高速线材自动化控制系统设计与实现

1、东北大学硕士学位论文高速线材自动化控制系统设计与实现姓名：崔凤玲申请学位级别：硕士专业：控制工程指导教师：杨卫国20050801东北大学硕士学位论文摘要高速线材自动化控制系统设计与实现摘要线材在国民经济中的作用和地位是非常重要的，用途十分广泛。随着计算机技术、机械制造技术、自动控制技术、检测技术的飞速发展，线材生产发展的总体趋势是提高轧制速度、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。近几年，我国各钢厂高速线材生产线不断纷纷上马，线材产量迅速增加。高速线材轧机自动化控制系统是高速线材生产的重要组成部分，利用先进的计算机技术、网络通讯技术和图形显示技术，提高对整个线材生产：过程的监视、操作和控制水平，从

2、而提高线材生产效率和产品质量，已经成为设计者必须要解决的关键问题。本文介绍了某钢铁集团新建高速线材厂自动化控制系统的开发研究工作。在熟悉轧钢理论和工艺的基础上，制定高速线材自动化控制系统方案，完成高速线材自动化控制系统的硬件配置和组态，建立高速线材自动化控制系统的计算机网络通讯，进行高速线材自动化控制系统各控制功能的软件开发和编程，其中包括轧机主速度控制、活套控制等，建立人机接口，编制各种流程图画面、操作画面、历史趋势画面等。根据项目要求，采用西门子可编程控制器构成计算机控制系统，使用编程语言编写应用程序并进行现场调试，控制效果令人满意。关键词：高速线材轧机、自动化控制系统、活套控制、计算机网

3、络通讯一东北大学硕士学位论文，东北大学硕士学位论文独创性声明独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：崔风诊日期：鲫占学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

4、、交流。学位论文作者签名：日崔虱影令期：也订、彦另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。学位论文作者签名崔见沧签字日期：矽，万驴新繇锄绸签字日期：竹，莎东北大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论弟一早三百了匕线材是钢铁产品的重要品种之一，广泛应用于建筑和线材制品工业，目前世界范围内线材年产量占世界钢材总产量的左右。世界主要产钢国家普遍采用全连续高速无扭线材精轧机组和控制冷却技术，作为线材生产的主要工艺设备。世界上有高速轧机线材生产线多条，线材中高速线材轧机生产的产品比例为以上，控冷线材比达。目前，我国有线材轧机套，线材占钢材产量的左右，已建成的高速线材轧机共套条生产线，线材

5、中高速线材轧机生产的产品比例为左右，控冷线材比为。从整体上看，我国线材生产水平尚有待进一步提高【。我国改革开放的深入发展对线材生产提出了新的要求，就线材轧机的生产和建设而言，面临的任务十分艰巨，其中主要有优化工艺和设备、提高线材质量、增加和开发线材品种等，因此建设高速线材轧机、使现有高速线材轧机都达产并充分发挥效益具有十分重要的意义。高速线材轧机的发展概况线材轧机的发展史与高速线材轧机的诞生据记载，世界上第一台线材轧机在世纪已经问世，当时是用锻坯轧制线材，而比较正规的线材轧机在世纪中期才出现，由粗轧及精轧两列横列式轧机组成。由于受冶金工业发展的限制，线材轧机发展缓慢，直到世纪末仍以横列式轧机为

6、主。尽管年英国曾建造过一台连续式轧机，由于盘重小、质量差、效率还不及多线横列式，这种轧机并没有得到发展。线材轧机的显著进步是在二十世纪。由横列式、半连续式、连续式直到高速轧机的诞生，每一个新的机型，每一个新的布置都使线材的轧制速度、轧制质量和盘重有所提高。然而唯独高速线材轧机得到了突飞猛进地发展。高速线材轧机与其他先进技术一样也是时代的产物，是冶金技术、机械制造技术、电气传动和自动化控制技术的综合产物。在第二次世界大战结束时，工业发达国家的线材生产技术仍沿着高速、连续、两个发展方向。当时具有代表性的连续性轧机有两种：一种是以美国摩根公司为一东北大学硕士学位论文第一章绪论代表研制的精轧机组集体传

7、动的二辊水平式轧机；另一种是以德国施罗曼公司为代表研制的精轧机组单独驱动的平一立交替式轧机。当集体传动的二辊水平式轧机，进行多线轧制时，椭圆轧件进入下一道必须扭转翻钢。最初的摩根二辊水平机组由六架轧机组成，轧制速度为。当轧制速度进一步提高时，首先受到进入精轧机活套的速度限制；其次受到扭转翻钢的限制，主要受扭转的限制。随着轧制速度的提高，扭转导管的故障显著增加，即便采用滚动扭转导管，轧制速度也只能提高到。德国施罗曼公司研制的单独驱动的平一立交替式的精轧机组克服了二辊水平机组的缺点，完全避免了扭转而实现了单线轧制，但又出现了新问题，一是电机传动的速度精度低；二是立轧机结构高大，轧辊高速运转震动大，

