Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7803308B2 - H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7803308B2 - H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method - Google Patents

H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method

Info

Publication number
JP7803308B2
JP7803308B2 JP2023067558A JP2023067558A JP7803308B2 JP 7803308 B2 JP7803308 B2 JP 7803308B2 JP 2023067558 A JP2023067558 A JP 2023067558A JP 2023067558 A JP2023067558 A JP 2023067558A JP 7803308 B2 JP7803308 B2 JP 7803308B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flange
rolling
cooling
mill
operation parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2023067558A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024153994A (en
Inventor
拓弥 藤沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to JP2023067558A priority Critical patent/JP7803308B2/en
Publication of JP2024153994A publication Critical patent/JP2024153994A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7803308B2 publication Critical patent/JP7803308B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Description

本発明は、H形鋼のフランジ反り量を予測するH形鋼の形状予測方法、H形鋼の製造方法、圧延設備および形状予測モデルの生成方法に関する。 The present invention relates to a shape prediction method for H-beams that predicts the amount of flange warpage of H-beams, a manufacturing method for H-beams, rolling equipment, and a method for generating a shape prediction model.

建築物の梁および柱に用いられる部材であるH形鋼は、一般に圧延により製造される。図1は、H形鋼10の断面形状を示す断面模式図である。H形鋼10において比較的板厚が厚い部位がフランジ12であり、比較的板厚さが薄く、一対のフランジ12と結合した部分がウェブ14である。このフランジ12の厚さtfおよび幅B、ウェブ14の厚さtwおよび高さHといったH形鋼10の寸法の組合せは、内法一定H形鋼(JISH)で数十、外法一定H形鋼で数百程度と数多く存在する。ここで、外法とはH形鋼10のウェブ高さHであり、内法とは外法からフランジ厚を除いた寸法である。 H-shaped steel beams, which are used as beams and columns in buildings, are generally manufactured by rolling. Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing the cross-sectional shape of an H-shaped steel beam 10. The flanges 12 are the relatively thick sections of the H-shaped steel beam 10, while the web 14 is the relatively thin section where the pair of flanges 12 are joined. There are numerous combinations of dimensions for the H-shaped steel beam 10, such as the thickness tf and width B of the flanges 12 and the thickness tw and height H of the web 14, ranging from several dozen for constant inside dimension H-shaped steel (JIS H) to several hundred for constant outside dimension H-shaped steel. Here, the outside dimension is the web height H of the H-shaped steel beam 10, and the inside dimension is the dimension obtained by subtracting the flange thickness from the outside dimension.

また、H形鋼10の強度区分は大きく分けると引張強度で400N/mm級、490N/mm級、それ以上の3つに分けられており、H形鋼10の化学成分は、この強度区分に応じて鋼種毎に適宜調整される。実際に、部材としてH形鋼10を使用する際には、建築物の要求性能に応じてH形鋼10の寸法や強度が選定される。 Furthermore, the strength classification of the H-shaped steel 10 is broadly divided into three classes based on tensile strength: 400 N / mm2 class, 490 N/mm2 class, and higher, and the chemical composition of the H-shaped steel 10 is adjusted appropriately for each steel type according to this strength classification. When the H-shaped steel 10 is actually used as a member, the dimensions and strength of the H-shaped steel 10 are selected according to the performance requirements of the building.

このようなH形鋼10は、主として熱間圧延により製造される。圧延により製造されるH形鋼10は、圧延H形鋼と呼ばれる。圧延H形鋼の製造は、加熱炉にて予め加熱された素材に対して複数の圧延機により粗圧延、中間圧延、仕上圧延が施され、目標寸法のH形鋼10に成形される。 Such H-shaped steel 10 is primarily manufactured by hot rolling. H-shaped steel 10 manufactured by rolling is called rolled H-shaped steel. To manufacture rolled H-shaped steel, material is preheated in a heating furnace and then subjected to rough rolling, intermediate rolling, and finish rolling using multiple rolling mills to form the H-shaped steel 10 into the target dimensions.

例えば、粗圧延では複数の孔型が設けられた上下一対のロールを有する粗圧延機により素材となる鋼片が複数パスで圧延され、目標寸法に近づくように大まかに成形される。次に中間圧延では、上下一対の水平ロールと左右一対の堅ロールとを有する中間ユニバーサル圧延機、ならびに上下一対の水平ロールを有するエッジャ圧延機により、複数パスの圧延が行われ、目標寸法にさらに近づけられる。最後に仕上圧延において上下一対の水平ロールおよび左右一対の堅ロールを有する仕上ユニバーサル圧延機により1パスの圧延が行われて、目標寸法のH形鋼製品に成形される。 For example, in rough rolling, the raw steel billet is rolled in multiple passes using a rough rolling mill equipped with a pair of upper and lower rolls each equipped with multiple grooves, roughly shaping it to approach the target dimensions. Next, in intermediate rolling, multiple passes are performed using an intermediate universal rolling mill equipped with a pair of upper and lower horizontal rolls and a pair of left and right hard rolls, and an edger rolling mill equipped with a pair of upper and lower horizontal rolls, bringing it even closer to the target dimensions. Finally, in finish rolling, one pass is performed using a finish universal rolling mill equipped with a pair of upper and lower horizontal rolls and a pair of left and right hard rolls, shaping it into an H-beam product of the target dimensions.

日本工業規格JIS G3192(熱間圧延形鋼の形状、寸法、質量およびその許容差)やこれに対応する外国・国際規格では、形鋼の断面寸法の許容値が規定されている。例えば、H形鋼10ではウェブ高さH、フランジ幅B、ウェブ厚tw、フランジ厚tf等の各寸法の代表値およびその許容値が規定されており、これら全ての寸法が許容値の範囲内になるように制御することが要求されている。したがって、このような各寸法が許容値の範囲内に収まるように各圧延機、各パスでのロール間隔等の圧延条件が調整、修正される。 The Japanese Industrial Standard JIS G3192 (Shape, dimensions, mass, and tolerances of hot-rolled steel sections) and corresponding foreign and international standards specify the allowable values for the cross-sectional dimensions of steel sections. For example, for H-section steel 10, the representative values and allowable values for each dimension, such as web height H, flange width B, web thickness tw, and flange thickness tf, are specified, and it is required that all of these dimensions be controlled to fall within the allowable range. Therefore, rolling conditions such as the roll spacing for each rolling mill and each pass are adjusted and modified so that each dimension falls within the allowable range.

また、H形鋼10はウェブ14と比較してフランジ12の板厚が厚いので、圧延途中の冷却過程でウェブ14よりフランジ12の方が冷えにくく温度が高くなる。このフランジ12とウェブ14との温度差に起因した残留応力によって冷却後にウェブ14が座屈し、波状に変形する場合がある。したがって、例えば、仕上圧延機前に冷却装置が設けられ、熱間圧延工程中にH形鋼10のフランジ12の外面を冷却する場合がある。これにより、フランジ12とウェブ14との温度差を解消させてウェブ14の座屈変形を抑制できる。さらには、より高強度なH形鋼を製造する場合には鋼材の組織制御のため、仕上圧延機の出側に加速冷却装置を設けフランジ12を冷却することもある。 Furthermore, because the flange 12 of the H-beam 10 is thicker than the web 14, the flange 12 is more difficult to cool than the web 14 during the cooling process during rolling, resulting in a higher temperature. Residual stress caused by this temperature difference between the flange 12 and the web 14 can cause the web 14 to buckle and deform into a wavy shape after cooling. Therefore, for example, a cooling device may be installed before the finishing mill to cool the outer surface of the flange 12 of the H-beam 10 during the hot rolling process. This eliminates the temperature difference between the flange 12 and the web 14, thereby suppressing buckling deformation of the web 14. Furthermore, when manufacturing higher-strength H-beams, an accelerated cooling device may be installed on the outlet side of the finishing mill to cool the flange 12 in order to control the structure of the steel material.

一方、このようなフランジ12の冷却によってフランジ12の外面と内面とに大きな温度差が生じると、今度は、この温度差に起因した熱応力や相変態よって生じる応力によって、フランジ12が外側または内側に反って倒れ込むフランジ反りが生じる場合がある。図2は、フランジ反りが生じたH形鋼の断面模式図である。図2(a)はフランジが外側に反って倒れ込んだ外反り状態を示し、図2(b)はフランジが内側に反って倒れ込んだ内反り状態を示す。図2に示したようなフランジ反りの反り量が大きくなると、製造されたH形鋼10にプレス等の追加工程が必要になり、製造コストが増加し生産性も低下するといった問題がある。 However, if such cooling of the flange 12 creates a large temperature difference between the outer and inner surfaces of the flange 12, thermal stress caused by this temperature difference or stress caused by phase transformation may cause flange warping, in which the flange 12 bends outward or inward. Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an H-beam with flange warping. Figure 2(a) shows an outwardly bowed state in which the flange has bent outward, while Figure 2(b) shows an inwardly bowed state in which the flange has bent inward. If the amount of flange warping as shown in Figure 2 becomes large, additional processes such as pressing may be required for the manufactured H-beam 10, resulting in problems such as increased manufacturing costs and reduced productivity.

H形鋼10のフランジ反りを防止する技術として、特許文献1には、H形鋼10の寸法や種類に応じて、予め実験でフランジ反りが良好になる仕上圧延におけるフランジ温度を求めておく形鋼のフランジ形状制御方法が開示されている。特許文献1によると、予め求めたフランジ温度に対して±25℃以内となるようにフランジの冷却条件を調整することで、フランジの反り量を低減できるとしている。 As a technology for preventing flange warpage in H-shaped steel 10, Patent Document 1 discloses a flange shape control method for structural steel in which the flange temperature during finish rolling that results in good flange warpage is determined in advance through experiments depending on the dimensions and type of H-shaped steel 10. According to Patent Document 1, the amount of flange warpage can be reduced by adjusting the flange cooling conditions so that the flange temperature is within ±25°C of the predetermined flange temperature.

特許文献2には、温度計算モデルを用いて、ある冷却条件における熱履歴を予測し、予測した熱履歴から形状計算モデルにて形状を予測し、予測された形状が良好になるように冷却条件を調整するH形鋼の製造方法が開示されている。特許文献2によれば、熱履歴計算と形状計算とを繰り返し行うことで探索された冷却条件に基づいてH形鋼を製造することで、冷却に起因した形状不良を防止できるとしている。 Patent Document 2 discloses a method for manufacturing H-section steel that uses a temperature calculation model to predict the thermal history under certain cooling conditions, predicts the shape from the predicted thermal history using a shape calculation model, and adjusts the cooling conditions so that the predicted shape is satisfactory. According to Patent Document 2, by manufacturing H-section steel based on cooling conditions discovered by repeatedly performing thermal history calculations and shape calculations, it is possible to prevent shape defects caused by cooling.

特開平7-323320号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-323320 特開平8-323402号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-323402

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、数多く存在するH形鋼の寸法に対して、実験でフランジ反りが良好になる仕上圧延におけるフランジ温度を求めなければならず、非常に多くの労力を要する。また、フランジ反りは冷却中の相変態によって生じる応力の影響も受ける。鋼種が異なると熱履歴や温度分布が同じでも相変態によって生じる応力が異なるので、特許文献1に開示された技術では鋼種ごとにフランジ反りが良好になる仕上圧延におけるフランジ温度を求めなければならず、非常に多くの労力を要する。 However, with the technology disclosed in Patent Document 1, it is necessary to conduct experiments to determine the flange temperature during finish rolling that will result in good flange warpage for the many different H-section steel dimensions, which requires a great deal of effort. Furthermore, flange warpage is also affected by stresses that arise from phase transformation during cooling. Even if the thermal history and temperature distribution are the same, different steel types will experience different stresses due to phase transformation. Therefore, with the technology disclosed in Patent Document 1, it is necessary to determine the flange temperature during finish rolling that will result in good flange warpage for each steel type, which requires a great deal of effort.

特許文献2に開示された技術では、形状予測モデルの一例としてH形鋼の寸法と仕上圧延時のフランジ温度を用いた線形和で表された式が示されている。しかしながら、二次元の断面形状を有するH形鋼の形状をこのような式で正確に予測することは困難である。また、フランジ反りは温度だけでなく寸法調整のために行った各圧延機のロール間隔等の圧延条件の影響、すなわち圧延による塑性変形の影響を受けて変化する場合がある。したがって、このような圧延の影響が考慮されていない形状予測モデルでフランジ反りを正確に予測することは困難である。温度だけでなく圧延の影響も考慮して正確にH形鋼の形状を予測するには、二次元若しくは三次元の構造解析が必要になるので、オンラインで予測するには計算負荷が非常に高く、現状の計算機の能力では困難である。 The technology disclosed in Patent Document 2 presents an example of a shape prediction model, which uses an equation expressed as a linear sum using the dimensions of the H-section steel and the flange temperature during finish rolling. However, it is difficult to accurately predict the shape of an H-section steel, which has a two-dimensional cross-sectional shape, using such an equation. Furthermore, flange warpage can change not only due to temperature but also due to the influence of rolling conditions such as the roll spacing of each rolling mill used to adjust dimensions, i.e., the influence of plastic deformation caused by rolling. Therefore, it is difficult to accurately predict flange warpage using a shape prediction model that does not take into account the influence of rolling. Accurately predicting the shape of an H-section steel, taking into account the influence of not only temperature but also rolling, requires two- or three-dimensional structural analysis, which imposes an extremely high computational load for online prediction and is beyond the capabilities of current computers.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的はH形鋼のフランジ反り量を精度よく予測できるH形鋼の形状予測方法、当該H形鋼の形状予測方法を用いるH形鋼の製造方法、圧延設備および形状予測モデルの生成方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a shape prediction method for H-section steel that can accurately predict the amount of flange warpage of H-section steel, a manufacturing method for H-section steel that uses this shape prediction method for H-section steel, rolling equipment, and a method for generating a shape prediction model.

