JP4065260B2 - テーパー鋼管の製造方法 - Google Patents

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本発明は、照明用ポールなどとして用いられるテーパー鋼管の製造方法に関するものであり、特にテーパー加工時の鋼管温度制御に着目したテーパー鋼管の製造方法に関するものである。
上記のようなテーパー鋼管を製造する方法としては、特許文献１、２に示されるように鋼管の両端を２台の台車上の回転軸にそれぞれ保持させて一定方向に回転させながら軸線方向に移動させ、これらの台車の中間に配置された加工ロールによりテーパー状に絞り加工を行う方法が知られている。加工ロールの手前側には加熱装置が配置され、鋼管はこの加熱装置を通過する間に６５０〜９００℃前後に加熱されたうえ、加工ロールにより絞り加工されている。
最適加工温度は鋼種によって異なるが、鋼管の強度変化率から計算すると、加工ロールに達したときの鋼管温度が、最適加工温度±２０℃の領域にあるように加熱装置を運転制御することが好ましい。このため一般的には、加熱装置の出口の鋼管温度が最適加工温度（目標温度）となるように、加熱装置の出力を調整するのが普通である。
しかしテーパー鋼管の製造においては、加熱装置と加工ロールとの間に振れ止めリングその他の設備が配置されているために６００ｍｍ前後の距離があり、かつ鋼管の加工速度も０.５〜０.７ｍ／分と低速であるため、加熱装置で加熱された鋼管が加工ロールに達するまでに１分以上のタイムラグがある。このために鋼管に１００℃以上の空冷温度降下が生じ、かつ加熱装置の温度制御の応答時間が長いため、加熱装置の出口の鋼管温度が最適加工温度となるように加熱装置の出力を調整する方法は、テーパー鋼管の製造には不適当である。
そこで、鋼管ごとに一定の空冷温度降下量を設定して加熱装置出口の鋼管温度を制御することも考えられる。しかし、加工安定性を確保するため一般的には加工速度は一定であるので、絞り量が大きくなるとそれに反比例して入り側の鋼管速度は減速して行き、加熱装置を通過する速度も減速する。このため一定の空冷温度降下量を設定しても、適切な加工温度を維持することは困難である。
このほか、季節や時間によって工場内の環境温度が変化すること、水冷されている加工ロールにより冷却される鋼管体積が絞り加工の初期と終期とで異なることなどの理由によって、一定の空冷温度降下量を設定する方法では、適切な加工温度を維持することは困難である。更にこの他、一定テーパー率ではない異径断面となると、目標温度を一定とした制御を行うとどうしてもハンチングが生じてしまう。
以上のような理由により、加工ロールに達したときの鋼管温度が最適加工温度（目標温度）となるように加熱装置の出力を調整することはきわめて困難であり、従来はこの温度制御は作業者の経験に頼っていたのが実情であった。しかしそのような方法では安定操業が確保できないことがあり、加熱装置出側の鋼管がオーバーヒートして鋼管の変形抵抗が低下し、加工ロールに達する前に変形するなどのトラブルを招く可能性もあった。
特開２００２−２９２４３２号公報 特開２００２−２９２４３３号公報
本発明は上記した従来の問題点を解決し、加工ロールに達したときの鋼管温度が最適加工温度（目標温度）となるように加工条件に応じて加熱装置の出力を調整し、最適なテーパー加工を可能としたテーパー鋼管の製造方法を提供するためになされたものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明は、鋼管を回転させながら軸線方向に移動させ、加熱装置により加熱したうえ加工ロールによりテーパー状に絞り加工を行うテーパー鋼管の製造方法において、少なくとも加熱装置の出側と加工ロール直前とに温度検出手段を設置して加熱装置から加工位置までの鋼管の温度降下量を実測し、この実測された温度降下量が、加工条件に応じて鋼管の長手方向にステップ的に変化させて設定された温度降下定数から演算された温度降下量と一致するように加熱装置の出力を調整しつつ絞り加工を行うことを特徴とするものである。
