JPH0221884B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は素管を圧延するマンドレルミルに係
り、特に、駆動装置により進行速度が制御される
マンドレルバーのスタンド間に位置した部分に働
く圧延方向の張力（以下、スタンド間のマンドレ
ルバー張力と略記する）を一定に保持するマンド
レルバー張力制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、継目無鋼管はビアサー（PIERCER）
等で穿孔された素管（以下シエルと称する）にマ
ンドレルバーを挿入した状態で、それぞれ溝付ロ
ールを有する複数のスタンドによつて、所定の肉
厚、長さおよび真円度が得られるように連続圧延
される。

このマンドレルバーと、溝付ロールを有する圧
延スタンドとで成るマンドレルミルは、孔型ロー
ルによる連続圧延機の一種であるが、シエル中に
マンドレルバーが存在することが線材、棒鋼等の
条鋼圧延と異つている。

かかるマンドレルミルは、マンドレルバーの操
作方法により二種類に大別できる。すなわち、そ
の第１の方法はマンドレルミルの入口テーブル上
でマンドレルバーをシエルに挿入し、圧延中はマ
ンドレルバーを操作することなく圧延を終了す
る、謂るフルフロート式と称されるものであり、
第２の方法はマンドレルミルの入口テーブル上で
マンドレルバーをシエルに挿入するものの、その
後圧延機に噛み込ませる前にマンドレルバーの基
端部をマンドレル推進ブロツクに固定するととも
にこのマンドレル推進ブロツクの進行速度を制御
しながら圧延を行う、例えば、MPM方式と称さ
れるものである。

本発明は上記２方式の中、マンドレルバーの動
きを拘束する後者の圧延方式に係わるもので、そ
の概要を以下に説明する。

先ず、第１図はマンドレルミルによつて圧延す
る場合の基本モデルを説明するための図で、１対
の溝付ロール１と、マンドレルバー２との間でシ
エル３が圧延される。ここで、溝付ロール１が複
数のスタンドの最初のスタンドに設けたものとす
れば、マンドレルバー２に対して後方張力T_Biが
作用するものの、前方張力T_Bi+1は零である。ま
た、シエル３に対しては後方張力T_niも前方張力
T_ni+1も作用せず、何れも零である。なお、マン
ドレルバーおよびシエルには圧縮力が作用する場
合もあるが、これを負の張力として取扱うことが
できるので、この圧縮力をも含めて以下張力と言
う。

この第１図において、圧延荷重をP_ip、圧延ト
ルクをG_ipとすると、圧延トルクG_ipは次式によつ
て示される。

G_ip＝T_Bi・＋2ai・P_ip ……(1) 但し、Riは溝付ロール１の形状、寸法および
シエルの圧延前後の寸法、形状、ならびに、マン
ドレルバー２の直径によつて決まる平均ロール半
径、aiは板材または条鋼等の圧延において一般に
2ai＝G_ip／P_ipと表わされる係数である。

ここで、マンドレルバー２とシエル３とは相対
的に移動するために、この両者の運動摩擦係数を
μiとすれば、後方張力T_Biは T_Bi＝2μi・Pio ……(2) となり、上記(1)，(2)式より圧延トルクGioは次式
で表わされる。

Gio＝（2μi・＋2ai）Pio ……(3) すなわち、この(3)式が、マンドレルバーを用い
て管材圧延を行う、無張力時における圧延荷重と
圧延トルクとの関係を示している。

以上は単一スタンドの場合であるが、マンドレ
ルミルは通常、複数のスタンドを有し、これによ
つて連続圧延されるので、マンドレルバーおよび
シエルにはそれぞれ前、後方張力が作用するた
め、圧延荷重と圧延トルクとの関係はより複雑に
なる。

第２図はこの関係を説明するための図で、便宜
上３つのスタンドｉ−１、ｉ、ｉ＋１によつてシ
エル２が圧延される状態を示している。

なお、隣接するスタンドの各ロール軸は互いに
90゜づつ異るが、ここでは図面の簡単化のために
全て同じに表わしている。

第２図において、ｉスタンドに注目すれば、マ
ンドレルバー２に対して後方張力T_Bi、前方張力
T_B（ｉ＋１）が、シエル３に対して後方張力T_ni、
前方張力T_n（ｉ＋１）がそれぞれ作用し、このｉ
スタンドの圧延トルクGiは次式で表わされる。

Gi＝T_Bi・Ri−T_B（ｉ＋１）・Ri＋2ai・Pi＋△
Gib−△Gif…(4) 但し、△Gibは、ｉスタンドより見てシエル３
に後方張力T_niが発生したことによるトルク変化
分、同様に△Gifは、ｉスタンドより見てシエル
３に前方張力Tm（ｉ＋１）が発生したことによ
るトルク変化分をそれぞれ表わしている。