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
[1]加熱された鋼片をH形鋼に熱間圧延する複数の圧延機と、前記H形鋼を冷却する冷却装置と、冷却後のH形鋼のフランジ反りを測定する形状計とを有する圧延設備で製造されるH形鋼のフランジ反り量を予測するH形鋼の形状予測方法であって、前記圧延機の圧延操業パラメータと、前記冷却装置の冷却操業パラメータと、前記H形鋼の属性パラメータとを含む入力データを形状予測モデルに入力し、前記フランジ反り量を出力させて前記フランジ反り量を予測する、H形鋼の形状予測方法。
[2][1]に記載のH形鋼の形状予測方法を用いて予測されたフランジ反り量が、予め定められた許容値の範囲内になる前記冷却操業パラメータを特定し、特定された冷却操業パラメータを含む製造条件でH形鋼を製造する、H形鋼の製造方法。
[3]加熱された鋼片をH形鋼に熱間圧延する複数の圧延機と、前記H形鋼を冷却する冷却装置と、冷却後のH形鋼のフランジ反り量を測定する形状計と、前記フランジ反り量を予測するH形鋼の形状予測装置と、を有する圧延設備であって、前記形状予測装置は、前記圧延機の圧延操業パラメータと、前記冷却装置の冷却操業パラメータと、前記H形鋼の属性パラメータとを含む入力データを形状予測モデルに入力し、前記フランジ反り量を出力する形状予測部を有する、圧延設備。
[4]加熱された鋼片をH形鋼に熱間圧延する複数の圧延機と、前記H形鋼を冷却する冷却装置と、冷却後のH形鋼のフランジ反りを測定する形状計とを有する圧延設備で製造されるH形鋼のフランジ反り量を予測する形状予測モデルの生成方法であって、過去に製造されたH形鋼の前記圧延機の圧延操業パラメータの実績値と、前記冷却装置の冷却操業パラメータの実績値と、前記H形鋼の属性パラメータの実績値と、前記フランジ反り量の実績値とを1組とする複数のデータセットを教師データとして機械学習モデルを機械学習させ、前記圧延操業パラメータと、前記冷却操業パラメータと、前記属性パラメータとを入力とし、前記フランジ反り量を出力とする形状予測モデルを生成する、形状予測モデルの生成方法。
[5]前記機械学習モデルは、ニューラルネットワーク、決定木学習、ランダムフォレストおよびサポートベクター回帰のいずれかである、[4]に記載の形状予測モデルの生成方法。
The means for solving the above problems are as follows.
[1] A shape prediction method for H-shaped steel that predicts the amount of flange warpage of H-shaped steel manufactured in a rolling facility having a plurality of rolling mills that hot-roll heated steel billets into H-shaped steel, a cooling device that cools the H-shaped steel, and a shape meter that measures the flange warpage of the H-shaped steel after cooling, wherein input data including rolling operation parameters of the rolling mills, cooling operation parameters of the cooling device, and attribute parameters of the H-shaped steel are input into a shape prediction model, and the flange warpage amount is output to predict the flange warpage amount.
[2] A method for manufacturing H-shaped steel, comprising: specifying cooling operation parameters that cause the amount of flange warpage predicted using the shape prediction method for H-shaped steel described in [1] to fall within a predetermined allowable range; and manufacturing the H-shaped steel under manufacturing conditions that include the specified cooling operation parameters.
[3] A rolling facility having a plurality of rolling mills that hot-roll heated steel billets into H-shaped steel, a cooling device that cools the H-shaped steel, a shape meter that measures the amount of flange warpage of the H-shaped steel after cooling, and a shape prediction device for H-shaped steel that predicts the amount of flange warpage, wherein the shape prediction device has a shape prediction unit that inputs input data including rolling operation parameters of the rolling mills, cooling operation parameters of the cooling device, and attribute parameters of the H-shaped steel into a shape prediction model and outputs the amount of flange warpage.
[4] A method for generating a shape prediction model that predicts the amount of flange warpage of H-shaped steel produced by rolling equipment having a plurality of rolling mills that hot-roll heated steel billets into H-shaped steel, a cooling device that cools the H-shaped steel, and a shape meter that measures the flange warpage of the H-shaped steel after cooling, the method comprising: training a machine learning model using as training data a plurality of data sets each consisting of actual values of rolling operation parameters of the rolling mills for H-shaped steel produced in the past, actual values of cooling operation parameters of the cooling device, actual values of attribute parameters of the H-shaped steel, and actual values of the flange warpage amount; and generating a shape prediction model that uses the rolling operation parameters, the cooling operation parameters, and the attribute parameters as inputs and outputs the flange warpage amount.
[5] The method for generating a shape prediction model described in [4], wherein the machine learning model is one of a neural network, decision tree learning, random forest, and support vector regression.

本発明によれば、冷却だけでなく圧延の影響をも考慮した形鋼の形状予測モデルを用いてH形鋼のフランジ反り量を予測するので、高い精度でH形鋼のフランジ反り量を予測できる。さらに、当該フランジ反り量の予測結果を用いて、H形鋼の製造における冷却を制御することで、フランジ反り量が許容値の範囲内となるH形鋼が安定して製造できるようになる。 According to the present invention, the amount of flange warpage of H-shaped steel is predicted using a shape prediction model for steel that takes into account the effects of not only cooling but also rolling, allowing for highly accurate prediction of the amount of flange warpage of H-shaped steel. Furthermore, by using the predicted results of flange warpage to control the cooling during H-shaped steel manufacturing, it becomes possible to consistently manufacture H-shaped steel with flange warpage within the allowable range.

図1は、H形鋼の断面形状を示す断面模式図である。FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram showing the cross-sectional shape of an H-beam. 図2は、フランジ反りが生じたH形鋼の断面模式図である。FIG. 2 is a cross-sectional schematic diagram of an H-section steel in which flange warping has occurred. 図3は、本実施形態に係るH形鋼の形状予測方法が実施できるH形鋼の形状予測装置を含む、圧延設備の概略構成を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the general configuration of a rolling facility including an H-beam shape prediction device capable of implementing the H-beam shape prediction method according to this embodiment. 図4は、仕上圧延機の各ロール配置の概要を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an outline of the roll arrangement of the finishing rolling mill. 図5は、形鋼の形状予測装置の機能ブロック図である。FIG. 5 is a functional block diagram of the shape prediction device for steel sections. 図6は、冷却操業パラメータ特定部による冷却操業パラメータ特定処理のフローを示すフロー図である。FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the cooling operation parameter specification process performed by the cooling operation parameter specification unit.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の技術思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の品質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に限定されるものではない。 One embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. Note that the embodiment shown below is an example of an apparatus and method that embodies the technical concept of the present invention, and the technical concept of the present invention is not limited to the quality, shape, structure, arrangement, etc. of the components of the embodiment described below.

図3から図6を参照して本発明の一実施形態を説明する。図3は、本実施形態に係るH形鋼の形状予測方法が実施できるH形鋼の形状予測装置を含む、圧延設備100の概略構成を示す模式図である。 One embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 3 to 6. Figure 3 is a schematic diagram showing the general configuration of a rolling facility 100 including an H-beam shape prediction device that can implement the H-beam shape prediction method according to this embodiment.

図3に示すように、圧延設備100は、素材となる鋼片を所定温度まで加熱する加熱炉20と、加熱炉20で加熱された鋼片を圧延する粗圧延機22、中間圧延機24、仕上圧延機28と、これら複数の圧延機の動作を制御する圧延制御装置30と、圧延途中のH形鋼10を冷却する冷却装置32、34と、冷却装置32、34の入出側における圧延途中のH形鋼10の温度を計測する温度計36、38、40と、冷却装置32、34の動作を制御する冷却制御装置42と、冷却後のH形鋼10のフランジ反り量を測定する形状計44と、プロセスコンピュータ46と、H形鋼の形状予測装置48と、を有する。 As shown in FIG. 3, the rolling equipment 100 includes a heating furnace 20 that heats the steel slabs to a predetermined temperature, a roughing mill 22, an intermediate mill 24, and a finishing mill 28 that roll the steel slabs heated in the heating furnace 20, a rolling control device 30 that controls the operation of these multiple rolling mills, cooling devices 32 and 34 that cool the H-beam 10 during rolling, thermometers 36, 38, and 40 that measure the temperature of the H-beam 10 during rolling at the inlet and outlet sides of the cooling devices 32 and 34, a cooling control device 42 that controls the operation of the cooling devices 32 and 34, a shape meter 44 that measures the amount of flange warp of the H-beam 10 after cooling, a process computer 46, and an H-beam shape prediction device 48.

加熱炉20では鋼片が装入され、当該鋼片は、オーステナイト温度域以上(例えば1100~1300℃)まで加熱される。加熱炉20から抽出された鋼片は、加熱炉20の出側に設置された複数のテーブルロールで圧延機に搬送され、粗圧延機22、中間圧延機24及び仕上圧延機28でH形鋼10に熱間圧延される。また圧延機前後において、H形鋼10は、テーブルロールによって搬送されながら冷却装置32、34で冷却される。 Slabs of steel are loaded into the heating furnace 20 and heated to a temperature above the austenite temperature range (e.g., 1100-1300°C). The slabs extracted from the heating furnace 20 are transported to the rolling mill by multiple table rolls installed on the outlet side of the heating furnace 20, and are hot rolled into H-beam steel 10 by the roughing mill 22, intermediate mill 24, and finishing mill 28. Furthermore, before and after the rolling mill, the H-beam steel 10 is cooled in cooling devices 32, 34 while being transported by the table rolls.

粗圧延では複数の孔型が設けられた上下一対の孔型ロールを有する粗圧延機22により、5~25パス程度の粗圧延が施される。粗圧延はブレークダウン圧延とも呼ばれる。 Rough rolling involves roughly rolling the steel sheet 5 to 25 passes using a rough rolling mill 22, which has a pair of upper and lower grooved rolls each equipped with multiple grooves. Rough rolling is also called breakdown rolling.

中間圧延では中間圧延機24として中間ユニバーサル圧延機25およびエッジャ圧延機26がそれぞれ一台以上組み合せられて用いられることが多い。中間圧延では中間ユニバーサル圧延機25およびエッジャ圧延機26を用いて、5~25パス程度のリバース圧延を行い、概ね製品の断面寸法となるまで圧延される。 In intermediate rolling, one or more intermediate universal rolling mills 25 and one or more edger rolling mills 26 are often used in combination as the intermediate rolling mill 24. In intermediate rolling, the intermediate universal rolling mill 25 and the edger rolling mill 26 are used to perform approximately 5 to 25 passes of reverse rolling until the product reaches approximately the cross-sectional dimensions.

中間ユニバーサル圧延機25は、水平な軸心に対して回転するように駆動する上下一対の水平ロールと、垂直な軸心に対して自由回転する左右一対の堅ロールとの計4本のロールを有する。中間ユニバーサル圧延機25は、H形鋼10のウェブ厚twとフランジ厚tfを同時に圧下する機能を有しており、例えばフランジ12が外側に最大10°程度傾斜する状態に圧延する。水平ロールはH形鋼10のウェブ14の高さHに対応する幅を有するものが選択されて、中間ユニバーサル圧延機25に組み込まれる。中間ユニバーサル圧延機25では、上下の水平ロールの間隔、水平ロールの軸方向相対位置や、水平ロール側面と堅ロールとの間隔を任意に調整できるようになっている。具体的には、上下の水平ロールの間隔は0~200mmの範囲で調整でき、水平ロールの軸方向相対位置は-7~+7mmの範囲で変位させることができ、水平ロール側面と堅ロールとの間隔は0~300mmの範囲で調整できる。 The intermediate universal rolling mill 25 has a total of four rolls: a pair of upper and lower horizontal rolls driven to rotate about a horizontal axis, and a pair of left and right hard rolls that rotate freely about a vertical axis. The intermediate universal rolling mill 25 has the function of simultaneously reducing the web thickness tw and flange thickness tf of the H-section steel 10, rolling the flange 12 so that, for example, the flange 12 is inclined outward by a maximum of approximately 10°. Horizontal rolls with a width corresponding to the height H of the web 14 of the H-section steel 10 are selected and installed in the intermediate universal rolling mill 25. The intermediate universal rolling mill 25 is designed to allow for arbitrary adjustment of the spacing between the upper and lower horizontal rolls, the relative axial positions of the horizontal rolls, and the spacing between the side surfaces of the horizontal rolls and the hard roll. Specifically, the spacing between the upper and lower horizontal rolls can be adjusted between 0 and 200 mm, the relative axial positions of the horizontal rolls can be displaced between -7 and +7 mm, and the spacing between the side surfaces of the horizontal rolls and the hard roll can be adjusted between 0 and 300 mm.

エッジャ圧延機26は、水平方向を軸心として回転するように駆動される上下一対の水平ロールを有する。エッジャ圧延機26の水平ロールの直径は、例えば800~1500mm程度である。各水平ロールには孔型が設けられ、フランジ12の先端を上下から圧下することでフランジ幅Bを圧下する。 The edger rolling mill 26 has a pair of upper and lower horizontal rolls that are driven to rotate around a horizontal axis. The diameter of the horizontal rolls of the edger rolling mill 26 is, for example, approximately 800 to 1500 mm. Each horizontal roll is provided with a groove, and the tip of the flange 12 is pressed down from above and below to reduce the flange width B.

仕上圧延では、仕上圧延機28により、中間圧延された圧延材を通常は1パスで圧延して、ウェブ厚tw、フランジ厚tf、ウェブ高さH、フランジ幅B等の断面寸法を、H形鋼製品の目標断面寸法に仕上げる。仕上圧延機28としては、中間ユニバーサル圧延機25と略同様の構成を有する仕上ユニバーサル圧延機が用いられる。仕上圧延機28は、中間ユニバーサル圧延機と同じく、上下の水平ロールの間隔、水平ロールの軸方向相対位置や、水平ロール側面と堅ロールとの間隔を任意に調整できるようになっている。また、仕上圧延機28では、仕上圧延後のフランジが最大1°傾斜した状態になるように、水平ロールの側面と竪ロールのロール角度が設けられている。 In finish rolling, the intermediately rolled material is rolled by the finish rolling mill 28, usually in one pass, to finish the cross-sectional dimensions, such as web thickness tw, flange thickness tf, web height H, and flange width B, to the target cross-sectional dimensions of the H-section steel product. A finish universal rolling mill with a configuration similar to that of the intermediate universal rolling mill 25 is used as the finish rolling mill 28. Like the intermediate universal rolling mill, the finish rolling mill 28 is capable of freely adjusting the spacing between the upper and lower horizontal rolls, the relative axial positions of the horizontal rolls, and the spacing between the side of the horizontal roll and the hard roll. Furthermore, in the finish rolling mill 28, the roll angle between the side of the horizontal roll and the vertical roll is set so that the flange after finish rolling is inclined by a maximum of 1°.

