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1、 Northeastern University，NEU 1 NEU 2016年5月23日星期一 冷连轧过程数学模型开发 2016年材料加工工程专业研究生课程 Northeastern University，NEU 2 NEU 2016年5月23日星期一 冷连轧数学模型开发 课程主要内容： 第一章：冷轧工艺及设备概述 (1学时) 第二章：冷轧工艺理论基础及基本模型 (2学时) 第三章：冷轧过程力能参数计算模型 (3学时) 第四章：冷轧过程负荷分配方法及模型 (3学时) 第五章：冷连轧动态变规格控制及设定模型 (3学时) Northeastern University，NEU 3 NEU 201
2、6年5月23日星期一 冷连轧数学模型开发 课程主要参考书： 1王军生,白金兰,刘相华 编著,带钢冷连轧原理与过程控制,2009,科学 出版社. 2镰田正诚 著,板带连续轧制,2002,冶金工业出版社. 3刘玠,孙一康,童朝南,彭开香 编著,冷轧生产自动化技术,2006,冶金工 业出版社. 4孙一康 编著,带钢冷连轧计算机控制,2002,冶金工业出版社. 5白振华 著,冷连轧机高速生产过程核心工艺数学模型,2009,机械工业 出版社. 6赵志业 主编,金属塑性加工力学,1987,冶金工业出版社. 7刘相华,胡贤磊,杜林秀 等著,轧制参数计算模型及其应用,2007,化学 工业出版社. Northe
3、astern University，NEU 4 NEU 2016年5月23日星期一 冷连轧数学模型开发 Northeastern University，NEU 5 NEU 2016年5月23日星期一 第一篇：冷连轧工艺及设备概述 冷轧产轧产 品及供货标货标 准概述 冷轧发轧发 展历历程及生产产特点概述 可逆式冷轧轧工艺艺及设备设备 概述 连续连续 式冷轧轧工艺艺及设备设备 概述 自动动化系统统及检测仪检测仪 表概述 Northeastern University，NEU 6 NEU 2016年5月23日星期一 1.1 冷轧产品及供货标准概述 冷轧产品广泛应用于汽车、航空航天、家用电器、机械制造
4、、食品罐 头和建筑等国民经济各个领域。其具有精确的尺寸、较宽的厚度范围、可 变的表面（光面、麻面、镀锌、镀锡、镀合金、涂塑等）、良好的工艺性 能（可冲压性、可剪切性、可弯曲性、可焊接性等）、可变的力学和物理 性能（退火、冷硬、半冷硬、趋向磁性、无趋向磁性等）优点。 冷轧带钢产品品种很多，可按成分、用途、制造精度、表面状态、 表面颜色、边缘状态、材料状态、力学性能及表面处理方式等多方面进 行分类。如按成分可分为普碳钢、低合金钢及合金钢；按表面处理方式 可分为非涂镀、热镀锌、电镀锌、电镀锡、电镀铬、电镀铅及彩色涂层 等。 Northeastern University，NEU 7 NEU 2016
5、年5月23日星期一 1.1 冷轧产品及供货标准概述 级别级别分类类产产品品种 CQ一般用钢SPCC St12 DC01 A1008CS DQ冲压用钢SPCD St13 DC03 A1008DS DDQ深冲压用钢St14 EDDQ超深冲压用钢SPCE St15 DC04 SEDDQ高超深冲压用钢St16 DC06 CQ-HSS 普通碳素结构钢Q235 优质 碳素结构钢20# 45# DQ-HSS低碳加磷高强钢180P2 220P2 260P2 DDQ-HSS超低碳加磷高强钢170P1 210P1 250P1 BH-HSS 低碳烘烤硬化钢180H2 超低碳烘烤硬化钢140H1 180H1 LYRT
