JPS6322884B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は棒状の圧延材の均熱検出方法に係り、
特に製管プロセスにおいて利用されるに好適な検
出方法に関する。 近年における圧延技術の進歩は、計算機の導入
とあいまつて目をみはるべきものがある。そし
て、板圧延においては、厚み変更圧延や、完全連
続圧延等の導入が現実化し、ほぼ完全な自動化が
実現される傾向にある。しかしながら、圧延にお
いて板圧延と同様に重要な位置を占める管圧延に
おいては、まだまだ自動化が実現されず、いまだ
に熟練者の経験と勘に頼つて生産が続けられてい
るのが現状のようである。鋼管等の圧延におい
て、自動化が実現しない原因は、鋼板に比べて圧
延が複雑であり、そのため理論的にもまだ十分に
解析されていない部分が多いためと考えられる。
最近になつて、製管プロセスにおいても計算機に
よる自動化が考えられ始め、圧延機のセツトアツ
プ計算などがごく一部において実現されたが、そ
の他の複雑な操作は依然として熟練者に頼るもの
である。この製管プロセスにおいて、熟練者の経
験と勘が最大限に必要なのは材料を管に刳貫く、
いわゆる穿孔の工程であるといわれている。この
穿孔において、問題となるのは材料の温度分布が
一様でないことによる材料各部の変形抵抗のばら
つきである。変形抵抗が材料の各部で一様でない
と穿孔の際に、管の肉厚が一様でないいわゆる偏
肉パイプができることになる。穿孔の段階で発生
したこの偏肉は次工程以降に悪い影響を与え、そ
の修正による生産性の低下、および品質の低下を
まねくことになる。従つて、穿孔の作業におい
て、適当な工具の選択、圧延速度（穿孔速度）、
ロール開度等の経験的ノウハウが重要視されるゆ
えんである。しかし、こゝで重要なのは、偏肉パ
イプのできる原因が材料の温度分布のばらつきに
あるという点である。いくら、高度な技術を持つ
た熟練者であつても、その原因となる材料の温度
のばらつきがあつたのでその技倆も充分に発揮し
得ず、偏肉パイプの発生を防止するにもおのずと
限界がある。このため従来においては、偏肉パイ
プが発生すると、まず穿孔のための圧延機のロー
ル開度、圧延速度の再調整とか、あるいは穿孔の
ためのピアサを取りかえる等の作業を行ない、然
る後次の圧延材料の穿孔を行なう。そして、それ
でもなお偏肉パイプが発生する場合には、今度は
圧延材を供給している炉の制御設定値を変更して
均熱時間を調節する等の作業を繰り返していた。
この従来技術における問題点は、偏肉パイプの発
生という現象が発生して初めて圧延機のロール開
度、圧延速度を再調整する等のことを行なつてい
ること（これでは偏肉パイプの発生を予防すると
いうことはできない。）更にはそれらの調整が偏
肉パイプの発生する真の原因を無視して行なわれ
るため本質的な解決にならず自ずと限界があるこ
とである。また、偏肉パイプの度重なる発生によ
り炉における圧延材の均熱時間等を調整している
が、これは今後の偏肉パイプの発生に対する予防
的効果はある程度認められるものの、現実には偏
肉発生の最大の原因である圧延材の温度のばらつ
きを測定していないため、適切な均熱時間を与え
ることができない。その結果として、果たして偏
肉パイプが発生しないのかどうかは、最初の偏肉
パイプの発生によつて炉の均熱時間が調整され、
その均熱時間で均熱された炉内の圧延材が圧延機
に供給され、穿孔された結果をみなければ判らな
いという問題を生じる。そして、再び偏肉パイプ
が発生した場合には、均熱時間を再設定し様子を
みるので、その間に炉から抽出された圧延材はす
べて偏肉パイプに穿孔される可能性を有してい
る。 本発明では、偏肉パイプ発生の要因である変形
抵抗のばらつきが、ほとんどの場合圧延材各部の
温度のばらつきが原因であるという認識にたち、
この温度のばらつきすなわち圧延材の均熱状態に
着目する。この均熱状態を把握することにより、
製管プロセスにおける偏肉パイプの発生がほぼ完
全に予知できるだけでなく、その均熱状態を用い
て圧延材の均熱制御が実現できる。 従つて、本発明の目的は、圧延材の均熱状態を
検出する方法を提供することである。 本発明は、炉から取出された棒状の圧延材を穿
孔圧延機に供給し管状に成形するに先立つて、上
記棒状の圧延材を回転させ、かつ上記棒状の圧延
材の進入地点に設けられた１個または複数の温度
検出器の出力を、上記棒状の圧延材表面の周方向
での温度測定点間の間隔が予め設定された間隔と
なるように、上記棒状圧延材の回転速度から算出
