Φ720mm周期轧管机轧制速度参数数学模型的建立
冷轧过程控制数学模型的内容
冷轧过程控制数学模型的内容冷轧过程控制的数学模型包括:轧制力模型、前滑模型、速度模型、张力模型、机架刚度模型、带钢刚度模型、轧辊梭形计算模型、带钢温度模型、冷却液流量计算模型、辊缝模型、弯辊模型、轧辊温度和磨损模型。
(1)轧制力模型。
在冷轧生产过程中，过程计箅机使用的关于辊缝设定计算的轧制力模型大体有三种。
这三种压力模型是Bland-Ford模型、W.LRoberts简化的摩擦锥模型(称为Roberts模型）和M.D.Stone模型。
通过大量冷轧生产过程可以总结出，这些模型在带钢小压下量的情况下具有一定精度的近似性。
对于三个轧制力模型系数的假定和计算，可总结出以下几点：中国冶金行业网1)对每个模型采用同样的屈服强度计箅公式。
2)对各个模型推导的摩擦方程系数不一样，不同模型中的摩擦系数根据经验公式计算，公式中含有由采集的现场数据回归分析得到的常数，还包括带钢屈服强度、压下率、带钢张力、厚度和给定工作辊及速度等参数。
3)在不同的模型中采用了不同的工作辊压扁半径公式。
可发现，采用Hitchcock压扁半径公式的M.D.Stone模型，在带钢压下率大于3%且小于5%时能给出好的估算值，建议不要将它用于压下率小于3%的情况。
在Roberts模型中，需要根据情况选用不同的压扁半径公式，这取决于带钢的压下率和带钢的厚度。
当带钢厚度大于0.5_和压下率大于3%时，采用Hhchcock压扁半径公式；对于厚度小于0.5_的很薄的带钢和压下率小于3%的情况，建议采用Roberts压扁半径公式。
在带钢入口厚度不大于5.08mm且各机架压下率大于3%的情况下，建议使用Bland-Ford模型的Hill简化公式。
而大部分正在生产的冷连轧机，可满足Bland-Ford模型的Hill简化公式所要求的条件。
(2)前滑模型。
在轧制模型计算中，用前滑模型来描述带钢速度超过轧辊转速的比例。
前滑值可以用理论公式计算，也可以用经验公式计算，还可以取经验值。
Φ720mm周期轧管机组的工艺和设备
炉和机械式室式加热炉、淬火水池、控冷设施，超 声波探伤机、磁粉探伤机，压力矫直机和内外修磨 机等多台设备。
2 主要设备组成和特点
Φ720 mm 周期轧管机组的主要设备有：环形 加热炉、立式水压冲孔机、二辊桶形辊穿孔机、喂 料器、周期轧管机、热锯、步进式再加热炉、5 机 架三辊定径机。其主要设备的特点如下。
1） 立式水压冲孔机 25 MN 水压冲孔机本体主要部件组成如图 2 所示。 主工作缸为柱塞缸，在压力为 28 MPa 的介质 作用下，产生的公称压力为 25 MN。回程缸为差 动式柱塞缸，缸体安装在机架的两侧，生产回程力 3.45 MN。活动横梁主要用来传递冲压力，同时起 冲杆的导向作用。活动横梁上部用压圈与主柱塞连 接定位，下部安装有冲杆，活动横梁导向形式为 X 形，当活动横梁或机架热胀冷缩时，导向可以沿 X 方向自由伸缩，保持活动横梁运动灵活。导向装置 安装在机架的四侧，作活动横梁和定位脱料装置导 向用。定位脱料装置在机架内做升降运动，主要起 冲杆的模口定位和回程脱料作用。移动工作台在由 工作台支座和辅助座组成的导向面上移动，工作台 移动由移动油缸驱动。工作台上装有冲孔凹模，工 作台两个工位（冲孔位和上料位，上料位同时也是
偿，能精确保证 90°翻转，保证产品质量，减少咬 入打头次数。
（4） 制动刷具备调节功能，可灵活实现轧制节 奏同步，并保证芯棒上的毛管处于正确的位置。
（5） 油作为制动介质，在制动和冷却空气活塞 时可防止生锈。
（6） 机械限制可调喂入量，可实现每一个轧制 周期都有一个均匀而准确的喂入量，以保证钢管尺 寸精度。
Key words：Pilger pipe mill；Sizing mill；Vertical hydraulic piercing；Process flow；Technical parameters
衡阳华菱钢管有限公司中720mm周期轧管机组成功轧制出Ф720mm×26mm高压气瓶用管
新 型 大直径 无缝钢 管多 功能 穿轧机 组 ，是在 太 原重 工 自主研发 的大直 径无 缝钢 管穿孔 设 备 的基 础 上进 一步研 发 的 ，其机 械 、电气 及液压 系统 完全 具 有独 立 的 自主 知识产权 。 由于该 机组 能在一 套设 备 上实 现一 次穿孔 和二 次穿孔 （ 或 轧制） ，投 资少 ，能
入入 口台；需解决出料机构与主传动装置 的空间交 错布置的难点 ；在抱辊上增设 预旋转机构 ，满足大 直径芯棒轧制时预旋转的工艺要求。 （ ３ ）限动 装置 和穿 孔闭锁 装置 的设计 采用 了新 型的连 杆机构 。打破 常 规 的小 车上 方闭 锁方 式 ，给