図4は、仕上圧延機28の各ロール配置の概要を示す模式図である。図4に示すように、堅ロールにはフランジ12を傾斜させるためのロール角度(θ)が設けられている。そして、各ロールの位置、間隔およびロール角度を調整することで、ウェブ14のロール間隔(1)およびフランジ4脚のロール間隔(2)~(5)が調整される。なお、このウェブ14のロール間隔(1)およびフランジ4脚のロール間隔(2)~(5)については、中間ユニバーサル圧延機25においても同様である。 Figure 4 is a schematic diagram showing the roll arrangement of the finishing rolling mill 28. As shown in Figure 4, the hard rolls are provided with a roll angle (θ) for tilting the flange 12. By adjusting the position, spacing, and roll angle of each roll, the roll spacing (1) of the web 14 and the roll spacings (2) to (5) of the four flange legs are adjusted. Note that the roll spacing (1) of the web 14 and the roll spacings (2) to (5) of the four flange legs are also the same in the intermediate universal rolling mill 25.

H形鋼10の各寸法が許容値の範囲内になるように水平ロールと堅ロールの間隔等の圧延条件を変更すると形鋼断面への塑性変形の影響が変化し最終的なフランジ12の傾き、すなわちフランジ反りの大きさが変化する。このように、フランジ反りは温度だけでなく圧延条件にも影響を受けるので、フランジ反り量を正確に予測するには圧延条件の影響を考慮する必要がある。特に、仕上圧延機28は、最後にフランジ12に傾斜をつける圧延を行うことからフランジ反りとの相関が特に強い。 Changing rolling conditions such as the distance between the horizontal rolls and the hard rolls so that each dimension of the H-beam 10 falls within the tolerance range changes the effect of plastic deformation on the cross section of the section steel, which in turn changes the final inclination of the flange 12, i.e., the magnitude of flange warpage. As such, flange warpage is affected not only by temperature but also by rolling conditions, so the influence of rolling conditions must be taken into account in order to accurately predict the amount of flange warpage. In particular, the finishing rolling mill 28 has a particularly strong correlation with flange warpage, as it performs the final rolling to incline the flange 12.

再び、図3を参照する。冷却装置32、34では、H形鋼10を所定の冷却条件で冷却する。冷却装置32、34は、所定長さ(例えば、10m)で区切られ、この区切りを1単位としてバンクと呼ぶ。図3に示した冷却装置32、34は、それぞれ4バンクを有する構成を示しているが、これに限らず、バンク数は4バンクから増減させてもよい。冷却装置32、34の冷却条件となる冷却操業パラメータには冷却水の水量密度と冷却時間が含まれる。冷却時間は、バンク1つ当たりの長さにバンク数を乗じた冷却長さを搬送速度で除することで求められる。 Referring again to Figure 3, the cooling devices 32, 34 cool the H-beam 10 under specified cooling conditions. The cooling devices 32, 34 are separated by a specified length (e.g., 10 m), and each separation is called a bank. The cooling devices 32, 34 shown in Figure 3 each have four banks, but this is not limited to this configuration, and the number of banks may be increased or decreased from four. The cooling operation parameters that define the cooling conditions for the cooling devices 32, 34 include the water flow density of the cooling water and the cooling time. The cooling time can be calculated by multiplying the length per bank by the number of banks and dividing the resulting cooling length by the conveying speed.

冷却水の水量密度を高めることで、H形鋼10の冷却速度および温度降下量を大きくすることができる。また、冷却時間を長くすることで、H形鋼10の温度降下量を大きくすることができる。冷却装置32、34の冷却操業パラメータである水量密度と冷却時間を調整することで冷却後のフランジ12の表面温度を制御できる。 Increasing the cooling water flow density can increase the cooling rate and temperature drop of the H-shaped steel 10. Also, extending the cooling time can increase the temperature drop of the H-shaped steel 10. By adjusting the water flow density and cooling time, which are cooling operation parameters of the cooling devices 32 and 34, the surface temperature of the flange 12 after cooling can be controlled.

また、冷却装置32、34のように仕上圧延前後に設置された冷却装置ごとに水量密度および冷却時間をそれぞれ独立に変えてもよい。フランジ反りは仕上圧延後のフランジ12の温度と相関があり、鋼材の機械的特性はフランジ12の冷却停止温度と相関があるからである。 Furthermore, the water flow density and cooling time may be changed independently for each cooling device installed before and after finish rolling, such as cooling devices 32 and 34. This is because flange warpage is correlated with the temperature of the flange 12 after finish rolling, and the mechanical properties of the steel material are correlated with the cooling stop temperature of the flange 12.

冷却装置32、34には、一般的なフラットスプレーノズルや角吹きノズル、あるいは多孔噴流ノズルを使用できる。このときフラットスプレーや角吹きノズル一つでフランジ全体を冷却するのが困難な場合にはフランジ12の幅方向にノズルを複数ならべて冷却してもよい。 The cooling devices 32, 34 can be general flat spray nozzles, square spray nozzles, or multi-hole jet nozzles. If it is difficult to cool the entire flange with a single flat spray or square spray nozzle, multiple nozzles can be lined up across the width of the flange 12 for cooling.

温度計36、38、40は冷却装置32、34の入出側に設けられ、冷却装置32、34による冷却前後のH形鋼10のフランジ12の表面温度を計測する。温度計36、38、40は温度測定点をフランジ12の幅方向にスキャンする走査型温度計、あるいはフランジ12の幅方向に複数のスポット温度計を配置する方式によりH形鋼10のフランジ12の温度を計測する装置である。なお、後者の方式を採用する場合にはフランジ12の幅方向の温度分布を把握するため、フランジ12の幅方向に異なる少なくとも5点以上の位置にスポット温度計を配置して温度を測定することが好ましい。 The thermometers 36, 38, and 40 are installed on the inlet and outlet sides of the cooling devices 32 and 34 and measure the surface temperature of the flange 12 of the H-shaped steel 10 before and after cooling by the cooling devices 32 and 34. The thermometers 36, 38, and 40 are scanning thermometers that scan temperature measurement points across the width of the flange 12, or devices that measure the temperature of the flange 12 of the H-shaped steel 10 by placing multiple spot thermometers across the width of the flange 12. If the latter method is used, it is preferable to measure the temperature by placing spot thermometers at at least five different positions across the width of the flange 12 in order to grasp the temperature distribution across the width of the flange 12.

特に、フランジ反りは仕上圧延後のフランジ温度と相関がある。発明者らの検討によるとフランジ反りは、フランジ12の1/2F位置(フランジ幅方向中央位置)の温度と特に相関があるので、少なくともフランジ1/2Fの温度を測定するのが好ましい。 In particular, flange warpage correlates with the flange temperature after finish rolling. According to the inventors' research, flange warpage correlates particularly with the temperature at the 1/2F position of the flange 12 (the center position in the flange width direction), so it is preferable to measure the temperature at least at the 1/2F position of the flange.

温度計36、38、40で計測された温度情報はプロセスコンピュータ46に出力される。温度計36、38、40から出力される温度情報は、フランジ12の代表点(例えば1/2F位置からフランジ幅方向上下端部まで等間隔に5点)の位置における測温値を温度情報として出力してもよい。また、温度計から得られたデータに対して次数が2次以上の多項式で近似し、近似した多項式の関数を特定できるパラメータを温度情報として出力してもよい。これら温度情報は、冷却装置32、34を制御した結果、H形鋼10の温度が所定の範囲内になっていることを確認するために用いられる。 The temperature information measured by the thermometers 36, 38, and 40 is output to the process computer 46. The temperature information output from the thermometers 36, 38, and 40 may be measured values at representative points on the flange 12 (for example, five points equally spaced from the 1/2F position to the upper and lower ends of the flange in the width direction). Alternatively, the data obtained from the thermometers may be approximated by a polynomial of degree two or higher, and parameters that can identify the function of the approximated polynomial may be output as temperature information. This temperature information is used to confirm that the temperature of the H-beam 10 is within a specified range as a result of controlling the cooling devices 32 and 34.

形状計44は、冷却装置34によって冷却された後のH形鋼10のフランジ反り量を測定する。形状計44としては、例えば、一点の距離を測定可能な一次元レーザ変位計を使用できる。レーザ変位計でフランジ12の幅方向を走査することでフランジ12の反り量を測定する。このように、レーザ変位計でフランジ12の幅方向を走査する場合、測定精度を高めるため測定ピッチを20~50mmピッチにすることが好ましい。 The shape meter 44 measures the amount of flange warpage of the H-beam 10 after it has been cooled by the cooling device 34. A one-dimensional laser displacement meter capable of measuring the distance between one point can be used as the shape meter 44, for example. The amount of warpage of the flange 12 is measured by scanning the flange 12 in the width direction with the laser displacement meter. When scanning the flange 12 in the width direction with the laser displacement meter in this way, it is preferable to set the measurement pitch to 20 to 50 mm to improve measurement accuracy.

また、フランジ幅方向に複数台の一次元レーザ変位計を設けて、これら複数台のレーザ変位計によりフランジ反りを測定してもよい。この場合は上記のようにレーザ変位計を走査することなく、フランジ12の幅方向に異なる複数の位置の形状を測定できる。この場合も同様に、測定精度を高めるためフランジ幅方向に20~50mmピッチでレーザ変位計を設けることが好ましい。 Furthermore, multiple one-dimensional laser displacement meters may be installed in the flange width direction, and flange warpage may be measured using these multiple laser displacement meters. In this case, the shape of the flange 12 at multiple different positions in the width direction can be measured without scanning the laser displacement meters as described above. In this case as well, it is preferable to install the laser displacement meters at intervals of 20 to 50 mm in the flange width direction to improve measurement accuracy.

形状計44で測定された形状データはプロセスコンピュータ46に出力される。プロセスコンピュータ46は、形状計44から取得した形状データに対してフィレット部とフランジ幅方向先端との距離をフランジ反り量の実績値として記録する。また、プロセスコンピュータ46は、フランジ12の反り形状を近似した多項式の関数を特定できるパラメータをフランジ反り量の実績値としても記録してもよい。 The shape data measured by the shape meter 44 is output to the process computer 46. The process computer 46 records the distance between the fillet portion and the flange widthwise end for the shape data acquired from the shape meter 44 as the actual value of the flange warpage. The process computer 46 may also record parameters that can identify a polynomial function that approximates the warpage shape of the flange 12 as the actual value of the flange warpage.

形状計44は、必ずしも図3に示すようにH形鋼10の搬送方向の延長線上に配置されていなくてもよい。例えば、冷却装置34を通過した後のH形鋼10を形状測定できるクーリングベッド等で測定できるように設置されていてもよい。例えば、フランジの断面内平均温度が500℃以下となる時点でフランジ反り量を測定すれば、熱ひずみによるフランジ反り形状が安定するので、精度よくフランジ反り量を測定できる。 The shape meter 44 does not necessarily have to be positioned on an extension of the conveying direction of the H-beam 10 as shown in Figure 3. For example, it may be installed so that it can be measured on a cooling bed or the like that can measure the shape of the H-beam 10 after it has passed through the cooling device 34. For example, if the flange warpage is measured when the average temperature within the flange cross section falls to 500°C or below, the flange warpage shape due to thermal strain will stabilize, allowing the flange warpage to be measured with high accuracy.

プロセスコンピュータ46は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータとすることができる。プロセスコンピュータ46は、圧延制御装置30、冷却制御装置42、温度計36~40、形状計44と有線または無線で接続され、形鋼の製造工程を統括する。また、プロセスコンピュータ46は、さらに上位コンピュータからH形鋼10の属性パラメータを取得する。属性パラメータにはH形鋼10の寸法目標値(ウェブ高さH、フランジ幅B、ウェブ厚tw、フランジ厚tf)、鋼種区分(40k鋼、50k鋼、それ以上の3種)、化学組成に関する情報(C、Si、Mn、Cr、Mo、Vの含有量等)やH形鋼10の機械的特性の目標値(降伏応力、引張強度、伸び、靭性、硬さ等)に関する情報が含まれる。 The process computer 46 can be a general-purpose computer such as a workstation or personal computer. The process computer 46 is connected to the rolling control device 30, cooling control device 42, thermometers 36-40, and shapemeter 44 via wired or wireless connections, and controls the manufacturing process of the structural steel. The process computer 46 also acquires attribute parameters of the H-beam 10 from a host computer. The attribute parameters include the target dimensional values of the H-beam 10 (web height H, flange width B, web thickness tw, flange thickness tf), steel type classification (40k steel, 50k steel, and three types above), information on the chemical composition (contents of C, Si, Mn, Cr, Mo, V, etc.), and information on the target mechanical properties of the H-beam 10 (yield stress, tensile strength, elongation, toughness, hardness, etc.).

プロセスコンピュータ46には、属性パラメータの他にH形鋼10の加熱温度や所望の材質を得るために必要な冷却装置32、34の出側での冷却停止温度に関する情報が格納されている。プロセスコンピュータ46は、内部モデルに基づいた伝熱計算を行い、冷却停止温度を実現するための冷却装置の冷却操業パラメータである水量密度と冷却時間を特定する。 In addition to attribute parameters, the process computer 46 stores information regarding the heating temperature of the H-beam 10 and the cooling stop temperature at the outlet of the cooling devices 32, 34 required to obtain the desired material properties. The process computer 46 performs heat transfer calculations based on an internal model and identifies the cooling operation parameters of the cooling device, namely the water flow density and cooling time, required to achieve the cooling stop temperature.

このようにして決定された冷却操業パラメータは冷却制御装置42に送られる。冷却制御装置42は、冷却操業パラメータに基づいて、冷却装置32、34における冷却水ポンプの作動圧や作動台数、冷却ノズルの流量弁の開度、およびテーブルロールを駆動するモータの回転速度を制御する。 The cooling operation parameters determined in this manner are sent to the cooling control device 42. Based on the cooling operation parameters, the cooling control device 42 controls the operating pressure and number of operating cooling water pumps in the cooling devices 32 and 34, the opening degree of the cooling nozzle flow valves, and the rotational speed of the motor that drives the table roll.

