JPH03155407A - 管の連続圧延における肉厚均一化制御方法 - 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〕 本発明は管の連続圧延における肉厚均一化制御方法に関
する。

〔従来技術〕

一般にマンドレルミルを用いる製管工程では、まず、ロ
ータリハースファーネスにて丸鋼片を所定温度に昇熱し
、昇熱された丸鋼片を交叉穿孔機によって穿孔してホロ
ーシェルを得る。次いで前記ホローシェルを複数の圧延
スタンドを備えたマンドレルミルで連続圧延し、肉厚加
工を行う。そしてストレンチレデューシングミルにて外
径絞り加工を行い、所定寸法の継目無管を得る。

このように複数の圧延スタンドで連続圧延を行つ前記マ
ンドレルミルでは、マンドレルバ−の引抜きを容易にす
るため、又はオーバーフィル等の変形を防ぐために、各
圧延スタンド間の管に圧縮力又は張力の応力を作用させ
ている。ところが、噛み込み、尻抜は及び圧延機の加減
速時の圧延状態である過渡圧延状態では、噛み込み及び
尻抜は時にスタンド間の管に応力が作用しないため、こ
の過渡圧延と、該過渡圧延状態を除く一定の圧延状態で
ある定常圧延とが同一圧延条件下で行われると、前記過
渡圧延状態の管肉厚と、前記定常圧延状態の管肉厚とが
異なる。このため、管の肉厚がその長手方向に不均一と
なり、管の品質が悪化する。

次に、前記過渡圧延状態の管肉厚と、前記定常圧延状態
の管肉厚とが異なる理由について説明する。第５図は圧
下荷重と管の肉厚及び圧延ロールのロール開度との関係
を示すグラフであって、縦軸には圧下荷重、横軸には管
の肉厚及びロール開度をとり、これらの関係を示す。図
において、Ｍ　＋　ｈＭｔはミル剛性曲線であり、圧延
機の剛性特性を示し、またＮ＋、Ｎｚは塑性曲線であり
、圧延対象の管の塑性特性を示す。そして、塑性曲線Ｎ
、。

Ｎｔと横軸との交点ＬＩｉ＋　ｊｌｉは管の入側肉厚で
あり、ミル剛性曲線Ｍ＋　、Ｍｚと横軸との交点５ｏｎ
Ｓ、はロール開度である０例えば、ミル剛性曲線がＭｌ
の第ｉスタンドで塑性曲線Ｎ、の管を圧延する場合、定
常圧延状態のミル剛性曲線Ｍ＋　と塑性曲線Ｎ１との交
点が定常圧延状態での第ｉスタンドの出側向［１，、と
なる。しかし、過渡圧延状態では管に応力が作用しない
ため塑性曲線はＮ２であって、出側肉厚はｊＺｉとなる
。なお、これらの出側肉厚を等しくするためには、ロー
ル開度を８０からＳ、に変更しなければならない。この
ように定常圧延状態と過渡圧延状態とでは、圧延スタン
ド出側の管肉厚が異なるため、前記マンドレルミルの連
続圧延においては管の肉厚均一化制御が行われている。