顶 杆 和 芯 棒 的快 速 更 换 拓 展 了 空 间 ，使 之成 为 可
衡阳华菱钢 管有限公司 ０７ ２ ０ ｍｍ周期轧管机组成功 轧制 出 ０７ ２ ０ ｍｍｘ ２ ６ ｍｍ高 压气瓶用管
２ ０ １ ３ 年 ７月 ２ ８日，衡 阳华菱钢管有限公 司（ 简称华菱衡钢 ） ｑ ｂ ７ ２ ０ ｍ ｍ周期轧管机组利用新开发的 ７ ３ ５ ｍｍ孔型 ，首次成 功生产出 ｑ ｂ ７ ２ ０ ｍ ｍ ｘ ２ ６ ｍｍ高压气瓶用管。鉴 于周期轧管机容易发生断辊 的情况 ，在设计 ７ ３ ５ ｍｍ孔 型时 ，技术人员调整轧 辊孔型的辊缝 ，增大轧辊工作段半径 ，以此降低 轧辊 断裂 的概率。生产轧制前 ，通过预热芯棒 、加强 芯棒润滑以及精心准备 各种工模 具等 ，确保轧制钢管脱 棒顺利 ，轧制 电流波动正常 。生产后经过检验 ，该批 钢管的壁厚 波动在 ２ ． ５ ｍ ｍ 内，属 于较 好水平 ，标志着华菱衡钢成功开发出 ｑ ｂ ７ ２ ０ ｍｍ ｘ ２ ６ ｍ ｍ高压气瓶用管 。
耗低 ，对大直径无缝钢管生产工艺及设备
4 数学模型解读
4数学模型轧制过程设定是根据中厚板轧线设备布置、检测仪表布置和过程控制系统的组成，针对不同规格的坯料和成品要求，合理地安排轧制道次，实时地计算轧机的辊缝、咬钢速度、稳定轧制速度、抛钢速度、待温时间和轧制节奏，确保最终产品的尺寸精度和力学性能。
一般的轧制过程设定包括：预设定、阶段修正设定、道次修正设定和自学习计算等几部分。
为了准确地进行过程设定，需要结合轧制理论和大量实践，建立合理的数学模型。
中厚板轧制过程非常复杂，涉及工艺控制、厚度控制、板形控制、温度控制等方面，是一个多目标优化系统。
为了保证数学模型的计算精度，首先必须在结构上保证模型的完备性，其次需要结合自学习算法和细化层别等手段再弥补模型精度上的不足。
实际建模过程中，应以理论为指导，结合现场实际和操作经验，因地制宜、因厂而异地建立具有自己特色的数学模型。
下面以工艺控制、厚度控制、板形控制、温度控制过程为对象，介绍钢板轧制过程中的轧制力模型、弹跳模型、温度模型和板凸度模型等主要数学模型。
4．1轧制力模型中厚板轧制过程中，精轧道次产生的宽展较小，近似于平面变形轧制，其宽展量可以忽略不计。
因此轧制力计算可采用Sims 公式：1.15P F σ= (4-1)式中F ——轧制力；W 一轧件宽度；R ′——考虑弹性压扁的轧辊半径；△h ——压下量；Q p ——应力状态影响函数；σ——平均变形抗力。
4．1．1轧辊压扁半径的影响轧辊表面受到轧制力的作用而产生压扁，使得接触弧长度增大，导致轧制力的增加。
其变化量一般在2％～3％左右，所以在计算轧制力时必须考虑轧辊压扁的影响。
计算弹性压扁时，采用Hitchcock 公式的简化形式：'01CF R R hW ⎛⎫=+ ⎪∆⎝⎭(4-2) ()222161 2.210/C mm kN E υπ--==⨯式中R 0——轧辊初始半径；υ——轧件?白松比，近似等于0．3；E ——轧辊弹性模量。
在计算轧辊压扁半径时，需要预先知道轧制力的大小，而轧制力在得到最终计算结果之前是未知的。
湖南衡阳钢管(集团)有限公司Φ720mm周期轧管机组成功生产大直径P91高压锅炉管
Ｓ ＴＥＥＬ ＰＩ Ｊ ｎ ２ １ Ｖｏ． ９，Ｎｏ ３ ＰＥ ｕ ． ０ ０， １ ３ ．
２ １ ６月 １日，湖南衡 阳钢管 （ ０ ０年 集团） 限公 司 中７ ０ｍｍ周期 轧管机组成功批量生产 出 Ｐ １ 有 ２ ９ 高压锅炉管 ，此次 轧制 的大直径 、厚壁的 Ｐ １ ９ 高压锅炉管供 国内某著名锅炉厂使用 ，规格为 ｑ５ ８ｍ ５ ｍ。经过检验 ，钢管的几何尺寸 、内外 ｂ ０ ｍｘ ０ｍ 表面质量及性能完全满足 客户 要求 。此次成功生产 ，充分显示 了 西７ ０ｍ ２ ｍ周期轧 管机组在生产大 直径高合金管方 面的优 势 ，将 为该公司进一步拓宽大直径高压锅炉管市场打下坚实的基础 。 （ 湖南衡 阳钢管 （ 集团） 限公 司 刘启增 ） 有
４ 结
语
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高压水 自密封装置属于首次开发研制 ．已成功 用 于宝钢 集 团宝新不锈 钢焊 管厂 的双线 静水 压试 验 机上 ，并实现了全 自动化生产。实践证明 ，其使用 效果 良好 ，具有推广应用价值。
（ 修定 日期 ：２ １— １ １ ） ０ ０ ０ — ２
●信 息
湖 南衡 阳钢管 （ 团） 限公 司 ７ ０ｍ 集 有 ２ ｍ周期轧管机组成功生产 大直径 Ｐ １ ９ 高压锅炉管
