連軋過(guò)程數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)-第1篇-冷軋工藝及設(shè)備概述

04二月2023冷連軋過(guò)程數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)2016年材料加工工程專(zhuān)業(yè)研究生課程04二月2023冷連軋數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)課程主要內(nèi)容：第一章：冷軋工藝及設(shè)備概述(1學(xué)時(shí))第二章：冷軋工藝?yán)碚摶A(chǔ)及基本模型(2學(xué)時(shí))第三章：冷軋過(guò)程力能參數(shù)計(jì)算模型(3學(xué)時(shí))第四章：冷軋過(guò)程負(fù)荷分配方法及模型(3學(xué)時(shí))第五章：冷連軋動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制及設(shè)定模型(3學(xué)時(shí))04二月2023冷連軋數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)課程主要參考書(shū)：[1]王軍生,白金蘭,劉相華編著,帶鋼冷連軋?jiān)砼c過(guò)程控制,2009,科學(xué)出版社.[2]鐮田正誠(chéng)著,板帶連續(xù)軋制,2002,冶金工業(yè)出版社.[3]劉玠,孫一康,童朝南,彭開(kāi)香編著,冷軋生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù),2006,冶金工業(yè)出版社.[4]孫一康編著,帶鋼冷連軋計(jì)算機(jī)控制,2002,冶金工業(yè)出版社.[5]白振華著,冷連軋機(jī)高速生產(chǎn)過(guò)程核心工藝數(shù)學(xué)模型,2009,機(jī)械工業(yè)出版社.[6]趙志業(yè)主編,金屬塑性加工力學(xué),1987,冶金工業(yè)出版社.[7]劉相華,胡賢磊,杜林秀等著,軋制參數(shù)計(jì)算模型及其應(yīng)用,2007,化學(xué)工業(yè)出版社.04二月2023冷連軋數(shù)學(xué)模型開(kāi)發(fā)04二月2023第一篇：冷連軋工藝及設(shè)備概述冷軋產(chǎn)品及供貨標(biāo)準(zhǔn)概述冷軋發(fā)展歷程及生產(chǎn)特點(diǎn)概述可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述自動(dòng)化系統(tǒng)及檢測(cè)儀表概述04二月20231.1冷軋產(chǎn)品及供貨標(biāo)準(zhǔn)概述

冷軋產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、家用電器、機(jī)械制造、食品罐頭和建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。其具有精確的尺寸、較寬的厚度范圍、可變的表面（光面、麻面、鍍鋅、鍍錫、鍍合金、涂塑等）、良好的工藝性能（可沖壓性、可剪切性、可彎曲性、可焊接性等）、可變的力學(xué)和物理性能（退火、冷硬、半冷硬、趨向磁性、無(wú)趨向磁性等）優(yōu)點(diǎn)。冷軋帶鋼產(chǎn)品品種很多，可按成分、用途、制造精度、表面狀態(tài)、表面顏色、邊緣狀態(tài)、材料狀態(tài)、力學(xué)性能及表面處理方式等多方面進(jìn)行分類(lèi)。如按成分可分為普碳鋼、低合金鋼及合金鋼；按表面處理方式可分為非涂鍍、熱鍍鋅、電鍍鋅、電鍍錫、電鍍鉻、電鍍鉛及彩色涂層等。04二月20231.1冷軋產(chǎn)品及供貨標(biāo)準(zhǔn)概述級(jí)別分類(lèi)產(chǎn)品品種CQ一般用鋼SPCCSt12DC01A1008CSDQ沖壓用鋼SPCDSt13DC03A1008DSDDQ深沖壓用鋼St14EDDQ超深沖壓用鋼SPCESt15DC04SEDDQ高超深沖壓用鋼St16DC06CQ-HSS普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20#45#DQ-HSS低碳加磷高強(qiáng)鋼180P2220P2260P2DDQ-HSS超低碳加磷高強(qiáng)鋼170P1210P1250P1BH-HSS低碳烘烤硬化鋼180H2超低碳烘烤硬化鋼140H1180H1LYRT-HSS低合金高強(qiáng)鋼H240LAH280LAH320LAH380LAH420LADP-HSS雙相鋼DP600DP800TRIP-HSS相變誘導(dǎo)鋼TRIP600TRIP800TRIP1000Q&P淬火配分鋼QP980QP1180冷軋典型產(chǎn)品：04二月20231.1冷軋產(chǎn)品及供貨標(biāo)準(zhǔn)概述先進(jìn)高強(qiáng)度鋼主要應(yīng)用于汽車(chē)白車(chē)身的結(jié)構(gòu)件、安全件。采用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，可以減輕車(chē)身重量、提高車(chē)身被動(dòng)安全性、提高車(chē)型性?xún)r(jià)比。寶鋼汽車(chē)用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的可供貨品種情況以相變強(qiáng)化為主的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板04二月20231.1冷軋產(chǎn)品及供貨標(biāo)準(zhǔn)概述冷軋生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（低碳鋼為例）：歐標(biāo)EN10130-1999,DIN1623-(1)-1983