前記管の肉厚均一化制御は、一定周期毎に圧延荷重等の
パラメータをサンプリングし、このサンプリング結果を
基に、圧延状態に応じて適切な圧下量及び圧延ロールの
回転数補正量を夫々圧下制御装置及び圧延ロール駆動制
御装置へ与えて行っていた。このような肉厚均一化制御
における圧下制御装置及び圧延ロール駆動制御装置に対
する制御信号の出力は、その必要性と、この制御を行う
計算機の負荷軽減とを考慮して比較的長い周期で行われ
ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述の如き従来の管の肉厚均一化制御で
は、その制御信号出力が比較的長い周期で行われていた
ため、圧延状態が急変する定常圧延状態と過渡圧延状態
との状態遷移点と、前記制御出力の出力周期とが合致し
ない場合があり、この場合には、前記肉厚均一化制御の
制御タイミングが実際の圧延状態からずれるため、前記
状態遷移点での肉厚均一化制御が適切に行われず、管の
長手方向の肉厚が不均一となりその品質が悪いという問
題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、過渡
圧延状態における、定常圧延状態での肉厚均一化制御の
ための制御量に対する変更値を予めパターン化して記憶
させておき、定常圧延状態と過渡圧延状態との状態遷移
点を圧延経過時間による予測によって検出し、この検出
タイミングに基づき、前記変更値によって変更された制
御量を肉厚均一化制御に用いることにより、制御に用い
る計算機の負荷が小さく、管の長手方向の肉厚の変動を
抑制し、品質が良い管が得られる管の連続圧延における
肉厚均一化制御方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る管の連続圧延における肉厚均一化制御方法
は、複数の圧延スタンドで圧延対象の管を連続圧延する
マンドレルミルにてロール圧下制御及びロール回転数制
御を行い、前記管の肉厚を均一化する制御方法において
、前記圧延の経過時間から、相隣する前記圧延スタンド
の両方に前記管が噛み込まれている定常圧延状態と、相
隣する前記圧延スタンドの一方にのみ前記管が噛み込ま
れている過渡圧延状態との遷移点を検出し、この検出結
果に基づいて得られる前記過渡圧延状態εこて、前記定
常圧延状態より前記ロール圧下制御及びロール回転数制
御の制御量を予め定められた量だけ変更することを特徴
とする。

〔作用〕

定常圧延状態と、過渡圧延状態との遷移点を圧延の経過
時間で予測することによって検出すると、この検出結果
から前記定常圧延状態と、過渡圧延状態との区別が実際
の圧延状態に則して得られ、このように得られた過渡圧
延状態における制御量が、定常圧延状態の制？？１１ｆ
ｆｉから予め定められた量だけ変更されると、この変更
に関する制御量は複雑な演算処理を経ずに前記ロール圧
下制御装置及びロール回転数制御装置に与えられるので
、圧延状態に則した制御動作が行われる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的に
説明する。第１図は本発明に係る管の連続圧延における
肉厚均一化制御方法（以下本発明方法という）の実施に
使用するマンドレルミルの主要部の模式的一部破断正面
図、第２図はその制御システムの構成を示すブロック図
である。

図において１はマンドレルバ−２が挿入された圧延対象
の管であり、該管１は図中白抜き矢符にて示される圧延
方向へ搬送されつつ圧延ロール３゜３を備えた複数のス
タンド４１．４２・・・４１で順次圧延される。

これらのスタンド４１．４２・・・４１には夫々、第２
図に示す如き圧下モータ５４０を備えたロール圧下装置
５４及び駆動モータ５５０を備えたロール駆動装置５５
が設けられており、圧延ロール３．３の圧下及び駆動を
行う。前記ロール圧下装置５４及びロール駆動装置５５
は、これらの駆動制御を行う機械制御装置５３に夫々接
続されている。また、各スタンド４１、４２・・・４１
には、前記ロール圧下装置５４の圧延荷重を検出する荷
重検出器５６が設けられており、この荷重検出信号は、
ディジタル制御演算処理を行い、前記機械制御装置５３
へ制御信号を与えるＯＯＣ計算機５２に与えられる。前
記ＤＤＣ計算機５２は、プロセス計算機５１によって管
理され、さらに該プロセス計算機５１は所定の管理計算
機（図示せず）によって管理される構成となっている。

本発明方法においては、過渡圧延時に変更されるロール
圧下装置ｉ５４及びロール駆動装置５５の制御データが
、例えばＤＤＣ計算機５２のメモリに、予め管１の寸法
及び材質毎にパターン化されて記憶されており、このデ
ータが後述する制御タイミングで機械制御装置５３を経
てロール圧下装置５４及びロール駆動装置５５へ与えら
れるようになっている。

次に前記過渡圧延時における圧下変更量の算出手順につ
いて説明する。第３図は圧下変更量の算出手順を示すフ
ローチャートである。

まず、下記（１）式に示す荷重予測式又は実操業時の測
定により各スタンド４１．４２・・・４１毎に、スタン
ド間応力を考慮して定常圧延状態及び過渡圧延状態での
圧延荷重Ｐ　（１）を管１の寸法及び材質毎に求める（
ステップ１）。

