JPS591015A - 圧延制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ンドレルパ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
マンドレルパ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、マンドレルシル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
の条鋼圧延とは異っている。マンドレルパーの圧延中の
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パー
を管材に挿入し、圧延中にはマンドレルパーに伺ら操作
を加えることな（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、マンドレルパーを圧延侵入側より拘束して
圧延中マンドレルパ々−の進行速度を一定にしてお（、
例えばマルチスタントノにイゾミル方式（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
および尻抜は時の各スタンド圧延速度とマンドレルパー
の相対速度は変化す金。このように圧延中の管材速度と
マンドレルパ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Ｋ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、圧延荷本、圧延
トルク。

トルクアーム、オよび先進率等も変化する。このように
通管時や尻抜は時のマンドレルパーの速度変化、あるい
はロール回転速度変化のみによっても上記圧延緒特性値
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は時の割合が大きい。し
たがってフルフロート方式のマンドレルミルによっては
。

圧延後、全長に渡っ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
、マンドレルパーを拘束して、圧延中マンドレルパーの
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パーの速度変化を
無（す効果はある。

しかし、マンドレルパーの拘束による潤滑上の間。

題や、最適マンドレルパ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、管材の全長に渡って均一な肉厚を得
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は時忙圧延加貞を一定に
すべ（マンドレルパーと圧延ロール回転速度の相対速度
を制御すること九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ｉ発明す
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。

圧延加重なＰｉｏ１圧延トルクなＧｉｏ、マンドレル・
々−と管材との間の摩擦係数なａｉ　とすると、圧延ト
ルクＧｉｏは次式により示される。

Ｇｉｏ＝ＴＢｉ　＠　Ｒｉ　＋２ａｉ　＠　Ｐｉｏ　　
・・・・・・１１１ここで、Ｒｉ　は溝付ロールの形状
および寸法とマンドレルパー速度により定まる平均ロー
ル半径であり、ａｉ　は板材または条鋼圧延等の圧延に
おいて一般に２ａｉ　”Ｇｉｏ／Ｐｉｏと表わされる物
理量に対応する量である。ＴＢｉはマンドレルパーに働
く後方張力である。またマンドレルパーと管材との間に
は常に相対速度がある。ａｉは運動摩擦係数であり次に
示す関係がある。

Ｔ旧＝２μＩＰｉｏ　　　・・・・・・・・・（２）さ
らに運動摩擦係数μｉはマンドレルパ９−と管材との相
対速度により変化し、マンドレルパー速度をＶＢ、管材
速度なＶｓとすると、ａｉはμ１＝ｆ（ｖＢ／ｖ８）の
関係式として表わすことができ、ＶＢとｖ８との相対速
度によって変化する。

このように、マンドレルミルにおいてはマンドレルパー
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って、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　十旦　　・・・・・・・・・（３）０Ｍ （３）式において、ｈは圧延後の厚さ、ｈｏ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ノーと管材との間
の相対速度によっ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であるが、実際には各スタンドのロ
ール軸は脚受スタンドで互いに９０°の交差角で配列さ
れている。２は被圧延材であ６’ｆ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っている。そしてそ
の測度基準は、演算装置別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′ｉＩ
！′＠機４の回転速度検出器８　（ＴＧ）よりのフィー
ドバッ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４０回転速度は速度検出器９　
（ＰＧ）により検出され演算装置加に取り込まれる。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
加に取り込れ所定の演算が実施される。

１３はマ／げレルノ９−３の駆動装置でありマンドレル
ノ９−駆動用電動機１４により駆動されている。

マンドレルノ々−駆動用電動機１４は、マンｌ′Ｌ／ル
バー駆動装置１５を介して接続されるマンドレルパー速
度制御装置１６により速度制御される。その速度基準は
、演算装置加により制御すべき量がマンドレルノ々−速
度基準設定器７を介してマンドレルパー駆動用電動機４
０回転速度検出器１８（ＴＧ）よりのフィートノセック
信号とつき合わされ、マンドレルパー速度制御装置１６
に与えられる。マンドレルバ−駆動用電動機１４０回転
速度は速度検出器１９（ＰＧ）により検出され、演算装
置加に取り込まれる。

圧延スタンドは≠１．−＃ｌＩ２・・・・・・＋−８の
ように８スタンド構成となっている。

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ｌとマンドレルバ−３との間で肉厚を減少させら
れる。ｈ□はロールバイト出側の肉厚であり、Ｓｏ　は
圧延中のロール間隙、ＤＢはマンドレルバーの直径、Ｐ
は圧延荷車である。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。

Ｓ　　＝Ｓ　　＋−・・・・・・・・・（４）１　　　
０Ｍ （４）式においてＳ。は圧延前のロール設定間隙、Ｍは
ミル定数である。Ｓｌ、ｈｌ、ＤＢの関係は次式０式％ （５） （４）式と（５）式からマンドレルミルにおいてロール
バイト出側肉厚りと日−ル設定間隙Ｓ０およびマンドレ
ルパー直径ＤＢ　との間には次式が成立する。

ｈ１＝４（ｓｏ−ＤＢ十ｉ）　　・・・・・・（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
足にして出側肉厚ｈ０　を制御するためには、圧延荷＠
Ｐｔマンドレルノ９−速度■８　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Ｐ１ｏはＮ０１１メタンド荷重検出器１１
で検出され、記憶装置１２に記憶される。このとぎマン
ドレルノー３の速度ＶＢはマンドレルパー駆動用電動機
１４０回転速度をマンドレルパー速度制御装置１６によ
り制御して保持される。このときの回転速度■おはマン
）ルルパー速度検出器１９（ＰＧ）Ｋより検出され演算
装置ｔ２０に取り込まれる。またＮＯ６１スタンド溝付
ロ一ル１０回転速度Ｎ□。はＮ００１スタンド溝付ロ一
ル駆動用電動機４０回転速度をＮ００１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Ｎ１ｏ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４Ｐ３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−ＩＩｓ２の各スタンドの圧延加重はそ
れぞれｐ、、ｐ２であり、第３図の状態から第４図の状
態罠なったことで上流スタンド（≠１スタンド）の圧延
荷重ＰＩＯはＰ□に変化している。