された時間間隔で取込み、該取込んだ複数の測定
値の分布に基づいて、上記棒状の圧延材の周方向
における均熱状態を検出することを特徴とする。
本発明に関するその他の目的および特徴は以下の
説明で明らかとなろう。ここで、圧延材の周方向
とは、穿孔の進向に対する円周の方向ということ
である。 以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。 まず、本発明の原理について説明する。圧延材
は、炉に装入され、加熱過程、均熱過程を経て炉
外へ抽出され、例えば第１図に示す如き穿孔用の
圧延機に供給される。第１図においては、１はピ
アサロール、２はピアサ、３は圧延材である。炉
（図示せず）から抽出された圧延材は、ピアサロ
ール１によつて回転を加えられながらロール出側
へ進行し、ピアサ２によつて穿孔される。このよ
うな穿孔過程において偏肉パイプが発生するとい
うのは上述した通りである。この偏肉パイプ発生
の原因は、圧延材の均熱状態が密接に関連してい
る。もう少し詳しく説明すれば、偏肉パイプ発生
の原因は、圧延材各部の変形抵抗のばらつきによ
るものと思われるが、この変形抵抗は金属の性質
から明らかなように、圧延材の温度に最も影響を
受けるのである。本発明では、この点に注目し、
圧延材の各部の温度分布、すなわち均熱状態を偏
肉パイプ発生の原因パラメータとして利用する。
均熱状態は、圧延材の各部について温度を測定
し、そのばらつきの度合により認識することがで
きる。これは、具体的には、各部の温度測定値の
うち最高値と最低値との差温度ΔT_M〔℃〕が予め
何段階かに区分された枠の中でどの枠の中に入つ
ているかということで認識することもできよう
し、その差温度ΔT_Mをそのまゝ均熱の度合とし
て利用することもできる。あるいは、全測定値を
平均し、その平均値と各測定値との差を利用する
とか、その差のばらつき度合として認識すること
もできる。要するに、温度を圧延材の複数点で検
出し、それらを何等かの形で比較することにより
均熱状態を認識できる。しかしながら、こゝで重
要なのは、温度測定を単に圧延材の複数の点で行
なえば良いというのではないということである。
偏肉パイプは穿孔する圧延材の断面において均一
な温度でないときに多く発生するという事実に注
目しなければならない。圧延材の長手方向の均熱
度が悪くても、周方向の均熱状態が良好であれ
ば、偏肉パイプはほとんど発生しないのである。
従つて、圧延材の長手方向について均熱状態を検
出しても偏肉の発生が正確には予知できない。そ
のため、本発明では、圧延材における長さ方向に
ついてでなく、周方向について複数の点で温度を
測定し、この測定値を利用して均熱状態を検出す
る。もちろん、圧延材の周方向における複数の位
置での温度測定を圧延材の長手方向に複数回繰り
返して測定するのであれば、偏肉パイプ発生を予
知するに有用な均熱状態を検出できることは言う
までもない。なぜなら、一般に圧延材の周方向に
も長手方向にも温度のばらつきがあり、長手方向
におけるある部分について周方向の均熱状態を検
出した場合と、その他の部分について周方向の均
熱状態を検出した場合とでは異なつていることの
方が多いからである。従つて、むしろ周方向につ
いての均熱状態検出を圧延材の長さ方向において
何回か繰り返し、総合的に判断した方が良い。 次に、具体的に均熱状態の検出方法について説
明する。第２図は、均熱状態検出の一実施例を示
す図面である。図において、４１〜４７は圧延材
３を移送するためのローラーである。５１，５
２，５３，５４，５５，…５ｎ（５ｎは図示せず）
は、圧延材３の周方向の複数個所での温度を検出
する温度検出器を示す。６は計算機を示し、６１
はプロセス量（この場合は圧延材の周方向各部の
温度T₁〜T_o）を取込んだり、プロセスに対し制
御データを出力するプロセス入出力装置、６２は
プロセス入出力装置６１からのプロセス量等を用
いて何等かの演算（この場合均熱状態の検出）を
行なう中央演算装置、６３はプログラムやプロセ
ス量あるいは演算結果等を記憶する記憶装置を内
蔵している。７は計算機６に予め必要なプログラ
ムやデータ等を与えるためのデータ入力部であ
る。８は計算機６で演算された演算結果（この場
合均熱状態）をオペレータに認識させるデイスプ
レイ装置等の表示部を示す。係る構成において、
炉から抽出された圧延材３が温度検出器５１〜５
ｎの設置位置に達すると、各温度検出器の出力は
急上昇する。この急上昇の変化を監視すれば計算
機６は圧延材３が温度検出器の設置位置に達した