Ｐ　（１）　＝にＦＭ　Ｘ　（Ｃ＋　　（２Ｚ（ｉ　　
Ｌ）　＋Ｚ　（１））　／２）但し、ＫＦＭ　：変形抵
抗 Ｚ　：ストレッチ係数 Ｃ１：リダクション関数 ＳＢＯ＋１）　：接触面積 ＲＤＭＯ＋１）　：ロール径 ＲＤＩＡ（ｉ）　：ロール径 ＲＤＩＡＯ：ロール径 Ｑ、：圧下力関数 次いで、各スタンド４１．４２・・・４１で予め定めら
れているミル剛性曲線を第５図に示す如く近似し、ステ
ップ１において求められた各スタンド４１．４２・・・
４１での定常圧延状態及び過渡圧延状態での圧延荷重Ｐ
　（１）に相当する圧延機の伸び量であるミルスプリン
グ量り、を夫々前記ミル剛性曲線から求める（ステップ
２）。

そして、前記ステップ２で求めたミルスプリングＩＤ、
と、ロール孔型により決まる孔型第１半径ＲＩ＋孔型第
１半径オフセソＦ　Ｓ　＋設計ギヤツブＣｏ、実操業の
情報として得られるロール摩耗量ΔＲ，ロール圧下位置
Ｇ、ロール零調整値Ｇ０゜マンドレルバ−径り、とから
下記（２）式にて各スタンド４Ｌ４２・・・４１の定常
圧延時の管肉厚ｔ２及び過渡圧延時の管肉厚ｔ２を求め
る（ステップ３）。

２ ＋Ｄｓ　　−Ｄｍ　　＞　　・・・（２）次に下記（３
）式に示す如くステップ３で求められた定常圧延時の管
肉厚ｔｔ（ｉ、ｊ）と過渡圧延時の管肉厚ｔ　ｔ　（Ｉ
ＩＪ）との肉厚偏差Δ５（ｔ、ｊ）を求め（ステップ４
）、下記（４）式に示す如く前記肉厚偏差Δｈ（ｉ、ｊ
）に相当する圧下変更量ΔＧ（ｉ、ｊ）を求める（ステ
ップ５）。

Δｔｘ（１，ｊ）　＝ｔｇ（ｔ＋ｊ）−ｈ（＋＋ｊ）・
・・（３）但し、ｉ：スタンド番号 ｊ：管の長手方向任意点 Δ”ＩＪ）　−に＊　ｘΔｔｚ（ｉｇ）・・・（４）但
し、Ｋｇ　：制御ゲイン そして、このような圧下変更量ΔＧ（ｉ、ｊ）を管Ｉの
長手方向の複数点についてパターン化し、これを圧延寸
法及び材質毎の制御データとして計算機のメモリに記憶
させる（ステップ６）。

また、このように求められた圧下変更量ΔＧ　（ｔ。

ｊ）に対応した各スタンドのスタンド出側断面積変化量
から圧下変更量ΔＧ　（Ｌｊ）に応じたロール回転数補
正量を求めてパターン化し、これを圧下変更量ΔＧ（ｉ
、Ｄ　と同時に制御出力できるように制御データとして
ＤＤＣ計算機５２のメモリに記憶させてお（。ロール３
，３の圧下制御は、このようにパターン化された圧下変
更量を適切な制御タイミングで出力して行う。

次に制御タイミングを決定するタイマ値を求める手順に
ついて説明する。第４図はタイマ値の算出手順を示すフ
ローチャートである。

各スタンド４１．４２・・・４１において、まず、圧延
対象の各管について予め定められた管１のスタンド入側
速度と、圧延ギャップより求められるスタンド出側断面
積Ａ　（１）とから下記（５）式に示す如く管ｌのスタ
ンド出側速度Ｖ　（１）を求める（ステップ１１）。

次いで、ステップ１１において求められたスタンド出側
速度Ｖ　（１）と、夫々のスタンド間距離りとから下記
（６）式に示す如く夫々のスタンド間通過予測時間Ｔｃ
（１）を求める（ステップ１２）。

