JPH03291109A - 圧延管の外径制御方法 - 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、圧延機による圧延の結果として得られる圧延
管の外径制御方法に関し、特に継目無管の仕上げ圧延に
用いられるサイプ等、カリバーロールを有する複数のス
タンドを並設してなる圧延機における圧延管の外径制御
方法に関する。

〔従来の技術〕

継目無管は、加熱炉内にて所定温度にまで均一加熱され
た丸鋼片を、ピアサ及び必要に応して更にエロンゲータ
に送給して穿孔圧延し、得られた中空厚肉の素管を、プ
ラグミル、アワセルミルマンドレルミル等の延伸圧延機
に送給して肉厚を滅じつつ延伸し、これにより得られた
素管を、直接、又はリーラによる磨管工程を経た後、サ
イプに送給して所定の外径に仕上げ圧延する手順にて得
られる。サイプは、夫々の周面の全周に亘って形成した
半円形の窪みを相互に対向せしめることにより円形の孔
型（カリバー）を形成するようになした一対のカリバー
ロールを、素管の送給経路に沿って並設した複数スタン
ド（−船釣には５〜７スタンド）の夫々に備えてなる圧
延機である。

前記素管は、各スタンドのカリバーロールにより、前記
孔型に挿通された状態にて圧下を加えられて所定の外径
に順次仕上げられるが、この際、素管の周方向に均一な
圧下を加えるべく、相隣するスタンドのカリバーロール
は、前記素管の管軸を中心として所定角度（通常は９０
６）をなして傾斜せしめて設置しである。

さて以上の如きサイプでの圧延に際し、従来、カリバー
ロールの圧下位置は所定の初期設定位置にて固定されて
いたが、サイプに送給される素管は、該サイプに前置さ
れた各種の圧延機での圧延を経て長平方向に不均一な温
度分布を有しており、これが同一条件下にて圧下を受け
る結果、外径の仕上げ精度の向上に限界があった。そこ
で、前記素管の表面温度をサイプ入側において連続的に
計測し、この結果に基づいて圧延時の予測温度を回帰式
を用いて求め、前記複数のスタンドの内、所定スタンド
のカリバーロールの圧下位置を、得られた予測圧延温度
に対して適正な圧下を与えるべく、前記素管の変形抵抗
を考慮して自動調節することにより外径精度の向上を図
った外径制御方法が実用化されている。なお圧下位置の
調整対象スタンドとしては、通常、最終スタンド及びそ
の１つ前のスタンドが用いられており、また前述の変形
抵抗は、サイプ出側での外径の実測結果をフィードバッ
ク信号として用いることにより適応修正されている。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 ところがこのような外径制御方法を実施した場合、過酷
な圧下条件下に曝される調整対象スタンドのカリバーロ
ールにおいて、摩耗の進行により孔型形状が変化し、こ
の形状変化に起因する外径誤差が製品管に生じ、十分な
外径精度が得られないという難点があった。

カリバーロールの摩耗を考慮した外径制御方法は、特開
昭５５−１１２１１０号公報及び特開昭５９−９４５１
４号公報に提案されている。ところが前者は、カリバー
ロールの摩耗量の検出を前提としたものであり、この検
出をオンラインにて行うことが不可能であることから、
実用化し得ない方法であると言える。一方後者は、ロー
ル摩耗量と圧延本数との間に比例関係が成立することを
前提とし、累積圧延本数からロール摩耗量を予測して、
この予測結果に基づいてカリバーロールの圧下位置を補
正する方法であり、摩耗量を検出することな〈実施可能
であるが、前述の前提に基づく予測結果は実際のロール
摩耗量に対応せず、この方法の実施により十分な外径精
度の向上が図れないという難点があった。

以上のことがらサイプの実際の操業においては、オペレ
ータがサイプ出側における外径の実測結果と目標外径と
の偏差を常時監視し、両者の比較結果に基づいて目標外
径の設定を手動にて修正して、カリバーロールの摩耗に
起因する外径誤差の発生に対処しているのが実状であり
、オペレータに繁雑な監視作業が強いられる上、前記修
正量の決定にあいまいさを伴うという難点があった。

