一種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法
2023-06-04 06:35:01
一種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法
【專利摘要】本發明公開了一種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法，首先獲取某一規格某一批次的鋼管軋制過程中的生產參數：荒管長度、設定的鋼管出口速度以及實際的芯棒限動速度最大值；採用最小二乘線性擬合方法擬合出芯棒限動速度與荒管長度的函數關係式；然後採用最小二乘線性擬合方法擬合出在實際生產過程中任意某一荒管長度下芯棒限動速度與鋼管出口速度的函數關係式；最後採用線性加權方法建立最佳芯棒限動速度模型，計算最佳芯棒限動速度。本發明具有計算簡單、便捷，實用性強的特點，適合於指導無縫鋼管連軋過程軋制規程中芯棒限動速度的設定。
【專利說明】一種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方 法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法。
【背景技術】
[0002] 鋼管是一種經濟鋼材，是鋼鐵工業中的一項重要產品，通常佔全部鋼材總量的 10%左右，有著"工業血管"之稱。作為國民經濟建設的重要原材料之一，無縫鋼管被廣泛 應用於石油、電力、化工、煤炭、機械、軍工、航空航天等行業。
[0003] 國務院"十二五"規劃指出面對鋼鐵工業存在的品種質量亟待升級、布局調整進展 緩慢、能源、環境、原料約束增強、自主創新能力不強等問題，要把擴大品種、提高質量、推進 鋼材減量化以及加快節能減排、淘汰落後、優化布局作為結構調整的重點。
[0004] 芯棒是連軋變形的主要工具之一。在無縫鋼管生產過程乳制規程的制定中，芯棒 限動速度最大值是一個重要的工藝參數，其設定結果會影響鋼管連軋的金屬變形、力能特 性、工具消耗及生產率等。較低的限動速度可以縮短芯棒工作段長度，但芯棒和乳件間的相 對速差大，其摩擦產生的熱量增多，導致芯棒磨損嚴重，會降低芯棒的使用壽命；較高的限 動速度會增長芯棒工作段的長度，會增加芯棒某些截面的乳制力作用次數，也會降低芯棒 使用壽命，而且還會加大芯棒工作長度，這樣不僅增加了產線的長度，而且增大了芯棒的加 工難度，也會使生產成本加大。綜上所述，合理的設定芯棒限動速度最大值，有助於減少芯 棒磨損，提高芯棒使用壽命，還能提高產品質量、降低生產成本。
[0005] 傳統的芯棒限動速度最大值計算是從給定的最大限動速度開始，以10mm/s的步 長遞減，搜索合適的芯棒限動速度最大值，最後選定的限動速度要同時滿足以下條件：1) 芯棒壽命的要求；2)芯棒對摩擦方向的要求；3)芯棒在乳制過程中的位置要求。這種計算 較為準確，不過計算複雜，搜索時間長，難以在線應用。無縫鋼管現場生產過程中大量的乳 制數據包含了豐富的反映生產運行規律和工藝參數之間關係的潛在信息。數據驅動建模能 夠為芯棒限動速度最大值設定計算提供一個簡便的方法。
[0006] 更為重要的是，傳統的芯棒限動速度最大值計算是基於機理分析的，參數眾多，計 算複雜，求解時間長，對於鋼管乳制行業工程設計人員開發新品種以及制定軋制規程尤為 不便。採用數據驅動建模，簡單快捷，能夠極大節省時間提高工作效率，快速得到限動速度 的數值，為下一步其他參數建模及優化設定打下堅實的基礎。
【發明內容】
[0007] 本發明針對現有技術中芯棒限動速度最大值的計算複雜，不利於鋼管軋制行業使 用的問題，提出了一種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法。
[0008] -種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法，首先獲取某一規格 某一批次的鋼管軋制過程中的生產參數：荒管長度、設定的鋼管出口速度以及實際的芯棒 限動速度最大值；採用最小二乘線性擬合方法擬合出芯棒限動速度最大值與荒管長度的函 數關係式；然後採用最小二乘線性擬合方法擬合出在實際生產過程中任意某一荒管長度下 芯棒限動速度與鋼管出口速度的函數關係式；最後採用線性加權方法建立最佳芯棒限動速 度模型，計算最佳芯棒限動速度。
[0009] 該方法具體包括以下步驟：
[0010] 步驟1 :獲取同一規格同一批次的不同長度的荒管在鋼管乳制過程中的生產參 數；
[0011]所述生產參數包括荒管長度、設定的鋼管出口速度及實際的芯棒限動速度最大 值；
