JPS6030513A - マンドレルミルの圧延制御方法 - 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】 本発明はマンドレルミルの圧延制御方法に係＃）。

特にフルフロートバ一方式によるマンドレルミルの圧延
制御方法に関する。

一般に継目無金属管の製造工程は、先ず素材丸棒に孔を
あける穿孔工程と、穿孔された中空素管を減肉延伸する
延伸圧延工程と、延伸圧延された素管な所要の外径まで
絞る仕上圧延工程の３工程から成る。すなわち、第１図
に示すように、素材丸棒２は回転炉床式加熱炉４にて所
定の温度にまで加熱された後マンネスマンピアサ６によ
多穿孔圧延されて中空素管８Ａとなる。この中空素管８
Ａは厚肉、かつ短尺であるので延伸圧延機であるマンド
レルミル１０によって減肉延伸芒れる。マンドレルミル
１　（１：中空素Ｗ８ＡＫマンドレルバ−１２ｔｒ挿入
した状態で延伸圧延する圧廷機であり１通常７〜８基の
ロールスタンドから構成されている。各ロールスタンド
は少なくとも２本の孔型ロール１４′ｆｔ備え、＠接す
るロールスタンド間ではこの孔型ロール１４の回転軸ン
圧廷軸に垂直な面内で相互にずらして配置しており、た
とえは２本ロールの場合は、９０度づつずらしている。

これらの孔型ロール１４は各ロールスタンド毎に独立駆
動されると共に、その圧下位置が調整可能のように構成
されている。中空素管８Ａはマンドレルミル１０でもと
の長さの２〜４倍の長さに延伸され、仕上圧延用素管８
Ｂとなる。仕上圧延用素管８Ｂは、必要に応じて再加熱
炉１６によって所定の温度に再加熱さ′ｆ′した後仕上
圧延機であるストレッチレデューサ−１８によって仕上
圧延嘔れる。ストレッチレデューサ−１８は通常３０一
ル式孔型連続圧延機が使用嘔れ、８〜２８基のロールス
タンドを相互に６０１づつ位相乞変えて連続的に配置嘔
れている。このストレッチレデューサ−１８を構成する
ロールは、各ロールスタンド毎に独立駆動嘔れ、ロール
回転速度配分を適当に設定することにより、圧延中の素
管材料の長手方向に張力乞作用芒せてその肉厚を制御可
能としている。ストレンチレデューサ−１８により素管
材外径は最大で７５％も絞られ、その外表面はストレッ
チレデューサ−１８の最終側の数スタンドの真円孔型ロ
ールによって定形嘔ｎ、比較的すぐれた外形寸法精度の
仕上り管２０が得られる。

ところが、マンドレルミル１０による圧延によって得ら
れる仕上圧延用素管８Ｂの外径および肉厚寸法精度が悪
い場合には、仕上り管２０の肉厚寸法精度も悪くなる。

例えばストレッチレデューサ−１８の入側素管外径およ
び肉厚が長手方向および円周方向において均一でない場
合には、その出側仕上り管２０の長手方向および円周方
向肉厚分布が不均一となる。その理由は入側素管の太管
部分は実質的外径絞り量が大きくなって仕上り管２０の
当該部を厚肉とし１入側素管の細径部分は実質的外径絞
り量が小石くなって仕上り管２０の当該部分を薄肉とす
るからである。従って、長手方向および円周方向におい
て肉厚の均一な仕上り管２０Ｚ得るためには、その前工
程であるマンドレルミル１０において、長手方向および
円周方向において均一な外径および肉厚を有する仕上圧
延用素管８Ｂを製造することが必須要件である。

ところで、マンドレルミル１０においては、各スタンド
の孔型ロール１４は圧延中の素管材の断面積変化に逆比
例して上流側スタンドはど遅く。

下流側スタンドはど速く回転嘔れている。従って各スタ
ンドで単位時間に圧延嘔れる材料体積がスタンド相互間
で常に一定であれば、各スタンドの出側材料断面形状は
常に一定となるはずである。

