JPH046445B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、管材圧延機であるマンドレルミルに
おけるマンドレルバーの速度制御方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

マンドレルミルは、マンドレルバーと溝付ロー
ルを備えた圧延機群とで構成され、ピアサー等で
穿孔された被圧延管材（以下、「シエル」とい
う。）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連続圧延さ
れ、所定の肉厚、長さ、真円度に圧延される。こ
の圧延機はシエルの圧延であるが故にマンドレル
バーが重要な機械要素としてはいつてくることが
他の棒鋼、線材等の条鋼圧延とは異なる。特にマ
ンドレルバーの圧延中の挙動および操作が、マン
ドレルミルの生産性および圧延後のシエルの品質
に多大なる影響を与える。

この種のマンドレルバーは、その操作方式の点
よりみれば概ね二方式に分けられる。即ち、第
１の方式は、入側テーブル上でマンドレルバーを
シエルに挿入し、圧延中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するいわゆるフ
ルフロート方式のマンドレルミルであり、一方、
第２の方式は、マンドレルバーに何らかの拘束
を加え圧延中のマンドレルバーの進行速度が一定
になるよう制御する例えばマルチスタンドバイブ
ミル方式（MPM方式）と呼ばれるマンドレルミ
ルである。

前記のフルフロート方式マンドレルミルで
は、シエルのかみ込み時（即ち、最初の圧延機ス
タンドによる圧延開始から最終スタンドによる圧
延開始までの間）、およびしり抜け時（即ち、最
初の圧延機スタンドを抜けて最終のスタンドを抜
けるまでの間）にマンドレルバーの進行速度が変
化する。即ち、かみ込み時としり抜け時に圧延速
度とマンドレルバーの相対速度が変化する。この
ように圧延中のシエル速度とマンドレルバーの相
対速度が変化することは、圧延条件の変化、即ち
圧延諸特性値が変化していることであり、精度良
い品質の保証ができない。そしてマンドレルミル
にあつては圧延後のシエル全長に占めるかみ込み
時およびしり抜け時の割合が大きく、そのため圧
延後全長にわたつて均一な製品が得られ難いとい
う欠点を有する。

また、前記のMPM方式マンドレルミルで
は、圧延中マンドレルバーを進行方向に対し拘束
し、圧延中マンドレルバーの進行速度を一定に保
持しようとするものであり、前記の方式で必然
的に生じるマンドレルバーの速度変化を無くす利
点を有するものの、マンドレルバー拘束による操
業上の問題、最適マンドレルバー速度の決定方
法、マンドレルバー操作のタイミング、および制
御方法等未解決な多くの問題点を有し、圧延の安
定性を含めて未だ確立された圧延技術となつてい
ない。

〔発明の目的〕

本発明は、以上のような点に鑑みなされたもの
であつて、操業実績のある前記のフルフロート
方式と、前記のマンドレルバー進行速度制御方
式とを組み合せることにより、安定した圧延を実
施するとともに精度良い肉厚、長さ、真円度等を
得ることのできるマンドレルバーの速度制御方法
を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明のマンドレルバーの速度制御方法は、溝
付ロールを備えた圧延機スタンドを複数有し、被
圧延管材の中にマンドレルバーを挿入した状態
で、このマンドレルバーと溝付ロールにより前記
被圧延管材の圧延を行なうマンドレルミルにおけ
る前記マンドレルバーの速度を制御するマンドレ
ルバーの速度制御方法において、前記マンドレル
バーを挿入した前記被圧延管材の前端が最初の前
記圧延機スタンドにかみ込まれた時から、前記被
圧延管材の後端が最初の前記圧延機スタンドから
しり抜けする時までの間は、前記マンドレルバー
の走行装置を駆動する電動機の角速度を、その駆
動トルクが０または微小値になるように制御し、
かつ前記被圧延管材の後端が最初の前記圧延機ス
タンドからしり抜けする時から最終の前記圧延機
スタンドからしり抜けする時までは、前記マンド
レルバーの移動速度を、前記被圧延管材の後端が
最初の前記圧延機スタンドからしり抜けする直前
の前記マンドレルバーの速度と同一速度になるよ
うに前記電動機の角速度を制御することを特徴と
する、ものとして構成される。

以下、添付図面に基づいて本発明の一実施例を
説明する。

〔発明の実施例〕

第１図、第２図および第３図は本発明の前提と
なるマンドレルミルの圧延特性を示す説明図で、
第１図および第２図はマンドレルミルの圧延にお
いてマンドレルバーＢの速度が変化した場合にロ
ールバイト内の中立点N_RおよびN_B、そして圧延
圧力分布が変化することを概念的に示す図、第３
図はフルフロート方式マンドレルミルにおいて圧
延中のシエルとマンドレルバーの速度関係を示す
図である。

