JPS60221107A - 管材圧延に於ける張力検出法及び張力制御法 - 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〕 本発明は管材圧延機に関し、特にセミフロート式マンド
レルミルと呼ばれる管材圧延機に於ける管材の張力検出
法及び張力制御法に関する。

〔発明の背景〕

一般の管材の圧延機に於ける圧延作業状態の正面図を第
１図に示す。管材１の内面にはマンドレルバ−２が挿入
され、管材１の外面からは対になって回転するカリバロ
ール３が管材１を圧延している。カリバロール３は対に
なって配置され、大地に対し４５度傾斜している。この
カリバロール対は複数のスタンドに設けられておシ管材
を連続して圧延するようになっている。そしてカリパロ
ール対は隣接するスタンド間では互いに９０度交差して
配置さ、れている。そしてカリバロール３はロードセル
４によって管材１に圧延荷重をかけ、図示しない駆動電
動機によって回転するものでおる。

そして管材１の連続圧舛機には、フルフロート式マンド
レルミルとセミフロート式マンドレルミルと呼ばれる２
種類のものがある。前者は圧延作業中にマンドレルバー
２を拘束するものではなく、マンドレルバ−２の挿入さ
れた管材１はフリーの状態で、回転するカリバロール３
に送シ込まれるものである。後者は圧延作業中にリテー
ナ５という保持装置によりマンドレルバ−２を拘束し、
このリテーナ５を駆動電動機によって一定速度で移動さ
せることにより、マンドレルバ−２を一定速度でカリパ
ロール３に送り込み各スタンド間を走行させるものであ
る。このセミフロート式マンドレルミルは管材１がカリ
パロール３に咬み込まれる通管時、あるいは管材１がカ
リバロール３から抜は出る管尻抜時におけるマンドレル
バ−の速度変化に起因する圧延状態の過渡的変化がなく
、またマンドレルバ−２の長さが短くて済む等の利点が
あるため最近実用化されたものである。

この事情を第２図〜第５図において示す。フルフロート
式は第２図に示すようにマンドレルバ−２を拘束しない
ため第３図に示すように管材１およびマンドレルバ−２
の速度が、圧延作業の進行によって圧延作業を行うスタ
ンドの数が増えるに従い、増加するものでφる。この増
加する理由は、管材１を咬み込んで回転するを行うカリ
バ四−ル３の数が増えるためと、圧延作業の進行に従い
管材１の肉厚が変化し従ってカリバロール３０回転速度
を速くし管材１を速いスピードで送らなければならない
ためである。セミ７日−ド式は第４図に示すようにマン
ドレルバ−２をリテーナ５により拘束しマンドレルバ−
２の走行する速度を強制的に一定としている。このため
管材１とマンドレルバー２の速度変化は第５図のように
なる。なお、セミフロート式マンドレルミルにおいては
マンドレルバ−ｔ”拘束しているため、マンドレルバ−
２の張力が測定でき従って管材１の張力を制御し易いと
いう利点も有する。

〔背景技術の問題点〕

管材張力は変化する圧延状態に対応して適正な値に保っ
ておくことが望ましい。この適正な値とは零又はやや正
の値をいう。すなわち、管材張力が負になると管材が波
打ち所望の均一な肉厚を得ることができないからでワシ
、管材張力が大きな正の値になると管材１の肉厚が所望
の肉厚よりも薄いものとなってしまうからである。また
、管材張力をこの適正な値に保っておくことは圧延後の
管材の外形、肉厚を一様にするためだけではなく、通管
時の咬み止り、疵の発生を防止する点からもぜひとも必
要なことである。

ところが、従来の管材圧延機においては、圧延作業がカ
リバロールとマンドレルバーとの間で行われ変形機構が
極めて複雑なこと、潤滑材の影響が無視できないこと、
解析モデルの不正確さ等のために十分に正確な管材張力
検出法及び管材張力制御法が実用化されるに到っていな
いのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来よシも更に正確な管材張力の検出法
及び管材張力制御法を提供することを目的とするもので
ある。

〔発明の概要〕

本来、各スタンド間における管材の張力は、各スタンド
間における管材とマンドレルバ−とのスラスト係数、マ
ンドレルバ−の張力、各カリパロール対の圧延荷重およ
びロール圧延トルクを用いて演算されるものである。

しかし従来はこのうちのスラスト係数の値に一定値を採
用し圧延状態の変化に従ってスラスト係数も変化するこ
とを考慮していなかった。本発明はこの点に着目するも
のであシ、管材とマンドレルバ−との間のスラスト係数
を圧延作業中の圧延状態の変化から補正し、これによっ
て管材張力を精度よく検出するものであシ、またこの高
精度の管材張力検出法を利用して管材張力（肩精度に制
御しようとするものである。