8、所以轧制速度并没有超过二辊水平机组。世纪年代是线材生产技术发展的兴盛与创新时期，在轧制速度不断提高的同时，也解决了大盘重线材的控制冷却问题。高速无扭精轧机组和控制冷却设备应用于线材生产，标志着新一代高速线材轧机的诞生【，。高速线材轧机一出现就显示出极大的优越性，继美国之后，其他一些国家和公司也纷纷创新高速线材轧机，出现了各种机型，目前基本上有四种：）侧交。的美国摩根型；）德国德马克型；）顶交的英国阿希洛型；）平一立布置的意大利达涅利型。其中摩根机型应用最广泛。各种机型各有优点，但基本工艺特点差异不大【。轧制速度是高速线材轧机发展水平的标志，按照轧制速度可将现代轧机分为如下几代叫：第一代，第二代

9、，第三代，第四代，第五代，第六代，年，年，年，年，年，年以后，轧制速度轧制速度；轧制速度；轧制速度；轧制速度：轧制速度；高速线材轧机的控制与自动化高速轧机生产线材具有车￥速度高，盘重大和产量高的特点，整个轧制过程对机械化、自动化程度要求很高，因而在自动控制系统方面也有很大的发展，其主要表现是计算机在控制系统中的应用。东北大学硕士学位论文第一章绪论目前，高速线材轧机的自动控制系统大致有如下两种：）不采用计算机控制的常规控制系统。常规控制系统是采用大量的接触器、继电器并借助于光电检测装置，即通过硬件来完成整个工艺过程的自动控制。这种控制系统工作不太可靠，维护工作量大；当工艺参数或控制程序修改时，要

10、更换大量的接触器、继电器，花费资金及时问多。因此，近年新建的高速线材轧机逐渐淘汰了这种自动控制系统。）常规自动控制加计算机进行部分或大部分控制的自动控制系统。采用计算机控制，不但增强了工作的可靠性，而且当工艺需要改变控制程序时，只需修改计算机软件即可完成。目前，计算机大致分为四级：中央管理级、车间管理级、过程控制级、设备控制级，。高速线材轧制技术的发展趋势近年来，世界线材生产总量有所增长，我国及许多发展中国家线材产量迅速增加，日、英、法等国家线材产量显著减少。我国年线材产量万吨，年为万吨，增加了倍。线材生产发展的总体趋势是提高轧制速度、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。年，第一台全新结构摩根。

11、高速线材无扭精轧机的诞生，引发了线材生产的一场深刻变革，线材轧制速度突破了限制，达到。多年来，随着计算机技术、机械制造技术、自动控制技术、检测技术的飞速发展，高速线材轧机不断改进，轧制速度突破了大关，最大可达。坯料断面尺寸扩大到××，个别的甚至达到，盘重达吨以上，个别的甚至达吨，线材规格上限扩大到（。发达国家线材，技术的发展世纪年代以来，除美国新建台线材或棒材轧机更新代替原有轧机外，日本和西欧各发达国家很少新建线材轧机，多对现有轧机进行改造，部分特殊钢厂新建了线材轧机（一般为棒线材综合轧机），技术上有所发展。（）无头轧制无头轧制是近几年棒线材轧机领域现的一项新技术，拥有该技

12、术的厂家为达涅利及日本钢管公司（）、阿希洛等，该工艺应用在加热炉出口。首先经除磷机去除钢坯表面的氧化铁皮，然后该钢坯的头部与前只己进入粗轧机的钢坯的尾部，用闪光对焊焊成一体，并清理毛刺，使各只钢坯整根无头的轧件，进行东北大学硕士学位淹文第一章绪论目前，高速线材轧机的自动控制系统大致有如下两种：）不采用计算机控制的常规控制系统。常规控制系统是采用大量的接触器、继电器并借助于光电检测装置，即通过硬件来完成整个工艺过程的自动控制。这种控制系统工作不太可靠，维护工作量大；当工艺参数或控制程序修改时，要更换大最的接触器、继电器，花费资金及时问多。因此，近年新建的高速线材轧机逐渐淘汰了这种自动控制系统。）

