JPH0494804A - フランジ形材のウエブ高さ制御圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、建設、土木などの分野で用いられるＨ形鋼や
溝形鋼に代表されるフランジを有する形材の熱間圧延方
法に関するものである。

（従来の技術） 従来よりＨ形鋼や溝形鋼などのフランジを有する形材（
本明細書にあってはフランジ形材とも称し、以下Ｈ形鋼
を例にとって説明する）はほとんどが圧延によって製造
されている。

例えば、圧延にてＨ形鋼を製造する場合、同一圧延チャ
ンスでは同一幅のロールを使用するため、Ｈ形鋼の内幅
を一定にすることができるが、フランジ厚みなどの断面
寸法を変更する場合には、それに伴いウェブ高さが変化
するため、同一シリーズでありながら呼称寸法とウェブ
高さが合致しないものが多（得られる。

これらの関係は、第１図に示すフランジ幅が同一である
Ｈ形鋼１０のシリーズ（例えばＨ６００ｘ　２００）に
おける断面形状の変化からも分かるように、現在の規格
では同一シリーズではフランジ内幅（圓。）が一定であ
るが、フランジ厚さ（ｔｆｏ、ｔＬ　Ｘｔｈ）がそれぞ
れ異なることになる。したがって、各サイズにおいてウ
ェブ高さ（１０）の外寸法（第１図のＨａ、　Ｈｔ、Ｕ
Ｚ）はそれぞれ異なった値となる。すなわち、１０＜［
１＜Ｈｚ、ｔｆｏ　＜ｔｆｌ　＜ｔｆＺとなる。

これに対して、Ｈ形鋼を溶接にて製造する場合は、所定
のサイズになるように厚板を選択して用いることができ
るため、第２図に示すように、Ｈ形鋼２０において■。

−Ｈｒ＝Ｈｚとなり、同一シリーズにおいては断面寸法
が変・化してもウェブ高さを全て一定にできる。フラン
ジ内幅（−〇）を必要に応じ変化させるのである。

上述のように圧延によってＨ形鋼を製造する場合におけ
る問題点は、第３図に示すような平行フランジ溝形鋼３
０を熱間圧延で製造する場合にも同様にあてはまり、同
一シリーズではウェブ内幅（圓。）が一定であるため、
フランジ厚さ（ｔｆ、　ｔｆｌ、ｔｒｚ）がそれぞれ異
なるサイズについては、ウェブ高さの外寸法（Ｈｏ、Ｈ
ｌ、）１２）もそれぞれ異なった値となる。

（発明が解決しようとする課題） そこで、本件特許出願人は従来のフランジ形材の圧延方
法に関する以上述べた問題を解決する手段として、特願
平１−１４９８５１号において、第４図に示すような幅
可変２分割水平ロール４２および垂直ロール４４を有す
るユニバーサルミル４０を、第５図（ａ）、（ハ）に示
すような圧延ラインの仕上げユニバーサルミルに適用し
、該仕上げユニバーサルミルにおいて、１パスまたは複
数パスのリバース圧延を行うことでウェブ高さを縮小す
る方法を提案した。

さらには、同特願平１−１４９８５１号において、第６
図（ａ）、（ロ）に示すように固定幅水平ロールからな
る仕上げユニバーサルミル（ＵＰＩ）と第４図の幅可変
水平ロールからなる仕上げユニバーサルミル（ＵＦ２）
の２基の仕上げユニバーサルミルを用いて、ウェブ高さ
の縮小圧延を行う方法についても提案した。

これらの提案によれば、１種類のロールで同一シリーズ
の平行フランジ形鋼等のフランジを有する形材のウェブ
高さ外寸法を一定化することが可能となり、また、粗ユ
ニバーサルミルの水平ロール幅に制約されることなく、
自由なウェブ高さのＨ形鋼や溝形鋼などが同一圧延チャ
ンスでしかも同一ロールで製造でき、ロール保有数の大
幅削減、ロール原単位の大幅向上が実現できる。

