JPS6046806A - 管圧延の張力制御方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、マンドレルミル等のように内部に芯金棒（以
下バーとする）を挿入した状態の素管を圧延する圧延機
における管圧延の張力制御方法に関する。

〔発明の背景〕

継目無鋼管の熱間圧延ライン用連続圧延機として広く使
用されているマンドレルミルは、丸鋼片にピアサ−によ
り穿孔して形成した９血厚肉の素管を、その内部にバー
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る。この
仕上管は、さらにマンドレルミルからストレッチ・レデ
ュ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シ圧延された仕上管
にあっては、肉厚等が必ずしも全長にわたって均一にな
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
わゆるスタマック現象（先端部スタマツク、後端部スタ
マック）を生じていた。このだめに、仕上管としての歩
留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、先端部スタマツク、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
、すなわち管がミルの各ロールスタンドに次々と咬込ん
で行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号等に示された如
く、圧延ロール周速度を適宜減速させ管に対し適正な張
力を作用させて、特に先端部スタマツク及び後端部スタ
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度を制御する方法によれ
ば先端部スタマツク又は後端部スタマツクの発生を防止
するのに非常に有効である。しかし、この方法は、制御
開始のタイミング及び制御量等が大きく影響するため、
これを誤ると逆に欠陥を助長する結果となる。例えば過
制御になると管先端部の薄肉化を助長するなどの問題に
つながることになる。

また従来他の方法として、張力制御圧延方法、すなわち
各圧延スタンド間を目標張力にて圧延する方法が提案さ
れている。この方法は、板材の圧延にて確立されている
ものであるが、継目無鋼管圧延機にあっては板圧延制御
と異なっているのでそのままでは適用できない。即ち各
スタンドに働く張力はバーと管との張力を含むため、各
スタンド間の管に働く張力をめるためにはバーの張力と
管の張力とを分離することが必要となる。例えば、バ〜
を一定の速度で駆動することの出来る装置を設け、圧延
終了前にバーと駆動装置を切離すようにしたセミフロー
ト方式の圧ｊｇ機においては、バーを一定の速匿で駆動
している間は、この駆動装置からの張力フィードバック
信号にてバーのみの張力が算出できるので、各スタンド
間の管のみの張力が算出され、目標張力での各スタンド
間の圧延が可能となる。しかし、バーを解放した時点か
ら圧延終了までの期間は、この駆１ｌＪｔ＆置からの張
力フィードバックイピ号が得られず前述の周速度制御を
採用せざるをえないことになる。従って、張力圧延制御
方法によっても前述のスタマツク現象を解消することが
できない。また、バーを一定の速度で駆動させず管と共
に圧延するフルフロート方式にあっては、バーが駆動装
置等に係合されていないため、バーの張力を直接検出す
ることができない。従ってスタマツク現象を防止するに
は、素管の両端部が圧延ロールに咬み込む前後において
、周速度を制御しなければならないことから、前述のセ
ミフロート方式と同様の欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、フロート状態にある芯金棒の張力をめ
ることができ、圧延ロールスタンド間の管にのみ作用す
る張力を検出することができ、且つその張力を目標値に
高精度で制御することができる張力制御方法を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本発明は、各スタンドの圧延トルクと圧延荷重とを検出
することにより各スタンド間の管と芯金棒とに作用する
全張力をめ、与えられる管と芯金棒との摩擦係数と圧延
荷重とから管速度と芯金棒速度との相対速度方向が当該
スタンドの入側出側にて反転するピボットスタンドを割
如出すとともに、該ピボットスタンドを除く各スタンド
部におけるそれぞれの芯金棒張力をめ、該芯金棒張力の
和に負を乗じたものを前記ピボットスタンド部における
芯金棒張力とし、次に前記各スタンド間の全張力から対
応するスタンドにおける芯金棒張力を減算して管張力を
め、該管張力が目標張力に一致するように圧延条件を制
御することにより、フロート状態にある芯金棒の張力を
めて、圧延ロールスタンド間の管にのみ作用する張力を
検出し、これによって管張力を目標値に高精度で制御し
ようとするのである。

