JPS6137311A - マンドレルミルの張力制御方法 - 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】

［産業上の利用分野］ 本発明は、マンドレルミルの張力制御方法に係り、特に
、継目無鋼管の熱間圧延ラインに用いるのに好適な、ロ
ール周速を変化させることによって、被圧延材に加わる
張力が目標値となるように却鋪’するマ゛ノＷ＋ツノ１
ノミルのシルｈ制訓方演の改印１関する。

【従来の技術］ 継目無鋼管の熱間圧延ライン用３Ｉ続圧延態として広く
使用されているマンドレルミルは、回転加熱炉で加熱後
の丸鋼片（ヒレツ１〜）にピアサにより穿孔して形成し
た中肉厚肉の素管を、その内部にマンドレルバ−を挿入
し、複数組の圧延ロール（カリバーロール）対間に通し
て圧延し、全長に亘り目標とする均一な肉厚及び外径を
有する仕上管を形成しようとするものであり、この仕上
管は、更に、ストレッチレデューサ等に送られ、完成品
に形成される。 しかし、従来のマンドレルミルにより圧延された仕上管
にあっては、肉厚等が必ずしも全長に亘って均一になっ
ていなかった。特に、圧延張力が大きく変化しがちな仕
上管の先端部及び後端部に、目標の肉厚を大幅に超える
、いわゆるスタマツク現象（先端部スタマツク、後端部
スタマツク）を生じていた。このために、仕上管として
の歩留りが著しく低下してしまうという欠点があった。 そこで従来は、先端部スタマック、あるいは後端部スタ
マツクの発生が予想される管両端近くの圧延を行う期間
、即ち、管がマンドレルミルの各ロールスタンドに次々
と噛込んでゆく期間及び各ロールスタンドを抜は出る期
間においては、例えば特公昭５５−８８９０９等に示さ
れた如く、圧延ロール周速を適宜減速させて管に対し適
正な張力を作用させ、特に先端部スタマック及び後端部
スタマツクを修正するように制御する方法が提案されて
いる。このように、圧延ロールの周速を制御する方法に
よれば、先端部スタマック又は後端部スタマツクの発生
を効果的に防止することができる。 一方、一般に、タンデム圧延機において、第に〜第に＋
１スタンド間の単位断面積当りの被圧延材張力τＫをτ
に一△τＫにするため、第にスタンドのロール周速Ｖｒ
ＫをｖｒＫ＋△ｖｒＫに変化させる場合、張力偏差Δτ
にとロール周速制御量△ｖｒＫの間には、次式の関係が
成立する。 く　△　Ｖ　　　ｒ　　Ｋ／Ｖ　　　ｒ　　Ｋ）　　＝
Ｑ　　Δ　τ　Ｋ　　　　・　　・　　・　　（１）０
＝（（ａｆ　Ｋ／２＋τＫ）＋＜ＶｒＫ十＋／ｖ　ｒ　
Ｋ）　Ｘ　（ａｔ）　Ｋ＋１　／ｃｌτＫ））／／（１
＋　ｆ　　Ｋ　）　　・　・　・　（２）ここで、Ｑは
制御出力ゲイン、ｆＫは第にスタンドの先進率、ｂＫ＋
１は、第に＋ｉスタンドの後進率である。 従って、マンドレルミルにおいて、前記のようなスタマ
ツクの発生を防止する制御を行うに際しても、前出（１
）式及び（２）式に基づいて求められる制御出力ゲイン
９を用いて、ロール周速側１ｉ１１　量ΔＶｒＫを決定
するのが望ましい。 【発明が解決しようとする問題点） しかしながら、マンドレルミルの場合、従来は先進率ｆ
Ｋを求める適切な方法が提案されておらず、従って、制
御出力ゲインＱを、経験的に求めた一定値としていたた
め、制御性が悪いという問題点を有していた。 【発明の目的） 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、マンドレルミルにおいても先進率を求めることか