ことを検知できる。なお、この検知は、温度検出
器の設置位置付近に適当な検知手段、例えばホツ
トメタルデイテクタやリミツトスイツチ等を設け
ても可能である。圧延材３の検知により、計算機
６内の中央処理装置６２は入出力装置６１を介し
て温度検出器５１〜５ｎの夫々の出力であるT₁
〜T_oを一担記憶装置６３に記憶する。そして、
中央処理装置６２は、予めデータ入力部７から取
込まれ記憶装置６３内に記憶されているプログラ
ムに従つて、記憶しているT₁〜T_oを用いて均熱
状態を演算する。この演算結果は、表示部８に出
力すると共に記憶装置６３内の定められたエリア
に記憶する。１本の圧延材３についての均熱状態
の検出は、圧延材３の長さ方向について複数回行
なえば、より正確な均熱状態を認識できるので、
例えば圧延材の先端部と中央部と後端部で均熱状
態を検出し、それらを夫々表示手段８に表示する
とか、その中の最も悪い均熱状態のみを表示する
とか、あるいはそれらの平均的な均熱状態を表示
する。これらの表示は、その状況、用途により自
由に選ぶことが可能である。第２図に示す均熱状
態の検出について、その具体的な均熱状態検出の
フローチヤートを第３図に示す。このようなフロ
ーチヤートに従つたプログラムを計算機６がその
記憶装置６３内に保有することにより均熱状態の
検出を可能とする。第３図においては、そのフロ
ーから明らかな様に、圧延材の周方向の温度T₁
〜T_oを取込み（ステツプF0〜F2までのステツ
プ）、その中から最高値T_MAXと最低値T_MINを選び
（F3〜F9までのステツプ）、それらの差ΔT_Mをも
とに均熱状態を検出（F10〜F12までのステツプ）
している。ここでステツプF11では、具体的には
例えば第１表に示す如きテーブルを記憶装置６３
内に用意しておき、このテーブルを参照して均熱
状態を演算する。なお、この均熱状態を用いてプ
ロセス量（例えば炉の在炉時間等）を制御するに
はΔT_Mをそのまゝ用いた方が精度よく制御でき
るという結果を得ている。

【表】 ΔT_Mの演算結果を用いて、ステツプF11では、
このΔT_Mがどのレベル（指数、状態、制御の要
否）に入つているかを選択する。そして、その結
果はステツプ１２に示すように表示部８に出力す
る。従つて、オペレータは、現在どのような均熱
状態になつているかを確認でき、適切な運転が実
現できる。均熱状態の検出は、第３図の方法に限
ることなく、対象とするプロセスの種類、特徴に
応じて夫々に最適の検出方法を採用すべきであ
る。 次に、本発明の他の均熱状態検出方法について
説明する。第４図は本発明の他の一実施例を示す
図面である。図において、第２図と同一番号は同
一物を示す。５は圧延機近傍に設けられた温度計
である。この圧延機はマンネスマンタイプの穿孔
機であるが、この種圧延機は穿孔に際し、ロール
１によつて圧延材３に回転を加えながら穿孔を行
なう。従つて、圧延材３の周方向に複数の温度検
出器（例えば第２図の５１〜５ｎ）を設けなくて
も、１個の温度検出器５を設ければ圧延材３の周
方向の温度分布を認識できる。この認識は、圧延
材３が回転しながら前進するのでスパイラル状に
温度検出を行なうので、完全な圧延材３の周方向
とは言えないが、実用上差し支えない程度の圧延
材周方向における均熱状態が検出できる。すなわ
ち、第５図に示す如く、圧延材３のＡ方向の回転
に対し、温度検出器５は圧延材３の×印の部分の
温度を測定する。このような圧延材の周方向につ
いての温度測定は、１本の圧延材について１回の
測定よりも、図のａ，ｂに示すように複数回の測
定を行ない、これらについて均熱状態を検出した
方が有用な結果をもたらすことは先きの例と同様
である。第４図の実施例についてその具体的検出
方法を説明すると次の通りである。この実施例で
は、第５図に示す如く圧延材の周方向の温度測定
を行なうが、その温度測定点を等間隔にするため
ロール１の回転数（圧延材の進入速度v_Lに比例す
るものと考える。）N_Pを速度計９により検出して
いる。この関係を示したのが第６図である。第６
図において、ｖは材料３の回転速度、v_Lは進入速
度、v_Rは垂直方向成分の速度を示す。Ｄは圧延材
３の外径である。ここで、ｖとv_R，v_Lとの関係
は、図から明らかなように、 v_R＝ｖ sinθ ……(1) v_L＝ｖ cosθ ……(2) である。ここで、ロール１の径をD_P、ロールと
材料との間の後進率をとすると、 ｖ＝kN_P・π・D_P（１−） ……(3) ｋ：定数 となる。従つて、材料が１回転するに要する時間
