JPH0584501A - Ｈ形鋼の圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエブが薄肉化したＨ形鋼のウエブ波打ち発
生を防止する方法を提供する。 【構成】 ウエブ加熱は酸素富化型バーナを用い、さら
に必要によりフランジ・水冷を組合せ、ウエブとフラン
ジの温度差を可及的小とする。バーナ加熱条件は図６の
領域内とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｈ形鋼の圧延方法、特
にＨ形鋼のウエブ・フランジ間の温度差を軽減して仕上
げ圧延を行うＨ形鋼の圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延加工により製造されるＨ形鋼に
は、フランジに引張りの残留応力、ウエブに圧縮の残留
応力が存在する。これが大きな場合には図８に示すよう
にＨ形鋼80のウエブ部82にはウエブ波84が発生し、かか
るウエブの波打ち現象による不良品の発生や割れの発生
が起こる。

【０００３】このウエブにおける残留応力の発生原因
は、通常の条件下では常にフランジの方がウエブより高
温であるために生じる仕上げ圧延時のフランジとウエブ
の温度差および圧延以後の冷却過程での両者の温度差で
ある。

【０００４】これを解決する一つの方法としては、フラ
ンジの水冷法が実用化されている。また、ウエブを誘導
加熱する方法 (特開昭62−28002 号、特開昭63−18022
号、特開昭63−176429号) も提案されている。これはウ
エブに対し上下一対になるように設けた誘導加熱装置に
より、ウエブを誘導加熱し、ウエブ・フランジ間の温度
差を軽減する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、外法一定Ｈ
形鋼の圧延技術の進歩と近年の建築材料の軽量化に対応
して、圧延Ｈ形鋼にはウエブの薄肉化、例えばフランジ
とウエブの厚みの比が２以上というウエブの薄肉化が求
められている。それに伴って仕上げ圧延時および圧延以
後の冷却過程でのフランジとウエブの温度差がより顕著
となってウエブ波打ちなどの形状劣化は免れない。従来
にあってもそのような波打ち発生はみられ、前述のよう
な対策が考えられていたのであるが、ウエブの薄肉化が
求められるようになり、そのような傾向はますます顕著
となっている現在においてはそれに対応する何らかの対
策が求められる。

【０００６】しかし、そのような温度差を解消すべく従
来の水冷法のみを行うのでは、ウエブとフランジの温度
差をウエブ波が発生しない温度差まで小さくするには、
時間がかかり過ぎてＨ形鋼全体の温度が下がってしま
い、今度はその後のＨ形鋼のホットソー切断機による切
断が不可能になる。

【０００７】そこで前述のような誘導加熱法が想起され
るが、これは装置自体が高価であり、さらに加熱装置を
構成する誘導コイルをＨ形鋼に例えば50mm以内というよ
うにかなり近づけて設置しなければならないので、Ｈ形
鋼が曲がったりした場合に衝突の可能性等の懸念があ
り、実用化されていない。ここに、本発明の目的は、誘
導加熱装置よりも安価で、かつ短時間でウエブ加熱が行
え、従来の水冷法により、すみやかにウエブとフランジ
との温度差を軽減して行うＨ形鋼の圧延方法を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、直火加熱バ
ーナが安価で、取り扱いも容易であって、かなりの熱量
も確保できることに着目した。そして、その実用化のた
めの研究開発を行っていたところ、今日問題となってい
る薄肉ウエブＨ形鋼の場合には、実際にウエブ・フラン
ジ間の温度差を短時間の内に小さくして温度分布を均一
にするには、高温の火炎を発生する直火加熱バーナの１
種である酸素富化型バーナを用い、ウエブ・バーナ間距
離に応じてその酸素富化率を変えて加熱することで、温
度差を実用上問題のない程度にまで抑えることができ、
それらの間には一定に臨界的範囲があることを知り、本
発明を完成した。