しかしながら、上述のように本出願人が提示したフラン
ジを有する形材の圧延方法に関し、実際に多くの圧延実
験を行った結果、以下の問題点が明らかとなった。

（１）本出願人が提示したフランジを有する形材の圧延
方法のうち、例えば第５図（ａ）に示す圧延ラインにお
いて、２分割水平ロールからなる仕上げユニバーサルミ
ルで１パスでウェブ高さの縮小圧延を行い、所定のウェ
ブ高さのＨ形鋼を得ようとした場合に、圧延後のＨ形鋼
のウェブ高さは全長にわたって均一でなく、目標寸法に
対して士数ミリものバラツキが生じていることが判った
。

（２）シかも、（１）のウェブ高さのバラツキは、ウェ
ブ高さの縮小量、圧延素材寸法（ウェブ厚、ウェブ高さ
、フランジ厚、フランジ幅）、圧延材質、圧延温度によ
って影響を受けるほか、仕上げユニバーサルミルの幅可
変２分割水平ロールの構造によってもバラツキ程度が異
なる。すなわち、２分割された水平ロールのスラスト方
向の剛性（荷重／変形量）が小さいほどウェブ高さの長
手方向変動幅が大きくなることが判明した。

従って、ウェブ高さの変動量によっては、圧延材の中に
所定の公差を外れる部分が生じる場合が見られた。

ここに、本発明の一般的目的は、ウェブ内幅寸法を変更
自在として、複数シリーズのＨ形鋼や平行フランジ溝形
網等に代表されるフランジを有する形材を同じユニバー
サル仕上げミルの水平ロールを用いて、フランジ厚みの
異なるサイズについてもウェブ高さの外寸法一定のフラ
ンジを有する形材を製造する方法を提供することである
。

本発明の具体的目的は、製品のウェブ高さが所定の公差
を外れることがないように小さな変動幅に抑制すること
を可能にするフランジを有する形材の熱間圧延方法を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） かかる問題点を解決するために、本発明者は幅可変水平
ロールを有するユニバーサルミルを用いて、Ｈ形鋼のウ
ェブ高さを縮小する一連の圧延実験を行い、膨大な実験
データから以下の事実を見い出した。

（１）第７図に示すような幅可変水平ロール７２をもつ
ユニバーサルミル７０において、水平ロール７２の幅及
び垂直ロール７４の開度を一定の値に設定し、圧延素材
であるＨ形鋼７６のウェブ高さ（Ｗｉｎ）を目標値から
種々に変化させ′ζウェブ高さ縮小圧延を行い、圧延後
のＨ形鋼のウェブ高さ（Ｗｏｕｔ）の変動量を調べた。

第８図にそれらの結果をグラフで示すが、横軸のΔＷｉ
ｎは（ΔＷｉｎ＝Ｗｉｎの実測値−Ｗｉｎの目標値）で
あり、縦軸のΔＷ　ｏ　ｕ　ｔは（ΔＷｏｕｔ−Ｗｏｕ
ｔの実測値−Ｗｏｕｔの目標値）を表わしている。

第８図に示すように、ΔＷｉｎとΔＷｏｕｔとはは（直
線関係にあり、その勾配に１は圧延条件（ウェブ厚、ウ
ェブ高さ、フランジ厚、フランジ幅、ウェブ高さの縮小
量（−Ｗｉｎの実測値−Ｗ　ｏ　ｕ　ｔの実測値）、圧
延材質、ミルの剛性）によって変化する定数である。

（２）第９図に示すような幅可変水平ロール７２をもつ
ユニバーサルミル７０において、圧延素材であるＨ形鋼
７６のウェブ高さ　（Ｗｉｎ）を一定値（目標値）にし
て、水平ロール７２の幅（ＷＲ２ｔｆ）および垂直ロー
ル７４の開度（ＷＲ）を目標値から種々に変化させてウ
ェブ高さ縮小を行い、圧延後のＨ形鋼のウェブ高さＷｏ
ｕｔの変動量を調べた。