管 的发运量为 １ ． ８ ７万ｔ ５ ，与上年同期相比，增长 了 ６ ％。 ５
２１ ０ ０年 １ ４ 该 公 司第 一 乌拉 尔新 钢 管 厂 的 钢管 发 运 量 为 ２ ． ～月 ０６ ｔ 上 年 同期 相 比 ，增 长 了 １％。 ６万 ，与 ７
（ 攀钢集 团 成都钢钒有限公 司 杜厚 益）
密封装置 ，关闭另一个密封装置进水阀。钢管套人 到位 后 ，利 用油 缸提起 阀芯杆 ，充 人低 压水 至充满 后 ，油缸压 下 阀芯杆 ，充人 高压水 ．此 时高 压水通 过本 密封装 置 能够对钢 管及 阀芯进 行 自密封 ．管 内 压力可达 ３— ０Ｍ ａ 最高可达 １０ Ｐ （ ０ ５ Ｐ ， ０ ａ理论值） Ｍ 。 可 以根 据试 验 钢 管 的规 格 按 Ａ Ｉ 准 制 造若 干 套 Ｐ标 密封 环 、压 环 和衬环 ，在试 验不 同规格 钢管 时更换 简单 、便捷 。本 装置具有结构简单 、工作压力高 、 容易 实现 自动化 等优 点 。
轧制参数计算模型及其应用(一)
轧制参数计算模型及其应用(一)轧制参数计算模型及其应用概述轧制参数计算模型是一种用于计算轧机工艺参数的数学模型，通过模拟折弯、伸拉和扭转等过程，计算出轧制板材的几何形状和力学性能。
该模型在轧机设计、质量控制和工艺优化等方面具有广泛应用。
模型构建材料模型轧制板材的力学性能由材料性能决定，因此必须首先确定材料模型。
常用的材料模型有等效应力模型和本构模型。
轧制力学模型轧制力学模型可分为几何模型和力学模型。
几何模型是指轧制板材的形状和尺寸模型，力学模型是指轧制板材的应力、应变和塑性变形模型。
数值模拟方法常用的数值模拟方法有有限元法、边界元法和有限差分法。
其中，有限元法是最常用的方法，具有高精度、高效率和高稳定性等优点。
应用轧机设计轧机设计中需要确定轧制力学参数，以控制轧制板材的形状和力学性能。
轧制参数计算模型可以提供合理的轧制参数，以满足不同尺寸、材质和工艺需求。
质量控制轧制板材的质量受多种因素影响，如轧制力、轧制速度和冷却方式等。
轧制参数计算模型可以提供轧制板材的几何形状和力学性能参数，以确定轧制质量是否符合要求。
工艺优化轧制工艺中的轧制参数可以影响轧制板材的形状、尺寸和力学性能。
轧制参数计算模型可以提供不同轧制参数对轧制板材性能的影响程度，以优化轧制工艺，提高生产效率和产品质量。
结论轧制参数计算模型是一种重要的数学模型，可以为轧机设计、质量控制和工艺优化等方面提供重要参考，促进轧制生产技术的发展和进步。
发展方向随着轧制技术的不断发展和进步，轧制参数计算模型也在不断完善和提高。
未来，轧制参数计算模型的发展方向主要包括以下几个方面：•更精确的材料模型，使得轧制参数计算模型能够更好地预测轧制板材的性能特征；•更高效的数值计算方法，以提高计算效率并降低计算成本；•精细化的轧制力学模型，以更真实地模拟轧制板材的变形和应力分布；•基于机器学习和人工智能的轧制参数计算模型，使得模型能够“自学习”，更好地适应复杂的轧制工艺。
轧制控制计算机系统的数学模型
习系数20。20即/7把/1新0 的自学习系数存储到学习文件中，供下次轧制时使用。
14
宝钢热轧力能参数与化学成分之间的关系的 模拟研究
2020/7/10
15
1.1课题背景
为什么要预测轧制压力和变形抗力？
热轧轧制压力的预报计算计算是个老问题。在热轧生 产中， 如何准确地预测在具体生产条件下的轧制压力重要， 如果轧制压力太大，会导致轧辊的断裂甚至电机的烧毁； 如果轧制压力太小，会导致轧制能力的浪费。通过准确地 预报轧制力可使工厂的技术人员确定合适的轧制工艺。
(2)同点数据。在轧件同一点上采集所有机架的有关数据，这种数据叫作“同点数 据”。
在每个机架采集数据的开始时序为：每一个机架Metal In+Timer。“同点数据”用 于除了压下位置(辊缝)以外的其它项目的自学习。
2) 检查实际测量数据
检查各种实测数据的合理性，对实际数据进行极限值检查，判断设定值与实际值的偏 差是否超过了给定的限制值。如果数据异常时，就输出报警，对本块钢不再进行数学 模型的自学习，以避免由于测量数据的异常而造成的错误自学习。
而用一种带衰减的方法来计算替换。
n 1
n
(
* n
n )
式中：n ——第n次的预报值；
* n
——第n次的实际值；
——平滑指数。
2020/7/10
12
精轧模型的自学习内容
序号
1 2 3 4 5 6 7
模型自学习功能
目的
压下位置的自学习 为了消除轧辊热膨胀和轧辊磨损造成的压下位置偏差，进行mass厚度和
轧制规程详设
轧制规程，轧制模型轧制模型分为工艺模型和控制模型。
工艺模型主要用于轧线的二级设定计算，而控制模型主要用于轧线的一级控制。