でき、従って、適切なシリ圓出力ゲインを用いることに
よって、張力制御を精度良く行うことができるマンドレ
ルミルの張力制御方法を提供することを目的とする。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、ロール周速を変化させることによって、被圧
延材に加わる張力が目標値となるように制御するマンド
レルミルの張力制御方法において、第１図にその要旨を
示す如く、基準先進率を圧延トルクの変化分で補正する
ことによって先進率を求め、該先進率を用いて、張力目
標値との偏差に応じてロール周速を変化させるための制
御出力ゲインを決定するようにして、前記目的を達成し
たものである。 ［作用］ 本発明では、まず、例えば被圧延材のスタンド間通過時
間から求めた基準先進率を、圧延トルクの変化分で補正
することによって先進率を求める。 即ち、マンドレルバ−を何ら拘束しない、いわ１りるフ
ルフロート方ぜのマンドレルミルの舘１スタンドの圧延
トルクの一例は、第２図に示す如くであり、圧延トルク
は噛込み時大きく、その後減少する。これは、噛込み直
後では、マンドレルバ−の速度が、被圧延材の速度より
も遅く、被圧延材はマンドレルバ−から圧延方向と逆向
きに摩擦力を受け（この時先進率は一般に小さい）、そ
の後、第２スタンド以降に被圧延材が噛込んでいく過程
で、マンドレルバ−の速度が被圧延材の速度よりも速く
なり、被圧延材はマンドレルバ−から圧延方向に向って
摩擦力を受ける（この時先進率は一般に大きい）ように
なるためである。従って、先進率は、圧延トルクにある
程度反比例することが分る。そこで、次式によって、先
進率［Ｋを求めることができる。 ｆ　Ｋ−ｆｏＫ（１（ΔＧＫ／ＧｏＫ））・・・（３）
ΔＧＫ＝ＧＫ−Ｇｏ　Ｋ　　・・・・・・・（４）ここ
で、［ｏＫは、第にスタンド噛込みから第に＋１スタン
ド噛込みまでの先進率（基準先進率）、ＧｏＫは、同じ
く第にスタンド噛込みから第１り４−１スタンド噛込み
までの平均圧延トルク、Ｇ、には圧延トルク、ｋはスタ
ンド番号である。 このようにして求められる先進率ｆｋを用いて、前出（
２）式により制御出力ゲインＱを決定するには、先進率
ｆＫの他に、後進率ｂＫ＋１も求めておく必要があるが
、この後進率ｂＫ＋１は、例えば次式によって求めるこ
とができる。 １）Ｋ＋＋＝１−（１，＋＋　Ｋ＋＋）’Ｘ（ＡｏＫ士
＋／ＡｉＫ十＋）　　　　・・・　（５）ここで、Ａ　
ｉ　、　Ａ　ｏは、それぞれ入側及び出側の材料断面積
を示すものであり、これらの値としては、ロールカリバ
ー形状、マンドレルバ−径及びロールギャップから幾何
学的に求めた値を使用して、実用上問題はない。 このようにして、マンドレルミルにおける先進：＄ｆ　
Ｋを求めることができ、これによって、圧延状況に適し
た制御出力ゲイン９を決定することができるので、張力
制御を精度良く行うことができる。 【実施例】 以下図面を参照して、本発明が採用されたマンドレルミ
ルの張力制′ａ装置の実施例を詳細に説明する。 本実施例は、第３図に示す如く、内部に挿入されたマン
ドレルバ−１２により内径が規制された管状の被圧延材
１０を順次圧延するための連続的に配置された複数組の
ロール１４Ｋ、１４に＋＋を含むマンドレルミルに本発
明を適用したもので、当該第にスタンドのロール１４に
