一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法

技术领域

本发明属于冶金生产技术领域，具体涉及一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法。

背景技术

无缝钢管热轧的基本生产流程是：钢坯加热炉加热后，经过穿孔机组和连轧机组得到中间壁厚和长度的钢管，然后再经过张减机组轧制得到热轧钢管成品。无缝钢管热轧是按照轧批进行管理和生产的，一个轧批对应相同的产品规格，一般采用相同的轧制工艺参数进行生产控制。在实际控制时，因为设备状态以及过程控制波动，例如，加热时间和温度波动导致氧化烧损不一致、轧制过程壁厚不均匀等，都会影响最终成品的钢管长度。在缺少钢管长度在线测量装置时，现场生产主要通过抽检的方法，即在一个轧批中抽检部分钢管，离线测量长度是否正常，避免批量的钢管尺寸不满足成品要求。现在先进的无缝钢管热轧产线通过安装钢管在线激光测长装置，现场生产技术人员发现钢管长度异常时，结合生产经验对轧制参数进行调整，实现钢管长度管控。现有的控制方式，还无法实现逐支钢管长度的在线动态控制，尤其是，不同技术人员根据生产经验进行长度控制的干预调整，存在人为差异，也不利于产品精准控制。此外，现在无缝钢管生产有从大批量集中生产向多品种小批量生产转变的发展趋势，使得钢管长度在线动态控制的必要性更加迫切了。

申请号为：CN201710272775.8的发明申请，公开了“一种热连轧中间坯厚度及铸锭长度的控制方法”，其根据设定的连轧机各机架的轧制道次压下率和轧件的成品厚度，反算中间坯厚度基准值和各机架的轧制道次压下量；对中间坯厚度基准值进行轧制力校核并修正，如果出现计算轧制力超过机架允许的最大轧制力许可值的情况，则减小该道次的压下量，反复迭代计算，直至计算轧制力小于等于最大轧制力许可值；再对中间坯厚度基准值进行修正计算，在粗轧机扎至所计算的中间坯厚度；根据修正所得的中间坯厚度值、从粗轧机到连轧机间的辊道长度和铸锭厚度来计算铸锭长度，按照计算得到的铸锭长度来铸造铸锭。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其技术方案具体如下：

一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

首先建立自加热炉抽钢信号开始至张减机组钢管轧制结束时段的逐支钢管的跟踪，然后对每支钢管于连轧机组钢管轧制结束后、张减机组接收信号到来之前，完成基于当前钢管连轧测量长度的动态张力强度系数的计算与下发，以下发的动态张力强度系数作为该钢管进入张减机组轧制的设定张力强度系数，完成当前钢管于张减机组的轧制作业。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

所述的基于当前钢管连轧测量长度的动态张力强度系数的计算，具体通过下式确定：

式中，

a、b：均为回归系数。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

回归系数a、b，根据历史的连轧测量长度、历史的张减测量长度、历史的实绩张力强度系数及下式，基于最小二乘法的回归确定：

其中：

y：钢管张减长度；

x：张力强度系数；

L：连轧长度。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

将用于回归的历史数据构成的样本空间，按钢种、成品外径及成品壁厚三个参数进行分类，形成基于同钢种、同成品外径与同成品壁厚的不同类别，然后根据不同的类别回归出与该类别对应的回归系数。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

所述的轧制长度在线控制方法还通过如下的异常判定设置，建立对钢管长度控制的异常提示处理：

首先，在每支钢管经由张减机组轧制结束后，根据获取到的相应张减测量长度确定出该钢管的后计算张力强度系数；

然后，对确定出的后计算张力强度系数分别进行横向的数值比较与纵向的数值分析；综合横向的数值比较与纵向的数值分析完成钢管异常的判定。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

所述的横向的数值比较通过计算每支当前钢管的后计算张力强度系数与理论张力强度系数的差值完成；

所述的纵向的数值分析通过统计包括当前钢管之前的所有后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布完成；

当满足差值的绝对值大于等于设定阈值，且后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布呈震荡分布时，判定为当前钢管长度控制异常并进行提示；

当后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布呈现差异单向逐步放大趋势时，进行当前钢管长度控制趋势劣化的风险提示。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

