轧制概述

UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB本课程讲授的主要内容：●轧制过程中的力学概述●轧制过程中的金属变形●轧制后续的处理技术及设备概述●轧制概述轧制概述与工艺过程UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB2轧制概述1.轧制概述2.我国轧钢技术发展3.无头轧制技术4.今后我国轧钢领域的发展方向UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB3绪论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。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB4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。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB5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，中板和厚板通称为“中厚板”。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB6UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB7将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊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。1.轧制过程：UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB轧制变形区是指轧制时，轧件在轧辊作用下发生变形的体积。实际的轧制变形区分成弹性变形区、塑性变形区和弹性恢复区三个区域。轧制变形区：UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTBⅠ－弹性变形区；Ⅱ－塑性变形区；Ⅲ－弹性恢复区冷轧薄板的变形区UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB在实际分析中，一般将轧制变形区简化为轧辊与轧件接触面之间的几何区。最简单的轧制变形区是轧制宽而较薄的钢板轧机的变形区。当轧件横向变形为零时，变形区水平投影为一矩形。当有宽展存在时则变形区水平投影近似为梯形。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB——咬入角，轧件被咬入轧辊时轧件和轧辊最先接触点（实际上为一条线）和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的角度；/hm——变形区形状参数，hm=(H+h)/2（变形区平均高度)。——接触弧长的水平投影，也叫变形区长度；描述变形区的参数llF——接触面水平投影面积，简称接触面积；UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB简单轧制（理想轧制）为了便于进行研究分析，对一些轧制条件作出假设和简化，建立一个理想的轧制模型，这就是简单理想轧制过程，即上下轧辊直径相同、均为传动辊、转速相等、轧辊为圆柱形刚体，轧件金属为均匀连续体，轧制时变形均匀，轧件为平板。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB轧制过程的最基本形式除Ｙ型轧机、行星轧机等形式轧机外，轧件承受压缩产生塑性变形是在一对工作辊之间完成的，这是轧制过程的最基本形式。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB接触面积是指轧制时轧辊与轧件实际接触面积的水平投影，这是计算轧制压力时非常重要的参数。接触面积：UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB15轧辊模型万能轧机UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB16轧钢车间分布示意图UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB17轧钢工艺流程图UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB1880年代以来,我国钢铁工业取得了举世瞩目的发展。1995年产钢9400万t,其中连铸4400万t,连铸比47%;生铁10171万t;钢材8000万t;铁合金339万t;焦炭(机焦)7270万t;铁矿石24935万t;是世界第一产铁大国,第二产钢大国及第一产铁合金大国。2.我国轧钢技术发展UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB19我国各类轧钢设备已具备相当生产规模,但总体装备水平比较落后。根据冶金部制订的全行业冶金专用生产设备的四级分等标准,具有国际水平的轧机占11.3%,国内先进水平的占24.4%,国内一般水平的占59.4%,国内落后水平的占4.9%。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB20我国在“九五”及以后轧钢发展的重点是围绕解决宽厚板、宽薄板、不锈钢板、镀锌板、冷轧硅钢、深冲板、镀锡板、无缝管等长期短缺的品种问题,普钢企业发展大高炉、大转炉、全连铸、连轧或半连轧技术装备,特钢企业发展超高功率电炉、精炼、连铸、连轧“四位一体”的工艺装备。到2000年时,钢材产量已经达到了1亿t以上;综合成材率88%;连铸比70%;小型型钢连轧比50%;钢材品种市场满足率90%以上;板管比45%以上;50%的钢材实物质量达到了发达国家水平。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB21进入新世纪以来,我国钢铁工业在国民经济旺盛需求推动下一直持续增长钢材结构调整已初见成效。