の回転数を検出するためのパルスジェネレータ２０と、
当該第にスタンドのロール１４Ｋに被圧延材１０が噛込
んだことを検出するためのロードセル２２にと、次段第
に＋１スタンドのロール１４に＋１に被圧延材１０が噛
込んだことを検出するためのロードセル２２に＋＋と、
前記第にスタンドのロードセル２２にの噛込み検出によ
って計数を開始し、前記第に＋ｉスタンドのロードセル
２２に＋＋による噛込み検出によって計数を停止し、そ
の間の積算パルス数Ｃを出力するパルスカウンタ２４と
、該パルスカウンタ２４出力の積算パルス数Ｃから検出
される被圧延材１０のスタンド間通過時間から求めた基
準先進率ｆＯＫを圧延トルクの変化分ΔＧＫで補正する
ことによって先進率ｆＫを求め、該先進率［Ｋを用いて
、張力（＠差△τＫに応じてロール周速Ｖ　ｒ　Ｋを変
化させるための制御出力ゲイン９を竹定し、該制御出力
ゲイン。を用いて求められるロール周速制ｍｕ△ＶｒＫ
を制御Ｉｌ装置（図示省略）に出力する演算装置２Ｇと
、がら構成されている。 以下、第４図を参照しながら前記演算装置２６の作用を
説明する。 前記演算装置２６は、まず、前記パルスカウンタ２４出
力の積算パルス数Ｃ、スタンド間距離し、ロール半径Ｒ
及び前記パルスジェネレータ２０のパルス発生割合α（
パルスフッ回転）から、次式の関係を用いて、各スタン
ドの基準先進率ｒｏＫを算出する。 ｆ　　　ａ　　ｘ＝Ｌ、”　　（２π　ＲＣ／　　α　
）　−１・　　・　　・　　く　６　）次いで、第にス
タンド噛込みから第に＋１スタンド噛込みまでの間の圧
延トルクＧＫを算出する。 即ち、一般に圧延トルクＧｘは、モータ出力トルクＧｍ
Ｋから加減速トルクＧＱＫを差引いて、機械損失等の損
失分を補正したものである。ここで、第絃スタンドでの
モータ出力トルクＧｍＫ（Ｊ）は、モータの端子電圧Ｖ
　（Ｖ）　、電機子電流ＩＫ（Ａ）、回転数Ｎ１＜（ｒ
ｌｌｌｌｌ）を実測して、次式ノ関係より求めることが
できる。 ＧｍＫ＝　（Ｖ−１Ｋ−ｒ　Ｋ　　Ｖｂ）／　（ＮＫＸ
２π／　６０　）　Ｘ　Ｉ　Ｋ　　・・・（７）ここで
、ｒｌ＜は電機子抵抗〈Ω）、Ｖｂはブラシ電圧降下（
Ｖ）である。 又、第にスタンドでの加減速トルクＧαＫ（Ｊ）は、慣
性モーメントと実測した加減速率ｄ　Ｎ　Ｋ　／ｄ［か
ら、次式の関係より求めることができる。 Ｇαに＝　（ＧＤ２）Ｋ／’４・ｄ　Ｎ　Ｋ７′ｄｔ×
　２　π　／′　６０　　　　・　　・　　・　　く　
８　）（（Ｉ　ＮＫ／ｄｔ）ｎ−＋＝　（ＮＫｎ−ＮＫ
ｎ−ｚ）／２τ　・・・（９） ここで、ＧＤ３は、モータ軸換算の慣性モーメント（ｋ
ｇＴｆ１２）、では、サンプリング周期（秒）である。 ここで、モータの端子電圧■、電機子電流ＩＫ。 回転数ＮＫの毎回のサンプリング値をシフトしているの
は、今回のサンプリングで求められるのが前回の加減速
率であるため、加減速トルクとモータ出力トルクの位相
を一致させるためである。 次いで、前記モータ出力トルクＧｍＫ及び加減速トルク
ＧｃＬＫから、次式の関係を用いて、圧延トルクＧＫ−
を算出する。 ＧＫ−一（Ｒｇ　Ｋ／２Ｘ９．８） ×〈ＧｍＫ−ＧαＫ）・・・（１０） ここで、ＲｇＫはギヤ比である。 このようにして求められる圧延１〜ルクＧＫ′は、回転
数の微分値である加減速率を含ｌνでいるため、回転数
の一寸した変動でかなり変動し、不必要に変動する。従
って、デジタルフィルタを用いてこれを抑制した後、例
