(57)【要約】【課題】圧延１本目からの肉厚寸法精度の向上を図る。【解決手段】タンデム圧延機で管を圧延する際における管端部の肉厚を制御する方法である。上流スタンドでの圧延機入側に設置した管検出器にて管端が通過する時刻を起点としたロールの回転数制御の開始までの時間と、管端が通過するまでの時間との時間差をもとに、上流スタンドにて張力不足が発生した場合は、下流スタンドで張力を増加させるよう、また、上流スタンドにて過張力が発生した場合は下流スタンドで張力を減少させるよう、下流スタンドのロールの回転数制御量を変更、或いは、下流スタンドのロールの回転数制御量の変更に加えてロールの回転数減速時間を修正する。【効果】圧延１本目からの特に管端部の肉厚寸法精度の向上が可能となって、製品の歩留りが向上する。【選択図】　　　　図１
2004017066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンデム圧延機で管を圧延する際における管端部の肉厚を制御する方法において、上流スタンドでの圧延機入側に設置した管検出器にて管端が通過する時刻を起点としたロールの回転数制御の開始までの時間と、管端が通過するまでの時間との時間差をもとに、上流スタンドにて張力不足が発生した場合は、下流スタンドで張力を増加させるよう、また、上流スタンドにて過張力が発生した場合は下流スタンドで張力を減少させるよう、下流スタンドのロールの回転数制御量を変更、或いは、下流スタンドのロールの回転数制御量の変更に加えてロールの回転数減速時間を修正することを特徴とする管圧延機の肉厚制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管製造工程での圧延機において、目標肉厚寸法を有する仕上がり管を得、製管歩留りを向上させるのに好適な肉厚制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
継目無鋼管は、所定温度に加熱した丸鋼片（ビレット）を、穿孔圧延機（ピアサー）にて穿孔圧延を施して中空素管とし、後続の圧延機で主に肉厚を減じた後、必要があれば再度の加熱を実施し、仕上げ用圧延機で外径及び肉厚を所望の寸法に仕上げることで製造されるのが一般的である。
【０００３】
そして、上記の製造方法にあっては、複数スタンド間で張力を発生させて素管を圧延するタンデム圧延機が用いられる。例えば仕上げ用圧延機として利用されるストレッチレデューサは、素管のパスラインに沿って並設された複数スタンド（通常８〜２６スタンド）で構成され、当該各スタンドの孔型ロールで素管を製品外径に縮径圧延すると共に、スタンド間張力を発生させて肉厚加工をも行っている。
【０００４】
しかしながら、上記タンデム圧延機の性質上、管の先端部及び後端部には張力がかかり難いので、管中央の定常部の肉厚に比べて管端部の肉厚は厚肉となり、寸法公差外れや歩留まり低下を招く。
【０００５】
そこで、この管端部の増肉部分を低減させる方法として、例えば特開昭５９−２０９４１４号では、管の先後端部が通過する際に、スタンド間に定常圧延部よりも大きな張力を発生させるようにロール回転数を変更する方法が提案されている。
【０００６】
ところで、上記のような管先後端部での回転数の制御においては、定常部設定回転数に対して増加又は減少させる回転数制御量、及び、当該回転数制御を開始するタイミングを適正に制御することが重要である。
【０００７】
特にストレッチレデューサに多く見られる圧下調整機構がない圧延機では、制御可能な操作量が各スタンドのロール回転数に限定されるため、回転数制御量や制御開始タイミング調整の良否が寸法精度に直結することになる。
【０００８】
このうち、回転数制御の開始タイミングは、各スタンド毎に荷重検出器を設け、制御対象スタンド及びそれに隣接した上流スタンドでの管の荷重の立上り若しくは立下りの変化時刻を起点とした設定を行えば、ある程度はタイミングの精度を確保することができる。
【０００９】
しかしながら、特に前述のストレッチレデューサは、１スタンド内に３ロールが組込まれた構造であり、かつ、スタンド数も多く、さらには仕上がり管の外径によって異なる孔型を保有する必要があるため、総使用スタンド数は数百台にも及ぶ。また、圧延により摩耗したロールは、切削した後異なる孔型への組替えが行われたり、新品ロールへの交換が行われる等で、各ロールに荷重検出器を設置することは、コスト及び保守性等の面から実用的ではない。
【００１０】
そこで、特開平３−４２１０８号では、圧延機入側に管端検出器を設け、この管端検出器で管端を検出してから各ロールスタンドに到達する時間により制御開始タイミングを決定する方法が提案されている。しかしながら、この方法は、圧延機入側及び圧延時の管の速度が予測と異なれば、後段スタンドになるに従い、制御開始タイミングの誤差が増大するという欠点がある。
