JPS6115761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリーリングミルの圧延制御方法、特に
マンネスマンプラグミル製管法により継目無鋼管
を製造するに際して、プラグミル圧延後素管の実
長さ情報に応じてリーリングミル出側の素管外径
を管長手方向に制御し、これによつてサイジング
ミル出側の最終製品の長さ寸法精度の向上を図る
圧延制御方法に関する。

マンネスマンプラグミル製管法による圧延工程
のブロツク図を第１図に示す。加熱炉１で加熱さ
れたビレツトは、ピアシングミル２で穿孔圧延さ
れ、エロンゲータ３で拡管延伸圧延が行なわれ、
プラグミル４にてほぼ製品肉厚に等しい長さまで
圧延され、リーリングミル（以下リーラーと称す
る）５，６で内外面磨管されると同時に拡管が行
なわれ、サイジングミル（以下サイザーと称す
る）７で所定の外径に仕上げられて最終製品とな
る。８はクーリングテーブルである。このように
マンネスマンプラグミル方式による継目無鋼管の
圧延では、製品の肉厚はほぼプラグミル圧延後の
素管肉厚によつて決められるので、製品長さある
いは肉厚のバラツキを減少させて品質の向上、圧
延歩留りの向上を図るためには、プラグミルにお
いて素管長さあるいは素管肉厚を制御することが
最も有効と考えられ、従来プラグミルでの素管寸
法のバラツキを減少させるべく、種々の対策が溝
じられてきた。

しかしプラグミルでの肉厚制御にも限界があ
り、また第１図からも分るように、プラグミル圧
延後の素管はリーラー・サイザーという２つの圧
延工程を経てはじめて最終製品になるので、この
２つの圧延機を無視してプラグミルだけの圧延制
御を実施したところで大きな効果を得ることがど
きない。また従来でも最終製品の外径寸法精度を
改善するためにリーラー圧延後の素管外径を管長
方向に一定にすることを目的として、リーラーに
て圧延電力一定制御などが実施されていたが、サ
イザーを経た最終製品の肉厚もしくは長さを制御
するようにはなされていなかつたのでその効果は
少なかつた。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであ
り、最終製品の長さのバラツキあるいは肉厚のバ
ラツキをさらに小さくすることのできるリーラー
の圧延制御方法を提供することを目的とする。

この目的のために、本発明は素管圧延中のリー
ラーをダイナミツクに調整し、リーラー圧延後の
素管外径を管長手方向に均一にするとともにその
目標とする素管外径をプラグミル圧延後素管の長
さの変化に応じてリーラー圧延中に修正変更する
ようにしたものである。

即ち本発明のリーリングミル圧延制御方法は、
プラグミル圧延後素管の実長さ寸法偏差に応じて
リーリングミルの目標外径からの変化量を、後述
する（13）式により求めて該リーリングミルでの
拡管量を修正しつつサイジングミル圧延後の鋼管
長さ寸法が予め定めた目標値通りになるように前
記拡管量を制御するようにしたものである。

次にリーラー圧延後の前記素管目標外径の修正
量の求め方について説明する。

プラグミルで圧延された素管はリーラーにて磨
管圧延され、管厚がわずかに減肉されて外径が大
きくなる。リーラーでの磨管圧延後の素管は、サ
イザーにて所定の外径まで管が絞られる。サイザ
ー後の最終鋼管の肉厚、外径、長さをそれぞれｔ
_s，Ｄ_S，ｌ_Sリーラー後の素管の肉厚、外径、長
さをそれぞれｔ_R，Ｄ_R，ｌ_R、プラグミル後の素
管の肉管、外径、長さをそれぞれｔ_P，Ｄ_P，ｌ_P
とする。サイザーにおける圧延メカニズムは、小
径管サイズの鋼管製造設備において広く使用され
ているレデユーシングミルとよく似ているが、サ
イザーではストレツチ係数がほとんど零である。
ストレツチ係数が零のときの圧延においては、縮
管過程で外径の縮管によつて発生する歪の半分が
管厚が増肉する方向の歪として作用し、残りの半
分が管長手方向に長さが伸びる方向の歪として作
用する。即ち、歪として対数歪を採用すれば、 ｌ_oｔ_Ｒ／ｔ_Ｓ＝−１／２ｌ_oＤ_Ｒ／Ｄ_Ｓ …(1) ストレツチ係数零のときの(1)式は圧延理論から容
易に導かれる。