また、プロセスコンピュータ46は、H形鋼10の属性情報に応じて各圧延機のパス数やロール間隔等の圧延操業パラメータを設定する。通常の圧延操業パラメータの設定値は過去の圧延実績に基づいてH形鋼10の属性情報に対応付けられたテーブル値として設定されている。ただし圧延ロールの組み換えを行った場合、先行圧延材と後行圧延材とで同じパラメータで圧延しても同じ圧延結果が得られない場合がある。例えば、圧延ロールの組み替えを行う前と後では、同一の設定値とした場合であっても、実際には設定値の基準となる基準状態(例えばゼロ点の設定状態)が変化するので、圧延条件をそのまま用いると、同一の断面寸法が得られない場合がある。また、圧延ロールの組み替えをしない場合であっても、異なる断面寸法のH形鋼10に対する圧延ロールの間隔が変化することにより、圧延機のミルストレッチ挙動や、ハウジングとロールチョック間での摩擦特性が変化して、圧延ロールの間隔と圧延荷重との関係に非線形な特性が生じる場合がある。このような場合に、圧延ロールの開度設定の値が同一であっても、H形鋼の断面寸法がばらつくことがある。よってそのような場合には都度オペレータがテーブルの値を再設定して変更してもよい。 The process computer 46 also sets rolling operation parameters, such as the number of passes and roll spacing, for each rolling mill according to the attribute information of the H-beam 10. Typical rolling operation parameter settings are set as table values associated with the attribute information of the H-beam 10 based on past rolling performance. However, if the rolls are rearranged, rolling the preceding and succeeding rolled materials using the same parameters may not produce the same rolling results. For example, even if the same setting values are used before and after the roll rearrangement, the reference state (e.g., the zero point setting state) that serves as the basis for the setting values actually changes, so the same cross-sectional dimensions may not be obtained if the rolling conditions are used as is. Furthermore, even if the rolls are not rearranged, changes in the roll spacing for H-beams 10 with different cross-sectional dimensions can change the mill stretch behavior of the rolling mill and the friction characteristics between the housing and the roll chock, resulting in nonlinear characteristics in the relationship between the roll spacing and the rolling load. In such cases, even if the roll opening setting is the same, the cross-sectional dimensions of the H-beam may vary. Therefore, in such cases, the operator can reset and change the table values each time.

プロセスコンピュータ46は、圧延工程の圧延操業パラメータとして、粗圧延機22における各パスにおける水平ロール間の開度および水平ロールの軸方向相対位置を設定する。また、プロセスコンピュータ46は、圧延工程の圧延操業パラメータとして、中間ユニバーサル圧延機25におけるウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔と、エッジャ圧延機26における水平ロール間の開度、水平ロールの水平方向の傾きおよび水平ロールの軸方向相対位置を設定する。さらに、プロセスコンピュータ46は、圧延工程の圧延操業パラメータとして、仕上ユニバーサル圧延機におけるウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔を設定する。 The process computer 46 sets the gap between the horizontal rolls and the relative axial positions of the horizontal rolls for each pass in the roughing mill 22 as rolling operation parameters for the rolling process. The process computer 46 also sets the web roll spacing and flange four-leg roll spacing in the intermediate universal mill 25, and the gap between the horizontal rolls, horizontal inclination of the horizontal rolls, and the relative axial positions of the horizontal rolls in the edger mill 26 as rolling operation parameters for the rolling process. The process computer 46 also sets the web roll spacing and flange four-leg roll spacing in the finishing universal mill as rolling operation parameters for the rolling process.

プロセスコンピュータ46は、設定した圧延操業パラメータを圧延制御装置30に出力する。圧延制御装置30は、圧延操業パラメータに基づいて、粗圧延機22、中間圧延機24および仕上圧延機28のロール間隔、ロール位置等を制御する。 The process computer 46 outputs the set rolling operation parameters to the rolling control device 30. The rolling control device 30 controls the roll spacing, roll positions, etc. of the roughing mill 22, intermediate mill 24, and finishing mill 28 based on the rolling operation parameters.

また、プロセスコンピュータ46は、温度計36~40および形状計44から温度情報およびH形鋼10の形状データを収集して格納する。これら圧延操業パラメータ、冷却操業パラメータ、温度情報、フランジ反り量データおよび属性パラメータの実績値は、製造されるH形鋼10の識別番号に対応付けて、プロセスコンピュータ46のデータベースに格納される。 The process computer 46 also collects and stores temperature information and shape data of the H-beam 10 from the thermometers 36-40 and shape meter 44. The actual values of these rolling operation parameters, cooling operation parameters, temperature information, flange warpage data, and attribute parameters are associated with the identification number of the H-beam 10 being manufactured and stored in the database of the process computer 46.

H形鋼の形状予測装置48は、プロセスコンピュータ46から、圧延設備100で製造されるH形鋼10の圧延操業パラメータと、冷却操業パラメータと、属性パラメータとを取得し、これらを含む入力データを形状予測モデルに入力し、H形鋼10のフランジ反り量を出力させることでH形鋼10のフランジ反り量を予測する。また、H形鋼の形状予測装置48は、予測されたH形鋼10のフランジ反り量が許容値の範囲内となる冷却操業パラメータを特定し、特定された冷却操業パラメータをH形鋼10の製造における冷却操業パラメータに設定するため、プロセスコンピュータ46に出力する。 The H-beam shape prediction device 48 acquires from the process computer 46 the rolling operation parameters, cooling operation parameters, and attribute parameters of the H-beam 10 manufactured by the rolling equipment 100, inputs the input data including these into a shape prediction model, and predicts the amount of flange warp of the H-beam 10 by outputting the amount of flange warp of the H-beam 10. The H-beam shape prediction device 48 also identifies cooling operation parameters that will bring the predicted amount of flange warp of the H-beam 10 within the allowable range, and outputs the identified cooling operation parameters to the process computer 46 to set them as cooling operation parameters for the manufacture of the H-beam 10.

次に、H形鋼10のフランジ反り量を予測するH形鋼の形状予測装置48を説明する。図5は、H形鋼の形状予測装置48の機能ブロック図である。H形鋼の形状予測装置48は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータとすることができる。H形鋼の形状予測装置48は、制御部50と、入力部52と、出力部54と、格納部56とを有する。制御部50は、例えば、CPU等であって、格納部56に格納されたプログラムを実行することで、データ取得部58、形状予測部60、冷却操業パラメータ特定部62および形状予測モデル生成部64として機能する。 Next, we will explain the H-beam shape prediction device 48 that predicts the amount of flange warp of the H-beam 10. Figure 5 is a functional block diagram of the H-beam shape prediction device 48. The H-beam shape prediction device 48 can be a general-purpose computer such as a workstation or a personal computer. The H-beam shape prediction device 48 has a control unit 50, an input unit 52, an output unit 54, and a storage unit 56. The control unit 50 is, for example, a CPU, and functions as a data acquisition unit 58, a shape prediction unit 60, a cooling operation parameter identification unit 62, and a shape prediction model generation unit 64 by executing programs stored in the storage unit 56.

入力部52は、例えば、キーボード、ディスプレイと一体的に設けられたタッチパネル等である。出力部54は、例えば、LCDまたはCRTディスプレイ等である。格納部56は、例えば、更新記録可能なフラッシュメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、メモリーカード等の情報記録媒体およびその読み書き装置である。格納部56には、H形鋼の形状予測装置48の各機能を実現するためのプログラムやデータが格納されている。格納部56には、さらに、データベース66、形状予測モデル68が格納されている。データベース66には、過去に同じ圧延設備100(粗圧延機22、中間圧延機24、仕上圧延機28のロールセットが同一)で製造されたH形鋼10の圧延操業パラメータ、冷却操業パラメータ、属性パラメータおよびフランジ反り量を1組とするデータセットが500以上、より好ましくは2000以上格納されている。 The input unit 52 is, for example, a keyboard, a touch panel integrated with a display, or the like. The output unit 54 is, for example, an LCD or CRT display. The storage unit 56 is, for example, an updatable flash memory, a built-in hard disk or a memory card connected via a data communication terminal, or an information recording medium and its read/write device. The storage unit 56 stores programs and data for realizing each function of the H-beam shape prediction device 48. The storage unit 56 also stores a database 66 and a shape prediction model 68. The database 66 stores 500 or more, and preferably 2000 or more, data sets each consisting of rolling operation parameters, cooling operation parameters, attribute parameters, and flange warpage amounts for H-beams 10 previously manufactured using the same rolling equipment 100 (with the same roll sets for the roughing mill 22, intermediate mill 24, and finishing mill 28).

形状予測モデル68は、データベース66に格納されているデータセットを教師データとして機械学習された学習済の機械学習モデルである。本実施形態に係る形状予測モデル68は、圧延操業パラメータと、冷却操業パラメータと、属性パラメータとを含む入力データを入力とし、フランジの反り量を出力とする学習済の機械学習モデルである。 The shape prediction model 68 is a trained machine learning model that has been trained using the dataset stored in the database 66 as training data. The shape prediction model 68 of this embodiment is a trained machine learning model that receives input data including rolling operation parameters, cooling operation parameters, and attribute parameters, and outputs the amount of flange warpage.

次に、データ取得部58、形状予測部60が実行する処理について説明する。データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から圧延操業パラメータ、冷却操業パラメータおよび属性パラメータを入力データとして取得する。 Next, we will explain the processing performed by the data acquisition unit 58 and shape prediction unit 60. The data acquisition unit 58 acquires rolling operation parameters, cooling operation parameters, and attribute parameters as input data from the process computer 46.

データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から圧延操業パラメータとして、仕上圧延機28のウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔の設定値を取得する。仕上圧延機28は、製品を目標寸法に仕上げる最後の圧延であり、当該圧延のウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔は製品の断面形状に直接的に影響する。また、各圧延の中でも最後にフランジ12に傾斜をつける圧延となっているため、フランジ反りとの相関が特に強い。したがって、圧延操業パラメータとして、仕上圧延機28のウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔を用いることが好ましく、これにより、H形鋼10のフランジ反り量の予測精度が向上する。 The data acquisition unit 58 acquires the set values for the web roll spacing and the four flange roll spacing of the finishing mill 28 from the process computer 46 as rolling operation parameters. The finishing mill 28 is the final rolling mill that finishes the product to the target dimensions, and the web roll spacing and the four flange roll spacing of this rolling mill directly affect the cross-sectional shape of the product. Furthermore, since this rolling mill is the last of the rolling mills to tilt the flange 12, it has a particularly strong correlation with flange warpage. Therefore, it is preferable to use the web roll spacing and the four flange roll spacing of the finishing mill 28 as rolling operation parameters, which improves the prediction accuracy of the flange warpage of the H-beam 10.

データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から圧延操業パラメータとして、さらに粗圧延機22の各パスにおける水平ロール間の開度及び水平ロールの軸方向の相対位置を取得してもよい。粗圧延機22の各パスにおける水平ロール間の開度は、粗圧延終了時の圧延材の断面寸法に直接的に影響する。また、水平ロールの軸方向相対位置を変更すると、圧延材の断面の上下に水平方向のずれを引き起こし、圧延材の断面寸法を変化させる。このように、粗圧延機22の各パスにおける水平ロール間の開度及び水平ロールの軸方向の相対位置は、フランジ反りに影響を及ぼすことから、粗圧延機22の各パスにおける水平ロール間の開度及び水平ロールの軸方向の相対位置を圧延操業パラメータに含めることで、H形鋼10のフランジ反り量の予測精度がさらに向上する。 The data acquisition unit 58 may also acquire from the process computer 46 the gap between the horizontal rolls and the relative axial position of the horizontal rolls in each pass of the roughing mill 22 as rolling operation parameters. The gap between the horizontal rolls in each pass of the roughing mill 22 directly affects the cross-sectional dimensions of the rolled material at the end of rough rolling. Furthermore, changing the relative axial positions of the horizontal rolls causes horizontal shifts in the vertical direction of the cross section of the rolled material, changing the cross-sectional dimensions of the rolled material. Thus, since the gap between the horizontal rolls and the relative axial positions of the horizontal rolls in each pass of the roughing mill 22 affect flange warpage, the accuracy of predicting the amount of flange warpage of the H-beam 10 is further improved by including the gap between the horizontal rolls and the relative axial positions of the horizontal rolls in each pass of the roughing mill 22 as rolling operation parameters.

データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から圧延操業パラメータとして、さらに中間ユニバーサル圧延機25の各パスにおけるウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔の設定値と、エッジャ圧延機26の各パスにおける水平ロール間の開度、水平ロールの水平方向の傾きおよび水平ロールの軸方向相対位置を取得してもよい。 The data acquisition unit 58 may also acquire from the process computer 46 rolling operation parameters such as the set values for the web roll spacing and the flange four-leg roll spacing for each pass of the intermediate universal rolling mill 25, the opening between the horizontal rolls for each pass of the edger rolling mill 26, the horizontal inclination of the horizontal rolls, and the relative axial position of the horizontal rolls.

中間ユニバーサル圧延機25においても、各パスにおけるウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔の設定値が上下左右4カ所のフランジ厚のばらつきに影響する。エッジャ圧延機26の各パスにおける上下の水平ロール間の開度はフランジ幅に影響する。また、エッジャ圧延機26の水平ロールの水平方向の傾き(圧延機の作業側と駆動側のロール軸心の高さ方向の変位差)は、レベリング量とも呼ばれ、左右フランジを圧下する位置でのロール開度に左右の差を生じさせるため、左右フランジ幅のばらつきに影響する。さらに、水平ロールの軸方向相対位置は、左右フランジ幅の寸法を不揃いにする場合がある。このように、中間ユニバーサル圧延機25およびエッジャ圧延機26の各ロールの設定値もフランジ反りに影響を及ぼすことから、中間ユニバーサル圧延機25の各パスにおけるフランジ4脚のロール隙寸法の平均値およびエッジャ圧延機26の各パスにおける水平ロール間の開度、水平ロールの水平方向の傾き、水平ロールの軸方向相対位置を圧延操業パラメータに含めることで、H形鋼10のフランジ反り量の予測精度が向上する。 In the intermediate universal rolling mill 25, the set values for the web roll spacing and the roll spacing of the four flange legs in each pass affect the variation in flange thickness at four locations: top, bottom, left, and right. The gap between the upper and lower horizontal rolls in each pass of the edger rolling mill 26 affects the flange width. Furthermore, the horizontal tilt of the horizontal rolls of the edger rolling mill 26 (the difference in the height displacement of the roll axis centers on the working and driving sides of the rolling mill), also known as the leveling amount, creates a difference in the roll gap between the left and right at the positions where the left and right flanges are pressed down, thereby affecting the variation in left and right flange width. Furthermore, the relative axial position of the horizontal rolls can cause the left and right flange width dimensions to become uneven. As such, the setting values for each roll of the intermediate universal rolling mill 25 and the edger rolling mill 26 also affect flange warpage, so by including the average value of the roll gap dimension between the four flange legs in each pass of the intermediate universal rolling mill 25, the gap between the horizontal rolls in each pass of the edger rolling mill 26, the horizontal inclination of the horizontal rolls, and the relative axial position of the horizontal rolls in the rolling operation parameters, the prediction accuracy of the amount of flange warpage of the H-beam 10 is improved.

データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から冷却操業パラメータとして、冷却装置32、34の水量密度と冷却時間を取得する。冷却装置32、34において、水量密度が高く、冷却時間が長いほどフランジの内外面温度差が大きくなってフランジ反りが大きくなる。したがって、冷却操業パラメータとして冷却装置32、34の水量密度と冷却時間を用いることで、H形鋼10のフランジ反り量の予測精度が向上する。 The data acquisition unit 58 acquires the water flow rate and cooling time of the cooling devices 32, 34 from the process computer 46 as cooling operation parameters. In the cooling devices 32, 34, the higher the water flow rate and the longer the cooling time, the greater the temperature difference between the inner and outer surfaces of the flange, resulting in greater flange warpage. Therefore, by using the water flow rate and cooling time of the cooling devices 32, 34 as cooling operation parameters, the accuracy of predicting the amount of flange warpage of the H-shaped steel 10 is improved.

さらに、データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から属性パラメータとして、H形鋼10の寸法目標値およびH形鋼10の鋼種区分を取得する。このようにH形鋼10の寸法目標値およびH形鋼10の鋼種区分を形状予測モデルの入力データに含めることで、寸法目標値や鋼種区分が考慮された形状予測モデルとなるので、寸法目標値や鋼種区分が異なるH形鋼10についても同じ形状予測モデルを用いてフランジ反り量が予測できるようになる。また、データ取得部58は、属性パラメータとして化学組成に関する情報(C、Si、Mn、Cr、Mo、Vの含有量等)やH形鋼10の機械的特性の目標値(降伏応力、引張強度、伸び、靭性、硬さ等)を取得してもよい。化学組成に関する情報および機械的特性の目標値を含めることで、化学組成や機械的特性の目標値が考慮された形状予測モデルとなるので、化学成分や機械的特性の目標値が異なるH形鋼10についても同じ形状予測モデルを用いてフランジ反り量が予測できるようになる。データ取得部58は、取得した入力データを形状予測部60に出力する。 Furthermore, the data acquisition unit 58 acquires the target dimension values and steel type classification of the H-shaped steel 10 from the process computer 46 as attribute parameters. By including the target dimension values and steel type classification of the H-shaped steel 10 in the input data for the shape prediction model, the shape prediction model takes into account the target dimension values and steel type classification. Therefore, the same shape prediction model can be used to predict flange warpage for H-shaped steel 10 with different target dimension values and steel type classifications. The data acquisition unit 58 may also acquire, as attribute parameters, information on chemical composition (e.g., C, Si, Mn, Cr, Mo, V content) and target values of mechanical properties of the H-shaped steel 10 (e.g., yield stress, tensile strength, elongation, toughness, hardness). By including information on chemical composition and target values of mechanical properties, the shape prediction model takes into account the target values of chemical composition and mechanical properties. Therefore, the same shape prediction model can be used to predict flange warpage for H-shaped steel 10 with different target values of chemical composition and mechanical properties. The data acquisition unit 58 outputs the acquired input data to the shape prediction unit 60.

形状予測部60は、データ取得部58から入力データを取得すると、格納部56から形状予測モデル68を読み出し、当該形状予測モデル68に当該入力データを入力してフランジ反り量を出力させる。このように、形状予測モデル68からフランジ反り量を出力させることによって、形状予測部60は、製造されるH形鋼10のフランジ反り量を予測する。なお、形状予測部60は、出力したフランジ反り量を出力部54に出力し、当該フランジ反り量を出力部54に表示させてもよい。これにより、オペレータは出力部54を視認することでフランジ反り量の予測値を確認できる。 When the shape prediction unit 60 acquires input data from the data acquisition unit 58, it reads the shape prediction model 68 from the storage unit 56, inputs the input data into the shape prediction model 68, and causes it to output the flange warp amount. In this way, by outputting the flange warp amount from the shape prediction model 68, the shape prediction unit 60 predicts the flange warp amount of the H-beam 10 to be manufactured. The shape prediction unit 60 may also output the output flange warp amount to the output unit 54 and display the flange warp amount on the output unit 54. This allows the operator to visually check the output unit 54 to confirm the predicted value of the flange warp amount.

次に、冷却操業パラメータ特定部62および形状予測モデル生成部64の処理について説明する。冷却操業パラメータ特定部62は、形状予測部60によって予測されたフランジ反り量が、許容値の範囲内となる冷却操業パラメータを特定し、当該冷却操業パラメータをプロセスコンピュータ46に出力することで冷却条件に設定する。 Next, the processing of the cooling operation parameter identification unit 62 and the shape prediction model generation unit 64 will be described. The cooling operation parameter identification unit 62 identifies cooling operation parameters that will bring the flange warpage amount predicted by the shape prediction unit 60 within the allowable range, and sets the cooling operation parameters as cooling conditions by outputting them to the process computer 46.

図6は、冷却操業パラメータ特定部62による冷却操業パラメータ特定処理のフローを示すフロー図である。図6に示したフローは、例えば、オペレータからの当該処理を開始する入力を受け付けることによって開始される。 Figure 6 is a flow diagram showing the flow of the cooling operation parameter identification process performed by the cooling operation parameter identification unit 62. The flow shown in Figure 6 is started, for example, by receiving input from an operator to start the process.

まず、データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から、製造するH形鋼の圧延操業パラメータを取得する(ステップS101)。また、データ取得部58は、プロセスコンピュータ46から、製造するH形鋼10の属性パラメータを取得する(ステップS102)。データ取得部58は、取得した圧延操業パラメータおよび属性パラメータを形状予測部60に出力する。 First, the data acquisition unit 58 acquires rolling operation parameters for the H-section steel to be manufactured from the process computer 46 (step S101). The data acquisition unit 58 also acquires attribute parameters for the H-section steel 10 to be manufactured from the process computer 46 (step S102). The data acquisition unit 58 outputs the acquired rolling operation parameters and attribute parameters to the shape prediction unit 60.

冷却操業パラメータ特定部62は、任意の冷却操業パラメータを設定する(ステップS103)。冷却操業パラメータ特定部62は、設定した冷却操業パラメータを形状予測部60に出力する。形状予測部60は、格納部56から形状予測モデル68を読み出すとともに、取得した圧延操業パラメータ、冷却操業パラメータおよび属性パラメータを当該形状予測モデル68に入力することでH形鋼10のフランジ反り量を出力させて、製造されるH形鋼10のフランジ反り量を予測する(ステップS104)。形状予測部60は出力されたH形鋼10のフランジ反り量の予測値を冷却操業パラメータ特定部62に出力する。 The cooling operation parameter specification unit 62 sets arbitrary cooling operation parameters (step S103). The cooling operation parameter specification unit 62 outputs the set cooling operation parameters to the shape prediction unit 60. The shape prediction unit 60 reads the shape prediction model 68 from the storage unit 56 and inputs the acquired rolling operation parameters, cooling operation parameters, and attribute parameters into the shape prediction model 68 to output the flange warp amount of the H-shaped steel 10 and predict the flange warp amount of the H-shaped steel 10 to be manufactured (step S104). The shape prediction unit 60 outputs the output predicted value of the flange warp amount of the H-shaped steel 10 to the cooling operation parameter specification unit 62.

フランジ反り量の許容値の範囲は、予め定められて格納部56に格納されていてもよく、オペレータによって入力部52から入力されてもよい。冷却操業パラメータ特定部62は、フランジ反り量の予測値と、フランジ反り量の許容値の範囲とを取得すると、フランジ反り量の予測値がフランジ反り量の許容値の範囲内であるか否かを判断する(ステップS105)。冷却操業パラメータ特定部62は、フランジ反り量の予測値が許容値の範囲外であると判断すると(ステップS105:No)、所定の条件に従って冷却操業パラメータを変更し(ステップS106)、処理をステップS104に戻し、予測されるフランジ反り量が許容値の範囲内になるまでステップS104~ステップS106の処理を繰り返し実行する。 The allowable range of flange warpage may be predetermined and stored in the storage unit 56, or may be input by the operator via the input unit 52. After acquiring the predicted flange warpage value and the allowable range of flange warpage, the cooling operation parameter identification unit 62 determines whether the predicted flange warpage value is within the allowable range of flange warpage (step S105). If the cooling operation parameter identification unit 62 determines that the predicted flange warpage value is outside the allowable range (step S105: No), it changes the cooling operation parameters in accordance with predetermined conditions (step S106), returns the process to step S104, and repeatedly executes steps S104 to S106 until the predicted flange warpage value falls within the allowable range.

一方、ステップS105において、フランジ反り量の予測値が許容値の範囲内であると判断すると(ステップS105:Yes)、冷却操業パラメータ特定部62は、フランジ反り量の予測に用いた冷却操業パラメータがフランジ反り量を許容値の範囲内にできる冷却操業パラメータであると特定して(ステップS107)、図6に示した冷却操業パラメータ決定処理のフローは終了する。冷却操業パラメータ特定部62は特定した冷却操業パラメータをプロセスコンピュータ46に出力することで、当該冷却操業パラメータを冷却装置32、34の冷却操業パラメータに設定する。 On the other hand, if it is determined in step S105 that the predicted value of the flange warpage is within the allowable range (step S105: Yes), the cooling operation parameter identification unit 62 identifies the cooling operation parameters used to predict the flange warpage as cooling operation parameters that can bring the flange warpage within the allowable range (step S107), and the cooling operation parameter determination process flow shown in Figure 6 ends. The cooling operation parameter identification unit 62 outputs the identified cooling operation parameters to the process computer 46, and sets the identified cooling operation parameters as the cooling operation parameters of the cooling devices 32, 34.

このように、冷却操業パラメータを特定することで、フランジ反り量を許容値の範囲内に制御できる冷却操業パラメータを特定できる。そして、当該冷却操業パラメータを含む製造条件でH形鋼10を製造することで、フランジ反り量が許容値の範囲内となるH形鋼10を安定して製造できるようになり、これにより、H形鋼10の製造コストの増加や生産性の低下を抑制できる。 In this way, by specifying the cooling operation parameters, it is possible to identify cooling operation parameters that can control the amount of flange warpage within the allowable range. Then, by manufacturing the H-shaped steel 10 under manufacturing conditions that include these cooling operation parameters, it becomes possible to consistently manufacture H-shaped steel 10 with an amount of flange warpage within the allowable range, thereby suppressing increases in manufacturing costs and decreases in productivity for the H-shaped steel 10.

次に、フランジ反り量の予測に用いる形状予測モデルの生成方法について説明する。データ取得部58は、過去に製造されたH形鋼10の圧延操業パラメータの実績値、冷却操業パラメータの実績値、属性パラメータの実績値およびフランジ反り量の実績値をプロセスコンピュータ46から取得し、これらを1セットとするデータセットを格納部56のデータベース66に格納する。データベース66に格納されるデータセット数は少なくとも500以上であることが好ましく、2000以上であることがより好ましい。 Next, we will explain how to generate a shape prediction model used to predict the amount of flange warpage. The data acquisition unit 58 acquires from the process computer 46 the actual values of the rolling operation parameters, the actual values of the cooling operation parameters, the actual values of the attribute parameters, and the actual values of the amount of flange warpage for previously manufactured H-section steel 10, and stores these as a set of data in the database 66 of the storage unit 56. It is preferable that the number of data sets stored in the database 66 be at least 500 or more, and more preferably 2000 or more.

形状予測モデル生成部64は、予め格納されている機械学習モデルを格納部56から読み出し、データベース66に格納されているデータセットを教師データとして機械学習モデルを機械学習させて、学習済の機械学習モデルを生成する。この学習済の機械学習モデルが形状予測モデルとなる。なお、本実施形態に係るH形鋼の形状予測方法およびH形鋼の形状予測装置48で用いられる機械学習モデルは、一般的に用いられるニューラルネットワーク、決定木学習、ランダムフォレスト、サポートベクター回帰のいずれを用いてもよい。また、フランジ反り量に代えて、形状予測モデルの出力をフランジ反り量が許容値の範囲内にあるか否かの判定結果を合格/不合格の2つに2値化したデータを出力する機械学習モデルであってもよく、この場合には、k-近傍法やロジスティック回帰のような分類モデルを用いてもよい。 The shape prediction model generation unit 64 reads a pre-stored machine learning model from the storage unit 56, and trains the machine learning model using the dataset stored in the database 66 as training data to generate a trained machine learning model. This trained machine learning model becomes the shape prediction model. Note that the machine learning model used in the H-beam shape prediction method and H-beam shape prediction device 48 according to this embodiment may be any of the commonly used neural networks, decision tree learning, random forests, and support vector regression. Furthermore, instead of the flange warp amount, the output of the shape prediction model may be a machine learning model that outputs binary data, either pass or fail, indicating whether the flange warp amount is within the allowable range. In this case, a classification model such as k-nearest neighbor or logistic regression may be used.

なお、形状予測モデルは、例えば、1カ月毎または1年毎に再び機械学習させることで新たな形状予測モデルに更新してもよい。データ取得部58は、H形鋼10が製造される毎にその実績データを取得し、データベース66に格納する。データベース66には、新たに製造されたH形鋼10の実績データが格納されていくので、格納される実績データの数は増加する。実績データの数が増えるほど、精度の高い形状予測が可能となる。このため、定期的に機械学習して形状予測モデルを更新することで、さらに高い精度でH形鋼10のフランジ反り量を予測できるようになる。 The shape prediction model may be updated to a new one, for example, every month or year, by conducting machine learning again. The data acquisition unit 58 acquires performance data each time an H-shaped steel 10 is manufactured and stores it in the database 66. As performance data for newly manufactured H-shaped steel 10 is stored in the database 66, the amount of performance data stored increases. The greater the amount of performance data, the more accurate the shape prediction becomes. Therefore, by periodically conducting machine learning to update the shape prediction model, it becomes possible to predict the amount of flange warpage of the H-shaped steel 10 with even greater accuracy.

