CN115178590A - 一种无缝钢管生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无缝钢管生产方法，属于轧钢能源控制技术领域。该方法通过对无缝钢管轧制过程中各规格电能消耗进行精细化核算，建立钢管电能消耗预估模型，基于电能消耗预估模型计算数据支持，建立各规格的吨钢电能消耗标准库，结合工厂峰谷平电价的不同，指导企业合理安排生产计划，在降低企业用电成本的同时，还能够减少因钢铁企业电能消耗波动对电网系统的影响。

Description

一种无缝钢管生产方法
技术领域
本发明涉及轧钢能源控制领域，特别是指一种无缝钢管生产方法。
背景技术
轧钢企业生产过程中高度依赖电能的大量消耗，其生产成本受到电价的影响较大。从长期的角度来看，由于发电成本与用电需求不断加大，电价在没有突破性能源技术进步发生前会有持续上升的趋势，故企业长远的努力方向之一是通过技术进步降低单位产品的耗电量而进一步降低用电成本，形成成本上的技术领先优势。短期的电价则往往由需求侧管理决定，工业用电电价通常采用峰谷电价调整的弹性电价，给轧钢企业进一步降低用电成本提供了新的方向，而截至目前，暂没有能够较好的根据峰谷电价合理调整生产策略规划的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无缝钢管生产方法，以指导企业合理安排生产计划，降低企业用电成本。
一种无缝钢管生产方法，包括：
步骤S1，建立钢管生产电能消耗预估模型如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
， 公式（1）
其中，y为某一规格钢管的吨钢电能消耗；
n为正整数，是主成分个数；
A，
Figure 956382DEST_PATH_IMAGE002
是回归待定系数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
是综合影响因素，每一综合影响因素是由原始影响因素的线性组合构成；
步骤S2，采集钢管生产的多个实际电能消耗以及原始影响因素数据，通过主成分分析确定各回归待定系数
Figure 93971DEST_PATH_IMAGE004
，若所述电能消耗预估模型预测精度达到精度要求，则获得最终电能消耗预估模型并执行步骤S4，否则执行步骤S3；
步骤S3，利用所述电能消耗预估模型预估各规格生产的吨钢电能消耗，并计算节电率，
若节电率小于等于设定节电率阈值，则将处于电价高峰生产的多个规格与处于电价低谷生产的多个规格中的部分规格进行互换生产，直至节电率大于设定节电率阈值，并返回步骤S2；
若节电率大于设定节电率阈值，则直接返回步骤S2；
步骤S4，利用所述最终电能消耗预估模型预估各规格生产的吨钢电能消耗，结合节电率安排各种规格钢管在电价高峰和电价低谷的生产计划。
可选地，所述节电率公式如下：
Figure 445318DEST_PATH_IMAGE006
其中，低谷时电能消耗是电价低谷时所有规格的生产吨钢电能消耗；
高峰时电能消耗是电价高峰时所有规格的生产吨钢电能消耗。
可选地，y是某一规格的一个工序的生产吨钢电能消耗，或者整个生产流程的吨钢电能消耗。
可选地，所述综合影响因素
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
由原始影响因素u1，u2，…，uk的线性组合来表示如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
Figure 391277DEST_PATH_IMAGE012
公式（2）
……
Figure 51934DEST_PATH_IMAGE014
k为原始影响因素的个数，n＜k，所述原始影响因素是与钢管生产吨钢电能消耗相关的因素，
通过主成分分析，确定主成分的个数n，和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（i=1，2，…，n；j=1，2，…，k），所述
Figure 427552DEST_PATH_IMAGE015
是回归待定系数A矩阵的一个元素。
可选地，所述原始影响因素包括钢管重量、延伸率、管坯的减径量、管坯的初始长度、轧制节奏。
可选地，所述规格是钢种、尺寸中的至少一种。
本发明通过对钢管轧制过程中电能消耗的精细核算，建立钢管生产的电能消耗预估模型，基于电能消耗预估模型计算数据支持，建立各规格的吨钢电能消耗标准库，结合工厂峰谷平电价的不同，指导企业合理安排生产策略规划，在降低企业用电成本的同时，还能够减少因钢铁企业电能消耗波动对电网系统的影响。
附图说明