在实际生产中二者相互依存。
以下章节将对轧线上的工艺模型以及轧制规程进行详细介绍。
由于工艺模型分在线模型和离线模型。
在线模型要求实时性和快速性，和离线模型差别较大。
以下章节将本着介绍轧制原理，以及如何生成一份轧制规程角度，并结合离线分析程序，介绍轧线上的工艺模型。
图中阴影部分为轧件在轧辊之间的变形区域。
D为轧辊直径，H为轧件轧前的厚度，h 为轧件轧后的厚度，轧制前后的厚度之差为轧件的压下量。
=∆ ---- (2.1)Hh-h该压下量又称为绝对压下量。
绝对压下量和原始的轧件高度之比为相对压下量（或称为应变，或相对压下率），用如下公式表示：H ∆=hε ---- (2.2)如果忽略宽展，则延伸系数可由上式得出：ελ-=11---- (2.3)λ为延伸率。
变形区的平均变形程度用如下公式表示： h ∆2e hc其中c 是轧辊的材质影响系数，T 是变形温度(℃)，V 是轧制速度(m/s)。
最大的轧制速度不超过5.5m/s 。
这样对于精轧机组后面机架轧制时摩擦系数的确定还不能完全依照此公式进行计算，必须加以修正。
图2-1中的AB 两点弧长为接触弧长度，由于接触弧长度很小，一般工业上计算接触弧长度时，采用该实际接触弧长度在水平上的投影长度Lc 。
Lc 的古典公式为：h R L c ∆⨯= ----(2.10)其中R 为轧辊的半径，Δh 为该道次的绝对压下量，见公式2.1所示。
由于在计算轧件变形时，轧件是塑性变形，而轧辊要发生弹性变形，尤其是轧件较薄时，轧辊弹性变形的影响越大，此时应当考虑轧辊的弹性压扁，从而影响接触弧长度。
关于这个问题在轧件的力能参数计算一节中详细讨论。
图2-1中的V 代表轧件的速度。
轧件的速度和轧辊的速度之间满足一定的数学关系。
由于轧件的三维变形区域存在前滑和后滑，所以，轧件的速度和轧辊的线速度并不相同。
天津钢管集团股份有限公司φ720mm机组试制成功φ720mm×22mm气瓶用无缝钢管
４项成果所涉及 的产品均已实现批量生产 ，产生 了较为显著的经济效益 ，具有 良好 的推广应用前景 。
（ 攀钢集团成都钢钒有 限公 司 杨祖成）
向国家相关部 门申请对该产 品进行型式试验 。 （ 津钢管集 团股份有限公 司 李 群 ） 天
黄秋群等 ：斜轧扩管机孔型开度 的研究分析
钢 管 ２１ ０ ０年 ２月 第 ３ ９卷第 １ 期
５ 结
论
（）通过斜轧扩管机特殊的空间结构布置建立 １ 的空间坐标系，可获得斜轧扩管辊面方程 ，并求得 孔型开度及其沿轧制线的变化规律。 （ ）把用 平面截 线法 推导 的理论方 程 ，用于 求 ２ 解斜轧扩管的孔型开度，符合实际的生产情况 。
（ ）在轧 辊和轧 辊位 置确定 的情况 下 ，通过 以 ３
业 大 学 出版 社 ．２ ０ ． ０８
［ ］孙 中建 ，李胜祗． ５ 斜轧穿孔机轧辊辗轧锥角 的设计分析 ［］ 宝钢技术 ，１ ９ （ ） １４ ． Ｊ． ９ ６６ ：４ — ５ （ 修定 Ｅ期 ：２ １— １２ ） ｔ ０ ０ ０ — ２
上计算便能计算 出沿变形区任意截面上的孔型开度 值 ，据此提出了扩管过程中顶头平整段及扩径减壁
［］双远华 ，李国桢． ２ 钢管斜轧理论及生产过程的数值模 拟
［ ． Ｍ］ 北京 ：冶金工业出版社 ，２ ０ ． ０１
［ ］李群 ，张惠萍 ，齐 国明 ，等．“ ３ 错位” 式二辊斜轧管机喂 入角的讨论 ［］钢管 ，２ ０ ，３ （ ） ９ ６ ． Ｊ． ０ ８ ７ ５ ：５ — ２ ［ ］郑文 晶，刘萍 ，白薇． ４ 解析几何 ［ ． Ｍ］ 哈尔滨 ：哈尔滨工
中厚板轧制速度设定模型的开发和应用
中厚板轧制速度设定模型的开发和应用许磊1，蒋婷2，崔海涛1，胡贤磊1，王国栋1(1．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳110004；2．柳州铁道职业技术学院机电系，广西柳州545007)摘要：目前国内中厚板轧机主传速度基本上由操作员的经验控制。
实践证明，人工控制轧机轧辊转速存在很多弊端。
针对该现状，在详细分析中厚板轧制过程特点的基础上开发出一个新型的中厚板轧机主传速度设定模型。
此模型判断如何选取轧机速度曲线图，首次提出根据轧制变形区各参数计算不同压下量下的最大轧制速度以及咬速度。
将此模型实际应用于国内中板厂的轧机速度设定计算中，使得轧制节奏变快，生产稳定性和安全性增强，具有较强的实用价值。
关键词：中厚板轧机；轧制速度；速度曲线在目前国内绝大部分的中板厂，运料、咬钢、轧制、抛钢均由操作员凭借长期积累的经验或是一种“手感”来掌握。
这种人工操作的方式，容易出现轧钢事故，甚至引起设备损坏，且轧制节奏不快[1]。
