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《无缝钢管生产过程质量预报及关键参数优化控制》

【摘要】无缝钢管广泛应用于工业领域,被称之为工业的血管,汽车、化工、建筑等各部分对其质量的要求都非常高,但是相关检测还只是停留在成品管上,对各工序环节的质量监控并不到位,生产过程中存在的缺陷最终会影响到产品的质量。本文结合无缝钢管连轧生产线的实际工况,对生产过程中各环节质量预报及优化控制进行简要分析,以期为无缝钢管的生产提供一定的指导。
【关键词】无缝钢管;生产过程;质量预报;优化控制

    无缝钢管属于经济断面钢材,因其常应用于高温高压等使用环境中,对其质量的要求非常高,在整个生产过程中,每一道工序都有可能出现废品或次品,有必要对其进行及时有效的检查,以确保后续工序不受影响,从而提供设备的利用效率及产品的质量。无缝钢管生产的基本工序包括坯料准备、管坯热处理、斜轧穿孔、轧管、荒管热处理、减壁减径、精整及检查等,对各环节的质量预报及优化控制进行研究,具有重要的指导意义。

1管坯加热质量预报及控制

    管坯生产可参考的标准有连铸圆管坯标准和轧制圆管坯标准,其质量控制的关键在于加热工艺参数的设计和控制,衡量加热质量的主要依据为最终出炉温度。根据环形加热炉的热点和主成分分析原理,现建立TLPCR模型对管坯加热质量进行预测和控制,首先应对环形加热炉的主要技术参数进行设定,主要包括炉子产量和尺寸、最高炉膛温度、管坯规格和温度、燃烧热值和需要量、烧嘴布置以及装出料节奏,采用TLPCR方法建立管坯温度预报模型,能够反映出炉内管坯的温度变化情况以及所需的测量变量(包括烧嘴流量测点和炉膛温度测点),进而完成对管坯最终出炉温度的预测[1]。实践证明,该预报模型对管坯终点温度的预报精度在95%以上,具有一定的可行性和通用性。

2穿孔生产毛管质量预报及控制

    无缝钢管成型的首道工序就是管坯穿孔,这一环节的生产具有多时段、动态多变量、复杂非线性等特点,过程质量与毛管质量的关系尤为复杂,加之受到生产连续性和相关检测仪器的限制,很难对这一间歇生产过程进行实时监测,理论上利用有限元法能够表达出各质量信息与生产工艺参数之间的关系,但是二者一一对应的映射关系却无法反映出来,根据穿孔生产时段,基于步进子时段MICR方法,建立毛管质量预测模型,有效解决了对过程测量变量未来数据点过多估计的问题,而且还能够实现毛管质量的在线建模和预测。模型建立的首要环节就是对影响毛管质量的不同时段各自变量因素进行分析,根据实际工况,可将整个穿孔过程分为一次不稳定穿孔、稳定穿孔和二次不稳定穿孔共三个主要子时段,以稳定穿孔子时段子时段为例,其建模变量包括上轧辊压下和量下轧辊压上量,上、下轧辊倾角值和转速,左、右导盘转速以及顶杆位置,对其制定量化指标,通过对现场生产数据进行仿真来验证模型的准确性,并运用迭代学习控制算法对穿孔过程的横纵向壁厚偏差进行控制,从而实现了间歇生产过程的质量预报及控制[2]。

3荒管质量预报及控制

    在动态生产过程中,荒管质量与过程变量之间的关系也十分复杂,通常情况下,通过实验室工作人员对产品的定期抽查以及在线测厚仪对其进行测量,可以实现荒管质量的反馈,在线测厚仪的工艺参数调节主

    要依靠操作人员的经验,但是其局限性在于其只能检测荒管的横向平均壁厚,难以检测出横向壁厚,而这恰恰是对荒管质量影响最大的工艺参数。对于荒管生产关键参数的优化,与穿孔生产相同,也可以分为三个子时段,即咬钢、稳定轧制和抛钢,基于步进均值子时段MPLS方法建立荒管质量预测模型[3]。与传统MPLS方法模型相比,该模型结构简单、计算负荷小、无需冗杂数据,且能够实现在线建模和预测。为提高模型的预测精度,应现对影响荒管质量的因素进行分析,然后确定输入变量,具体信息包括各阶段连轧机的实际转速和实际电流,对其制定量化指标,并对模型数据进行批次处理、时段划分、均值处理,再有就是二维展开,同样运用迭代学习控制算法对控制变量轨迹进行不断修正以低效模型误差带来的影响,促使荒管质量更趋近于理想指标。

4减径管质量预测及控制

    随着减径工艺的广泛应用,无论是小直径钢管还是大直径钢管都可以在减径机组上实现较大的减径,这为减小消耗、增加产量开辟了新的途径。但是现在存在的问题就是钢管减径过程机理模型还没有很好的建立起来,相关质量监测多通过技术人员的定期抽查来完成,其结果严重滞后。根据减径生产多规格、时变、快速间歇的特点,采用自适应RM-PLS算法建立减径生产质量预报模型,在保证高精度的情况下,能够具有更高的自适应性和灵活性,由于各时段自变量对减径管质量的影响并不相同,且贯穿于整个生产过程中,某个时段的变量可以作为预测减径质量的重要因素。从某种意义上来看,钢管减径过程实际上就是空气体无芯棒连续轧制的过程,可将其分为咬钢阶段、稳定轧制阶段和抛钢阶段,并对相关影响因素进行分析,确定输入输出变量,运用迭代学习控制算法对减径过程的壁厚偏差进行控制,从而提高减径管生产的质量[4]。

    综上所述,通过对无缝钢管生产过程的分析,建立管坯、毛管、荒管和减径管的全流程质量预报模型,并点提出了相应的控制方法,为无缝钢管全流程的质量检测及控制提供了一定的参考,希望能够为实际生产过程质量预报及关键参数优化控制有所帮助。

【参考文献】——陆治越杨慧强

[1]殷国茂.我国无缝钢管生产和装备的发展历程及今后的发展思考[J].钢管,2011.
[2]方文平.无缝钢管超声自动检测关键技术研究[D].浙江大学,2010.
[3]陈俊杰.无缝钢管顶管机组成型工艺参数研究[D].太原科技大学,2013.
[4]王三云,杨旭宁.关于我国小型无缝钢管生产机组改造的探讨[J].钢管,2012.

 

 


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