所述的后计算张力强度系数，根据下式确定：

式中，

a、b：均为回归系数。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

所述的理论张力强度系数，根据下式确定：

式中，

a、b：均为回归系数。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于，相应的步骤具体如下：

S1：在给L2下发基于当前轧制计划的工艺参数与设定值的时候，完成与当前轧制计划匹配的回归系数的一并确定；

S2：当L1接收到加热炉抽钢信号时，对出炉的钢管建立基于队列的跟踪；

S3：当钢管完成基于连轧机组的连轧轧制后，基于实时获取的连轧测量长度完成该钢管的动态张力强度系数的计算，并在该钢管进入张减机组的轧制作业动作前，完成对该钢管的张力强度系数的下发；

S4：在钢管完成基于张减机组的轧制后，获取相应的张减测量长度。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于，相应的步骤具体如下：

SS1：当L1接收到加热炉抽钢信号时，对出炉的钢管建立基于队列的跟踪；

SS2：当钢管完成基于连轧机组的连轧轧制后，基于实时获取的连轧测量长度完成该钢管的动态张力强度系数的计算，并在该钢管进入张减机组的轧制作业动作前，完成对该钢管的张力强度系数的下发；

SS3：在钢管完成基于张减机组的轧制后，获取相应的张减测量长度，并根据连轧测量长度及张减测量长度计算出后计算张力强度系数；

SS4：根据基于后计算张力强度系数的横向的数值比较与纵向的数值分析，完成钢管的异常判定，并进行异常提示。

根据本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，其特征在于：

所述的异常判定还可以根据张减测量长度与张减理论长度的比较进行。

本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，首先基于历史数据线性回归出张减机张力强度系数方程的回归系数，在回归时按照钢种与规格建立了分类回归，形成与不同钢种与规格匹配的回归系数，然后在实际轧制时，将与当前轧制计划匹配的回归系数与其他工艺参数、设定值一并获取；在实际生产过程中，建立自加热炉抽钢信号开始至张减机组钢管轧制结束时段的钢管逐支跟踪，并基于逐支钢管的动态张力强度系数的计算和下发，实现对每支钢管的逐支轧制长度控制；同时还基于后计算张力强度系数建立对钢管长度控制的异常判定与处理。综述，本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，通过建立对逐支钢管的动态轧制长度的控制，提高了热轧产品的成材率，同时也能够很好地适应小批量的钢管生产。

附图说明

图1为本发明工作原理的整体示意图；

图2为本发明中基于不同钢种的动态控制步骤流程图；

图3为本发明的动态控制步骤示意图。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法作进一步具体说明。

如图1、2、3所示的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，首先建立自加热炉抽钢信号开始至张减机组钢管轧制结束时段的逐支钢管的跟踪，然后对每支钢管于连轧机组钢管轧制结束后、张减机组接收信号到来之前，完成基于当前钢管连轧测量长度的动态张力强度系数的计算与下发，以下发的动态张力强度系数作为该钢管进入张减机组轧制的设定张力强度系数，完成当前钢管于张减机组的轧制作业。

其中，

所述的基于当前钢管连轧测量长度的动态张力强度系数的计算，具体通过下式确定：

式中，

a、b：均为回归系数。

其中，

回归系数a、b，根据历史的连轧测量长度、历史的张减测量长度、历史的实绩张力强度系数及下式，基于最小二乘法的回归确定：

其中：

y：钢管张减长度；

x：张力强度系数；

L：连轧长度。

其中，

将用于回归的历史数据构成的样本空间，按钢种、成品外径及成品壁厚三个参数进行分类，形成基于同钢种、同成品外径与同成品壁厚的不同类别，然后根据不同的类别回归出与该类别对应的回归系数。

相应的步骤具体如下：

S1：在给L2下发基于当前轧制计划的工艺参数与设定值的时候，完成与当前轧制计划匹配的回归系数的一并确定；

S2：当L1接收到加热炉抽钢信号时，对出炉的钢管建立基于队列的跟踪；

S3：当钢管完成基于连轧机组的连轧轧制后，基于实时获取的连轧测量长度完成该钢管的动态张力强度系数的计算，并在该钢管进入张减机组的轧制作业动作前，完成对该钢管的张力强度系数的下发；

