CN100455369C - 张减机壁厚前馈控制方法 - Google Patents

Abstract

一种张减机壁厚前馈控制方法，其包含以下步骤：步骤1.读取待轧钢管的理想相关工艺参数数据，在线测得待轧钢管的实际相关工艺参数数据；步骤2.实时在线计算连轧管壁厚S₀ ^k，并计算其误差，若误差不满足要求，则先转至步骤4，再进行步骤3；若误差满足要求，则继续只进行步骤3；步骤3.张减机前馈自适应控制的轧辊转速按照v₀ ^k＝((D₀ ^d-S₀ ^d)S₀ ^d)/((D₀ ^d-S₀ ^k)S₀ ^k))v₀ ^d进行在线调整，使张减成品管的壁厚达到理想壁厚；步骤4计算轧辊转速的修正量V₁ ^k＝v₁ ^d+((v_k ^d-v₁ ^d)(D₀ ^d-S₀ ^d-S₀ ^k))/((v_k ^d-v₀ ^d)(D₀ ^d-S₀ ^k)S₀ ^k)v₀ ^dΔS₀。本发明利用无缝钢管热轧过程料流跟踪的在线数据来自适应调整张力减径机各机架轧辊的轧制转速分布，从而避免由来料荒管壁厚偏差所造成的张减成品钢管壁厚偏差。

Description

张减机壁厚前馈控制方法

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管张减机壁厚前馈控制方法，尤其涉及一种基于来料荒管壁厚偏差的无缝钢管张减过程壁厚前馈自适应控制方法。

背景技术

目前无缝钢管热轧过程的棒材大多采用的是火焰切割，管坯来料偏差较大。如果连轧机采用的是全浮动芯棒轧制，则其工艺条件决定了张减来料，也就是连轧荒管的壁厚偏差大，主要体现在相邻钢管的壁厚差异较大。目前，在张减机工序，是由生产操作员根据现场连轧测长和张减成品管的测长和测厚数据，人工调整张减机轧辊的转速，来纠正这种壁厚偏差。在快节奏的生产情况下，这种调整方式效果很差，调整不及时甚至会起到恶化的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种张减机壁厚前馈控制方法，利用无缝钢管热轧过程料流跟踪的在线数据来自适应调整张力减径机各机架轧辊的轧制转速分布，从而避免由来料荒管壁厚偏差所造成的张减成品钢管壁厚偏差，保证成品钢管的壁厚S_N ^k与理想壁厚S_N ^d基本一致。

为达到上述目的，本发明提供一种张减机壁厚前馈控制方法，其包含以下步骤：

步骤1.读取待轧钢管的理想相关工艺参数数据，在线测得待轧钢管的实际相关工艺参数数据；

步骤11.由张减轧制表中读出待轧钢管的理想相关工艺参数数据，理想管坯重量B_d、理想的连轧管长度L_d、理想连轧管外径D₀ ^d、理想连轧管壁厚S₀ ^d、理想成品管外径D_N ^d、理想成品管壁厚S_N ^d、理想张减机入口机架工作直径φ₀ ^d、理想张减机出口机架工作直径φ_N ^d、理想张减机入口机架速度v₀ ^d、理想张减机出口机架速度v_N ^d；

步骤12.在线实际测得管坯重量B、连轧管长度L、连轧管外径D₀ ^k、成品管外径D_N ^k、成品管壁厚S_N ^k、张减机入口机架工作直径φ₀ ^k、张减机出口机架工作直径φ_N ^k、张减机入口机架速度v₀ ^k、张减机出口机架速度v_N ^k；并设置实际的连轧管外径为D₀ ^k与理想连轧管外径D₀ ^d一致，即 $D_0^d=D_0^k;$

