JPS5930488B2 - オフセツト方式によるフランジ厚の異なる形鋼のユニバ−サル圧延法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は竪ロールを有スる４０−ルユニバーサル圧延
、特に軌条や不等厚Ｈ形鋼等のようにフランジ部の厚み
が異なる形鋼のユニバーサル圧延におけるロール間隙の
設定および調整制御に関するもので、その目的とすると
ころは従来の欠点を補さ・形状寸法精度の良い製品を能
率的に得ることを目的とするもので□ある。

軌条やＨ形調圧延にユニバーサル圧延法が用いられるこ
とはよく知られているところである。

し力、・１この方法は従来の孔型圧延法の場合の上下水
平ロール２つだけの場合に比し、上下水平ロール及び左
右竪ロールの４つによって孔型が形成されているため１
．所要の製品形状を得るためのロール間隙調整の自由度
が多い反面、ロール変位が複雑なためにロール間隙調整
及び調整も複雑で難しい。

従ってこれらのロール変位に対し適切に対処しなす些ば
、所要製品形状に対する偏差が犬となり作電能率も低下
する。

□軌条や不等厚Ｈ形鋼のユニバーサル圧延の場合は左右
非対称であるために特に上下水平ロールに一方向所謂ス
ラスト方向の力すなわちスラスト力が働き、このためス
ラスト方向の位置変位すなわちスラスト変位を生ずる。

このスラスト変位のたや（圧延材の形状は当初の目的の
形状すなわち設計型状に対し偏差を生じ、製品形状寸法
の差とな乞（〒かりでなく作業能率も低下させると言う
非常に矢きな欠点を持っている。

このことに関し図を参照しながや詳しく説明してみる。

シ図は従来よく知られている軌条のユニバーサル圧延の
孔型図である。

第１図において軌条の場合頭側幅Ｗ１ より足側Ｉｆ
１４Ｗ２の方が矢きいため、普通頭側竪ロール反力Ｐ、
より足側竪ロール反力Ｐ２の方が大きくこの羞が水平ロ
ールにスラスト力すなわちＰｘとして働き水平ロール１
ｊ、２を足側より頭側に点線のように変位さ−Ｏ￥：る
。

ト：のようなスラスト変位が生じればそこで圧延された
圧延材の形状寸法は、設計目標形状、寸法に対、し偏差
を生ずる。

今、例えばスラスト変位かへねたけ生じた場合、この孔
型における形状イ法の偏差を頭部厚みｔｌ、足部厚みｔ
２について考えればｔｌ は△Ｓだけ小さくなりｔ２は
へＳだけ大きくなる。

このような設計目標値に対する偏差が生じれば普通製品
までには更に数個の孔型で圧延されるものの製品形状、
寸法の偏差に大きく影響し不良品を発生する。

またこのような頭部、足部の圧下量の差により曲りも変
化するためにガイドへの突掛けを起し作業性も低下する
。

このように軌条ユニバーサル圧延においては、スラスト
変位は形状を決める重要なポイントとなり、これに対し
ていかに対処するかがこの方法による圧延の成否にかか
わっている。

これに対して頭側の竪ロールと水平ロールを接触させ、
すなわち頭部竪ロール間隙を０としスラスト力を竪ロー
ルで受は止め、スラスト変位を小さくする方法所謂メタ
ルタッチ法がある。

この方法は１スタンド、■パスの場合は可能であるが、
普通性なわれている１スタンド、２パス以上のユニバー
サル圧延法においては適用出来ないことは明らかである
。

従ってスラスト変位に対し従来は次のような方法で対処
していた。

第１は水平ロールのスラスト力受けの構造を強大にし、
スラストミル剛性を大きくしスラスト変位を無視出来る
程度に小さくする方法である。

しかしスラスト方向の構造はラジアル方向の場合と異な
り、構成部品も多く複雑であり力の伝達経路も長いため
剛性を大きくすることは出来ない。

例えばあるスタンドでの調査結果では、ラジアル方向の
ミル剛性係数： Ｍｙ ＝ ２５０ ｔｏｎ ７ｍｍに
対しスラスト方向の剛性係数： Ｍｙ ＝ ３５ ｔｏ
ｎ ７ｍｍと約％であり極端に小さい。