ここで、本発明の基本的な原理について説明する。各ロ
ールスタンド直下では、バーは管を介してロールから圧
下刃を加えられている。バーの速度は、各ロールスタン
ド毎回−でおるが、管の速度は、前スタンドから後スタ
ンドに進むに従い速＜ナルタメ、管とバーとの相対速度
は各スタンド毎に異なる。従って、各ロールスタンド直
下の管とバーとの間には、その間の摩擦係数によって、
摩擦力が生ずる。この摩擦力は、クーロン摩擦の法則に
より、相対速度の大きさにはよらず、相対速度の極性の
みに依存するため、相対速度の極性と、摩擦係数及び圧
延荷重とから、その作用する方向を含めて摩擦力による
芯金棒の張力をめることができる。

ところが、バーと管との速度が一致するスタンドが存在
する（これをピボットスタンドという）。

ピボットスタンドにおいては、入側の管速度はバーの速
度より遅く、出側では逆に速くなっている。

即ち、ピボットスタンドにおける摩擦力は、相反して作
用する極性の異なる摩擦力の合成力と々っており、バー
の速度自体は、駆動外力がないことにより゛、微妙に変
化し易く、従ってクーロン摩擦の法則のみでは、ピボッ
トスタンドにおけるバーの張力を正しくめることができ
ない。

しかし、フルフロート状態にあってはバーに駆動外力が
ないので、各ロールスタンドにおける管とバーとの間に
作用する摩擦力の総和は零になる。

このことに着目し、各スタンドにおけるバーの速度をめ
、これに基づいてピボットスタンドが決まれば、ピボッ
トスタンドにおけるバーの張力は、他のスタンドにおけ
るパー張力の総和の正負を反転したものとして得られる
。

これにより全てのスタンドにおけるバー張力がめられる
ことから、周知の方法でめられる各スタンド間の管とバ
ーに作用する合計張力がら前記バー張力を減算すること
によシ、管に作用する張力をめることができるのである
。このようにしてめた管張力を目標張力に一致させるよ
うにしてめた管張力を目標張力に一致させるように圧延
条件を制御すれば、フルフロート状態の管圧延における
スタマツク現象を除去することができ、管の肉厚及び外
径等を精度よく制御することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。第１
図に本発明法の適用された一実施例の全体構成図を示す
。本実施例はフルフロート方式のマンドレルミルに適用
したものであ如、図を簡単にするためロールスタンドが
３組の例を模式的に示している。なお前述したようにセ
ミフロート方式の場合であっても、バー駆動装置が切離
されているときは全くフルフロート方式と同様に扱って
よい。

第１図中、１〜３はロール、４はバー、５は管、６〜８
は圧延荷重検出計、９〜１１はロール駆動用電動機、１
２は速度制御装置、１３は管張力制御装置であり計算機
等を含んで形成されている。

速度制御装置１２において検出されたロール駆動用電動
機９〜１１の電流Ａｘ　（以下、添字■はロールスタン
ド番号を示すものとする。）、電圧ｖ１、回転数Ｗ１、
及び圧延荷重検出計６〜８により検出された圧延荷重Ｐ
Ｘが管張力制御装置１３に入力されている。

このように構成される実施例の制御手順を第２図に示す
フローチャートに沿って説明する。

まずステップ１０１において、管の先端が前方のロール
スタンドＫに咬み込まれたことを検出する毎に、以降の
ステップ１０２〜１１Ｇが実行されるのである。ステッ
プ１０２では次式（１）に示す周知の関数ｆによって各
ロールスタンドＩの圧延トルクＧ夏を算出し、 ＧＩ＝ｆ　（ＶＩ　、　ＡＩ、　Ｗｒ　）　””（１）
次のステップ１０３では次式（２）によって基準トルク
アームＬ夏を算出する。

いま任意の隣り合うロールスタンドＩ、（Ｉ＋１）間に
作用する全張力をＴ（、Ｉ＋Ｉ）と表わすと、次式（３
）が成立することが知られている。

（ｒ＋ｔ） Ｇｔ＝Ｐ夏Ｌｔ十Ｔ（へ−１）　・ＲｔＴｔ　・　Ｒ夏
　・・・・・・・・・（３）なお、式（３）においてＲ
１はロールスタンド間の有効カリバ径を表し、ロール出
側の管速度と等価な周速を有するカリバ半径である。ま
た、式（３）を変形すると、任意のロールスタンド間の
全張力Ｔ　（３＋１１は次式（４）で表わすことができ
、ステップ１０４において全てのロールスタンド間全張
力Ｔ（冑）（Ｉ＝１．２．・・・・・・、に−１）が算
出される。

