしたものである。
製品の寸法・形状の比較結果を表３に示す。表３中の値は全て平均値である。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
表３から明らかなように、本発明の方が従来法に比べて、長手方向の曲り、フランジの倒れ、端部曲り、およびウエブ高さの変動の全ての点で格段に優れていることが分かる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、仕上圧延完了後の仕上材の寸法・形状を仕上ユニバールミルの出側に設けた寸法・形状計により測定するとともに、被矯正材寸法・形状をローラー矯正機の入側もしくは出側に設けた寸法・形状計により測定し、これらの測定データを基に最適制御システムにより拘束ガイド装置のガイド設定値、並びにローラー矯正機のロールギャップ設定値・水平矯正ロールのスラスト調整値・ロール幅調整値・垂直矯正ロールの幅調整値を制御するようにしているので、端部曲り、長手方向の曲り、フランジの倒れ、およびウエブ高さの変動の全ての面で格段に優れた寸法・形状を持つ形鋼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における最適制御システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１による制御システムの構成図である。
【図３】本発明の実施例２による制御システムの構成図である。
【図４】本発明の実施例３による制御システムの構成図である。
【図５】比較のための従来法を示す説明図である。
【図６】Ｈ形鋼の寸法欠陥の例を示す説明図である。
【図７】Ｈ形鋼のウエブ高さの変動を示す説明図である。
【図８】ローラー矯正機の説明図である。
【図９】ローラー矯正機の軸調整・幅調整機構の説明図である。
【図１０】Ｈ形鋼の各部の測定箇所を示す説明図である。
【図１１】冷却床でのＨ形鋼の配列の状況を示す説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１  仕上ユニバーサルミル
２  ガイド装置
３  拘束ガイド装置
４、５、６  寸法・形状計
１０  ローラー矯正機
１１  水平矯正ロール
１２  垂直矯正ロール
２０  プロセスコンピュータ
【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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【図１０】
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【図１１】
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