提高穿孔毛管轧制质量的控制方法

摘要

本发明提供一种提高穿孔毛管轧制质量的控制方法，该控制方法是对两辊斜轧无缝钢管穿孔机轧制工艺后半程中加入了控制毛管尾端稳态轧制工艺；具体控制方法步骤为：基速端部咬钢；毛管尾端轧制起始时间点的确立；毛管尾端轧制斜坡控制速度给定的输出。本发明效果是新型工艺及数学模型控制安全可靠、设计合理，提高了轧制机后三辊装置的使用性能，故障率明显下降,可提高产品成材率1％以上，降低设备故障率80％，降低设备维护费用，提高运转率，有利于优化保护措施延长电机的使用寿命。经近一年多的实践检验，取得了非常好的效果；年减少损失、多创效益在1200万元以上。

主权项

一种提高穿孔毛管轧制质量的控制方法，该控制方法是对两辊斜轧无缝钢管穿孔机组轧制工艺后半程中加入了控制毛管尾端稳态轧制工艺，通过用于控制轧制工艺后半程机组中的一级基础自动化控制程序PLC的高速轧制控制程序段中，编辑加入毛管尾端稳态轧制数学模型而实现的；用于本机组控制的一级基础自动化采用意大利ANSALDO电气公司的AMS程序逻辑控制PLC系统；具体控制方法步骤如下：(1)基速端部咬钢穿孔机组轧辊在基速状态下运行，等待管坯来料，通过基速咬入管坯，即：基速端部咬钢，实现基速稳定运行状态到第一个不稳定咬钢状态的过程，根据不同钢级品种，对基速速度设定是有差别的，对于基速设定通常为稳态高速轧制速度的70‑80％；(2)高速中间稳态轧制穿孔机组在上下轧辊装有独立的轧制力仪表检测单元，以便于及时检测到咬钢信号和抛钢信号，并为工艺人员合理调整设备参数提供依据；当穿孔主机轧制力传感器检测到咬钢信号后，当大于50吨轧制力时，通过轧制力仪表检测单元发出开关量动作信号I0443＝1给穿孔机的一级基础自动化PLC系统的速度控制程序，穿孔主机升速进入高速轧钢状态，即：高速中间轧制；(3)数学模型控制毛管尾端稳态轧制工艺当安装在穿孔机组轧辊上面的轧制力仪表检测单元检测到管坯的咬钢信号后，穿孔主机升速进入高速轧钢状态；在完全自动轧制状态，且不再进行任何设备参数调整时，开始自动进行毛管纯轧时间数据采集；一旦有控制方式或轧制参数的任何一种轧制状态改变时，将重新进行毛管纯轧时间数据采集，轧制状态变化的主要内容包括手动或半自动控制方式的切换、轧辊转速、轧辊压下量、管坯长度的调整；通过稳定连续采集前三只毛管纯轧时间取均值与理论计算毛管纯轧时间相比较，以判定轧制是否正常，当连续前三只毛管纯轧时间均值不小于理论计算毛管纯轧时间时，说明设备运行轧制状态良好，将从下一支毛管轧制开始按照一级基础自动化控制程序PLC中编辑的数学模型控制毛管尾端稳态轧制工艺生产；所述数学模型控制是建立在毛管高速轧制过程的后半程即将结束轧制时自动实施的，其首先要确定毛管尾端轧制开始时刻；其次，设计毛管尾部开始轧制时刻至轧制完全结束期间的斜坡速度控制，以完成有效抛钢，实现平稳对管坯尾部的轧制，具体方法是：ⅰ)毛管纯轧时间的理论计算斜轧的纯轧时间是指轧件通过变形区所需的时间——由管坯前端接触轧辊起到轧出的毛管尾端离开轧辊止的时间间隔：$T=\frac{l+L}{{\eta }_z\frac{\pi D_1{n}_r}{60}\sin \alpha }---\left(1\right)$式中：l——变形区长度；  L——毛管长度；T——纯轧时间；  η_x——出口断面的轴向滑动系数；D₁——出口断面上的轧辊直径；n_r——轧辊的转速；α——送进角ⅱ)毛管尾端轧制起始时间点Tn的确立Tn＝T‑Ta   (2)式中：Tn——毛管尾端轧制控制的时间点Tn；T——纯轧时间；Ta——尾部轧制时间，该时间点是变量，根据轧制不同的品种进行调整；由于轧制穿孔毛管的来料管坯状态有长度差别，此时，将利用轧机测压头实时采集有效的全程轧钢时间，并连续采集前三只毛管的有效轧制时间之和，再取平均值，即为连续轧制状态时的实际有效平均轧制时间Tm,当Tm＞T时，Tn＝Tm‑Ta   (3)式中：Tn——毛管尾端轧制控制的时间点Tn；Tm——实际有效平均轧制时间Tm；ⅲ)毛管尾端轧制速度控制在穿孔轧制过程进入毛管尾端轧制控制的时间点Tn时，即将进行对毛管的尾端轧制，此时，穿孔轧机转速控制程序自动进入毛管尾端轧制控制，直至抛钢后回到穿孔机基速转速；穿孔机毛管尾端轧制控制是按照比例积分的运算来完成的,以实现速度控制是按照斜坡曲线形式输出；数学模型的理论表达式是：△V＝∫(Vmax‑Vmin)dt   (4)轧钢最大速度值Vmax，基速速度值Vmin,尾部轧制时间值t＝Ta，程序控制方法是，程序扫描周期设置为Tsac＝5ms，速度最大值是轧钢速度Vmax，最小值是基速速度Vmin,,尾部轧制时间设置为t＝Ta，那么程序控制是按照将尾部轧制时间Ta按照程序扫描周期Tsac分成N＝Ta/Tsac时间段，在每个时间段中执行△V＝(Vmax‑Vmin)/N的变化量，若检测第n次扫描周期时的速度应为Vn，Vn＝Vmax‑n*((Vmax‑Vmin)/N,由于程序扫描周期在尾部轧制时间时间段内至多5秒,穿孔电机轧制速度是由近1000个速度Vn组成，彼此之间递减差值为△V，实际监控速度输出效果为斜坡曲线形式；毛管尾端轧制控制的时间点Tn是在轧制管坯距离尾端还剩30cm处时，开始执行数控尾端稳态轧制，既保证了抛钢轧制的稳定性，又满足了生产过程及生产节奏的要求。