步骤2.实时在线计算连轧管壁厚S₀ ^k，并计算其误差；

步骤21.由于 $\frac{B_d}{B}=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_d}{(D_0^k-S_0^k)S_0^{k}L},$ 且 $D_0^d=D_0^k,$ 则有 $\frac{B_d}{B}\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^{k}L},$ 即 ${\left(S_0^k\right)}^2-D_0^d{S}_0^k+\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_{d}B}{{\mathrm{LB}}_d}=0,$ 令 $C=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_{d}B}{{\mathrm{LB}}_d},$ 则可计算得到实际连轧管壁厚S₀ ^k为： $S_0^k=\frac{D_d-\sqrt{D_d^2-4C}}{2};$

步骤22：依据理想连轧管壁厚S₀ ^d，计算实际连轧管壁厚S的误差，若误差不满足要求，则先转至步骤4，再进行步骤3；若误差满足要求，则继续只进行步骤3；

步骤3.张减机前馈自适应控制的轧辊转速在线调整，使张减成品管的壁厚达到理想壁厚；

步骤31.根据标准轧制表，由体积不变规律，在稳定轧制状态下，对于理想数值和实际测得的数值有：

$(D_0^d-S_0^d)S_0^d{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^d=(D_N^d-S_N^d)S_N^d{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^d,$

$(D_0^k-S_0^k)S_0^k{{\mathrm{\φ}}_0^{k}v}_0^k=(D_N^k-S_N^k)S_N^k{\mathrm{\φ}}_N^k{v}_N^k;$

在轧制过程中，当轧辊转速发生变化时，轧辊的工作直径也会发生变化；由于轧辊转速范围的调整一般不能超过原转速的10％，且各机架转速的调整趋势保持一致；故在自适应转速调整控制中，轧辊工作直径的变化不大，由此可得： ${\mathrm{\φ}}_0^k\≈{\mathrm{\φ}}_0^d,$ ${\mathrm{\φ}}_N^k\≈{\mathrm{\φ}}_N^d;$

另外，由于钢管的外径由轧机轧辊的孔型决定，由此可得： $D_0^k\≈D_0^d,$

$D_N^k\≈D_N^d;$

由此可得： $(D_0^d-S_0^d)S_0^d{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^d=(D_N^d-S_N^d)S_N^d{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^d,$ $(D_0^d-S_0^k)S_0^k{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^k=(D_N^d-S_N^k)S_N^k{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^k;$ 故

$\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^k}=\frac{(D_N^d-S_N^d)S_N^d{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^d}{(D_N^d-S_N^k)S_N^k{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^k},$ 即 $\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{v}_0^d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k{v}_0^k}=\frac{(D_N^d-S_N^d)S_N^d{v}_N^d}{(D_N^d-S_N^k)S_N^k{v}_N^k};$

步骤32.由于前馈壁厚控制是在连轧荒管的壁厚出现变化后，保证成品钢管的壁厚S_N ^k与理想壁厚S_N ^d一致，即 $S_N^k=S_N^d;$ 同时为保证生产节奏，保持出口辊轮的转速基本不变，即 $v_N^d=v_N^k,$ 故，前馈壁厚自适应控制调整轧辊转速的方法为： $v_0^k=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{v}_0^d,$ 实现实时自动控制；

步骤4、计算轧辊转速的修正量：

将 $v_0^k=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d}{(D_0^d-D_0^k)S_0^k}{v}_0^d$ 进一步写成增量式，有： $v_0^k=v_0^d+\frac{(D_0^d-S_0^d-S_0^k)}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{v}_0^d{\mathrm{\ΔS}}_0,$ 其中 $\mathrm{\Δ}{S}_0=S_0^d-S_0^k;$ 由于精整机架主要参与钢管的整形，在进行壁厚前馈控制时，我们保持它们的轧辊转速不变，而仅让张力升起机架和工作机架参与调速。假如让k-1个机架参与调速，即第k个机架的转速固定，则如下分配各参与调速的机架的速度： $v_i^k=v_i^d+\frac{(v_k^d-v_i^d)(D_0^d-D_0^d-S_0^k)}{(v_k^d-v_0^d)(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{v}_0^d{\mathrm{\ΔS}}_0,$ 得到轧辊转速的修正量，修正轧制表。

