《無縫鋼管生產過程質量預報及關鍵參數優化控制》

【摘要】無縫鋼管廣泛應用于工業領域，被稱之為工業的血管，汽車、化工、建筑等各部分對其質量的要求都非常高，但是相關檢測還只是停留在成品管上，對各工序環節的質量監控并不到位，生產過程中存在的缺陷最終會影響到產品的質量。本文結合無縫鋼管連軋生產線的實際工況，對生產過程中各環節質量預報及優化控制進行簡要分析，以期為無縫鋼管的生產提供一定的指導。
【關鍵詞】無縫鋼管;生產過程;質量預報;優化控制

    無縫鋼管屬于經濟斷面鋼材，因其常應用于高溫高壓等使用環境中，對其質量的要求非常高，在整個生產過程中，每一道工序都有可能出現廢品或次品，有必要對其進行及時有效的檢查，以確保后續工序不受影響，從而提供設備的利用效率及產品的質量。無縫鋼管生產的基本工序包括坯料準備、管坯熱處理、斜軋穿孔、軋管、荒管熱處理、減壁減徑、精整及檢查等，對各環節的質量預報及優化控制進行研究，具有重要的指導意義。

1管坯加熱質量預報及控制

    管坯生產可參考的標準有連鑄圓管坯標準和軋制圓管坯標準，其質量控制的關鍵在于加熱工藝參數的設計和控制，衡量加熱質量的主要依據為最終出爐溫度。根據環形加熱爐的熱點和主成分分析原理，現建立TLPCR模型對管坯加熱質量進行預測和控制，首先應對環形加熱爐的主要技術參數進行設定，主要包括爐子產量和尺寸、最高爐膛溫度、管坯規格和溫度、燃燒熱值和需要量、燒嘴布置以及裝出料節奏，采用TLPCR方法建立管坯溫度預報模型，能夠反映出爐內管坯的溫度變化情況以及所需的測量變量(包括燒嘴流量測點和爐膛溫度測點)，進而完成對管坯最終出爐溫度的預測[1]。實踐證明，該預報模型對管坯終點溫度的預報精度在95%以上，具有一定的可行性和通用性。

2穿孔生產毛管質量預報及控制

    無縫鋼管成型的首道工序就是管坯穿孔，這一環節的生產具有多時段、動態多變量、復雜非線性等特點，過程質量與毛管質量的關系尤為復雜，加之受到生產連續性和相關檢測儀器的限制，很難對這一間歇生產過程進行實時監測，理論上利用有限元法能夠表達出各質量信息與生產工藝參數之間的關系，但是二者一一對應的映射關系卻無法反映出來，根據穿孔生產時段，基于步進子時段MICR方法，建立毛管質量預測模型，有效解決了對過程測量變量未來數據點過多估計的問題，而且還能夠實現毛管質量的在線建模和預測。模型建立的首要環節就是對影響毛管質量的不同時段各自變量因素進行分析，根據實際工況，可將整個穿孔過程分為一次不穩定穿孔、穩定穿孔和二次不穩定穿孔共三個主要子時段，以穩定穿孔子時段子時段為例，其建模變量包括上軋輥壓下和量下軋輥壓上量，上、下軋輥傾角值和轉速，左、右導盤轉速以及頂桿位置，對其制定量化指標，通過對現場生產數據進行仿真來驗證模型的準確性，并運用迭代學習控制算法對穿孔過程的橫縱向壁厚偏差進行控制，從而實現了間歇生產過程的質量預報及控制[2]。

3荒管質量預報及控制

    在動態生產過程中，荒管質量與過程變量之間的關系也十分復雜，通常情況下，通過實驗室工作人員對產品的定期抽查以及在線測厚儀對其進行測量，可以實現荒管質量的反饋，在線測厚儀的工藝參數調節主

    要依靠操作人員的經驗，但是其局限性在于其只能檢測荒管的橫向平均壁厚，難以檢測出橫向壁厚，而這恰恰是對荒管質量影響最大的工藝參數。對于荒管生產關鍵參數的優化，與穿孔生產相同，也可以分為三個子時段，即咬鋼、穩定軋制和拋鋼，基于步進均值子時段MPLS方法建立荒管質量預測模型[3]。與傳統MPLS方法模型相比，該模型結構簡單、計算負荷小、無需冗雜數據，且能夠實現在線建模和預測。為提高模型的預測精度，應現對影響荒管質量的因素進行分析，然后確定輸入變量，具體信息包括各階段連軋機的實際轉速和實際電流，對其制定量化指標，并對模型數據進行批次處理、時段劃分、均值處理，再有就是二維展開，同樣運用迭代學習控制算法對控制變量軌跡進行不斷修正以低效模型誤差帶來的影響，促使荒管質量更趨近于理想指標。

4減徑管質量預測及控制

    隨著減徑工藝的廣泛應用，無論是小直徑鋼管還是大直徑鋼管都可以在減徑機組上實現較大的減徑，這為減小消耗、增加產量開辟了新的途徑。但是現在存在的問題就是鋼管減徑過程機理模型還沒有很好的建立起來，相關質量監測多通過技術人員的定期抽查來完成，其結果嚴重滯后。根據減徑生產多規格、時變、快速間歇的特點，采用自適應RM-PLS算法建立減徑生產質量預報模型，在保證高精度的情況下，能夠具有更高的自適應性和靈活性，由于各時段自變量對減徑管質量的影響并不相同，且貫穿于整個生產過程中，某個時段的變量可以作為預測減徑質量的重要因素。從某種意義上來看，鋼管減徑過程實際上就是空氣體無芯棒連續軋制的過程，可將其分為咬鋼階段、穩定軋制階段和拋鋼階段，并對相關影響因素進行分析，確定輸入輸出變量，運用迭代學習控制算法對減徑過程的壁厚偏差進行控制，從而提高減徑管生產的質量[4]。

    綜上所述，通過對無縫鋼管生產過程的分析，建立管坯、毛管、荒管和減徑管的全流程質量預報模型，并點提出了相應的控制方法，為無縫鋼管全流程的質量檢測及控制提供了一定的參考，希望能夠為實際生產過程質量預報及關鍵參數優化控制有所幫助。

【參考文獻】——陸治越楊慧強

[1]殷國茂.我國無縫鋼管生產和裝備的發展歷程及今后的發展思考[J].鋼管，2011.
[2]方文平.無縫鋼管超聲自動檢測關鍵技術研究[D].浙江大學，2010.
[3]陳俊杰.無縫鋼管頂管機組成型工藝參數研究[D].太原科技大學，2013.
[4]王三云，楊旭寧.關于我國小型無縫鋼管生產機組改造的探討[J].鋼管，2012.