この差分ΔＰ１は次のようＫなる。

ΔＰ＝Ｐ　　−Ｐ　　　　・・・・・・（７）１　　　
　１０　　　　１ 上流スタンド（≠１）に関し、（方式の圧延荷重の差分
ΔＰ１が着生するのは、≠１スタンドと豐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２０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ΔＰ
工は演算装置（資）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９−速度装置１６によりマンドレ
ルバ々−３の速度を一定に保つよう制御し、Ｎｏ、１溝
付ロ一ル速度制御装置６によりＮ００１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パー
速度をＶＢ、管材圧延速度（ロール回転速度）をｖ８　
　とすると、ΔＰ□〉０なら相対速度（ｉｔＶｎ　／　
ＶＢを小さり（ＶＢは一足なのでΔＰ二〇となるようｖ
８　を増速）するように速度補正をし、ΔＰ□く０なら
相対速度値ｖＢ／ｖ８を太き（（ＶＢは一定なのでΔＰ
０＝０となるようｖｓ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、マンドレルバ々−３の速度はＶＢのまま
Ｎ０１１スタンド溝付目−ルーの回転速度がＮ１０−＋
Ｎ１２となり上流スタンド（＝ｌｌ−１）の圧延荷重は
Ｐ１→Ｐ１ｏ　　となる。このとき＋２スタンドの圧延
荷重Ｐ２ｏ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
Ｎ□２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Ｐｌｏとなる）。＋２スタンドの荷
車はＰ２→Ｐ２ｏ　　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４１−３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車はＰ′２となるため差分ΔＰ２
は次式のようになる。

Δｐ＝ｐ　　−ｐ’　　　　・・・・・・（８）２　　
　２０　　　　２ 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
なるようにマントンルバー速度制御装置１６によりマ／
ドレルパ−３の速度を一定に保つよう圧制御し、ＮＯ，
２スタンド溝付ロ一ル速度制御装置６によりＮＯ１２ス
タンド溝付ロール１０回転速度をＮ２ｏ−＋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１１ｇ７図の状
態に示した如くマンドレルバ９−３の速度な■８のまま
Ｎ００２スタンド溝付ロ一ル１０回転数はＮ２０→Ｎ２
３となり、上流スタンドの圧延荷重はｐ１２→Ｐ２０と
なる。この時の＋３スタンドの圧延荷重はＰ″３→Ｐ３
ｏとなり、Ｐ３゜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
レルバーの速度を一９Ｋして溝付ロールの回転速度との
相対値を保持すべ（速度制御が行われる。

第８図はＮ００８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ＶＢ　であり、
ＮＯ，８スタンド溝付ロールの回転速度はＮ８ｏである
。４Ｐ７と＋８スタンドの圧延荷重Ｐ　、およびＰ８ｏ
がそれぞれの記憶装置１２に０ 目ｄ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Ａ−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の尻抜は開始直前までおよび管材２が＋１ス
タンドを尻抜は開始し、臆仄≠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４／−８スタンドの圧延荷重Ｐ８ｏ
または＋７スタンドの圧延荷重Ｐ７ｏの差分を零とすべ
（マンドレルノ々−３．溝付ロール１の相対速度の制御
を実施してＰ８ｏまたはＰ７ｏン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。ＰｓｏまたはＰ７
ｏ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太きいからであり、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
圧延荷嵐制イ卸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、４Ｐ７スタンドのＰ
７ｏを−５ｊＫ制御すべ（マンドレルバ々−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ｊるようにマンドレルバー
３および溝付ロールｌの速度制御を災／Ｍ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
に限ってのみまたは後段スタンド１基以上に限ってのみ
圧延荷車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（＋１．４２゜＋３
スタンド）の圧延荷車Ｐ□、　Ｐ２．　Ｐ３をマンドレ
ルノ々−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１！ｉ３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１θ図に示した例は、マンドレルミル出側に管材
の肉厚を測足する肉厚測定器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ＵＫ記憶された肉厚、
または肉厚記憶装置四に肉厚設定４乙により設定された
所定肉厚からの差分が生じた場合圧、この差分な零とす
るようにマンドレルバー３．および溝付ロールｌの相対
速度制御を実施するＣ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圧保ち
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？の速度に保つことにより一定荷車に制御する圧延制
御装置について述べたが。

逆にロール回転速度な所足の回転倣に保ちながらマンド
レルバ−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金Ｏ〔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った亀要な模械要素であるマ
ンドレルツマ−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図はこの発明の詳細な説明するた
めの図、第９図はこの発明の他の実施例を示す図、第１
Ｏ図は肉厚設冗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
ンドレルツマ−１６・・・溝付ロール速度制御装置、１
１・・・圧延荷重検出器、１６・・・マンドレルノ々−
速度制御装置、２１・・・肉厚測定器。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　　漬第３図 化４図 布５図 鴇６Ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マンドレルパ９−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、前記管材の圧延荷電を検出する荷重検出器と、
   前記マンドレルパ々−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
   。 ２ｏ前記速度制御を少な（とも−組の溝付ロールについ
   て行う事を特徴とする特ｆｆｆ請求の範囲第１項記載の
   圧延制御装置。 ３、−ｒン）レルパ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
   マンドレルパー（’）　速ｆｆ　ｆｌｉｌ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。