本発明のテーパー鋼管の製造方法によれば、温度検出手段を設置して加熱装置から加工位置までの鋼管の温度降下量を実測し、実測された温度降下量が、加工条件に応じて鋼管の長手方向にステップ的に変化させて設定された温度降下定数から演算された温度降下量と一致するように加熱装置の出力を調整しつつ絞り加工を行う。このため経験値に応じて温度降下定数を鋼管の長手方向にステップ的に変化させることにより温度降下量を精度よく推測し、温度降下量の実測値がこれに一致するように加熱装置の出力を調整すれば、断面変化を伴うテーパー状の絞り加工中にも最適の加工温度を維持することができる。
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。図１はテーパー鋼管製造設備の全体を示す図であり、１は装置中央部に設置された加工ロール装置である。加工ロール装置１の両側にはレール２、３が直線状に配置されている。これらのレール２、３上にはそれぞれ台車４、５が配置されている。これらの台車４、５上には回転軸６、７が搭載されており、鋼管Ｐは両端部をこれらの回転軸６、７にチャックされて回転されながら加工ロール装置１を通り、テーパー状に絞り加工を施される。
引き抜き側の台車５は走行用モータ８を備え、レール３上を走行して鋼管Ｐを軸線方向に移動させる。一方、送り込み側の台車４は駆動用モータ９を搭載し、その回転軸６から鋼管Ｐに回転力を与える。加工ロール装置１は鋼管Ｐの軸線の周囲に１２０°間隔で配置された３個の加工ロール１０により鋼管の絞り加工を行うものである。
加工ロール装置１に隣接させて加熱装置１２が配置されている。加熱装置１２は誘導加熱装置であり、加工ロール装置１に送り込まれる鋼管Ｐを数百℃に加熱する役割を持つ。この加熱装置１２の出力制御方法については、以下に詳細に説明する。なお、１３、１４、１５は鋼管Ｐをロールにより支持する受け台である。
本発明においては、少なくとも加熱装置１２の出側位置と加工ロール１０の直前位置とに、それぞれ温度検出手段１６，１７を設置する。温度検出手段１６，１７は好ましくは非接触式のものであり、それぞれの位置の鋼管温度を検出する。そして演算手段１８により検出された温度差を求め、加熱装置１２から加工位置までの鋼管Pの温度降下量を実測する。
もし加工ロール１０による絞り加工量が一定である場合（テーパー率ゼロで且つ速度が一定の場合）には、温度降下量は一定であり、加熱装置出側の鋼管温度＝最適加工温度（目標温度）＋温度降下量となる。このため実測された鋼管Pの温度及び温度降下量が、この式と一致するように演算手段１８からの指令により加熱装置１２の出力を調整すればよい。しかし絞り量が連続的に変化するテーパー加工を行う場合には、前記したように絞り量の変化に伴う入り側の鋼管速度の変化、水冷されている加工ロールにより冷却される鋼管体積の変化などが原因で、一本の鋼管Pにおいてもその加工位置によって温度降下量が変化することとなる。
そこで本発明では、鋼管Pが加熱装置１２から加工位置まで移動する間の温度降下量を温度降下定数とし、加工条件に応じて随時適切な値の温度降下定数を選択する。この加工条件のうち主要なものは絞り量であり、加工速度を一定とすると絞り量が大きくなるほど入側の鋼管Pの移動速度は低下するため、より大きな温度降下定数が選択される。このため理論的には絞り量の連続的な変化に伴って温度降下定数の値も連続的に変化させるべきであるが、実際には温度降下定数の設定値を、鋼管の長手方向にステップ的に変化させるようにすればよい。
例えば図２のような倍尺材のテーパー加工を行う場合には、入側の鋼管移動速度はテーパー部の加工開始とともに低下し、中央部を通過すると再び増加する。このためテーパー加工の前半は鋼管Pが加熱装置１２から加工位置まで移動するまでに要する時間が長くなり、空冷による温度降下量も大きくなるから、大きな温度降下定数を選択する。そして大きな温度降下を受けても加工位置における鋼管温度が最適加工温度（目標温度）を維持できるように、加熱装置１２の出力を増加させる。また実測された温度降下量が選択された温度降下定数と一致しているか否かを検出し、偏差がある場合には加熱装置出側の温度を昇降させて偏差をゼロに近付けるよう、加熱装置１２の出力を調整する。
