1 绪论 - 复制

null板带轧制理论与工艺板带轧制理论与工艺主讲人 邸洪双 2009年3月材料加工工程硕士研究生选修课null板带轧制过程的数学模拟板带轧制厚度控制板凸度和板平直度理论涂镀层钢板的生产绪论主　要　内　容冷轧钢板生产技术发展概况冷轧钢板生产技术发展概况绪 论null1 我国冷轧钢板生产技术发展概况单位：万吨 null1 我国冷轧钢板生产技术发展概况冷轧生产技术发展的3个阶段： 第一阶段：1978年以前，缓慢发展。代设备： 1962年鞍钢1700，1200单机架四辊可逆冷轧机 第二阶段：1978－1998，稳步发展（计6套）。代表设备： 1978年武钢1700，1989年宝钢2030冷连轧 第三阶段：1998年以后，快速发展。代表设备： 宝钢5（9）套：2030，1420，1550，1800，1220(益昌）… 鞍钢3（5）套：1700，1900，3冷轧(1500硅钢), 2130… 武钢1（2）套：1700，2150，5机架6辊酸轧机组，ZR20 … 其它：济钢2套，本钢3套，唐钢2套，首钢2套，邯钢，马钢null冷轧钢板生产技术的发展过程： 机架数：单机可逆，连轧（3）－4－5－6机架 轧辊数：2－4－6（HC，UC）－20－36（森吉米尔） 轧制速度：100－3000 m/min（~50 m/s） 发展趋势：大型化、高速化、连续化、自动化 1 我国冷轧钢板生产技术发展概况null1 我国冷轧钢板生产技术发展概况我国代表性冷连轧机组的类型null冷轧带钢主要产品： 汽车用钢：IF，BH（烘烤硬化），CQ，DQ（Drawing quailty）…等深冲板 高强钢板：DP(双相钢），CP(复相钢），TRIP钢 （相变诱导塑性）电工用钢：取向、无取向，高牌号到中低牌号硅钢片 建筑用板：热镀锌板，电镀锌板，彩涂板 包装用板：镀锡板，有机涂层板 不锈钢板：装饰板，厨房用钢，耐腐蚀钢板 家电用钢：湿家电－洗衣机，洗碗机 冷家电－电冰箱，空调器，厨房用具 热家电－微波炉，电烤箱1 我国冷轧钢板生产技术发展概况null1 我国冷轧钢板生产技术发展概况null 2.钢板冷轧过程的特点 冷轧技术发展继续教育培训讲座null宽厚比大, 板形控制难度大 冷连轧最薄规格：～0.15mm，最宽规格：～2000mm 宽厚比：> 10000 保证板形良好的条件：比例凸度相等，冷轧要求最严格2. 钢板冷轧过程的特点null 变形抗力大，厚度精度要求高、难度大 轧制力大，轧机弹性变形大，要求机架刚度大 轧辊弹性变形（压扁、弯曲）大，要求辊系刚度大 轧辊热膨胀和磨损大 采用润滑轧制减小摩擦 对数学模型要求高 2. 钢板冷轧过程的特点null 带张力轧制（ 张应力 t ： ～0.3 σS ） 张力作用： 防止轧件跑偏 改变轧件应力状态，降低轧制力 控制板形 作为AGC控制的一种手段 2. 钢板冷轧过程的特点null(4) 工序多，工艺复杂，综合性强 主要工序：焊接－酸洗－轧制－脱脂－退火 － 平整－剪切－矫直－镀层 技术综合：冶金、机械、控制、计算机 学科综合：力 学（轧制力、张力、应力分析） 化 学（酸洗、脱脂、涂层） 数 学（模型、公式、算法） 金属学（退火、织构、组织性能） 物理学（摩擦、润滑、表面） 其它：机械学、控制理论、人工智能… 2. 钢板冷轧过程的特点null 产品要求高2. 钢板冷轧过程的特点尺寸精度要求：2～5μm 比载人航天高9个数量级〔109，10亿倍〕 板形精度要求：< 5 I （1 I ＝10－5） 表面精度要求：不允许有任何瑕疵 － O5 板：要求最严格的汽车面板 － 家具用板：经得起挑剔目光的考验null2. 钢板冷轧过程的特点轧辊的发展变化－小径化趋势 小辊径的优点：减小接触区－减小轧制力－减小弹性变形－有利轧薄 null2. 