[0012] 步驟2 :對相同的鋼管出口速度，利用步驟1獲得的荒管長度和對應的芯棒限動速 度最大值，採用最小二乘線性擬合方法擬合出鋼管出口速度相同的芯棒限動速度最大值與 荒管長度的函數關係式V_ = ai · L+bi ;
[0013] 其中，vnax為鋼管出口速度相同時隨荒管長度L變化的芯棒限動速度最大值，L為 荒管的長度， ai、bi為函數關係式的待定參數；
[0014] 當設定的鋼管出口速度最大時，對應的芯棒限動速度己達到芯棒限動速度最大 值；
[0015] 荒管長度越大，芯棒限動速度最大值越小，兩者為近似線性關係；
[0016] 步驟3:對同一長度的荒管，改變鋼管出口速度，觀察芯棒限動速度的變化，獲得 芯棒限動速度最大值隨鋼管出口速度的變化規律數據，採用最小二乘線性擬合獲得荒管長 度為相同值時芯棒限動速度與鋼管出口速度的函數關係式：
[0017] VL = a2 · Voutlet+b2
[0018] 其中，八為荒管長度相同均為L，隨鋼管出口速度變化的芯棒限動速度，VOTtlet為鋼 管出口速度，a 2、b2為函數關係式的待定參數；
[0019] 鋼管出口速度增大，芯棒限動速度也增大，兩者為線性關係；
[0020] 步驟4:釆用線性加權方法計算出在任一荒管長度、任一鋼管出口速度下的最佳 芯棒限動速度的取值：
[0021] Vmandrel = a3 · Voutlet+Vmax-a3 · Voutletmax
[0022] 其中，V_&el為最佳芯棒限動速度，為鋼管的出口速度，Vnax為鋼管出口 速度相同時隨荒管長度L變化的芯棒限動速度最大值，為已知芯棒外徑的芯 棒鋼管出口速度的最大值，為芯棒的固有屬性值，a 3為函數關係式的待定參數；其中，
【權利要求】
1. 一種無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法，其特徵在於，首先獲 取某一規格某一批次的鋼管軋制過程中的生產參數：荒管長度、設定的鋼管出口速度以及 實際的芯棒限動速度最大值；採用最小二乘線性擬合方法擬合出芯棒限動速度與荒管長度 的函數關係式；然後採用最小二乘線性擬合方法擬合出在實際生產過程中任意某一荒管長 度下芯棒限動速度與鋼管出口速度的函數關係式；最後採用線性加權方法建立最佳芯棒限 動速度模型，計算最佳芯棒限動速度。
2. 根據權利要求1所述的無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法，其 特徵在於，該方法具體包括以下步驟： 步驟1 :獲取同一規格同一批次的不同長度的荒管在鋼管軋制過程中的生產參數； 所述生產參數包括荒管長度、設定的鋼管出口速度及實際的芯棒限動速度最大值； 步驟2 :當鋼管出口速度相同且調至最大值時，利用步驟1獲得的荒管長度和對應的芯 棒限動速度最大值，採用最小二乘線性擬合方法擬合出芯棒限動速度最大值與荒管長度的 函數關係式= ai · L+h ; 其中，Vmax為鋼管出口速度相同且為最大值時隨荒管長度L變化的芯棒限動速度最大 值，L為荒管的長度，ai、h為函數關係式的待定參數； 當鋼管出口速度最大時，對應的芯棒限動速度已達到芯棒限動速度最大值； 步驟3 :對同一長度的荒管，改變鋼管出口速度，觀察芯棒限動速度的變化，獲得芯棒 限動速度隨鋼管出口速度的變化規律數據，採用最小二乘線性擬合獲得荒管長度為相同值 時芯棒限動速度與鋼管出口速度的函數關係式： VL = a2 · Voutlet+b2 其中，'為荒管長度相同均為L，隨鋼管出口速度變化的芯棒限動速度，為鋼管出 口速度，a2、b2為函數關係式的待定參數； 步驟4 :採用線性加權方法計算出在任一荒管長度、任一鋼管出口速度下的最佳芯棒 限動速度的取值： ^mandrel ^outlet~^^max ^outletmax 其中，Vmandrel為最佳芯棒限動速度，vQUtlet為鋼管的出口速度，vmax為鋼管出口速度相同 時隨荒管長度L變化的芯棒限動速度，為已知芯棒外徑的鋼管出口速度的最大值， 為芯棒的固有屬性值，a3為函數關係式的待定參數；其中，％
3. 根據權利要求2所述的無縫鋼管生產過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法， 其特徵在於，所述已知的芯棒外徑規格包括189. 3mm，187_，184. 4mm，181. 6_，178. 2_， 174. 2mm, 170. 0mm, 165. 6mm 以及 161. 3mm〇
【文檔編號】G06F17/50GK104298813SQ201410485654
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】陳鑫, 吳敏, 曹衛華, 朱明傑 申請人:中南大學