带钢轧制毕业论文

带钢轧制毕业论文

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轧制原理与工艺

1 轧制过程

轧制过程是由轧件与轧辊之间的摩擦力将轧件拉进不同旋转方向的轧辊之间使之产生塑性变形的过程。金属材料尤其是钢铁材料的塑性加工，90%以上是通过轧制完成的。由此可见，轧制工程技术在冶金工业及国民经济生产中占有十分重要的地位。

轧制工艺按照产品类型可以分为板带轧制、管材轧制、型材轧制以及棒、线材轧制四种基本类型; 按生产工艺可以分为热轧和冷轧工艺;按厚度可分为薄板（厚度<4mm）、中板（厚度4~20mm）、厚板（厚度20~60mm），特厚板(厚度>60mm、最厚达700mm) 。在实际工作中，中板和厚板统称为"中厚板"。

轧制过程是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧棍的压缩使材料截面 减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。

2 轧制变形理论

2.1 轧制变形区

轧制时轧件在轧辊作用下发生变形的部分称为轧制变形区。

2.2 简单理想轧制及几何变形区

简单理想轧制的条件：轧辊直径相同、转速相等、轧辊为圆柱形刚体、轧件为均匀连续体，轧制时变形均匀，轧件为平板。

几何变形区：轧件与轧辊接触面之间的几何区，即从轧件入轧棍的垂直平面到轧件出轧辊的垂直平面所围成的区域ACBD。

2.3 简单轧制时变形区参数间的关系

1）咬入角轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先接触点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的角度。

2）变形区长度轧件和轧辊接触圆弧的水平投影长度。两轧辊直径相等时:

3）接触面积接触面水平投影面积。解析算式如下：

2.4 变形理论

2.4.1沿轧件断面高度方向上的变形分布不均匀

带钢表面粗晶区的形成和轧制状态有关 :

1）轧制时 ，由于摩擦力的存在 ，在轧件和轧辊接触部位存在难变形区 ，当轧制润滑条件不好时，容易在表面层产生粗晶区，可以通过开启机架间冷却水来改善润滑。

2）沿轧件高向上变形分布是不均匀的，表面层变形小。压下量分配不合理时 ，使得轧件表面层变形量小，从而产生粗晶。

2.4.2 不均匀变形理论:

1）沿轧件断面高度方向上的变形、应力和金属流动分布都是不均匀的。

2）在几何变形区内，在轧件与轧辊接触表面上，不但有相对滑动，而且还有粘着，在粘着区轧件与轧辊之间无相对滑动。

3）变形不但发生在几何变形区内，也产生在几何变形区以外，其变形分布都是不均匀的，轧制变形区分为变形过渡区，前滑区，后滑区和粘着区。

4）在粘着区有一个临界面，在这个面上金属的流动速度分布均匀，且等于该处轧辊的水平速度。

3 几种轧制工艺介绍

3.1 异步轧制

异步轧制是一种速度不对等轧制，上下工作辊表面线速度不等，以降低轧制力；因此又称差速轧制，也称搓轧。异步轧制用于轧制双金属板，将引起轧件的弯曲变化，异步轧制可以调节双金属板的弯曲曲率，而且在同一异步比的条件下，两金属组元的厚比在某一变形程度条件下，可以得到平直的轧件。异步轧制是一个新的轧制工艺，有许多优点。采用异步轧制可以大大地降低轧制力，所以设备重量轻，能耗低，轧机变形小，产品精度高；减少了轧辊的磨损和中间退火，降低了生产费用；轧制道次少，生产率高；轧机可轧厚度大。异步轧制不但适用于冷轧板带，并且可以用于热轧板等，是一项很有发展前途的生产工艺。异步轧制的不足主要是容易引起轧机震颤。

3.2 累积叠轧焊

累积叠轧焊( accumulative roll bonding，ARB) 是将表面进行脱脂、加工硬化等处理后尺寸相等的两块薄板材料在一定温度下叠轧并使其自动焊合，然后重复进行相同的工艺反复叠片、轧制焊接，从而使材料的组织得到细化，夹杂物均匀分布，大幅度提高材料的力学性能。