t_Rは、 t_R＝πD／v_R ＝π・Ｄ／kN_P・π・D_P（１−）sinθ ……(4) ここで、材料が１回転する間に温度T_iを測定する
回数をｎとすると、サンプリング時間t_sは t_s＝t_R／ｎ ……(5) で表わされる。 従つて、計算機６では、まず入力手段６より設
定され、内部の記憶装置に記憶しているD_P，，
Ｄ，θ，ｎ等と、速度計９の出力N_Pとを用いて、
サンプリング周期t_sを決定する。圧延材３が温度
検出器５の設置位置に達したこと（例えば圧延機
にかみ込まれた後の適当な時点）により、先に求
めておいた時間t_s周期毎に温度検出器５の出力T_i
を取込む。この取付回数がｎ回に達した時点で一
担取込を終了する。そして、先きの実施例と同様
に、ｎ個の温度測定値T₁〜T_oを用いて均熱状態
を検出する。そして、その検出結果は、表示手段
８に出力する。圧延材３の圧延機への進入がある
程度進んだ段階で、再びt_sの周期で温度検出器５
の出力T_iを取込み、同様に均熱状態を検出する。
つまり圧延材の周方向についての均熱状態を圧延
材の長さ方向に複数回繰り返して検出するのであ
る。このようにすれば、圧延材についての正確な
均熱状態が判るのみならず、この均熱状態を用い
て炉あるいは圧延機等を制御する場合の有用なパ
ラメータとなる。 なお、第４図の例では、圧延機において圧延材
を回転させているので、それを利用したが、圧延
材の回転を行なわない圧延機ではそのまゝでは１
個の温度検出器による均熱状態は検出できない。
この場合には、圧延材が炉から抽出され圧延機に
運ばれる間の適当な場所において、温度検出器を
設け、かつ圧延材に回転を加える設備を設ければ
同様に実現できる。また、圧延材を回転させなく
ても、圧延材の周方向に温度検出器を移動させ、
その時々の温度検出値を利用してもよい。そし
て、これら温度検出器は１個であつても圧延材周
方向の均熱状態の検出を可能とするということで
あつて、２個以上の温度検出器によつても実現で
きることは以上の説明から明らかであろう。 以上のように、本発明によれば棒状の圧延材の
均熱状態を的確に検出することができるという効
果が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は穿孔用の圧延機例を示す図面、第２図
は本発明による均熱状態検出の一実施例を示す図
面、第３図は均熱状態検出の具体的な方法を示す
フローチヤート図面、第４図は本発明による均熱
状態検出の他の一実施例を示す図面、第５図およ
び第６図は第４図に示す実施例を説明するための
図面である。 ５，５０，５１〜５５は温度検出器、６は計算
機、７はデータ入力部、８は表示部、９は速度計
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉から取出された棒状の圧延材を穿孔圧延機
   に供給し管状に成形するに先立つて、上記棒状の
   圧延材を回転させ、かつ上記棒状の圧延材の進入
   地点に設けられた１個または複数の温度検出器の
   出力を、上記棒状の圧延材表面の周方向での温度
   測定点間の間隔が予め設定された間隔となるよう
   に、上記棒状圧延材の回転速度から算出された時
   間間隔で取込み、該取込んだ複数の測定値の分布
   に基づいて、上記棒状の圧延材の周方向における
   均熱状態を検出することを特徴とする圧延材の均
   熱検出方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の均熱検出方法に
   おいて、前記均熱状態の検出に際し、測定された
   複数点の前記温度測定値のうち最大値と最小値を
   利用し、該最大値と最小値の差の値を前記均熱状
   態の指数として使用することを特徴とする圧延材
   の均熱検出方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の均熱検出方法に
   おいて、前記１個または複数の温度検出器を前記
   圧延材に回転を与えながら圧延作業を行なう圧延
   機の近くに設置し、前記圧延材を所定速度で回転
   させる特別な作業を省いたことを特徴とする均熱
   検出方法。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の均熱検出方法に
   おいて、前記圧延材の長手方向についてスパイラ
   ル状に複数個所で温度を測定し、前記圧延材周方
   向の均熱状態を長手方向に複数回検出することを
   特徴とする圧延材の均熱検出方法。