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《無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量預(yù)報(bào)及關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化控制》
【摘要】無(wú)縫鋼管廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，被稱之為工業(yè)的血管，汽車、化工、建筑等各部分對(duì)其質(zhì)量的要求都非常高，但是相關(guān)檢測(cè)還只是停留在成品管上，對(duì)各工序環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)控并不到位，生產(chǎn)過(guò)程中存在的缺陷最終會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。本文結(jié)合無(wú)縫鋼管連軋生產(chǎn)線的實(shí)際工況，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)質(zhì)量預(yù)報(bào)及優(yōu)化控制進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以期為無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】無(wú)縫鋼管;生產(chǎn)過(guò)程;質(zhì)量預(yù)報(bào);優(yōu)化控制
無(wú)縫鋼管屬于經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，因其常應(yīng)用于高溫高壓等使用環(huán)境中，對(duì)其質(zhì)量的要求非常高，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，每一道工序都有可能出現(xiàn)廢品或次品，有必要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效的檢查，以確保后續(xù)工序不受影響，從而提供設(shè)備的利用效率及產(chǎn)品的質(zhì)量。無(wú)縫鋼管生產(chǎn)的基本工序包括坯料準(zhǔn)備、管坯熱處理、斜軋穿孔、軋管、荒管熱處理、減壁減徑、精整及檢查等，對(duì)各環(huán)節(jié)的質(zhì)量預(yù)報(bào)及優(yōu)化控制進(jìn)行研究，具有重要的指導(dǎo)意義。
1管坯加熱質(zhì)量預(yù)報(bào)及控制
管坯生產(chǎn)可參考的標(biāo)準(zhǔn)有連鑄圓管坯標(biāo)準(zhǔn)和軋制圓管坯標(biāo)準(zhǔn)，其質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于加熱工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)和控制，衡量加熱質(zhì)量的主要依據(jù)為最終出爐溫度。根據(jù)環(huán)形加熱爐的熱點(diǎn)和主成分分析原理，現(xiàn)建立TLPCR模型對(duì)管坯加熱質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，首先應(yīng)對(duì)環(huán)形加熱爐的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，主要包括爐子產(chǎn)量和尺寸、最高爐膛溫度、管坯規(guī)格和溫度、燃燒熱值和需要量、燒嘴布置以及裝出料節(jié)奏，采用TLPCR方法建立管坯溫度預(yù)報(bào)模型，能夠反映出爐內(nèi)管坯的溫度變化情況以及所需的測(cè)量變量(包括燒嘴流量測(cè)點(diǎn)和爐膛溫度測(cè)點(diǎn))，進(jìn)而完成對(duì)管坯最終出爐溫度的預(yù)測(cè)[1]。實(shí)踐證明，該預(yù)報(bào)模型對(duì)管坯終點(diǎn)溫度的預(yù)報(bào)精度在95%以上，具有一定的可行性和通用性。
2穿孔生產(chǎn)毛管質(zhì)量預(yù)報(bào)及控制
無(wú)縫鋼管成型的首道工序就是管坯穿孔，這一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)具有多時(shí)段、動(dòng)態(tài)多變量、復(fù)雜非線性等特點(diǎn)，過(guò)程質(zhì)量與毛管質(zhì)量的關(guān)系尤為復(fù)雜，加之受到生產(chǎn)連續(xù)性和相關(guān)檢測(cè)儀器的限制，很難對(duì)這一間歇生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，理論上利用有限元法能夠表達(dá)出各質(zhì)量信息與生產(chǎn)工藝參數(shù)之間的關(guān)系，但是二者一一對(duì)應(yīng)的映射關(guān)系卻無(wú)法反映出來(lái)，根據(jù)穿孔生產(chǎn)時(shí)段，基于步進(jìn)子時(shí)段MICR方法，建立毛管質(zhì)量預(yù)測(cè)模型，有效解決了對(duì)過(guò)程測(cè)量變量未來(lái)數(shù)據(jù)點(diǎn)過(guò)多估計(jì)的問(wèn)題，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)毛管質(zhì)量的在線建模和預(yù)測(cè)。模型建立的首要環(huán)節(jié)就是對(duì)影響毛管質(zhì)量的不同時(shí)段各自變量因素進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際工況，可將整個(gè)穿孔過(guò)程分為一次不穩(wěn)定穿孔、穩(wěn)定穿孔和二次不穩(wěn)定穿孔共三個(gè)主要子時(shí)段，以穩(wěn)定穿孔子時(shí)段子時(shí)段為例，其建模變量包括上軋輥壓下和量下軋輥壓上量，上、下軋輥傾角值和轉(zhuǎn)速，左、右導(dǎo)盤轉(zhuǎn)速以及頂桿位置，對(duì)其制定量化指標(biāo)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真來(lái)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，并運(yùn)用迭代學(xué)習(xí)控制算法對(duì)穿孔過(guò)程的橫縱向壁厚偏差進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了間歇生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量預(yù)報(bào)及控制[2]。