即ち、第１図ａは溝付圧延ロールＲとマンドレ
ルバーＢとの間でシエルＳが圧延されている模式
図、第１図ｂはロールバイト内におけるシエルＳ
の各位置の速度V_S、圧延ロールＲの周速度V_Rお
よびマンドレルバーＢの速度V_Bの各関係図、第
１図ｃは圧延圧力分布σを示す図である。第１図
ａ中、溝付圧延ロールＲとシエルＳの接触領域内
の１点N_Rは、溝付圧延ロールＲとシエルＳに関
する中立点（即ち、圧延されている材料内の垂直
応力の最大点）、およびマンドレルバーＢとシエ
ルＳの接触領域内の１点N_Bは、マンドレルバー
ＢとシエルＳに関する中立点である。また、第１
図ｂに示すように、マンドレルバーＢの走行速度
V_Bは溝付圧延ロールＲの周速度V_Rと被圧延材で
あるシエルＳの圧延速度（即ち、ロールバイト出
側の速度）V_sexより小さく、次のような関係にな
つている。

V_sex＞V_R＞V_B ……(1) また、中立点N_R、N_Bが２ケ所存在することに
より、第１図ｃに示すように圧力分布σも圧延理
論で言われるフリクシヨンヒルf₁，f₂が２ケ所生
じる圧延条件となる。

同様に、第２図ａは圧延状態の模式図、第２ｂ
はV_S，V_R，V_Bの関係図、第２図ｃは圧延圧力分
布図をそれぞれ示しているが、前記第１図と異な
る点は、各速度V_S，V_R，V_Bの関係が次のように
なつており、 V_B＞V_sex＞V_R ……(2) そのため、圧力分布σにおけるフリクシヨンヒル
が１ケ所となる圧延条件である点である。

第１図と第２図から明らかなように、マンドレ
ルミルの圧延においては、マンドレルバーＢの速
度V_Bによつてロールバイト内の中立点および圧
延圧力分布が異なるため、これらを考慮しないと
スタンド間のシエルに張力あるいは圧縮力の変動
が生じたり、圧延荷重の変動が生じる等により、
圧延後の肉厚、外径、長さが変化したりして均一
な製品とはならない。そこで、均一な製品を得る
ためには前記の点を考慮して、マンドレルバー走
行装置を駆動制御することが必要となる。

また、第３図は、横軸を時間ｔ、縦軸を速度Ｖ
として連続圧延時におけるシエルとマンドレルバ
ーとの速度関係を示し、図中V_B曲線はマンドレ
ルバーの走行速度（本発明の一実施例）を、V_H
曲線はシエル頭部の速度を、V_T曲線はシエル尻
部（尾部）の速度を、V_FF曲線はフルフロート方
式によつた場合の時刻t₂以後のマンドレルバーの
速度をそれぞれ示している。また、時間軸上の時
刻t₁は通管状態移行完了時点、即ちシエルの先端
が最終の圧延機スタンドにかみ込まれた時刻を示
し、時刻t₂はしり抜け開始時点、即ちシエル後端
が初段スタンドから抜ける通管終了時刻を示す。
即ち、時間０〜t₁は、マンドレルバーが挿入され
たシエルの頭部が時刻０で最初の圧延機スタンド
で圧延開始された後、時刻t₁でシエルの先端が最
終スタンドで圧延開始されるまでの時間、時間t₁
〜t₂（通管中の時間）は、前記時刻t₁から、時刻t₂
で前記シエルの尾部が最初の圧延機スタンドから
しり抜けするまでの時間をそれぞれ現わしてい
る。この第３図から明らかなように、時刻０〜t₁
中のシエル頭部の走行速度V_Hは、圧延の進行と
ともに段階的に上昇する。このため、マンドレル
バーの進行速度V_Bも時刻０〜t₁間において段階的
に上昇する。時刻t₁〜t₂間は、シエルに対して全
てのスタンドがかみ込んだ定常圧延状態にあつ
て、マンドレルバー速度V_Bは一定である。通管
終了時刻t₂以後は、シエル尾部の走行速度V_Tは、
圧延の進行と共に段階的に上昇する。このため、
フルフロート方式によつた場合は、V_FF曲線に示
すように、マンドレルバーの速度も変化する。し
かしながら、本発明の実施例においては、時刻t₂
以後もマンドレルバーの速度V_B一定となるよう
に制御する。即ち、特にマンドレルバー時刻t₂以
後におけるマンドレルバーとシエルとの相対的速
度変化は製品の品質低下をもたらすことになる。
そこで、本実施例では、しり抜け開始時刻t₂以
後、シエルの後端が最終の圧延機スタンドからし
り抜けする圧延終了時までの間、マンドレルバー
速度V_Bを、第３図に示すように、一定値になる
ように制御して、製品の品質を向上させるように
している。