美標(biāo)ASTMA1008-02el

日本JIS標(biāo)準(zhǔn)JISG3141-1996

日本JFS標(biāo)準(zhǔn)JFSA2001-1998

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T5213-2001

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3574-1999

企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/BQB402-2009

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照(寶鋼牌號(hào)對(duì)照)04二月2023冷軋生產(chǎn)發(fā)展歷程：1.2冷軋發(fā)展歷程及生產(chǎn)特點(diǎn)概述1）鋼的冷軋于19世紀(jì)中葉始于德國(guó)，隨后在美國(guó)和德國(guó)獲得快速發(fā)展。2）世界上第一套冷連軋機(jī)組于1924年在美國(guó)建成，形式為四輥三機(jī)架，隨后出現(xiàn)了四機(jī)架、五機(jī)架；20世紀(jì)60年代，美國(guó)楊斯頓板管公司建成了世界上第一套六機(jī)架冷連軋機(jī)組。3）1971年日本鋼管福山廠(chǎng)首先采用鋼卷焊接后連續(xù)軋制，實(shí)現(xiàn)“無(wú)頭”軋制；4）20世紀(jì)80年代，將冷連軋分別與前面的酸洗，后面的連續(xù)退火工序連接起來(lái)，構(gòu)成聯(lián)合生產(chǎn)線(xiàn)。主要為酸洗-冷連軋聯(lián)合生產(chǎn)線(xiàn)，而酸洗-冷連軋-連續(xù)退火聯(lián)合生產(chǎn)線(xiàn)于1982年由日本新日鐵廣煙廠(chǎng)建成。5）世界上第一套雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)于1996年在美國(guó)建成，形式為四輥。04二月2023冷軋帶鋼的生產(chǎn)特點(diǎn)：

所謂冷軋帶鋼，是指在再結(jié)晶溫度以下軋制的帶鋼。相對(duì)于熱軋帶鋼而言，冷軋產(chǎn)品厚度更薄，其板厚和板形精度更高，表面質(zhì)量更好，力學(xué)性能更優(yōu)。這與其生產(chǎn)特點(diǎn)有關(guān)：帶鋼在冷態(tài)下連續(xù)軋制，會(huì)產(chǎn)生不同程度的加工硬化，導(dǎo)致軋制力大幅升高，軋件有脆裂的傾向；若繼續(xù)減薄，須經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火使之重新軟化，并恢復(fù)塑性，以便繼續(xù)軋制；1.2冷軋發(fā)展歷程及生產(chǎn)特點(diǎn)概述04二月20231）防止帶鋼在軋制過(guò)程中跑偏。若軋件出現(xiàn)不均勻延伸，則沿軋件寬向上的張力分布將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，延伸較大的一側(cè)張力減小，而延伸較小的一側(cè)張力增大，結(jié)果便自動(dòng)地起到糾偏的作用。2）使所軋帶材保持平直和良好的板形。由于軋件的不均勻延伸將會(huì)改變沿帶材寬度方向上的張力分布，這種改變后的張力分布反過(guò)來(lái)又會(huì)促進(jìn)延伸的均勻化，從而有利于保證良好的板形。3）減少軋制壓力，利于軋制薄規(guī)格的產(chǎn)品。冷軋采用大張力軋制1.2冷軋發(fā)展歷程及生產(chǎn)特點(diǎn)概述04二月2023采用工藝?yán)鋮s和潤(rùn)滑，降低因塑性變形熱和摩擦熱帶來(lái)的溫度升高；改善軋件與軋輥的摩擦狀態(tài)，降低軋制力，有助于大壓下和軋薄。實(shí)現(xiàn)不同品種的軋制，除軋機(jī)本身能力外，最主要因素便是乳化液系統(tǒng)，對(duì)連軋機(jī)而言，目前廣泛采取2-3個(gè)乳化液系統(tǒng)，第一機(jī)架、

中間機(jī)架、成品機(jī)架采用不同的濃度系統(tǒng)；整個(gè)乳化液系統(tǒng)由回液系統(tǒng)、供液系統(tǒng)、過(guò)濾冷卻裝置、乳化液噴