【０００９】かくして、本発明の要旨とするところは、
Ｈ形鋼圧延ラインの仕上げユニバーサル圧延機の入側に
おいて、酸素富化型バーナによって、ウエブ・バーナ間
距離(D) とバーナの酸素富化率(P) とが下記(1) 、(2)
式の関係を満たす条件下で、Ｈ形鋼のウエブを加熱し、
次いで仕上げユニバーサル圧延を行うことを特徴とする
Ｈ形鋼の圧延方法である。

【００１０】 Ｐ≦−0.06Ｄ＋90 ・・・・ (１) Ｐ≧ 0.27Ｄ−10 ・・・・ (２) ただし、Ｄ: ウエブ・バーナ間距離(mm)、Ｐ: バーナの
酸素富化率 (％) である。

【００１１】

【作用】次に、添付図面を参照しながら、本発明をさら
に具体的に説明する。図１は、本発明において使用する
ウエブ加熱装置10の略式平面図であり、一連の酸素富化
バーナ２が、Ｈ形鋼１のウエブ３上に適宜距離を置いて
配列されている。

【００１２】図２は、図１のＡ−Ａ' 切断線に沿った断
面で示すウエブ加熱装置10の略式説明図であって、ウエ
ブ加熱装置10を構成する酸素富化バーナ２は、図中、矢
印ＸおよびＹによって示すように、Ｈ形鋼１の大きさに
よって上下方向とウエブ幅方向にそれぞれ移動可能とな
っている。

【００１３】図示例においては、ウエブ加熱用の酸素富
化バーナ２は、Ｈ形鋼１の片面または両面の中央に１列
に並べてある。この配置は、２列または複数列でも良
い。また、千鳥に配置しても良い。かかる加熱領域の長
さは、圧延ライン速度、必要昇温度、バーナの能力で決
まってくるが、現在の圧延ライン速度、通常のバーナ能
力の限界から考えると、最低20ｍ程度は必要である。一
方、ミルのレイアウトより最高で50ｍに抑えるのが望ま
しい。

【００１４】なお、酸化富化バーナ２の構造は、いわゆ
る直火加熱バーナとして公知であって、本発明にあって
も特定のものについて制限されるものではなく、したが
って説明を簡明にするためこれ以上の言及は略す。

【００１５】図３および図４は、本発明において使用す
るウエブ加熱装置の変更例を示すもので、図１および２
と比較して、Ｈ形鋼１の両側に一連のフランジ冷却装置
３を設けた点を除いて図１、２と実質上同一である。図
示例にあって、フランジ冷却装置３は高さ方向に三段に
設けた水スプレノズル４から成る。かかる構成は、特
に、ウエブとフランジの温度差が大きい場合には、有効
である。フランジ冷却装置３自体も図中矢印Ｚの方向に
移動可能である。Ｈ形鋼のフランジ幅寸法に合わせた
り、冷却の程度を調節したりするためである。

【００１６】図５は本発明にかかる圧延法を実施するた
めの圧延ラインの略式説明図であって、加熱炉５から出
た圧延素材（図示せず）は、ブレークダウン圧延機６を
経て粗造形され、次いで中間ユニバーサル圧延機７およ
びエッジング圧延機８を経て成形される。

【００１７】中間圧延されたＨ形鋼は、仕上げユニバー
サル圧延機９に入るに先だって、ウエブ加熱装置10に入
り、酸素富化バーナ２によってウエブの加熱が行われ
る。図示例ではさらにフランジ冷却装置３によってフラ
ンジ部の冷却も行われる。

【００１８】なお、本発明において圧延操作それ自体は
特に制限なく慣用のものであってよい。

【００１９】仕上げ圧延終了後は、フランジ温度測定装
置12およびウエブ温度測定装置13を経て仕上げ圧延後水
冷装置14によってＨ形鋼全体を均一に冷却し、最後にホ
ットソー16によって所定長さにＨ形鋼が切断される。

【００２０】本発明によれば、ウエブ加熱装置10は、仕
上げユニバーサル圧延機９の手前に位置する。このため
仕上げユニバーサル圧延機９に入るときのウエブおよび
フランジの温度差異は可及的小となり、圧延終了後、ウ
エブとフランジとの温度差も可及的小となるためその後
の冷却によってもウエブ波打ちは生じない。