本发明提供的张减机壁厚前馈控制方法，利用准确料流跟踪所获得的对应来料荒管的管坯称重、连轧机后的测长数据，计算得到来料荒管的壁厚数据，然后根据张减机壁厚分布规律与钢管初始壁厚的关系，在轧制过程中计算对应的各机架轧辊的轧制转速分布，实现张减机平均壁厚的前馈自适应控制，尽量减少由来料荒管壁厚偏差所造成的张减成品钢管壁厚偏差，保证成品钢管的壁厚S_N ^k与理想壁厚S_N ^d基本一致。

附图说明

图1为本发明实施例中120根试验荒管和成品钢管壁厚平均值的分布情况；

图2为本发明实施例中120根试验荒管的平均壁厚的分布范围；

图3为本发明实施例中120根试验荒管成品后的平均壁厚的分布范围。

具体实施方式

以下通过图1～图3，更好的说明本发明的具体实施例。

首先选取典型规格的BRDBY钢管的张减过程进行壁厚前馈自适应控制生产试验，该钢管的参数如下：荒管外径152.50mm，荒管壁厚6.00mm，成品管外径73.03mm，成品管壁厚5.51mm，参与轧制机架18台，转速固定机架12台；

由于张力下降机架是精整机架，在轧制中的主要作用是调节钢管的圆度，因此，对于平均壁厚控制和管端增厚控制，仅让张力升起机架和工作机架参与稳态转速调整和动态转速调整。

根据本发明提供的张减机壁厚前馈控制方法，对选取的120根BRDBY钢管进行试验生产，得到如表1所列的所有120根试验钢管的荒管实际壁厚和成品管平均壁厚情况。

钢管根数	荒管实际壁厚(mm)	成品管平均壁厚(mm)
			1	6.142	5.510
2	5.993	5.497
			3	6.205	5.540
4	6.012	5.542
			5	6.189	5.521
6	6.117	5.532
			7	5.817	5.500
8	6.210	5.528
			9	5.884	5.520
10	6.009	5.525
			11	6.198	5.501
12	5.945	5.530
			13	6.012	5.501
14	5.878	5.483
			15	6.006	5.504
16	6.007	5.530
			17	6.007	5.478

18	6.027	5.486
			19	5.959	5.513
20	5.816	5.501
			21	5.811	5.470
22	5.970	5.504
			23	5.931	5.471
24	5.909	5.474
			25	5.826	5.518
26	5.964	5.494
			27	5.925	5.522
28	6.011	5.533
			29	6.084	5.535
30	5.946	5.490
			31	6.057	5.510
32	5.877	5.510
			33	5.914	5.488
34	5.864	5.504
			35	5.882	5.504
36	5.834	5.512
			37	5.845	5.525
38	6.007	5.499
			39	6.200	5.479
40	5.992	5.480
			41	5.905	5.525
42	5.919	5.538
			43	5.900	5.557
44	5.934	5.519
			45	6.024	5.518
46	6.019	5.530
			47	6.051	5.515

48	5.950	5.490
			49	5.991	5.551
50	5.935	5.532
			51	5.935	5.535
52	6.001	5.559
			53	6.095	5.552
54	6.043	5.560
			55	6.085	5.504
56	6.058	5.509
			57	5.943	5.523
58	6.029	5.513
			59	5.996	5.485
60	6.117	5.486
			61	6.149	5.516
62	6.093	5.541
			63	6.093	5.509
64	6.009	5.523
			65	5.995	5.498
66	6.031	5.546
			67	6.051	5.538
68	6.003	5.529
			69	5.980	5.523
70	6.029	5.506
			71	6.032	5.484
72	6.131	5.516
			73	5.972	5.476
74	6.025	5.515
			75	6.033	5.516
76	6.068	5.513
			77	6.081	5.494