すなわち本発明の要旨は以下のようになる。まず各スタ
ンドに設けた圧延荷重検出器によって各カリバロール対
の圧延荷重を検出し、また、各カリバロールを回転させ
る駆７］’！動機およびリテーナの駆動電動機の電流電
圧および回転速度を検出する。そして、管材が各カリバ
ロールに咬み込まれた直後における前記圧延荷重、電流
、電圧および回転速度によって演算したマンドレルバ−
の各スタンドにおける張力を用いて各スタンド間におけ
る管材とマンドレルバ−との初期スラスト係数を演算す
る。次に、管材が各カリバロールに咬み込まれた後の圧
延中においては、相隣り合うスタンド間の管材の張力差
には時間的変動がないことに着目することにより、前記
圧延荷重、電流、電圧および回転速度の変化から前記初
期スラスト係数を補正して圧延中の現実に近いスラスト
係数をめる。そしてこの補正したスラスト係数を用いて
従来と同様に圧延中の管材の張力を演算するものである
。

〔発明の理論〕

管材の圧延はカリバロール対とマンドレルバ−との間で
行われるものであシ前述した第１図に示すように３次元
現象であるが、現象を明確に把握するため第６図に示す
ように２次元的に取り扱うものとする。この第６図よシ
明らかなように１番目のスタンド（以下ム１スタンドと
呼ぶ）とｉ＋１番目のスタンド（以下＆ｉ＋１スタンド
という）向における張力には、管材張力Ｔｓ１とマンド
レルバ−張力Ｔｕｔとがある。ここでこれらの張力は圧
縮力である場合もあシ、その場合にはこの張力の値は負
となるものである。マンドレルバ−張力Ｔ　ｍ　＋　ハ
管材１とマンドレルバ−２の間のスラスト力（摩擦力）
によって発生するカであり、第７図に示すように、Ｉ６
１スタンドとＡｉ＋１スタンドの間におけるスラスト係
数（摩擦係数）をμｌとすればマンドレルバーは、各ス
タンドからＰ１μ鳳なる力を各々受ける。よって各スタ
ンド間のマンドレルバ−張力Ｔｍ＋は と表わされる。今、スタンド間の釣合を考えると、但し
　ＧＩ　；ロール圧延トルク ＰＩ　：圧延荷重 ｔＩ　：トルクアーム Ｒｉ：カリバロール形式、圧下率（カリバロール対の隙
間が、圧延方向に 進むに従って、減少する率をいう）、 マンドレルバ−径により決まる平 均ロール半径 Ｔａｓ　ニジエルの張力 Ｔ［１，：ｌマンドレルバ−の張力 である。上記（２）式に（１）式を代入し、更に相隣シ
合うスタンド間で差分をと、ｐ、Ｔｇｉについて整理す
ると ・・・・・・・・・（３） となる。さて、上記（３）式の右辺のうちＰＫは各スタ
ンドの荷重検出器により検出でき、甲はロール駆動電動
機の電流工、電圧■、回転数ωよシ但し　Ｊ　：ロール
電動機系の慣性モーメント Ｇｔ、ｏｓｓ　：摩擦損失 と表わせ演算が可能でおる。更にｔ鳳は前方張力が零の
ときのトルクアームとして前記（２）式よりとして演算
できる。

次に、管材１とマンドレルバ−２との間の初期スラスト
係数μ烏０は、各スタンド咬み込み直前と直後のリテー
ナ位置におけるマンドレルバ−２の張力の変化とスタン
ドの圧延荷重Ｐ＋からとしてめることができる。

次に管材１が各カリパロール３に咬み込まれた後の圧延
中におけるスラスト係数μｍは潤滑状態の変化等により
圧延作業中に変動する量でおる。

ところが前記（２）式より相隣シ合うスタンド間の張力
差Ｔｓ＋”Ｔｓｔ−ｓが時間に対して略一定に保たれる
と仮定すれば、変動量Δμｍは以下の式により与えられ
る。

但し、Δμｍ、ΔＱｓ、ΔＰ１はμＩＱを演算した時点
からの各々の変動分を表わす。

前記の過程は、温度変動等の外乱は相隣シ合うスタンド
における管材１およびマンドレルバ−２に対し同方向の
変動を与えることから、＼成立するものと考えられる。

特にこの出願の第２発明によって張力の制御が実行され
れば十分にこの過程は成立する。

よって（７）式から圧延作業中のスラスト係数μ亀は結
局 μ愼＝μｍ０＋Δμ魚　・旧・°・・・（８）として検
出できる。

以上から（３）式の右辺は全て検出若しくは演算できる
から、各スタンド間の管材張力Ｔｓ＋は全て演算できる
ことになる。更に（３）式は相隣シ合うスタンド間の差
の形で演算されているため、相隣り合うスタンドに共通
して発生する外乱、例えば熱せられた管材１の温度低下
であるサーマルランダウンによる誤差、気象条件等によ
って発生するセンサーの温度ドリフトによる誤差等を相
殺しており、実際の制御に用いる演算式として極めて高
い精度を持つ有用な式となっている。このようにして圧
延作業中のスラスト係数μｉは高精度で検出できるもの
である。