从长远来看，不利于自动化水平的提高。
本文以理论分析为基础，讨论了影响道次轧制速度的影响条件，并确定了道次轧制速度曲线图及其主要变量的算法，从实用的角度建立了相关的模型，对于实际生产有一定的理论和应用参考价值。
1 轧辊水平线速度曲线的设定方法1．1 轧机速度的影响条件1)道次轧制长度和加速度；2)入口厚度与速度的比值；3)轧制变形区的厚度与长度；4)人工设定的最大限制值；5)基于除磷道次的调整；6)基于终轧温度的调整；7)基于轧制节奏的调整。
其中前4条为确定可用于模型计算的影响因素，后3条为由外部环境决定的不确定影响因素，首先根据这些限制条件来判定如何在一个轧制周期内选取速度曲线图。
1．2轧机速度曲线图的判定方法轧制速度图描述了可逆式轧机一个轧制道次中轧辊转速的变化规律[2]。
如图1所示，主要有3种类型，分别为水平线、三角形和梯形轧制速度图。
可以根据轧制的咬入速度判定曲线图的选取。
轧机主参数设计理论
金尼克曲线 14
• 库克曲线
图2-6以 ln(h0/h1) 为横座标， 以变形抗 力σ为纵 座标，对 于不同的 温度有不 同的图形。
15
• 冷态下的变形阻力 一般用σs或σ0.2表示，其变形阻力曲线见图2.7
除采用曲线形式外，也可用公式的形式进行计算以
便于计算机控制。
16
2.2 轧制时接触弧上的平均单位压力pm
2、金属塑性变形——轧制力能参数
2.1 轧制过程的基本概念及基本参数 轧制力能参数——轧制力与轧制力矩、电机功率确定。 研究方法：理论计算（解析法、滑移线法、有限元法
等）； 还可以用实测方法。 目的：建立轧制力计算数学模型及轧机强度计算。
一、轧制时的变形区的金属的应力状态 由两条接触弧围成的区域称之为变形区。 由于轧件在垂直方向产生压缩，沿横向及轧制方向产
6
2、中性角γ计算公式：
1 2
1
1
2
(
T1
T0 P
)
如张力T为零则:
1 2
1
2
式中:T1、T0分别为轧制时的前张力与后张力。 在前滑区轧制速度大于轧辊水平速度，在后 滑区轧制速度小于轧辊的水平速度。
7
前滑区及后滑区
8
3、前滑的计算公式
前滑值定义:
S V1 Vr 100% Vr
3
α——咬入角，接触弧所对应的中心角。 cos α=1- Δh /D
h / R
AB弧称为接触弧或咬入弧。
l——接触弧的水平投影
l R h
以上各参数定义必须牢固掌握！
4
三、轧制过程变形系数
1.压下系数: h1 1
h0
2.宽展系数: b1 1
b0
轧制过程数学模型与自动化
2.2.2 计算轧制单位压力理论
平衡方程式
(
x
d
x
)(hx
dhx
)
x hx
2
px
dx
cos
sin
x
dx
cos
cos
0
塑性方程式 1 3 1.15 s K
单位压力的基本微分方程式
d( px K ) K dy 2tx 0
dx
hx dx hx
2.2.2 计算轧制单位压力理论
2.2.2 计算轧制单位压力理论
斯通理论 单位压力微分方程式 d x 2 x
px
hx
dpx 2 f dx
px
hx
px
K 1 q0 K
e
m 1
2x l
px
K 1
q1
e
m
1
2x l
K
x fpx
px x K
m fl h
h h0 h1 2
2）轧制自动化的三大要素
控制用的工艺数学模型与控制数学模型、与此相适应的控 制系统以及可靠性高的检测器和计算机控制系统是构成自 动化的三大基本要素，也就是实现自动化的基础。
软件系统（主要指数学模型）是影响计算机控制系统的关 键因素。
工艺类数学模型，需要运用工艺理论知识：如轧制原理、 轧钢工艺学，这类模型一般用于过程控制级计算机进行最 优设定值计算，控制类数学模型一般用于基础自动化级计 算机对执行机构最优控制计算
作用：1）它是各类轧机最重要的工艺参数之一，被广泛用来选取
电机容量、制定并分析、改进工艺制度，以进一步合理的扩 大产品范围和发挥设备潜力。 2）在计算机控制技术中，能耗模型的主要作用是进行负荷 分配。 3）在设定计算中，通过能耗计算轧制功率和轧制力矩，进 行电机容量和机械设备强度校核。 4）将能耗E作为状态参量建立其他模型自变量引入
Φ720mm斜轧扩管机结构参数与变形特征的模拟仿真分析的开题报告
Φ720mm斜轧扩管机结构参数与变形特征的模拟仿真分析的开题报告一、研究背景和意义随着能源和化工行业的快速发展，管道设备的需求量日益增加。
在生产过程中，如何提高设备的生产效率和质量，成为一个紧迫的问题。
而扩管机是重要的管道设备之一，斜轧扩管机更是在化工、能源等行业中广泛使用，以满足用户对管道的多样化需求。
为了满足市场需求，现有的斜轧扩管机在内部结构和工艺上都进行了不断的改进和创新。