3.3 双驱动轧制

双驱动轧制常用于环件加工，其基本工作原理与常规环件轧制基本相似，不同之处在于双驱动轧制过程中芯辊上加载一个驱动力矩，使得芯辊的转动方式由随动转动变为自主驱动控制转动。环件双驱动轧制设备是在常规环件轧制设备的基础上将芯辊部件改成带液压驱动旋转的芯辊，能够实现芯辊自主运动。在驱动辊和芯辊旋转作用下，环件连续进入由驱动辊与芯辊构成的轧制孔型。由于芯辊自主运转并不随环件运转，在轧辊与环件表面摩擦力的作用下，环件内、外表面材料旋转速度不相匹配，犹如环件内、外表面材料发生搓动，增大了环件组织的塑性变形量使得环件产生连续局部塑性变形。壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的同时，环件内部组织因产生较大的塑性变形而改善零件的组织性能。环件经反复多转轧制使直径达到预定值时，环件外表面与信号辊接触，驱动辊停止进给运动，环件双驱动轧制过程结束。轧制过程中，导向辊的导向运动保证了环件的平稳转动。

热连轧带钢生产的设备，生产工艺过程，主要的生产参数，质量控制

我国热连轧带钢生产所采用的先进技术

(1) 铸坯的直接热装（DHCR）和直接轧制（HDR），实现了两个工序间的连续化，具有节能、省投资、缩短交货期等一系列优点，效果显著。该技术要求炼钢和连铸机稳定生产无缺陷板坯；热轧车间最好和连铸机直接连接，以缩短传送时间；在输送辊道上加设保温罩及在板坯库中设保温坑；板坯库中要具有相应的热防护措施，以保证板坯温度。应设有定宽压力机，减少板坯宽度种类。加热炉采用长行程装料机，以便于冷坯与热坯交换时可将高温坯装入炉内深处，缩短加热时间。精轧机后两机架采用轧辊轴向串动技术，以增加同宽度带钢轧制量。采用连铸、炼钢、轧钢生产计划的计算机一体化管理系统，以保证物流匹配。

(2) 步进式加热炉。除具有加热功能外，还可完成生产中铸坯的储存和生产缓冲。减少板坯烧损，提高成材率。

(3) 板坯定宽压力机实现在线调宽。采用重型立辊、定宽压力机实现大侧压，重型立辊每道次宽度压下量一般为150mm，定宽压力机每道次宽度压下量可达350mm以上，可连续进行板坯侧压，运行时间短，效率高，板坯温降小，侧压后板坯头尾性状好，狗骨断面小，板坯减宽侧压有效率达90％以上。

(4) 宽度自动控制（AWC）。经立辊宽度压下及水平辊厚度压下后，板坯头尾部将发生失宽现象。根据其失宽曲线采用与该曲线对称的反函数曲线，使立辊轧机的辊缝在轧制过程中不断变化。这样轧出的板坯再经水平辊轧制后，头尾部失宽量少。短行程法可减少切头损失率20％～25％，也可减少切边损失，还可显著提高头尾部的宽度精度，可达5mm以下。

(5) 精轧机全液压厚度自动控制系统（AGC）。HAGC厚度控制效果显著，其相应频率达15～20Hz，压下速度达4～5mm/s，加速度达500mm/s2,因此HAGC发展很快。20世纪90年代投产的热轧机精轧机组取消了电动压下装置，而采用液压缸行程为110～120mm的全液压压下装置和AGC系统。现代的HAGC系统厚度控制数学模型不断完善，控制精度不断提高，带钢全长上的厚度精度已达到±30�0�8m。

(6) 板形控制技术。我国现有及改造的热带轧机采用的板形控制方式有3种：一种工作辊弯辊和轴向移动（串辊）装置；二是连续可变凸度控制（CVC－Continual Variable Crown）；三是成对交叉辊轧机（PC－Pair Crossed）。CVC和PC轧机是20世纪80年代开发研制的板形控制轧机，轧机凸度控制能力均可达到1000�0�8m或稍大，是当代先进的板形控制技术，可实现板形的闭环控制，用于轧制薄规格、低凸度宽带钢产品。