【００１１】
このようなことから、従来より、上記回転数制御量及び回転数制御開始タイミングを修正するための方法が種々提案されており、例えば特開平７−２４６４１４号では、圧延機出側の熱間肉厚計にて測定した管全長分布から管端増肉量を定量化し、管端にて回転数を増減させるスタンド数及び回転数修正量を求め、次材に反映する方法が提案されている。
【００１２】
また、特開平６−２６９８３１号では、上流スタンドの制御開始タイミングを修正する方法が提案されている。この特開平６−２６９８３１号で提案された方法は、図５に示すように、実線で示した設定制御開始タイミングと、破線で示した実際の管端通過タイミングとの時間差（タイミング偏差）Ｅの修正を、図５に太い実線で示したように第ｉ＋ｋスタンドで加えることで、上流スタンドにおいて発生したタイミング偏差が後段スタンドでそのまま発生することを抑制している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−２４６４１４号で提案された方法は、圧延後の全長肉厚計測値を利用するものであることから、圧延１本目の肉厚精度は向上しない。従って、異なるサイズを少量ずつ圧延する小口ロットでは、肉厚不良を減少させることは困難である。
【００１４】
一方、特開平６−２６９８３１号で提案された方法は、圧延１本目から当該材の制御修正を実施できるものの、図５に示したように、上流スタンドで発生したタイミング偏差を基に下流スタンドにおけるタイミングの設定ずれを修正するのみであることから、上流スタンド（図５の例では第ｉ＋ｋ−１スタンドまで）での制御誤差により生じた肉厚偏差は依然として改善されないという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ロール回転数を好適に制御することにより圧延１本目からの肉厚寸法精度の向上を可能とする管圧延機の肉厚制御方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る管圧延機の肉厚制御方法は、上流スタンドでの圧延機入側に設置した管検出器にて管端が通過する時刻を起点としたロールの回転数制御の開始までの時間と、管端が通過するまでの時間との時間差をもとに、上流スタンドにて張力不足が発生した場合は、下流スタンドで張力を増加させるよう、また、上流スタンドにて過張力が発生した場合は下流スタンドで張力を減少させるよう、下流スタンドのロールの回転数制御量を変更したり、必要に応じてさらにロールの回転数減速時間を修正することとしている。そして、このようにすることで、圧延１本目から肉厚寸法精度を向上できるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る管圧延機の肉厚制御方法は、タンデム圧延機で管を圧延する際における管端部の肉厚を制御する方法において、上流スタンドでの圧延機入側に設置した管検出器にて管端が通過する時刻を起点としたロールの回転数制御の開始までの時間と、管端が通過するまでの時間との時間差をもとに、上流スタンドにて張力不足が発生した場合は、下流スタンドで張力を増加させるよう、また、上流スタンドにて過張力が発生した場合は下流スタンドで張力を減少させるよう、下流スタンドのロールの回転数制御量を変更、或いは、下流スタンドのロールの回転数制御量の変更に加えてロールの回転数減速時間を修正するものである。
【００１８】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る肉厚制御方法を実施する管圧延機（ここでは代表例としてストレッチレデューサについて説明する。）における実施の形態を示すブロック図である。
【００１９】
１）　ロール回転数初期設定値計算部１は、管圧延機２の各スタンドの定常圧延時におけるロール回転数、回転数制御開始タイミング、回転数制御量、減速時間を演算し、制御開始タイミング算出部３及びモータ回転数設定値計算部４に出力する。
【００２０】
２）　モータ回転数設定値計算部４はロール回転数初期設定値計算部１にて計算された諸量を基に各スタンドでのモータ回転数を計算し、モータ回転数設定部５に出力し、このモータ回転数設定部５で管圧延機２の各スタンドに対するモータ回転数、すなわち、ロール回転数が設定される。例えば管先端部で張力を付加させる場合は、定常圧延時のモータ回転数に回転数制御量を加算した値が、各スタンドにおける管進入前に予めモータ回転数設定部５に出力される。
【００２１】
３）　管の管圧延機２への進入に伴い、管圧延機２の入側に設置した管検出器６にて管の先端部を検知し、この検出信号に基づき制御開始タイミング算出部３にて当該時刻を基準として時刻のカウントを開始する。
