JPH11226623A

JPH11226623A - 管圧延の制御方法

Info

Publication number: JPH11226623A
Application number: JP10031803A
Authority: JP
Inventors: Toshio Asano; 俊雄浅野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】管圧延中におけるマンドレルバーの長手方向
各部の断面平均温度を予測して温度予測値を求め、この
温度予測値に基づいてマンドレルバーの長手方向各部の
直径の熱膨張量を求め、この熱膨張量を反映したマンド
レルミルの各スタンドのロールギャップ、ロール回転数
の設定を可能とする。【解決手段】温度シミュレータ１２によって管圧延中
におけるマンドレルバーの長手方向各部についての温度
を予測し、この予測値Ｔs (i) に基づいて管圧延中のマ
ンドレルバーの直径の熱膨張量を予測すると共に、マン
ドレルミルの任意のスタンド直下に位置するマンドレル
バーの直径変動量を求め、これに基づいて各スタンドの
ロールギャップ、ロール回転数の設定制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内部に芯金棒（マン
ドレルレバー）を挿入した状態で素管を圧延し、所望の
肉厚、外径を有する仕上管を得るための管圧延の制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ところで仕上管としての目標値である肉
厚、外径と、実際の仕上管の肉厚、外径とには様々な理
由によって偏差が生じるため、この偏差を縮小すべく従
来種々の方法が提案され、また実施されている。その一
つとして長手方向各部の直径分布が既知の基準マンドレ
ルバーを使用する場合について、仕上管の長手方向肉厚
分布が均一となるようにロールギャップ及びロール回転
数の基準パターンを定め、また圧延終了後マンドレルバ
ーの直径を実測し、前記基準パターンを修正し、使用マ
ンドレルバーの如何にかかわらず、所定の目標値を有す
る仕上管を得る方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した従来
方法にあっては、マンドレルバーの直径は圧延中に素管
の熱、圧延ロールによる圧下に伴う加工熱等のため熱膨
張するにもかかわらず、圧延前，後にマンドレルバー直
径を実測し、これに基づいて圧延中のマンドレルバー直
径を予測しているため、圧延途中におけるマンドレルバ
ーの長手方向各部の熱膨張量の変動を反映した制御が出
来ない。またマンドレルバーの熱膨張量は素管圧延中に
生じる加工熱の影響を大きく受けるが、マンドレルバー
の全長のうち、各スタンド夫々の孔型ロールによって実
際に圧下力を受けている部分は経時的に変化するから、
当然これによって生じる熱膨張量もマンドレルバーの長
手方向各部において経時的に異なってくるにもかかわら
ず、このような直径変動パターンを予測出来ず、素管に
スタンド間張力が発生して、長手方向の肉厚分布が不均
一になるという問題があった。本発明はかかる事情に鑑
みなされたものであって、その目的とするところは仕上
管の長手方向全長に亘る肉厚分布、従ってまた内，外径
の均一化を可能とした管圧延の制御方法を提供するにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る管圧延の制
御方法は、素管内に芯金棒を挿入した状態で圧延し、目
標長さ及び目標肉厚を持つ管を得る管圧延の制御方法に
おいて、素管圧延中における芯金棒の長手方向各部の温
度分布を半径方向一次元伝熱モデルに従って予測演算
し、これに基づいて圧延中における芯金棒の長手方向各
部の熱膨張量を予測演算し、該熱膨張量に対応して各ス
タンド毎のロールギャップ及び／又はロール回転数を修
正することを特徴とする。

【０００５】本発明にあっては芯金棒の長手方向各部の
熱膨張量を予測演算し、これに対応して各スタンドのロ
ールギャップ及び／又はロール回転数を修正すること
で、素管の長手方向各部について芯金棒の径変化に対応
した圧延を施すことが可能となり、肉厚の均一性を一層
高めた管を得ることが可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づき具体的に説明する。図１はマンドレルミ
ルを用いた製管設備の構成を示す模式図であり、図１
(a)において、１はビレット、２は加熱炉、３はピアサ
ーミル、４は素管、６はマンドレルミル、７はエキスト
ラクタサイザーミルを夫々示している。ビレット１は加
熱炉２に挿入されて所定温度に加熱された後、ロータリ
ホットソーにて適長に切断され、ピアサーミル３にて穿
孔プラグを用いて穿孔圧延され、素管４に加工された
後、マンドレルミル６に送られる。