【００２１】このように、本発明によれば、ウエブを加
熱するのに酸素富化型バーナを用いる。酸素富化型バー
ナは、高温の炎 (2000℃以上)を発生することができる
ため、短時間の加熱でウエブの温度を上昇させることが
できる。

【００２２】Ｈ形鋼は粗圧延終了時にかなり冷えてい
る。また同時に、ウエブとフランジの間の温度差はかな
り大きくなっている。そこで、この温度差を軽減するた
めにウエブの加熱を行うのであるが、ウエブ加熱は短時
間で行わねばならない。時間がかかるとＨ形鋼全体が冷
え、仕上げユニバーサル圧延後のホットソー切断機によ
る切断ができなくなる。

【００２３】したがって、酸素富化バーナによる加熱
量、つまり複数のバーナを用いればそれらの合計加熱量
には一定の範囲があることが分かる。そしてそのような
加熱量はバーナの数ばかりでなく、ウエブ・バーナ間距
離にも影響される。なお、加熱範囲はウエブのみでフラ
ンジは加熱しない。フランジも加熱するとウエブとフラ
ンジの温度差を軽減できない。

【００２４】一方、バーナーとフランジの間は距離を十
分に離さなければならない。なぜなら、Ｈ形鋼が鼻曲が
り (先端部の曲がり) したり、ねじれた場合にバーナー
とＨ形鋼との衝突を防ぐためである。そのため150mm以
上離すことが望ましい。

【００２５】図６は、本発明におけるバーナ加熱条件を
示すウエブ・バーナ間距離とバーナの酸素富化率との関
係を表わす実験結果である。加熱能力の評価はフランジ
幅600 mm×ウエブ幅200 mm×ウエブ厚12mm／フランジ厚
16mm×長さ500 mmのＨ形鋼の試験片を、あらかじめ加熱
炉の中に入れて1000℃に均熱した後、テーブル上に引き
出し、テーブル上方に200 mm間隔で長手方向に設置した
２本のバーナにより、テーブルを往復移動させながら加
熱し、決められた時間内にウエブ温度が目標とする昇温
幅となるか否かで行った。

【００２６】燃料ガスとしては、COG(コークス炉ガス)
を用い、空気比0.8 、燃焼ガス量 (燃料ガス量＋支燃ガ
ス量) 15Nm³/h 本、テーブルの送り速度60mm/sec、バー
ナによる加熱時間は60sec 、目標昇温幅は50℃とした。
なお、加熱炉からテーブルに引き出した場合、試験片は
放冷されるがバーナでの加熱開始温度は650 ℃にそろえ
た。図中、いずれか一方でも斜線領域内の条件を上方に
外れると火炎長さが短く十分加熱ができない。一方、下
方に外れると火炎温度が低く十分加熱できない。

【００２７】したがって、本発明によれば、酸素富化型
バーナの酸素富化率を上げると火炎温度は高くなるが、
火炎長さが短くなってしまい、ウエブを十分加熱できな
い。そのため、短時間で均一加熱するためには、少なく
とも一つのバーナが、好ましくはすべてのバーナが図６
の斜線領域内にくるように前述の式(1) Ｐ≦−0.06Ｄ＋
90を満たさなければならない。

【００２８】一方、酸素富化率を下げると火炎長さは長
くなるが、火炎温度は低くなってしまう。そのため、バ
ーナをウエブから離すことはできるが、ウエブを加熱す
るのに時間がかかってしまい、その間にフランジがホッ
トソーによる切断不能温度まで冷えてしまったり、ウエ
ブが切断不能になったりする。したがって短時間で均一
加熱にするには、図６の斜線領域内にくるように前述の
式 (２) Ｐ≧0.27Ｄ−10を満たさなければならない。

【００２９】ここに、酸素富化率は燃焼用空気中の酸素
濃度のことである。空気比は0.9 位が良い。空気比があ
まり小さいと十分な燃焼が起こらず、火炎温度は低くな
ってしまう。空気比が大きいと、燃焼が終わった後、周
囲の空気を巻き込んでしまい、火炎温度は低くなってし
まう。なお、空気比とは燃料ガスを完全燃焼させるのに
必要な酸素量に対する実際に使用する酸素量の比のこと
である。