【００２２】
４）　ロール回転数初期設定値計算部１より入力された各スタンド回転数制御開始タイミング分の時間経過後、制御開始タイミング算出部３からモータ回転数設定値計算部４に回転数制御開始が通知される。
【００２３】
５）　モータ回転数設定値計算部４では、ロール回転数初期設定値計算部１より入力された回転数制御量、減速時間を基に、漸次定常圧延時の回転数となるようにモータ回転数設定部５に回転数変更量を出力し、モータ回転数設定部５にて管圧延機２における各スタンドのモータが駆動され、圧延が行なわれる。
【００２４】
６）　管圧延機２の各スタンドには、各々のスタンドへの管先端の通過（噛み込み）及び後端の通過（尻抜け）を検出する管噛み込み・尻抜け時刻検出部７を設け、各スタンドでの回転数制御開始時刻（設定値）と管噛み込み・尻抜け時刻の実績との差を算出する。ここでの管噛み込み・尻抜け時刻検出部７は、例えば特開平３−４２１０８号に開示されるような、ロールを駆動するモータの駆動電流及び回転速度を用いて算出した圧延トルクの変化状態から管噛み込み・尻抜け時刻を検出するものであってもよい。
【００２５】
７）　管の圧延条件はロット毎、さらには１本毎に異なるので、管の噛み込み・尻抜けの予測時刻、すなわち回転数制御開始時刻と管噛み込み・尻抜け時刻の実績時刻との間に過大な偏差を生じてしまう場合がある。上流スタンドにて発生したその制御誤差は張力の過不足となって管端部の肉厚寸法偏差を発生させるため、回転数制御量・減速時間修正量計算部８では、管噛み込み・尻抜け時刻検出部７での検出結果を基に、例えば以下に示した▲１▼〜▲３▼式を用いて後段スタンドの回転数制御量の修正量ΔＲＣｉ　、減速時間修正量ΔＴＤｉ　を求め、モータ回転数設定値計算部４に出力することで、肉厚寸法偏差の改善を図る。
【００２６】
また、管圧延機２の入側での管速度が予測と異なることによっても、回転数制御開始時刻と管噛み込み・尻抜け時刻の実績時刻との間に偏差を生じるため、例えば前記管検出器６を複数設ける等して管速度を実測し、予測管速度との偏差に基づく変動時間を当該材の各スタンドの回転数制御開始時刻に反映させる制御を同時に行なうと良い。
【００２７】
第ｉスタンドでの回転数制御量の修正量ΔＲＣｉ　（％）
ΔＲＣｉ　＝Σｊ−１　ｉ−ｎ　ｋｉｊ×ΔＴｊ　　…▲１▼
ΔＴｊ　＝ＴＡｊ　−ＴＣｊ　　…▲２▼
但し、ｋｉｊ：第ｉスタンドでの第ｊスタンドの時刻偏差の回転数への変換係数（重み係数）（％／秒）
ＴＡｊ　：第ｊスタンドでの管先端噛み込み時刻（秒）
ＴＣｊ　：第ｊスタンドでの管先端制御開始時刻（秒）
ｊ：ｊ≦ｉ−ｎを満たす整数
ｎはモータの応答速度や計算処理速度から求められる整数
（ｎ＞０）
【００２８】
上記の▲１▼式は第ｉスタンドでの制御量修正に、上流の複数スタンドで生じた時間差を重み付けして反映させることを意味する。
【００２９】
第ｉスタンドでの回転数減速時間修正量ΔＴＤｉ　（秒）
ΔＴＤｉ　＝（ＴＤｉ　×ΔＲＣｉ　）／（１００×ｈｉ　）　…▲３▼
但し、ＴＤｉ　：第ｉスタンドでの（初期設定）減速時間（秒）
ｈｉ　：係数
【００３０】
上記の▲３▼式は、回転数制御量の変化率に比例して減速時間を変化させることを意味するが、係数ｈｉ　にて比例係数を変更させることが可能であり、ｈｉ　＝０は、減速時間を修正しないことを、また、ｈｉ　＝１は、制御量変化率と同様の減速時間変化率を維持すること、すなわち、回転数の降下勾配を初期設定値と同一にすることを意味する。
【００３１】
以上の説明は、管先端についてのものであるが、管後端についても同様の修正量の演算が可能である。しかしながら、通常、管後端では、
Ａ．各スタンドでの管後端の制御開始時刻は、管後端到達（尻抜け）予測時刻よりも減速時間分だけ事前に制御を開始することが望ましい（当該スタンドの回転数を減少させて下流スタンドとの回転数差を増大させるのに要する時間が必要な）ため、上記の▲２▼式においては、
ΔＴｊ　＝ＴＡｊ　−（ＴＣｊ　＋ＴＤｊ　）　…▲２▼’
とするのが妥当であり、
Ｂ．回転数制御量を増大する場合、上記の▲３▼式を用いるなどして減速時間を増大させても、既に管は尻抜けていると考えられるので、減速時間の修正は不要としてもよい。
【００３２】
図２（ａ）は管先端での上記制御方法による回転数変更の模式図、図２（ｂ）は管後端での上記制御方法による回転数変更の模式図であり、管圧延機の第３スタンドにおける管到達時刻と、制御開始時刻との偏差から第ｉスタンドにおける回転数を変更する方法の例を示している。
【００３３】