前述したように、式（４）で得られる全張力Ｔ（ＩＩ＋
１）は管のみに作用する管張力と、バーに作用するバー
張力とを含んでいる。したがって、バー張力を消去して
管張力をめなければならない。そこで次に、バー張力の
算出法について説明する。

第３図（ａ）に示すように、ロールスタンド■の直下に
おいて、管５の内面とバー４の外面は圧延荷重Ｐｗを受
けて接触状態となっており、直下以外の部分は非接触と
なっている。いま第３図６）に示すように管５がロール
スタンド１にのみ咬み込まれているときのバー速度をＶ
ｍｌ、ロールスタンド１と２に咬み込まれているときの
バー速度をＶ１２とすると、管の速度Ｖｐはその先端位
置に応じて、第３図（ｂ）の図示線ＶＰのように変化す
る。同図から判るように、バー速度と管速度とが一致す
るピ（１１） ポットスタンドが唯一存在するが、他のロールスタンド
ではそれらの間に速度差が生じている。この速度差によ
ってバー４に張力が作用し、このバー張力ＴＲＩはクー
ロン摩擦の法則から次式（５）によりめられる。

ここでＶｐｒ　＊ロール人出側平均管速度ΔＶｐｔ　：
ロール人出側管速度差 μＩ　；圧延条件にて定まる摩擦係数 Ｖｍｘｒ管先端がロールスタンドＫに咬み込まれたとき
のバー速度 である。なお、第３図（ｂ）においてＶｌｌ　＊　Ｖｔ
２はそれぞれロールスタンド１，２のロール速度を示し
ている。ピボットスタンドＪは管が同時に咬み込まれて
いるロールスタンドの数Ｋによって変化するものである
。ピボットスタンドＪにおける管５とバー４間の摩擦力
は第４図（ｂ）に示すように変化する。つまり図示のよ
うにバー速度ＶＩＫに対し、ロール入側の管速度はｖＩ
と小さく、ロール出側（１２） の管速度はＶｏと大きくなっている。これによって、ピ
ボットスタンドＪのバー張力ＴＩＪは前方張力Ｔ　ＩＩ
Ｊｌ　と後方張力ＴＩＪ１１　との合成張力となる。

ところが、これらのＴ　ＩＪＩとＴｅＪｍはバー速度Ｖ
ＩＥと管速度ＶＰＪ（又はＶｔ　、　Ｖｏ　）によって
変化するので、前述のクーロン摩擦による式（５）では
めることができない。

そこでピボットスタンドＪにおけるバー張力ＴＩＪのめ
方について次に説明する。いまバー４の重量をＭｓバー
の速度をＶｔ区（ロールスタンドＫまで咬み込まれてい
るとする）とすると、バー４の力学方程式は次式（６）
のように表わすことができる。

・・・・・・・・・（６） す、バー４自体を動かす力である。即ち、バーのにより
生ずる摩擦力の和として表わされ、しかも（１３） その総和はフルフロート圧延であるから式（６）のよう
に零となる。

前記式（５）を式（６）に代入して、整理すると次式（
７）となる。

・・・・・・・・・（７） 式（７）を簡略化するため、α、βを次式（８）、　（
９）のように定義する。

これによって式（７）からバー速度ＶＩＫは次式（１１
で示すものとなる。なお同式中Ｖｌ（Ｋ−１）はロール
スタンドに咬み込み前のバー速度を表わすものである。

第２図に戻って、ステップ１０５は上記式〇〇に（１４
） 基づきバー速度ＶＢＫをめ、ステップ１０６は管速度Ｖ
Ｐ！を犀出しＮ　ＶｍｘとＶＰＩとからピボットスタン
ドＪを割り出す。次にステップ１０７に移行して、ピボ
ットスタンドＪを除く谷ロールスタンドＩ直下における
バー張力ＴＢＩを前式（５）によってめる。一方、ピボ
ットスタンドＪ直下におけるバー張力ＴＩＪは、式（６
）から次式（■υのようになる。