第１０図にそれらの結果を示すが、横軸のΔＷＲは（Δ
ＷＲ−ＷＲの実測値−ＷＲの目標値）であり、縦軸のΔ
Ｗ　ｏ　ｕ　ｔは（ΔＷｏｕｔ−Ｗｏｕｔの実測値−Ｗ
ｏｕｔの目標値）を表わしている。

第１０図に示すようにΔＷＲとΔＷｏｕｔはは〜直線関
係にあり、その勾配に２は圧延条件［ウェブ厚、ウェブ
高さ、フランジ厚、フランジ幅、ウェブ高さの縮小量（
＝Ｗｉｎの実測値−Ｗｏｕｔの実測値）、圧延材質、ミ
ルの剛性］によって変化する定数である。

以上の（１）、（２）で明らかにした事実から、ウェブ
高さの制御に必要な定数に１、Ｋ２と各種圧延パラメー
タとの相関関係を実験により回帰式の形で求めておき、
■圧延前の圧延素材のウェブ高さ（Ｗｉｎ）を検出し、
検出した値と目標値との差にもとすいて、圧延終了後の
Ｈ形鋼のウェブ高さと目標ウェブ高さとの差を第８図の
関係から予測し、この予測値をもとに第１０図の関係か
ら適正な量だけ幅可変水平ロールの幅と垂直ロールの開
度をそれぞれ圧延中にフィードフォワード制御する方法
、■圧延後のＨ形鋼のウェブ高さ（Ｗｏｕｔ）を検出し
、検出した値と目標値との差にもとずいて、第１０図の
関係から適正な量だけ幅可変水平ロールの幅と垂直ロー
ルの開度をそれぞれ圧延中にフィードバック制御する方
法、■上記■と■の方法の両方を組み合わせた方法によ
って、圧延中に幅可変水平ロールの幅と垂直ロール開度
を制御する方法により、圧延材全長にわたってウェブ高
さのバラツキが少なく、目標とするウェブ高さに対する
寸法公差から外れる製品が生じないウェブ高さ制御圧延
方法を完成するに至ったのである。

ここに、本発明の要旨とするところは、ブレークダウン
圧延、粗ユニバーサル圧延、エツジヤ−圧延および仕上
げ圧延を経て行うフランジを有する形材の熱間圧延方法
であって、仕上げユニバーサルミルの水平ロール幅を２
分割し、オンラインで幅調整可能な構造とし、２分割水
平ロールを備えた該仕上げユニバーサルミルにおける１
パスまたは複数パスのリバース圧延によってウェブ高さ
の縮小を行う圧延方法において、前記仕上げユニバーサ
ルミルの上流側および／または下流側に設置したウェブ
高さ測定器によって検出された圧延材全長にわたるウェ
ブ高さの測定値にもとずき、前記仕上げユニバーサルミ
ルの垂直ロールの開度および２分割水平ロールの幅を圧
延中に調整することを特徴とするフランジを有する形材
のウェブ高さ制御圧延方法である。

本発明の１つの好適態様によれば、圧延前の圧延素材の
ウェブ高さを検出し、これにもとすいて目標値との差を
求め、予め求めておいた関係式によって圧延終了後の圧
延素材のウェブ高さの予測値と目標値との差を予測し、
さらに予め求めておいたそれらの差と仕上げユニバーサ
ルミルの幅可変水平ロールの幅および垂直ロールの開度
との関係式によってそれらの幅および開度をフィードフ
ォワード制御する。

本発明の別の好適態様によれば、圧延後の圧延材のウェ
ブ高さを検出し、これと目標値との差違にもとすいて予
め求めておいた関係式によって仕上げユニバーサルミル
の幅可変水平ロールの幅と垂直ロールの開度とをフィー
ドバック制御する。

あるいはさらに前の態様によれば、上述のようにフィー
ドフォワード制御するとともに得られた圧延材のウェブ
高さを再び検出し、上述のようにフィードバック制御を
行うようにしてもよい。