さらに発明者らは、プラグミル圧延後素管の外
径Ｄ_P、肉厚ｔ_Pとリーラー圧延後素管の外径Ｄ
_R、肉厚ｔ_Rの関係を調べた結果、次のような関係
式が成立することを見出した。

ｔ_Ｐ／ｔ_Ｒ＝（Ｄ_Ｒ／Ｄ_Ｐ）^p …(2) ｐ＝（ｔ_P／Ｄ_P） …(3) (3)式の関係を図示すれば第２図の如くであり、
ｐはｔ_P／Ｄ_Pの増加にともない増大する。

(2)式を書き直すと、 ｌ_oｔ_Ｐ／ｔ_Ｒ＝−pl_oＤ_Ｐ／Ｄ_Ｒ …(4) (1)式、(4)式から、 ｌ_oｔ_Ｐ／ｔ_Ｓ＝−pl_oD_P＋１／２ｌ_oＤ_S ＋（ｐ−１／２）ｌ_oＤ_R …(5) (5)式においてｔ_S、Ｄ_Sは最終製品の目標肉厚と
外径であつて、たとえｔ_P，Ｄ_P，Ｄ_Rなどが変化
してもｔ_S、Ｄ_Sは変化をしない一定の値でなけれ
ばならない。(5)式の両辺をｔ_Pで微分し整理する
と、 ｄＤ_Ｒ／ｄｔ_Ｐ＝（Ｄ_Ｐ）^Ｐ／Ｄ_Ｓ ^１／２・Ｄ_Ｒ
^{（ｐ−３／２）} ・１／ｐ−１／２・１／ｔ_Ｓ …(6) Ｄ_SＤ_RＤ_Pとすれば(6)式は近似的に ΔＤ_R＝−Ｄ_Ｓ／ｐ−１／２・１／ｔ_Ｓ・Δｔ_P…
(7) Δｔ_P・ΔＤ_Rは基準値からの変化量である。

一方、リーラー圧延後目標肉厚ｔ_R、目標外径
Ｄ_R、プラグミル圧延後目標肉厚ｔ_Pは、あらかじ
め(1)式、(2)式に従つて各圧延サイズ毎に基本的な
ローリングスケジユールとしてプロセスコンピユ
ータに組込まれている。(7)式は、そのようにして
決められたローリングスケジユールに対してプラ
グミル後実肉厚がΔｔ_Pだけ変化した場合のリー
ラー目標外径の修正量ΔＤ_Rを与える式である。
即ち、プラグミル後の実肉厚をリーラー圧延後に
フイードフオワードして(7)式によつてリーラー素
管目標外径を計算してリーラー圧延機を自動制御
すれば、最終製品の寸法バラツキは小さくなる。

上述のようにして求まつたリーラー目標外径に
なるようにリーラーを圧延中に制御し管長手方向
に所定のリーラー後素管外径を得る。以下、リー
ラーの具体的な制御方法を述べる。

求められたリーラー目標外径をＤ_ROとする。リ
ーラー圧延後に目標外径Ｄ_ROを得るためのリーラ
ーの目標減肉量Δｔ_Oを計算すると、 ここで ｔ_P；プラグミル圧延後の実肉厚、 Ｄ_P；プラグミル圧延後の実外径である。

Ｄ_Pはプラグミル圧延後に外径計を設置して素
管外径を測定した数値を用いる。またｔ_Pはプラ
グミル圧延後の素管の長さ_Pを測定して求める
ことが可能である。即ち、加熱炉装入前の素材ビ
レツトを秤量してその重量を求め、加熱炉内など
でのスケールロス量を引き去つてプラグミルにお
ける鋼材重量Ｗを求めたのち、この鋼材のプラグ
ミル圧延後の長さｌ_Pを測長して、外径計によつ
て測定されているプラグミル後の素管外径Ｄ_Pと
から次の(9)式によつて計算して求める。