しかし、フルフロートバ一方式のマンドレルミルでは圧
延中にマンドレルバ−１２の速度を制御しないので、素
管材の各スタンドへの噛み込み。

もしくは尻抜けに伴ない、マンドレルバ−１２の速度が
増加することにより、各スタンド出側での素管材の先進
率が変動し、かつスタンド間で素管材に作用する応力の
変動によって各スタンド出側断面形状が変化し、その結
果長手方向に不均一な肉厚、外径分布をもつ仕上圧延用
素管８Ｂとなってしまうという欠点があった。

この欠点を解消するために、マンドレルバー１２の一端
χ拘束し、圧延中にバー速度を制御するバーリテインド
方式等が考えられているが、既存のフルフロート方式の
ミルを改造するには多額の費用を要するほかに、マンド
レルバ−１２の速度制御装置を設置する場所的余裕がな
い等の問題があり、実施が甚だ困難な場合が多い。

更に、マンドレルミル圧延後に素管材からのマンドレル
バ−１２の引抜性を良くする目的で、素管材がマンドレ
ルバー１２に密着するのを防止するために、マンドレル
ミルの各スタンド間で素管材に圧縮力が作用するような
ロール回転数を設定する場合があるが、各スタンドへの
素管材の噛み込み、もしくは尻抜は過程にこの圧縮力が
発生。

もしくは開放嘔れることにより、各スタンド出側での素
管材の先進率が変動し、各スタンド出側断面形状が変化
し、長手方向に不均一な肉厚、外径分布を有する仕上り
圧延用素管８Ｂとなってしまう欠点がある。これはマン
ドレルバ−の速度乞制御しても解決されない問題である
。

本発明の目的は、フルフロートパ一方式のマンドレルミ
ルにおける上記従来の圧延方法の欠点を解消し、長手方
向に均一な肉厚および外径を有する仕上シ圧延用素管を
得るためのマンドレルミルの圧延制御方法を提供するに
ある。

本発明の要旨とするところは次の如くである。

すなわち、加熱素材の穿孔圧延により得られた中空素管
を複数基の各側圧動式ロールスタンドを連続配置して成
るマンドレルミルによって該中空部にマンドレルバーを
挿入して延伸圧延する金属管のマンドレルミルによる圧
延方法において、前記挿入嘔れたマンドレルバ−の前進
速度を圧延中に制御することなく各ロールスタンド毎の
圧延荷重。

圧延トルクを測定し前記マンドレルバ−と素管材との間
に作用する摩擦カビ計算することにより各ロールスタン
ド間で前記素管に作用する外力をめ、該外力を所定の値
に保つように各ロールスタンドのロール回転速度を制御
することを特徴とするフルフロートパ一方式によるマン
ドレルミルの圧延制御方法、である。

先スマンドレルミル圧延の原理について説明する。第２
図はマンドレルミルにおいて、第（ｉ十１）スタンドま
で素管材８Ａが噛み込まれている状態を示す模式図であ
る。

ここで第ｉスタンドにかかる圧延荷重をＰｉ。

圧延トルクをＧｌ　、ロールの回転速度なＮｉ、素管／ 材８Ａとマンドレルバ−１２との第ｉスタンドのロール
バイト内でのみかけの摩擦係数’＆ｕＢ、トｆる。マタ
、第（ｉ−１）スタンドと第１スタンドとの間で素管拐
に作用する外力’ａ’Ｔｔ−＋、第ｉスタンドと第（ｉ
＋１１スタンドとの間で素管材に作用する外力ＹＴ＋と
する。

第Ｉスタンドの圧延トルクＧｌは次の（１）　式Ｔ　表
わ芒れる。

ＧＩ＝２λ、ｔ、Ｐ汁２μＢｔ　Ｐｔ　ｆｔ＋　−Ｒ：
　（Ｔｔ　Ｔｔ−１１−（Ｌ）ここで（１）式の第１項
は、前方および後方からの張力が伺加ちれない場合の圧
延トルクであり、λ１はトルクアーム係数、ｔ＋は投影
接触長である。

