JPS6245761Y2

JPS6245761Y2 -

Info

Publication number: JPS6245761Y2
Application number: JP5804886U
Authority: JP
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1987-12-08
Also published as: JPS61182601U

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、マンネスマン・プラグミル圧延方式
による継目無鋼管の製造において、圧延中に素管
の偏肉の有無およびその発生原因を診断する装置
に関する。マンネスマン・プラグミル圧延方式では加熱炉
から出た丸ビレツトがピアサで穿孔されて中空素
管となり、その後エロンゲータ、プラグミルで延
伸、減肉され、さらにリーラ、サイザで内外面の
仕上げがなされ、精整工程を経て最終製品とな
る。プラグミルとサイザを除く他のミルでは圧延
中に圧延ロールとともに素管も回転するが、プラ
グミルでは圧延中には素管を回転させずに軸方向
に移動させ、パス間で通常90゜周方向に回転させ
る。したがつてプラグミルを除く他のミルで発生
する偏肉とプラグミルが原因で発生する偏肉とは
形態が異なつて現われる。一般には加熱ビレツト
の偏肉、ピアサもしくはエロンゲータでの圧延中
の圧延プラグの芯ぶれ、ピアサもしくはエロンゲ
ータでの圧延中の素管回転ぶれ、リーラのリーラ
マークなどの原因によつて発生する螺旋状偏肉パ
ターン（第１図、第２図）と、プラグミルの２パ
ス圧延によつて発生する対称性平行厚肉状の偏肉
パターン（第３図、第４図）とに大別される。こ
れらの図で破線２は素管１の長手方向について同
じ肉厚部分を結んだ線である。これらの偏肉のう
ち、リーラでのリーラマーク性の偏肉は、実際に
はほとんど問題とならず、プラグミルで発生する
対称性平行厚肉状の偏肉もプラグミルでの１パス
での中空素管肉厚の減肉量と２パスでの中空素管
肉厚の減肉量を管理することにより防止すること
ができる。従来から問題であつたのは、加熱ビレツトの偏
熱とピアサ、エロンゲータでの穿孔圧延過程にお
ける機械的振動と、中空素管の圧延中の振動に起
因する偏肉が製品の品質に著しく弊割を与えるこ
とであつた。しかしこれら偏肉の発生原因は圧延
チヤンス、圧延対象材毎にまちまちであり、また
従来熱間での肉厚測定の検出手段が無かつたの
で、従来は加熱炉の炉内温度や在炉時間の管理を
行なうなどしてビレツトの偏熱発生を防止した
り、ピアサ、エロンゲータで使用している圧延工
具類（圧延プラグ、プラグバー、圧延ロール）の
管理方式を標準化するなどで対処していた。ま
た、鋼管製造の最終段階の精整工程に配置されて
いる鋼管肉厚測定装置あるいは偏肉装定装置での
測定データを解析して圧延工程にフイードバツク
することも行なわれているが、この方法ではフイ
ードバツクして適切な対策をとるまでの遅れ時間
が大きく、現実的効果は皆無であつた。本考案は、中空素管の圧延中に偏肉の有無およ
びその発生原因を明らかにし、これによつて偏肉
発生防止対策を即座にとることができ、また加熱
炉の管理、圧延工具類の管理を無駄なく適切に行
なうことができるようにした継目無鋼管の偏肉発
生原因のオンライン診断装置を提供することを目
的とする。この目的のために、本考案は、素管圧延中の圧
延状況の変化を素管長手方向に連続測定し、この
測定結果の波形解析から素管の偏肉発生原因を診
断するようにしたものである。ここで素管圧延中の圧延状況としては種々のも
のが挙げられるが、本考案ではカリバーロールの
ロールチヨツクにかかる圧延荷重をとりあげてい
る。その他素管の肉厚分布状況、即ち素管長手方
向に螺旋状の偏肉パターンをもつ肉厚分布、ある
いは対称性の平行厚肉状のパターンとなる肉厚分
布などが挙げられる。圧延荷重の場合は、圧延中
に素管長手方向に沿つた圧延荷重を連続的に検出
し、この検出信号の波形を解析して素管の偏肉発