一方、サイプ入側にて計測した素管温度から予測される
圧延温度に基づいて行われる圧下位置調節においては、
前記予測が回帰式にて行われており、この回帰式の係数
が、圧延すべき管の材質及び肉厚、カリバーサイズ、並
びに計測される温度区分毎に異なるため、前記予測を行
う計算機の処理内容が膨大なものとなり、該計算機の保
守性に問題が生じるという難点があった。またサイプ入
側温度変動等の不確定外乱の存在に対処するため、サイ
プ出側の温度検出値をフィードバック信号として用い、
前記回帰式中の係数を修正することが行われているが、
この修正に確定的な手法が確立されておらず、圧延温度
の予測精度に問題があり、この予測温度に基づいて行わ
れる圧下位置調整により得られる圧延管に高い外径精度
を期待できないという難点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、カリ
バーロールの摩耗量を正しく予測でき、この予測結果に
基づく圧下位置調節により高い外径精度が得られると共
に、また圧延温度の予測を容易にしかも精度良く行え、
圧延管の外径精度を大幅に向上させ得る圧延管の外径制
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〕

本発明に係る圧延管の外径制御方法は、複数のスタンド
を備えた圧延機に素管を送給し、各スタンドのカリバー
ロールにて圧下を加えて圧延管を得るに際し、該圧延管
の外径を目標外径に一致せしめるべく所定スタンドのカ
リバーロール圧下位置を調節する圧延管の外径制御方法
において、前記所定スタンドのカリバーロールに生じて
いる摩耗量を、該所定スタンドでの累積圧延本数又は前
記カリバーロールの累積圧延荷重を変数とする非線形関
数を用いて求め、この結果に基づいて前記圧下位置を補
正することを特徴とし、更にこれに加えて、前記所定ス
タンドでの圧延温度又は圧延荷重を、前記圧延機の入側
での前記素管の温度検出値を入力とする線形予測モデル
により予測し、この結果に基づいて前記圧下位置の調節
を行うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、圧下位置の調節対象スタントノカリ
バーロールに生している摩耗１０、このカリバーロール
における累積圧延本数又は累積圧下荷重を変数とする非
線形関数（例えば指数関数）を用いて予測し、この結果
により前記カリバーロールの圧下位置を補正して、該カ
リバーロールの摩耗に起因する外径誤差の発生を未然に
防止し、また前記スタンドにおける圧延温度、又はこれ
に圧延時の変形抵抗を考慮して得られる圧延荷重を、圧
延機入側での素管温度を入力とする線形予測モデルにて
予測することにより、前記圧延温度又は圧延荷重の予測
精度を向上せしめ、外径精度の更なる向上を図る。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係る圧延管の外径制御方法（以下本
発明方法という）のサイプでの実施状態を示す模式図で
ある。

図中１は、継目無管製造の最終段階において仕上げ圧延
を行うために用いられるサイプであり、これに前置され
た各種圧延機での圧、−１こより得られた素管２が、そ
の管軸方向に図中に白抜矢符にて示す如く送給されてい
る。サイプ１は、素管２の送給経路に沿って７つのスタ
ンド８１〜Ｓ７を並設してなり、各スタンド８１〜Ｓ７
には各一対のカリバーロール１０．１０が設置しである
。カリバ−ロール１０．１０は、夫々の周面に全周に亘
って半円形の窪み１１，１１を有しており、これらを相
互に対向させて円形の孔型（カリバー）を形成するよう
になした圧延ロールであり、各スタンドＳ、〜Ｓ１にお
けるカリバーロール１０．１０の設置は、夫々のカリバ
ーが素管２の軸心に一致し、相隣するスタンド間にて、
図示の如（素管２の周方向に相互に９０°づつ傾斜せし
めてなされている。サイプ１に送給される素管２は、各
スタンドＳ＋−５ｔのカリバーロール１０，１０間によ
り、夫々のカリノ＼−に挿通された状態にて所定の圧下
を加えられ製品管３となって送出される。この際、スタ
ンドＳＩ〜Ｓ７のカリバーロール１０．１０は、相互に
前述した如（傾斜せしめて設置しであるから、素管２の
全周に亘って均一な圧下が加えられ、周方向に外径偏差
のない製品管が得られる。