钢板冷轧过程的特点小辊径的优点：减小接触区－减小轧制力－减小弹性变形－有利轧薄 工作辊 直 径510mm 295mm 200mm4.3MN6.4MN13MNnull2. 冷轧过程特点－最小可轧厚度 最小可轧厚度理论（Tong-Sacks理论，Ford－Alexander理论） hmin=1.544μC0 k R ≈ D/3000 （通常可用到：D/1000～D/2000） 轧薄规格要减小辊径 采用支撑辊增加刚度 带张力轧制情况不同null2. 冷轧过程特点－小径化趋势2辊轧机：冷轧很少采用 4辊轧机：大量采用 6辊轧机：近年来应用较多，有HC，UC，CVC多种类型 6辊轧机基本特点：中间辊横移（工作辊横移）null2. 冷轧过程特点－小径化趋势6辊轧机工作辊直径太小容易出现横向弯曲，需要侧向支撑 偏 8 辊轧机，不适合可逆轧制 Z－high 轧机，双向侧支撑，可以可逆轧制偏 8 辊 轧机，轴心连线 不重合， 为增加稳定性Z－high 轧机null2. 冷轧过程特点－小径化趋势12辊轧机和20辊轧机，辊径进一步减小 20辊轧机广泛用于轧制难变形材多辊轧机（森吉米尔轧机）多辊轧机（森吉米尔轧机） 常用于 不锈钢(占世界96%） 硅钢,弹簧钢（游丝） 全世界有500多套主要参数 辊径：1.5－90mm 宽度：20－2200mm 厚度：～0.001mm 速度：～15 m/s（最大）null异步轧制：上下辊采用不同的线速度 优点：减小轧制力，有恒延伸效果，板形控制容易 突破最小可轧厚度：90mm辊径轧制出0.005mm(钢)，0.0035mm(铜) 缺点：1）轧机震动；2）负荷分配不均，快辊负荷大2. 冷轧过程特点－不对称轧制null 异径轧制：上下辊采用不同的辊径 优点：减小接触弧长度，减小轧制力2. 冷轧过程特点－不对称轧制null 3.冷连轧工艺 及其新进展 现代冷轧带钢生产技术新进展讲座null冷连轧工艺： 主导工艺环节：酸洗－轧制－退火－精整－涂层 开卷－切头－焊接－活套（料仓）－酸洗－清洗－ 退火－平整－分卷－包装－冷轧卷 轧制－剪切－卷取 退火－平整－横切－包装－冷轧板 退火－焊接－镀锌－剪切－镀锌板 －涂层－烘干－包装－彩涂板3. 冷连轧工艺及其新进展null 5. 冷轧产品开发3. 冷连轧工艺及其新进展null3. 冷连轧工艺及其新进展 带钢冷轧发展的 3 个阶段： － 单机可逆轧制 － 连续式轧制（通常3－6个机架） 全连续无头轧制 － 无头轧制 CDCM（酸-轧联合机组） FIPL(酸-轧-退连续生产线) 单机可逆轧制 单机可逆轧制 缺 点 料头损失大 生产效率低 产量低，成本高特 点 前后带卷筒，正反转轧制 控制系统简单 操作维护容易 投资少，见效快单卷连续式冷连轧机组 单卷连续式冷连轧机组 特征：成卷连续轧制，每架轧机只轧1道，生产效率较高 缺点：每一卷要穿带，头尾出现尺寸偏差，影响生产开卷机八一钢厂采用，调试中遇到问无头轧制的冷连轧机组示意图无头轧制的冷连轧机组示意图 实现方法：前一卷的尾部与后一卷的头部焊接在一起 优 点：避免穿带、减少头尾偏差、生产高效率nullCDCM-酸轧联合机组Continuous Discaling Continuous Mill 酸-轧-退联合机组(FIPL)示意图酸-轧-退联合机组(FIPL)示意图典型机组：新日铁广畑厂（1987），美国 Inland steel 操作数据：设备利用率95％，成材率96.9%，年产量：108万吨 能耗降低40% ，断带事故：0.1卷/月null鞍钢1780冷轧鞍钢1500冷轧 宝钢1550冷轧宝钢1420冷轧鞍钢1700冷轧冷连轧机组四辊与六辊轧机的组合方式举例null3-RollUnitFlash Butt WelderPickling TankCarrousel ReelFlying