生原因を診断する。具体的には本考案による偏肉発生原因診断装置
は、継目無鋼管の素管圧延中のカリバーロールの
ロールチヨツクにかかる圧延荷重を左右独立に検
出するロードセルと、圧延前の素管長さを測定す
る長さ計と、圧延前の素管外径を測定する外径計
と、前記ロードセルの検出信号から素管の圧延開
始および圧延終了のタイミング信号を検出するロ
ードセンシングリレーと、前記ロードセルの検出
信号を前記ロードセンシングリレーのタイミング
信号に従つて周波数解析を行つて周波数パワース
ペクトラムを求めるとともに各周波数毎に前記ロ
ールチヨツクにおける左側圧延荷重と右側圧延荷
重の信号の位相およびゲインを求めるための信号
処理装置と、前記信号処理装置からの各周波数毎
の位相、ゲイン信号と前記タイミング信号、長さ
計信号および外径計信号とから鋼管の螺旋状偏肉
の軸方向ねじれ角α毎のゲインを求める第１の演
算装置と、前記第１の演算装置で求めたゲインか
ら素管軸方向の偏肉強度を求める第２の演算装置
とを有して構成される。次に、本考案をプラグミルの圧延工程に適用し
た場合について圧延荷重の検出結果から偏肉発生
原因を診断する場合を具体的に説明する。前述した如く、プラグミルはピアサ、エロンゲ
ータの後、リーラの前に位置し、通常２パスの圧
延によつてほぼ製品肉厚まで中空素管肉厚を仕上
げる圧延機である。プラグミルは第５図、第６図
に示すように上下の穴型カリバロール３，４と芯
金プラグ５とによつて圧延を行なう。１パス圧延
後の中空素管１は再びプラグミル入側に戻されて
円周方向に90゜回転してから２パス目の圧延が行
われる。圧延中の圧延荷重を検出するロードセル
６はプラグミルの左右圧下スクリユウ７，８のス
クリユーナツトとミルハウジングの間に組込む。
しかし本考案の実施に際して穴型カリバロールの
左右ロールチヨツクにかかる圧延荷重を独立に検
出できれば、ロードセルの組込み箇所は特に限定
されない。エロンゲータによる圧延後の中空素管に例えば
第７図のような軸方向にのびた螺旋状の厚肉部分
１′があると仮定すると、これはプラグミル、リ
ーラ、サイザで圧延後の製品においても螺旋状に
厚肉部分が残り、製品の偏肉として品質上の問題
となる。第７図で螺旋状厚肉部分のねじれ角αは
プラグミル以前の偏肉発生原因によつて−90゜＜
α＜＋90゜の範囲で変化する。αの値はプラグミ
ルの圧延荷重を連続測定することにより求めるこ
とができる。第８図はプラグミル入側の第７図に示した螺旋
状の厚肉部分を素管１の長手方向に見た場合の図
であり、第９図はプラグミル圧延中の各断面の変
形と圧延荷重との関係を示した図である。これら
の図で第７図のＡ−Ａ断面部分は第８図ａ、第９
図ａに対応し、第７図Ｂ−Ｂ断面は第８図ｂ、第
９図ｂに、第７図Ｃ−Ｃ断面は第８図ｃ、第９図
ｃに、また第７図Ｄ−Ｄ断面は第８図ｄ、第９図
ｄにそれぞれ対応する。プラグミル入側の素管の
肉厚t₁，t₂，t₃の部分はプラグミル圧延によつて
各々△t₁，△t₂，△t₃だけ減肉されている。この
圧延によつて発生する圧延荷重はプラグミル入側
の素管肉厚によつて変化し、素管の上下肉厚t₃，
t₃のとき圧延荷重をＰ_Bとすれば同じく肉厚t₂，t₁
またはt₁，t₂のときの圧延荷重はＰ_Aである。この
圧延荷重は第７図のＤ点からＢ点まで圧延される
間に第１０図のように１周期の波形を描く。即
ち、螺旋状の厚肉部分を長手方向に見た場合の１
周期に対応して圧延荷重には２周期の波形が現わ
れることになる。したがつて圧延中にロードセル
からの圧延荷重の波形信号の周波数からαの絶対
値を求めることができる。圧延荷重の周波数を
とすれば、 α＝tan^-1π・Ｄ_Ｅ・τ／２ｌ_Ｅ …(1) ここでｌ_Eはエロンゲータでの素管長さ、Ｄ_Eはエロンゲータでの素管外径、 τはプラグミル圧延時間である。素管圧延時に左右の圧下スクリユーにかかる圧
延荷重の合計値Ｐを圧延開始から圧延終了まで高
速周期でデータサンプリングを行ない、その波形
解析を行なつて周波数パワースペクトラムを求め