【００３０】

【実施例】本例では、図５に示す配置のＨ形鋼圧延ライ
ンで本発明を実施した。ウエブ加熱装置は図３に示すフ
ランジ水冷装置も備えたそれであった。各装置の仕様は
表１にまとめて示す。なお、バーナ設置数は 100個、水
冷ノズル設置数は各160 個３段で計480 個設けた。

【００３１】表２に、ウエブ高さ550mm ×フランジ幅25
0mm ×ウエブ厚６mm×フランジ厚16mm のサイズのＨ形
鋼の実施例の結果を示す。バーナ加熱はウエブ上面のみ
に行った。燃料ガスはCOG、空気比0.9 であった。

【００３２】酸素富化率とバーナ・ウエブ間の距離とが
本発明の範囲 (図６) 内にくるように各バーナを制御し
て圧延を行った場合には、全体の温度を下げず短時間で
ウエブ／フランジの温度差を均一にできるが、いずれの
バーナもその範囲外となる例では、温度均一化に60秒以
上の時間がかかり、Ｈ形鋼全体の温度が低下して、ホッ
トソーで切断できなかった。

【００３３】なお、温度均一化の目標のウエブ／フラン
ジ間の温度差は、90℃とし、それぞれの温度は赤外線を
用いたサーモトレーサで、フランジ幅またはウエブ高さ
全域にわたる平均値を求めて両平均値の差をウエブ／フ
ランジ間の温度差とした。

【００３４】図７は、同様にして、550mm ×250mm ×６
mm×16mmのサイズのＨ形鋼をバーナ距離200mm 、酸素富
化率75％で加熱・水冷したときのそれぞれフランジ、ウ
エブの温度変化をグラフで示す。なお、加熱・水冷は10
秒間行った。中間圧延段階のエッジング圧延機を出た時
点を時間ゼロとした。

【００３５】これらの結果からも分かるように、仕上げ
圧延機に入る前に、加熱のみでウエブ・フランジ間の温
度差は80℃以内となり、さらに水冷をも行うことによっ
てそれは50℃以内にまで減少させることができた。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
従来よりも安価な手段でＨ形鋼との衝突の心配がなくＨ
形鋼圧延時のウエブ・フランジ間の温度差を著しく軽減
しながら仕上げ圧延ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用するウエブ加熱装置の１実
施例の略式平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ' 切断線に沿った略式断面図であ
る。

【図３】本発明において使用するウエブ加熱とフランジ
水冷を同時に行う装置の１実施例の略式平面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ' 切断線に沿った略式断面図であ
る。

【図５】本発明を実施するＨ形鋼圧延ラインの概略説明
図である。

【図６】本発明における酸素富化率とウエブ・バーナ間
距離との関係を示すグラフである。

【図７】実施例におけるフランジとウエブとの温度変化
を示すグラフである。

【図８】座屈によるウエブ波打ち形成の様子を示す略式
斜視図である。

【符号の説明】

１: Ｈ形鋼 ２: バーナ加熱装置 ３: 水冷装置 ５: 加熱炉 ６: ブレークダウンミル ７: 中間ユニバーサル
ミル ８: エッジングミル ９: 仕上げユニバーサ
ルミル 12: フランジ温度測定装置 13: ウエブ温度測定装
置 14: 仕上げ圧延後水冷装置 16: ホットソー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草場 芳昭 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｈ形鋼圧延ラインの仕上げユニバーサル
   圧延機の入側において、酸素富化型バーナによって、ウ
   エブ・バーナ間距離(D) とバーナの酸素富化率(P) とが
   下記両式の関係を満たす条件下で、Ｈ形鋼のウエブを加
   熱し、次いで仕上げユニバーサル圧延を行うことを特徴
   とするＨ形鋼の圧延方法。 式: Ｐ≦−0.06Ｄ＋90 式: Ｐ≧ 0.27Ｄ−10 ( Ｄ: mm、Ｐ: ％)