（１）式の第２項は第ｉスタンドのロールバイト内で素
管材８Ａとマンドレルバ−１２との相対すべりによって
発生する摩擦力による圧延トルクであり。

第３項は前方および後方から素管制に作用する外力によ
る圧延トルクである。ここでＲ＋　、　Ｒ；はそれぞれ
有効ロール半径であり、各スタンドのロールカリバー形
状、圧下率に対応して定められる。

（１）式中のβ８．はみかけの摩擦係数であり以下の方
法でめられる。

第３図はロールバイト内での素管材８Ａとマンドレルバ
−１２との相対すべりによって発生する摩擦力の方向を
示したものである。ここでマンドレルバ−１２の速度Ｙ
Ｖｎｂ素管材８Ａの当該スタンドのロールバイト入側速
度をｖｍ　ｈ出側速度を■晶、素管材８Ａとマンドレル
バ−１２の動摩擦係数をμ８とする。今、　Ｖｍ＜ＶＢ
＜ＶＱ　なる関係が成立するとき、素管材８Ａの速度と
マンドレルバー１２の速度とが一致する中立点ＭＶ境に
して、ロールバイト内で素管材８Ａに作用する摩擦力の
方向は反対になる。従って、みかけ上の摩擦合力Ｆは２
方向の摩擦力を合計したものとなシ。

結果として Ｆ−吃ＢＰ で定義嘔れる′ＴｉＢ　をみかけの摩擦係数とする。

−万、■ふくＶＢもしくはＶＢ＜Ｖ□のときは、中立点
Ｍは当該スタンドのロールバイト内には存在せず、摩擦
力の方向はロールバイト内では変らす”Ｂｌ−内　とな
る。

以上のことから、みかけの摩擦係数”Ｂｌは、マンドレ
ルバ−速度ＶＢ、当該スタンドでの素管材のロールバイ
ト入側速度■□、出側ＭＬＶｍ、１ンドレルバーと素管
材との動摩擦係数μ８の関数として一般的にＣ）式の如
く表わ逼れる。

万□−Ｆ（ＶＢ、Ｖ□ｉ＋Ｖふ１．μＢ）　・・・０）
本発明者らが、マンドレルバ−速度ＶＢ、素管材の速度
ｖｍ％ｖムを変化嘔せて実験を繰返し１ｃ結果、Ｃ２）
式は第４図に示嘔れる関係があることを見出シｙｃ。μ
８はマンドレルバ−の表面性状、潤滑剤によって変化す
るが、約μｍキ０，５の値を示す。

従ッて、マンドレルバ−速度ＶＢｓ素管相のロールバイ
ト入側速度Ｖｒｎｌ　ｈ出側速度■ｒｎＩが得られれば
、みかけの摩擦係数”Ｂｉが定捷る。

ここで、マンドレルバ−速度ＶＢ、素管材のロールバイ
ト入側速度■ｍ１．および出側速度Ｖｍ＋は材料接触型
回転計もしくはレーザー速度計等により実測できるが、
実測しない場合でも次の方法でめることができる〇 スナわち、マンドレルバ（−の速度ＶＢは、素管材が噛
み込まれている全スタンドのロールノ（イト出側の素管
材速度Ｖｍｌの中間的な値をとシ、その匝は各スタンド
での圧延荷重ＰＩに重み付けした平均値として（３）式
で近似的に表わされる。

ＶＢ＝ΣＰ　ｉ　Ｖｍ　＋　／ΣＰ　、　−（３）また
各スタンドでの素管材のロールノ（イト出側の材料速度
■ムｉは、スタンド間で素管材に作用する外力Ｔ＋、　
ロール周速［Ｖｉｔ　、マンドレルバ−速度ＶＢｂ　ロ
ールと素管材との摩擦係数μＲ−マンドレルバーと素管
材とのみかけの摩擦係数１８１等の影響を受けるが、（
４）式で近似的に表わ嘔れる。