78	6.008	5.527
			79	6.034	5.525
80	5.964	5.490
			81	6.047	5.515
82	6.152	5.498
			83	6.045	5.510
84	6.073	5.509
			85	6.145	5.493
86	5.975	5.495
			87	5.950	5.521
88	5.999	5.522
			89	6.005	5.488
90	6.131	5.497
			91	6.166	5.505
92	6.007	5.491
			93	6.022	5.493
94	6.121	5.533
			95	6.061	5.485
96	5.948	5.538
			97	5.976	5.489
98	5.942	5.533
			99	5.952	5.518
100	6.146	5.509
			101	6.136	5.500
102	5.967	5.541
			103	6.004	5.539
104	5.955	5.490
			105	6.061	5.552
106	5.948	5.534
			107	5.976	5.516

108	5.942	5.541
			109	5.952	5.509
110	6.146	5.523
			111	6.136	5.498
112	5.967	5.546
			113	6.004	5.538
114	5.955	5.529
			115	5.973	5.523
116	6.061	5.506
			117	5.948	5.484
118	5.976	5.516
			119	5.942	5.536
120	5.952	5.515

表1连续120根试验钢管的荒管实际壁厚和成品管平均壁厚

图1为表1所列数据的图形表示，可以看到，来料荒管的壁厚范围在5.8毫米到6.3毫米之间，而经壁厚控制后，成品管平均壁厚的范围在5.47毫米到5.56毫米之间，大大降低了成品钢管的壁厚偏差。

图2和3分别给出了120根荒管和成品管的平均壁厚的分布范围，从中可以进一步看到，前馈控制较好地弥补了来料荒管壁厚偏差带了的影响，降低了成品管的壁厚偏差。

本发明提供的张减机壁厚前馈控制方法，利用准确料流跟踪所获得的对应来料荒管的管坯称重、连轧机后的测长数据，计算得到来料荒管的壁厚数据，然后根据张减机壁厚分布规律与钢管初始壁厚的关系，在轧制过程中计算对应的各机架轧辊的轧制转速分布，实现张减机平均壁厚的前馈自适应控制，尽量减少由来料荒管壁厚偏差所造成的张减成品钢管壁厚偏差，保证成品钢管的壁厚S_N ^k与理想壁厚S_N ^d基本一致，能够在很大程度上提高技术水平，产生巨大的经济效益。

Claims (3)

1.一种张减机壁厚前馈控制方法，特征在于，其包含以下步骤：

步骤1.读取待轧钢管的理想相关工艺参数数据，在线测得待轧钢管的实际相关工艺参数数据；

步骤11.由张减轧制表中读出待轧钢管的理想相关工艺参数数据，理想管坯重量B_d、理想的连轧管长度L_d、理想连轧管外径D₀ ^d、理想连轧管壁厚S₀ ^d、理想成品管外径D_N ^d、理想成品管壁厚S_N ^d、理想张减机入口机架工作直径φ₀ ^d、理想张减机出口机架工作直径φ_N ^d、理想张减机入口机架速度v₀ ^d、理想张减机出口机架速度v_N ^d；

步骤12.在线实际测得管坯重量B、连轧管长度L、连轧管外径D₀ ^k、成品管外径D_N ^k、成品管壁厚S_N ^k、张减机入口机架工作直径φ₀ ^k、张减机出口机架工作直径φ_N ^k、张减机入口机架速度v₀ ^k、张减机出口机架速度v_N ^k；并设置实际的连轧管外径为D₀ ^k与理想连轧管外径D₀ ^d一致，即 $D_0^d=D_0^k;$