次に、このようにして演算した管材張力Ｔｇ＋を目標張
力Ｔｇ＋ｏに近づけるように制御を行う。この目標張力
Ｔｓ＋ｏは前述したように通常零若しくは小さな正の値
とする。この制御はまず、各カリバロールのロール周速
Ｎ　Ｉ＋　１の補正量ΔＮ＋＊ｘを以下の式によってめ
ることにより行う。

ΔＮ＋◆ｔ　＝　ｇ　ｔ　（Ｔｇｔｏ　−Ｔｇｔ）’　
………（９）ｇ鳳　：比例積分ゲイン ΔＮ１４１　：ムｉ＋１スタンドのロール周速補正量 このようにＡ１スタンドとムｉ　＋１スタンドとの間に
おける管材張力Ｔ１１１に対し、ム１＋１スタンドのロ
ール周速の補正を行えば、いわゆる後進率を変えて管材
張力Ｔｓ１を目標張力Ｔｓ＊ｏに制御できるものである
。なお、管材１の外径は後進率の変動に特に影響を受け
るものでおるから、後進率を補正することによシ管材張
力制御を行うことは、制御系への感度を上げる上で望ま
しい制御方法である。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第８図及び第９図において説明する
。第８図は制御ブロック図であり第９図はフローチャー
トでおる。リテーナの駆動電動機６、カリハロールの駆
動電動機７のそれぞれの電流工、電圧■、回転数ωよシ
各カリバロール３の圧延トルクＧｓ１　リテーナ保持力
Ｔｍ◎を常に演算しておく。トラッキング信号は主とし
て各スタンドの圧延荷重Ｐ＋を基に、各スタンドのロー
ドオンオフタイミング、すなわち咬み込みおよび管尻抜
はタイミングを発信するものである。このトラッキング
信号により各スタンドはＯＮ、ＯＦＦされる。

管材１がＡｉスタンドに咬み込むと、まず前述の（６）
式によりトルクアームｔ１が演算され、次いで（６）式
により初期スラスト係数帽０が演算されて層スー座鉦作
置由バズ９スに瓜勃ｐｒ１に＋崩ナプ謔正され（８）式
でめられる。そしてこの補正されたスラスト係数μ鳳を
用いて（３）式より各スタンドの管材張力Ｔｌ１１を演
算する。これにより管材張力Ｔｓ＋は検出されたことに
なる。

次に管材１の目標張力との誤差を比例積分補償して（９
）式にてカリバロール３のロール周速の補正量を演算す
る。この補正量によってＡｔ＋ｉスタンドのロール周速
を補正すれば、ムｉ＋１スタンドの後進率を変化させる
ことができ、管材張力を目標張力に近づけるように制御
することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によればセミフロート式マンドレ
ルミルにおいて管材に働らく張力を、管材とマンドレル
バーとの間のスラスト係数を圧延作業中常時補正するこ
とにより精度良く検出することができる。