このようなサイプ１において本発明方法は、製品管３の
外径を所定の目標外径に一致せしめるべく、例えば前記
スタンド３１〜Ｓ７の内、最終スタンドＳ、及びこれよ
りも１つ前のスタンドＳ６を対象スタンドとし、これら
のカリバーロール１０゜１０において圧下位置の調節を
なすことにより実施される。本発明方法の実施のため、
サイプ１の入側には素管２の温度を検出する入側温度計
１２及び送給される素管２の本数を計数する計数器１３
が、また出側には製品管３の温度を検出する出側温度計
１４及び製品管３の仕上げ外径を検出する外径検出器１
５が夫々配設してあり、更に調節対象となるスタンドＳ
、、Ｓ、には、夫々のカリバーロール１０１０での圧延
荷重を検出する圧延荷重計１６．１７が夫々配設しであ
る。これらの検出器の検出結果は、圧下位置演算部２０
に与えられており、これらの入力に基づいて圧下位置演
算部２０は、前記目標外径に一致させるために必要な圧
下位置を後述の如く算出し、対象スタンドＳｂ、Ｓｑの
圧下位置調節手段２６．２７！こ圧下位置指令を出力す
る動作をなし、この指令に従う圧下位置調節手段２６．
２７の動作により、前記スタンドＳ、、Ｓｔにおけるカ
リバーロール１０．１０の圧下位置が調節される。

さて本発明者等は、まずカリバーロール１０．１０に生
しる摩耗による外径誤差の発生を解消するため、前述の
サイプｌにおいて、制御対象となるスタンド５６．８７
のカリバーロール１０．１０に生しるロール摩耗量を調
べた。この結果は第２図に示す如くであり、カリバーロ
ール１０．１０のロール摩耗量δと累積圧延本数Ｎとの
間には、従来成立するとされてきた線形の対応関係では
なく、非線形の対応関係、特に指数関数にて表される対
応関係が成立することを知見した。そこでこの結果に基
づき、スタンドＳ６．Ｓ７におけるロール摩耗量δ、。

δ、を、圧延本数Ｎを変数とする指数関数にて表現する
次式を得た。

δ６＝Ａ、・Ｎ！＠　　・・・（１） １５、二Ａ７・Ｎ　ａ　１１　　　・・・（２）これら
の式中の係数Ａｂ及びＡ？、並びに指数ａｍは、第２図
に示す実測結果に基づき、例えば最小２乗法を用いて決
定できる。

また圧延本数Ｎに換えて、前記スタンドＳｉ、、Ｓ’ｔ
のカリバーロール１０．１０における累積圧延荷重とロ
ール摩耗量δとの関係を調べた結果、同様に指数関数に
より表される対応関係が成立し、（１ン弐及び（２）式
と同様の式が得られることが明らかとなった。即ち本発
明方法においては、累積圧延本数Ｎ又は累積圧延荷重を
変数とする指数関数によりロール摩耗量δ６及びδ７が
決定される。

前記＋１１式及び（２）式は、圧下位置演算部２０内に
設定してあり、圧下位置演算部２０は、計数罷工３によ
る計数結果をこれらの式に適用し、現状のロール摩耗量
δ６．δ７を求め、これを解消するために必要な圧下位
置補正量を演算する。ｆｌｉ式及び（２）式における係
数Ａｂ、Ａｑは、初期の設定値をそのまま連続的に用い
てもよいが、素管２の温度変動、素管２の材質変化等の
外乱要因に対応せしめるためには、前記Ａ　ｂ、　Ａ　
ｖを、例えば次式により逐次適応修正するのが望ましい
。