更にスラスト力受は機構は水平ロールが各パスにおいて
パススケジュールにより上下方向に移動せねばならない
ため、スラスト方向に間隙が与えられているため、及び
スラストベアリングの余裕、各部品間の隙間等によりガ
タが存在する。

このガタの量は１ｒ／Ｌ７１以上にも及ぶ。

従ってこのような方法でスラスト変位を無くすことは非
常に困難である。

第２番目め対処の方法は孔型設計上において行なう方法
である。

つまり頭部圧下量を足部の圧下量に比べ極端に大きくし
、頭部の竪ロール圧延反力と足部竪ロール反力の差を出
来るだけ小さくしてスラスト力の発生そのものを小さく
しようとする方法である。

しかしこのような方法で竪ロールの圧延反力差を０にす
るまでには圧下量に極端な差を付けねばならなく実際上
は不可能である。

従ってこの方法においてもスラスト変位を無くすことは
出来ない。

このように軌条のユニバーサル圧延においては実際的に
水平ロールのスラスト変位をなくすことは出来ないとさ
れている。

従って従来は１．２の方法を組み合せ極カスラスト変位
を小さくするようにするとともに、発生するスラスト変
位に対してはスラスト変位の方向と反対に水平ロールの
スラスト設定位置調整を行なって対処していた。

このような方法により一応圧延中の孔型形状を設計目標
通りとすることが出来、圧延材の形状、寸法が設計目標
通りのものを得ることが出来る。

しかしスラスト位置調整作業は前にも述べたが、普通形
鋼圧延機のスラスト関係の機構が複雑なため長期間要し
労力も多大である。

また本来スラスト変位の大きさは各パスにより異なり更
に各材料間においても異なるものであるが、以上のよう
に長時間要し労力も多大であるため各材料、各パス毎に
スラスト位置調整を行なうことは出来ず、それぞれの孔
型で最適な位置での設定を行なうことは至難である。

しかも上下２本のロールについて行なわねばならなく労
力、調整時間も多大であり、上下ロールについてスラス
ト調整量を同じように行なうことは非常に困難である。

更にスラスト変位に対して以上のような方法で対処して
いるものの従来法のもう一つの問題点はスラスト位置調
整量を正確につかむことが出来なかったと言う点である
。

従来の形鋼圧延機の水平ロールのスラスト方向の位置検
出装置は、軌条のユニバーサル圧延のように頻発に行な
うこともなく重要でなかったために設置されていなかっ
たり、設置されていてもロールを保持している軌受箱の
位置を検出する程度のものであった。

従って精度良くスラスト位置を検出することは出来な（
、圧延中のスラスト位置に関しては全く知る方法がなか
った。

このため従来のスラスト位置調整はその孔型での圧延材
や製品の形状、寸法を見ながら試行錯誤的に行なってい
た。

そのためスラスト位置設定の精度が悪く、製品形状、寸
法の不良を惹起しスラスト調整作業の回数も多くなり能
率及び歩留の低下を来たしていた。

以上のように従来の軌条ユニバーサル圧延にこのような
問題に対処する方法を加えれば理想的な圧延の実現がは
じめて可能になるといえる。

本発明は以上のような軌条ユニバーサル圧延において防
ぐことの出来ない重大な悪影響を与える水平ロールのス
ラスト変位に対する簡単で的確なロール設定及び制御を
可能とするユニバーサル圧延法を提供するものである。

しかしてその要旨は、水平ロールのスラスト変位を、頭
側竪ロール圧延反力と足側竪ロール圧延反力を検出し、
これらの竪ロール反力差を用いて予め求めておいたこの
竪ロール圧延反力差と水平ロールスラスト変位の関係曲
線より検出し、すなわち水平ロールのスラスト方向に関
して水平ロールにかかるスラスト力とじて竪ロール反力
差を用いることによりゲージメータ一方式を適用し水平
ロールのスラスト位置を検出する。