13、常规自动控制加计算机进行部分或大部分控制的自动控制系统。采用计算机控制，不但增强了工作的可靠性，而且当工艺需要改变控制程序时，只需修改计算机软件即可完成。目前，计算机人致分为四级：中央管理级、车间管理级、过程控制级、设备控制级【，”。高速线材轧制技术的发展趋势近：米，世界线材生产总量有所增长，我圈及许多发展中罔家线材产量迅速增加，口、英、法等国家线材产量显著减少。我国年线材产量万吨，年为万吨，增了倍。线材生产发展的总体趋势是提高轧制速度、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。年，第一台全新结构摩根。高速线材无扭精轧机的诞生，引发线材生产的一场深刻变革，线材轧制速度突破限制，达到。多年来，随着计算机

14、技术、机械制造技术、自动控制技术、检测技术的飞速发展，高速线材轧机不断改进，轧制速度突破了大关，最大可达。坯料断面尺寸扩大到××，个别的甚至达到×，盘重达吨以，个别的甚至达卜吨，线材规格上限扩大到，；。发达国家线材轧制技术的发展【纪年代以来，除美国新建台线材或棒材轧机更新代替原有轧机外，日本和四欧各发达国家很少新建线材轧机，多对现有轧机进行改造，部分特殊铡厂新建了线材轧机（一般为棒线村综合轧机），技术上有所发展。（）无头轧制兀头轧制是近几年棒线材轧机领域出现的一项新技术，拥自该技术的厂家为达涅利及本钢管公司（）、阿希洛等，该艺应用在加热炉出。首先经除磷机去除钢坯表

15、而的氧化铁皮，然后该制坯的头部与前一只已进入粗轧机的钢坯的尾部，用闪光对焊焊成一体，并清理毛刺，使各只铜坯整根兀头的轧件，进行的尾部，用闪光对焊焊成一佛，并清理毛刺，使各只钢坯幕根无头的轧件，进行一东北大学硕士学位论文第一章绪论目前，高速线材轧机的自动控制系统大致有如下两种：）不采用计算机控制的常规控制系统。常规控制系统是采用大量的接触器、继电器并借助于光电检测装置，即通过硬件来完成整个工艺过程的自动控制。这种控制系统工作不太可靠，维护工作量大；当工艺参数或控制程序修改时，要更换大量的接触器、继电器，花费资金及时问多。因此，近年新建的高速线材轧机逐渐淘汰了这种自动控制系统。）常规自动控制加计算

16、机进行部分或大部分控制的自动控制系统。采用计算机控制，不但增强了工作的可靠性，而且当工艺需要改变控制程序时，只需修改计算机软件即可完成。目前，计算机大致分为四级：中央管理级、车间管理级、过程控制级、设备控制级，。高速线材轧制技术的发展趋势近年来，世界线材生产总量有所增长，我国及许多发展中国家线材产量迅速增加，日、英、法等国家线材产量显著减少。我国年线材产量万吨，年为万吨，增加了倍。线材生产发展的总体趋势是提高轧制速度、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。年，第一台全新结构摩根。高速线材无扭精轧机的诞生，引发了线材生产的一场深刻变革，线材轧制速度突破了限制，达到。多年来，随着计算机技术、机械制造技

17、术、自动控制技术、检测技术的飞速发展，高速线材轧机不断改进，轧制速度突破了大关，最大可达。坯料断面尺寸扩大到××，个别的甚至达到，盘重达吨以上，个别的甚至达吨，线材规格上限扩大到（。发达国家线材，技术的发展世纪年代以来，除美国新建台线材或棒材轧机更新代替原有轧机外，日本和西欧各发达国家很少新建线材轧机，多对现有轧机进行改造，部分特殊钢厂新建了线材轧机（一般为棒线材综合轧机），技术上有所发展。（）无头轧制无头轧制是近几年棒线材轧机领域现的一项新技术，拥有该技术的厂家为达涅利及日本钢管公司（）、阿希洛等，该工艺应用在加热炉出口。首先经除磷机去除钢坯表面的氧化铁皮，然后该钢坯的头

18、部与前只己进入粗轧机的钢坯的尾部，用闪光对焊焊成一体，并清理毛刺，使各只钢坯整根无头的轧件，进行东北大学硕士学位论文第一章绪论连续轧制。焊机在预先设定的某一位置上起动，直到达到与钢坯相同速度，然后焊机的两个夹头将两个端头夹住，并与钢坯以同步速度运动，在运动中完成钢坯的对焊。（）直接轧制连铸机生产的方坯经过加热炉均热后直接送到连轧机进行轧制，即所谓的连铸连轧，这可以大大节省能源。（）高精度线材轧机在当今世界线材激烈的市场竞争中，除了降低生产成本外，大幅度提高产品质量是关键的取胜因素。对高品质线材质量要求主要有两点：）严格的尺寸公差：通常西曲产品范围内，公差不大于。）产品大纲的所有品种均须实现低温

