一種無縫鋼管生產(chǎn)過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無縫鋼管生產(chǎn)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(guī)格某一批次的鋼管軋制過程中的生產(chǎn)參數(shù)：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；采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(shù)關系式；然后采用最小二乘線性擬合方法擬合出在實際生產(chǎn)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(shù)關系式；最后采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(fā)明具有計算簡單、便捷，實用性強的特點，適合于指導無縫鋼管連軋過程軋制規(guī)程中芯棒限動速度的設定。
【專利說明】一種無縫鋼管生產(chǎn)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(fā)明涉及一種無縫鋼管生產(chǎn)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(jīng)濟鋼材，是鋼鐵工業(yè)中的一項重要產(chǎn)品，通常占全部鋼材總量的 10%左右，有著"工業(yè)血管"之稱。作為國民經(jīng)濟建設的重要原材料之一，無縫鋼管被廣泛 應用于石油、電力、化工、煤炭、機械、軍工、航空航天等行業(yè)。
[0003] 國務院"十二五"規(guī)劃指出面對鋼鐵工業(yè)存在的品種質(zhì)量亟待升級、布局調(diào)整進展 緩慢、能源、環(huán)境、原料約束增強、自主創(chuàng)新能力不強等問題，要把擴大品種、提高質(zhì)量、推進 鋼材減量化以及加快節(jié)能減排、淘汰落后、優(yōu)化布局作為結(jié)構調(diào)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(chǎn)過程乳制規(guī)程的制定中，芯棒 限動速度最大值是一個重要的工藝參數(shù)，其設定結(jié)果會影響鋼管連軋的金屬變形、力能特 性、工具消耗及生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)，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(chǎn)線的長度，而且增大了芯棒的加 工難度，也會使生產(chǎn)成本加大。綜上所述，合理的設定芯棒限動速度最大值，有助于減少芯 棒磨損，提高芯棒使用壽命，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。
[0005] 傳統(tǒng)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，最后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，不過計算復雜，搜索時間長，難以在線應用。無縫鋼管現(xiàn)場生產(chǎn)過程中大量的乳 制數(shù)據(jù)包含了豐富的反映生產(chǎn)運行規(guī)律和工藝參數(shù)之間關系的潛在信息。數(shù)據(jù)驅(qū)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(tǒng)的芯棒限動速度最大值計算是基于機理分析的，參數(shù)眾多，計 算復雜，求解時間長，對于鋼管乳制行業(yè)工程設計人員開發(fā)新品種以及制定軋制規(guī)程尤為 不便。采用數(shù)據(jù)驅(qū)動建模，簡單快捷，能夠極大節(jié)省時間提高工作效率，快速得到限動速度 的數(shù)值，為下一步其他參數(shù)建模及優(yōu)化設定打下堅實的基礎。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中芯棒限動速度最大值的計算復雜，不利于鋼管軋制行業(yè)使 用的問題，提出了一種無縫鋼管生產(chǎn)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(chǎn)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(guī)格 某一批次的鋼管軋制過程中的生產(chǎn)參數(shù)：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；采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(shù)關系式；然后采用最小二乘線性擬合方法擬合出在實際生產(chǎn)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(shù)關系式；最后采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(guī)格同一批次的不同長度的荒管在鋼管乳制過程中的生產(chǎn)參 數(shù)；
[0011]所述生產(chǎn)參數(shù)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，采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(shù)關系式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(shù)關系式的待定參數(shù)；
[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，兩者為近似線性關系；
[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(guī)律數(shù)據(jù)，采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(shù)關系式：
[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(shù)關系式的待定參數(shù)；
[0019] 鋼管出口速度增大，芯棒限動速度也增大，兩者為線性關系；
[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(shù)關系式的待定參數(shù)；其中，

【權利要求】
1. 一種無縫鋼管生產(chǎn)過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法，其特征在于，首先獲 取某一規(guī)格某一批次的鋼管軋制過程中的生產(chǎn)參數(shù)：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；采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(shù)關系式；然后采用最小二乘線性擬合方法擬合出在實際生產(chǎn)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(shù)關系式；最后采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(jù)權利要求1所述的無縫鋼管生產(chǎn)過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法，其 特征在于，該方法具體包括以下步驟： 步驟1 :獲取同一規(guī)格同一批次的不同長度的荒管在鋼管軋制過程中的生產(chǎn)參數(shù)； 所述生產(chǎn)參數(shù)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(diào)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，采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(shù)關系式= 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(shù)關系式的待定參數(shù)； 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(guī)律數(shù)據(jù)，采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(shù)關系式： 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(shù)關系式的待定參數(shù)； 步驟4 :采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(shù)關系式的待定參數(shù)；其中，％
3. 根據(jù)權利要求2所述的無縫鋼管生產(chǎn)過程中確定最佳芯棒限動速度的建模方法， 其特征在于，所述已知的芯棒外徑規(guī)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(yōu)先權日:2014年9月22日
【發(fā)明者】陳鑫, 吳敏, 曹衛(wèi)華, 朱明杰 申請人:中南大學