ここでロール周速度■１はロールカ＋）　／＜　−溝底
でノ周速とする。（４）式でｆ：はマンドレル・く−と
素管材とのみかけの摩擦係数に□＝０のとき、かつ前方
、後方からの素管材に作用する外力が零のときのロール
カリバー溝底速度に対する素管材の先進率であり、ロー
ルカリバーの形状、圧下率等の影響を受けるが、予め実
験的に定めておくことができる。

一方、ｉ’を材のロールバイト入側速度Ｖｍｌは■叫−
Ｖ畠（ｉ−１）　・・・（５） でめられる。また、第１スタンド入側速度ｖｍ１は第１
スタンドでの素管材の断面積減少率をψ。

として ■ｍ、＝ψ１　・■ふ、　・・・（６）で与えられる。

以上の関係から素管材が噛み込まれている全スタンドに
ついて、（１）式〜（６）式を解けば、第ｉスタンドで
の素管材に作用する外力ＴｈＴｔ−ｔｙ！ｌ一定めるこ
とができる。従ってＴＩＺ目標外力とするときに目標ト
ルクＧｉは次の（７）式で計算ちれる。

Ｇ１＝２石７＋Ｐ＋＋２ｕＢ＋Ｐ＋Ｒ＋　Ｒ＋（Ｔニー
Ｔｌ−１１・・・（７）そこでΔＧ、＝ＧＩ−Ｇｌ　・
・・（８）（８）式で表わ嘔れる△ＧＡＶ零にするべく
、ｉスタンドのロール回転速度を補正すればよい。

このときロール回転速度’ｒ：　Ｎ＋　、比例積分制御
ゲインなｇｌとすれば、ロール回転速度補正量ΔＮｌは
（９）式で表わされる。

ΔＮ＋＝ｇｌ△Ｇｌ　・・・（９） 例えば第（ｉ＋１）スタンドに素管材が噛み込まれたと
きには、第ｉスタンドと第（ｉ＋１１スタンド間に斯文
に外力が発生する。この外カケ目標外力に制御するため
に第１スタンドのロール回転速度を（９）式に従って補
正する。次に第ｉスタンド。

のロール回転速度を補正した分だけ第、（ｉ−１１スタ
ンド以前の上流側のスタンドのロール回転速度も補正す
る必要があり、その補正量は次の（１０）式で表わされ
る。

このようにして下流スタンドから上流スタンドへ回転数
の補正をすれば、全スタンド間で素管材に作用する外カ
ケ目標値とすることができる〇一方、圧延荷重Ｐ１は圧
延機に設置し九ロート°セルより、また圧延トルクＧｔ
はトルクメーターより得られる。しかしながらトルクメ
ーターを設置せずとも、圧延トルクＧ１は一般に次式で
計算することが可能である。すなわち。

ここで、■、：モーター電圧 ■、＋モーター電流 Ｎ１：モーター回転数 ｒ、：電気壬耕九 ■、；ブラシ電圧降下量 Ｊ＋　＋　ｔｔｔ　”定数 （１１）式において、右辺第１項はモー、タートルク。

第２項は加減速トルク、第３項は損失トルクである。

以上のように、フルフロートノ（一方式のマンドレルミ
ルにおいては、圧延荷Ｎ、圧延トルクを測定し、マンド
レルバ−と素管材との間に作用する摩擦力を計算するこ
とによシ、素管材に働く外力をめ、それｔ所定の値に保
つべく各スタンドのロール回転速度を制御することが可
能である。これにより前述の如く、マンドレルミル］、
Ｏにおいて、長手方向および円周方向において均一な外
径および肉厚を有する仕上圧延用素管８Ｂを製造するこ
とができ、最終仕上シ管２０の長手方向および円周方向
において均一な精度の高い継目無金属管の製造が可能と
なる。

