连轧过程数学模型开发-第1篇-冷轧工艺及设备概述

14一月2023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14一月2023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)14一月2023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.14一月2023冷连轧数学模型开发14一月2023第一篇：冷连轧工艺及设备概述冷轧产品及供货标准概述冷轧发展历程及生产特点概述可逆式冷轧工艺及设备概述连续式冷轧工艺及设备概述自动化系统及检测仪表概述14一月20231.1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、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。14一月20231.1冷轧产品及供货标准概述级别分类产品品种CQ一般用钢SPCCSt12DC01A1008CSDQ冲压用钢SPCDSt13DC03A1008DSDDQ深冲压用钢St14EDDQ超深冲压用钢SPCESt15DC04SEDDQ高超深冲压用钢St16DC06CQ-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180P2220P2260P2DDQ-HSS超低碳加磷高强钢170P1210P1250P1BH-HSS低碳烘烤硬化钢180H2超低碳烘烤硬化钢140H1180H1LYRT-HSS低合金高强钢H240LAH280LAH320LAH380LAH420LADP-HSS双相钢DP600DP800TRIP-HSS相变诱导钢TRIP600TRIP800TRIP1000Q&P淬火配分钢QP980QP1180冷轧典型产品：14一月20231.1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14一月20231.1冷轧产品及供货标准概述冷轧生产标准（低碳钢为例）：欧标EN10130-1999,DIN1623-(1)-1983

美标ASTMA1008-02el

日本JIS标准JISG3141-1996

日本JFS标准JFSA2001-1998

中国标准GB/T5213-2001

国际标准ISO3574-1999

企业标准Q/BQB402-2009

标准对照(宝钢牌号对照)14一月2023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冷轧机于1996年在美国建成，形式为四辊。14一月2023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14一月20231）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14一月2023采用工艺冷却和润滑，降低因塑性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14一月2023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+2H＝3FeO+H2O（6）FeCl3+H=FeCl2+HCl（7）2）机械剥离作用，氢气产生的膨胀压力，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14一月20231.3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，最终获得成品厚度的轧制过程。

（成品厚度：1.0～1.5mm选用3/4机架

0.4～1.0mm选用4机架

0.25～0.4mm选用5机架<0.18mm选用5/6机架）14一月2023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3～7道的往复轧制。1.3可逆式冷轧工艺及设备概述14一月20235）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。011

01

张力平直度仪测速仪凸度仪测厚仪14一月2023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14一月2023双机架可逆冷轧机（CompactColdMil）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，热轧成品带钢厚度达到0.8mm以下，为了适应薄规格热轧原料卷的特点，双机架可逆冷轧机应运而生。从产量、设备投资、生产成本等综合指标上具有较强的市场竞争优势，国内济钢、龙盛等企业采用这种生产方式。14一月20231.3可逆式冷轧工艺及设备概述双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钢卷存放台上，上卷小车接卷并运送至开卷机。开卷机设有压辊，协助开卷器开卷。2）穿带：带头经夹送辊到达三辊直头机进行矫直，经过入口偏转夹送辊、1#压紧辊、1#轧机、张力计辊、2#轧机、2#压紧辊，出口偏转夹送辊后，送入出口卷取机钳口或通过皮带助卷器完成带头在卷筒上缠绕数圈。3）第一道次轧制：穿带完毕后，在开卷机与1#轧机、1#轧机与2#轧机之间，2#轧机与卷取机之间带钢建立张力，操作工调整压下和张力，施加乳液，起动轧机，根据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。14一月20231.3可逆式冷轧工艺及设备概述4）后续轧制：将带尾引导进入入口卷取机钳口，轧机反转，带钢卷取几圈，形成张力后，轧机升速，进行第2道次的轧制，此时，出口卷取机相当于开卷机，如此，重复进行以后各道次的轧制。5）卸卷：最后一个道次完成后，布置在出口侧的分段剪动作切断带钢，两台卷取机同时卷取，分别卸下成品卷和尾卷。。一般双机架可逆冷轧机轧制道次数为偶数。14一月2023随着市场对冷轧带钢的产量和质量要求的不断提高，冷轧生产方法和生产技术也在不断地改进：