【０００７】マンドレルミル６及びこれに続くエキスト
ラクタサイザーミル７は同一直線上に配置されており、
先ずマンドレルミル６において、素管４にマンドレルバ
ー５が挿入され、マンドレルミル６にて圧延される。こ
の間マンドレルバー５はその基端部をバーリテーナ８に
て拘束された状態で前後に移動せしめられる。圧延が終
了するとマンドレルバー５が素管４から引抜かれ、素管
４のみがエキストラクタサイザーミル７にて定径圧延を
施され仕上管を得る。

【０００８】一方マンドレルバー５が素管４から引抜か
れた後、バーリテーナ８によってマンドレルミル６の各
スタンドから引戻され、マンドレルバーサーキュレーシ
ョン９（図２参照）に送られ、次の使用機会に備えられ
る。マンドレルミル６は各スタンド毎に図１(b) 、図１
(c) に示す如く中央部に弧状の凹溝を有する一対のカリ
バーロール６ａ，６ｂを備えており、垂直線に対し右又
は左側にその軸を４５°傾斜させた状態で配設されてい
る。即ち、カリバーロール６ａ，６ｂは、隣りあうｊ−
１，ｊスタンドにおいて、互いに９０°回転させた状態
で配置されている。

【０００９】図２はマンドレルミルにおける管圧延制御
系の構成を示すブロック図であり、１１はマンドレルバ
ーサーキュレーション９の入口（又は出口）に設置した
マンドレルバーの温度計を示している。圧延に使用した
マンドレルバー５は温度計１１により長手方向各部につ
いてその表面温度Ｔm (i)(マンドレルバーの長手方向の
任意の点であるｉ点で測定された温度) を実測されつつ
マンドレルバーサーキュレーション９内に導入され、保
存され、同一仕様、同一材料の次の素管の圧延に際して
マンドレルバーサーキュレーション９から取り出される
が、この取り出される過程でも温度計１１により長手方
向各部（入口で測定された点と同じ位置）についてのマ
ンドレルバーの表面温度を実測された後、再び素管に挿
入してマンドレルミル６へ送られ、圧延に供される。

【００１０】マンドレルバーサーキュレーション９の出
側（又は入側）で測定されたマンドレルバーの表面温度
Ｔm (i) は製管プロセスコンピュータ１０における温度
シミュレータ１２へ入力される。温度シミュレータ１２
はマンドレルバーサーキュレーション９から取り出され
たマンドレルバーと同じ寸法諸元のマンドレルバー (基
準マンドレルバーという）について、その位置での表面
温度を従来公知の半径方向一次元伝熱モデル式を用いて
予測し、この予測値Ｔs (i) と実測値Ｔm (i) との差Ａ
(i) を求めると共に、同じく半径方向一次元伝熱モデル
式を用いてマンドレルミル６にて圧延中におけるマンド
レルバーの長手方向各部の温度 (断面平均温度) を予測
し、この予測値Ｔr (i) を前記差Ａ(i) を用いてＴr
(i) ＋ｋ・Ａ(i) と補正し、圧延中のマンドレルバーの
温度予測値Ｔo (i) を得、これを径分布予測演算部１３
へ出力する。

【００１１】図３は管圧延中におけるマンドレルバーの
温度予測値Ｔr (i) をマンドレルバーの表面温度実測値
Ｔm (i) を用いた補正態様を示すグラフである。図３
は、マンドレルバーサーキュレーション９から取り出し
た際のマンドレルバー温度の実測値Ｔm (i) と、そのと
きの基準マンドレルバーについての表面温度予測値Ｔs
(i) とに差が存在する場合、マンドレルバーの圧延中の
温度予測値Ｔr (i) をＴo (i) に補正することを表示し
ている。

【００１２】圧延中におけるマンドレルバー５の温度予
測値Ｔr (i) をマンドレルバーサーキュレーション９の
出口（又は入口）における基準マンドレルバーの表面温
度予測値Ｔs (i) とマンドレルバーの温度実測値Ｔm
(i) とに基づいて補正するのは、表面温度予測値Ｔs
(i) と温度実測値Ｔm (i) とに差Ａ(i) が存在する場
合、圧延中の温度予測値Ｔr (i) にもこれと対応する誤
差が存在することが考えられることによる。これによっ
て圧延中のマンドレルバーの温度予測値Ｔo (i) がより
正確に把握し得ることとなる。

【００１３】ところで圧延中のマンドレルバーの温度は
その長手方向の各部において素管が存在している部分と
存在していない部分との間、またマンドレルミル６のス
タンド直下に位置する部分とスタンド間に位置する部分
とにおいて著しく異なる。