以上、説明したように、本実施形態に係るH形鋼の形状予測方法およびH形鋼の形状予測装置48で用いる形状予測モデルは、入力データに圧延操業パラメータを含む。上述したように、圧延工程の圧延操業パラメータはフランジ反り量に影響する。したがって、圧延操業パラメータを、フランジ反り量を予測する形状予測モデルの入力データに含めることで、当該形状予測モデルは圧延工程を考慮した形状予測モデルとなり、フランジ反り量の予測精度が高くなる。また、このようにフランジ反り量を高い精度を予測できれば、フランジ反り量が許容範囲を超えるH形鋼10が製造されることを抑制でき、H形鋼10の製造コストの増加や生産性の低下を抑制できるようになる。 As explained above, the shape prediction method for H-shaped steel and the shape prediction model used in the H-shaped steel shape prediction device 48 according to this embodiment include rolling operation parameters in their input data. As mentioned above, the rolling operation parameters of the rolling process affect the amount of flange warpage. Therefore, by including the rolling operation parameters in the input data of the shape prediction model that predicts the amount of flange warpage, the shape prediction model becomes a shape prediction model that takes the rolling process into account, and the prediction accuracy of the amount of flange warpage increases. Furthermore, if the amount of flange warpage can be predicted with high accuracy in this way, it is possible to prevent the production of H-shaped steel 10 with an amount of flange warpage that exceeds the allowable range, thereby preventing increases in the manufacturing costs of H-shaped steel 10 and decreases in productivity.

また、形状予測モデルの入力データに、H形鋼10の属性パラメータを含めることで、目標断面寸法や鋼種区分が異なるH形鋼10のフランジ反り量を同一の形状予測モデルで予測できるようになる。さらに、形状予測モデルで予測されるフランジ反り量が許容範囲内になる冷却操業パラメータを特定し、当該冷却操業パラメータを含む製造条件でH形鋼10を製造することで、フランジ反り量が許容範囲内となるH形鋼10を安定して製造できるようになる。 Furthermore, by including attribute parameters of the H-shaped steel 10 in the input data for the shape prediction model, it becomes possible to predict the amount of flange warpage of H-shaped steel 10 with different target cross-sectional dimensions and steel type classifications using the same shape prediction model. Furthermore, by identifying cooling operation parameters that bring the amount of flange warpage predicted by the shape prediction model within the allowable range and manufacturing the H-shaped steel 10 under manufacturing conditions that include these cooling operation parameters, it becomes possible to consistently manufacture H-shaped steel 10 with an amount of flange warpage within the allowable range.

なお、図3に示した圧延設備100では、プロセスコンピュータ46と、H形鋼の形状予測装置48とを有する例を示したが、これに限らない。例えば、プロセスコンピュータ46がH形鋼の形状予測装置48の機能を有し、これらが1つの装置で構成されていてもよい。また、図5に示したH形鋼の形状予測装置48では、制御部50が冷却操業パラメータ特定部62および形状予測モデル生成部64を有する例を示したが、これに限らない。H形鋼の形状予測装置48でフランジ反り量を予測するのであれば、制御部50は冷却操業パラメータ特定部62を有さなくてもよい。さらに、形状予測モデル68を外部にて生成し、生成した形状予測モデル68を、データ取得部58を介して格納部56に格納する場合には、H形鋼の形状予測装置48は、形状予測モデル生成部64を有さなくてもよい。 While the rolling equipment 100 shown in Figure 3 includes an example having a process computer 46 and an H-beam shape prediction device 48, this is not limiting. For example, the process computer 46 may have the functions of the H-beam shape prediction device 48, and these may be configured as a single device. Furthermore, in the H-beam shape prediction device 48 shown in Figure 5, the control unit 50 includes a cooling operation parameter identification unit 62 and a shape prediction model generation unit 64, but this is not limiting. If the flange warp amount is predicted using the H-beam shape prediction device 48, the control unit 50 does not need to include the cooling operation parameter identification unit 62. Furthermore, if the shape prediction model 68 is generated externally and stored in the storage unit 56 via the data acquisition unit 58, the H-beam shape prediction device 48 does not need to include the shape prediction model generation unit 64.

[実施例1]
本発明の効果を検証すべく、図3に示したH形鋼の製造設備100を用いて、材質SM400A、ウェブ高さ900mm、フランジ幅350mm、ウェブ厚16mm、フランジ厚28mmの外法一定圧延H形鋼を製造した。形鋼の素材を粗圧延では17パス、中間圧延機では21パス、仕上圧延機では1パスで所望の断面へと圧延した。
[Example 1]
To verify the effects of the present invention, constant outer dimension rolled H-beams having a material of SM400A, a web height of 900 mm, a flange width of 350 mm, a web thickness of 16 mm, and a flange thickness of 28 mm were manufactured using the H-beam manufacturing equipment 100 shown in Figure 3. The raw material for the section steel was rolled to the desired cross section through 17 passes in the rough rolling mill, 21 passes in the intermediate rolling mill, and one pass in the finishing rolling mill.

また、仕上圧延機28前の冷却装置32は、冷媒を水とし、フランジ幅方向に7段の斜方スプレノズルで構成され、このうち6段のノズルを使用してH形鋼10のフランジ外面を冷却した。ノズルは各ノズル中心がフランジ幅方向に50mmピッチで、最下部のノズルはノズル中心がフランジ下端部から50mmの高さに設置されている。またノズルの噴射パタンは50mm×50mmの四角形で、ノズルを搬送方向に対して100mmピッチで配置した。冷却装置32の全長は40mであり、10m毎の計4バンクに区切られている。この冷却装置32の出側から30m下流には仕上圧延機28が設置されている。 The cooling device 32 before the finishing rolling mill 28 uses water as a coolant and is composed of seven rows of diagonal spray nozzles arranged in the flange width direction, with six of these rows of nozzles being used to cool the outer flange surface of the H-beam 10. The nozzles are arranged at 50 mm intervals in the flange width direction, with the center of the lowest nozzle positioned 50 mm above the bottom edge of the flange. The nozzle spray pattern is a 50 mm x 50 mm square, and the nozzles are arranged at 100 mm intervals in the conveying direction. The total length of the cooling device 32 is 40 m, and it is divided into four banks, each 10 m long. The finishing rolling mill 28 is installed 30 m downstream from the outlet of this cooling device 32.

また、仕上圧延機28後の冷却装置34は、仕上圧延機の出側から13m下流に設置されており、冷媒を水とし、フランジ幅方向に7段の多孔噴流ノズルで構成される。このうち下から1段目~6段目までのノズルを使用してH形鋼10のフランジ外面を冷却した。冷却装置の全長は40mであり、10m毎の計4バンクに区切られている。 The cooling device 34 after the finishing mill 28 is installed 13 m downstream from the exit of the finishing mill. It uses water as a coolant and is composed of seven rows of multi-hole jet nozzles arranged in the flange width direction. The nozzles in the first to sixth rows from the bottom are used to cool the outer surface of the flange of the H-beam 10. The total length of the cooling device is 40 m, and it is divided into a total of four banks, each 10 m long.

また、温度計36は冷却装置32入側から5m上流に、温度計38は冷却装置34入側から5m上流に(仕上圧延機28から8m下流)、温度計40は冷却装置34出側から10m下流に設置し、形状計44は冷却装置34の出側から下流に35m離れた位置に設置してそれぞれH形鋼10の温度とフランジ反り量を測定した。温度計36、38、40によって測定された温度は、冷却装置32、34によって冷却されたH形鋼の温度が所定の範囲内になっていることを確認するのに用いた。 In addition, thermometer 36 was installed 5 m upstream from the inlet of cooling device 32, thermometer 38 was installed 5 m upstream from the inlet of cooling device 34 (8 m downstream from finishing rolling mill 28), thermometer 40 was installed 10 m downstream from the outlet of cooling device 34, and shapemeter 44 was installed 35 m downstream from the outlet of cooling device 34, and each measured the temperature and flange warpage of H-beam 10. The temperatures measured by thermometers 36, 38, and 40 were used to confirm that the temperature of the H-beam cooled by cooling devices 32 and 34 was within the specified range.

<発明例1>
発明例1では学習用データとして5000件程度の直近の過去のH形鋼の圧延操業パラメータ、冷却操業パラメータ、属性パラメータおよびフランジ反り量の実績値を用いてニューラルネットワークモデルに機械学習した形状予測モデルを用いた。
<Example 1>
In Example 1 of the present invention, a shape prediction model was used that was machine-learned into a neural network model using approximately 5,000 recent historical H-section steel rolling operation parameters, cooling operation parameters, attribute parameters, and actual values of flange warpage as learning data.

圧延操業パラメータには、粗圧延の各パスにおける水平ロール間のロール間隔および水平ロールの軸方向相対位置、中間圧延の中間ユニバーサル圧延機の各パスにおけるウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔、中間圧延のエッジャ圧延機の各パスにおける水平ロール間の開度、水平ロールの軸方向相対位置および竪ロールの高さ方向位置に対する水平ロールの高さ方向相対位置、ならびに仕上圧延の仕上ユニバーサル圧延機におけるウェブのロール間隔およびフランジ4脚のロール間隔を用いた。冷却操業パラメータには、各冷却装置32、34の冷却水の水量密度および冷却時間を用いた。また、属性パラメータ情報にはH形鋼10の寸法の目標値、鋼種区分およびH形鋼10の機械的特性の目標値(降伏応力、引張強度、伸び、靭性)を用いた。 The rolling operation parameters used were the roll spacing between the horizontal rolls and the relative axial position of the horizontal rolls in each pass of rough rolling, the web roll spacing and the roll spacing between the four flange legs in each pass of the intermediate universal rolling mill in intermediate rolling, the gap between the horizontal rolls in each pass of the edger rolling mill in intermediate rolling, the relative axial position of the horizontal rolls and their relative vertical position in relation to the vertical rolls, and the web roll spacing and the roll spacing between the four flange legs in the finish universal rolling mill in finish rolling. The cooling operation parameters used were the water flow rate density and cooling time of the cooling water in each cooling device 32, 34. The attribute parameter information used target values for the dimensions of the H-beam 10, the steel type classification, and target values for the mechanical properties of the H-beam 10 (yield stress, tensile strength, elongation, toughness).

発明例1では図6に示したフローチャートに従い、形状予測モデルを用いて繰り返し計算を行い、フランジ反り量が許容値の範囲内となる±1.5mm未満を満足する冷却操業パラメータを特定した。なお、フランジ反りのうちフランジがウェブ側に倒れ込む(内反り)を「-寸法」で示し、フランジが外側に倒れ込む(外反り)を「+寸法」で示す。 In Example 1, calculations were performed repeatedly using the shape prediction model according to the flowchart shown in Figure 6, and cooling operation parameters were identified that would result in flange warpage falling within the allowable range of less than ±1.5 mm. Note that flange warpage in which the flange collapses toward the web (inward warpage) is indicated by a "- dimension," and flange collapses outward (outward warpage) is indicated by a "+ dimension."

再設定する冷却操業パラメータを冷却時間とし、最終的に特定された冷却操業パラメータは、冷却装置32の冷却水の水量密度を1600L/m・minとすると、冷却時間は6.7sとなった。また冷却装置34の冷却水の水量密度を1000L/m・minとすると、冷却時間は8.0sとなった。 The cooling operation parameter to be reset was the cooling time, and the finally specified cooling operation parameters were a cooling time of 6.7 seconds when the water flow rate of the cooling water in the cooling device 32 was 1600 L/ ·min, and a cooling time of 8.0 seconds when the water flow rate of the cooling water in the cooling device 34 was 1000 L/m²· min .

以上のようにして特定された冷却操業パラメータを含む製造条件で材質SM400、ウェブ高さ900mm、フランジ幅350mm、ウェブ厚16mm、フランジ厚28mmの外法一定圧延H形鋼を製造した結果、形状予測モデルによって予測されたフランジ反り量+0.4mmに対し、実際に形状計44で測定された長手中央部のフランジ反り量は左右平均で+0.4mmであった。この結果から、圧延操業パラメータを含む形状予測モデルを用いることで、高い精度でフランジ反りが予測できること、かつ、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造することで、フランジ反り量が許容値の範囲内となる±1.5mm未満の圧延H形鋼を製造できることが確認できた。 When a constant outer diameter rolled H-section steel with material SM400, web height 900 mm, flange width 350 mm, web thickness 16 mm, and flange thickness 28 mm was manufactured under manufacturing conditions including the cooling operation parameters identified as described above, the shape prediction model predicted a flange warpage of +0.4 mm, while the actual flange warpage at the longitudinal center measured with the shape meter 44 was +0.4 mm on average on both sides. These results confirm that flange warpage can be predicted with high accuracy by using a shape prediction model including rolling operation parameters, and that by manufacturing H-section steel 10 using cooling operation parameters identified using the prediction results, rolled H-section steel with a flange warpage of less than ±1.5 mm, within the allowable range, can be manufactured.

<比較例1-1>
比較例1-1では、実施例1と同様に材質SM400A、ウェブ高さ900mm、フランジ幅350mm、ウェブ厚16mm、フランジ厚28mmの外法一定圧延H形鋼を製造した。製造設備は発明例1と同じである。
<Comparative Example 1-1>
In Comparative Example 1-1, constant outer dimension rolled H-section steel was manufactured using SM400A material, a web height of 900 mm, a flange width of 350 mm, a web thickness of 16 mm, and a flange thickness of 28 mm, in the same manner as in Example 1. The manufacturing equipment was the same as that used in Invention Example 1.

比較例1―1では学習用データとして5000件程度の直近の過去のH形鋼10の冷却操業パラメータ、属性パラメータ及びフランジ反り量の実績値を用いてニューラルネットワークモデルに機械学習した形状予測モデルを用いた。すなわち、比較例1-1では入力データに圧延操業パラメータが含まれない形状予測モデルを用いた。 In Comparative Example 1-1, a shape prediction model was used that was machine-learned into a neural network model using approximately 5,000 recent historical cooling operation parameters, attribute parameters, and actual flange warpage values for H-beam 10 as learning data. In other words, in Comparative Example 1-1, a shape prediction model was used in which the input data did not include rolling operation parameters.

比較例1-1においても図6に示したフローチャートに従い、形鋼の形状予測モデルを用いて繰り返し計算を行い、フランジ反り量が±1.5mm未満を満足する冷却操業パラメータを特定した。最終的に特定された冷却操業パラメータは、冷却装置32の冷却水の水量密度を1600L/m・minとすると、冷却時間は5.3sとなった。また冷却装置34の冷却水の水量密度を1000L/m・minとすると、冷却時間は10.0sとなった。 In Comparative Example 1-1, calculations were also performed repeatedly using the shape prediction model of the steel section according to the flowchart shown in Figure 6, and cooling operation parameters that satisfied the requirement for a flange warpage of less than ±1.5 mm were identified. The cooling operation parameters that were finally identified were a cooling time of 5.3 seconds when the cooling water flow rate of the cooling device 32 was 1600 L/ min. Furthermore, a cooling time of 10.0 seconds when the cooling water flow rate of the cooling device 34 was 1000 L/ min.