19、轧制，以提高线材产品的最终力学性能。为实现这一目的，国外很多公司在高线轧制设计中采用了“减定径机”新型工艺设备，如：达涅利公司的“双模块”精轧机、奥钢联公司的“四辊式高精密轧机”、柯克斯公司的“三辊形轧机”、摩根公司的“减定径机组”。各家公司总的工艺路线都是把原有传统的个无扭精轧机作为预精轧机，在其后配设强力水冷段及均热段，然后配设架高精密大刚度减定径机，以提高产品精度并实现控制轧制。（）高速切头尾飞剪线材盘卷的头尾剪切对于优质线材生产厂来说是必不可少的工序，因为线材盘卷中头尾有若干圈尺寸超差，用户要求切去，传统的线材车间线卷的头尾剪切是在后部精整线上打包机前，由人工完成的。采用达涅利高速飞剪

20、（）后，可以在吐丝机前切去头尾超差部分线卷，从而可以使线材开始卷取时形成良好的盘卷形状。此外还可以从轧件尾部取样，以便实时控制线材质量。采用高速飞剪后由于盘卷头尾已被切除，就可能在集卷站内采用立式卷芯架系统收集线圈，使盘卷形状良好且密实、均匀，开卷时平稳顺畅，有利于高速拉拔机（）使用，在市场上有竞争力。采用立式卷芯架系统后，就不再需要钩式运输机了，从而解决了钩式运输机上常发生的松卷现象。成卷后的盘卷以垂直位置运到压力打包机，以卷芯架卷取的盘卷形状打包，为此需设一条辊道以垂直位置运送卷芯架。高速飞剪布置在精轧机出口冷却段与吐丝机之间。飞剪前后设有两套夹送辊，。东北大学硕士学位论文第一章绪论套在入

21、口侧，另一套在出口侧。飞剪机为回转式，包括转折器和碎断剪。（）控制轧制控制轧制是在一定的较低温度下以一定的压下量轧制，也称控温轧制，是近代提高轧材力学性能的项有效手段。为实现控制轧制，在高速线材精轧机组前需增设预冷段，在精轧机组各机架间设水冷导卫装置，以降低轧件出精轧机组的温度。控制轧制有以下优点：减少脱碳，控制晶粒尺寸，改善钢的冷变形性能控制抗拉强度及显微组织，控制氧化铁皮。控制轧制有如下两种变形制度：）二段变形制度。粗轧在奥氏体再结晶区轧制，通过反复变形及再结晶细化奥氏体晶粒；中轧及预精轧在。以下轧制，是在奥氏体未再结晶取变形，其累计变形量为；在附近终轧，可以得到具有大量变形带的奥氏体未再

22、结晶晶粒，相变后能得到细小的铁素体晶粒。）三段变形制度。粗轧在奥氏体再结晶区轧制，中轧在。以下奥氏体未再结晶区轧制，变形量为。精轧在与之间的双相区轧制。这样得到细小的铁索体品粒及具有变形带的未再结晶奥氏体晶粒，相变后得到绌小的铁素体晶粒并有亚结构及位错。为了实现各段变形，必须严格控制各段温度，在加热时温度不要过高，避免奥氏体晶粒长大，并避免在部分再结晶区中轧制形成混晶组织，破坏钢的韧性。一般采用降低开轧温度的办法来保证对温度的有效控制。根据几个生产厂应用控温轧制的经验，高碳钢（或低合金钢）、低碳钢的粗轧开轧温度分别为。、。，精轧机入口轧件温度分别为。、。，出口轧件温度分别为。、。在设计上，低碳

23、钢可在。进入精轧机组，常规轧制方案也可在较低温度下轧制中低碳钢材，以促使晶粒细化。中轧机组前加水冷箱可保证精轧温度控制在，而在精轧机处轧制温度为分别为。，压下量为，以实现三阶段轧制。为了实现控温轧制及轧后形变热处理要求，现代高速线材轧机的布置特点是：首先在第一中轧机组后，第二中轧机组中、预精轧前及预精轧后各设置一组水冷箱，在精轧机出口处设胃数组水冷箱，并且有均温带，在无扭精轧机绢内各机架间设有水冷导管。这些水冷段可以根据要求进行控温轧制；其次轧机设置采用形配置的无扭精轧机组，并在无扭粘轧机组后进行水冷，冷却后在吐丝机前安装架高精度减定径机。采用这种轧机组合方式，可保证尺寸精度，由于可在低温一一

