JPH0558804B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明はマンドレルミルによつて素管を圧延
する場合の張力制御方法に関する。 〔従来の技術〕 マンドレルミルによつて素管を圧延する場合、
マンドレルミルにおける各スタンド間の素管の軸
方向に作用する張力または圧縮力の大きさを演算
し、この演算結果に基づいて、前記張力または圧
縮力が、適正値になるように、マンドレルミルの
各ロールの間隔および回転数を調整する必要があ
り、これを行なわないと、圧延後の素管の、その
軸方向における肉厚が均一でなくなる。 例えば、棒鋼を製造するためのタンデムミルに
おいては、タンデムミルの各ロールに作用する圧
延荷重、各ロールを駆動するためのモータのトル
ク等から、圧延中の棒鋼の軸方向に作用する張力
または圧縮力の大きさを演算し、この演算結果に
基づいて、前記張力または圧縮力が、適正値にな
るように、各ロールの間隔および回転数を調整し
ていた。 しかし、マンドレルミルによつて素管を圧延す
る場合には、圧延に使用されるマンドレルバーに
作用する力の大きさを定量化することが困難であ
るために、オペレータの体験に基づく勘によつ
て、各ロールの間隔および回転数を調整してい
た。このために、圧延後の素管の軸方向における
肉厚を均一にすることが困難であり、圧延時に張
力を検出することが要望されていた。 従来このような要求に応えるものとして、特開
昭60−221107号公報に管材圧延における張力を検
出し制御する方法が開示されている。この張力検
出・制御法は、 各スタンドの圧延荷重を検出し、 ロール圧延トルクをロール駆動電動機の電
流、電圧、回転数から演算し、 上記圧延荷重、ロール圧延トルク等から通管
時のトルクアームを演算し、 各スタンド間の管材とマンドレルバーとの初
期摩擦係数を演算・補正して圧延中の摩擦係数
を演算し、 上記検出した圧延荷重、演算したロール圧延
トルク等により各スタンド間の管材張力を推定
し、 推定した張力値が零か小さな正の値に維持す
るようロールの先進率又は後進率を補正してい
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来の張力検出・制御法は張力を求める際
の摩擦係数を演算するのに、通管時のトルクアー
ムのみを求めて演算しているため誤差が大きく、
かつトルクアームは上流スタンドのトルクアーム
を順次使用して求めているため誤差が蓄積され
る。このためこのトルクアームを用いて演算した
通管時の管材張力にも誤差が生じ適正な制御が容
易でなく、適正値に張力を設定することが困難で
あるという問題点がある。 この発明はかかる問題点が解決するためになさ
れたものであり、マンドレルミルによつて素管を
圧延する場合に、各スタンド間の素管に作用する
張力または圧縮力を容易かつ精度良く検出し、検
出した張力または圧縮力を適正値に維持すること
ができるマンドレルミルの張力制御方法を提案す
ることを目的とするものである。 ［問題点を解決するための手段〕 この発明に係るマンドレルミルの張力制御方法
は、 マンドレルバーのスラスト方向に働く力及び
圧延荷重を全スタンド圧延中及び各スタンド通
板・尻抜きごとに検出または演算し、 上記スラスト方向に働く力及び圧延荷重の分
散により各スタンドにおけるマンドレルバーと
素管間の摩擦係数を演算し、 上記摩擦係数、各スタンドの圧延荷重及びロ
ール駆動用モータの圧延トルクにより各スタン
ド間のパイプに働く張力又は圧縮力が零である
ことを利用して各スタンド共通のトルクアーム
係数を演算し、 上記トルクアーム係数、各スタンドの摩擦係
数、圧延荷重及びロール駆動用モータの圧延ト
ルクより圧延中の素管に働く張力を演算し、 上記演算した張力が各スタンド間の適正張力
値となるようにロール間隔およびロール回転数
を変更し、マンドレルミルの張力を制御する。 〔作用〕 この発明においては、マンドレルバーと素管間
の摩擦係数をマンドレルバーのスラスト方向に働
く力及び圧延荷重の分散により求まるから、適確
な摩擦係数を得ることができ、この摩擦係数とト