より詳しくは、上記曲線V_Bからわかるように、
マンドレルバーの速度V_Bは、時刻t₂まではフルフ
ロート方式による場合と同様とし、時刻t₂以後
（しり抜け開始後）は、フルフロート方式によれ
ば曲線V_FFのようになるが、そのようにならない
ように制御して、しり抜け開始後も定速度となる
ようにする。

即ち、時刻t₂までは、マンドレルバーの駆動ト
ルクを制御することにより、そのバーに働く力を
零又は零に近い微小な値とする。つまり、時刻t₂
まではマンドレルバーを拘束していないのと同じ
になり、フルフロート方式と同様になる。これに
より、安定した圧延が可能となる。

また、時刻t₂以後は、シエルとマンドレルバー
の相対速度が変動しないようにする。即ち、シエ
ルとマンドレルバーの相対速度が変動すると、圧
延荷動が変動し、ロールギヤツプが変動し、肉厚
の変動につながる。特に、従来は、しり抜け時に
は上記相対速度が変動して、製品の肉厚が変るこ
とが少なくなかつた。しかるに、本実施例では、
時刻t₂のしり抜け開始時以後もバー速度V_Bが一定
になるようにして、シエル後端の速度V_Tとの差
を小さくしている。これにより、しり抜け開始後
も肉厚の変動が防止される。

第４図は以上のような点を考慮して構成したマ
ンドレルバーの速度制御装置を示す説明図であ
る。

第４図において、R₁，R₂，R₃，……，Rnはシ
エルＳの進行方向に複数基配設した圧延機スタン
ドの各溝付ロールであり、この圧延機スタンドの
入側テーブル１上に搬入されたシエルＳが前記複
数対の溝付ロールR₁〜Rnで順次圧延されて所定
の肉厚、長さ、真円度に圧延される。前記シエル
Ｓに挿入されるマンドレルバーＢは、マンドレル
バー走行装置２により固定され走行させられる。
走行装置２は駆動電動機３により走行する。

この駆動電動機３を駆動しその角速度を制御す
る回路は、次のように構成される。即ち、駆動電
動機３として例えば直流電動機を使用する場合、
この直流電動機の駆動トルクG_Mは、次式のよう
になる。

G_M＝αKIIa ……(3) 但し、αはマンドレルバー走行装置２の仕様によ
つて決まる定数、Ｋは電動機３の固有定数、Ｉは
界磁磁束、Iaは電機子電流である。ここで、αKI
を一定値と考えれば、電機子電流Iaを一定値にな
るよう制御すれば、駆動トルクG_Mが一定値に維
持される。

そこで、基準となる電機子電流値を設定器１０
で設定し、この設定値を演算装置１１に与えると
ともに、電動機３の電機子電流値を電流検出器１
２で検出して前記演算装置１１に与える。演算装
置１１では基準の電機子電流値と検出される電機
子電流値との偏差値を求めてその偏差値に応じた
電流基準信号または駆動トルク基準信号を出力
し、駆動制御装置１３に与える。駆動制御装置１
３では前記電流基準信号または駆動トルク基準信
号に基づいて前記偏差値が零になるように電動機
３の角速度を制御する。

図中１４は電動機３の角速度を検出する速度検
出器であつて、この速度検出器１４の検出信号が
前記駆動制御装置１３に与えられて電動機３の角
速度が制御される。

このように構成されるマンドレルバーの速度制
御装置について、前記第３図を参照しつつその動
作を説明する。

被圧延材であるシエルＳが入側テーブル１上に
搬送され、走行装置２によりマンドレルバーＢが
シエルＳに挿入されて圧延が開始される（第３図
の時間０）。最初の圧延機スタンドの溝付ロール
R₁にシエルＳの頭部がかみ込み、そのシエルＳ
の頭部が最終スタンドの溝付ロールR_oにかみ込
むまでの間（第３図の時間０〜t₁）においては、
電流検出器１２による電機子電流電出値と設定器
１０からの基準電機子電流値（一定値）とが演算
装置１１で比較され、両者の偏差値が零になるよ
うに駆動制御装置１３を介して電動機３の角速度
ω_Mが制御される。そのため走行装置２を介して
走行するマンドレルバーＢの走行速度は、従来の
フルフロート方式によるマンドレルバーＢの進行
速度と同一となる。即ち、第３図の時間０〜t₁ま
での波形と同一波形の速度特性をとり、安定した
マンドレルミルの操業が可能となる。

