无缝钢管连轧过程建模与轧制规程优化

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1、万方数据中南大学硕士学位论文绪论1绪论无缝钢管是国民经济建设的重要原材料之一，被广泛应用于石油、电力、化工、煤炭、机械、军工、航空航天等行业，世界各国特别是工业发达国家都十分重视无缝钢管的生产。在无缝钢管生产过程中，无缝钢管生产工艺主要有连轧管工艺、穿孔工艺、三辊轧管工艺等，其中连轧管工艺是无缝钢管生产中最重要的轧制手段，生产能力比重占36％，远大于其它无缝钢管生产工艺。随着产品品种的扩大化，钢铁企业迫切要求保证钢管质量。而在连轧过程中，压下量、轧制速度等设置合理与否，对钢管的内外表面质量有很大影响。因此，合理制定轧制

2、规程是有效保证无缝钢管质量的关键之一，对于冶金企业提高经济效益，增强企业竞争力具有重要意义。本章从总体上介绍本文的研究背景与意义；在此基础上，回顾无缝钢管连轧过程建模和优化的国内外研究现状以及存在的问题；最后，给出本论文的研究思路和主要内容。1．1研究背景与意义无缝钢管是国民经济建设的重要原材料之一，被广泛应用于石油、电力、化工、煤炭、机械、军工、航空航天等行业，世界各国特别是工业发达国家都十分重视无缝钢管的生产。1993年，我国无缝钢管生产量达到284万吨，超过俄罗斯成为世界无缝钢管第一大生产国，并一直保持至今【l】

3、。2013年，我国无缝钢管的产量达2963万吨【2

4、。随着国家的经济结构的转型和节能减排政策的落实，“十二五”期间对全社会钢材消费的需求的增幅将会下降，“十一五”时期的高需求、高增长将发生重大的变化。在“十二五”时期，我国钢铁工业将由规模扩张为主的发展模式向提高品种、质量、效益为主的发展模式转变。钢铁企业的工作重点逐渐转移到扩大品种、提高产品质量上来，不断满足用户产品升级和国家重点工程和重大创新项目的需求，加大产品开发创新、自主研发的力度，进一步提高产品性能、尺寸精度、表面质量的稳定性，缩小产品质量水平的波动范围等。目

5、前，我国无缝钢管如同中国钢铁工业发展一样，尽管近几年钢管行业取得了令人瞩目的成就，从产量上已占全球¨以上，但从技术装备、产品质量和产品档次、企业的经济规模及主要技术经济指标等方面看，与国际先进水平比仍有一定的差距，亟待改善。在我国轧钢行业中，自动化和计算机控制系统主要还是靠万方数据中南大学硕士学位论文绪论引进。例如，在国内已经建成投产的50多条热连轧生产线中，引进热轧计算机控制系统的占4／5以上【31。轧钢行业的信息化工程或者承包给外国公司，或者请外国公司规划和设计，或者引进国外软件、套件所占比例很大，形成了关键技术受

6、制于人的局面，不利于我国对新型钢种的开发和生产。特别是在面向差异化、个性化的优质高端钢产品的生产制造中，由于缺乏对轧制过程模型的深入了解，针对新产品轧制需求的关键轧制制度的优化方法的不足，特别是缺乏轧制过程动态特性的精确模型描述，和以轧制精度、厚度为目标的优化方法等，已成为制约我国轧钢产业发展的关键问题。总而言之，无缝钢管连轧关键的瓶颈问题就在于轧制过程精确模型的建模方法和优化方法。本文针对以上两点进行研究，通过机理分析，建立无缝钢管连轧过程的辊缝、轧制速度、轧制力等模型，实现无缝钢管连轧过程的准确描述，同时在保证外径

7、、壁厚为目标的前提下，提出以负荷均衡分配为目标，实现对轧制规程进行优化设定。不仅能适用新产品的开发，而且可以提高尺寸精度和内外表面质量，轧制设备寿命等。这有助于改变目前钢管企业在新产品开发中的瓶颈问题，提高企业的创新能力和核心竞争力，形成独立的知识产权。1．2国内外研究现状无缝钢管轧制过程建模和优化的研究一直以来是国内外先进制造领域研究的热点问题之一。由于现代计算机控制与检测水平的大幅提高，面向钢管轧制过程的基础自动化系统已经趋于成熟应用。但是，由于缺乏轧制过程机理分析和建模方法，制约了针对新产品轧制需求的轧制制度优化

8、技术的发展，造成我国钢管轧制生产品种少、轧制质量不稳定的问题，成为制约我国轧钢产业的发展的瓶颈，亟待改善。目前国内外的研究主要集中在连轧过程的建模、轧制规程优化以及轧制过程模拟等方面。l。2。1连轧无缝钢管生产发展现状目前，世界上主要的十大无缝钢管生产国为中国、日本、美国、俄罗斯、乌克兰、德国、意大利、英国、法国、阿根廷。其中，中国、美国、俄罗斯的产品以国内消费为主；英国、法国进出口大体相当；其它国家大都是无缝钢管输出国，出口量约占各自总产量的70％14】。08年金融危机以来，我国无缝钢管产业发展一枝独秀，年产量占全球

9、比重一直稳定在70％左右。截至目前，中国已建成各类先进无缝钢管产线500余条，总产能达到4500万吨。各年产量如图1．1，2013年我国无缝钢管的产量达2963万吨15J。万方数据中南大学硕士学位论文绪论350cI30002500茸k二000＼岫I疆15∞lOOO500O年份图l-l2004-2013年中国无缝钢管产量近几年来，随