十・・・・・・＋Ｔｌ１（Ｋ−１）） ζ−（Ｔｍｔ＋Ｔａ鵞十〇１佳Ｔｌ（Ｊ−１）＋Ｔ＋＋
（、ｒ＋ｔ）＋Ｔ＋＋（ｘ−１））　・・・・・・・・
・０１）ＶＩＩＫ 式０υにおいてＭ７Ｈ−は摩擦力により張力に比して十
分小さいことから無視することができる。

このようにして、式（■υに基づいてステップ１０８に
おいて、ピボットスタンドＪのバー張力ＴＩＩＪがめら
れる。

次に式（５）と式（１１）によって全てのロールスタン
ド■直下におけるバー張力Ｔｍｔがまると、ステラ（１
５） プ１０９においてロールスタンドＴ、（Ｉ＋１）間の管
張力Ｔに；１）が次式ａ４によってめられる。

つづいて、ステップ１１０において、各ロールスタンド
Ｉ、　（１＋１）間に対応して定められた目標前張力Ｔ
ｒｏｔ”）＆、前ステップ１０９で得られた（Ｉ＋１　
） ＴＰＩ　との偏差をめ、次式α騰により表わされる制御
速度偏差ΔＮ夏を算出する。

ここで、ψ：回転数換算単位 Ｅ：ヤング率 Ａ：管断面積 Ｎ；ロールスタンド１に咬まれる前に 設定されている基準回転数 第１図図示達度制御装置１２では入力されるΔＮｘに基
づいて、各ロールスタンド■の速度を制御し、これによ
って各ロールスタンド１．（！＋１）間の管張力は目標
値に制御されることになる。

（１６） 上述したように、本実施例によれば、フルフロート方式
又はセミフロート方式による管圧延において、直接的に
検出することのできないバー張力を、ピボットスタンド
を含めて簡単な手段によってめることができることから
、各ロールスタンド間における管の張力を高精度で検出
することができる。これによって、管の張力制御精度が
向上され、ひいては圧延精度が向上されるという効果が
ある。

また機械的なバー張力検出装置を用いることなく、簡単
な手段によりバー張力を検知することができることから
、設備費が大幅に低減されるという効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、フロート状態に
ある芯金棒の張力を容易にめることができ、これによっ
て圧延ロールスタンド間の管にのみ作用する張力を検出
でき、その管張力を目標値に精度よく制御することがで
きるという効果がある。

（１７）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用された一実姉例装置の全体構成図
、第２図は本発明の一実施例の制御手順を示すフローチ
ャート、第３図−乎員及び第４図徊モ勧は説明図である
。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 （１８） ４１　目 特開昭ＧＯ−４Ｇ８０６（６） 第　λ　固 管［りＬみセソ墜ロールスタンドＫｌ出　１０１０−ル
ス７ンドＩ／１万涌Ｌドルクル、ｊＥ出　！八へ４３　
凪 ネ　４−　凪 り一七うｔＬず−Ｌ　。 １元Ｊ弔憔１−一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内部に挿入された芯金棒により内径が規制された素
   管を連続的に配置される複数組の圧延ロールスタンドを
   通して圧延する管圧延の張力制御方法において、各スタ
   ンドの圧延トルクと圧延荷重とを検出することにより各
   スタンド間の管と芯金棒とに作用する全張力をめ、与え
   られる管と芯金棒との摩擦係数と圧延荷重とから、管速
   度と芯金棒速度との相対速度方向が当該スタンドの入側
   出側にて反転するピボットスタンドを割出すとともに該
   ピボットスタンドを除く各スタンドにおけるそれぞれの
   芯金棒張力をめ、該芯金棒張力の和に負を乗じたものを
   前記ピボットスタンドにおける芯金棒張力とし、次に前
   記各スタンド間の全張力から対応するスタンドにおける
   芯金棒張力を減算して管張力をめ、該管張力が目標張力
   に一致するように圧延条件を制御することを特徴とする
   管圧延の張力制御方法。