Shear工作辊、中间辊、 支撑辊均可轧制中 快速、自动换辊 轧辊自动找正开卷机 矫平机 闪光对焊机 温度板卷处理操作双CPC对中装置 粗调CPC和精调CPC 入口导向架 3辊导向架 提高对中精度日立电机驱动伺服阀 日立－索尼磁尺 高响应性（20Hz） 高精度(±1μm） 长寿命（2－5年） 容易维护#4#3#2#1　(OPTION)Delivery LooperPORSide trimmer#5Roll Changing工作辊正负弯辊，横移 中间辊横移与弯辊 可实现大压下轧制 良好板形控制功能 出色的边部减薄控制 Scale BreakerRough CPC深槽、浅槽、喷射式等多种方式 有操作稳定和节能的特点 弯曲＋大张力＋延伸 减少酸消耗，改善环境 加快除鳞时间 减小切边，改善板形Intermediate LooperFine CPCEntry Looper入口板卷处理DUAL CPC UNITHYROP-F预除鳞酸洗槽UCM轧机Bridle 采用转鼓式飞剪，缠绕式进料器，可进行高速穿带，适于稳定生产薄规格产品卡塞尔双筒卷取机三菱－日立冷轧新技术切边剪和碎断剪带AWC功能，实现自动宽度控制和高精度剪切。nullFINE CPC UNITSHEAR WITH PINCH ROLLTENSION METER ROLLPASS DIRECTIONDIRECTIONNo.1 MILL STANDTHREE ROLL UNITENTRY THICKNESS GAUGE3辊导向架精调 CPC入口导向架粗调 CPCHITACHI Special Technology双CPC 对中装置PASSPASSENTRY SHEAR WITH PINCH ROLL(For strip dividing)(OPTIONAL)精调CPC带钢侧弯补偿MILL ENTRY BRIDLE UNITFor heavy reductionand stable rolling粗调CPC带钢对中控制SIDE GUIDE UNIT(For strip threading)THREE ROLL UNITTo continue steady rollingby keeping of stripTENSION METER ROLLEasy strip threading andcoolant damming双CPC对中系统null弯曲＋张力预除鳞1.Tension Leveller Type Scale Breaker - Stretching & Bending type 2. Ultra High Tension Leveller - Narrow Trimming Scrap Width 3. Multi-purpose Scale Breaker - High productivity of High Carbon MaterialBendingAnti-cambering unitStretching unitTensionExit BridleEntry BridleLeveling Mill+Flat SheetElongationEdge WaveQuarter BuckleCenter Wavenull 电机驱动伺服阀null带AWC的切边剪带AWC的切边剪 TraversingNotchingTurningTraversingTurning常规切边剪1. 通过转动进行剪切宽度控制 2. 