总括近几年来的轧钢技术进步,可以大致归纳为以下几个方面:UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB22（1）先进生产流程的建立和装备的国产化薄板坯连铸连轧生产线建设速度和产能已经位居世界第一,已经投入生产的连铸连轧生产线共13条,产能达3500万t,其中国产化的ASP连铸连轧生产线4条,在这一流程的生产高效化、产品高档化、装备与相关技术自主开发等方面取得了重大进展,使得我国在这一高新技术领域跻身于先进和世界领先地位。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB23连续式冷、热连轧已经成为板带生产的主体,酸洗—冷连轧联合机组(CDCM)已成为我国冷轧机建设的主流,成为增加冷轧板带产能的主力,先后已经有近10条CDCM线投入生产,并且在鞍钢首先实现了1780mm酸洗—冷连轧机组的国内独立设计,实现了首条国产化的机组建设。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB24连续式棒、线材轧机已经成为长型材生产的主体,落后的横列式轧机正在被淘汰,目前我国连续式和半连续式棒材和高速线材轧机的数量已有显著增加。连续式棒、线材轧机已基本实现国产化,国产高速线材轧机的轧制速度已可达135m/s,并且已经投入工业生产。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB25连续轧制时各机架与轧件的关系示意图UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB26（2）先进装备的投产,大大提高我国轧制产品的精度和质量我国宝钢、武钢、鞍钢等一批重点企业先进装备的投产,在自动控制和检测仪表上都达到了国际先进水平,在产品尺寸精度上,热连轧板带材生产的厚度精度在带钢全长98%以上达到±30～40μm,板形精度达到30～40IU。冷轧板带厚度精度达到±4～6μm,板形精度达到6～7IU,无取向硅钢厚度精度达到±3.5μm,板形精度达到6IU。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB27边部温度控制技术带钢出精轧机之后横向温度分布不均，造成带钢的双边浪缺陷。如果对带钢的边部温度能够进行控制，保证边部和中间部分温度一致，则可以较好地提高带钢的板形质量，同时又可以保证横向组织和性能的均一性。为此，对板带材广泛采用了边部温度控制技术。例如，边部加热技术和边部冷却水遮蔽技术。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB28边部加热技术是利用感应加热方式，对处于粗轧机和精轧机之间的中间料实施边部补热，使进入精轧机组之前的中间料横向温度均匀。日本的一些热轧带钢厂均在粗轧机组和精轧机组之间安装边部了加热器等补热装置，对轧件横向温度的均匀性进行控制。对硅钢等产品，边部加热对防止边部裂纹具有重要的作用。我国宝钢1580热连轧机、马钢新近引进的2250热连轧机也引进了这项技术。1）边部加热技术UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB292）边部遮蔽技术边部遮蔽技术是在层流冷却系统设置挡水装置，通过对钢板边部一定范围进行遮蔽，使精轧机组轧出的带钢横向温度均匀分布。这项技术对宽幅的中厚板和热轧带钢具有重要作用。中厚板Acc系统已经广泛应用。日本早年提出过在热轧带钢轧机上使用此种方法，近年SMS也提出了生产高强钢的热轧带钢轧机横向温度控制的边部遮蔽方案，我国马钢2250轧机率先采用了这一技术，如下图所示。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB30（3）节能技术与装备迅速推广应用除连铸坯热装热送比不断提高以外,蓄热式加热与汽化冷却等节能技术与装备迅速推广应用,取得了显著降低轧钢工序能耗的良好效果。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB313.无头轧制技术UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB32所谓无头轧制技术是指粗轧后带坯在进入精轧机前，与前一根带坯的尾部焊接起来，并连续不断地通过精轧机。这种技术扩大了传统热带轧机的轧制范围，可批量生产0.8mm的超薄带钢。无头轧制技术最早是日本川崎千叶厂在3号热连轧机上首先开发的，于1996年8月生产出0.8mm厚的热轧带钢。目前千叶厂采用无头轧制技术生产超薄带钢的产量占总产量的比例接近1/3。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB33无头轧制的目的：◆提高穿带效率采用由最多15块中间坯组成的无头轧制，几乎不发生蛇行现象并可实现稳定轧制;◆提高质量稳定性和成材率整个带卷保持恒定张力实现稳定轧制可显著提高板厚精度。超薄热带的厚度精度可达±30μm，合格率超过99%;◆几乎不发生板带头部到达卷取机前这段约150m长的尺寸和板形不良或非稳定轧制引起的质量不良。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB34a.±30μm之厚度命中率;b.成材率;c.精轧出口温±20℃命中率;d.卷取温度±20℃命中率无头轧制的效果无头轧制和常规轧制厚度、精轧出口温度、卷取温度命中率及成材率的比较UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB无头轧制的中间坯连接技术连接方法叠轧咬合轧制铝热焊锯齿形机械连接还原性火焰处理直接通电连接感应加热连接激光连接特点轧制连接轧制连接熔融连接，加热时间短机械连接除磷后连接界面加热连接界面加热连接，加热时间短界面加热连接课题连接界面除磷，连接可靠性低，板厚变化大连接界面除磷，连接强度低，需采取部分其它连接发热控制困难，熔渣处理锯齿形切断及组合困难，连接强度低缩短还原反应时间，熔渣处理电源功率极大，电极辊产生电火花，要求结合面精确需处理毛刺需大功率，要求