但是，由于斜轧扩管机的加工过程复杂，铜合金、钢铁等材质的变形规律也比较难以把握，因此需要采用现代模拟仿真技术对其进行研究，以提高生产效率和质量。
二、研究目标本课题旨在通过对斜轧扩管机的结构参数、变形特征进行模拟仿真分析，研究其加工过程中的变形规律和影响因素，并提出相应的优化建议，为生产实践提供科学支持和技术指导。
三、研究内容1.斜轧扩管机内部结构参数优化分析。
分析斜轧扩管机的内部结构参数，包括轴承、传动轴及所选取的材质等。
2.斜轧扩管机变形特征的模拟仿真分析。
借鉴数值模拟方法，运用计算机仿真技术，建立斜轧扩管机数值模型，并模拟其加工过程。
3.斜轧扩管机结构优化设计。
根据以上分析结果，结合生产实际，提出斜轧扩管机结构优化方案，力求提高设备生产效率和质量。
四、研究方法1.数学理论分析法。
从理论上分析斜轧扩管机内部结构设计的优化性，以及变形规律等问题。
2.计算机仿真模拟法。
建立斜轧扩管机的数值模型，利用有限元和数值分析等方法进行模拟分析，获得斜轧扩管机在加工过程中的变形规律和影响因素。
3.试验研究法。
采取实验数据和实际生产情况相结合的方式，验证理论分析和计算机仿真模拟结果，为结构优化设计提供科学依据。
五、预期成果1.斜轧扩管机内部结构优化设计方案，提高设备的生产效率和质量。
2.斜轧扩管机加工过程中的变形规律和影响因素分析，为生产实践提供理论支持和技术指导。
3.模拟仿真分析方法和理论框架，为今后相关领域的研究提供经验和借鉴。
六、进度安排第一阶段：文献综述，对斜轧扩管机的内部结构进行合理化设计分析，制定模拟仿真方案。
周期轧管工艺技术
周期轧管工艺技术2006年7月什么是周期式轧管机组?▪在热轧无缝钢管生产中，采用周期式轧管机作为中间延伸机来完成轧管工序的整套机组，叫做周期式轧管机组。
▪该机组可采用钢锭作坯料，能适应于生产大、中型口径的无缝钢管（如石油套管）以及一些大直径厚壁管等。
周期轧管机组的诞生、演变及改进▪1884年曼内斯曼兄弟提出了用周期轧制法生产无缝钢管的设想，1891年获得专利。
▪1892年试验并成功地轧出了第一根钢管，但因该周期轧管机未考虑芯棒的复位和机械化运送，仍不能投入工业化生产。
▪直到1896年解决了机械化运送芯棒，1900年解决了芯棒复位问题之后，于1912年起在欧洲开创了世界上第一使用真正工业化方式生产无缝钢管的时代。
周期轧管工艺的演变过程▪周期轧管机组是世界上第一代无缝钢管轧管机组。
早期的周期轧管机组仅包含穿孔加轧管两个基本工序。
▪1936年卡尔梅斯对周期轧管工艺进行了重大改造，即波浪多角形钢锭+水压（机械）冲孔+延伸+周期轧制+定径。
但增加了二次再加热的火次，周期轧管工艺就进入第二代,也就是目前得到广泛使用的典型的周期轧管工艺。
周期式轧管机特点▪周期式轧管机（又称皮尔格轧机）是一台带有送料机构的二辊式不可逆轧机。
▪周期轧管机是基于把钢管轧制中各道次变形分阶段集中在同一轧槽中的设想而设计的。
▪周期式分段轧制工艺，轧辊的旋转方向与毛管前进方向恰好相反，是不多见的返向轧制工艺。
▪周期式轧管机把所有圆孔型集中在一对轧辊的梨型孔型中，上下轧辊上对称地刻有变断面的轧槽（即可变孔型）,若把其孔型的横断面剖开来看，就是许多连续不断的圆孔型，就像纵向连轧管机组孔型一样。
▪周期式轧管机的轧管孔型接触金属时，其管径逐渐减少，壁厚减薄一次完成。
当轧辊旋转一周时管坯就通过轧槽实现锻轧、精轧、定径等工序而成管子。
▪一支荒管就是经过这样若干道次的周期性轧制而成的，所以称为周期式轧管机（又名皮尔格轧管机）。
周期轧管机的工艺特点▪周期轧管机属连续分段纵轧工艺，即在一个机架上完成了相当于连轧机多个机架的变形，更换规格时，只需换一对轧辊而不是多对轧辊，生产组织十分灵活。
钢管轧机轧制表的编制
％，绝对值 5～12 mm；七机架定径机总减径量为 5～
15％；绝对值 7～19 mm。
1)均整后的钢管直径 Dp：
均整后的钢管直径等于进定径机第一机架的
钢管直径，即等于定径后钢管直径加定径机的总减
径量。
Dp＝Dk＋ΔDk，设定ΔDk＝10 mm
＝109＋10＝119 mm
2)均整后的钢管壁厚 Sp：
(3)管坯长度 LZ：
LZ
=
Lo µo
=
6.113 2.362
= 2.588m
2 二辊斜轧管机轧制表的编制 二辊斜轧管机可以等径、减径和扩径生产，主
要取决轧辊辊型。二辊斜轧管机的变形图见图 1。
1.轧辊 2. 芯棒 3. 导板
图 1 二辊斜轧管机的调整参数
2.1 压下量 绝对压下量 D0—b mm；
→
0 时，
So
−S
=
Do－b ＝h 2
+
L1tgα1
这种情况表示轧辊一咬入毛管即进行减壁，这
是难以实现的。当∆/2＞ L1 tgα1 时，∆S＜h，当∆/2