【００１４】図４はマンドレルバーの長手方向各部の熱
膨張量と直径変動量とスタンドとの関係を示すグラフで
ある。図４(a) はマンドレルバーと各圧延スタンド（＃
１〜＃５）により圧延に使用される範囲との関係を示す
説明図であり、マンドレルバーの中央部付近は各スタン
ド＃１〜＃５によって圧延に使用されるが、マンドレル
バーの先端側、基端側に向かうに従って圧延に使用され
ることが少なくなっている。この結果、マンドレルバー
の中央部、即ち各スタンド＃１〜＃５によって最も圧延
に利用される回数の多い中央部分の熱膨張量が当然大き
く、ここから先端部側に向けては比較的緩やかに、また
基端部側に向けては急速に熱膨張量が小さくなっている
のが解る。

【００１５】図４(b) はマンドレルバーの先端部から基
端部側に向けての距離 (mm) と、マンドレルバー直径の
変動量との関係を示すグラフであり、図中□印は第１ス
タンド＃１、△は第２スタンド＃２、×印は第３スタン
ド＃３、＊印は第４スタンド＃４、○印は第５スタンド
＃５から夫々直接, 間接に圧下力を受けた領域について
の直径変動量を示している。このグラフから明らかなよ
うにマンドレルバーの中央部、即ち各スタンドのカリバ
ーロールによって圧延される回数の多い領域で直径変動
が大きくなっていることが解る。勿論、この直径変動
は、カリバーロールによる圧下力それ自体による影響は
皆無ではないが、図４(a) のグラフとの対応関係からみ
て熱膨張による影響が極めて大きいことが解る。

【００１６】従って、圧延中におけるマンドレルバー５
の長手方向各部の温度を予測する場合にはバーリテーナ
８におけるラック８ａの位置を考慮して各スタンド＃１
〜＃５の直下に位置する部分のマンドレルバー位置を算
出し、その位置についての温度を予測する必要がある。

【００１７】径予測演算部１３は、温度予測値Ｔo (i)
に基づいてマンドレルバー５の長手方向各部の径分布の
予測、換言すれば熱膨張量ΔＤＢi を、下記(1) 式に従
って算出し、これをミル制御演算部１４へ入力する。 ΔＤＢi ＝ＤＢi ×ｋ×ΔＴi …(1) 但し、ＤＢi ：基準マンドレルバーの径 (熱膨張前) ｋ：線膨張係数 ΔＴi ：温度偏差 (基準マンドレルバーの断面平均温度
(常温) とマンドレルミルで使用中の断面平均温度）

【００１８】ミル制御演算部１４はマンドレルバー５の
長手方向各部についての熱膨張量ΔＤＢi と、バーリテ
ーナ８によるマンドレルバー５の進出寸法とからマンド
レルミル６における各スタンド直下、即ちロールバイト
内に位置する部分のマンドレルバー直径を算出する。
(1) 式で求められる熱膨張量ΔＤＢi はマンドレルバー
５の長手方向各部についての一般的な熱膨張量を示して
いるが、特にマンドレルミル６のスタンドに噛み込まれ
ている部分及びその部分の熱膨張量は以下のようにして
求める。

【００１９】図５はスタンド直下に位置するマンドレル
バーの位置を求めるための説明図である。いまラック８
ａがその基準位置Ｘ０からＸＲだけ前方に移動したとし
て、このときの任意スタンド (ｊスタンド) 直下に位置
するマンドレルバー５の先端からの位置ＸＭ(j) は下記
(2) 式によって与えられる。ＸＭ(j) ＝ＸＲ＋ＸＸ＋ＭＴＬ−ＸＭＰＭ(j) …(2) 但し、ＸＭＰＭ(j) ：ラック８ａの基準位置とｊスタン
ドとの距離ＭＴＬ：マンドレルバーの全長ＸＸ：ラック８ａとマンドレルバー５との連結部の隙
間

【００２０】そしてｊスタンド直下に位置するマンドレ
ルバー位置ＸＭ(j) を確定し、隣接のデータからの内挿
計算に基づいてその位置のマンドレルバー径の変動量Δ
ＤＢ(j) を下記(3) 式に従って算出する。 ΔＤＢ(j) ＝ΔＤＢj (m) ＋｛ΔＤＢj (m+1) −ΔＤＢj (m) ｝ ×〔｛ＸＭ(j) −ＸＭj (m) ｝／｛ＸＭj (m+1) −ＸＭj (m) ｝〕 …(3) ＸＭj (m) ≦ＸＭ(j) ＜ＸＭj (m+1) 但し、ＸＭ(j) ＜ＸＭj (1) の場合はΔＤＢ(j) ＝０ＸＭ(j) ≧ＸＭj (n) の場合はΔＤＢ(j) ＝ΔＤＢj
(n)