(7) 热卷箱和保温罩，以减少温降、缩小带钢头尾温度差。中间坯热卷箱在粗轧、精轧机组之间对中间坯进行卷取，然后头尾互换开卷，不但可缩短生产线长度，还可极大地改善铸坯温度条件，使铸坯头尾温差从近100℃降至20～30℃。粗轧机出口带坯长度可达80～90m，进精轧机轧制过程中为减少头尾温差，设置保温罩是简单易行的有效技术。宝钢2050、1580mm和鞍钢1780mm热轧机组采用了保温罩。太钢1549mm、梅钢1422热轧机改造后增设了保温罩。

(8)除鳞。随着带钢生产技术的不断提高，用户对带钢表面质量和精度的要求也越加严格。因此板带热轧生产中对除鳞过程给予高度重视。它已成为薄板坯连铸连轧生产中的一项关键技术。新的结构都将除鳞机布置在粗轧机前，进而在加热炉前、精轧前再次除鳞。除鳞装置有高压水、旋转高压水等多种类型，其水压从10～20Mpa提高到40Mpa。

(9) 控制轧制和控制冷却。通过控制加热温度、轧制温度、变形制度、冷却速度等工艺参数，控制奥氏体组织变化规律和相变产物的组织形态，达到细化组织、提高钢材强度与韧性的目的。

(10) 层流冷却技术。采用高性能的带钢冷却装置，提高卷取温度的精度，从而稳定产品的性能。目前国内所有现代化的热连轧机和经改造的老轧机，带钢层流冷却系统均已达到先进水平。

(11) 全液压卷取机。20世纪90年代新建热轧卷取机和经改造的原有卷取机均采用全液压驱动，助卷辊、液压伸缩采用踏步控制，卷筒多级涨缩。

(12) 交流传动技术。20世纪90年代以后，随着交流调速技术的发展及矢量控制技术的应用，由交流变频调速装置供电或由交直交电压型脉冲宽度调制型（PWM）电源交换器供电的交流主传动电机，和采用数字式的矢量控制，完全取代了以往的由晶闸管（可控硅）整流器供电和直流主传动电动机。宝钢1580mm热轧机及鞍钢1780mm热轧机主传动全部采用GTO大功率元件组成的交直交电压型电源装置供电的交流同步电机。本钢1700mm热轧机改造时，将R1粗轧机及F1～F7精轧机主电机更新为交流同步电机，采用由IGCT功率元件组成的变频调速装置供电。

(13) 3级或4级计算机控制。热连轧带钢生产由基础自动化级（L1）、过程控制级（L2）生产控制级（L3）、生产管理级（L4）构成多级控制系统。我国新建和改造的热连轧机采用了前3级控制系统，少数热连轧机采用了4级控制和管理系统。

(14) 紧凑化布置，增大粗轧机组能力，减少粗轧机组机架数，降低成本，提高经济效益。

(15) 采用边部加热装置，防止产生边部裂纹等缺陷。一般针对轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢特殊品种设置的。一套2×2000kW感应加热器，对于坯温为1000℃、厚度为40mm的带坯，距边部25mm处坯温可升高45℃。

(16) 实现薄板坯连铸连轧生产超薄带钢技术。为生产超薄规格热轧带钢，生产线采用了7架精轧机，最大轧制速度达20m/s；各机架工作辊直径不同，F1及F2增至Φ950/Φ820mm，以便于咬入较厚的板坯，加大压下量，F3、F4轧辊为Φ750/Φ660mm，F5、F6、F7轧辊为Φ620/Φ540mm。主电机功率增大至8500～12500kW。并在F7后设置了分机，用风力将带钢压在辊道上，防止带钢运行中产生飞飘。另外，对层流冷却辊道进行了优化设计。