射控制閥站、垃圾處理系統(tǒng)、乳化液配制系統(tǒng)構(gòu)成；軋制潤(rùn)滑系統(tǒng)采用同種基油的高、中、低濃度的

乳化液循環(huán)冷卻系統(tǒng)，滿(mǎn)足軋制碳鋼軟鋼和高強(qiáng)

鋼、以及鐵素體不銹鋼的需要；1.2冷軋發(fā)展歷程及生產(chǎn)特點(diǎn)概述04二月2023原料卷在軋制前必須清除表面氧化鐵皮，從而保證帶鋼表面的光潔度，并減少軋輥的磨損。鹽酸與氧化鐵皮反應(yīng)快，與基體金屬反應(yīng)慢，原料損失量較少。氧化鐵皮是通過(guò)以下三種作用被清除的：1）溶解作用Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O（1）Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O（2）FeO+2HCl=FeCl2+H2O

（3）Fe+2HCl=FeCl2+H2

（4）Fe2O3+2H=2FeO+H2O（5）Fe3O4+2H＝3FeO+H2O（6）FeCl3+H=FeCl2+HCl（7）2）機(jī)械剝離作用，氫氣產(chǎn)生的膨脹壓力，就可以把氧化鐵皮從帶鋼表面剝離下來(lái)。據(jù)有關(guān)資料介紹，約有78％的氧化鐵皮是由機(jī)械剝離作用去除的。3）還原作用部分氫原子靠其化學(xué)活潑性及很強(qiáng)的還原能力，將高價(jià)鐵的氧化物和高價(jià)鐵鹽還原成易溶于酸溶液的低價(jià)鐵的氧化物及低價(jià)鐵鹽.1.2冷軋發(fā)展歷程及生產(chǎn)特點(diǎn)概述04二月20231.3可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述冷軋生產(chǎn)工藝：

可逆冷軋機(jī)生產(chǎn)工藝

帶鋼在軋機(jī)上往復(fù)進(jìn)行多道次的壓下變形，最終獲得成品厚度的軋制過(guò)程。(單機(jī)架、雙機(jī)架)

連續(xù)冷軋機(jī)生產(chǎn)工藝帶鋼連續(xù)地在串列式軋機(jī)上連續(xù)進(jìn)行壓下變形，最終獲得成品厚度的軋制過(guò)程。

（成品厚度：1.0～1.5mm選用3/4機(jī)架

0.4～1.0mm選用4機(jī)架

0.25～0.4mm選用5機(jī)架<0.18mm選用5/6機(jī)架）04二月2023單機(jī)架可逆冷軋機(jī)生產(chǎn)工藝：1）開(kāi)卷：經(jīng)酸洗的熱軋鋼卷被吊運(yùn)到入口運(yùn)輸鞍座上，運(yùn)輸鏈將鋼卷運(yùn)送到開(kāi)卷機(jī)位置進(jìn)行開(kāi)卷。2）穿帶：帶頭被鉤頭機(jī)引入到三輥矯直機(jī)，經(jīng)過(guò)活動(dòng)導(dǎo)板送入輥縫，到達(dá)出口側(cè)卷取機(jī)，插入到卷筒的鉗口中被咬緊，并纏繞數(shù)圈。3）第一道次軋制：操作工調(diào)整壓下和張力，然后壓下軋前壓力導(dǎo)板，施加乳液，起動(dòng)軋機(jī)，根據(jù)軋制情況升速到正常速度進(jìn)行軋制，當(dāng)鋼卷即將軋完時(shí)，減速停車(chē)，使帶尾在入口側(cè)卷取機(jī)卷筒上停位，卷筒鉗口咬住帶尾。4）后續(xù)軋制：操作工依照規(guī)程分配后續(xù)道次壓下，調(diào)整好張力，給上乳液，軋機(jī)進(jìn)行換向軋制。根據(jù)鋼種和規(guī)格，進(jìn)行3～7道的往復(fù)軋制。1.3可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述04二月20235）甩尾：當(dāng)往復(fù)軋制到奇數(shù)道次并達(dá)到成品厚度時(shí)，根據(jù)帶尾質(zhì)量情況輥縫抬高或閉合地進(jìn)行甩尾。6）卸卷：在卷取機(jī)卷筒上把帶尾手工焊接到外圈鋼卷上或用捆帶扎牢，由卸卷小車(chē)把鋼卷托運(yùn)出卷筒，然后傾翻到鋼卷收集槽上，標(biāo)寫(xiě)卷號(hào)規(guī)格，稱(chēng)重后即可吊運(yùn)到下面工序繼續(xù)生產(chǎn)。1.3可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述一般單機(jī)架可逆冷軋機(jī)軋制道次數(shù)為奇數(shù)。011