すなわち、本発明に係る管圧延機の肉厚制御方法では、図２において斜線で示した第３スタンドで制御できなかった部分を、第ｉスタンドに黒塗りで示したように、図２（ａ）で示した管先端では、回転数制御量と減速時間を増大することによって、また、図２（ｂ）で示した管後端では、回転数制御量を増大することによって補うことで、圧延１本目から肉厚寸法精度を向上できるようになるのである。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明に係る管圧延機の肉厚制御方法の効果を確認するために行った試験結果について説明する。
試験は、
１）外径が１１０ｍｍ、肉厚が４．０ｍｍ、長さが２７４２０ｍｍの素管をストレッチレデューサにて圧延し、外径が３４．０ｍｍ、肉厚が３．４ｍｍ、目標伸ばし長さが１０８６３９ｍｍの仕上がり管を得るという設定条件（２０スタンド使用）と、
２）外径が１５１ｍｍ、肉厚が５．７５ｍｍ、長さが２８４１０ｍｍの素管をストレッチレデューサにて圧延し、外径が６３．５ｍｍ、肉厚が５．２ｍｍ、目標伸ばし長さが７６６４７ｍｍの仕上がり管を得るという設定条件（１８スタンド使用）
にて行い、本発明方法と従来方法を比較した。
【００３５】
回転数制御量の初期設定値は１）、２）共に全スタンド均一の制御量とし、スタンド毎の回転数制御開始時刻と噛み込み／尻抜け時刻との偏差データは、代表データとして５〜９スタンドの検出データを使用した。
【００３６】
本発明方法を適用した場合の各スタンドでの回転数の変化を示す模式図を図３（ａ）に、また、従来方法（特開平６−２６９８３１号で提案された方法）を適用した場合の同様の模式図を図３（ｂ）に示す。
【００３７】
図３（ｂ）に示したように、従来方法では、後段の第ｉスタンドの回転数はそのままでタイミングのみを修正するのに対して、本発明では、図３（ａ）に示したように、タイミング修正に加えて、前段での制御開始タイミングと管端検出タイミングとの時間差を後段の第ｉスタンドの回転数制御量と回転数減速時間を変更している。
【００３８】
本発明方法適用時における、各管毎の回転数制御開始時刻と噛み込み時刻との時刻偏差平均値、及び、回転数制御量修正量平均値の、各ロット先頭のデータの推移を図４（ａ）に、同様に回転数制御開始時刻と尻抜け時刻との時刻偏差平均値、及び、回転数制御量修正量平均値の、各ロット先頭のデータの推移を図４（ｂ）に示す。
【００３９】
また、下記表１に上記の本発明方法適用時における、精整工程での超音波肉厚測定結果からの管先後端部の肉厚公差外れ長さ平均値を従来方法適用時と比較して示す。下記表１より、本発明方法を適用した場合には、肉厚公差外れ長さが従来方法を適用した場合に比べて減少しており、本発明方法によれば肉厚精度が向上していることが明らかである。
【００４０】
【表１】
2004017066.tif 000003
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タイミング修正に加えて、前段での制御開始タイミングと管端検出タイミングとの時間差を基に、後段スタンドの回転数制御量と、必要に応じて回転数減速時間を修正するので、圧延１本目からの特に管端部の肉厚寸法精度の向上が可能となって、製品の歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る肉厚制御方法を実施する管圧延機における実施の形態を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は管先端での本発明に係る肉厚制御方法による回転数変更の模式図、（ｂ）は管後端での本発明に係る肉厚制御方法による回転数変更の模式図である。
【図３】（ａ）は本発明方法を適用した場合の各スタンドでの回転数の変化を示す模式図、（ｂ）は従来方法（特開平６−２６９８３１号で提案された方法）を適用した場合の同様の模式図である。
【図４】各ロット先頭のデータの推移を示した図であり、（ａ）は本発明方法適用時における、各管毎の回転数制御開始時刻と噛み込み時刻との時刻偏差平均値、及び、回転数制御量修正量平均値の推移を、（ｂ）は回転数制御開始時刻と尻抜け時刻との時刻偏差平均値、及び、回転数制御量修正量平均値の推移を示した図である。
【図５】特開平６−２６９８３１号で提案された方法を適用した場合の各スタンドでの設定回転数の変化を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　ロール回転数初期設定値計算部
２　　管圧延機
３　　制御開始タイミング算出部
４　　モータ回転数設定値計算部
５　　モータ回転数設定部
６　　管検出器
７　　管噛み込み・尻抜け時刻検出部
８　　回転数制御量・減速時間修正量計算部
【図１】
2004017066.tif 000004
【図２】
2004017066.tif 000005
【図３】
2004017066.tif 000006
【図４】
2004017066.tif 000007
【図５】
2004017066.tif 000008