6、-HSS 低合金高强钢H240LA H280LA H320LA H380LA H420LA DP-HSS双相钢DP600 DP800 TRIP-HSS相变诱导钢TRIP600 TRIP800 TRIP1000 Q&P淬火配分钢QP980 QP1180 冷轧典型产品 ： Northeastern University，NEU 8 NEU 2016年5月23日星期一 1.1 冷轧产品及供货标准概述 先进高强度钢主要应用于汽车白车身的结构件、安全件。 采用先进高强度钢，可以减轻车身重量、提高车身被动安 全性、提高车型性价比。 宝钢汽车用先进高强度钢的可供货品种情况 以相变强化为主的先进高强度钢板 N
7、ortheastern University，NEU 9 NEU 2016年5月23日星期一 1.1 冷轧产品及供货标准概述 冷轧生产标准（低碳钢为例）： 欧标 EN 10130-1999, DIN 1623-(1)-1983 美标 ASTM A1008-02el 日本JIS标准 JIS G3141-1996 日本JFS标准 JFS A2001-1998 中国标准 GB/T 5213-2001 国际标准 ISO 3574-1999 企业标准 Q/BQB 402-2009 标准对照 (宝钢牌号对照) Northeastern University，NEU 10 NEU 2016年5月23日星期一
8、 冷轧生产发展历程： 1.2 冷轧发展历程及生产特点概述 1）钢的冷轧于19世纪中叶始于德国，随后在美国和德国获得快速发展。 2）世界上第一套冷连轧机组于1924年在美国建成，形式为四辊三机架， 随后出现了四机架、五机架；20世纪60年代，美国杨斯顿板管公司建成 了世界上第一套六机架冷连轧机组。 3）1971年日本钢管福山厂首先采用钢卷焊接后连续轧制，实现“无头” 轧制； 4）20世纪80年代，将冷连轧分别与前面的酸洗，后面的连续退火工序连 接起来，构成联合生产线。主要为酸洗-冷连轧联合生产线，而酸洗-冷连 轧-连续退火联合生产线于1982年由日本新日铁广烟厂建成。 5）世界上第一套双机架可逆
9、冷轧机于1996年在美国建成，形式为四辊。 Northeastern University，NEU 11 NEU 2016年5月23日星期一 冷轧带钢的生产特点： 所谓冷轧带钢，是指在再结晶温度以下轧制的带钢。相对于热轧带钢而 言，冷轧产品厚度更薄，其板厚和板形精度更高，表面质量更好，力学性 能更优。这与其生产特点有关： 带钢在冷态下连续轧制，会产生不同 程度的加工硬化，导致轧制力大幅升高 ，轧件有脆裂的倾向；若继续减薄，须 经过再结晶退火使之重新软化，并恢复 塑性，以便继续轧制； 1.2 冷轧发展历程及生产特点概述 Northeastern University，NEU 12 NEU 201
10、6年5月23日星期一 1）防止带钢在轧制过程中跑偏。若轧件出现不均匀延伸，则沿轧件宽 向上的张力分布将会发生相应的变化，延伸较大的一侧张力减小， 而延伸较小的一侧张力增大，结果便自动地起到纠偏的作用。 2）使所轧带材保持平直和良好的板形。由于轧件的不均匀延伸将会改 变沿带材宽度方向上的张力分布，这种改变后的张力分布反过来又 会促进延伸的均匀化，从而有利于保证良好的板形。 3）减少轧制压力，利于轧制薄规格的产品。 冷轧采用大张力轧制 1.2 冷轧发展历程及生产特点概述 Northeastern University，NEU 13 NEU 2016年5月23日星期一 采用工艺冷却和润滑，降低因塑性