图1为本发明实施例的无缝钢管生产方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例的无缝钢管生产方法可以计算无缝钢管生产的电能消耗成本，建立钢管生产电能消耗预估模型，基于钢管生产电能消耗预估模型计算的数据支持，建立无缝钢管的吨钢电能消耗标准库，结合工厂峰谷平电价的不同，指导企业合理安排生产计划。具体包括以下步骤：
步骤S1，建立钢管生产电能消耗预估模型，其数学式为
Figure 317011DEST_PATH_IMAGE001
， 公式（1）
其中，y为某一规格的钢管生产吨钢电能消耗，所述规格是钢种、尺寸中的至少一种，例如可以是按照钢种4145H，40crmnmo等来划分各规格钢管，也可以是按照直径8寸、6寸等来划分各规格钢管，也可以是按照4145H制造的8寸钢管，40crmnmo制造的8寸钢管来划分各规格钢管。
n为正整数，是主成分个数；
A，
Figure 524001DEST_PATH_IMAGE002
是回归待定系数；
Figure 361419DEST_PATH_IMAGE003
是综合影响因素。
需要说明的是，y既可以是某一规格的一个工序的生产吨钢电能消耗，例如环形炉的生产吨钢电能消耗，也可以是整个生产流程的吨钢电能消耗，例如环形炉、穿孔机、轧机、定径机的吨钢电能消耗。
其中综合影响因素
Figure 21071DEST_PATH_IMAGE007
可以由原始影响因素u1，u2，…，uk来表示，各原始影响因素可能存在一定的相关性。k为确定的与钢管生产吨钢电能消耗有关的原始影响因素的个数。所述原始影响因素是与钢管生产吨钢电能消耗相关的因素，例如钢管重量、延伸率、管坯的减径量、管坯的初始长度、轧制节奏等因素。钢管重量是指管坯轧制后钢管的重量，重量在一定程度上影响吨钢能耗分布。
延伸率是指管坯在轧制过程中存在塑性变形，因此用延伸率来作为表征吨钢电耗的指标之一，
Figure 714220DEST_PATH_IMAGE016
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为总长延伸率；
Figure 978979DEST_PATH_IMAGE018
为管坯最终长度；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为管坯原始长度。
管坯的减径量是指钢管轧制过程中的直径减少量，钢管在穿孔后进行轧制，轧制过程中直径减少量越大，轧制后的钢管长度越长。
原始影响因素可根据生产现场情况合理选择，选择的原始影响因素越多，电能核算越精确。
利用原始影响因素u1，u2，…，uk，构造新的综合影响因素
Figure 715860DEST_PATH_IMAGE003
，n＜k，各综合影响因素为各原始影响因素的线性组合，其中
Figure 597228DEST_PATH_IMAGE020
Figure 94069DEST_PATH_IMAGE011
Figure 993761DEST_PATH_IMAGE012
公式（2）
……
Figure DEST_PATH_IMAGE021
步骤S2，采集钢管生产的多个实际电能消耗值以及综合影响因素值，可以通过spss软件对公式（2）进行主成分分析，确定主成分的个数n，和
Figure 386696DEST_PATH_IMAGE015
（i=1，2，…，n；j=1，2，…，k），以及
Figure 755360DEST_PATH_IMAGE022
。其中
Figure 790312DEST_PATH_IMAGE015
（i=1，2，…，n；j=1，2，…，k）是回归待定系数A矩阵的一个元素，若所述电能消耗预估模型预测精度达到精度要求，则获得最终电能消耗预估模型并执行步骤S4，否则执行步骤S3。由于用于统计分析的样本数据发生变化，待定系数会有细微变化、调整，数据量越大，越符合实际，且由此预测的单一规格的耗电量也会有变化。具体可以是设定迭代计算多少步为终止条件，也可以设定一个预测精度，达到预测精度作为终止条件，例如预测准确率达到90%，可以将模型预测值与实际测量的电耗值进行比对，获得预测准确率。
具体计算时，可以将
Figure 75669DEST_PATH_IMAGE001
两边取对数得到
Figure DEST_PATH_IMAGE023
进行计算。
步骤S3，利用所述电能消耗预估模型对各规格建立吨钢电能消耗标准库，则所述吨钢电能消耗标准库中存储有各规格产品的吨钢电能消耗。并以节电率指标评价峰谷平生产策略，节电率数值越大说明生产策略越优，如果高峰时电能消耗-低谷时电能消耗大于零，说明生产策略不合理。更具体的，节电率大于设定节电率阈值的，评价为生产策略合理，节电率小于等于设定节电率阈值的，评价为生产策略不合理。