一方、テーパー加工の後半は鋼管Pが加熱装置１２から加工位置まで移動するまでに要する時間が次第に短くなり、空冷による温度降下量も小さくなる。しかも鋼管Pは既に加熱されて保有熱を持っている。このためより小さな温度降下定数を選択することにより、加熱装置１２の出力を低下させ、鋼管温度のオーバーシュートを防止する。この温度降下定数の切り替えは時定数を考慮して早めに行うことが好ましいが、実際には鋼管長手方向に数百ｍｍピッチでステップ的に温度降下定数を設定すれば十分である。
なお、テーパー加工条件により適切な温度降下定数の設定方法は様々であるが、本発明では図３に示すように絞り量の増加に連れて温度降下定数を鋼管長手方向にステップ的に順次小さくなるように設定する。
上記のように、本発明では加工条件（絞り量、鋼管位置）に応じて温度降下定数をステップ的に設定しておき、それに応じて加熱装置１２の出力を調整して加熱装置出側の温度を昇降させ、加工位置における鋼管温度を最適加工温度（目標温度）に維持する。また実測された温度降下量が選択された温度降下定数と一致しているか否かを検出し、偏差をゼロに近付けるよう、加熱装置１２の出力を調整する。これによって最適なテーパー加工が可能となる。
また本発明においては加熱装置出側の鋼管温度を常に測定しているため、加熱装置１２において鋼管Pがオーバーヒートされるトラブルも防止することができる。すなわち加熱装置１２による加熱上限のインターロックとしての機能をも発揮させることができる。
さらに鋼管Pの初温を測定して高温の場合には温度降下定数を減少させ、低温の場合には温度降下定数を増加させることによって、季節や時間による空冷温度降下量の変動に対応させることができる。夏季と冬季では鋼管Pの初温が２０℃以上変わることも珍しくなく、温度応答性の遅いテーパー加工においては、この温度差を無視することができないため、本発明によって季節にかかわらず安定したテーパー加工が可能となる。
図１に示した装置を用い、直径３００mmの鋼管をテーパー率３／１００で２８０ｍｍまで絞るテーパー加工を行った。この鋼管の最適加工温度は７００℃であることが判っており、加工中の温度降下定数の初期値（理想計算値）として１８０℃を選択し、加熱装置出側の鋼管温度が８８０℃となるように加熱装置１２の出力を調整した。しかし加工後期における温度降下量の実測値は１９０℃であり、温度降下定数の１８０℃よりも大きくなったため、加熱装置出側の鋼管温度を８９０℃にまで高めて加工ロール装置１に送り込まれる鋼管温度を７００℃になるようにした。この結果、設定通りのテーパー加工を行うことができた。
テーパー鋼管製造設備の全体図である。 倍尺材のテーパー加工を行う場合の鋼管移動速度と温度降下定数との関係を示す図である。 通常のテーパー加工を行う場合の鋼管移動速度と温度降下定数との関係を示す図である。
符号の説明
１ 加工ロール装置
２ レール
３ レール
４ 台車
５ 台車
６ 回転軸
７ 回転軸
８ 走行用モータ
９ 駆動用モータ
１０ 加工ロール
１２ 加熱装置
１３ 受け台
１４ 受け台
１５ 受け台
１６ 温度検出手段
１７ 温度検出手段
１８ 演算手段

Claims (1)

  1. 鋼管を回転させながら軸線方向に移動させ、加熱装置により加熱したうえ加工ロールによりテーパー状に絞り加工を行うテーパー鋼管の製造方法において、少なくとも加熱装置の出側と加工ロール直前とに温度検出手段を設置して加熱装置から加工位置までの鋼管の温度降下量を実測し、この実測された温度降下量が、加工条件に応じて鋼管の長手方向にステップ的に変化させて設定された温度降下定数から演算された温度降下量と一致するように加熱装置の出力を調整しつつ絞り加工を行うことを特徴とするテーパー鋼管の製造方法。
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