一方、竪ロールのラジアル方向の位置を圧下ねじ位置検
出装置と竪ロール圧延反力計により通常のケージメータ
一方式に求めることにより、水平ロールと竪ロールの相
対関係、すなわち頭部竪ロール間隙、足側竪ロール間隙
を検出し、その値を設計目標値と対比させその偏差を従
来の水平ロールのメラスト位置調整ではなく竪ロールの
ラジアル方向の位置調整により修正を行なうことにより
行なう軌条のユニバーサル圧延法である。

また頭側竪ロール圧延反力及び足側竪ロール圧延反力を
モデル式により予測し上記同様頭側竪ロール間隙及び足
側竪ロール間隙の設定を行なう方法である。

以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明して行く。

まずこのような水平ロールのスラスト変位に対して特殊
な計器を用いて調査した結果、これは頭側竪ロール圧延
反力と足側竪ロール圧延反力差に関係ずけられることが
判った。

このことは水平ロールのスラスト受は機構は各種部品か
ら出来ているが、それらは力が加わったときそれぞれ弾
性変形するので最終的には一つ弾性体とみなすことが出
来、竪ロールの反力差がこれに働きスラスト変位を生じ
ているということを意味している。

従って逆にこれらの関係を予め求めておけば、竪ロール
圧延反力差により水平ロールのスラスト変位すなわちス
ラスト方向の位置を検出することが出来る。

このような竪ロール反力差とスラスト変位の関係につい
ては圧延中の反力差とスラスト変位の関係で求めること
も出来るが、圧延時でなくとも停止中に竪ロールで水平
ロールをスラスト方向に押してスラスト荷重を加えてそ
れとスラスト変位の関係により求めることも出来る。

この調査結果の一例を第２図に示す。

また一方水平ロールのスラスト変位と頭側及び足側竪ロ
ール圧延反力への影響を第１図を参照しながら考察すれ
ば次のようになる。

第１図において設計目標通りのロール位置設定が行なわ
れた（実線のように△５−０）場合の圧下量は頭側△ｔ
１、足側△ｔ２である。

普通の場合△１１＞△ｔ２としているが、それぞれの幅
がＷ２〉Ｗｌであるために、竪ロール反力はＰ２〉Ｐｌ
となり、その差Ｐｘ ＝Ｐ２−Ｐ、が水平ロールにスラ
スト力として働き水平ロールはスラスト変位することは
前に述べた。

全設計値の点（０調点）を０として水平ロールが△Ｓの
スラスト変位が生じた位置で圧延が行なわれた場合を考
えれば、頭側の圧下量は△Ｓだけ大きくなり足側の圧下
量は△Ｓだけ小さくなるためそれぞれの反力はＰｌは大
きく、Ｐ２は小さくなりその差Ｐｘは小さくなる。

つまりＰｘはへＳの増加と共に小さくなり、結局第３図
に示す■の曲線により整理出来る。

この曲線のことをスラスト塑性特性曲線と呼ぶことにす
る。

定常状態の圧延中の反力の総和は０であるから、材料よ
り水平ロールに及ぼされるスラスト力と圧延機のスラス
ト受は部より水平ロールに及ぼされるスラスト力は等し
くつり合っているはずである。

つまりスラスト塑性特性曲線とスラストミル剛性曲線の
交点の個所で水平ロールの位置は決ることになり、これ
らの２つの曲線を用いてスラスト方向のゲージメータ一
方式によりスラスト方向のロール位置を求めることが出
来る。

この関係を第４図に示す。

縦軸にスラスト方向に及ぼされる力の大きさをとってお
り、横軸は水平ロールスラスト方向の位置をとっている
。

横軸の０点は設計目標位置である。

水平ロールを０点にセットすれば、頭側竪ロール反力、
足側竪ロール反力の差により水平ロールはスラスト変位
し、スラスト受けよりロールに及ぼされる力は■の曲線
に沿って太き（なる。

一方スラスト力の大きさはスラスト変位により■の曲線
に沿って小さくなり、これらの力の釣合った点すなわち
ａで圧延がされることになる。

この場合設計目標に対しＳｌだけスラスト変位が生じた
ことになり、この量だけで寸法の狂ったものとなる。

従って設計目標通りの形状を得るためにはこれらスラス
トミル剛性曲線■とスラスト塑性特性曲線■の交点が０
点になるように曲線■の如くＳ２だけ水平ロールのセッ
ト位置を一方向に変位させてセットしておけば良いこと
になる。

