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《無縫鋼管生產(chǎn)過程質(zhì)量預(yù)報及關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化控制》
【摘要】無縫鋼管廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，被稱之為工業(yè)的血管，汽車、化工、建筑等各部分對其質(zhì)量的要求都非常高，但是相關(guān)檢測還只是停留在成品管上，對各工序環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)控并不到位，生產(chǎn)過程中存在的缺陷最終會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。本文結(jié)合無縫鋼管連軋生產(chǎn)線的實際工況，對生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)質(zhì)量預(yù)報及優(yōu)化控制進(jìn)行簡要分析，以期為無縫鋼管的生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】無縫鋼管;生產(chǎn)過程;質(zhì)量預(yù)報;優(yōu)化控制
無縫鋼管屬于經(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，對其質(zhì)量的要求非常高，在整個生產(chǎn)過程中，每一道工序都有可能出現(xiàn)廢品或次品，有必要對其進(jìn)行及時有效的檢查，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，對各環(huán)節(jié)的質(zhì)量預(yù)報及優(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)形加熱爐的熱點和主成分分析原理，現(xiàn)建立TLPCR模型對管坯加熱質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測和控制，首先應(yīng)對環(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量變量(包括燒嘴流量測點和爐膛溫度測點)，進(jìn)而完成對管坯最終出爐溫度的預(yù)測[1]。實踐證明，該預(yù)報模型對管坯終點溫度的預(yù)報精度在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)報及控制
無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)具有多時段、動態(tài)多變量、復(fù)雜非線性等特點，過程質(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)檢測儀器的限制，很難對這一間歇生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)測，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，但是二者一一對應(yīng)的映射關(guān)系卻無法反映出來，根據(jù)穿孔生產(chǎn)時段，基于步進(jìn)子時段MICR方法，建立毛管質(zhì)量預(yù)測模型，有效解決了對過程測量變量未來數(shù)據(jù)點過多估計的問題，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)毛管質(zhì)量的在線建模和預(yù)測。模型建立的首要環(huán)節(jié)就是對影響毛管質(zhì)量的不同時段各自變量因素進(jìn)行分析，根據(jù)實際工況，可將整個穿孔過程分為一次不穩(wěn)定穿孔、穩(wěn)定穿孔和二次不穩(wěn)定穿孔共三個主要子時段，以穩(wěn)定穿孔子時段子時段為例，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，對其制定量化指標(biāo)，通過對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真來驗證模型的準(zhǔn)確性，并運(yùn)用迭代學(xué)習(xí)控制算法對穿孔過程的橫縱向壁厚偏差進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)了間歇生產(chǎn)過程的質(zhì)量預(yù)報及控制[2]。
3荒管質(zhì)量預(yù)報及控制
在動態(tài)生產(chǎn)過程中，荒管質(zhì)量與過程變量之間的關(guān)系也十分復(fù)雜，通常情況下，通過實驗室工作人員對產(chǎn)品的定期抽查以及在線測厚儀對其進(jìn)行測量，可以實現(xiàn)荒管質(zhì)量的反饋，在線測厚儀的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)主
要依靠操作人員的經(jīng)驗，但是其局限性在于其只能檢測荒管的橫向平均壁厚，難以檢測出橫向壁厚，而這恰恰是對荒管質(zhì)量影響最大的工藝參數(shù)。對于荒管生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化，與穿孔生產(chǎn)相同，也可以分為三個子時段，即咬鋼、穩(wěn)定軋制和拋鋼，基于步進(jìn)均值子時段MPLS方法建立荒管質(zhì)量預(yù)測模型[3]。與傳統(tǒng)MPLS方法模型相比，該模型結(jié)構(gòu)簡單、計算負(fù)荷小、無需冗雜數(shù)據(jù)，且能夠?qū)崿F(xiàn)在線建模和預(yù)測。為提高模型的預(yù)測精度，應(yīng)現(xiàn)對影響荒管質(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)的實際轉(zhuǎn)速和實際電流，對其制定量化指標(biāo)，并對模型數(shù)據(jù)進(jìn)行批次處理、時段劃分、均值處理，再有就是二維展開，同樣運(yùn)用迭代學(xué)習(xí)控制算法對控制變量軌跡進(jìn)行不斷修正以低效模型誤差帶來的影響，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)測及控制
隨著減徑工藝的廣泛應(yīng)用，無論是小直徑鋼管還是大直徑鋼管都可以在減徑機(jī)組上實現(xiàn)較大的減徑，這為減小消耗、增加產(chǎn)量開辟了新的途徑。但是現(xiàn)在存在的問題就是鋼管減徑過程機(jī)理模型還沒有很好的建立起來，相關(guān)質(zhì)量監(jiān)測多通過技術(shù)人員的定期抽查來完成，其結(jié)果嚴(yán)重滯后。根據(jù)減徑生產(chǎn)多規(guī)格、時變、快速間歇的特點，采用自適應(yīng)RM-PLS算法建立減徑生產(chǎn)質(zhì)量預(yù)報模型，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，由于各時段自變量對減徑管質(zhì)量的影響并不相同，且貫穿于整個生產(chǎn)過程中，某個時段的變量可以作為預(yù)測減徑質(zhì)量的重要因素。從某種意義上來看，鋼管減徑過程實際上就是空氣體無芯棒連續(xù)軋制的過程，可將其分為咬鋼階段、穩(wěn)定軋制階段和拋鋼階段，并對相關(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)控制算法對減徑過程的壁厚偏差進(jìn)行控制，從而提高減徑管生產(chǎn)的質(zhì)量[4]。
綜上所述，通過對無縫鋼管生產(chǎn)過程的分析，建立管坯、毛管、荒管和減徑管的全流程質(zhì)量預(yù)報模型，并點提出了相應(yīng)的控制方法，為無縫鋼管全流程的質(zhì)量檢測及控制提供了一定的參考，希望能夠為實際生產(chǎn)過程質(zhì)量預(yù)報及關(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)
[1]殷國茂.我國無縫鋼管生產(chǎn)和裝備的發(fā)展歷程及今后的發(fā)展思考[J].鋼管，2011.
[2]方文平.無縫鋼管超聲自動檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2010.
[3]陳俊杰.無縫鋼管頂管機(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)于我國小型無縫鋼管生產(chǎn)機(jī)組改造的探討[J].鋼管，2012.