一方、圧延方向の力の平衝によりマンドレルバ
ーの後方張力T_Biおよび前方張力T_B（ｉ＋１）は
次式で表わされる。

T_Bi＝2μi・Pi T_B（ｉ＋１）＝2μ（ｉ＋１）・Ｐ（ｉ＋１） ……(5) しかして、上記(1)〜(5)式はマンドレルミルによ
るシエル圧延の基本モデル式の一部であるが、こ
れらの式から理解されるように、マンドレルバー
に働くスタンド間張力T_BiおよびT_B（ｉ＋１）が
圧延状態に大きく影響することになる。

〔背景技術の問題点〕 ところで、マンドレルバーの動きを拘束する圧
延方式によつては、マンドレルバーの基端部をマ
ンドレル推進ブロツクによつて固定するととも
に、このマンドレル推進ブロツクを所定の速度で
移動させることになるが、このマンドレルブロツ
クを駆動する装置、すなわち、マンドレルバーの
駆動装置にトルク変動があつた場合、このトルク
変動によつて、マンドレルレバーの張力も大きく
変動することになる。

上述したモデル式から明らかなように、マンド
レルバーの張力が変動すればシエルに働く張力も
変動し、これが安定な圧延を妨げる原因になつて
いたにも拘わらず、従来のこの種のマンドレルミ
ルにあつては、スタンド間のマンドレルバー張力
の変動に対して何等の対策も採られず、この結
果、継目無鋼管の歩留りおよび品質の低下を招く
という欠点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明は上記の欠点を除去するためになされた
もので、マンドレルバー駆動装置にトルク変動が
あつた場合でも、スタンド間のマンドレルバー張
力を一定に保持することによつて圧延状態を安定
させ、高精度の継目無鋼管を得る事の出来るマン
ドレルミルのマンドレルバー張力制御装置の提供
を目的とする。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、駆動装
置により進行速度が制御されるマンドレルバーを
素管に挿入した状態で、それぞれ溝付ロールを有
する複数のスタンドに噛み込ませるマンドレルミ
ルにおいて、前記マンドレルバーの基端部の張力
を検出する張力検出装置と、設定により前記各ス
タンドのロール間〓基準信号を出力すると共に、
前記張力検出装置の張力信号に基づいて前記スタ
ンド間のマンドレルバー張力を演算し、且つ、前
記駆動装置のトルク変動による前記マンドレルバ
ーの基端部の張力変動に対して、演算された前記
マンドレルバー張力に対する変動分を吸収するよ
うに前記ロール間〓基準信号を補正するロール間
〓設定器と、このロール間〓設定器のロール間〓
基準信号に従つてロール圧下装置を制御するロー
ル間〓制御装置とを備えたことを特徴とするもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。

第３図は本発明のマンドレルバー張力制御装置
の構成を示すブロツク図で、第１〜第２スタンド
にそれぞれ設けられた溝付ロール１１，１２，１
３……１ｎによつてシエル３を所定の肉厚に圧延
する例を示している。

ここで、マンドレルバー２の基端部には、この
マンドレルバー２の張力を検出する張力検出装置
１０が設けられている。この張力検出装置１０は
マンドレルバー駆動装置の駆動トルクに基いて算
出するものであつてもよく、あるいは、荷重検出
器によつて直接検出するものでもよく、要はマン
ドレルバーの基端部の張力を検出し得るものであ
ればよい。

また各スタンドには、それぞれ溝付ロール間〓
基準信号を出力するとともに、張力検出装置１０
の張力信号に基いてマンドレルバー２のスタンド
間に位置する張力を演算し、且つ、ロール間隙基
準信号を補正するロール間隙設定器２１〜２ｎ
と、ロール圧下装置５１〜５ｎの位置に応じてロ
ール間隙を検出するロール間隙検出器４１〜４ｎ
と、ロール間隙設定器２１〜２ｎのロール間隙基
準信号およびロール間隙検出器４１〜４ｎのロー
ル間隙信号を入力することにより、両者の差が零
になるように圧下装置５１〜５ｎを制御し、結果
としてロール間隙をロール間隙基準に合致せしめ
るロール間隙制御装置３１〜３ｎとが設けられて
いる。

上記の如く構成されたマンドレルバー張力制御
装置の作用を、圧延理上周知であるモデル式と併
せて以下に説明する。

先ず、各スタンドの溝付ロール１１〜１ｎのロ
ール間隙は、圧延方向下流にゆくに従つて順に狭
く設定されており、シエル３の肉厚は徐々に薄く
なると同時に、その軸方向に長くなるようにして
圧延される。なお、ロール間隙はそれぞれロール
間隙設定器２１〜２ｎにより手動で設定される。

