CN101357371A - 一种钢管在线常化的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管在线常化的控制方法，包括以下步骤：(1)将输送辊道的多只辊子分为第一组辊子和第二组辊子，第一组辊子包含设置常化设备的辊子；(2)将第一组辊子和第二组辊子的速度设定为V₁，V₁与钢管在张减机出口的速度相同，沿钢管的输送方向在常化设备后面依次设定升速点和降速点；(3)当钢管尾部到达升速点时，发送信号至调速装置，将第二组辊子的速度提高至V₂；(4)当钢管尾部到达降速点或后一根钢管的前端到达升速点时，发送信号至调速装置，将第二组辊子的速度降至V₁；(5)针对后一根钢管，重复上述步骤(3)和(4)。该方法既可以保证钢管以稳定的速度经过常化设备，取得好的常化效果，又可以拉长两根钢管之间的距离。

Description

一种钢管在线常化的控制方法

技术领域

本发明涉及一种钢管的生产方法，特别是涉及一种钢管在线常化的控制方法。

背景技术

全浮动芯棒无缝钢管生产具有生产节奏快的特点，最快可达到每分钟4根。钢管经过张减机轧制是无缝钢管生产过程中钢管直径和壁厚变形的最后一道工序。如图1所示，钢管6经过张减机1内的轧制机轧制后，输送到输送辊道10上，输送辊道10由多个辊子3组成，一般相邻两只辊子3之间的距离为1m。通过抛料装置对钢管6进行一次抛料和二次抛料，图中仅示出了抛料板4。当抛料板4下降到低于辊道10时，钢管6滚到抛料板4上，在抛料板4上自然摩擦制动。然后抛料板4上升将钢管6抛出，进行二次抛料，二次抛料将钢管6抛到冷床5上，完成钢管6在冷床5上位置的调整和对齐。抛料开始的时刻由红外线检测器2检测到的钢管尾部6b信号及钢管尾部6b抛到冷床5上的目标位置确定。

为了保证钢管的快节奏生产，张减机1的输送辊道10的速度要比钢管6在张减机1出口的速度高，这样钢管6在轧制完成后以与张减机1的输送辊道10一致的速度快速前进，拉开前一根钢管6的尾部与后一根钢管7的前端之间的距离，以保证在前一根钢管6的抛料过程中，不会干涉到后一根钢管7。

如图2所示，为钢管6在一般生产过程中的速度时间关系图。其中，t₁表示钢管6离开轧制机架将要到达输送辊道10的时刻，t₂是一次抛料开始时刻，V₁表示钢管6在张减机1出口的速度，与钢管6经过最后一个轧制机架的速度相同，V₂表示张减机1的输送辊道10的速度。输送辊道10的速度是根据操作人员手动输入的张减机1最后一个机架的速度计算设定的。

钢管的在线常化是一项简化钢管生产工序、节约能源消耗的先进技术，利用轧制后钢管的余热，通过在线常化设备对钢管进行冷却，提高钢管的机械性能。钢管在加热炉内被加热到1000℃左右出炉，然后进入张减机轧制，经过张减机轧制后钢管的温度在850℃以上，此温度下的钢管经过常化冷却设备时，被常化设备喷出的具有一定压力的冷却水和压缩空气进行快速冷却，钢管表面被冷却到300℃至400℃。通过对钢管进行在线常化，提高钢管的强度，改善钢管的韧性、塑性、焊接性等。在线常化技术可以简化生产过程、节约能耗、降低生产成本。在没有在线常化技术以前，为了提高钢管的机械性能，则需要进一步离线再对钢管进行热处理，其生产过程、时间周期长，能源消耗多。

在线常化技术的特点是：

(1)简化生产工序、节约能源、降低生产成本；(2)可以降低奥氏体相变温度，细化室温组织；(3)可以降低钢的碳当量，改善焊接性能。

钢管以稳定的速度经过常化设备是在线常化技术的关键，在研究过程中，曾考虑将常化设备安装在张减机的轧制机架上，钢管经过常化设备的速度与张减机的轧制速度一致，保证了在常化过程中钢管的速度是稳定的。但是，根据不同钢管的长度，需要的轧制机的数目不同，这需要经常改变常化设备的位置，不适合于钢管的连续自动化生产。为了实现钢管在线常化的连续生产，将常化设备设置在张减机的输送辊道上。然而，如果输送辊道仍以目前的速度运行，由于轧制机的作用，钢管在轧制未完成前经过常化设备时的速度是V₁，轧制完成后经过常化设备时的速度是V₂，这样导致钢管在经过常化设备时的速度不稳定，会影响到钢管的常化效果。如果输送辊道一直以V₁运行，则不能拉开两根钢管之间的距离，会导致前一根钢管尾部与后一根钢管前端的距离太小，前一根钢管进行一次抛料时会干涉到后一根钢管。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种钢管在线常化的控制方法，该方法通过对输送辊道的辊子进行分组，分别调整其速度，既保证钢管以稳定的速度经过常化设备，取得好的常化效果，又可以保证钢管的连续自动化生产。