以上のようにして特定された冷却操業パラメータを含む製造条件で材質SM400、ウェブ高さ900mm、フランジ幅350mm、ウェブ厚16mm、フランジ厚28mmの外法一定圧延H形鋼を製造した結果、形状予測モデルによって予測されたフランジ反り量+0.5mmであったのに対し、実際に形状計44で測定された長手中央部のフランジ反り量は左右平均で+1.6mmであった。この結果から、圧延操業パラメータを含まない形状予測モデルを用いると、高い精度でフランジ反りが予測できないこと、および、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造しても、フランジ反り量が許容値の範囲内となる±1.5mm未満の圧延H形鋼を製造できないことが確認された。 When a constant outer diameter rolled H-section steel with material SM400, web height 900 mm, flange width 350 mm, web thickness 16 mm, and flange thickness 28 mm was manufactured under manufacturing conditions including the cooling operation parameters identified as described above, the flange warpage predicted by the shape prediction model was +0.5 mm, while the flange warpage at the longitudinal center actually measured with the shape meter 44 was +1.6 mm on average on both sides. These results confirm that flange warpage cannot be predicted with high accuracy when using a shape prediction model that does not include rolling operation parameters, and that even when H-section steel 10 is manufactured using cooling operation parameters identified using these prediction results, it is not possible to manufacture rolled H-section steel with a flange warpage of less than ±1.5 mm, which is within the allowable range.

<比較例1-2>
比較例1-2では、実施例1と同様に材質SM400A、ウェブ高さ900mm、フランジ幅350mm、ウェブ厚16mm、フランジ厚28mmの外法一定圧延H形鋼を製造した。製造設備は適合例1と同様である。比較例1-2では、特許文献2に開示されたH形鋼の寸法と仕上圧延時のフランジ温度を用いた線形和で表された式でフランジ反りを予測し、繰り返し計算を行うことでフランジ反り量が±1.5mm未満を満足する冷却操業パラメータを特定した。
<Comparative Example 1-2>
In Comparative Example 1-2, constant outer dimension rolled H-beams were manufactured using the material SM400A, a web height of 900 mm, a flange width of 350 mm, a web thickness of 16 mm, and a flange thickness of 28 mm, as in Example 1. The manufacturing equipment was the same as in Compliant Example 1. In Comparative Example 1-2, flange warpage was predicted using an equation expressed as a linear sum using the dimensions of the H-beam and the flange temperature during finish rolling, as disclosed in Patent Document 2, and cooling operation parameters that satisfied the requirement for a flange warpage of less than ±1.5 mm were identified by performing repeated calculations.

最終的に特定された冷却操業パラメータは、冷却装置32の冷却水の水量密度を1600L/m・minとすると、冷却時間は3.3sとなった。また冷却装置34の冷却水の水量密度を1000L/m・minとすると、冷却時間は20.0sとなった。 The cooling operation parameters finally specified were a cooling time of 3.3 seconds when the water flow rate of the cooling water in the cooling device 32 was 1600 L/ ·min, and a cooling time of 20.0 seconds when the water flow rate of the cooling water in the cooling device 34 was 1000 L/ ·min.

以上のようにして特定された冷却操業パラメータを含む製造条件で材質SM400、ウェブ高さ900mm、フランジ幅350mm、ウェブ厚16mm、フランジ厚28mmの外法一定圧延H形鋼を製造した結果、線形和で表された式によって予測されたフランジ反り量+0.6mmであったのに対し、実際に形状計44で測定された長手中央部のフランジ反り量は左右平均で+1.8mmであった。この結果から、特許文献2に開示された線形和で表された式を用いると、高い精度でフランジ反りが予測できないこと、および、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造しても、フランジ反り量が許容値の範囲内となる±1.5mm未満の圧延H形鋼を製造できないことが確認された。 When a constant outer diameter rolled H-section steel with material SM400, web height 900 mm, flange width 350 mm, web thickness 16 mm, and flange thickness 28 mm was manufactured under manufacturing conditions including the cooling operation parameters identified as described above, the flange warpage predicted by the equation expressed as a linear sum was +0.6 mm, while the actual flange warpage at the longitudinal center measured with a shape meter 44 was +1.8 mm on average on both sides. These results confirm that the equation expressed as a linear sum disclosed in Patent Document 2 cannot predict flange warpage with high accuracy, and that even when H-section steel 10 is manufactured using cooling operation parameters identified using the prediction results, it is not possible to manufacture rolled H-section steel with a flange warpage of less than ±1.5 mm, which is within the allowable range.

以上のように、発明例1では圧延操業パラメータ、冷却操業パラメータ及び属性パラメータを入力データとし、フランジ反り量を出力データとした形状予測モデルを用いて冷却装置通過後のH形鋼10のフランジ反り量を予測することで比較例1-1、1-2より高い精度でフランジ反り量を予測することができ、かつ、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造することで、フランジ反り量が許容値の範囲内となる圧延H形鋼を製造できることが確認できた。 As described above, in Example 1, by using a shape prediction model in which rolling operation parameters, cooling operation parameters, and attribute parameters are input data and flange warpage is output data, the flange warpage of the H-section steel 10 after passing through the cooling device can be predicted with higher accuracy than in Comparative Examples 1-1 and 1-2. Furthermore, it was confirmed that by manufacturing the H-section steel 10 using cooling operation parameters specified using the prediction results, rolled H-section steel with a flange warpage within the allowable range can be manufactured.

[実施例2]
実施例2では、材質SM490A、ウェブ高さ1000mm、フランジ幅400mm、ウェブ厚19mm、フランジ厚40mmの外法一定圧延H形鋼を実施例1と同じ圧延設備を用いて製造した。実施例1との違いは製造するH形鋼10の寸法と材質、すなわち鋼種である。また、実施例2では、フランジ厚が40mmと厚く、オフラインでのフランジ反りの矯正が困難なため、フランジ反りを厳格管理し、フランジ反り量が±1.0mm未満で合格とした。
[Example 2]
In Example 2, constant outer dimension rolled H-beams having a material of SM490A, a web height of 1000 mm, a flange width of 400 mm, a web thickness of 19 mm, and a flange thickness of 40 mm were manufactured using the same rolling equipment as in Example 1. The difference from Example 1 was the dimensions and material, i.e., the steel type, of the H-beams 10 to be manufactured. In addition, in Example 2, the flange thickness was as large as 40 mm, making offline correction of flange warpage difficult, so flange warpage was strictly controlled, and flange warpage of less than ±1.0 mm was deemed acceptable.

<発明例2>
発明例2では、図6に示したフローチャートに従い、発明例1と同じ形状予測モデルを用いて繰り返し計算を行い、フランジ反り量が±1.0mm未満となる冷却操業パラメータを特定した。最終的に特定された冷却操業パラメータは、冷却装置32の冷却水の水量密度を1600L/m・minとすると、冷却時間は6.1sとなった。また冷却装置34の冷却水の水量密度を1000L/m・minとすると、冷却時間は10.0sとなった。
<Example 2>
In Example 2, calculations were repeatedly performed using the same shape prediction model as in Example 1 according to the flowchart shown in Fig. 6, and cooling operation parameters were identified that would result in a flange warpage of less than ±1.0 mm. The cooling operation parameters finally identified were a cooling time of 6.1 seconds when the cooling water flow rate of the cooling device 32 was 1600 L/ min, and a cooling time of 10.0 seconds when the cooling water flow rate of the cooling device 34 was 1000 L/m² min.

以上のようにして特定された冷却操業パラメータを含む製造条件で材質SM490、ウェブ高さ1000mm、フランジ幅400mm、ウェブ厚19mm、フランジ厚40mmの外法一定圧延H形鋼を製造した結果、形状予測モデルによって予測されたフランジ反り量-0.6mmに対し、実際に形状計44で測定された長手中央部のフランジ反り量は左右平均で-0.6mmであった。この結果から、圧延操業パラメータを含む形状予測モデルを用いることで、高い精度でフランジ反りが予測できること、かつ、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造することで、フランジ反り量が許容値の範囲内となる±1.0mm未満の圧延H形鋼を製造できることが確認できた。 When a constant outer diameter rolled H-section steel with material SM490, web height 1000 mm, flange width 400 mm, web thickness 19 mm, and flange thickness 40 mm was manufactured under manufacturing conditions including the cooling operation parameters identified as described above, the shape prediction model predicted a flange warpage of -0.6 mm, while the actual flange warpage at the longitudinal center measured with the shape meter 44 was -0.6 mm on average on both sides. These results confirm that flange warpage can be predicted with high accuracy by using a shape prediction model including rolling operation parameters, and that by manufacturing H-section steel 10 using cooling operation parameters identified using these prediction results, rolled H-section steel with a flange warpage of less than ±1.0 mm, within the allowable range, can be manufactured.

<比較例2-1>
比較例2-1では適合例2と同様に材質SM490A、ウェブ高さ1000mm、フランジ幅400mm、ウェブ厚19mm、フランジ厚40mmの外法一定圧延H形鋼を製造した。
<Comparative Example 2-1>
In Comparative Example 2-1, as in Compliant Example 2, a constant outer dimension rolled H-section steel was manufactured with material SM490A, a web height of 1000 mm, a flange width of 400 mm, a web thickness of 19 mm, and a flange thickness of 40 mm.

比較例2-1では、比較例1-1と同じく、入力データに圧延操業パラメータが含まれない形状予測モデルを用いた。図6に示したフローチャートに従い、形鋼の形状予測モデルを用いて繰り返し計算を行い、フランジ反りが±1.0mm未満を満足する冷却操業パラメータを特定した。最終的に特定された冷却操業パラメータは、冷却装置32の冷却水の水量密度を1600L/m・minとすると、冷却時間は5.0sとなった。また冷却装置34の冷却水の水量密度を1000L/m・minとすると、冷却時間は10.7sとなった。 In Comparative Example 2-1, as in Comparative Example 1-1, a shape prediction model was used in which the input data did not include rolling operation parameters. Following the flowchart shown in FIG. 6 , repeated calculations were performed using the shape prediction model for the section steel, and cooling operation parameters that satisfied the requirement for flange warpage of less than ±1.0 mm were identified. The cooling operation parameters finally identified were a cooling time of 5.0 seconds when the cooling water flow rate density of the cooling device 32 was 1600 L/ ·min. Furthermore, a cooling time of 10.7 seconds when the cooling water flow rate density of the cooling device 34 was 1000 L/ ·min.

以上のようにして特定された冷却操業パラメータを含む製造条件で材質SM490、ウェブ高さ1000mm、フランジ幅400mm、ウェブ厚19mm、フランジ厚40mmの外法一定圧延H形鋼を製造した結果、形状予測モデルによって予測されたフランジ反り量+-0.65mmであったのに対し、実際に形状計44で測定された長手中央部のフランジ反り量は左右平均で-1.2mmであった。この結果から、圧延操業パラメータを含まない形状予測モデルを用いると、高い精度でフランジ反りが予測できないこと、および、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造しても、フランジ反り量が許容値の範囲内となる±1.0mm未満の圧延H形鋼を製造できないことが確認された。 When a constant outer diameter rolled H-section steel with material SM490, web height 1000 mm, flange width 400 mm, web thickness 19 mm, and flange thickness 40 mm was manufactured under manufacturing conditions including the cooling operation parameters identified as described above, the flange warpage predicted by the shape prediction model was +-0.65 mm, while the flange warpage at the longitudinal center actually measured with the shape meter 44 was -1.2 mm on average on both sides. These results confirmed that flange warpage cannot be predicted with high accuracy when using a shape prediction model that does not include rolling operation parameters, and that even when H-section steel 10 is manufactured using cooling operation parameters identified using these prediction results, it is not possible to manufacture rolled H-section steel with a flange warpage of less than ±1.0 mm, which is within the allowable range.

<比較例2-2>
比較例2-2では、適合例2と同様に材質SM490A、ウェブ高さ1000mm、フランジ幅400mm、ウェブ厚19mm、フランジ厚40mmの外法一定圧延H形鋼を製造した。製造設備は実施例1と同様である。比較例2-2では、特許文献2に開示されたH形鋼10の寸法と仕上圧延時のフランジ温度を用いた線形和で表された式でフランジ反りを予測し、繰り返し計算を行うことでフランジ反り量が±1.0mm未満を満足する冷却操業パラメータを特定した。
<Comparative Example 2-2>
In Comparative Example 2-2, constant outer dimension rolled H-beams were manufactured using the material SM490A, a web height of 1000 mm, a flange width of 400 mm, a web thickness of 19 mm, and a flange thickness of 40 mm, as in Compliant Example 2. The manufacturing equipment was the same as in Example 1. In Comparative Example 2-2, flange warpage was predicted using an equation expressed as a linear sum using the dimensions of the H-beam 10 and the flange temperature during finish rolling, as disclosed in Patent Document 2, and cooling operation parameters that satisfied the requirement for a flange warpage of less than ±1.0 mm were identified by performing repeated calculations.

最終的に特定された冷却操業パラメータは、冷却装置32の冷却水の水量密度を1600L/m・minとすると、冷却時間は4.0sとなった。また冷却装置34の冷却水の水量密度を1000L/m・minとすると、冷却時間は11.5sとなった。 The cooling operation parameters finally specified were a cooling time of 4.0 seconds when the water flow rate of the cooling water in the cooling device 32 was 1600 L/ ·min, and a cooling time of 11.5 seconds when the water flow rate of the cooling water in the cooling device 34 was 1000 L/ ·min.

以上のようにして特定された冷却操業パラメータを含む製造条件で材質SM490A、ウェブ高さ1000mm、フランジ幅400mm、ウェブ厚19mm、フランジ厚40mmの外法一定圧延H形鋼を製造した結果、線形和で表された式によって予測されたフランジ反り量-0.8mmであったのに対し、実際に形状計44で測定された長手中央部のフランジ反り量は左右平均で-1.6mmであった。この結果から、特許文献2に開示された線形和で表された式を用いると、高い精度でフランジ反りが予測できないこと、および、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造しても、フランジ反り量が許容値の範囲内となる±1.0mm未満の圧延H形鋼を製造できないことが確認された。 When a constant outer diameter rolled H-section steel made of SM490A steel, with a web height of 1000 mm, flange width of 400 mm, web thickness of 19 mm, and flange thickness of 40 mm, was manufactured under manufacturing conditions including the cooling operation parameters identified as described above, the flange warpage predicted by the equation expressed as a linear sum was -0.8 mm, while the flange warpage at the longitudinal center actually measured with a shape meter 44 was -1.6 mm on average on both sides. These results confirm that flange warpage cannot be predicted with high accuracy when using the equation expressed as a linear sum disclosed in Patent Document 2, and that even when H-section steel 10 is manufactured using cooling operation parameters identified using the prediction results, it is not possible to manufacture rolled H-section steel with a flange warpage of less than ±1.0 mm, which is within the allowable range.