ところで、第１〜第ｎスタンドの中、第ｉスタ
ンドのロール間隙をhoi、ロール出側のシエル肉
厚をh1i、圧延荷重をPiとすれば次式が成立する。

h1i＝hoi＋Pi／Ｍ ……(6) 但し、Ｍはミル定数である。

一方、圧延荷重Piとマンドレルバー２のスタン
ド間に位置する部分の張力T_Biとは上記(5)式を代
入すれば次式が得られる。

h1i＝hoi＋KiT_Bi ……(7) 但し、Ki＝１／2μi・Ｍ である。

しかして、ロール間隙hoiとスタンド間のマン
ドレルバー張力T_Biを検出するならば、ロール出
側の肉厚h1iを所定の寸法に制御することができ
る。

しかしながら、スタンド間のマンドレルバー張
力T_Biを各ロール間で個別に検出することは難し
く、ここでは、張力検出装置１０の張力信号に基
いて、ロール間隙設定器２１〜２ｎがこれを求め
ている。

ここで張力検出装置１０の張力信号（以下検出
信号と言う）をT_Bとすると、 T_B＝_o 〓ⁱ⁼¹ T_Bi＝_o 〓ⁱ⁼¹ 2μi・Pi ……(8) となる。

今、マンドレルバーが第１のスタンドにのみ噛
み込まれている時の検出信号T_BをT_B1とすると、
マンドレルバーが第１および第２のスタンドに噛
み込まれている時の検出信号T_Bより、第１およ
び第２のスタンド間のマンドレルバー張力T_B2は T_B2＝T_B−T_B1 ……(9) によつて求めることができる。

また、マンドレルバーが第１〜第３スタンドに
噛込まれている時の検出信号T_Bより、第２およ
び第３スタンド間のマンドレルバー張力T_B3は T_B3＝T_B−（T_B1＋T_B2） ……(10) によつて求めることができる。

同様な考え方により、第（ｎ−１）および第ｎ
スタンド間のマンドレルバーの張力T_Boは T_Bo＝T_B−_o-1 〓ⁱ⁼¹ T_Bi ……(11) によつて求めることができる。

このようにして、スタンド間のマンドレルバー
張力T_B1，T_B2，……T_Boが求められるならば、張
力検出装置１０の検出信号の中、どのスタンド間
でどれ位を占めているかが明らかになる。したが
つて、マンドレルバー２を駆動する駆動装置にト
ルク変動を生じ、このトルク変動による張力検出
器の張力変動分を、どのスタンドでどれ位の重味
づけで補正すればよいかを求めることができる。

そこで、ロール間隙設定器２１〜２ｎはマンド
レルバー２が各スタンドに噛み込まれる毎に、張
力検出装置１０の検出信号を記憶するとともに上
記(9)〜(11)式に従つてマンドレルバー張力を演算
し、さらに、駆動装置のトルク変動による張力検
出装置１０の張力変動信号が加えられたとき、ス
タンド間のマンドレルバー張力の大きさに応じて
ロール間隙基準信号を補正するものである。ただ
し、この補正には上記(7)式が用いられる。すなわ
ち、ロール出側肉厚h1iは(7)式に示すように、ロ
ール間隙h0iとマンドレルバー張力T_Biにより決定
されるが、マンドレルバー張力TBiの変動に起因
するロール出側のシエル肉厚の変動は、ロール間
隙h0iを補正することにより出側肉厚の均一な圧
延が得られる。この場合、マンドレルバー張力変
動と出側シエル肉厚変動の関係は、実験または実
験結果から影響係数の考えを用いて数式化するこ
とにより明確にできる。

なお、制御を簡略化するために、マンドレルバ
ー張力の少ないスタンドにあつてはこれらの制御
を省略してもよい。

一方、ロール間隙制御装置３１〜３ｎは、ロー
ル間隙設定器２１〜２ｎのロール間隙基準信号お
よびロール間隙検出器４１〜４ｎのロール間隙検
出信号を突き合わせて、各スタンドのロール間隙
を設定間隙に制御している。

次に、第４図はマンドレルバー張力検出装置１
０を説明するために、マンドレルバーの駆動系統
を示したもので、走行装置４はマンドレルバー２
の基端部を保持した状態で走行し、先ずシエル３
にマンドレルバー２を挿入し、次いで、スタンド
の溝付ロール１に噛み込ませる。また、走行装置
４は図示しない速度制御装置を有する電動機６に
よつて駆動される。