＜ L1 tgα1 时，在入口锥就开始减壁。在限动芯棒 和半浮芯棒上轧制时这种情况是存在的。且在脊部
前有一定的减壁量，对实现二次咬入是有利的。
小型两辊斜轧管机的减壁量一般为 20～70％。
＝π×102.9×10.1＝3265.03 mm
5)均整后的钢管延伸系数 μp:
µ
P＝
FP Fa
=
3455.414 3265.03
= 1.058
6)轧管后的钢管长度 La：
La＝LP×μp＝8.69×1.058＝9.194 mm
1.2.4 穿孔后毛管尺寸
冷轧机数学模型及自学习
2006.5 武汉
主要内容
1. 冷轧数学模型
2. 模型自适应
1. 冷轧数学模型
1. 冷轧数学模型
冷轧机设定计算要得到各道次的压下量和轧机速度。
各机架（道次）厚度分配确定以后，就可以由弹跳方程确定各机架 （道次）的辊缝值，同时根据秒流量相等的原则确定各道次的速度。
1.1 弹跳方程（Equation for Mill Spring） h = Sp = S’ + P/C’ 式中 Sp----有载辊缝，mm； h-----轧件厚度，mm； S’---空载辊缝，mm； C’---机座总刚度，kN/mm。 （1）
2.3 模型自学习 （Self-learning of Models） 根据系统状态的变化，不断利用即时信息进行模型参数的修正， 以保证模型的精度，这种功能称为模型自适应校正。 2.3.1 增长记忆递推最小二乘法 y = a1x1+ a2x2+ …….. + amxm 式中 a1,a2, ……. ,am----模型待定参数。 现对变量y, x1, x2,….. ,xm进行了n次观测，得到n组数据，由测量数 据可以得到以下线性方程组： y1 = x11 a1+ x21a2+ …….. + xm1am y2 = x12 a1+ x22a2+ …….. + xm2am yn = x1n a1+ x2na2+ …….. + xmnam yi, xi1, xi2, ,xim (i=1,2,3, ,n)
h h0
图2 原料和成品板凸度关系
1. 冷轧数学模型
1.4 连轧张力方程 （Tension Equation for Tandem Rolling）
衡阳华菱钢管有限公司Φ720mm周期轧管机组生产薄壁管取得新突破
衡阳华菱钢管有限公司Φ720mm周期轧管机组生产薄壁管
取得新突破
许莹
【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】2012(41)2
【摘要】2012年2月1日,衡阳华菱钢管有限公司生产的Φ406mm×13mm大直径薄壁X52钢级管线管顺利通过检验,这是该公司Φ720mm周期轧管机组自建设投产以来轧制的壁厚最小的钢管。
从2012年2月开始,该公司严格控制生产过程,
【总页数】1页(P82-82)
【关键词】生产过程;轧管机组;薄壁管;钢管;周期;衡阳;菱;管线管
【作者】许莹
【作者单位】衡阳华菱钢管有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG333.8
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Ｅ ｔ ｂＩ ｈ ｅｎ ｆＭ ａ ｈ ｓａ ｉ ｍ ｓ ｔＯ ｔ ｅｍａ ｉ ａ ｏ ｔ Ｉ ｃ Ｍ ｄｅ ｏ ｆ￣７ ０ ｍ ｍ ｌ ｒＭ ｉ Ｒｏｌｎ ｔ ２ Ｐｉ ｇｅ ｌ ｌ ｌ ｇ Ｄａ ａ ｉ
空心的毛管 ，与一般纵轧不同的是轧辊的旋转方向 与 喂入轧 件 的方 向相 反 。 当轧 辊旋转 时 ，孔 型 的净 宽尺寸在不断改变 ，因而轧辊在每旋转一周 中孑 型 Ｌ 的轮廓 尺寸不 断变 化着 周期轧管机孔型分为 ４ ，钢管的变形区随着 段
孔 型的变 化而 不 断变化 （ １ ： 图 ）
定 性 因素 ，在 日常 的生 产操 作和新 产 品开 发 中 占有 举 足轻 重 的地位 。通过对 周 期轧 管机 轧制 参数 计算 的基本 原 理进行 分 析 ，借 鉴 和消 化 国 内外 在周 期 轧
１ 周期 轧管工艺的基本原理
１１ 周 期轧 管机 的轧制 过程 ．
周期 轧管是 在 轧辊可 变 的孔型 中和 芯棒上 辗轧
～
大 、轧制钢种范围广 、品种规格适应性强等特点 ， 比较适合生产大直径高合金厚壁无缝钢管。其所使 用 的现 代化 喂料 器采 用 了液压 机械 式 限制 喂料 装置 和转角补偿机构 ，实现 了高精度 的喂料和转 角补 偿 。油压制动装置和可调空气压缩孑 腔能保证迅速 Ｌ 而 平 稳 的制 动 ，且 易 于 实 现 喂料 器 与 轧辊 的 同步 。 周期 轧 管机 轧制 参数 作为 钢 管质量 和机 组产 能 的决