ここでρ_Pは長さ測定時の鋼材温度に依存した
鋼材密度である。なお、ｔ_Pはリーラー入測にγ
線方式などによる肉厚測定装置を設定して直接計
測してもよいことは勿論である。

また(8)式のｌ_P／ｌ_Rは、（Ｄ_ＲＯ／Ｄ_Ｐ）^1-pとして
算出 可能である。なぜならば、圧延前後の全歪量には
変化がないからである。即ち、 ｌ_oｔ_Ｐ／ｔ_Ｒ＋ｌ_oＤ_Ｐ／Ｄ_Ｒ＋ｌ_oｌ_Ｐ／ｌ_Ｒ
＝０…(10) (2)式および(10)式から ｌ_oｌ_Ｐ／ｌ_Ｒ＝−（１−ｐ）ｌ_oＤ_Ｐ／Ｄ_Ｒ…(1
1) 即ち、ｌ_Ｐ／ｌ_Ｒ＝（Ｄ_ＲＯ／Ｄ_Ｐ）^1-p このように、(8)式によつて求まつた目標減肉厚
量Δｔ_Oを圧延中を通じて達成できるように、リ
ーラーを制御する。以下、その制御方法を示す。

発明者らは、リーラーミルでの実減肉量Δｔ_A
は、リーラー圧延中の圧延トルクと鋼材の変形抵
抗によつて、 Δｔ_A＝Ｔ_ｒｑ／Ｋ_ｆｎ・（ａ・Ｄ_Ｐ＋ｂ）…(12
) として求まることを見出した。

ここでＴ_rq；リーラー圧延トルク Ｋ_fn；鋼材の変形抵抗、 ａ，ｂ；固定定数、 変形抵抗Ｋ_fnは鋼材の圧延温度、鋼材の炭素含有
量などから求める。その求め方は、従来多くの計
算式が提案されているので、それらの中で適当な
ものを用いるとよい。鋼材の圧延温度は、リーラ
ー入側材料の温度を長手方向に直接測定すること
により得る。当然のことながら、Ｋ_fnは素管長手
方向の温度パターンによつて圧延中に変化する。
圧延トルクＴ_rqは圧延ロールをトルクメータによ
つて直接測定する。トルクメータは歪ゲージ方式
によるものなどを用いればよいがトルクが測定可
能なものならば何でもよい。なお、トルクＴ_rqは
圧延モータの電機子電圧ｖ_a、電機子電流Ｉ_aおよ
び回転速度Ｎ_Mを検出してＴ_rq＝Ｖ_ａ・Ｉ_ａ／Ｎ_Ｍによ
り計算 で求めてもよいことは勿論である。このようにし
て(12)式によつて求まる実減肉量Δｔ_Aと(8)式によ
つて求まる目標減肉量Δｔ_Oとを比較してリーラ
ーの圧延ロール位置を制御する。

次に実際のリーラーについてその制御系統を説
明する。第３図はリーラーにおける本発明の制御
系統を示した図であり、リーラーを上方からみた
ものである。また第４図はリーラーの圧延状況を
横断面で模型的に示した図である。圧延素管１２
は、互いに逆方向に軸線が傾斜した一対の太鼓型
圧延ロール１０，１０′と、素管内に挿入された
圧延プラグ１３とによつて、互いに矢印方向に回
転しながら圧延によつて減肉され、これによつて
素管の偏肉および前工程のプラグミルで生じたプ
ラグすり疵などが消失されていく。１１，１１′
は素管１２の上下方向の位置を規制するガイドシ
ユー、１４は圧延プラグ１３のプラグバー、１７
は圧延ロール１０，１０′の軸部に取付けられて
該ロールの間隔を調整する圧下スクリユー、１８
は圧下スクリユー１７を作動させる圧下モータ、
１５は圧延ロール１０，１０′を回転駆動する圧
下モータである。制御演算装置２１には、温度計
２０で測定された材料温度Ｔ、圧延ロール１０，
１０′のスピンドル２２，２２′に取付けられたト
ルクメータ１６，１６′からの圧延トルクＴ_rqの
情報と、プラグミル圧延後リーラー圧延前に測定
された素管肉厚ｔ_P、素管外径Ｄ_Pの情報とが入力
され、これに基いて圧延ロール１０，１０′の位
置制御を実行する圧下制御を実行する圧下制御装
置１９の圧下制御信号ΔＥを出力する。第５図は
制御演算フローを示した図である。目標減肉量Δ
ｔ_Oと実減肉量Δｔ_Aとの差分（Δｔ_A−Δｔ_O）に
応じて圧延ロール１０と１０′との間隔Ｅが制御
される。即ち、Δｔ_A−Δｔ_O＞０のときは間隔Ｅ
が大きくなるように制御し、Δｔ_A−Δｔ_O＜０お
ときは間隔Ｅが小さくなるように制御することに
より、常にΔｔ_A＝Δｔ_Oになるように圧延状態を
保つ。

