JPH0153127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は圧延制御装置に係り、特に管材圧延
機であるマンドレルミルの圧延制御装置に関す
る。

〔背景技術とその問題点〕

継目無鋼管は、ピアサ等で穿孔された管材（素
管）にマンドレルバーを通したまま一対の溝付ロ
ールを備えた圧延機複数基により（一般には８ス
タンド構成）連続圧延されて、所定の肉厚、長
さ、真円度に圧延される。このマンドレルバーと
溝付ロールとを備えた圧延機群により構成される
マンドレルミルは、孔型ロールによる連続圧延機
であるが、マンドレルバーが管材圧延のための重
要な機械要素として用いられているのが他の線材
や棒鋼等の条鋼圧延とは異つている。マンドレル
バーの圧延中の挙動や操作はマンドレルミルの生
産性および圧延後の管材の品質に多大な影響を与
える。

現在マンドレルミルの操作方法には大別して２
つの方法がある。その第１は、入側テーブル上で
マンドレルバーを管材に挿入し、圧延中にはマン
ドレルバーに何ら操作を加えることなく圧延を終
了してしまう、いわゆるフルフロート方式であ
る。

他の１つは、マンドレルバーを圧延機入側より
拘束して圧延中マンドレルバーの進行速度を一定
にしておく、例えばマルチスタンドパイプミル方
式（MPM方式）である。

フルフロート方式のマンドレルミルにおいて
は、通管時および尻抜け時の各スタンド圧延速度
とマンドレルバーの相対速度は変化する。このよ
うに圧延中の管材速度とマンドレルバーの相対速
度とが変化すると、ロールバイト内の中立位置も
変化することになり、ロールバイト内の圧延圧力
分布も変化する。そのため、圧延荷重、圧延トル
ク、トルクアーム、および先進率等も変化する。
このように通管時や尻抜け時のマンドレルバーの
速度変化、あるいはロール回転速度変化のみによ
つても上記圧延諸特性値が変化し、一定圧延条件
が確保できない。また、マンドレルミルによる管
材の圧延の場合には、圧延後、管材の全長に占め
る通管時および尻抜け時の割合が大きい。したが
つてフルフロート方式のマンドレルミルによつて
は、圧延後、全長に渡つて均一な肉厚を得ること
は困難である。

次にマルチスタンドパイプミル方式マンドレル
ミルでは、マンドレルバーを拘束して、圧延中マ
ンドレルバーの速度を一定に保持するので前記フ
ルフロート方式マンドレルミルで必然的に生ずる
マンドレルバーの速度変化を無くす効果はある。
しかし、マンドレルバーの拘束による潤滑上の問
題や、最適マンドレルバー速度の選択方法および
制御方法等は未だ解決しておらず、操業の安定性
を含めて確立された圧延技術とはいえない。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、マンドレルミルによる管材
連続圧延において、圧延後、管材の全長に渡つて
均一な肉厚を得ることのできるマンドレルミルの
圧延制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この発明では、論理的考察と具体的実験により
得られた知見をもとに通管時および尻抜け時に圧
延加重を一定にすべくマンドレルバーと圧延ロー
ル回転速度の相対速度を制御することにより上記
目的を達成した。

以下この発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

〔発明の実施例〕

実施例の説明に先立ちマンドレルミルにおける
圧延制御についての理論的考察を試みる。

圧延荷重をP_ip、圧延トルクをG_ip、マンドレル
バーと管材との間の摩擦係数をμ_iとすると、圧延
トルクG_ipは次式により示される。

G_ip＝T_Bi・R_i＋2a_i・P_ip ……(1) ここでR_iは溝付ロールの形状および寸法とマン
ドレルバー径により定まる平均ロール半径であ
り、a_iは板材または条鋼圧延等の圧延において一
般に2a_i＝G_ip／P_ipと表わされる物理量に対応する
量である。T_Biはマンドレルバーに働く後方張力
である。またマンドレルバーと管材との間には常
に相対速度がある。μ_iは運動摩擦係数であり次に
示す関係がある。

T_Bi＝2μ_iP_ip ……(2) さらに運動摩擦係数μ_iはマンドレルバーと管材
との相対速度により変化し、マンドレルバー速度
をV_B、管材速度をV_Sとすると、μ_iはμ_i＝ｆ（V_B／
V_S）の関係式として表わすことができ、V_BとV_S
との相対速度によつて変化する。

このように、マンドレルミルにおいてはマンド
レルバー速度と被圧延管材速度つまり圧延ロール
回転速度との相対速度を制御することによつて、
圧延後管材の肉厚および圧延中の圧延荷重を変化
させることが可能である。