Ａｓ（ｉ＋Ｎ＞　＝Ａ、（ｊ＋Ｎ−１）　＋Ｇｂ　Ｃ（
Ｄａ（ｉ＋Ｎ）−２０６（ｉ＋Ｎ−１）＋Ｄ６（ｉ＋Ｎ
−２））＋０６（ｉ）　　２Ｄ６（ｉ−１）　＋　０６
（ｉ−２））　）・・・（３）Ａ７（ｉ＋Ｎ）＝Ａ７（
ｉ＋Ｎ−１）＋Ｇ７　Ｌ　（Ｄｔ（ｉ＋Ｎ）−２Ｄ７（
ｉ＋Ｎ−１）＋Ｄｔ（ｉ＋Ｎ−２）１（Ｏｙ（４）　　
２１１１ｒ（ｉ−１）　＋　ＤｔＣｉ−２）　ｌ　３・
・・（４）但しこれらの式中、ｉは修正回数、Ｎは前述
した如く圧延本数であり、またＧｂ、Ｇ’ｒはスタンド
Ｓ　６＋　３１の夫々に対して設定されたゲインである
。

更にＤ６及びり、は、外径検出器１５にて検出される製
品管３の外径実測値と目標外径との偏差であり、前者は
スタンドＳ６での圧下力付与方向にて検出された外径実
測値を、また後者はスタンｌ”ｓ。

での圧下力付与方向にて検出された外径実測値を夫々用
いて算出される。なお（３）弐及び（４）式は、先の修
正時点における外径偏差と現状の外径偏差とにおける２
階微分値の差に基づ（適応修正の式であるが、他の修正
式を用いてもよいことは言うまでもない。

また本発明者等は、サイプ１に送給される素管２の温度
（入側温度）と、該素管２の圧延によりサイプ１から送
出される製品管３の温度（出側温度）とを、入側温度計
１２と出側温度計１３とにより夫々検出して第３図に示
す結果を得た。更に、種々の入側温度を有する素管２が
制御対象スタンドＳ６．Ｓｔにて圧延される際の圧延荷
重を、各別の圧延荷重計１６．１７にて検出し第４図及
び第５図に示す結果を得た。これらの図から本発明者ら
は、入側温度と出側温度との間、及び入側温度とスタン
ドＳ６．Ｓｔでの圧延荷重との間には、いずれも線形関
数にて近似可能な相関関係が成立し、入側温度を入力と
し出側温度又はスタンドＳ、、Ｓ、での圧延荷重を出力
とする第６図に示す如き線形予測モデル（＾ＲＭＡモデ
ル）の構成が可能であることを知見した。この線形予測
モデルは、次の形式にて定式化される。

但し、 Ａ＝１＋ａ＋Ｑ−皿＋、４．＋ａｎＱ−’Ｂ＝　ｂｇ　
＋　ｂ＋Ｑ−’＋・・・＋ｂ、ｑ−７Ｃ＝１＋Ｃ＋Ｑ−
１＋・・・＋ＣｐＱ−ｐこの式中のｕ（ｋｌは入力、即
ち入側温度であり、またｙ（ｋｌは出力、即ち出側温度
又番よスタンドＳｂ＋Ｓ、での圧延荷重である。また、
ｒ（ｋＨよ式誤差信号、ｅ（ｋｌは白色ノイズであり、
変数ｋＡま圧延本数（ｋ＝１．２．・・・Ｎ）を示す。

更に、Ｑ−Ｊ（ｊ＝１．２・・・）番よ、ｊステップ遅
れ演算子であって、これらの係数である未知パラメータ
ａｊ＋ｂｊ＋ｃｊはし）ずれも、第３図又は第４．第５
図に示す結果から、例えシヨ最／１＼２乗法を用いて決
定される。

ここで次のへクトルな定義すると、 ζ”　（ｋｌ＝　（−ｙ（ｋ−１）、−、−ｙ（ｋ−ｎ
）、ｕ（ｋ−１）、・＝、ｕ（ｋ−ｎ）。

ｒ（ｋ−ＩＬ−、−ｒ（ｋ−ｐ））　　−（６’１θ”
　＝　（ａ＋＋”’＋ａｎ　＋ｂ＋＋”’＋Ｆ　＋ＣＩ
＋”’＋Ｃｐ　）−（７＞（５）式は次式の如く書ける
。

ｙＣｋ）＝＝ζ丁　（ト））θ＋（、（ｋ）　　・・・
（８）この（８）式に最小２乗法を通用すると次のオン
ラインアルゴリズムを得ることができる。

Ｔ＝Ｔ（ｋ １） 但し、０〈λ（ト））≦ｌ、ｒ（０）＞０であり、で”
ｌｋｌ”　（−ｙ（ｋ−１）＋−＋−ｙ（ｂ−ｎ）、ｔ
＋ｔ＋＜＋、　−、ｕ（ｋ−ｒ（ｋ−１）、・・・、−
闇に−ｐ）ＩＴＴ昏）＝　（ａ＋（ｋ）、・・・、ａ、
（ｋＬｂ＋（ｋ）、・・・、ｂ、（ｋ）。