５ ４
＿ ｊ 接； Ｉ 浸蔫
（ ）锻轧段 ａ
（ ）精轧段 ｂ
（）终轧段 Ｃ
（ ）空轧段 ｄ
图 １ 周期轧管机 的轧制过程
（ ）精 轧段 。此 段是 将上 一次锻 轧部 分精 轧定 ２ 径 ，保 证管 子的外 径和壁厚 。
及 活塞筒 等 由于 陨性 作用 继续后 退直 到在 空气 腔压
刘启 增（ ９ ５ ） １ ６ 一 ，男 ，高级工程师 ，分 厂副厂长 ，从
（）锻轧段 。变形主要集 中在此段 ，实现毛管 １
成形 为荒 管 的变 形 区
事 钢管工艺研究 和技术改造工作 。
Ｓ ＴＥＥＬ ＰＩ ＰＥ Ｄｅ ． ０１ ，Ｖｏ ４０，Ｎｏ ｃ２ １ １ ．６
．
钢 管 ２１年 １ ０１ ２月 第 ４ ０卷 第 ６期
一～ 一 一～ 一～
创 ｐ ｇ ｇ ｒ ｉ
衡 阳华 菱 钢 管有 限公 司 ＠７ ０ｍｍ周 期 轧管 机 ２ 组从 德 国 Ｓ ｅ 公 司 引进 。周 期 轧管 工 艺采 用 ＭＳＭｅｒ 的是 锻 、轧 、挤 相 结 合 的 变 形 方 式 ，具 有 变 形 量
管机参数计算的先进经验 ，结合 ＠７ ０ｍ ２ ｍ周期轧 管机组 的实际情 况 ，建立 了轧制 速度 参数 的简 化数 学模型 ．为实际生产操作和新产品开发提供了理论 依据。
终轧段 为止 ，即完 成 图 ２所示 阶段 １ 的动 作 。 段 ４的动作 。在完 成 阶段 ３和 阶段 ４动作 的同 时 ． 毛管 及 芯棒旋 转 ９ 。 完成 喂 料 。完成 阶段 ｌ ４的 Ｏ并
动作所需的时间为一个周期。如果在轧辊旋转一周 的时间内喂料器正好完成阶段 １４的动作 ，则周期 轧管机轧辊与喂料器匹配。周期轧管机轧辊与喂料 器匹配是周期轧管工艺的基本要求之一 ．可以通过 调 整轧 制参数 实现 。 １２ 周 期轧 管机 的轧制参 数 ＿ 周期轧管机 的轧制参数 主要包括轧辊转速 ｎ 和 辊距 Ｇ ，喂料 器 空气 腔初 始 压 强 Ｐ，轧制 时 喂 ０ 料器 的喂人量 ｍ等 。一般来说 ，应根据生产时的 实际情况来选择合理的周期轧管机轧辊转速和初始 压强等轧制参数 。如果轧辊与喂料器不同步 ，轧管 机 的超 前或滞 后 轧制会 造成荒 管产 生表 面质 量缺 陷 及壁 厚不均 ，或 由于 喂料器 的积存 而产 生过 载 ，造 成设备事故 。因此 ，必须建立轧制参数的数学模 型 ．为实 际生产 提供理 论依 据 。
茂
５ ３７ Ｏｍ ２ ｍ周期 轧源自机 轧制速度参数数学模 型 的建立
刘 启 增 ．张 敏
（ 阳华菱钢管有限公司 ，湖南 衡 阳 ４ １０ ） 衡 ２０ １
摘
舳她‘ － ～～ ～ ～ 一＿ 一 兽蓁脚 一～一 ｓ一 一 ＿ ～ ． ｍ 呈
要 ：介绍 了周期轧管工艺 的基本原理 以及轧制速度参数数学模 型的建立方法 ．并对模 型进行Ⅲｋ 。根 ｌ甜¨ ｅ ｇ ●ｄ 了简化
ｎ ． ａ Ｈ ｓ Ｒ 据 简化模型计算 的轧制参数进行生产 ，其生产 同步性好 ，成 品管尺 寸精度较 高。故轧制参数 的简化数学模型适用
于周期轧管机组轧制参数的设定 。同时指 出在采用该模型时，要充分考虑轧件的开轧温度等因素对轧辊转速的限制。
关键 词 ：周期轧管机 ；轧辊 ；转速 ；轧 制参数 ；数学模型 ；简化计算
ＬｕＱ ｚｎ ，Ｚ ａ ｇＭｉ ｉ ｉｅ ｇ ｈ ｎ ｎ
～一～汕 一岫一～ ～ 一 一一～ ． 一
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（Ｈｅ ｇ ａ ｇＶ ｌ ｔｅ ｕ ｅＣ ． ｔ． ｅ ｇａ ｇ ４ １ ０ ，Ｃ ｉａ） ｎ ｙ ｎ ａｉ Ｓｅ ｌ ｂ ｏ，Ｌｄ，Ｈ ｎ ｙ ｎ ２ ０ １ ｈｎ ｎ Ｔ
强的作用下停止 ，即完成图 ２ 所示阶段 ２ 的动作。 （ ）终轧段。此段的作用是让孔型和荒管脱离 ３ 当轧辊转到空轧段时 ，由于轧辊与轧制荒管脱 接 触 ，并 过 渡到空轧 段 。 离 接触 ，在空气 腔压 强 的作用下 ，毛管 、芯棒 及活 （）空轧段 。孔 型张开 口 。此时 毛管再 次 喂人 塞筒等加速向前运动 ，直至接触到制动腔 ，即完成 ４ 孔 型并 翻转 ９ 。 ０以待下 一次 轧制 。 图 ２所 示 阶段 ３的动 作 。在 制 动腔 油 压 的作 用 下 ． 正常轧制时，毛管接触轧辊 ，进入锻轧段 ．轧 活塞筒等减速向前动作至停止 ，即完成图 ２ 所示阶 辊开始辗轧毛管 ，活塞筒在轧辊 的作用力下后退 ． 活塞空气室的气体被压缩 ，压力升高。随着轧辊孔 型半径 的减小 ，毛管的外径随之减小 ，壁厚逐渐被 辗轧减薄 ，在精轧段实现定径和均壁直到轧辊转到