11、变形热和摩擦热带来的温度升高；改 善轧件与轧辊的摩擦状态，降低轧制力，有助于大压下和轧薄。 -实现不同品种的轧制，除轧机本身能力外，最主要因素便是乳化液 系统，对连轧机而言，目前广泛采取2-3个乳化液系统，第一机架、 中间机架、成品机架采用不同的浓度系统； -整个乳化液系统由回液系统、供液系统、过滤冷却装置、乳化液喷 射控制阀站、垃圾处理系统、乳化液配制系统构成； - 轧制润滑系统采用同种基油的高、中、低浓度的 乳化液循环冷却系统，满足轧制碳钢软钢和高强 钢、以及铁素体不锈钢的需要； 1.2 冷轧发展历程及生产特点概述 Northeastern University，NEU 14 NEU 20
12、16年5月23日星期一 原料卷在轧制前必须清除表面氧化铁皮，从而保证带钢表面的光洁度， 并减少轧辊的磨损。 盐酸与氧化铁皮反应快，与基体金属反应慢，原料损失量较少。氧化铁皮 是通过以下三种作用被清除的： 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+2H3FeO+H2O （6 ） FeCl3+H=FeCl2+HCl （7 ） 2 ）机械剥离作用，氢气产生的
13、膨胀压力，就可以把氧化铁皮从带钢表面 剥离下来。据有关资料介绍，约有78的氧化铁皮是由机械剥离作用去除 的。 3 ）还原作用 部分氢原子靠其化学活泼性及很强的还原能力，将高价铁的氧化物和高价 铁盐还原成易溶于酸溶液的低价铁的氧化物及低价铁盐. 1.2 冷轧发展历程及生产特点概述 Northeastern University，NEU 15 NEU 2016年5月23日星期一 1.3 可逆式冷轧工艺及设备概述 冷轧生产工艺： 可逆冷轧机生产工艺 带钢在轧机上往复进行多道次的压下变 形，最终获得成品厚度的轧制过程。 (单机架、双机架) 连续冷轧机生产工艺 带钢连续地在串列式轧机上连续进行压 下变形
14、，最终获得成品厚度的轧制过程。 （成品厚度：1.01.5mm 选用3/4机架 0.41.0mm 选用4机架 0.250.4mm 选用5机架 0.18mm 选用5/6机架） Northeastern University，NEU 16 NEU 2016年5月23日星期一 单机架可逆冷轧机生产工艺： 1）开卷：经酸洗的热轧钢卷被吊运到入口运输鞍座上，运输 链将钢卷运送到开卷机位置进行开卷。 2）穿带：带头被钩头机引入到三辊矫直机，经过活动导板送入辊缝，到 达出口侧卷取机，插入到卷筒的钳口中被咬紧，并缠绕数圈。 3）第一道次轧制：操作工调整压下和张力，然后压下轧前压力导板，施 加乳液，起动轧机，根据
15、轧制情况升速到正常速度进行轧制，当钢卷即 将轧完时，减速停车，使带尾在入口侧卷取机卷筒上停位，卷筒钳口咬 住带尾。 4）后续轧制：操作工依照规程分配后续道次压下，调整好张力，给上乳 液，轧机进行换向轧制。根据钢种和规格，进行37道的往复轧制。 1.3 可逆式冷轧工艺及设备概述 Northeastern University，NEU 17 NEU 2016年5月23日星期一 5）甩尾：当往复轧制到奇数道次并达到成品厚度时，根据带尾质量情况 辊缝抬高或闭合地进行甩尾。 6）卸卷：在卷取机卷筒上把带尾手工焊接到外圈钢卷上或用捆带扎牢， 由卸卷小车把钢卷托运出卷筒，然后倾翻到钢卷收集槽上，标写卷号规 格，称重后即可吊运到下面工序继续生产。 1.3 可逆式冷轧工艺及设备概述 一般单机架可逆冷轧机轧制道次数为奇数。 01 1 0 1 张力平直度仪 测速仪 凸度仪 测厚仪 Northeastern University，NEU 18 NEU 2016年5月23日星期一 单机架冷轧机的 轧制时间分类 1.3 可逆式冷轧工艺及设备概述 Northeastern University，NEU 19 NEU 2016年5月23日星期一 双机架可逆冷轧机（Compact Cold Mil ） 1.3 可逆式冷轧工艺及设备概述 随着薄板坯连铸连轧技术的 广泛应用，热轧成品带钢厚度