そして、圧下制御を行う対象のスタンドにおいて、該ス
タンドより上流側のスタンドを基準スタンドとし、該基
準スタンドを管１が通過してから管１が圧下制御を行う
対象のスタンドへの噛み込み時及び尻抜は時までの時間
を予測するタイマ値ＴＴ（ｊ）を、下記（７）式に示す
如（前記スタンド間通過予測時間ＴＣ（１）から求める
（ステップ１３）。

Ｔ　Ｔ　０１　＝Σ　’ｒｃ（１）　　・（７）ｌＩｋ 但し、ｋ：基準スタンド番号 ところが、前記タイマ値は、管１及びマンドレルバ−２
等の圧延に関係する器材の寸法が、熱膨張又は予測困難
な変動によって変化する可能性がある。このため、前記
タイマ値を実際にマンドレルミルへ適用させる場合には
、所定のハードセンサから得られるスタンド間通過時間
である実測通過時間ＴＡ（１）を用いた下記（８）式に
示す如き学習式を用いてスタンド間通過時間の学習を行
って、補正値ΔＴＡ（１）を求め、該補正値ΔＴＡ（１
）で前記スタンド間通過予測時間Ｔｃ（１）を補正する
ことにより、前記タイマ値の精度を向上させる。

また、ロール３，３の圧下制御及びロール３゜３の回転
数制御を行う場合、これらの制御を行う各計算機の演算
処理に関する内部処理時間ＴＸ及び各制御装置の動作に
関する応答遅れＴ、があり、制御出力タイミングに影響
を及ぼす虞があるため、前記タイマ値は、最終的に、計
算機の内部処理時間Ｔｘ及び各制御装置の応答遅れＴＶ
を考慮した下記（９）式によって補償タイマ値Ｔ　Ｔ　
Ｄ　Ｏ）として求められる（ステップ１４）。

ＴＴＤＯ）＝ＴＴ（Ｊｌ＋Ｔに＋ＴＶ　・・・（９）そ
して、このようにして求められた補償タイマ値Ｔ　Ｔ　
Ｄ　（Ｊ）を圧延寸法及び材質毎の制御データとしてＤ
ＤＣ計算機５２のメモリに記憶させる（ステップ１５）
。

前述した如く記憶された圧下変更量ΔＧ（ｉ、ｊ）回転
数補正量及び補償タイマ値Ｔ　Ｔ　Ｄ　Ｏ）を用いた制
御を行う場合、管１が基準スタンドを通過した時点に計
時を開始し、補償タイマ値Ｔ　Ｔ　Ｄ　Ｕ）を経過した
時点で圧下変更量ΔＧ（ｉ、ｊ）及び回転数補正量を夫
々対応する各制御装置へ出力し、管１の肉厚均一化制御
を行う。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、過渡圧延状態
における、定常圧延状態での肉厚均一化制御のための制
御量に対する変更量を予め求めておき、定常圧延状態と
過渡圧延状態との状態遷移点を圧延経過時間による予測
によって検出し、この検出結果に基づき、前記変更量に
よって変更された制御量を肉厚均一化制御に用いるため
、制御に用いる計算機の負荷が小さくなり、さらに、管
の長平方向の肉厚の変動が抑制されて品質が良い管が得
られる等本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に使用するマンドレルミルの
主要部の模式的一部破断正面図、第２図はその制御に用
いる制御システムの構成を示すブロック図、第３図は圧
下変更量の算出手順を示すフローチャート、第４図はタ
イマ値の算出手順を示すフローチャート、第５図は圧下
荷重と管の肉厚及び圧延ロールのロール開度との関係を
示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の圧延スタンドで圧延対象の管を連続圧延する
   マンドレルミルにてロール圧下制御及びロール回転数制
   御を行い、前記管の肉厚を均一化する制御方法において
   、 前記圧延の経過時間から、相隣する前記圧 延スタンドの両方に前記管が噛み込まれている定常圧延
   状態と、相隣する前記圧延スタンドの一方にのみ前記管
   が噛み込まれている過渡圧延状態との遷移点を検出し、
   この検出結果に基づいて得られる前記過渡圧延状態にて
   、前記定常圧延状態より前記ロール圧下制御及びロール
   回転数制御の制御量を予め定められた量だけ変更するこ
   とを特徴とする管の連続圧延における肉厚均一化制御方
   法。