从简单的单机座可逆式冷轧机发展到多机座的常规冷连轧机

（其特点是单卷轧制）

全连续冷轧机组

（其特点是无头轧制）

酸洗-轧机联合机组

（其特点是无头酸洗和轧制）

酸洗-轧制-退火联合机组

（其特点是无头酸洗、轧制和退火））1.4连续式冷轧工艺及设备概述14一月2023活套2STR1STR2WPD4STR1WPD焊机3WPD2BR厚度计(#1机架入口,#1机架出口,#4机架出口,#5机架出口(2))带钢速度仪(#1机架入口,#1~5机架出口)板形仪(#5机架出口)张力计(#1机架入口,#1~5机架出口)飞剪3STR1BR卷取机开卷机5机架4机架3机架2机架1机架工作辊交叉横移STR:转向辊BR:张紧辊WPD:焊缝检测点活套2STR1STR2WPD4STR1WPD焊机3WPD2BR厚度计(#1机架入口,#1机架出口,#4机架出口,#5机架出口(2))带钢速度仪(#1机架入口,#1~5机架出口)板形仪(#5机架出口)张力计(#1机架入口,#1~5机架出口)飞剪3STR1BR卷取机开卷机5机架4机架3机架2机架1机架工作辊交叉横移1.4连续式冷轧工艺及设备概述全连续冷连轧机组示意图14一月20231.4连续式冷轧工艺及设备概述酸轧机组-酸洗段设备布置示意图14一月20231.4连续式冷轧工艺及设备概述酸轧机组-轧机段设备布置示意图14一月2023冷连轧机生产工艺：1）开卷：经酸洗处理后的热轧钢卷被吊运到上料步进梁送到钢卷小车以装到开卷机，通过开卷刮刀，夹送辊将带头送到矫直辊并准备进入轧机。2）穿带：带钢以穿带速度逐架咬入各机架（逐架建立机架间张力）并进入卷取机卷筒，建立张力。3）稳定轧制：卷取建张后，机组开始同步加速至设定轧制速度(20~35m/s)，并进入稳定轧制阶段，各自动控制系统相继投入。4）甩尾：在带钢即将轧完时，轧机自动开始减速，以使带尾能以低速（2m/s)离开各个机架避免损坏轧辊及带尾跳动，带尾进入卷取机后自动停车。1.4连续式冷轧工艺及设备概述14一月20235）卸卷：停轧后卸卷小车上升，卷筒收缩以便卸卷小车将钢卷卸出并送往输出步进梁，打捆、喷标、称重后即可吊运到下面工序继续生产。传统冷连轧机由于存在穿带-加速以及减速-通尾的过程，使产量和质量受到影响，特别是加减速阶段张力波动大，工艺参数不稳定，其厚差往往要比稳定轧制大一倍。为实现“无头轧制”，在传统冷连轧机组前增加入口段连接设备（例如开卷机、夹送辊、矫直机、剪切机、焊机、张力辊、活套、导向辊、纠偏辊、S辊等），在冷轧机组出口段增加夹送辊、飞剪及两台张力卷取机等）构成全连续无头冷连轧机组或酸洗-冷轧联合机组。需注意的是，在焊缝进入各机架时，机组要适当减速以免焊缝磕伤轧辊，另外利于动态变规格。1.4连续式冷轧工艺及设备概述14一月20231.4连续式冷轧工艺及设备概述步进梁钢卷运输小车开卷机上卷小车处理器1#活套焊机拉矫机横切剪漂洗槽烘干机2#活套圆盘剪3#活套酸洗槽入口液压剪1～5#轧机张力卷取机步进梁（打号、打捆机）出口检查台酸轧机组主要工艺流程14一月20231.5自动化系统及检