以上は、最終製品の肉厚のバラツキを小さくす
る制御態様についてであるが、本発明では最終製
品の長さバラツキを小さくするように制御する。
その場合には上述の(7)式の代りに次の（13）式を
用いればよい。

ΔＤ_R＝−Ｄ_Ｓ／ｐ−１／２・１／ｌ_Ｓ・Δｌ_P…
（13） ここでΔｌ_Fはプラグミルでのスケジユール上
の基準長さからの実測長さの変化量である。

本発明は、プラグミル圧延後の素管の長さばら
つきが最終製品においてさらに小さくなるよう
に、リーラーを制御するものであるから、従来技
術に比較して、製品の品質面、歩留り面に多大な
効果を及ぼすものである。

すなわち従来技術では最終製品の肉厚をコント
ロールするのに、プラグミルのみに注目してプラ
グミルの在延制御だけに頼つていた。しかしなが
らこの従来方法では、リーラー、サイザーでの圧
延特性が充分に研究され把握されていなかつたの
で、プラグミルで肉厚ばらつきが発生すると、そ
の肉厚ばらつきが最終製品にまで残つてしまうこ
とは勿論のこと、リーラーでの外乱作用により、
ばらつきが増加する傾向にあつた。

この点、本発明は、積極的に最終製品の肉厚お
よび長さのばらつきを小さくする方法であるの
で、リーラーでの外乱作用を消せるだけでなく、
最終製品の肉厚および長さのばらつきは著しく改
善される。

【図面の簡単な説明】

第１図はマンネスマンプラグミル製管法の圧延
工程を示すブロツク図、第２図はＰ＝ｆ（ｔ_P／
Ｄ_P）の関係を示した図、第３図は本発明を適用
する場合のリーラーの圧延状況を上方からみた
図、第４図はリーラーの圧延状況を横断面で模型
的に示した図、第５図は本発明の制御方法による
制御演算フローを示す図である。 １０，１０′……圧延ロール、１２……圧延素
管、１３……圧延プラグ、１５……圧延モータ、
１６……トルクメータ、１７……圧下スクリユ
ー、１８……圧下モータ、１９……圧下モータ制
御装置、２０……温度計、２１……制御演算装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リーリングミルにおける圧延制御方法におい
   て、プラグミル圧延後素管の実長さ寸法偏差に応
   じてリーリングミルの目標外径からの変化量を下
   記(イ)式により求めて該リーリングミルでの拡管量
   を修正しつつサイジングミル圧延後の鋼管長さ寸
   法が予め定めた目標値通りになるように前記拡管
   量を制御することを特徴とするリーリングミルの
   圧延制御方法。 ΔＤ_R＝−Ｄ_Ｓ／Ｐ−１／２・１／ｌ_Ｓ・Δｌ_P…(イ) ただし Ｄ_S；サイジングミル圧延後の鋼管外径、 ｌ_S；サイジングミル圧延後の鋼管長さ、 Ｐ；プラグミル圧延後の素管の（肉厚）／（外
   径）の関数、 Δｌ_P；プラグミル圧延後素管の実長さ寸法偏
   差、 ΔＤ_R；リーリングミルの目標外径からの変化
   量。 ２ リーリングミルの圧延トルクを検出して圧延
   中にリーリングミルの拡管量を修正することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載したリーリ
   ングミルの圧延制御方法。