对于生产策略不合理的，则将处于电价高峰的多个规格与电价低谷的多个规格中部分规格进行互换生产，宗旨就是把电耗少的放到电价高峰来生产，把电耗高的放到电价低谷来生产，直至节电率大于节电率阈值，并返回步骤S2。
对于节电率大于设定节电率阈值的，则可以直接返回步骤S2，以继续采集各规格的实际电能消耗值以及原始影响因素值，通过更多的数据对各回归待定系数
Figure 639506DEST_PATH_IMAGE004
进行进一步精确拟合，不断优化各回归待定系数
Figure 495466DEST_PATH_IMAGE004
，进一步提高电能消耗预估模型的预测精度。
节电率公式如下：
Figure 599688DEST_PATH_IMAGE024
其中，低谷时电能消耗是电价低谷时所有规格的生产吨钢电能消耗；
高峰时电能消耗是电价高峰时所有规格的生产吨钢电能消耗。
步骤S4，利用所述最终电能消耗预估模型更新吨钢电能消耗标准库，根据更新的吨钢电能消耗标准库，结合节电率安排各种规格钢管在电价高峰和电价低谷的生产。通过预测模型可以准确的获知各种规格钢管的吨钢电能消耗，由此可以合理的根据生产需求以及供电的高峰低谷来安排生产，使得符合节电率的要求，具体的如何安排在此并不做讨论。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种无缝钢管生产方法，其特征在于，包括：
步骤S1，建立钢管生产电能消耗预估模型如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
， 公式（1）
其中，y为某一规格钢管的吨钢电能消耗；
n为正整数，是主成分个数；
A，
Figure 203218DEST_PATH_IMAGE002
是回归待定系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是综合影响因素，每一综合影响因素是由原始影响因素的线性组合构成；
步骤S2，采集钢管生产的多个实际电能消耗以及原始影响因素数据，通过主成分分析确定各回归待定系数
Figure 659432DEST_PATH_IMAGE004
，若所述电能消耗预估模型预测精度达到精度要求，则获得最终电能消耗预估模型并执行步骤S4，否则执行步骤S3；
步骤S3，利用所述电能消耗预估模型预估各规格生产的吨钢电能消耗，并计算节电率，
若节电率小于等于设定节电率阈值，则将处于电价高峰生产的多个规格与处于电价低谷生产的多个规格中的部分规格进行互换生产，直至节电率大于设定节电率阈值，并返回步骤S2；
若节电率大于设定节电率阈值，则直接返回步骤S2；
步骤S4，利用所述最终电能消耗预估模型预估各规格生产的吨钢电能消耗，结合节电率安排各种规格钢管在电价高峰和电价低谷的生产计划。
2.根据权利要求1所述的无缝钢管生产方法，其特征在于，
所述节电率公式如下：
Figure 37324DEST_PATH_IMAGE006
其中，低谷时电能消耗是电价低谷时所有规格的生产吨钢电能消耗；
高峰时电能消耗是电价高峰时所有规格的生产吨钢电能消耗。
3.根据权利要求1所述的无缝钢管生产方法，其特征在于，
y是某一规格的一个工序的生产吨钢电能消耗，或者整个生产流程的吨钢电能消耗。
4.根据权利要求1所述的无缝钢管生产方法，其特征在于，所述综合影响因素
Figure DEST_PATH_IMAGE007
由原始影响因素u1，u2，…，uk的线性组合来表示如下：
Figure 44594DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure 226046DEST_PATH_IMAGE010
公式（2）
……
Figure DEST_PATH_IMAGE011
k为原始影响因素的个数，n＜k，所述原始影响因素是与钢管生产吨钢电能消耗相关的因素，
通过主成分分析，确定主成分的个数n，和
Figure 508123DEST_PATH_IMAGE012
（i=1，2，…，n；j=1，2，…，k），所述
Figure 474942DEST_PATH_IMAGE012
是回归待定系数A矩阵的一个元素。
5.根据权利要求4所述的无缝钢管生产方法，其特征在于，所述原始影响因素包括钢管重量、延伸率、管坯的减径量、管坯的初始长度、轧制节奏。
6.根据权利要求4所述的无缝钢管生产方法，其特征在于，所述规格是钢种、尺寸中的至少一种。
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