次いで、シエルＳの頭部が最終スタンドの溝付
ロールR_oにかみ込むと、その通管終了時（第３
図の時間t₁）における電動機３の角速度ω_M′が速
度検出器１２で検出され、その検出信号が駆動制
御装置１３に与えられる。そして駆動制御装置１
３により角速度ω_M′で前記電動機３を回転させ、
前記通管終了後から圧延終了までの間（第３図の
時間t₂以後）のマンドレルバーＢの走行速度を一
定値に維持する。そのため、第３図の通管終了時
t₁からしり抜け開始時t₂までのマンドレルバー走
行速度は、従来のフルフロート方式のマンドレル
バー速度と同一となり、この速度がしり抜け開始
時t₂から圧延終了時まで維持される（第３図のV_B
曲線の点線部）。なお、圧延中の溝付ロールR₁〜
R_oは一定速度で回転しているので、時間t₁以後に
おいては圧延速度とマンドレルバー走行速度V_B
の比が一定に保持されることになる。そのため、
シエルＳに働らく張力、圧縮力、圧延荷重等の変
動がなくなり、圧延の品質精度が著しく向上す
る。

以上説明したように、前記マンドレルバーの速
度制御装置においては、シエルＳのしり抜け時t₂
までは、走行装置２を最初の圧延機スタンドの入
側においてマンドレルバーＢにかかる張力を零も
しくは微張力になるように駆動制御して、従来の
フルフロート方式と同様の安定した圧延を行なわ
しめ、次いでしり抜け時t₂から圧延終了時まで
は、マンドレルバーＢの走行速度をしり抜け時の
走行速度のまま一定値になるように制御して圧延
の品質を向上させている。

なお、前記実施例では、駆動電動機３として直
流電動機を使用した場合について説明している
が、交流電動機等の他の電動機を使用してもほぼ
同様の作用効果を奏する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、しり抜け開始時刻まではマン
ドレルバーを実質上拘束しないようにしていわゆ
るフルフロート方式マンドレルミルに準じたマン
ドレルバーの速度制御が行なわれ、そのため安定
したマンドレルミルの操業が可能となり、さら
に、しり抜け開始後はマンドレルバーの速度を一
定値に維持するようにしたので、圧延速度とマン
ドレルバーの相対速度が変化せず、そのため前記
相対速度が変化することにより必然的に生じる不
都合、即ち被圧延管材に働く張力、圧縮力および
圧延荷重の変動をなくし、圧延品質の精度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の前提と
なるマンドレルミルの圧延特性を示す説明図、第
４図は本発明の一実施例に係る速度制御方法の構
成図である。 ２……マンドレルバー走行装置、３……駆動電
動機、１０……設定器、１１……演算装置、１２
……電流検出器、１３……駆動制御装置、１４…
…速度検出器、Ｓ……被圧延管材（シエル）、Ｂ
……マンドレルバー、R₁，R₂，R₃……，R_o……
溝付ロール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溝付ロールを備えた圧延機スタンドを複数有
   し、被圧延管材の中にマンドレルバーを挿入した
   状態で、このマンドレルバーと溝付ロールにより
   前記被圧延管材の圧延を行なうマンドレルミルに
   おける前記マンドレルバーの速度を制御するマン
   ドレルバーの速度制御方法において、 前記マンドレルバーを挿入した前記被圧延管材
   の前端が最初の前記圧延機スタンドにかみ込まれ
   た時から、前記被圧延管材の後端が最初の前記圧
   延機スタンドからしり抜けする時までの間は、前
   記マンドレルバーの走行装置を駆動する電動機の
   角速度を、その駆動トルクが０または微小値にな
   るように制御し、かつ前記被圧延管材の後端が最
   初の前記圧延機スタンドからしり抜けする時から
   最終の前記圧延機スタンドからしり抜けする時ま
   では、前記マンドレルバーの移動速度を、前記被
   圧延管材の後端が最初の前記圧延機スタンドから
   しり抜けする直前の前記マンドレルバーの速度と
   同一速度になるように前記電動機の角速度を制御
   することを特徴とする、マンドレルバーの速度制
   御方法。