一种无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法，首先获取某一规格某一批次的钢管轧制过程中的生产参数：荒管长度、设定的钢管出口速度以及实际的芯棒限动速度最大值；采用最小二乘线性拟合方法拟合出芯棒限动速度与荒管长度的函数关系式；然后采用最小二乘线性拟合方法拟合出在实际生产过程中任意某一荒管长度下芯棒限动速度与钢管出口速度的函数关系式；最后采用线性加权方法建立最佳芯棒限动速度模型，计算最佳芯棒限动速度。本发明具有计算简单、便捷，实用性强的特点，适合于指导无缝钢管连轧过程轧制规程中芯棒限动速度的设定。
【专利说明】一种无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法。
【背景技术】
[0002] 钢管是一种经济钢材，是钢铁工业中的一项重要产品，通常占全部钢材总量的 10%左右，有着"工业血管"之称。作为国民经济建设的重要原材料之一，无缝钢管被广泛 应用于石油、电力、化工、煤炭、机械、军工、航空航天等行业。
[0003] 国务院"十二五"规划指出面对钢铁工业存在的品种质量亟待升级、布局调整进展 缓慢、能源、环境、原料约束增强、自主创新能力不强等问题，要把扩大品种、提高质量、推进 钢材减量化以及加快节能减排、淘汰落后、优化布局作为结构调整的重点。
[0004] 芯棒是连轧变形的主要工具之一。在无缝钢管生产过程乳制规程的制定中，芯棒 限动速度最大值是一个重要的工艺参数，其设定结果会影响钢管连轧的金属变形、力能特 性、工具消耗及生产率等。较低的限动速度可以缩短芯棒工作段长度，但芯棒和乳件间的相 对速差大，其摩擦产生的热量增多，导致芯棒磨损严重，会降低芯棒的使用寿命；较高的限 动速度会增长芯棒工作段的长度，会增加芯棒某些截面的乳制力作用次数，也会降低芯棒 使用寿命，而且还会加大芯棒工作长度，这样不仅增加了产线的长度，而且增大了芯棒的加 工难度，也会使生产成本加大。综上所述，合理的设定芯棒限动速度最大值，有助于减少芯 棒磨损，提高芯棒使用寿命，还能提高产品质量、降低生产成本。
[0005] 传统的芯棒限动速度最大值计算是从给定的最大限动速度开始，以10mm/s的步 长递减，搜索合适的芯棒限动速度最大值，最后选定的限动速度要同时满足以下条件：1) 芯棒寿命的要求；2)芯棒对摩擦方向的要求；3)芯棒在乳制过程中的位置要求。这种计算 较为准确，不过计算复杂，搜索时间长，难以在线应用。无缝钢管现场生产过程中大量的乳 制数据包含了丰富的反映生产运行规律和工艺参数之间关系的潜在信息。数据驱动建模能 够为芯棒限动速度最大值设定计算提供一个简便的方法。
[0006] 更为重要的是，传统的芯棒限动速度最大值计算是基于机理分析的，参数众多，计 算复杂，求解时间长，对于钢管乳制行业工程设计人员开发新品种以及制定轧制规程尤为 不便。采用数据驱动建模，简单快捷，能够极大节省时间提高工作效率，快速得到限动速度 的数值，为下一步其他参数建模及优化设定打下坚实的基础。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术中芯棒限动速度最大值的计算复杂，不利于钢管轧制行业使 用的问题，提出了一种无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法。
[0008] -种无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法，首先获取某一规格 某一批次的钢管轧制过程中的生产参数：荒管长度、设定的钢管出口速度以及实际的芯棒 限动速度最大值；采用最小二乘线性拟合方法拟合出芯棒限动速度最大值与荒管长度的函 数关系式；然后采用最小二乘线性拟合方法拟合出在实际生产过程中任意某一荒管长度下 芯棒限动速度与钢管出口速度的函数关系式；最后采用线性加权方法建立最佳芯棒限动速 度模型，计算最佳芯棒限动速度。
[0009] 该方法具体包括以下步骤：
[0010] 步骤1 :获取同一规格同一批次的不同长度的荒管在钢管乳制过程中的生产参 数；
[0011]所述生产参数包括荒管长度、设定的钢管出口速度及实际的芯棒限动速度最大 值；
[0012] 步骤2 :对相同的钢管出口速度，利用步骤1获得的荒管长度和对应的芯棒限动速 度最大值，采用最小二乘线性拟合方法拟合出钢管出口速度相同的芯棒限动速度最大值与 荒管长度的函数关系式V_ = ai · L+bi ;