24、东北大学硕士学位论文第一章绪论轧制，可用控制轧制工艺生产一些非调质钢，以简化热处理工艺。我国线材轧制技术的发展改革开放年来，我国线材产量及消费量逐年上升，线材产量占钢材总产量的比例及占世界线材总产量的比例也逐渐增加，年线材产量已达万吨，线材生产总量连续数年居世界首位，占世界线材总产量的左右。我国线材轧机大约一百五六十套，其中只有少部分是高速线材轧机，而大部分是复二重式或横列式轧机。年高线产品占线材产量的比例已达，硬线比例也有增加。特别是近年来新引进的高线轧机都具有国际先进水平，如年投产的张家港润忠钢铁公司的高速线材轧机，最大轧制速度达，最大卷重吨，单线布置设计年产量达万吨，是世界上目前单线生产

25、能力最大的线材轧机。年初投入试生产的宝钢高线轧机为高精度线材轧机，在无扭精轧机后设有减径、定径机组，能生产最小规格为的高精度线材，可年产硬线材万吨，是国内生产硬线规模最大、最先进的生产线。这些轧机的建设不仅使我国成为世界线材产量最大的国家，也使我国成为拥有先进线材轧制设备最多的国家。另外，我国自行开发研制的高线轧机（终轧速度最高达）除国内自用外，还出口菲律宾、印尼、越南等国，设计制造水平不断提高。我国线材生产存在的问题我国虽然已成为线材生产大国，但与发达国家相比仍有相当大的差距，主要表现在高线比低、硬线及合金线等高附加值线材比低、控冷线材比低、总体质量水平低等，具体指标差别参见表：课题的内容与

26、意义课题的内容本文针对某钢铁集团新建高速线材厂的自动化控制系统开展研究工作，根据连续轧钢理论和工艺，制定高速线材自动化控制系统方案，完成高速线材自动化控制系统的硬件配置和组态，建立高速线材自动化控制系统的网络通讯，进行高速线材自动化控制系统各控制功能的软件开发和编程，其中包括轧机主速度控制、活套控制等，建立人机接口，编制各种流程图画面、操作画面、历史趋势画面等。一东北大学硕士学位论文第一章绪论钢材产量中的线材比例高线比硬线比控冷线材比合金线材比制品用线材比尺寸精度。（）波动（）鬻纛豢一翕；盎篇一，课题的意义高速线材自动化控制系统是高速线材生产的重要组成部分，利用先进的计算机技术、网络通讯技术、

27、图形显示技术，设计出功能完善的自动化控制系统，提高对线材整个生产过程的监视、操作、自动化控制水平，从而提高线材的生产效率和产品质量，是十分有意义的。本论文的研究内容已应用于生产实践，效果不错，具有通用性和推广性。东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺第二章高速线材生产工艺连轧工艺制度轧制及其实现的条件轧制的目的轧制，又称压延，是指金属通过旋转的轧辊间受到压缩而产生塑性变形的压力加工过程。轧钢工序的两个任务是精确成形和改善组织、性能，表而完整光洁。对精确成形有决定性影响的因素是孔型设计和轧辊调整，变形温度、速度规程和轧辊工具的磨损等也对精确成形有很重要的影响。为了提高产品尺寸的精确度，必须加

28、强工艺控制，不仅要求孔型设计合理，而且也要尽可能保持轧制变形条件稳定，主要是温度、速度及前后张力等条件的稳定。在改善钢材性能方面，有决定影响的因素是变形的热动力因素，主要是变形温度、速度和变形程度。变形程度与应力状态对产品组织性的影响，一般来说，变形程度越大，三向压力状态越强，对于热轧钢材的组织性能越为有利【】。这是因为：（）变形程度大，应力状态强，有利于破碎金属内部合金成分的枝晶偏析及碳化物，且有利于改变其铸态组织。因此需采用轧制或锻造，以较大的总变形程度进行加工，才能充分破碎铸态组织，使钢材组织致密，碳化物分布均匀。（）为改善力学性能，必须改善金属的铸造组织，使钢材组织致密。即要保证一定的

29、总变形程度，也就是保证一定的压缩比。（）在总变形程度一定时，各道变形量的分配对产品质量也有一定影响。这是考虑钢种再结晶的特性，如果是要求细致均匀的晶粒度，就必须避免落入使晶粒粗大的临界压下量范围内。轧制温度规程要根据有关塑性、变形抗力和钢种特性等数据来确定，以保证产品正确成形而不出现裂纹，组织、性能合格及力能消耗少。轧制温度的确定主要包括开轧温度和终轧温度的确定。开轧温度的确定必须以保证终轧温度为依据；终轧温度因钢种不同而不同，它主要取决于产品技术要求中规定的组织性能。变形速度或轧制速度主要影响到轧机产量，因此，提高轧制速度是现代轧机东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺提高生产率的主要途