（作用） 添付図面を参照して、本発明をさらに具体的に説明する
。

第５図（ａ）は、本発明にかかる圧延方法を実現す１す るための圧延ラインの１例であり、まず、本発明にかか
る圧延方法によれば、ブレークダウン圧延は従来法と同
様に行えばよく、これにより圧延素材をビームブランク
にまで圧延する。その後の粗ユニバーサルミル（υＲ）
およびエツジヤミル（Ｅ）　ヲ用いた中間圧延で、圧延
素材は最終寸法に近いフランジ幅、フランジ厚、ウェブ
厚にまで仕上げられる。

このようにして得られた中間圧延形鋼は、２分割幅可変
水平ロールおよび垂直ロールからなる仕上げユニバーサ
ルミルにより、１パスまたは複数パスのウェブ高さ縮小
圧延を施され、数１０ｍｍの範囲内でＨ１鋼のウェブ高
さの外寸法は自由に変更できる。

第１１図〜第１３図は、本発明によるウェブ高さ縮小圧
延過程を上面から見た状態をその制御系とともに概略示
している。

第１１図は、仕上げユニバーサルミル７０の上流側にウ
ェブ高さ測定器８０を設置し、該測定器で検出した圧延
素材（Ｈ形鋼）全長にわたるウェブ高さ測定値にもとず
き、水平ロール幅調整装置９０と垂直ロール開度調整装
置９２を圧延中に制御して、圧延後の材料のウェブ高さ
の均一化を図ろうとするものである。

水平ロール幅調整装置９０および垂直ロール開度調整装
置９２への開度指令にあたっては、入側ウェブ高さ検出
値とメインプロセスコンピューターから圧延パス毎に指
示される圧延条件および温度針で計測された圧延中の材
料温度にもとずき、演算器で適正な開度修正量が算出さ
れ、仕上げ圧延ミルで圧延される時点で開度調整がなさ
れるようにウェブ高さの測定位置がタイミングよく指令
が出される。

第１２図は、仕上げユニバーサルミルの下流側にウェブ
高さ測定器８２を設置し、該測定器で検出した圧延素材
（Ｈ形鋼）全長にわたるウェブ高さ測定値にもとずき、
水平ロール幅調整装置９０と垂直ロール開度調整装Ｗ９
２を圧延中に制御して、圧延後の材料のウェブ高さの均
一化を図るものである。

圧延ミル出側のウェブ高さ検出値とメインプロセスコン
ピューターから圧延パス毎に指示される圧延条件および
温度計で計測された圧延中の材料温度にもとずき、演算
器で適正な開度修正量が算出され、遅滞なく水平ロール
幅調整装置９０と垂直ロール開度調整装置９２に開度指
令がなされる。

第１２図の場合は、フィードバック制御であるため、仕
上げ圧延ミルの出側に設置するウェブ高さ測定器８２は
圧延ミルに極力近接させるのが望ましく、演算器の処理
時間、各開度調整装置９０．９２の調整時間は極力短く
する必要がある。

第１３図は、幅可変水平ロールを有する仕上げユニバー
サルミル７０の上流側と下流側の双方にウェブ高さ測定
器８０．８２を設けて、それぞれの測定器で得られた圧
延材の全長にわたるウェブ高さ測定値を演算器に入力す
る。そこで、メインプロセスコンピューターから圧延パ
ス毎に入力される圧延条件および温度計で計測された圧
延中の材料温度にもとずき、圧延後の材料のウェブ高さ
が目標値になるように適正な開度修正量が算出され、水
平ロール幅調整装２９０と垂直ロール開度調整装置９２
に適正なタイミングで開度指令がなされる。

第１３図に示す構成の制御システムによれば、第１１図
、第１２図に示したようなフィードフォワード制御やフ
ィードバック制御を単独で行う場合に比べてより高精度
なウェブ高さ制御が可能となる。