実施例 第５図は１本発明が適用されるフルフロートバ一方式の
マンドレルミルの制御系統図である。第５図で示すマン
ドレルミルで、素管材８Ａに働く外力乞制御する方法を
具体的に説明する。

先ず、素管材８Ａが第１スタンドのみで圧延されている
状態を第６図で説明する。この場合はマンドレルパー速
度ＶＢは（３）式よシ第１スタンド出側の素管材の速度
■ｍ　１に等しくなり、ロールバイト内では素管材とマ
ンドレルバ−との間に摩擦力／’ＢＩ　Ｐｌが作用する
。しかしながら前方および後方から素管材８Ａに作用す
る外力Ｔ１Ｔｏはいずれも零となるから（１）式より Ｇ１−２λ１ｔｓＰ１＋２１’　Ｂ　ｔ　ＲＩ　Ｐ　１
　・・・（で２）となり、λ１ｔ１が決定され以後定数
として扱うことができる。（１３）式において、圧延荷
重Ｐ、は第５図のロードセル２２および荷重測定装置２
４によって検出される。この場合マンドレルミル１０の
各ロールスタンドの孔型ロール１４ｔｊ、各ｏ−ルスタ
ンド毎に独立した主電動機２６により駆動されているの
で、第１スタンドの圧延トルクＧ１　は主電動機制御装
置２８により、電圧、電流０回転数が主演算装置３０に
送られ、（１）式に従い演算嘔れる。また、摩擦係数Ｉ
Ｂ□は主演算装置３０によって０）式〜（６）式に従っ
て演算嘔れる。

第７図は素管材８Ａが第２スタンドに到達直後＼ の状態を示している。第２スタンドに素管材８Ａが噛み
込まれた直後は、第１スタンドと第２スタンドの間で素
管材８Ａに作用する外力Ｔ、は零に等しいとおけるため
（１３）式と同様にと彦シ、λ２ｔ２が決定され以後定
数として扱うことができる。

圧延が進むに従って、第１スタンドと第２スタンドで単
位時間に圧延嘔れる素管材８人の体積が異なる場合には
、第１スタンドと第２スタンド間で素管材８Ａに外力Ｔ
１が作用する。この外力Ｔ。

によって第１スタンドの圧延トルクＧ１は（１５）式で
示すように変化する。

Ｇ、＝２λ、　ｔ、　Ｐ□＋２４ＢＩＰＩＲ，−ＲＡＴ
ｌ　・・・（１５）今、目標外力Ｔ１が定められている
とき、（７）式。

（８）式よシ圧延トルクＧ１と目標トルクＧ１　との差
ΔＧ１は次の（１６）式で表わされる。

△Ｑ　ｓ　＝Ｒ１（Ｔ　１Ｔ　ｓ　）　・’−（１６）
従って、第１スタンドと第２スタンド間で素管材８ＡＫ
Ｔ；の外力２作用嘔せるための第１スタンドのロール回
転速度補正量は（１７）式で表わされる。

ΔＮ、　＝　ｇ１ΔＧ、　・・・（１７）第８図は更に
圧延が進行し、素管材８Ａが第３スタンドに到達した直
後の状況を示している。第３スタンドに素管材８Ａが噛
み込まれた直後は、第２スタンドと第３スタンドの間で
素管材８Ａに作用する外力Ｔ２は零とおけるので、ｆ１
３）式、　（１４１式となり、λ３Ａ３は以後定数とし
て扱うことができる。

圧延が進むに従って、第２スタンドと第３スタンド間で
素管材８人に外力Ｔ２が作用する。この外力Ｔ２により
第２スタンドの圧延トルクＧ２は次の（１９）式で示す
ように変化する。

Ｇ２−２λ２Ｌ２Ｐ２＋　２ＴｉＢ□Ｐ２Ｒ２−Ｒ２Ｔ
２・・・（１９）目標外力ヲＴ′２とすると、圧延トル
クＧ２と目標トルクＧ；との差　ΔＧ２は（２０）式で
与えられる。