30、径之一，但轧制速度的提高受到电机能力、轧机设备及温度、机械自动化水平以及咬入条件和坯料规格等一系列设备和工艺因素的限制，轧制速度或变形速度通过硬化和再结晶的影响也对钢材组织性能产生一定影响。此外，轧制速度的变化通过摩擦系数的影响，还经常影响到钢材尺寸精度等质量指标。实现轧制过程的条件（）咬入条件依靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力，轧辊将轧件拖入轧辊之间的现象称为咬入。为使轧件进入轧辊之间实现变形，轧辊对轧件必须有与轧制方向相同的水平作用力。轧件的咬入过程如图所示。图咬入过程轧件首先与轧辊在圆周上的两点接触（图），受到轧辊对其的作用力，同时由于两者之间存在摩擦，轧辊对轧件的摩擦力试图将轧件拖入轧辊

31、之间，对其作用有摩擦力丁。显然欲使轧辊咬入轧件，必须满足：（）目巧一因：（）（）瓦式中：口咬入角；，轧辊与轧件间的摩擦系数。将式（）和式（）代入式（）得：口一口（）简化得：（）东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺而，卢（）式中：口摩擦角可得：口卢（）由此可得出结论：轧件被轧辊自然咬入应满足咬入角口小于摩擦角的条件。（）稳定轧制条件当轧件被轧辊咬入后开始逐渐充填辊缝（图、），在轧件充填辊缝的过程中，轧件前端与轧辊轴心连线间的夹角占不断减小，当轧件完全充满辊缝时，：，开始进入稳定轧制阶段。（）改变咬入条件的途径根据咬入条件口卢可得出：凡是能提高角的一切因素和降低口角一切因素都有利于咬入。由于

32、：口：（一（）式中：压下量；轧辊直径。因此，为降低口角，就可以增加轧辊直径和减小压下量。实际生产中常用的降低口角的方法有：）以小头先送入轧辊或以带楔形的钢坯进行轧制，此时对应的咬入角较小。）强迫咬入，即用外力将轧件强制送入轧辊中，如利用夹送辊。由于外力作用使轧件前端压扁，相当于减小接触角，从而改善咬入条件。提高摩擦系数或摩擦角是较复杂的，因为在轧制条件下，摩擦系数决定于许多因素，如工具、变形金属的表面状态和化学成分，接触表面的单位压力，温度条件，轧制速度，工艺润滑剂等。实际生产中主要从以下两个方面改善咬入条件：）改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩擦角。如清除坯料上的氧化铁皮（钢坯表面的氧化铁皮

33、使摩擦系数降低）；也可在孔型车削时有意使得轧槽表面粗糙或使用前在槽孔上刻痕，以增大摩擦系数。）合理调整轧制速度。实践表明：摩擦系数是随轧制速度的提高而降低的。因此，可以实现低速自然咬入，之后随着轧件进入辊缝使咬入条件好转，再逐渐提高轧制速度达到稳定的轧制状态。东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺连轧常数及拉钢系数连轧常数一根轧件同时在两架以上轧机中进行轧制，并保持在单位时间内通过各架轧机的轧件体积相等，称为连轧。连轧各机架依次顺序排列，轧件同时通过数架轧机进行轧制，各个机架通过轧件相互联系，从而使车的变形条件、运动条件和力学条件等都具有一系列特点。由于轧件依次顺序通过各架轧机，轧件依靠上

34、一机架的作用力的水平分力进入下一机架（在此期间进、出口导卫对其有一定的侧向约束作用），因此要确保每一机架对进入该道次的轧件顺利咬入。这就要求合理的工艺、孔型设计，同时要保证轧件头部形状和尺寸的正确性。通常连轧生产线中都设有台飞剪，用于对轧件的切头、切尾和事故状态下的碎断。连续轧制时，随着轧件断面的缩小，其轧制速度递增，要保持正常的轧制条件就必须遵守轧件在轧线上每一机架的秒流量保持相等的原则。其关系式为：嵋最匕一一一。，砌，砌分别为轧件通过各机架时的轧制速度；代表各机架轧件的秒流量；下角标，”机架序号还可简化为：（）式中：，刀，砌分别为轧件通过各机架时的轧件断面面积；，疋一一只一¨&#

35、168;。式中：，分别为各机架的轧辊工作直径；，舵，脚分别为各机架的轧辊转速。（）轧件在各机架轧制时的秒流量相等，即为一个常数，这个常数称为连轧常数。以代表连轧常数时，即：一¨影响金属秒流量的因素：一是轧件断面面积，另一个是轧制速度。（）轧件断而面积一旦调整好就固定不变（实际上，由于有摩擦而存在磨损，孔型面积有不断变大的趋势），只有通过调整轧制速度来满足金属秒流量平衡关系。】东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺轧件上的张力变化是由于轧件通过相邻机架的金属秒流量差引起的，所以调整各机架轧制速度就可以改变金属轧件的秒流量，以达到控制张力的目的。但实际应用中，轧件面积无法给出精确的数