定位精度高、效率高 nullVERTICAL BELT WRAPPER DELIVERY COIL CAR DRUM SHEAR DELIVERY THICKNESS GAUGE PASSCAROUSEL 卷取机SHAPE METER TENSION METER ROLL SNUBBER ROLLOUT BOARD BEARING FINAL MILL STAND No.1 No.2 null 酸洗目的：清除氧化铁皮，保证带钢表面质量 酸洗方式：～1960年前，硫酸酸洗，难回收 ～1960年后，盐酸酸洗，可再生利用 （深槽酸洗－浅槽酸洗－推式酸洗） ～1990年后，湍流酸洗 湍流酸洗要点：无槽，带钢在窄缝中运行，酸液运动方向与带钢相反 , 形成湍流 . 效率高，酸洗时间短、质量好，省电， 事故处理容易冷连轧工艺及其新进展－酸洗null酸洗技术发展 1 深槽酸洗 2 浅槽酸洗 3 湍流酸洗 4 注射型酸洗酸洗技术发展 1 深槽酸洗 2 浅槽酸洗 3 湍流酸洗 4 注射型酸洗1 深槽酸洗 槽深： ～ 1100 mm 垂度：～ 700 mm 2 浅槽酸洗 槽深： ～ 600 mm 垂度： ～ 150 mm 3 湍流酸洗 槽深： ～ 200 mm 垂度： ～ 20 mm 4 喷射型酸洗 槽深： ～ 400 mm 垂度： ～ 50 mm null 节能环保新技术－喷射酸洗三菱－日立 开发 优点： 节省酸量 减少酸洗时间 提高酸洗效率 已经应用多家 喷射酸洗：酸槽深：200mm深槽酸洗：酸槽深：1100mm浅槽酸洗：酸槽深：600mmnull 节能环保新技术－喷射酸洗null 紊流浅槽酸洗开发商：MDS 特点：适用于低碳钢和硅钢 原理：常规酸洗－化学反应；紊流酸洗－电化学反应 优点：缩短酸洗时间、降低能耗、废气减少null 节能环保新技术－机械除鳞优点：避免酸污染和废酸处理，减少投资（可持续发展） ND法：高压水带铁砂喷向带钢表面，去除氧化铁皮 开发：日本石川岛播磨开发 用户：新日铁八燔厂，提高酸洗速度180－250m/min APO机组：铁粒磨料除鳞 俄德联合开发，在切列波维茨应用，运行速度：～90m/min 规模：年产50－60万吨null退火技术的进步冷轧产生加工硬化，需要由退火来消除，产品的微观组织，与退火工艺相关 　常规罩式炉退火 　全氢保护罩式炉退火 　连续退火 　新型感应加热连续退火null　常规罩式炉退火 　时间长，均匀性差 　运行成本高 　占地面积大 　钢种适应性差 （DP,CP,TRIP…)退火技术的进步null　全氢保护强对流退火炉退火技术的进步null退火技术的进步原因：H2的导热能力是N2的7倍！（0.172 : 0.024)null连续退火机组连续退火的优点： 加热快、冷却快，生产效率高（退火时间有几天缩短为几分钟） 炉内带张力，可改善板形 性能均匀、表面光洁 能生产DP钢、TRIP钢等要求严格控制冷却速度的新钢种 容易与镀锌结合，形成连续化生产线 与罩式炉相比，投资少、成本低、null　连续退火－镀锌机组退火技术的进步null 连续退火－镀锌机组退火技术的进步null感应加热连续退火退火技术的进步nullRAL 在冷轧方面工程项目 与日本三菱合作，负责益昌冷连轧数模开发 －4人小组赴日本神户4个月，联合编程、调试（2000） 与法国克莱希姆合作，负责唐钢冷轧数模调试 －3人小组赴法国里昂4个月，联合编程、调试（2005） 承担新余可逆式冷轧机的控制系统改造 －包括过程机、基础自动化(2005) RAL三机架冷轧机全部过程机和BA的软件开发 nullRAL 在冷轧方面研究工作 与首钢合作，可逆冷轧机板形设定模型开发 与宝钢2030合作，减少过焊缝区厚度超差 开发冷轧数模分析与调试软件 冷连轧过程的动态仿真软件 人工智能在冷轧中的应用 － 用小脑模型进行冷轧板形控制 － 冷却水分段的模糊控制 － 神经网络预报冷轧轧制力 正在与POSLAB探讨森吉米尔冷轧机方面的合作null 小 结　我国冷轧发展滞后于热轧，预计近年将有快速发展 冷轧技术含量高，是轧钢高技术的集中体现 近年冷轧工艺技术有多项新进展，值得关注 RAL在冷轧数学模型开发和板形控制方面有研究和工程应用基础。