以上のように、発明例2ではH形鋼10の寸法や鋼種が変わっても、圧延操業パラメータ、冷却操業パラメータ及び属性パラメータを入力データとし、フランジ反り量を出力データとした形状予測モデルを用いて冷却装置通過後のH形鋼10のフランジ反り量を予測することで比較例2-1、2-2より高い精度でフランジ反り量を予測することができ、かつ、当該予測結果を用いて特定された冷却操業パラメータでH形鋼10を製造することで、フランジ反り量が許容値の範囲内となる圧延H形鋼を製造できることが確認できた。 As described above, in Example 2, even if the dimensions and steel type of the H-shaped steel 10 change, the flange warpage of the H-shaped steel 10 after passing through the cooling device can be predicted with higher accuracy than in Comparative Examples 2-1 and 2-2 by using a shape prediction model in which rolling operation parameters, cooling operation parameters, and attribute parameters are input data and the flange warpage amount is output data. Furthermore, it was confirmed that by manufacturing the H-shaped steel 10 using cooling operation parameters specified using the prediction results, rolled H-shaped steel with a flange warpage amount within the allowable range can be manufactured.

10 H形鋼
12 フランジ
14 ウェブ
20 加熱炉
22 粗圧延機
24 中間圧延機
25 中間ユニバーサル圧延機
26 エッジャ圧延機
28 仕上圧延機
30 圧延制御装置
32 冷却装置
34 冷却装置
36 温度計
38 温度計
40 温度計
42 冷却制御装置
44 形状計
46 プロセスコンピュータ
48 H形鋼の形状予測装置
50 制御部
52 入力部
54 出力部
56 格納部
58 データ取得部
60 形状予測部
62 冷却操業パラメータ特定部
64 形状予測モデル生成部
100 圧延設備
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 H-section steel 12 Flange 14 Web 20 Heating furnace 22 Roughing rolling mill 24 Intermediate rolling mill 25 Intermediate universal rolling mill 26 Edger rolling mill 28 Finishing rolling mill 30 Rolling control device 32 Cooling device 34 Cooling device 36 Thermometer 38 Thermometer 40 Thermometer 42 Cooling control device 44 Shape meter 46 Process computer 48 H-section steel shape prediction device 50 Control unit 52 Input unit 54 Output unit 56 Storage unit 58 Data acquisition unit 60 Shape prediction unit 62 Cooling operation parameter identification unit 64 Shape prediction model generation unit 100 Rolling equipment

Claims (5)

加熱された鋼片をH形鋼に熱間圧延する複数の圧延機と、前記H形鋼を冷却する冷却装置と、冷却後のH形鋼のフランジ反りを測定する形状計とを有する圧延設備で製造されるH形鋼のフランジ反り量を予測するH形鋼の形状予測方法であって、
前記複数の圧延機は粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機および仕上圧延機を含み、
前記粗圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスの水平ロール間の開度、水平ロールの軸方向の相対位置、前記中間ユニバーサル圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスのウェブのロール間隔、フランジ4脚のロール間隔の設定値、前記エッジャ圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスの水平ロール間の開度、水平ロールの水平方向の傾きおよび水平ロールの軸方向相対位置のうちの少なくとも1つを含む前記圧延機の操業パラメータと、前記冷却装置の冷却操業パラメータと、前記H形鋼の属性パラメータとを含む入力データを形状予測モデルに入力し、前記フランジ反り量を出力させて前記フランジ反り量を予測する、H形鋼の形状予測方法。
A method for predicting the amount of flange warpage of an H-shaped steel manufactured by a rolling facility having a plurality of rolling mills for hot-rolling heated steel billets into H-shaped steel, a cooling device for cooling the H-shaped steel, and a shape meter for measuring the flange warpage of the H-shaped steel after cooling, comprising:
the plurality of rolling mills including a roughing mill, an intermediate universal mill, an edger mill, and a finishing mill;
a setting value of the roll spacing of the four flange legs; an opening between the horizontal rolls in at least one pass of the roughing rolling mill, a horizontal inclination of the horizontal rolls, and a relative axial position of the horizontal rolls; a setting value of the roll spacing of the four flange legs; an opening between the horizontal rolls in at least one pass of the edger rolling mill, a horizontal inclination of the horizontal rolls, and a relative axial position of the horizontal rolls; cooling operation parameters of the cooling device; and attribute parameters of the H-beam, input data including : operation parameters of the rolling mill; cooling operation parameters of the cooling device; and attribute parameters of the H-beam;
請求項1に記載のH形鋼の形状予測方法を用いて予測されたフランジ反り量が、予め定められた許容値の範囲内になる前記冷却操業パラメータを特定し、
特定された冷却操業パラメータを含む製造条件でH形鋼を製造する、H形鋼の製造方法。
Identifying the cooling operation parameters that cause the flange warpage amount predicted using the shape prediction method for H-section steel according to claim 1 to fall within a predetermined allowable value range,
A method for manufacturing H-beam steel, which manufactures H-beam steel under manufacturing conditions including specified cooling operation parameters.
加熱された鋼片をH形鋼に熱間圧延する複数の圧延機と、前記H形鋼を冷却する冷却装置と、冷却後のH形鋼のフランジ反り量を測定する形状計と、前記フランジ反り量を予測するH形鋼の形状予測装置と、を有する圧延設備であって、
前記複数の圧延機は粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機および仕上圧延機を含み、
前記形状予測装置は、前記粗圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスの水平ロール間の開度、水平ロールの軸方向の相対位置、前記中間ユニバーサル圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスのウェブのロール間隔、フランジ4脚のロール間隔の設定値、前記エッジャ圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスの水平ロール間の開度、水平ロールの水平方向の傾きおよび水平ロールの軸方向相対位置のうちの少なくとも1つを含む前記圧延機の圧延操業パラメータと、前記冷却装置の冷却操業パラメータと、前記H形鋼の属性パラメータとを含む入力データを形状予測モデルに入力し、前記フランジ反り量を出力する形状予測部を有する、圧延設備。
A rolling facility comprising: a plurality of rolling mills for hot rolling heated steel billets into H-shaped steel; a cooling device for cooling the H-shaped steel; a shape meter for measuring the amount of flange warpage of the H-shaped steel after cooling; and an H-shaped steel shape prediction device for predicting the amount of flange warpage,
the plurality of rolling mills including a roughing mill, an intermediate universal mill, an edger mill, and a finishing mill;
The shape prediction device has a shape prediction unit that inputs input data including rolling operation parameters of the rolling mill including at least one of the gap between the horizontal rolls in at least one pass of each pass of the roughing rolling mill, the axial relative position of the horizontal rolls, the roll spacing of the web in at least one pass of each pass of the intermediate universal rolling mill, the set value of the roll spacing of the four flange legs, the gap between the horizontal rolls in at least one pass of each pass of the edger rolling mill, the horizontal inclination of the horizontal rolls, and the axial relative position of the horizontal rolls, cooling operation parameters of the cooling device, and attribute parameters of the H-shaped steel into a shape prediction model and outputs the flange warpage amount.
加熱された鋼片をH形鋼に熱間圧延する複数の圧延機と、前記H形鋼を冷却する冷却装置と、冷却後のH形鋼のフランジ反りを測定する形状計とを有する圧延設備で製造されるH形鋼のフランジ反り量を予測する形状予測モデルの生成方法であって、
前記複数の圧延機は粗圧延機、中間ユニバーサル圧延機、エッジャ圧延機および仕上圧延機を含み、
過去に製造されたH形鋼の前記粗圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスの水平ロール間の開度、水平ロールの軸方向の相対位置、前記中間ユニバーサル圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスのウェブのロール間隔、フランジ4脚のロール間隔の設定値、前記エッジャ圧延機の各パスのうちの少なくとも1パスの水平ロール間の開度、水平ロールの水平方向の傾きおよび水平ロールの軸方向相対位置のうちの少なくとも1つを含む前記圧延機の圧延操業パラメータの実績値と、前記冷却装置の冷却操業パラメータの実績値と、前記H形鋼の属性パラメータの実績値と、前記フランジ反り量の実績値とを1組とする複数のデータセットを教師データとして機械学習モデルを機械学習させ、
前記圧延操業パラメータと、前記冷却操業パラメータと、前記属性パラメータとを入力とし、前記フランジ反り量を出力とする形状予測モデルを生成する、形状予測モデルの生成方法。
A method for generating a shape prediction model for predicting the amount of flange warpage of H-shaped steel produced by rolling equipment having a plurality of rolling mills for hot-rolling heated steel billets into H-shaped steel, a cooling device for cooling the H-shaped steel, and a shape meter for measuring the flange warpage of the H-shaped steel after cooling, comprising:
the plurality of rolling mills including a roughing mill, an intermediate universal mill, an edger mill, and a finishing mill;
a machine learning model is trained using as training data a plurality of data sets each including actual values of rolling operation parameters of the rolling mill, including at least one of the gap between the horizontal rolls in at least one pass of each pass of the roughing mill for H-section steel previously manufactured, the axial relative position of the horizontal rolls, the roll spacing of the web in at least one pass of each pass of the intermediate universal rolling mill, the set value of the roll spacing of the four flange legs, the gap between the horizontal rolls in at least one pass of each pass of the edger rolling mill, the horizontal inclination of the horizontal rolls, and the axial relative position of the horizontal rolls, actual values of cooling operation parameters of the cooling device, actual values of attribute parameters of the H-section steel, and actual values of the flange warpage amount;
a method for generating a shape prediction model, the method receiving the rolling operation parameters, the cooling operation parameters, and the attribute parameters as inputs and generating a shape prediction model having the flange warpage amount as output;
前記機械学習モデルは、ニューラルネットワーク、決定木学習、ランダムフォレストおよびサポートベクター回帰のいずれかである、請求項4に記載の形状予測モデルの生成方法。 The method for generating a shape prediction model described in claim 4, wherein the machine learning model is one of a neural network, decision tree learning, random forest, and support vector regression.
JP2023067558A 2023-04-18 2023-04-18 H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method Active JP7803308B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023067558A JP7803308B2 (en) 2023-04-18 2023-04-18 H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023067558A JP7803308B2 (en) 2023-04-18 2023-04-18 H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024153994A JP2024153994A (en) 2024-10-30
JP7803308B2 true JP7803308B2 (en) 2026-01-21

Family

ID=93258542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023067558A Active JP7803308B2 (en) 2023-04-18 2023-04-18 H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7803308B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102896053B1 (en) * 2025-02-07 2025-12-04 한원스틸주식회사 H-beam processing device and control method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000176531A (en) 1998-12-17 2000-06-27 Nippon Steel Corp High strength H-section steel and manufacturing method
JP2001030003A (en) 1999-07-22 2001-02-06 Kawasaki Steel Corp Universal rolling method for H-section steel
JP2021154366A (en) 2020-03-27 2021-10-07 Jfeスチール株式会社 Method of manufacturing h-section steel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000176531A (en) 1998-12-17 2000-06-27 Nippon Steel Corp High strength H-section steel and manufacturing method
JP2001030003A (en) 1999-07-22 2001-02-06 Kawasaki Steel Corp Universal rolling method for H-section steel
JP2021154366A (en) 2020-03-27 2021-10-07 Jfeスチール株式会社 Method of manufacturing h-section steel

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024153994A (en) 2024-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7147904B2 (en) Method for predicting bending of shaped steel, method for manufacturing shaped steel, method for generating trained machine learning model, and device for predicting curvature of shaped steel
JP7298645B2 (en) Method for generating cross-sectional dimension variation prediction model for shaped steel, apparatus for generating cross-sectional dimension variation prediction model for shaped steel, method for predicting cross-sectional dimension of shaped steel, method for controlling cross-sectional dimension of shaped steel, and method for manufacturing shaped steel
CN108698098B (en) Method and device for controlling a metal strip profile during rolling
KR102502954B1 (en) Cooling control method of thick steel plate, cooling control device, and manufacturing method of thick steel plate
JP5811046B2 (en) Method for predicting temperature unevenness of hot-rolled steel sheet, method for controlling flatness, method for controlling temperature unevenness, and manufacturing method
KR102939979B1 (en) Method for predicting the shape of steel plates, method for controlling the shape, manufacturing method, method for generating a shape prediction model, and manufacturing equipment
KR101516476B1 (en) Apparatus for calculating set value, method of calculating set value, and program recording medium for calculating set value
JP7803308B2 (en) H-beam shape prediction method, H-beam manufacturing method, rolling equipment, and shape prediction model generation method
JP7619533B1 (en) Method for predicting cross-sectional dimension of shaped steel, manufacturing method of shaped steel, device for predicting cross-sectional dimension of shaped steel, and method for generating cross-sectional dimension prediction model
JP7294242B2 (en) Method for predicting surface roughness, method for manufacturing steel strip, and method for generating trained machine learning model
JP7230880B2 (en) Rolling load prediction method, rolling method, method for manufacturing hot-rolled steel sheet, and method for generating rolling load prediction model
JP7298529B2 (en) Method for manufacturing H-shaped steel
JP7823633B2 (en) Method for predicting the shape of unequal leg angle steel, manufacturing method for unequal leg angle steel, rolling equipment, and method for generating a shape prediction model
EP2933031B1 (en) Method for producing steel sheet
JP2950157B2 (en) Control cooling method
JP7841665B1 (en) Method for predicting the cold dimensions of structural steel, method for manufacturing structural steel, method for generating a cold dimension prediction model, and apparatus for predicting the cold dimensions of structural steel
US20250355426A1 (en) Material properties prediction device for rolled products
WO2026042720A1 (en) Method for predicting cross-sectional dimensions of unequal angle steel, method for manufacturing unequal angle steel, method for generating cross-sectional dimension prediction model, and device for predicting cross-sectional dimensions of unequal angle steel
JP7500244B2 (en) Manufacturing method of H-beam
TW202609607A (en) Methods for predicting the cold dimensions of structural steel, manufacturing methods for structural steel, methods for generating cold dimension prediction models, and devices for predicting the cold dimensions of structural steel.
JP6551282B2 (en) Hot finish rolling method
JP2000015316A (en) Temperature measurement method and apparatus for parallel flange rolled section steel
JPH0655201A (en) Method for controlling and rolling web center bias of h-shape steel

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20241127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250912

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250930

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20251127

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251222

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7803308

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150