る。周波数解析により荷重波形がいくつかの周波
数成分を有している場合には各々の周波数_１，
_２，_３…_oについてのα_１，α_２，α_３…
α_oを求め、これによつていくつかの偏肉発生原
因を診断することができる。偏肉の主原因を知る
にはスペクトラムの最も大きい周波数に対応した
αを(1)式によつて求めればよい。また、第７図の
螺旋状厚肉部分の方向性、即ち角度αの正負を検
出するにはプラグミル入側から見てそれぞれ独立
に測定した左側圧下スクリユーと右側圧下スクミ
ユーの圧延荷重波形の位相差から検出する。第７
図で圧延方向を矢印方向とすれば左側圧延荷重の
位相が右側の圧延荷重の位相よりも進んでいる場
合、第７図の帯状螺旋形と同じ向きのパターンを
示し、左側圧延荷重の位相が右側の圧延荷重の位
相よりも遅れている場合は第７図と逆向きの螺旋
状パターンとなる。上述の角度αを偏肉原因との対応は過去の実積
データ若しくは実験データを基に対応付けする。
例えば加熱ビレツトの円周方向偏熱がある場合に
はプラグミル圧延荷重に比較的長い周期をもつた
ゆるやかな波形が現われ、角度αの小さい領域に
ゲインの大きなピークを呈する。角度αと偏肉要
因とのいくつかの対応を示せば第１表の如くであ
る。

【表】プラグミルでの圧延荷重に第１０図のような荷
重パターンが現われた場合に、これから偏肉率を
推定することにより、該当する偏肉要因に対して
即座に対策を講じるべきか、あるいはそのまま圧
延を継続していいかが判断できる。第９図におい
て、Ｐ_A＝Ｋ△ｔ_１／ｔ_１＝Ｋ△ｔ_２／ｔ_２ …(2) Ｐ_B＝Ｋ△ｔ_３／ｔ_３ …(3) ここにＫは圧延荷重を決定する場合の歪以外の
要因、即ち歪速度、鋼種、圧延温度、接触面積、
圧下力関数などに依存する係数とする。ミル剛性が大きく、また入側素管の長手方向平
均肉厚は変化しないとすれば △t₁＋△t₂＝２△t₃ …(4) t₁＋t₂＝2t₃ …(5) また△t₁△t₂とすれば、(2)〜(5)式から即ち、偏肉率はロードセルの荷重信号から、
（荷重振巾）／（平均荷重）の形で求まる。偏肉
で問題となるのは最大偏肉であるから、各周波数
毎に(6)式にしたがつて偏肉率を計算し、その合計
値を最大偏肉にすれば最大偏肉率が求まる。この
ことはロードセルの荷重信号を周波数分析して振
巾の大きな周波数から求まる偏肉発生原因ほど強
く製品偏肉に悪影響を及ぼすことを意味する。次に第１１図を参照して圧延荷重の周波数解析
をする動作を説明する。左右の圧下スクリユーの荷重を検出すべく圧延
機の組込まれたロードセル６，６の検出信号は、
増巾器１０，１０で所定の信号レベルまで増巾さ
れて信号処理装置１１に送られる。信号処理装置
ではロードセンシングリレー１３によつて検出さ
れる圧延開始と圧延終了のタイミング信号Ｔに従
つて圧延中のみの圧延荷重信号を数μ秒のサンプ
リング周期で読取り、圧延終了と同時に各サンプ
リング点の左右の圧延荷重の合計信号を高速フー
リエ変換処理を行なつて自己相関をとつて周波数
パワースペクトラムを求める。また別に各周波数
毎に左側圧延荷重と右側圧延荷重の信号の相互相
関をとつて位相差を求める。以上から各周波数毎
に位相とゲインが求められる。第１の演算装置１２では信号処理装置１１から
送られてくる周波数毎の位相とゲイン、ロードセ
ンシングリレー１３からの信号による圧延時間
T′、エロンゲータの長さ計１４と外径計１５か
ら送られてくるエロンゲータにおける当該素管の
長さＬと外径Ｄとから上記(1)式に従つて角度α毎
のゲインが決まる。第１２図は偏肉のある素管を
プラグミルで圧延したときの演算装置１２によつ
て求められた角度毎のゲインの有り様をＸ−Ｙプ
ロツタによつて描いたものである。−80゜，15
゜，および40゜付近にそれぞれピークが現われて
いる。第２の演算装置１６は前記第１の演算装置
１２で処理されたデータをさらに解析して偏肉の
強度と原因を求め、表示器１７に原因別にその強
度を表示する。なお、上述の実施例では２パス圧延のプラグミ
ルに適用した場合を説明したが、本考案はこれ以