36、值，故一般采用金属延伸率的概念来加以描述。在连续小型轧机中，机架的延伸率见应等于”机架的速度和一机架速度之比，即：咒，一（）根据上式，只要给出基准机架的轧制速度和各机架的延伸率，就可求出各机架的轧制速度，据此进行各机架的速度设定。但是，因为操作者给出的延伸率凡带有经验性，加上轧制每根钢坯的具体条件和状况，如外形尺寸和温度变化等不可能完全一样，其结果导致上述关系遭到破坏，所以连续轧制过程中为了维持上述关系新的平衡，均在控制系统中设置了微张力控制和活套控制功能。微张力控制和活套调节都属于张力控制的范围。微张力控制一般用在轧件断面大、机架间距小、不易形成活套的机架之间，如粗轧和中轧机组等；而活套无张

37、力调节则是用在轧件断面小、易形成活套的机架之问，如用于线材生产的预精轧机组和用于棒材生产的精轧机组。轧制速度的调整按控制方向有逆调和顺调之分。对于单线连续轧机，采用逆调较为合理，即选择最后的精轧机架为基准机架，逆轧制线方向调节上游机架的轧制速度，以此来控制全轧线的轧制张力。顺调即为顺轧制方向调节下游机架的轧制速度。与顺调相比，逆调有以下优点：（）可以减少精轧机基准机架后的辅传动的速度波动。（）上游机架轧辊速度较下游机架慢些，与顺调相比系统动特性可以得到一些改善。轧钢工艺制度轧钢工艺制度主要包括温度制度、轧制制度和冷却制度。温度制度在轧钢之前，要将原料进行加热，其目的在于提高钢坯的塑性，降低变形

38、抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工。即一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的温度范围内，并使之有较高的温度和足够的时问以均化组织及溶解碳化物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工能好的金属组织。东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺一般地，为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加工温度应尽量高一些好，但是高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，降低钢的质量，导致废品。因此，钢的加热温度主要根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定。温度制度规定了轧制时的温度范围，即开轧温度和终轧温度。开轧温度是轧制过程中第一道次的轧制温度，终轧温度是

39、轧制的最后一道次的轧制温度。在连续的棒线材生产中，开轧温度一般在。左右，终轧温度一般在一。左右。坯料的加热时刚长短不仅影响加热设备的生产能力，同时也影响钢材的质量。即使加热温度不过高，也会由于加热时间过长而造成加热缺陷。合理的加热时间取决于原料的钢种、尺寸、装卸温度、加热速度及加热设备的性能与结构。，轧制制度轧制制度主要包括变形制度和速度制度。（）变形制度）轧制过程中的横变形宽展在轧制中轧件的高度方向受辊压缩作用，压缩下来的金属，将按最小阻力定律移向纵向及横向，由移向横向的体积所引起的轧件宽度的变形称为宽展。确估计轧制中的宽展是保证断面质量的重要一环。在线棒材生产中，如果计算宽展大于实际宽展，

40、孔型充填不满，造成很大的椭圆度；如果计算宽展小于实际宽展，孔型充填过满，形成耳子。以上两种情况均造成轧制废品。在不同的轧制条件下，坯料在轧制过程中的宽展形式是不同的。根据金属沿横向流动的自由程度，宽展分为自由宽展、限制宽展和强迫宽展。）轧制过程中的纵变形前滑和后滑实践证明，轧制中在高度方向受到压缩的那部分金属，一部分向纵向流动，使轧件形成延伸，而另一部分金属向横向流动，形成宽展。轧件的延伸是由于被压下金属向轧辊入口和出口两个方向流动的结果。在轧制过程中，轧件出速度。大于轧辊在该处的线速度的现象称为前滑；而轧件进入轧辊的速度。小于轧辊在该点处线速度的水平分量的现象称为后滑。通常将轧件出口速度与对

41、应点的轧辊圆周速度的线速度之差与轧辊圆周速度的线速度之比，称为前滑值，即：东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺咒三型×式中：（）瓯前滑值：。在轧辊出口处轧件的速度：轧辊圆周速度的线速度。而后滑值是指轧件入口断面轧件的速度。与轧辊在该点处圆周速度的水平分量之差同轧辊在该点处圆周速度的水平分量之比来表示，即：！竺二坚×式中：（）后滑值；。在轧辊入口处轧件的速度；咬入角。按秒流量相等的条件，则：或：式中：鍪盯堕延伸系数。（）根据前滑值定义公式坪），代入式（）可得：三（黾）代入后滑值定义公式（）可得：（，）。：；±§舻矿瓦雨五“（）由以上公式可知，前滑和后