3荒管質(zhì)量預(yù)報(bào)及控制
在動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程中，荒管質(zhì)量與過(guò)程變量之間的關(guān)系也十分復(fù)雜，通常情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室工作人員對(duì)產(chǎn)品的定期抽查以及在線測(cè)厚儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)荒管質(zhì)量的反饋，在線測(cè)厚儀的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)主
要依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)，但是其局限性在于其只能檢測(cè)荒管的橫向平均壁厚，難以檢測(cè)出橫向壁厚，而這恰恰是對(duì)荒管質(zhì)量影響最大的工藝參數(shù)。對(duì)于荒管生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化，與穿孔生產(chǎn)相同，也可以分為三個(gè)子時(shí)段，即咬鋼、穩(wěn)定軋制和拋鋼，基于步進(jìn)均值子時(shí)段MPLS方法建立荒管質(zhì)量預(yù)測(cè)模型[3]。與傳統(tǒng)MPLS方法模型相比，該模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算負(fù)荷小、無(wú)需冗雜數(shù)據(jù)，且能夠?qū)崿F(xiàn)在線建模和預(yù)測(cè)。為提高模型的預(yù)測(cè)精度，應(yīng)現(xiàn)對(duì)影響荒管質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，然后確定輸入變量，具體信息包括各階段連軋機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和實(shí)際電流，對(duì)其制定量化指標(biāo)，并對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行批次處理、時(shí)段劃分、均值處理，再有就是二維展開(kāi)，同樣運(yùn)用迭代學(xué)習(xí)控制算法對(duì)控制變量軌跡進(jìn)行不斷修正以低效模型誤差帶來(lái)的影響，促使荒管質(zhì)量更趨近于理想指標(biāo)。
4減徑管質(zhì)量預(yù)測(cè)及控制
隨著減徑工藝的廣泛應(yīng)用，無(wú)論是小直徑鋼管還是大直徑鋼管都可以在減徑機(jī)組上實(shí)現(xiàn)較大的減徑，這為減小消耗、增加產(chǎn)量開(kāi)辟了新的途徑。但是現(xiàn)在存在的問(wèn)題就是鋼管減徑過(guò)程機(jī)理模型還沒(méi)有很好的建立起來(lái)，相關(guān)質(zhì)量監(jiān)測(cè)多通過(guò)技術(shù)人員的定期抽查來(lái)完成，其結(jié)果嚴(yán)重滯后。根據(jù)減徑生產(chǎn)多規(guī)格、時(shí)變、快速間歇的特點(diǎn)，采用自適應(yīng)RM-PLS算法建立減徑生產(chǎn)質(zhì)量預(yù)報(bào)模型，在保證高精度的情況下，能夠具有更高的自適應(yīng)性和靈活性，由于各時(shí)段自變量對(duì)減徑管質(zhì)量的影響并不相同，且貫穿于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，某個(gè)時(shí)段的變量可以作為預(yù)測(cè)減徑質(zhì)量的重要因素。從某種意義上來(lái)看，鋼管減徑過(guò)程實(shí)際上就是空氣體無(wú)芯棒連續(xù)軋制的過(guò)程，可將其分為咬鋼階段、穩(wěn)定軋制階段和拋鋼階段，并對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，確定輸入輸出變量，運(yùn)用迭代學(xué)習(xí)控制算法對(duì)減徑過(guò)程的壁厚偏差進(jìn)行控制，從而提高減徑管生產(chǎn)的質(zhì)量[4]。
綜上所述，通過(guò)對(duì)無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程的分析，建立管坯、毛管、荒管和減徑管的全流程質(zhì)量預(yù)報(bào)模型，并點(diǎn)提出了相應(yīng)的控制方法，為無(wú)縫鋼管全流程的質(zhì)量檢測(cè)及控制提供了一定的參考，希望能夠?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量預(yù)報(bào)及關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化控制有所幫助。
【參考文獻(xiàn)】——陸治越楊慧強(qiáng)
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[3]陳俊杰.無(wú)縫鋼管頂管機(jī)組成型工藝參數(shù)研究[D].太原科技大學(xué)，2013.
[4]王三云，楊旭寧.關(guān)于我國(guó)小型無(wú)縫鋼管生產(chǎn)機(jī)組改造的探討[J].鋼管，2012.