步骤2.实时在线计算连轧管壁厚S₀ ^k，并计算其误差；

步骤21.由于 $\frac{B_d}{B}=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_d}{(D_0^k-S_0^k)S_0^{k}L},$ 且 $D_0^d=D_0^k,$ 则有 $\frac{B_d}{B}=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^{k}L},$ 即 ${\left(S_0^k\right)}^2-D_0^d{S}_0^k+\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_{d}B}{L{B}_d}=0,$ 令 $C=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_{d}B}{L{B}_d},$ 则可计算得到实际连轧管壁厚S₀ ^k为： $S_0^k=\frac{D_d-\sqrt{D_d^2-4C}}{2};$

步骤22：依据理想连轧管壁厚S₀ ^d，计算实际连轧管壁厚S的误差，若误差不满足要求，则先转至步骤4，再进行步骤3；若误差满足要求，则继续只进行步骤3；

步骤3.张减机前馈自适应控制的轧辊转速在线调整；

步骤31.根据标准轧制表，由体积不变规律，在稳定轧制状态下，对于理想数值和实际测得的数值有：

$(D_0^d-S_0^d)S_0^d{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^d=(D_N^d-S_N^d)S_N^d{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^d,$

$(D_0^k-S_0^k)S_0^k{\mathrm{\φ}}_0^k{v}_0^k=(D_N^k-S_N^k)S_N^k{\mathrm{\φ}}_N^k{v}_N^k;$

且 ${\mathrm{\φ}}_0^k\≈{\mathrm{\φ}}_0^d,$ ${\mathrm{\φ}}_N^k\≈{\mathrm{\φ}}_N^d,$ $D_0^k\≈D_0^d,$ $D_N^k\≈D_N^d;$

由此可得： $\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k{\mathrm{\φ}}_0^d{v}_0^k}=\frac{(D_N^d-S_N^d)S_N^d{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^d}{(D_N^d-S_N^k)S_N^k{\mathrm{\φ}}_N^d{v}_N^k},$ 即 $\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{v}_0^d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k{v}_0^k}=\frac{(D_N^d-S_N^d)S_N^d{v}_N^d}{(D_N^d-S_N^k)S_N^k{v}_N^k};$

步骤32.因 $v_N^d=v_N^k,$ 且为保证 $S_N^k=S_N^d,$ 前馈壁厚自适应控制调整轧辊转速的方法为： $v_0^k=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{v}_0^d,$ 实现实时自动控制；

步骤4、计算轧辊转速的修正量：将 $v_0^k=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{v}_0^d$ 写成增量式： $v_0^k=v_0^d+\frac{(D_0^d-S_0^d-S_0^k)}{(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{v}_0^d\mathrm{\Δ}{S}_0,$ 其中 $\mathrm{\Δ}{S}_0=S_0^d-S_0^k;$ 由于精整机架主要参与钢管的整形，在进行壁厚前馈控制时，保持它们的轧辊转速不变，而仅让张力升起机架和工作机架参与调速。假如让k-1个机架参与调速，即第k个机架的转速固定，则如下分配各参与调速的机架的速度： $v_i^k=v_i^d+\frac{(v_k^d-v_i^d)(D_0^d-S_0^d-S_0^k)}{(v_k^d-v_0^d)(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{v}_0^d\mathrm{\Δ}{S}_0,$ 得到轧辊转速的修正量，修正轧制表。

2.如权利要求1所述的张减机壁厚前馈控制方法，其特征在于，在线前馈自适应调整轧辊转速的过程中，轧辊转速范围的调整小于原转速的10％，各机架转速的调整趋势保持一致，即 ${\mathrm{\φ}}_0^k\≈{\mathrm{\φ}}_0^d,$ ${\mathrm{\φ}}_N^k\≈{\mathrm{\φ}}_N^d,$ $D_0^k\≈D_0^d,$ $D_N^k\≈D_N^d.$

3.如权利要求1所述的张减机壁厚前馈控制方法，其特征在于，在线前馈自适应调整轧辊转速的过程中，保持出口辊轮的转速基本不变，即 $v_N^d=v_N^k.$

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