ルクアーム係数を用いて張力を演算することによ
り張力検出精度を高める。 また、検出した張力に基づきマンドレルバーの
速度を制御するから、各スタンド間の張力を常に
適正値におくことができる。 〔実施例〕 第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク図
である。 第１図に示すように、複数個のロール間隔調整
器（APC）１および複数個のロール回転数調整
器（ASR）２は、マンドレルミルの複数個のス
タンドA_l〜A_o（A_l：第１スタンド、A_o：最終スタ
ンド）の各々に、それぞれ１つづつ設置されてい
る。圧延荷重を測定するための、複数個のロード
セル３は、複数個のスタンドA_l〜A_oにそれぞれ
１つづづ設置されている。マンドレルバー４の後
端は、素管８の移動方向の同一方向に一定速度で
移動するバー拘束用ラツク１０に拘束されてい
る。１１はピニオンであり、第１図に示すよう
に、マンドレルバー４は後端をバー拘束用ラツク
１０に拘束され、ラツクピニオン方式によりモー
タ６によつて一定速度に制御されている。マンド
レルバー速度調整器は、演算制御装置９からの演
算結果に基いて、バー拘束用ラツク１０に噛み合
つたピニオン１１の駆動用モータ６の回転数を調
整する。複数個のスタンドA_l〜A_oの各々のロー
ル駆動用モータ７の電圧、電流およびロール回転
数は、それぞれ測定器（図示せず）によつて測定
され、そして、演算制御装置９に同一のタイミン
グで送られる。演算制御装置９は、圧延後の素管
の肉厚が所定の肉厚になるように、素管の圧延前
に各ロール間隔調整器１および各ロール回転数調
整器２に調整指令を出し、そして、後述するよう
にして、圧延後の素管の軸方向に肉厚が均一にな
るマンドレルバー４の移動速度を演算し、この演
算結果をマンドレルバー速度調整器５に送る。 次に、まず上記実施例により、圧延中の各スタ
ンド間の素管の張力または圧縮力の大きさに演
算・検出する方法について説明する。 スタンド入側及び出側の素管にかかる張力また
は圧縮力は、各スタンドのロール１本当りのロー
ル軸の圧延トルクＧの演算式である下記(1)式に基
づいて演算される。 Gi＝ai√2（−）−１／２Ri（q_fi−q_bi）
＋μiRiPi……(1) 但し、 ａ：トルクアーム係数 Ｒ：ロールカリバー底部のロール半径（素管と接
触している部分のロール半径の平均値）、 Ｈ：スタンド入側の素管の肉厚、 ｈ：スタンド出側の素管の肉厚、 μ：マンドレルバーの摩擦係数、 q_b：スタンド入側の素管にかかる張力または圧縮
力、 q_f：スタンド出側の素管にかかる張力または圧縮
力、 Ｐ：圧延荷重、 ｉ：スタンド番号に示す添字。 上記各記号の説明を第２図に示す。 上記(1)式の左辺は、ロール駆動用モータ７の圧
延トルクであり、次式に従つて演算される。 Ｇ＝ηC（Ｖ−Ira）Ｉ／Ｎ ……(2) 但し、 η：トルク伝達効率 Ｃ：換算係数 Ｖ：モータ電圧 Ｉ：モータ電流 ra：電機子抵抗 Ｎ：ロール回転数。 上記トルク伝達効率η、換算係数Ｃ、電機子抵
抗raは、予め決定することができ、そして、モー
タ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ、ロール回転数Ｎは、圧
延中に測定することができるので、圧延トルクＧ
は、圧延中に演算することができる。 上記(1)式の右辺第１項は、圧延荷重の１次モー
メントを表わし、右辺第２項は、スタンド入側お
よび出側の素管の軸方向に作用する張力または圧
縮力を表わし、そして、右辺第３項は、マンドレ
ルバー４と素管８との間の摩擦力を表わす。 (1)式の右辺において、ロールカリバー底部のロ
ール半径Ｒを予め求めることができ、圧延荷重Ｐ
はロードセル３により測定することができる。ま
たスタンド入側の素管の肉厚Hiとスタンド出側
の素管の肉厚hiは第３図に示すようにロール１０
のロールカリバー形状、マンドレルバー４、ロー
ルギヤツプＣ等の幾何学的形状によつて求まる。
そこでマンドレルバー４と素管８間の摩擦係数μi
と各スタンドのトルクアーム係数aiを求めると各