S4：在钢管完成基于张减机组的轧制后，获取相应的张减测量长度。

其中，

所述的轧制长度在线控制方法还通过如下的异常判定设置，建立对钢管长度控制的异常提示处理：

首先，在每支钢管经由张减机组轧制结束后，根据获取到的相应张减测量长度确定出该钢管的后计算张力强度系数；

然后，对确定出的后计算张力强度系数分别进行横向的数值比较与纵向的数值分析；综合横向的数值比较与纵向的数值分析完成钢管异常的判定。

其中，

所述的横向的数值比较通过计算每支当前钢管的后计算张力强度系数与理论张力强度系数的差值完成；

所述的纵向的数值分析通过统计包括当前钢管之前的所有后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布完成；

当满足差值的绝对值大于等于设定阈值，且后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布呈震荡分布时，判定为当前钢管长度控制异常并进行提示；

当后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布呈现差异单向逐步放大趋势时，进行当前钢管长度控制趋势劣化的风险提示。

相应的步骤具体如下：

SS1：当L1接收到加热炉抽钢信号时，对出炉的钢管建立基于队列的跟踪；

SS2：当钢管完成基于连轧机组的连轧轧制后，基于实时获取的连轧测量长度完成该钢管的动态张力强度系数的计算，并在该钢管进入张减机组的轧制作业动作前，完成对该钢管的张力强度系数的下发；

SS3：在钢管完成基于张减机组的轧制后，获取相应的张减测量长度，并根据连轧测量长度及张减测量长度计算出后计算张力强度系数；

SS4：根据基于后计算张力强度系数的横向的数值比较与纵向的数值分析，完成钢管的异常判定，并进行异常提示。

其中，

所述的后计算张力强度系数，根据下式确定：

式中，

a、b：均为回归系数。

其中，

所述的理论张力强度系数，根据下式确定：

式中，

a、b：均为回归系数。

其中，

所述的异常判定还可以根据张减测量长度与张减理论长度的比较进行。

工作原理及过程

本技术方案的实现分为两部分，第一部分是根据历史数据完成回归系数的确定；第二部分是根据确定出的回归系数进行基于轧制计划实时跟踪的逐支钢管的动态长度控制与异常判定。为理解本案，下面分别从以上两部分进行分别的阐述(对下述的理解可参见图1、2、3)：

一、关于回归系数的确定部分

依据下述函数关系，

(y：钢管张减长度；x：张力强度系数；L：连轧长度)，根据历史的连轧测量长度、张减测量长度、实绩张力强度系数，确定出式中的回归系数a和b；所述回归采用最小二乘法；在具体回归时，还将用于回归的历史数据构成的样本空间，按钢种、成品外径及成品壁厚三个参数进行分类，形成基于同钢种、同成品外径与同成品壁厚的不同类别，然后根据不同的类别回归出与该类别对应的回归系数。在具体控制时，可根据实际的轧制计划，选用与当前轧制计划匹配的回归系数(因为不同的控制工艺，其所对应的机架孔型和标准张力是不一样的)，并在给L2下发轧制工艺参数与目标设定值时，一并完成建制。

上式中，x为张力强度系数，在标准张力基础上实现张力强度调节，采用归一化后的取值空间[-1,1]，理论上遵循如下基理：取值0表示采用标准张力。x取值越小，机架间张力越大，也就说，当x<0时，在标准张力对应的基础转速基础上降低前面机架转速，增加前后机架转速差，从而增大整体机架间张力；x>0时，在标准张力对应的基础转速基础上增加前面机架转速，减小前后机架转速差，从而减小整体机架间张力。a、b是回归系数，物理意义上a是张力强度系数对张减延伸长度的影响斜率，b是标准张力状态下的张减机组延伸系数。