外の造管ミル例えばマルチスタンドパイプミル
（MPM），マンドレルミルなどマルチスタンドの
穴型カリバーを有する圧延機にも適用でき、前段
のピアサなどにおける偏肉発生原因の究明が可能
である。また圧延荷重のオンライン測定としてロ
ードセルを用いた場合を説明したが、本考案はこ
れ以外の手段、例えば放射線方式あるいは電磁超
音波方式などによる熱間の肉厚測定装置によつて
螺旋状肉厚パターンを検出し、この検出値の波形
解析を行なうことにより、偏肉発生原因の診断が
可能である。本考案による主な効果を列挙すれば次のとおり
である。 (1) プラグミルの段階でしかもその圧延中に偏肉
発生原因を知ることができるので、偏肉発生防
止手段へのフイードバツクが早くとれるので製
品品質の向上に著しい効果がある。 (2) ビレツト偏熱防止のために、従来は加熱温度
をある一定温度以上に、また在炉時間をある時
間以上にとるよう管理していたが、本考案によ
つて常時偏熱性偏肉を監視することにより、在
炉時間を従来よりも短かくでき、加熱温度も適
正値に下げることができるので、省エネルギー
上の効果がもたらされる。 (3) 圧延プラグの芯ぶれ防止などのために、従来
は厳しい工具類の管理基準を設定して工具管理
を行なつていたので工具の交換をしなくてよい
ときでも工具替えをするという無駄があつた。
本考案によつて工具類の摩耗に起因する偏肉が
発生し始めたときのみプラグ替えなどの処理を
行なえばよいので、コスト低減となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は螺旋状偏肉パターンの現われる状態を
示した圧延素管の斜視図、第２図は第１図の−
線に沿つた断面図、第３図は対称性平行厚肉状
の偏肉パターンの現われる状態を示した圧延素管
の斜視図、第４図は第３図の−線に沿つた断
面図、第５図はプラグミルによる圧延状態を示し
た正面図、第６図は第５図の側面断面図、第７図
はプラグミル圧延中の素管の螺旋状厚肉部分を示
した上面図、第８図ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ第
７図のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線
に沿つた素管の断面図、第９図ａ，ｂ，ｃ，ｄは
圧延中の素管長手方向各断面の減肉変形と圧延荷
重との関係を示した図、第１０図は圧延荷重の変
化パターンを示した図、第１１図は本考案を実施
する場合の診断装置を系統的に示した図、第１２
図は本考案を適用して得られた角度パワースペク
トラムを示した図である。１……素管、３，４……穴型カリバー、５……
プラグ、７，８……圧下スクリユー、６……ロー
ドセル、１０……増巾器、１１……信号処理装
置、１２，１６……演算装置、１３……ロードセ
ンシングリレー、１４……長さ計、１５……外径
計。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

継目無鋼管の素管圧延中のカリバーロールのロ
ールチヨツクにかかる圧延荷重を左右独立に検出
するロードセル６，６と、圧延前の素管長さを測
定する長さ計１４と、圧延前の素管外径を測定す
る外径計１５と、前記ロードセルの検出信号から
素管の圧延開始および圧延終了のタイミング信号
を検出するロードセンシングリレー１３と、前記
ロードセルの検出信号を前記ロードセンシングリ
レーのタイミング信号に従つて周波数解析を行つ
て周波数パワースペクトラムを求めるとともに各
周波数毎に前記ロールチヨツクにおける左側圧延
荷重と右側圧延荷重の信号の位相およびゲインを
求めるための信号処理装置１１と、前記信号処理
装置からの各周波数毎の位相、ゲイン信号と前記
タイミング信号、長さ計信号および外径計信号と
から鋼管の螺旋状偏肉の軸方向ねじれ角α毎のゲ
インを求める第１の演算装置１２と、前記第１の
演算装置で求めたゲインから素管軸方向の偏肉強
度を求める第２の演算装置１６とを有することを
特徴とする継目無鋼管の偏肉発生原因診断装置。