本发明是这样实现的：钢管在线常化生产线包括张减机、输送辊道、红外线检测器、常化设备、调速装置、抛料装置、冷床和控制器，输送辊道由多只辊子组成，常化设备设置在输送辊道上，与张减机的距离在12米到27米之间。红外线检测器设置在张减机和常化设备之间。根据本发明的钢管在线常化的控制方法通过控制输送辊道的速度使钢管以稳定的速度经过常化设备，该方法包括以下步骤：

(1)将输送辊道的多只辊子分为第一组辊子和第二组辊子，第一组辊子包含设置常化设备的辊子。常化设备距离张减机的距离是可以确定的，各组辊子的数目是可以修改的，但是必须满足常化设备位于第一组辊子上。

(2)将第一组辊子和第二组辊子的速度设定为V₁，V₁与钢管在张减机出口的速度相同，沿钢管的输送方向在常化设备后面依次设定升速点和降速点。升速点与张减机的距离在30到45米之间，降速点与张减机的距离在55到65米之间。

(3)当钢管尾部到达升速点时，发送信号至调速装置，将第二组辊子的速度提高至V₂。

通过红外线检测器检测钢管的位置，当钢管尾部经过红外线检测器后延时t₁时，钢管到达设定的升速点：

t₁＝S₁/V₁

其中，S₁表示红外线检测器的安装位置与升速点之间的距离。

通过控制器控制第二组辊子的调速装置，调节第二组辊子电机的实际运转速度，将第二组辊子的速度提高至V₂。

(4)当钢管尾部经过降速点或后一根钢管的前端到达升速点时，发送信号至调速装置，将第二组辊子的速度降至V₁。

通过红外检测仪对钢管进行追踪，当钢管尾部经过红外线检测器后延时t₂，此时钢管到达控制器设定的降速点，或者后一根钢管的前端经过红外线检测器后延时t₁，此时后一根钢管将要到达第二组辊子，只要满足上述任一条件，发送信号到调速装置，将第二组辊子的速度降到V₁。

上述t₂根据下式求出：

t₂＝t₁+(V₂-V₁)/a+{S₂-S₁-2×0.5×a×〔(V₂-V1)/a〕²

    -V₁×(V₂-V₁)/a}/V₂

其中，S₂表示红外检测器的安装位置与降速点之间的距离。a表示辊子的加速度。速度V₂为速度V₁的1.5到2.5倍之间。优选地，速度V₂为速度V₁的2倍。

(5)针对后一根钢管，重复上述步骤(3)和(4)，使每根钢管以稳定的速度经过常化设备，最后由抛料装置抛到冷床上。

本发明的有益效果：通过对输送辊道的辊子进行分组和对钢管尾部及前端位置的跟踪来控制各组辊子的速度，实现了钢管在输送辊道上以不同的速度运行，保证了钢管经过常化设备时速度的稳定性，使常化后钢管温度均匀一致，可以取得好的常化效果。同时，又能拉开前一根钢管和后一根钢管之间的距离，使钢管抛出输送辊道时不会相互干涉，保证了钢管的快节奏生产。

附图说明

图1为现有的钢管生产线的装置示意图；

图2为钢管在生产过程中的速度时间关系图；

图3为钢管在线常化生产线的装置示意图；

图4为第一组辊子的速度时间关系图；

图5为第二组辊子的速度时间关系图；

图6为钢管在线常化过程中的速度时间关系图；

图7为根据本发明的钢管在线常化的控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明可以通过以下的实施例来做进一步说明：

如图3所示，在钢管常化生产过程中，钢管生产线包括张减机1、输送辊道10、红外线检测器2、常化设备8、调速装置、抛料装置(图中仅示出了抛料板4部分)、冷床5和控制器(图中未示出)。其中控制器优选PLC控制器。钢管6经过张减机1的轧制机轧制后，输送到输送辊道10上，经过抛料板4对钢管6进行一次抛料和二次抛料，最终将钢管6放置在冷床5上。为了实现钢管的在线常化，将常化设备8设置在输送辊道10上。该常化设备为已知的，主要包括：环形喷淋座、多组水气环和喷嘴、冷却水流量控制阀、温度检测仪。根据不同规格的钢管调节冷却水流量控制阀的开度来控制水的流量，达到不同的冷却效果。钢管6以稳定的速度经过常化设备8是在线常化工艺的关键。由于靠近后面的输送辊道10上安装有抛料装置，所以常化设备8只能安装在靠近张减机1的输送辊道10上，以保证钢管6进入常化设备8时的温度不低于850℃。但是，由于在张减机1出口前10米需安装在线测厚装置(图未示)，故常化设备8安装在张减机后12米至27米的位置。辊子3的数目是根据钢管6的长度确定的。在下面的实施例中，设有135只输送辊子3，相邻的辊子3之间的距离为1m。常化设备8安装在第12只输送辊子和第27只输送辊子之间，即设置在距离张减机12m到27m之间。