01

張力平直度儀測(cè)速儀凸度儀測(cè)厚儀04二月2023單機(jī)架冷軋機(jī)的軋制時(shí)間分類(lèi)1.3可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述04二月2023雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)（CompactColdMil）1.3可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述隨著薄板坯連鑄連軋技術(shù)的廣泛應(yīng)用，熱軋成品帶鋼厚度達(dá)到0.8mm以下，為了適應(yīng)薄規(guī)格熱軋?jiān)暇淼奶攸c(diǎn)，雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。從產(chǎn)量、設(shè)備投資、生產(chǎn)成本等綜合指標(biāo)上具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)濟(jì)鋼、龍盛等企業(yè)采用這種生產(chǎn)方式。04二月20231.3可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)生產(chǎn)工藝：1）開(kāi)卷：經(jīng)酸洗的熱軋鋼卷被吊運(yùn)到入口鋼卷存放臺(tái)上，上卷小車(chē)接卷并運(yùn)送至開(kāi)卷機(jī)。開(kāi)卷機(jī)設(shè)有壓輥，協(xié)助開(kāi)卷器開(kāi)卷。2）穿帶：帶頭經(jīng)夾送輥到達(dá)三輥直頭機(jī)進(jìn)行矯直，經(jīng)過(guò)入口偏轉(zhuǎn)夾送輥、1#壓緊輥、1#軋機(jī)、張力計(jì)輥、2#軋機(jī)、2#壓緊輥，出口偏轉(zhuǎn)夾送輥后，送入出口卷取機(jī)鉗口或通過(guò)皮帶助卷器完成帶頭在卷筒上纏繞數(shù)圈。3）第一道次軋制：穿帶完畢后，在開(kāi)卷機(jī)與1#軋機(jī)、1#軋機(jī)與2#軋機(jī)之間，2#軋機(jī)與卷取機(jī)之間帶鋼建立張力，操作工調(diào)整壓下和張力，施加乳液，起動(dòng)軋機(jī)，根據(jù)軋制情況升速到正常速度進(jìn)行軋制，當(dāng)鋼卷即將軋完時(shí)，減速停車(chē)。04二月20231.3可逆式冷軋工藝及設(shè)備概述4）后續(xù)軋制：將帶尾引導(dǎo)進(jìn)入入口卷取機(jī)鉗口，軋機(jī)反轉(zhuǎn)，帶鋼卷取幾圈，形成張力后，軋機(jī)升速，進(jìn)行第2道次的軋制，此時(shí)，出口卷取機(jī)相當(dāng)于開(kāi)卷機(jī)，如此，重復(fù)進(jìn)行以后各道次的軋制。5）卸卷：最后一個(gè)道次完成后，布置在出口側(cè)的分段剪動(dòng)作切斷帶鋼，兩臺(tái)卷取機(jī)同時(shí)卷取，分別卸下成品卷和尾卷。。一般雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)軋制道次數(shù)為偶數(shù)。04二月2023隨著市場(chǎng)對(duì)冷軋帶鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量要求的不斷提高，冷軋生產(chǎn)方法和生產(chǎn)技術(shù)也在不斷地改進(jìn)：

從簡(jiǎn)單的單機(jī)座可逆式冷軋機(jī)發(fā)展到多機(jī)座的常規(guī)冷連軋機(jī)