二、逐支钢管的动态长度控制与异常判定部分

对逐支钢管的跟踪自L2接收到L1发送的加热炉抽钢信号开始；在获取L1发送的抽钢信号时，建立当前钢管数字化信息，并将其加入轧线钢管跟踪队列，当前钢管状态设置1；在获取连轧机组钢管轧制结束信号时，将轧线测量到的连轧测量长度信息勾连到轧线钢管跟踪队列中的当前连轧轧制结束钢管，并将该钢管状态设置2；并在张减机组接受信号到来之前，完成基于当前钢管连轧测量长度的动态张力强度系数的计算与下发，以下发给L1的动态张力强度系数作为该钢管进入张减机组轧制的动态设定张力强度系数，完成张减机组的轧制；在获取张减机组钢管轧制结束信号时，将轧线测量到的张减测量长度及据此的后计算张力强度系数信息勾连到轧线钢管跟踪队列中的当前张减轧制结束钢管，并将该钢管状态设置3；对所有更新为状态设置3的钢管进行实时的数值分析，并根据分析结果完成异常判定与处理；这里的数据分析是指：首先将每支钢管的后计算张力强度系数与理论张力强度系数进行实时的比较，当比较值超出设定阈值时，再将该钢管之前的所有钢管的后计算张力强度系数进行分布特性的判断，

当满足差值的绝对值大于等于设定阈值，且后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布呈震荡分布时，判定为当前钢管长度控制异常并进行提示剔除。

当后张力强度系数整体相对于理论张力强度系数的分布呈现差异单向逐步放大趋势时，进行当前钢管长度控制趋势劣化的风险提示。这里的基于后计算张力强度系数的异常判定也可以基于张减测量长度与张减理论长度的判定进行，其本质是一致的。

实施例

以一个总数为20支钢管的轧批为例进行说明。轧批A对应的初始信息如下：

其中，

铸坯直径、成品外径、成品壁厚、连轧外径、连轧壁厚等变量的单位均为mm；投料长度、连轧理论长度、张减理论长度等字段的单位均为m。

为方便理解，先对下述涉及到的计算所基于的公式罗列如下：

上式中的动态张力强度系数即是作为钢管张减轧制时的张力强度系数设定值。

当计划中第一块钢坯抽钢后，则可以建立轧线跟踪队列信息：

在上面的信息中，跟踪序号为1，抽钢后当前钢管跟踪状态设置1，由此此时连轧测量长度、张减测量长度、后计算张力强度系数这些信息均没有获取，故均缺省为0。

当计划中第一块管坯连轧结束时，可以假定当前轧批已经抽出4支钢坯，则当前轧批对应的轧线跟踪队列信息如下：

此时，轧线跟踪队列信息中，跟踪序号1的钢坯已经完成连轧，跟踪状态变更为2，并更新采集到的连轧测量长度信息。然后计算出动态张力系数。在本实施例中，针对当前规格的回归系数为a＝-0.098，b＝2.523，因此有：

动态张力系数：

当计划中第一块管坯离开连轧机组但未抵达张减机组时，钢管长度控制系统将钢管对应的动态张力系数-0.738下发给L1系统，进行张力控制。

当计划中第一块管坯张减轧制结束时，系统获取并更新张减测量长度、并计算出后计算张力系数信息。假设张减机组和连轧机组存在4支钢管，则跟踪信息如下：

当前轧批全部轧制结束后，得到跟踪队列信息如下：

在钢管长度控制系统的展示画面中，跟踪序号为3的钢管，张减测量长度为82.836m，后计算张力系数为-1.171，和理论张力系数存在很大的偏差，存在异常，在画面标红提示。系统除了上述钢管轧制跟踪队列的表格展示之外，还通过图形形式显示钢管张减长度、张力系数等变化趋势。

在实施例中，根据本方式建立的钢管长度控制系统，采用动态张力系数进行控制，剔出异常的第3支钢管，钢管张减长度偏差控制在0.3m以内，偏差均值为0.1m，能够显著提高钢管热轧产品成材率。

本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，首先基于历史数据线性回归出张减机张力强度系数方程的回归系数，在回归时按照钢种与规格建立了分类回归，形成与不同钢种与规格匹配的回归系数，然后在实际轧制时，将与当前轧制计划匹配的回归系数与其他工艺参数、设定值一并获取；在实际生产过程中，建立自加热炉抽钢信号开始至张减机组钢管轧制结束时段的钢管逐支跟踪，并基于逐支钢管的动态张力强度系数的计算和下发，实现对每支钢管的逐支轧制长度控制；同时还基于后计算张力强度系数建立对钢管长度控制的异常判定与处理。综述，本发明的一种无缝钢管热轧轧制长度在线控制方法，通过建立对逐支钢管的动态轧制长度的控制，提高了热轧产品的成材率，同时也能够很好地适应小批量的钢管生产。