为了保证钢管经过常化设备时速度的稳定性，在根据本发明的一优选实施例中，钢管在线常化的控制方法包括以下步骤：

(1)将输送辊道10的多只辊子3分为第一组辊子11和第二组辊子12，第一组辊子包含设置常化设备8的辊子。

在本实施例中，由于在线常化生产的钢管比较短，一般小于60米，所以设置了135只输出辊子3。将135只输出辊子3进行分组，第一组44只辊子，第二组91只辊子。各组辊子的具体数目可以根据需要进行设置，但是必须满足常化设备8设置在第一组输送辊子11上。红外线检测器2设置在张减机1和常化设备8之间。

(2)将第一组辊子11和第二组辊子12的速度设定为V₁，与钢管在张减机1出口的速度一致。沿钢管的输送方向H在常化设备8的后面依次设定升速点和降速点。根据两根钢管间需要拉开的距离，可适当修改降速点的距离。

第一组辊子11和第二组辊子12分别由各自的调速装置控制其速度。第一组辊子11和第二组辊子12最初的速度均设定为V₁，与钢管在张减机1出口的速度一致。这样，在钢管6未轧制完成之前和轧制完成之后，钢管6以相同的速度V₁经过常化设备8，保证好的常化效果。

(3)当钢管尾部6b到达控制器设定的升速点时，发送信号至调速装置，将第二组辊子12的速度提高至V₂。

钢管6从张减机1出来后，温度一般在850℃以上，经过常化设备8快速冷却后，钢管6的温度降到300℃到400℃。如果将红外线检测器2安装在常化设备8的后面，检测到的信号很不稳定，会影响到钢管的连续生产，所以将红外线检测器安装在常化设备8的前面。本实施例中将红外线检测器2安装在第10只辊子和第11只辊子之间。此时，当钢管尾部6b经过红外线检测器2后延时t₁时，钢管尾部到达控制器设定的升速点。一般应该在钢管尾部6b刚好到达第二组辊子12上时，进行升速，实际设置中可能会有所偏差，但由于辊子的加速时间很短，所以不会影响钢管6运行的稳定性。经过t₁后，钢管6基本到达第二组辊子12。PLC控制器设定两组辊子的速度，然后发送指令到调速装置，调节各组辊子的电机的运转速度，实现PLC控制器的设定值。

第二组辊子12在以V₂的速度运行的过程中，由于前一根钢管6的速度大于后一根钢管7的速度，所以可以拉开前一根钢管6的尾部6b与后一根钢管7的前端7a之间的距离，使钢管在后面的抛料过程中不会相互干涉，可以确保钢管快节奏的生产，提高生产的稳定性。根据不同规格的钢管，一般将前一根钢管的尾部与后一根钢管的前端之间的距离控制在10到15米之间。

(4)当钢管尾部6b经过PLC控制器设定的降速点或后一根钢管的前端7a到达控制器设定的升速点，两个条件中任一条件具备时，发送信号至调速装置，将第二组辊子12的速度降至V₁。

通过红外线检测器2对钢管6进行追踪，当钢管尾部6b经过红外线检测器2后延时t₂，此时钢管6到达PLC控制器设定的降速点，或者后一根钢管7的前端7a经过红外线检测器2后延时t₁，此时后一根钢管7的前端7a将要到达第二组辊子12，只要满足上述任一条件时，通过PLC控制器发送信号到调速装置，将第二组辊子12的速度降到V₁。因为后一根钢管7a即将到达第二组辊子12，如果第二组辊子12仍以V₂的速度运行，后一根钢管7的速度将会不稳定，影响钢管的生产。

(5)针对后面的钢管，继续上述步骤(3)和(4)。该方法可以确保钢管以稳定的速度经过常化设备8，同时，又能保证钢管的生产速度。

如图3所示，S₁表示红外线检测器2的安装位置与升速点之间的距离。升速点离张减机1出口约为30米～45米。S₂表示红外检测器2的安装位置与降速点之间的距离。降速点离张减机出口约为55米～65米。