【００２１】図６は、ｊスタンド直下のマンドレルバー
の位置とマンドレルバー径変動量との関係を示すグラフ
であり、横軸にｊスタンド直下に位置するマンドレルバ
ーの位置を、また縦軸にｊスタンド噛込み時からのマン
ドレルバー径変動量をとって示してある。図５から明ら
かなようにマンドレルバー５がｊスタンドに噛み込まれ
た状態にあるマンドレルバーの位置をＸＭj (1) 、ＸＭ
j (2) 〜ＸＭj (n) に区分し、夫々の位置におけるマン
ドレルバーの径変動量ΔＤＢj (1) 、ΔＤＢj(2) 〜Δ
ＤＢj (n) を前記(3) 式に従って演算し、これらの関係
を製管プロセスコンピュータ１０へ入力しておく。

【００２２】後にこれらに基づいて各スタンド毎のロー
ルギャップ修正量ΔＧＢj 及び各スタンド毎のロール回
転数修正量ΔＮ／Ｎ (回転数修正率) を夫々下記(4) 、
(5)式に従って算出し、これを設定器１５に与え、各ス
タンドに対するこれらロールギャップ、ロール回転数の
修正制御が行われる。

【００２３】 ΔＧＢj ＝ＫＴＢj ×ＫＢj ×ΔＤＢ(j) …(4) 但し、ＫＴＢj ：マンドレルバー径変動補償用調整ゲイ
ンＫＢj ：マンドレルバー径変動補償用ギャップ修正係数

【００２４】

【数１】

【００２５】図７は前述したマンドレルバーの長手方向
各部の温度予測値の計算過程を示すフローチャートであ
る。先ず時間ｔをｔ＋１とする時間インクリメント処理
を行い (ステップＳ1 ) 、マンドレルバー５と素管４と
の相対位置、即ちマンドレルバー５の長手方向に対し、
素管４はどの範囲に位置しているかを検出する (ステッ
プＳ2 ) 。マンドレルバー５と素管４とのオーバラップ
部分の有無、即ち通常マンドレルバー５より素管４は短
いから、素管４が外嵌されている領域はオーバラップ部
分有り、素管４が存在していない部分はオーバラップ部
分無しと区別する判断をマンドレルバー５の長手方向に
おける各部について行い、無しの部分については放冷の
境界条件の設定を行い (ステップＳ4 ) 、前記した公知
式に従ってマンドレルバーの温度を予測し、これに基づ
いて熱膨張量を求める。また有りの場合にはロールバイ
ト内か否か、即ちロール直下に位置するか否かを判断す
る (ステップＳ5 ) 。

【００２６】更に、ロールバイト内でない場合、即ちロ
ール間に噛み込まれていない領域についてはマンドレル
バー５と素管４との輻射を考慮した境界条件の設定を行
い (ステップＳ6 ) 、公知式に従ってマンドレルバーの
温度を求め、(1) 式に従って熱膨張量を求める。一方ロ
ールバイト内、即ちロール直下に噛み込まれている領域
については圧延による加工熱を考慮した境界条件の設定
を行い (ステップＳ7 ) 、公知式に従ってマンドレルバ
ーの温度を予測演算し、(3) 式に従って熱膨張量を求め
る。ステップＳ4 、Ｓ6 、Ｓ7 において設定した各境界
条件のもとで夫々マンドレルバー温度及び素管温度を求
めた後 (ステップＳ8 、Ｓ9)、マンドレルバー５の長手
方向各位置についてロールギャップ、ロール回転数を算
出し、これに基づいてマンドレルバー５の移動に対応し
てマンドレルミル６の設定を行いつつ圧延を行う。圧延
が終了したか否かを判断し (ステップＳ10) 、終了して
いない場合にはステップＳ1 に戻り、また終了している
場合にはマンドレルバーサーキュレーション内に導き
(ステップＳ11) 、圧延に使用した直後の、又は圧延直
前のマンドレルバーの長手方向各部の表面温度Ｔm (i)
を検出し、保存する。

【００２７】この実測値Ｔm (i) と基準マンドレルバー
についての同じ条件下での表面温度の予測値Ｔs (i)(実
測位置と予測位置とは対応する位置) との差に温度補正
ゲインｋ₁を乗じた値を補正値ｋ₁｛Ｔm (i) −Ｔs
(i) ｝として、前記予測値Ｔs(i)(マンドレルバーの断
面平均温度) を下記(6) 式に従って補正し、マンドレル
バーの長手方向各部の断面平均温度Ｔo (i) を求める。Ｔo (i) ＝Ｔ(i) ＋ｋ₁｛Ｔm (i) −Ｔs (i) ｝ …(6)