42、滑是延伸的组成部分。当延伸系数和轧辊圆周速度己知时，轧件进出轧辊的实际速度。和。决定于前滑值瓯，或知道前滑值便可求出后滑值。此外，还可看出，当延伸系数和咬入角。一定时，前滑值增加，后滑值就必然减少。影响前滑的因素很多，主要表现在：（）压下率。前滑随压下率的增加而增加。其原因是由于多向压缩变形增加，纵向和横向变形都增加，凶而前滑值增加。（）轧件厚度。轧后轧件厚度越小时前滑增加。东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺（）轧辊直径。前滑值随辊径增加而增加。（）摩擦系数。在压下量及其他工艺参数相同的条件下。摩擦系数越大其前滑值越大。（）张力。前张力增加时，使金属向前流动的阻力减少，从而增加前滑区，

43、使前滑增加。反之，存在后张力时，则后滑区增加。（）孔型形状。）轧件在变形区内各断面上的运动速度当金属由轧前高度￥后高度时，由于进入变形区后高度逐渐减少，根据体积不变条件，变形区内金属质点运动速度不可能一样。金属各质点之间以及金属表面质点与工具表面质点之间就有可能产生相对运动。设轧件无宽展，且沿每一高度断面上质点变形均匀，其运动的水平速度一样，如图所示。变形区图轧制过程速度图示此情况下，根据体积不变条件，轧件在前滑区相对于轧辊来说，超前于轧辊，而在出口处的速度。为最大；在后滑区，轧件速度落后于轧辊线速度的水平分速东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺度，并在入口处的轧件速度。为最小，在中性面

44、上，轧件与轧辊的水平分速度相等，。表示在中性面上的轧辊水平分速度。由此可得出：（）变形区任意一点轧件的水平速度可以用体积不变条件计算，也就是在单位时间内通过变形区内任一断面上的金属体积应为一个常数，即金属秒流量相等。每秒通过入口断面、出口断面及变形区内任一断面的金属秒流量可用下式表示：日只，常数式中：助，（）分别为入口断面、出口断面及变形区内任一断面的面积：。，。，。分别为入口断面、出口断面及变形区内任一断面上的金属平均运动速度。（）速度制度轧制过程中的速度制度就是确定各道次的轧制速度。对于连轧来说，各道次的轧制速度的确尤其重要，轧制速度高，轧机的台时产量就大。但速度太高，增加电力消耗，且故障

45、增多，作业率低产量反而会下降。因此，要结合电机能力、自动化水平、轧机设备的机械化程度来制定最佳速度制度。实际轧制过程中，在保证连轧各道次孔型正确，且保证成品质量的前提下，各道次的轧制速度还应满足连轧常数的要求。现代化的连轧生产，其速度制度的实现有级联控制进行。级联控制不断地增加或减少轧机的设定值，使得所调整轧机的上游直至粗轧第一架各架次设定值以同样百分数改变。在控制台上通过调速后，从轧制程序中收到新数据后所有机架的设定值被改写，设备自动地在此速度下运行。实际生产中，由于轧件与轧辊之间的滑动会引起轧件速度的变化，这样会使连轧常数改变，从而产生了拉钢或堆钢现象，也影响了轧件的尺寸精度。因此，在连轧

46、过程中，必须控制张力，一般在轧件断面较大时，机架间通过速度调整成微张力，在轧件断面较小时，通过机架间的活套来消除张力，确保成品的实物质量。高速线材生产线简介本文以某钢铁集团的高速线材厂为例。其机械设备立足国内制造，主要自动化及传动设备均为德国公司生产。东北大学硕士学位论文第二章高速线材生产工艺主要技术指标（）生产规模及产品大纲工厂年生产能力：万吨，并预留年产万吨的能力。产品规格：，一妒无扭控冷热轧圆钢盘条。主要钢种：普通低碳钢、优质碳素钢、低合金钢、标准件用钢、弹簧钢和焊条钢。（）产品交货状态产品以盘卷状态并压紧、打捆后交货，每卷捆扎处。盘卷内外径如下外径：西西；内径：，；单根盘卷重量：盘卷压紧打捆后的高度：。生产工艺简述经检验合格的连铸坯由火车运入工厂原料跨，用带夹钳吊车卸下，码成“井”字形。轧机生产时，带夹钳吊车按计划将钢坯吊放在步迸式上料台架上，每次吊运根。步进动梁将台架上的钢坯一步步的前移并逐根送至入炉辊道上。在上料台架上如果发现不合格钢坯由设在辊道下面的废钢剔除装置将废钢剔至辊道旁边的收集框中。合格钢坯经辊道式电子称量后送至加热炉中进行加热。根据不同钢种的加热制度和加热要求，连铸坯在加热炉中加热至。，由出炉辊道和央送辊配合逐根送入粗