このような方法では水平ロールのスラスト位置は正確に
検出する装置がなく、ガタが大きいため正確に出来なく
労力も要し、更にはパス間において行なうことが出来な
く最適に行なうことが出来ないことを述べた。

従ってこれらの対策として竪ロールの位置調整を行ない
、水平ロールと竪ロールの相対関係を設計目標通りとし
、設計目標通りのその孔型での形状を得ようとするもの
である。

すなわちＳ２の大きさだけ頭側竪ロール間隙Ｔｈを大き
くし足側竪ロール間隙Ｔｂは（第５図）小さくする。

このように板圧延の場合のラジアル方向で行なわれてい
るゲージメータ一方式を竪ロールの反力差を用いてスラ
スト方向に適用したものである。

竪ロールの位置調整は通常のユニバーサルスタンドにお
いては水平ロールのラジアル方向と同じで位置検出装置
も整っているため精度良く検出出来るためロールセット
の精度も向上する。

しかも簡単に行なえるため労力も省ける。

第５図はこの発明になる圧延法の一実施例を示す略図で
ある。

同図に示すように上下水平ロール１，２のスラスト方向
の位置を頭側竪ロール反力計９及び足側竪ロール反力計
１０によりそれぞれの反力を検出し、その差を用いて計
算機制御装置１７に記憶させである予じめ求めておいた
水平ロールのスラスト変位と反力差の関係の曲線すなわ
ちスラスト−５ル剛性曲線より求める。

一方竪ロール３，４の位置を竪ロール反力計９，１０と
圧下ねじ位置検出計１３，１４により通常板圧延で行な
われているラジアル方向のゲージメータ方式と同じ方法
で求める。

このようにして水平ロールと竪ロールの相対位置関係す
なわち頭部竪ロール間隙Ｔｈと足部竪ロール間隙Ｔｂを
検出する。

この値を計算機制御装置１７により設計目標値と対比さ
せ、その偏差に基いて竪ロール位置調整装置１５，１６
により圧下ねじｌＬ１２を作動させることにより竪ロー
ル間隙Ｔｈ、Ｔｂを設計目標値通りに制御する。

また本発明では形状検出端１８により圧延材の形状、曲
り、寸法変動を検出し、これらの修正値を１７の計算機
制御装置に組込まれている数学的模型により計算し、こ
のような制御方法と結び付けた自動形状制御も可能であ
る。

以上はスラスト方向の制御方式について述べて来たが、
水平ロールのラジアル方向の位置制御すなわち水平ロー
ル間隙Ｔについても板圧延のラジアル方向で行なわれて
いるゲージメータ一方式により行ない、この方式と組合
せたユニバーサル圧延における総合的なロール位置制御
も行なうことが出来る。

更にこの発明になる圧延法は軌条ユニバーサル圧延のみ
ならずその他の竪ロールを有する４０−ルユニバーサル
圧延法においても同様に適用出来極めてすぐれた効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するための一般のユニバーサル圧
延方式を示し、第２図はユニバーサル圧延における竪ロ
ールの反力差とスラストとの関係を示す図表、第３図は
スラスト塑性特性曲線を表わす図表、第４図はスラスト
塑性特性曲線とスラストミル剛性曲線を考慮したスラス
ト変化を説明する図表、第５図は本発明の実施態様を示
している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ユニバーサル圧延機を用いて不等厚フランジをもつ
   軌条及びＨ形鋼を圧延するにあたり、該形鋼の厚みの太
   き（ミフランジ側を圧延する竪ロールの圧延反力と、厚
   みの薄いフランジ側を圧延する竪ロールの圧延反力との
   差を検出し、一方予しめ求められた圧延反力差と無負荷
   状態から負荷状態に至る水平ロールの軸方向変位置との
   関係から、前記のようにして検出した両竪ロールの圧延
   反力差に基づ（水平ロール軸方向変位量を算出し、負荷
   時における水平ロールと両竪ロールの相対位置とを設計
   値と一致するように両竪ロールの位置と水平ロールの位
   置な予じめオフセットせしめることを特徴とするフラン
   ジ厚みの異なる形鋼のユニバーサル圧延法。