ｃｌ（ｋ）＋・・・、−雇１） ｎ） である。

以上の結果から出力の予測値テ（ｋＨよ、（ｋ−１）回
目、即ち１回前の予測時点におけるノくラメータ推定値
と、ｋ回目、即ち現状の入力値と力・ら次式により求め
られる。

ｙ　（ｋ）＝　−’、１．Ｂ７　ｙ（ｋ−ｊ）　＋　’
、Ｅ、Ｊ　ｕ　（ｋ−ｊ）　・＝αυ以上の演算は、圧
下位置演算部２０内にお６ｓで、入側温度計１２による
入側温度の検出値、及び出側温度計１４による出側温度
の検出値又は圧延荷重計１６．１７によるスタンドＳｂ
、Ｓｔでの圧延荷重の検出値を用いて行われ、この結果
に基づき決定される圧下位置をスタンドＳ６及びスタン
ドＳ７４こて実現すべく、圧下位置調節手段２６．２７
に圧下位置指令が出力される。なおこの際、前記（１）
式及び（２）式にて演算されるロール摩耗量δ６及びδ
、に基づき、前記圧下指令が補正されるのは前述した如
くである。

なお本実施例においては、継目無管の製造工程の最終段
階において仕上げ圧延のために用し）られるサイプへの
通用例について説明したが、本発明方法は、夫々にカリ
バ−ロールを備えた複数スタンドを有するあらゆる種類
の圧延機での圧延管の製造において適用可能である。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、圧下位置の制
御対象スタンドのカリバーロールに生している摩耗量が
、このカリバーロールにおける累積圧延本数又は累積圧
下荷重を変数とする非線形関数により正確に予測でき、
この結果に基づいて前記カリバーロールの圧下位置を補
正するから、該カリバーロールの摩耗に起因する外径誤
差の発生を防止し得る。更に、制御対象スタンドにおけ
る圧延温度、又はこれに圧延時の変形抵抗を考慮して得
られる圧延荷重が、圧延機入側での素管温度を入力とす
る線形予測モデルにより容易にしかも正確に予測でき、
圧延温度又は圧延荷重の見積もり誤差に起因する外径誤
差の発生を防止でき、高い外径精度を有する圧延管を提
供できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイプにおける本発明方法の実施状態を示す模
式図、第２図は圧延本数とロール摩耗量との関係を示す
グラフ、第３図はサイプの入側温度と出側温度との関係
を示すグラフ、第４図及び第５図はサイプの入側温度と
制御対象スタンドでの圧延荷重との関係を示すグラフ、
第６図は線形予測モデルのブロック線図である。 工・・・サイプ　　２・・・素管　　３・・・製品管１
２・・・入側温度計　　１３・・・係数器　　１４・・
・出側温度計　　１５・・・外径検出器　１６．１７・
・・圧延荷重計２０・・・圧下位置演算部 特　許　出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のスタンドを備えた圧延機に素管を送給し、各
   スタンドのカリバーロールにて圧下を加えて圧延管を得
   るに際し、該圧延管の外径を目標外径に一致せしめるべ
   く所定スタンドのカリバーロール圧下位置を調節する圧
   延管の外径制御方法において、 前記所定スタンドのカリバーロールに生じ ている摩耗量を、該所定スタンドでの累積圧延本数又は
   前記カリバーロールの累積圧延荷重を変数とする非線形
   関数を用いて求め、この結果に基づいて前記圧下位置を
   補正することを特徴とする圧延管の外径制御方法。 ２、前記所定スタンドでの圧延温度又は圧延荷重を、前
   記素管の温度検出値を入力とする線形予測モデルにより
   予測し、この結果に基づいて前記圧下位置の調節を行う
   請求項１記載の圧延管の外径制御方法。