なお、本発明の中で用いられるウェブ高さ測定器の構造
としては、圧延素材のフランジがフラットな場合（第１
４図（ａ））　、または圧延素材のフランジにテーバが
ついている場合（第１４図（ｂ））のいずれについても
、正確にウェブ高さ外寸法（Ｗｉｎ）が計測できるよう
なものが望ましく、例えば非接触型距離計を用いれば容
易に実現ができる。

また、以上の説明では、幅可変水平ロールを有するユニ
バーサルミルで１パスでウェブ高さを縮小し、所定の寸
法のＨ形鋼に仕上げる場合について述べたが、複数パス
のウェブ高さ縮小圧延で製品に仕上げる場合についても
同様であって、各パスについて例えば第１１図から第１
３図に示したような態様で本発明を適用すればよい。こ
の場合には、仕上げユニバーサルミルの上流側でウェブ
高さ測定に用いた測定器を、次パスでは下流側のウェブ
高さ測定器として併用してもよいし、その逆の使われ方
をしてもよい。

以上は、特にＨ形鋼について述べたが、平行フランジ溝
形鋼に代表される他のフランジを有する形材のウェブ高
さを縮小し、任意のウェブ高さをもつ製品を製造するプ
ロセスにも本発明は適用可能であり、本発明によりウェ
ブ高さの縮小圧延を行なう場合の製品の形状・寸法精度
の向上が実現できる。

実施例１ 第５図（ａ）に示す圧延ラインで旧００　Ｘ　２００　
シリーズのウェブ高さ外寸法一定Ｈ形鋼の熱間圧延を行
なう際に、本発明の方法を適用した。

まず、連続鋳造ブルームを加熱後、ロール孔型をもつブ
レークダウンミルでレバース圧延を行い、ビームブラン
クを造形した。さらに粗ユニバーサルミル（ＵＲ）をエ
ツジヤ−ミル（Ｅ）　トでレバース圧延を行い、製品の
フランジ厚、ウェブ厚、フランジ幅に近い形状、寸法に
まで仕上げた。

ココで粗ユニバーサルミル（ＯＲ）の水平ロール幅は３
８６　ｍｍであり、水平ロール側面は５°のテーパを有
している。粗ユニバーサルミル（ｔｌＲ）による圧延後
の材料は、幅可変２分割水平ロールからなる仕上げユニ
バーサルミルにおいて、フランジ内面が該水平ロール側
面に接するよう、ウェブ高さの縮小圧延を最大３パス行
い、かつ同時にウェブ厚の均一化とフランジとウェブの
直角度の矯正を主目的とした整形圧延を行って製品とし
た。

第１表に、本発明を実施した場合の製品のウェブ高さ測
定結果を標準偏差（σ）の形でまとめて示す。表には、
圧延者パスにおいて、入側センサーで測定したウェブ高
さの検出値を用いてフィードフォワード制御した場合と
、出側センサーで測定してウェブ高さの検出側を用いて
フィードバック制御した場合の各々についての結果を示
している。

なお、同表には、本発明の制御を実施しなかった時のウ
ェブ高さ測定結果についても比較のために併記している
。

第１表から、本発明を実施した場合には、実施例しなか
った場合に比べて格段にウェブ高さのバラツキが減少し
ていることが判る。

実施例２ 実施例１と同じく、第５図（ａ）に示す圧延ラインで旧
００　Ｘ　２００シリーズのウェブ高さ外寸法一定Ｈ形
鋼の熱間圧延を行う際に本発明を適用した。

本実施例の場合、ブレークダウン圧延から粗ユニバーサ
ル圧延およびエツジヤ−圧延までの工程は前述の実施例
１の場合と同様である。粗ユニバーサルミル（ＵＲ）に
よる圧延後の材料は、幅可変２分割水平ロールからなる
仕上げユニバーサルミルにおいて、フランジ内面が該水
平ロール側面に接するよう、ウェブ高さの縮小圧延を１
パス行い、かつ同時にウェブ厚の均一化とフランジとウ
ェブの直角度の矯正を主目的とした整形圧延を行って製
品とした。