ΔＧ２　＝　Ｒ’２　（Ｔ２−Ｔ２１　・・・（２０）
従って、第２スタンドのロール回転速度補正′Ｍｌ”は
（２１）式の如くなる。

ΔＮ、　＝　ｇ、ΔＧ２−（２１） このとき、第１スタンドのロール回転速度補正量は（２
２）式の如く表わ嘔れる〇 以下、圧延が進むに従って同様に計算を実施して素管材
８人が次のスタンドへ噛み込む毎にロー・ル回転速度を
補正すれば、各スタンド間で素管材に作用する外力を所
定の値に保持することが可能である。

上記実施例により具体的に説明した如く、挿入されたマ
ンドレルバ−の前進速度を圧延中に制御しないフルフロ
ートパ一方式のマンドレルミルにおいては、マンドレル
ミルを構成する各スタンド毎の圧延荷重、圧延トルクを
測定し、これよりマンドレルバ−と素管材との間に作用
する摩擦力を計算することにより、各スタンド間で素管
に作用する外カケ求め、この外力馨所定の唾に保持する
ように各スタンドのロール回転速度Ｚ制御することによ
って長手方向および円周方向において均一な外径および
肉厚２有する仕上圧延用素管を製造することが可能とな
り、最終仕上り管の長手方向および円周方向において均
一な外径および肉厚乞有する精度の高い継目無金属管の
製造が可能となった０

【図面の簡単な説明】

第１図は継目無金属管の製造工程を示す模式斜視図、第
２図はマンドレルミルにおける第（ｉ十１）スタンドま
で素管材が噛み込まれている状態を示す模式断面図、第
３図はロールバイト内での素管材とマンドレルバーとの
相対すべりによって発生する摩擦力Ｆの方向乞示す説明
図、第４図はマンドレルバ−速度とみかけの摩擦係数と
の関係を示す線図、第５図は本発明の実施例のフルフロ
ートバ一方式マンドレルミルの素管材に働く外力の制御
系統図、第６〜８図は本発明の実施例における具体的制
御方法７示す模式断面図であって。 第６図は第１スタンドのみで圧延場れている状態。 第７図は素管材が第１スタンドを経て第２スタンドに到
達直後の状態、第８図は第１ｈ第２スタンドを経て素管
材が第３スタンドに到達直後の状態を示す。 ２・・・素材、　４・・・回転炉床式加熱炉。 ６・°・マンネスマンピアサ、　８Ａ・・・中空素管。 ８Ｂ・・・仕上圧延用素管、１ｏ・・・マンドレルミル
。 １２・・・マンドレルバ−、１４・・・孔型ロール。 １６・・・再加熱炉、１８・・・ストレッチレデューサ
−１２ｏ・・・仕上り管。 代理人　弁理士　中　路　武　雄 第２図 Ｎｏ、（ｉ＝＋）スタ；ド　Ｎｏ、ｉスタンド−Ｎ６．
（ｉ÷リヌタンＦ第３図　第４図 第　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　加熱素材の穿孔圧延により得られた中空素管を
   複数基の各細部動式ロールスタンドを連続配置して成る
   マンドレルミルによって該中空部にマンドレルバ−を挿
   入して延伸圧延する金属管のマンドレルミルによる圧延
   方法において、前記挿入筋れたマンドレルバ−の前進速
   度を圧延中に制御することなく各ロールスタンド毎の圧
   延荷重、圧延トルクを測定し前記マンドレルバ−と素管
   材との間に作用する摩擦力を計算することによシ各ロー
   ルスタンド間で前記素管に作用する外力をめ。 該外力を所定の値忙保つように各ロールスタンドのロー
   ル回転速度を制御することｙ！ｌ−特徴とするフルフロ
   ートバ一方式によるマンドレルミルの圧延制御方法。