一般に、圧延材の厚さと圧延荷重との間には次
の関係式が成り立つ。

ｈ＝h_p＋Ｐ／Ｍ ……(3) (3)式において、ｈは圧延後の高さ、h_pはロール
設定間隙、Ｐは圧延荷重、Ｍはミル定数である。
マンドレルミルの場合にはマンドレルバーと管材
との間の相対速度によつて肉厚および圧延荷重を
制御し得ることがわかる。

第１図は、この発明を実施するためのマンドレ
ルミルの圧延制御装置の概略図を示したものであ
る。

１は溝付きロールであり、この溝付きロール１
は便宜上図に示した如く描いてあるが、実際には
各スタンドのロール軸は隣接スタンドで互いに
90゜の交差角で配列されている。２は被圧延材で
ある管材、３はマンドレルバー、４は溝付ロール
駆動用電動機で溝付ロール１を回転させるもので
ある。管材２は、溝付ロール２とマンドレルバー
３との間で肉厚を減少させられる。

溝付ロール駆動用電動機４は溝付ロール駆動装
置５を介して接続され、溝付ロール速度制御装置
６により溝付ロール１の回転数を調整するように
なつている。そしてその測度基準は、演算装置２
０により制御すべき量が溝付ロール速度基準設定
器７を介して溝付ロール駆動用電動機４の回転速
度検出器８（TG）よりのフイードバツク信号と
つき合わされて、溝付ロール速度制御装置６に与
えられている。

溝付ロール駆動用電動機４の回転速度は速度検
出器９（PG）により検出され演算装置２０に取
り込まれる。各スタンドの圧延荷重は荷重検出器
１２により検出され、この検出値は記憶装置１２
に記憶され、さらに演算装置２０に取り込れ所定
の演算が実施される。

１３はマンドレルバー３の駆動装置でありマン
ドレルバー駆動用電動機１４により駆動されてい
る。マンドレルバー駆動用電動機１４は、マンド
レルバー駆動装置１５を介して接続されるマンド
レルバー速度制御装置１６により速度制御され
る。その速度基準は、演算装置２０により制御す
べき量がマンドレルバー速度基準設定器７を介し
てマンドレルバー駆動用電動機４の回転速度検出
器１８（TG）よりのフイードバツク信号とつき
合わされ、マンドレルバー速度制御装置１６に与
えられる。マンドレルバー駆動用電動機１４の回
転速度は速度検出器１９（PG）により検出され、
演算装置２０に取り込まれる。

圧延スタンドは＃１、＃２……＃８のように８
スタンド構成となつている。

次にマンドレルミルの荷重制御（肉厚制御）の
実施例について説明する。

第２図は、ロールバイトの断面図である。管材
２は溝付ロール１とマンドレルバー３との間で肉
厚を減少させられる。h₁はロールバイト出側の肉
厚であり、S₁は圧延中のロール間隙、D_Bはマン
ドレルバーの直径、Ｐは圧延荷重である。圧延材
の厚さと圧延荷重との関係を示した(3)式によれ
ば、マンドレルミルの場合には次式が成立する。

S₁＝S₀＋Ｐ／Ｍ ……(4) (4)式においてS₀は圧延前のロール設定間隙、Ｍ
はミル定数である。S₁，h₁，D_Bの関係は次式の
ようになる。

S₁＝2h₁＋D_B ……(5) (4)式と(5)式からマンドレルミルにおいてロール
バイト出側肉厚h₁とロール設定間隙S₀およびマン
ドレルバー直径D_Bとの間には次式が成立する。

h₁＝1/2（S₀−D_B＋Ｐ／Ｍ） ……(6) ミル定数Ｍは圧延機固有の値であり、ロール設
定間隙を一定にして出側肉厚h₁を制御するために
は、圧延荷重Ｐをマンドレルバー速度V_Bで制御
すればよい。

第３図は管材２が＃１スタンドに噛み込まれ、
まだ＃２スタンドに達していない状態を示した図
である。このときの圧延荷重P₁₀はNo.１スタンド
荷重検出器１１で検出され、記憶装置１２に記憶
される。このときマンドレルバー３の速度V_Bは
マンドレルバー駆動用電動機１４の回転速度をマ
ンドレルバー速度制御装置１６により制御して保
持される。このときの回転速度V_Bはマンドレル
バー速度検出器１９（PG）により検出され演算
装置２０に取り込まれる。またNo.１スタンド溝付
ロール１の回転速度N₁₀はNo.１スタンド溝付ロー
ル駆動用電動機４の回転速度をNo.１スタンド速度
制御装置６により制御して保持される。このとき
の回転速度N₁₀はNo.１スタンド回転速度検出器９
（PG）により検出され、演算装置２０に取り込ま
れる。