（其特點(diǎn)是單卷軋制）

全連續(xù)冷軋機(jī)組

（其特點(diǎn)是無(wú)頭軋制）

酸洗-軋機(jī)聯(lián)合機(jī)組

（其特點(diǎn)是無(wú)頭酸洗和軋制）

酸洗-軋制-退火聯(lián)合機(jī)組

（其特點(diǎn)是無(wú)頭酸洗、軋制和退火））1.4連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述04二月2023活套2STR1STR2WPD4STR1WPD焊機(jī)3WPD2BR厚度計(jì)(#1機(jī)架入口,#1機(jī)架出口,#4機(jī)架出口,#5機(jī)架出口(2))帶鋼速度儀(#1機(jī)架入口,#1~5機(jī)架出口)板形儀(#5機(jī)架出口)張力計(jì)(#1機(jī)架入口,#1~5機(jī)架出口)飛剪3STR1BR卷取機(jī)開(kāi)卷機(jī)5機(jī)架4機(jī)架3機(jī)架2機(jī)架1機(jī)架工作輥交叉橫移STR:轉(zhuǎn)向輥BR:張緊輥WPD:焊縫檢測(cè)點(diǎn)活套2STR1STR2WPD4STR1WPD焊機(jī)3WPD2BR厚度計(jì)(#1機(jī)架入口,#1機(jī)架出口,#4機(jī)架出口,#5機(jī)架出口(2))帶鋼速度儀(#1機(jī)架入口,#1~5機(jī)架出口)板形儀(#5機(jī)架出口)張力計(jì)(#1機(jī)架入口,#1~5機(jī)架出口)飛剪3STR1BR卷取機(jī)開(kāi)卷機(jī)5機(jī)架4機(jī)架3機(jī)架2機(jī)架1機(jī)架工作輥交叉橫移1.4連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述全連續(xù)冷連軋機(jī)組示意圖04二月20231.4連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述酸軋機(jī)組-酸洗段設(shè)備布置示意圖04二月20231.4連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述酸軋機(jī)組-軋機(jī)段設(shè)備布置示意圖04二月2023冷連軋機(jī)生產(chǎn)工藝：1）開(kāi)卷：經(jīng)酸洗處理后的熱軋鋼卷被吊運(yùn)到上料步進(jìn)梁送到鋼卷小車(chē)以裝到開(kāi)卷機(jī)，通過(guò)開(kāi)卷刮刀，夾送輥將帶頭送到矯直輥并準(zhǔn)備進(jìn)入軋機(jī)。2）穿帶：帶鋼以穿帶速度逐架咬入各機(jī)架（逐架建立機(jī)架間張力）并進(jìn)入卷取機(jī)卷筒，建立張力。3）穩(wěn)定軋制：卷取建張后，機(jī)組開(kāi)始同步加速至設(shè)定軋制速度(20~35m/s)，并進(jìn)入穩(wěn)定軋制階段，各自動(dòng)控制系統(tǒng)相繼投入。4）甩尾：在帶鋼即將軋完時(shí)，軋機(jī)自動(dòng)開(kāi)始減速，以使帶尾能以低速（2m/s)離開(kāi)各個(gè)機(jī)架避免損壞軋輥及帶尾跳動(dòng)，帶尾進(jìn)入卷取機(jī)后自動(dòng)停車(chē)。1.4連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述04二月20235）卸卷：停軋后卸卷小車(chē)上升，卷筒收縮以便卸卷小車(chē)將鋼卷卸出并送往輸出步進(jìn)梁，打捆、噴標(biāo)、稱(chēng)重后即可吊運(yùn)到下面工序繼續(xù)生產(chǎn)。傳統(tǒng)冷連軋機(jī)由于存在穿帶-加速以及減速-通尾的過(guò)程，使產(chǎn)量和質(zhì)量受到影響，特別是加減速階段張力波動(dòng)大，工藝參數(shù)不穩(wěn)定，其厚差往往要比穩(wěn)定軋制大一倍。為實(shí)現(xiàn)“無(wú)頭軋制”，在傳統(tǒng)冷連軋機(jī)組前增加入口段連接設(shè)備（例如開(kāi)卷機(jī)、夾送輥、矯直機(jī)、剪切機(jī)、焊機(jī)、張力輥、活套、導(dǎo)向輥、糾偏輥、S輥等），在冷軋機(jī)組出口段增加夾送輥、飛剪及兩臺(tái)張力卷取機(jī)等）構(gòu)成全連續(xù)無(wú)頭冷連軋機(jī)組或酸洗-冷軋聯(lián)合機(jī)組。需注意的是，在焊縫進(jìn)入各機(jī)架時(shí)，機(jī)組要適當(dāng)減速以免焊縫磕傷軋輥，另外利于動(dòng)態(tài)變規(guī)格。1.4連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述04二月20231.4連續(xù)式冷軋工藝及設(shè)備概述步進(jìn)梁鋼卷運(yùn)輸小車(chē)開(kāi)卷機(jī)上卷小車(chē)處理器1#活套焊機(jī)拉矯機(jī)橫切剪漂洗槽烘干機(jī)2#活套圓盤(pán)剪3#活套酸洗槽入口液壓剪1～5#軋機(jī)張力卷取機(jī)步進(jìn)梁（打號(hào)、打捆機(jī)）出口檢查臺(tái)酸軋機(jī)組主要工藝流程04二月20231.5自動(dòng)化系統(tǒng)及檢