如图4、图5和图6所示，分别为第一组辊子11、第二组辊12和钢管在常化生产中的速度时间关系图。其中，t₁表示钢管尾部6b从红外线检测器2的安装位置运行到升速点所用的时间。t₂表示钢管尾部6b从红外线检测器2的安装位置运行到第二组辊子12降速点所用的时间。V₁表示辊道低速，与钢管在张减机1出口的速度一致。V₂表示辊道高速，一般取钢管在张减机1出口的速度V₁的1.5～2.5倍，优选取2倍。t₁和t₂是控制器根据设定的距离S₁、S₂及速度V₁、V₂计算出来的。t₃和t₄是下一根钢管重复t₁和t₂的时间。

t₁和t₂分别根据下面公式计算：

t₁＝S₁/V₁

t₂＝t₁+(V₂-V₁)/a+{S₂-S₁-2×0.5×a×〔(V₂-V1)/a〕²

    -V₁×(V₂-V₁)/a}/V₂

其中，a表示辊道升速及降速的加速度(在本实施例中取6～10m/s²)。

当V₁＝2米/秒，V₂＝2V₁＝4米/秒，a＝8m/s²，S₁＝30米，S₂＝50米时，

计算出：t₁＝15秒；t₂＝20秒

如图6所示，为上述实施例的流程示意图。方法步骤和具体操作如下：

PLC控制器读入操作信息；

设置初始数据，将第一组辊子11和第二组辊子12的速度均设为V₁，并设定升速点和降速点到红外线检测器的距离S₁和S₂；

判断是否采用常化工艺，如果不是，采用现有的控制模块；如果是，继续进行以下步骤；

当红外线检测器检测到钢管尾部时，启用升速点计算跟踪模块，计算时间t₁；

判断升速点是否到达，如果没有到达，第二组辊子12的速度仍为V₁，如果到达，则将第二组辊子12的速度升为V₂；

启用降速点计算跟踪模块，计算时间t₂；

判断降速点是否到达，如果没有到达，第二组辊子12的速度仍为V₂，如果到达，则将第二组辊子12的速度降为V₁；

对后一根钢管进行追踪，重复上述步骤。

步骤中的判断是否进行常化，主要是考虑到根据钢管的规格，有些钢管不需要进行常化工艺，此时，常化设备不工作，所有的辊子以相同的速度运转。

在上述实施例中，在常化设备8前配置3只红外线检测器2来检测钢管。此时钢管的温度在800度以上，用普通的热金属检测器即可，可以降低成本。配置3只红外线检测器的目的是为了防止当其中1只检测信号不正常时，系统仍能正常控制，提高控制系统的可靠性。

将辊道的辊子重新分配，既不改变不用常化方式时钢管生产工艺的控制，又能灵巧的改变辊子速度，实现钢管在常化工艺过程中速度的稳定性。第一组辊子11和第二组辊子12分别由独立的调速装置控制辊子速度，可选用直流调速装置或交流变频调速装置，再分别对应选用直流电机或交流电机驱动输送辊道。

根据本发明的钢管在线常化的控制方法通过实施辊子合理分组和对钢管尾部及前端位置的跟踪来控制各组辊子的速度，保证了钢管经过常化设备时速度的稳定性，使常化后的钢管温度均匀一致，取得好的常化效果。同时，又能拉开前一根钢管和后一根钢管之间的距离，使钢管抛出辊道时不会相互干涉，保证了钢管的快节奏生产。

应当可以理解，在不偏离其精神和中心特征的情况下本发明可以其它形式实现。因此这里的实施例和具体的实施方式是示意性并不是限制性，并且本发明并不限定在这里给出的详细描述中。

Claims (7)

1.一种钢管在线常化的控制方法，钢管生产线包括张减机、输送辊道、红外线检测器、常化设备、调速装置、抛料装置、冷床和控制器，输送辊道由多只辊子组成，常化设备设置在输送辊道上，红外线检测器设置在张减机和常化设备之间，该方法通过控制输送辊道的速度使钢管以稳定的速度经过常化设备，该方法包括以下步骤：

(1)将输送辊道的多只辊子分为第一组辊子和第二组辊子，第一组辊子包含设置常化设备的辊子；

(2)将第一组辊子和第二组辊子的速度设定为V₁，V₁与钢管在张减机出口的速度相同，沿钢管的输送方向在常化设备后面依次设定升速点和降速点；

(3)当钢管尾部到达升速点时，发送信号至调速装置，将第二组辊子的速度提高至V₂；

(4)当钢管尾部到达降速点或后一根钢管的前端到达升速点时，发送信号至调速装置，将第二组辊子的速度降至V₁；

(5)针对后一根钢管，重复上述步骤(3)和(4)，使每根钢管以稳定的速度经过常化设备，最后由抛料装置抛到冷床上。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，沿着钢管的输送方向，所述升速点位于第二组辊子的开始位置。

3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述常化设备与张减机之间的距离为12～27米。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述升速点与张减机之间的距离为30～45米。

5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述降速点与张减机之间的距离为55～65米。

6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述速度V₂为速度V₁的1.5～2.5倍。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述速度V₂为速度V₁的2倍。

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