第２表に、本発明を実施した場合の製品のウェブ高さ測
定結果を標準偏差（σ）形でまとめて示す。本実施例で
は、圧延機の入側および出側に設けたセンサーでウェブ
高さの検出を行い、圧延ミル出側のウェブ高さ制御を行
った場合の結果である。

なお、同表には、本発明の制御を実施しなかった時のウ
ェブ高さ測定結果についても比較のために併記している
。

第２表から、本発明を実施した場合には、実施しなかっ
た場合に比べて格段にウェブ高さのバラツキが減少して
いることが判る。

（以下余白） 第　　１ 表 第　　２ 表 （発明の効果） 以上、詳述したように、本発明によれば複数シリーズの
Ｈ形鋼および平行フランジ溝形鋼等に代表されるフラン
ジを有する形材を同じ幅可変水平ロールを有するユニバ
ーサルミルで製造する場合、あるいは同一の幅可変水平
ロールを用いて、厚みの異なるサイズについてもウェブ
高さの外寸法−定のフランジを有する形材を製造する場
合において、製品ウェブ高さのバラツキを極力抑制しな
がらフランジを有する形材を熱間圧延することができた
。これにより、大幅なウェブ高さの変更を要する場合に
おいても寸法精度の優れた製品が圧延でき、したがって
本発明は産業上の利用価値の極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧延によるＨ形鋼の現状の製品寸法体系の説
明図； 第２図は、溶接によるＨ形鋼の現状の製品寸法体系の説
明図； 第３図は、圧延による平行フランジ溝形鋼の現状の製品
寸法体系の説明図： 第４図は、本発明において用いる幅可変ユニバーサル仕
上げ圧延ミルの概略説明図； 第５図（ａ）、（ロ）は、本発明を実施する際の平行フ
ランジ形鋼の圧延ミルレイアウトの一例を示す説明図： 第６図（ａ）、（ｂ）は、本発明を実施する際の平行フ
ランジ形鋼の圧延ミルレイアウトの別の例を示す説明図
； 第７図は、本発明にかかる幅可変ユニバーサル仕上げ圧
延ミルによるＨ形鋼の圧延の様子を示す説明図： 第８図は、本発明にかかる幅可変ユニバーサル仕上げ圧
延ミルにおける、圧延素材のウェブ高さ変動と圧延後の
材料のウェブ高さ変動の関係を示すグラフ； 第９図は、本発明にがかる幅可変ユニバーサル仕上げ圧
延ミルによるＨ形鋼の圧延の様子を示す説明図； 第１０図は、本発明にかかる幅可変ユニバーサル仕上げ
圧延ミルにおける、水平ロール幅変動と圧延後の圧延材
料のウェブ高さ変動との関係を示すグラフ： 第１１図は、本発明を実施する際のウェブ高さ制御方法
を示す説明図； 第１２図は、本発明を実施する際のウェブ高さ制御方法
を示す説明図； 第１３図は、本発明を実施する際のウェブ高さ制御方法
を示す説明図；および 第１４図は、本発明にがかるウェブ高さ測定器の説明図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ブレークダウン圧延、粗ユニバーサル圧延、エッジャー
   圧延および仕上げ圧延を経て行うフランジを有する形材
   の熱間圧延方法であって、仕上げユニバーサルミルの水
   平ロール幅を２分割し、オンラインで幅調整可能な構造
   とし、２分割水平ロールを備えた該仕上げユニバーサル
   ミルにおける１パスまたは複数パスのリバース圧延によ
   ってウェブ高さの縮小を行う圧延方法において、前記仕
   上げユニバーサルミルの上流側および／または下流側に
   設置したウェブ高さ測定器によって検出された圧延材全
   長にわたるウェブ高さの測定値にもとずき、前記仕上げ
   ユニバーサルミルの垂直ロールの開度および２分割水平
   ロールの幅を圧延中に調整することを特徴とするフラン
   ジを有する形材のウェブ高さ制御圧延方法。