えば圧延トルクを実験的に実測して求めた、次式に示す
ような回帰式を用いて、損失トルク補正を行って、最終
的な圧延トルクＧＫを求める。 ＧＫ−ａＧＫ−十１１　　・・・（１１）ここで、ａ、
ｂは回帰係数である。 次いで、このようにして求められた圧延トルクＧＫの平
均１ｉｉＧｏＫを算出する。 結局、第に＋ｌスタンド噛込み以降の先進率ｆＫは、次
式の関係から求められる。 ｆ　Ｋ＝ｆ　ＯＫ　（１−ｋ　ｇ　（’ＧＫ−Ｇｏ　Ｋ
＞ｙ’Ｇ　ＯＫ　）　　　　　・・・（１２）ここで、
ｋ８は定数である。 一方、前出（２）式に含まれる他の変数８「に／８τに
、ａｌ）Ｋ十＋／ａτＫ（ま、鋼種、サイズ等別に、張
力τにと先進率［Ｋ、後進率ｂＫ＋１の関係の統計結果
から得られた定数で実用上差支えない。従って、このよ
うにして、前出（２）□式で表される制御出力ゲイン９
が決定される。 一方、張力偏差ΔτＫを求める際に必要な張力ζＫ〈ト
ン）は、次式の関係を用いて求めることができる。 ＡＫτに＝（βＫＰＫ−ＧＫ） ／ＲＫ＋ＡＫ−＋τに−＋・・・（１３）ここで、λに
は、トルクアーム（ＩＩｌ）、ＰＫは圧延加重（トン）
、ＲＫは有効ロール半径（ｏｌ）、τに−１は前スタン
ド間の張力（トン７″Ｔｉｔ’　）　、ＡＫは第にスタ
ンドの被圧延材の断面ｆＦＩ（ｌＴ１２）、ＡＫ−１は
第に一１スタンドの被圧延材の断面積（Ｔ１１８）であ
る。 前出（２）式を用いて決定された制御用カゲインクを、
前出（１３）式により求められる張力τＫ　カら求めら
れる張力偏差△τＫに乗することによって、前出（１）
式の右辺が求まり、従って、ロール周速制御量△ＶｒＫ
が求まって、張力制御が良好に実施できる。 （発明の効果］ 以上説明した通り、本発明によれば、マンドレルミル圧
延における先進率を適確に求めることができ、従って、
適切な制御出力ゲインを決定することができる。よって
、張力制御を精度良く行うことが可能となるという優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るマンドレルミルの張力で用いら
れている、基準先進率を圧延トルクの変化分で補正する
ことによって先進率を求める方法の原理を説明するため
の、圧延トルクの変化状態の一例を示す線図、第３図は
、本発明が採用されたマンドレルミルの張力制ｍ装置の
実施例の構成を示すブロック線図、第４図は、前記実施
例で用いられている演篩装置の構成を示すブロック線図
である。 τＫ・・・張力、　　　　　　ΔτＫ・・・張力偏差、
ＶｒＫ・・・ロール周速、 ΔＶｒＫ・・・ロール周速側重量、 Ｑ・・・制御出力ゲイン、 ｆＫ・・・先進率、　　　　　ｆＯＫ・・・基準先進率
、八ＧＫ・・・圧延トルクの変化分、 １０・・・被圧延材、　　　　１２・・・マンドレルバ
−１１４に、１４に＋１・・・ロール、 ２６・・・演算装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロール周速を変化させることによつて、被圧延材
   に加わる張力が目標値となるように制御するマンドレル
   ミルの張力制御方法において、基準先進率を圧延トルク
   の変化分で補正することによつて先進率を求め、 該先進率を用いて、張力目標値との偏差に応じてロール
   周速を変化させるための制御出力ゲインを決定すること
   を特徴とするマンドレルミルの張力制御方法。