なお、以下の図面においては同一の構成部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。

第４図は、管材２が＃２スタンドに噛み込み
後、まだ＃３スタンドに達していない状態を示し
た図である。＃１および＃２の各スタンドの圧延
加重はそれぞれP₁，P₂であり、第３図の状態か
ら第４図の状態になつたことで上流スタンド
（＃１スタンド）の圧延荷重P₁₀はP₁に変化してい
る。この差分ΔP₁は次のようになる。

ΔP₁＝P₁₀−P₁ ……(7) 上流スタンド＃１に関し、(7)式の圧延荷重の差
分ΔP₁が基生するのは、＃１スタンドと＃２スタ
ンドのロール回転速度の不整によるスタンド間張
力または圧縮力の発生および被圧延材である管材
２の寸法の不整および管材２に温度変化が存在す
るためである。

(7)式の上流スタンド＃１の圧延荷重の差分ΔP₁
は演算装置２０により計算され、この差分が零と
なるようにマンドレルバー速度装置１６によりマ
ンドレルバー３の速度を一定に保つよう制御し、
No.１溝付ロール速度制御装置６によりNo.１スタン
ド溝付ロール１の速度制御を実施する。すなわち
マンドレルバー速度をV_B、管材圧延速度（ロー
ル回転速度）をV_Sとすると、ΔP₁＞０なら相対速
度値V_B／V_Sを小さく（V_Bは一定なのでΔP₁＝０
となるようV_Sを増速）するように速度補正をし、
ΔP₁＜０なら相対速度値V_B／V_Sを大きく（V_Bは
一定なのでΔP₁＝０となるようV_Sを減速）するよ
うに速度補正をおこなう。

これらの速度制御により第４図の状態から第５
図の状態に示した如く、マンドレルバー３の速度
はV_BのままNo.１スタンド溝付ロール１の回転速
度がN₁₀→N₁₂となり上流スタンド＃１の圧延荷
重はP₁→P₁₀となる。このとき＃２スタンドの圧
延荷重P₂₀がNo.２スタンド圧延荷重記憶装置１２
に記憶される。つまり、管材２が＃２スタンドに
噛み込まれた時点で上流スタンド＃１の回転数を
N₁₀からN₁₂に制御することによりΔP₁→０とす
る（No.１スタンドの荷重はP₁₀となる）。＃２スタ
ンドの荷重はP₂→P₂₀となりこの値が記憶される。

次に第６図に示すように管材２が＃３スタンド
に噛み込まれた後は＃３スタンドの圧延荷重は
P₃となり、上流スタンドの圧延荷重はP′₂となる
ため差分ΔP₂は次式のようになる。

ΔP₂＝P₂₀−P′₂ ……(8) この(8)式で示される上流スタンドの圧延荷重の
差分ΔP₂は演算装置２０により計算され、この差
分が零となるようにマンドレルバー速度制御装置
１６によりマンドレルバー３の速度を一定に保つ
ように制御し、No.２スタンド溝付ロール速度制御
装置６によりNo.２スタンド溝付ロール１の回転速
度をN₂₀→N₂₃とする速度制御を実施する。

以上の速度制御により第６図の状態から第７図
の状態に示した如くマンドレルバー３の速度を
V_BのままNo.２スタンド溝付ロール１の回転数は
N₂₀→N₂₃となり、上流スタンドの圧延荷重はP′₂
→P₂₀となる。この時の＃３スタンドの圧延荷重
はP′₃→P₃₀となり、P₃₀がNo.３スタンド圧延荷重
記憶装置１２に記憶される。

以下同様にして最終スタンド噛み込み完了ま
で、マンドレルバーの速度を一定にして溝付ロー
ルの回転速度との相対値を保持すべく速度制御が
行われる。

第８図はNo.８スタンド噛み込み後にマンドレル
バー３および溝付ロール１の速度制御を完了した
状態を示す。マンドレルバー３のこの時点の速度
はV_Bであり、No.８スタンド溝付ロールの回転速
度はN₈₀である。＃７と＃８スタンドの圧延荷重
P₇₀、およびP₈₀がそれぞれの記憶装置１２に記憶
される。

以上第３図から第８図に関し述べたことは、マ
ンドレルミルにおいてマンドレルバー３、溝付ロ
ール１の相対速度制御を行なう管材２の圧延にお
ける通管方法をも提供するものである。