【００２８】そして次の使用機会に際して当該マンドレ
ルバー５を使用する際のマンドレルバーの長手方向各部
の予測温度の算出に際して(6) 式に従って実測値Ｔm
(i) を用いた補正を行い、再びステップＳ1 に戻って前
述した過程を繰り返す。

【００２９】図８は本発明の実施の形態に示す方法と従
来方法とにより得た継目無管の長手方向における製品肉
厚分布を示すグラフであり、図８(a) は本発明の実施の
形態による場合の、また図８(b) は従来方法による場合
の各結果を夫々示している。横軸には長手方向各部の位
置(cm)を、また縦軸には肉厚(mm)をとって示してある。
このグラフから明らかなように本発明の実施の形態によ
る場合には製品肉厚が略一定となっているのに対し、従
来方法による場合は中間での肉厚変化が大きく、最大２
００mmに達していることが解る。つまり本発明方法を適
用することで管肉厚が大幅に改善されることとなる。

【００３０】図９は同じく本発明の実施の形態に示す方
法と従来方法とによる継目無管の長手方向における製品
肉厚分布を示すヒストグラムであり、図９(a) は本発明
の実施の形態によった場合の、また図９(b) は従来方法
によった場合の結果を夫々示している。横軸は製品肉厚
(mm)を、また縦軸は本数比率 (％) をとって示してあ
る。このヒストグラムから明らかな如く、本発明の実施
の形態に示す方法では肉厚のばらつきが大幅に低減され
ていることが解る。

【００３１】

【発明の効果】本発明にあっては、管圧延中における芯
金棒の長手方向各部の温度予測値を求め、これに基づい
て各部分の熱膨張量を算出し、各スタンドのロールギャ
ップ、ロール回転数を修正制御することとしているか
ら、肉厚をより均一化することが出来、ばらつきのない
管製品が得られる効果がある。

【００３２】また、管圧延中における芯金棒の長手方向
各部についての温度予測値を実測温度を用いて補正する
こととしているから、より正確な温度予測、換言すれば
熱膨張量を求めることが出来て均一な肉厚の仕上管を得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するマンドレルミルを用いた
製管設備の構成を示す模式図である。

【図２】本発明方法を実施するマンドレルミルの管圧延
制御系の構成を示すブロック図である。

【図３】管圧延中のマンドレルミルの長手方向各部の断
面平均温度の補正態様示すグラフである。

【図４】マンドレルバーの長手方向各部の熱膨張量及び
直径変動量とスタンドとの関係を示すグラフである。

【図５】ｊスタンド直下に位置するマンドレルバーの位
置を求めるための説明図である。

【図６】ｊスタンド直下のマンドレルバーの位置とマン
ドレルバー径変動量との関係を示すグラフである。

【図７】本発明方法におけるマンドレルバーの長手方向
各部の温度予測値の計算過程を示すフローチャートであ
る。

【図８】本発明の実施の形態に示す方法と従来方法とに
より得た管各部の肉厚分布図である。

【図９】本発明の実施の形態に示す方法と従来方法とに
より得た管各部の肉厚分布示すヒストグラムである。

【符号の説明】

１ビレット２加熱炉３ピアサーミル４素管５マンドレルバー６マンドレルミル６ａ，６ｂカリバーロール８バーリテーナ９マンドレルバーサーキュレーション１０製管プロセスコンピュータ１１温度計１２温度シミュレータ１３径分布予測演算部１４マンドレルミルの制御演算部１５設定器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素管内に芯金棒を挿入した状態で圧延
し、目標長さ及び目標肉厚を持つ管を得る管圧延の制御
方法において、素管圧延中における芯金棒の長手方向各部の温度分布を
半径方向一次元伝熱モデルに従って予測演算し、これに
基づいて圧延中における芯金棒の長手方向各部の熱膨張
量を予測演算し、該熱膨張量に対応して各スタンド毎の
ロールギャップ及び／又はロール回転数を修正すること
を特徴とする管圧延の制御方法。
【請求項２】素管圧延中におけるマンドレルバーの長
手方向各部の温度予測値を、圧延前又は圧延後のマンド
レルバーの長手方向各部について検出した温度実測値に
基づいて補正することを特徴とする請求項１記載の管圧
延の制御方法。