[0013] 其中，vnax为钢管出口速度相同时随荒管长度L变化的芯棒限动速度最大值，L为 荒管的长度， ai、bi为函数关系式的待定参数；
[0014] 当设定的钢管出口速度最大时，对应的芯棒限动速度己达到芯棒限动速度最大 值；
[0015] 荒管长度越大，芯棒限动速度最大值越小，两者为近似线性关系；
[0016] 步骤3:对同一长度的荒管，改变钢管出口速度，观察芯棒限动速度的变化，获得 芯棒限动速度最大值随钢管出口速度的变化规律数据，采用最小二乘线性拟合获得荒管长 度为相同值时芯棒限动速度与钢管出口速度的函数关系式：
[0017] VL = a2 · Voutlet+b2
[0018] 其中，八为荒管长度相同均为L，随钢管出口速度变化的芯棒限动速度，VOTtlet为钢 管出口速度，a 2、b2为函数关系式的待定参数；
[0019] 钢管出口速度增大，芯棒限动速度也增大，两者为线性关系；
[0020] 步骤4:釆用线性加权方法计算出在任一荒管长度、任一钢管出口速度下的最佳 芯棒限动速度的取值：
[0021] Vmandrel = a3 · Voutlet+Vmax-a3 · Voutletmax
[0022] 其中，V_&el为最佳芯棒限动速度，为钢管的出口速度，Vnax为钢管出口 速度相同时随荒管长度L变化的芯棒限动速度最大值，为已知芯棒外径的芯 棒钢管出口速度的最大值，为芯棒的固有属性值，a 3为函数关系式的待定参数；其中，
【权利要求】
1. 一种无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法，其特征在于，首先获 取某一规格某一批次的钢管轧制过程中的生产参数：荒管长度、设定的钢管出口速度以及 实际的芯棒限动速度最大值；采用最小二乘线性拟合方法拟合出芯棒限动速度与荒管长度 的函数关系式；然后采用最小二乘线性拟合方法拟合出在实际生产过程中任意某一荒管长 度下芯棒限动速度与钢管出口速度的函数关系式；最后采用线性加权方法建立最佳芯棒限 动速度模型，计算最佳芯棒限动速度。
2. 根据权利要求1所述的无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法，其 特征在于，该方法具体包括以下步骤： 步骤1 :获取同一规格同一批次的不同长度的荒管在钢管轧制过程中的生产参数； 所述生产参数包括荒管长度、设定的钢管出口速度及实际的芯棒限动速度最大值； 步骤2 :当钢管出口速度相同且调至最大值时，利用步骤1获得的荒管长度和对应的芯 棒限动速度最大值，采用最小二乘线性拟合方法拟合出芯棒限动速度最大值与荒管长度的 函数关系式= ai · L+h ; 其中，Vmax为钢管出口速度相同且为最大值时随荒管长度L变化的芯棒限动速度最大 值，L为荒管的长度，ai、h为函数关系式的待定参数； 当钢管出口速度最大时，对应的芯棒限动速度已达到芯棒限动速度最大值； 步骤3 :对同一长度的荒管，改变钢管出口速度，观察芯棒限动速度的变化，获得芯棒 限动速度随钢管出口速度的变化规律数据，采用最小二乘线性拟合获得荒管长度为相同值 时芯棒限动速度与钢管出口速度的函数关系式： VL = a2 · Voutlet+b2 其中，'为荒管长度相同均为L，随钢管出口速度变化的芯棒限动速度，为钢管出 口速度，a2、b2为函数关系式的待定参数； 步骤4 :采用线性加权方法计算出在任一荒管长度、任一钢管出口速度下的最佳芯棒 限动速度的取值： ^mandrel ^outlet~^^max ^outletmax 其中，Vmandrel为最佳芯棒限动速度，vQUtlet为钢管的出口速度，vmax为钢管出口速度相同 时随荒管长度L变化的芯棒限动速度，为已知芯棒外径的钢管出口速度的最大值， 为芯棒的固有属性值，a3为函数关系式的待定参数；其中，％
3. 根据权利要求2所述的无缝钢管生产过程中确定最佳芯棒限动速度的建模方法， 其特征在于，所述已知的芯棒外径规格包括189. 3mm，187_，184. 4mm，181. 6_，178. 2_， 174. 2mm, 170. 0mm, 165. 6mm 以及 161. 3mm〇
【文档编号】G06F17/50GK104298813SQ201410485654
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】陈鑫, 吴敏, 曹卫华, 朱明杰 申请人:中南大学