スタンド間の素管の張力または圧縮力応が得られ
る。 以下、スタンドが８段の場合を例に摩擦係数μi
とトルクアーム係数aiを求める方法を説明する。 まず、摩擦係数μiを求める。 マンドレルバー４のスラスト方向に働く力Ｆと
各スタンドの圧延荷重Piを時間ｎの区間で時系列
に測定し、時系列のデータF_l、……、F_k、……F_o
及びF_i(1)、……、F_i(k)、……F_i(n)を得る。 ここで、スラスト方向に働く力Ｆは、以下の手
順によつて求める。 Ｆ＝Ｇ／Ｒ ……（2a） Ｃ＝ηC（Ｖ−Ira）Ｉ／Ｎ ……（2b） ここで Ｇ：マンドレルバー４の拘束用ピニオン１１の軸
トルク。 Ｒ：ピニオン１１の半径 η：トルク伝達効率 Ｃ：換算係数 Ｖ：モータ６の電圧 Ｉ：モータ６の電流 ra：モータ６の電機子抵抗 Ｎ：ピニオン１１の回転数（パルス発生器などに
より検出される。） この時系列のデータにより各スタンドの圧延荷
重Piの分散Si²、第ｉスタンドと第ｊスタンドの
圧延荷重PiとPjとの共分散Sij（ｊ≠０）及びマン
ドレルバ−４に働く力Ｆと各スタンドの圧延荷重
Piとの共分散Sij（ｊ＝０）を各々次式で求める。 S_i ²＝１／ｎ_o 〓^k=1 （P_i(k)−_i）²＝_o 〓^k=1 P² _i(k)−１／ｎ（_o 〓^k=1 P_i(k)）² ……(3) S_ij＝１／ｎ_o 〓^k=1 （P_i(k)−_i）（P_j(k)−_j）＝_o 〓^k=1 P_i(k)P_j(k)−１／ｎ（〓P_i(k)P_j(k)）……(4) S_ip＝１／ｎ_o 〓^k=1 （F_k−）（P_i(k)−_i＝_o 〓^k=1 F_kP_i(k)−１／ｎ_o 〓^k=1 （F_kP_i(k)） ……(5) 但し、_i ＝１／ｎ_o 〓^k=1 P_i(k)、＝１／ｎ_o 〓^k=1 P_kp 以下に、上記の(3)、(4)、(5)式から次の(6)式が成
立する理由について述べる。 μ₁P₁(k)＋μ₂P₂(k)＋……μ₈P₈(k)＝F(k)……（6a） （6a）式はマンドレルバー４に働く力のつり
あい式を示す。左辺は各スタンドが圧延中の素管
を介して、バーに働く力を示し、右辺はマンドレ
ルバー４を拘束する力を示す。 （6a）式は、１、２、３……ｋ……のそれぞ
れと時点で成立する。従つて、(k)を、時点ｋを表
わす添字とすると、（6b）式が成立する。 μ₁［P₁(k)−₁］＋μ₂［P₂(k)−₂］＋……μ₈［P₈(
k)−₈＝F(k)−（6b） ここで、_iはP_i(1)、P_i(2)、P_i(k)……の平均値を
表らす。 また、はF(1)、P(2)、P(k)……の平均値を表
わす。 次に、（6b）式の両辺に［P₁(k)−₁］、［P₂(k)
−₂］……をそれぞれかけて、時系列ｋについ
て平均を求めることにより、以下の式が成立す
る。 μ₁S₁ ²＋μ₂S₁₂＋……＋μ₈S₁₈＝S₁₀ ……（7a） μ₁S₂₁＋μ₂S₂ ²＋……＋μ₈S₂₈＝S₂₀ ……（7b） 〓 〓 〓 〓 〓 〓 〓 〓 μ₁S₈₁＋μ₂S₂₈＋……＋μ₈S₈ ²＝S₈₀ ……（7h） （7a）〜（7h）式を連立して解くとμ₁、μ₂……μ₈
が求まる。 以上の如く、上記時系列のデータの各分散よ
り、第１スタンドのマンドレルバーの摩擦係数μ₁
は次式で求められる。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マンドレルバーのスラスト方向に働く力及び
   圧延荷重を全スタンド圧延中及び各スタンド通
   板・尻抜けごとに検出または演算し、上記スラス
   ト方向に働く力及び圧延荷重の分散により各スタ
   ンドにおけるマンドレルバーと素管間の摩擦係数
   を演算し、該摩擦係数、各スタンドの圧延荷重及
   びロール駆動用モータの圧延トルクにより各スタ
   ンド共通のトルクアーム係数を演算し、該トルク
   アーム係数、各スタンドの摩擦係数、圧延荷重及
   びロール駆動用モータの圧延トルクより圧延中の
   素管に働く張力を演算し、該張力の演算値が適正
   値になるようにロール間隔およびロール回転数を
   変更するマンドレルミルの張力制御方法。