更にこの検出した高精度の管材張力を目標張力に近づけ
るべく後進率を制御するので、管材の外径、肉厚および
温度等の変動、更に管材とマンドレルバ−との間の潤滑
状態の変動、カリバロールの悪化率やロール周速設定の
不適正、検出器の誤差等による管材張力の変動を高い精
度で補正することができる。したがって、製品としての
管材の外径、肉厚を精度よく一様にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な管材圧延機における作業状態正面図、
第２図はフルフロート式マンドレルミルにおける圧延作
業状態縦断面側面図、第３図は第２図における管材およ
びマンドレルバ−の速度変化を表わすグラフ、第４図は
セミフロート式マンドレルミルにおける圧延作業状態縦
断面側面図、第５阻は第４図における管材およびマンド
レルバ−の速度変化を表わすグラフ、第６図は第４図に
おいて圧延作業中に働らく力を示した側面図、第７図は
第６図におけるマンドレルバー２Ｋｍら＜力を示す側面
図、第８図は本発明の一実施例を説明するだめのブロッ
ク図、第９図は第８図における７０−チャートである。 １・・・Ｖ材、２・・・マンドレルバ−１３・・・カリ
パロール、４・・・ロードセル、５・・・リテーナ、６
・・・リテ−す駆動用電動機、７・・・ロール駆動用電
動機、８・・・スピードレギュレータ（速度制御装置）
、９・・・荷重検出器、１０・・・主幹制御装置、１１
・・・速度指令、１２・・・バー張力（リテーナ保持力
）演算器、１３・・・圧延トルク演算器、１４・・・ス
ラスト係数演算器、１５・・・シェル張力演算器、１６
・・・比例積分（ＰＩ）補償器。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 千６図 弔雪図 翳８図 ΔＮ　へト　ΔＮ 第１頁の続き ＠発明者新蔵　克彦 ＠発明者柴垣　環部 北九州市へ幡東区枝光１−１−１　新日本製鐵株式会社
人日立市大みそか町５丁目２番１号　株式会社日立製作
所大みか工場内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管材の内面にマンドレルバ−を挿入し管材の外面か
   ら対になって回転するカリバロールによって圧延し、こ
   のカリバロール対は複数のスタンドに設け、前記マンド
   レルバ−の後端はリテーナによって保持しリテーナを駆
   動電動機によって一定速度で移動させ、′ることにより
   、マンドレルバ−を一定速度で全スタンド間を走行させ
   る管材圧延機にあって、各スタンド間における管材とマ
   ンドレルバ−とのスラスト係数、マンドレルハーノ張力
   、各カリパロール対の圧延荷重及びロール圧延トルクを
   用いて各スタンド間における管材の張力を演算する管材
   張力検出法において、 前記各スタンドに設けた圧延荷重伏出器によって各カリ
   バロール対の圧延荷重を検出し、また、前記各カリパロ
   ールを回転させる駆動電動機及びリテーナの駆動電動機
   の電流、電圧及び回転速度を検出し、 管材が各カリバロールに咬み込まれた直後における前記
   圧延荷重、電流、電圧及び回転速度によって演算したマ
   ンドレルバ−の各スタンド間における張力を用いて、各
   スタンド間における管材とマンドレルバ−との初期スラ
   スト係数を演算し、管材が各カリバロールに咬み込まれ
   た後の圧延中においては、相隣シ合うスタンド間の管材
   の張力差には時間的変動がないことに着目することによ
   り、前記圧延荷重、を流、電圧及び回転速度の変化から
   前記初期スラスト係数を補正して圧延中の現実に近いス
   ラスト係数をめ、この補正したスラスト係数を用いて圧
   延中の管材の張力を演算することを特徴とする管材圧延
   に於ける張力検出法二 ２、管材の内面にマンドレルバ−を挿入し管材の外面か
   ら対になって回転するカリバロールによって圧延し、こ
   のカリバロール対は複数のスタンドに設け、前記マンド
   レルバ−の後端はリテーナによって保持しリテーナを駆
   動電動機によって一定速度で移動させることにより、マ
   ンドレルバーを一定速度で全スタンド間を走行させる管
   材圧延機にあって、各スタンド間における管材とマンド
   レルバ−とのスラスト係数、マンドレルバ−の張力、各
   カリバロー〃対の圧延荷重及びロール圧延トルクを用い
   て各スタンド間における管材の張力を演算し、張力が所
   望の値になるようにカリバロールの後進率を制御する管
   材圧延に於ける張力制御法において、 前記各スタンドに設けた圧延荷重検出器によって各カリ
   バロール対の圧延荷重を検出し、また、前記各カリバロ
   ールを回転させる駆動電動機及びリテーナの駆動電動機
   の電流、電圧及び回転速度を検出し、 管材が各カリバロールに咬み込まれた直後における前記
   圧延荷重、電流、電圧及び回転速度によって演算したマ
   ンドレルバ−の各スタンド間における張力を用いて、各
   スタンド間にお壮る管材とマンドレルバ−との初期スラ
   スト係数を演算し、管材が各カリバロールに咬み込まれ
   た後の圧延中においては、相隣９合うスタンド間の管材
   の張力差には時間的変動がないことに着目することによ
   シ、前記圧延荷重、電流、電圧及び回転速度の変化から
   前記初期スラスト係数を補正して圧延中のの現災に近い
   スラスト係数をめ、この補正したススラスト係数を用い
   て圧延中の管材の張力を演算し、 この張力が負であればカリパロールの後進率を大きくシ
   、大きな正であれば後進率を小さくすることにより、こ
   の張力を零か又は小さな正に維持することを特徴とする
   管材圧延に於ける張力制御法。