ここで、マンドレルバー２の基端部の張力を検
出するために、電動機６の電流を検出する電流検
出器８と、この電圧を検出する電圧検出器９と、
電動機軸の角速度を検出する回転速度計７とが設
けられ、これらの検出器の信号が張力検出装置１
０に加えられる。張力検出装置１０は検出された
電流信号Ia、電圧信号Vaおよび角速度信号ωBに
基いて先ずマンドレルバー作動トルクG_Bを次式
によつて求める。

G_B＝β・（Va−laRa）Ia／ω_B ……(12) ただし、βは走行装置４の仕様によつて決まる
定数 IaRaは電機子の電圧降下である。

次いで、張力検出装置１０は次式によつてマン
ドレルバー張力T_Bを演算する。

G_B〓_B＝T_BV_B＋α_B ……(13) ただし、V_Bはマンドレルバーの運動速度 α_Bは走行装置４の仕様によつて決まる定数であ
る。

このマンドレルバーの運動速度V_Bはこれが塑
性変形しない剛体であり、角速度ω_Bと走行装置
４の減速比とによつて容易に求めることができ
る。

また、マンドレルバーの基端部の張力を検出す
る方法はこれに限らず例えば、荷重検出器によつ
て直接検出することも可能である。第５図はこれ
を示したもので、同図ａ，ｂはマンドレルバー推
進ブロツク５に荷重検出器６１を設置した例で、
同図ｃはマンドレルバー作動制御ビーム６２と作
動棒６３とを、荷重検出器６１を介して連結して
おくことにより、マンドレルバー２にかかる張力
T_Bを検出する例である。

一方マンドレルバーを作動させる装置として油
圧機構が採用されている場合には作動中の油圧を
検出してマンドレルバーの基端部の張力を検出す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明によつて明らかな如く、本発明のマ
ンドレルバー張力制御装置によれば、マンドレル
バー等の心金を用いた段付ロールによる連続圧延
時に、マンドレルバーを駆動する駆動装置にトル
ク変動があつた場合でも、マンドレルバーのスタ
ンド間張力を検出し、このスタンド間張力に応じ
てロール間隙を補正しているので、マンドレルバ
ーのスタンド間張力は常に一定に保たれ、この結
果、シエルの肉厚、真円度を略一定に維持するこ
とができ、高品質の継目無鋼管を製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はマンドレルミルによつて
素管を圧延する場合の基本モデルを示すための圧
延状態図、第３図は本発明によるマンドレルバー
張力制御装置の一実施例の構成を、圧延系統と併
せて示したブロツク図、第４図は同実施例を構成
する主要な要素の構成および作用を説明するため
に、マンドレルバー駆動装置と併せて示したブロ
ツク図、第５図は本発明によるマンドレルバー駆
動装置の他の実施例の構成を説明するために、主
要な要素の取付状態を示した図である。 １，１１〜１ｎ…溝付ロール、２…マンドレル
バー、３…素管、４…走行装置、５…マンドレル
バー推進ブロツク、６…電動機、７…角速度検出
器、８…電流検出器、９…電圧検出器、１０…張
力検出装置、２１〜２ｎ…ロール間隙設定器、３
１〜３ｎ…ロール間隙制御装置、４１〜４ｎ…ロ
ール間隙検出器、５１〜５ｎ…圧下装置、６１…
荷重検出器、６２…マンドレルバー作動制御ビー
ム、６３…作動棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動装置により進行速度が制御されるマンド
   レルバーを素管に挿入した状態で、それぞれ溝付
   ロールを有する複数のスタンドに噛み込ませるマ
   ンドレルミルにおいて、前記マンドレルバーの基
   端部の張力を検出する張力検出装置と、設定によ
   り前記各スタンドのロール間〓基準信号を出力す
   ると共に、前記張力検出装置の張力信号に基づい
   て前記スタンド間のマンドレルバー張力を演算
   し、且つ、前記駆動装置のトルク変動による前記
   マンドルバーの基端部の張力変動に対して、演算
   された前記マンドレルバー張力に対する変動分を
   吸収するように前記ロール間〓基準信号を補正す
   るロール間〓設定器と、このロール間〓設定器の
   ロール間〓基準信号に従つてロール圧下装置を制
   御するロール間〓制御装置とを備えたことを特徴
   とするマンドレルミルのマンドレルバー張力制御
   装置。 ２ 前記張力検出装置は、前記駆動装置の駆動ト
   ルクに基いて前記マンドレルバーの基端部の張力
   を検出することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のマンドレルミルのマンドレルバー張力制
   御装置。 ３ 前記張力検出装置として荷重検出器を用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマ
   ンドレルミルのマンドレルバー張力制御装置。