以下管材２の尻抜け開始直前までおよび管材２
が＃１スタンドを尻抜け開始し、順次＃２スタン
ド、＃３スタンドと尻抜けを経て圧延を終了する
まで第８図に示した最終スタンドである＃８スタ
ンドの圧延荷重P₈₀または＃７スタンドの圧延荷
重P₇₀の差分を零とすべくマンドレルバー３、溝
付ロール１の相対速度の制御を実施してP₈₀また
はP₇₀を常に一定値に制御する。マンドレルバー
３、溝付ロール１の相対速度を制御することによ
り圧延荷重を制御すれば、(4)式により管材２の肉
厚を制御することができる。P₈₀またはP₇₀とした
のはマンドレルミルにおいては一般に最終スタン
ドでは肉厚の圧下よりむしろ真円度を出すための
成形用スタンドとしての働きが大きいからであ
り、この場合にはマンドレルバー３の速度制御に
よる最終スタンドの圧延荷重制御はあまり効果的
ではないからである。このような場合には第８図
において、＃７スタンドのP₇₀を一定に制御すべ
くマンドレルバー３、および溝付ロール１の相対
速度の速度制御をおこなえばよい。

前述した実施例では管材２の圧延開始から圧延
終了まで全スタンドの圧延荷重を制御するように
マンドレルバー３および溝付ロール１の速度制御
を実施したが、マンドレルミルを構成する圧延機
群の前段スタンド１基以上に限つてのみまたは後
段スタンド１基以上に限つてのみ圧延荷重を制御
するようにすることも可能である。

例えば、第９図は前段の３スタンド（＃１，
＃２，＃３スタンド）の圧延荷重P₁，P₂，P₃を
マンドレルバー３、溝付ロール１の速度制御によ
り制御する例を示したものであり、制御の方法は
前述した場合と同様である。この前段３スタンド
の制御により管材２の母材（圧延前の材料）とし
ての寸法の不整、温度分布、その他外乱の影響を
小さくして、＃４スタンド以降で従来の張力制御
方法や圧下制御方法を並用すれば、より品質的に
優れたマンドレルミル圧延製品を得ることができ
る。

また第１０図に示した例は、マンドレルミル出
側に管材の肉厚を測定する肉厚測定器２１を設置
した例であり、肉厚測定器２１の測定値は肉厚記
憶装置２２に記憶される。圧延経過により肉厚記
憶装置２２に記憶された肉厚、または肉厚記憶装
置２２に肉厚設定器２３により設定された所定肉
厚からの差分が生じた場合に、この差分を零とす
るようにマンドレルバー３、および溝付ロール１
の相対速度制御を実施することもできる。

なお上述の説明ではマンドレルバーの速度を一
定に保ちながら各スタンドのロール回転速度を制
御し相対速度を所定の速度に保つことにより一定
荷重に制御する圧延制御装置について述べたが、
逆にロール回転速度を所定の回転数に保ちながら
マンドレルバーの速度を制御し相対速度を一定に
保つことにより一定荷重に制御することもでき
る。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づき詳細に説明したように、こ
の発明によれば従来制御していなかつた重要な機
械要素であるマンドレルバーの回転速度を積極的
に溝付ロールの回転速度との関係において制御す
るように構成したので、管材の先端から後端まで
精度の良い肉厚制御ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施するためのマンドレル
ミルの概略構成図、第２図はマンドレルミルのロ
ールバイト内断面図、第３図から第８図はこの発
明の実施例を説明するための図、第９図はこの発
明の他の実施例を示す図、第１０図は肉厚設定器
を用いた場合の実施例を示す図である。 １……溝付ロール、２……被圧延管材、３……
マンドレルバー、６……溝付ロール速度制御装
置、１１……圧延荷重検出器、１６……マンドレ
ルバー速度制御装置、２１……肉厚測定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マンドレルバーと複数組の溝付ロールとの間
   に通管して管材を圧延するマンドレルシルの圧延
   制御装置において、前記管材の圧延荷重を検出す
   る荷重検出器と、前記マンドレルバーの速度制御
   装置と、前記溝付ロールの速度制御装置とを備
   え、前記荷重検出器の検出値が所望の値に入るよ
   う前記両速度制御装置のいずれか一方または両方
   を速度制御する事を特徴とする圧延制御装置。 ２ 前記速度制御を少なくとも一組の溝付ロール
   について行う事を特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の圧延制御装置。 ３ マンドレルバーと複数組の溝付ロールとの間
   に通管して管材を圧延するマンドレルミルの圧延
   制御装置において、前記管材の肉厚を測定する肉
   厚測定器と、前記マンドレルバーの速度制御装置
   と、前記溝付ロールの速度制御装置とを備え、前
   記肉厚測定器の測定値が所望の値に入るよう前記
   両速度制御装置のいずれか一方または両方を速度
   制御することを特徴とする圧延制御装置。