轧钢生产工艺.ppt

胡彬2014年12月4日,第三讲轧钢生产,材料成型及控制工程系,钢铁工业,钢铁制造流程：主要包括炼铁、炼钢、连铸、轧钢等环节。,钢铁工业,轧钢,轧钢：连铸坯、钢锭或钢坯被两个互逆转动的轧辊拉入变形区在轧辊的辗压下产生塑性变形以得到我们所需要的各种形状和尺寸的钢材的过程。,轧钢,轧制的任务：一方面是通过成形，改变轧件形状和尺寸；以得到需要的形状如钢板、带钢、钢管、线材以及各种型钢等钢材产品；（高精度的轧制成形，生产高精度钢材，以部分和完全替代机加工）另一方面同时还要改善金属的组织结构和内部质量，并使之获得一定的机械和物理和化学性能。（实施控轧控冷，进行组织结构的优化，提高钢材的性能，减少后续的热处理，以节能降耗）,轧钢,轧制加工的特点：成形效率高，适于规模化生产节约金属，材料的利用率高压力作用下的塑性成形，能获得更致密的内部组织结构来确保其获得更高的性能可获得较高的加工精度和工件强度,轧钢产品,板材,轧钢产品,带卷,轧钢产品,重轨,轧钢产品,棒材,轧钢产品,高速线材,轧钢产品,拉丝材,轧钢产品,管材,轧钢产品,型材,金属制品,钢管,钢卷,轧制基本原理,变形区和变形,变形区：轧件承受轧辊作用发生塑性变形的空间区域。变形量：用以表示变形前后轧件三维尺寸改变的线变形量。高度：h=H-h宽度：b=b-B长度：l=l-L变形系数：相应的线尺寸比值。压下系数：=H/h宽度系数：=b/B延伸系数：=l/L体积不变：=,轧制基本原理,轧制运动学,轧制运动学：轧辊运动（主动），轧件运动（被动），轧制过程中轧件非刚体运动，而是在边运动边变形，金属变形之间关系。轧制中受变形影响，轧件运动与轧辊运动不等的现象称为滑移。多数轧制中伴随轧件纵向延伸所发生的都是轧件的出口速度大于轧辊的出口线速度，即前滑。,轧制基本原理,轧制运动学前滑的影响因素轧辊直径的影响：前滑随轧辊直径增大而增大；摩擦系数的影响：摩擦系数越大，前滑值越大。相对压下量的影响：前滑随相对压下量增大而增大，轧件厚度是的影响：当轧后厚度h减小时，前滑增大轧件宽度的影响：随宽度增加前滑值也增加；但宽度大于40mm时，宽度增加时，其前滑值则为一定值。张力对前滑的影响：前张力增加时，使前滑增加；后张力增加时，使前滑减小。,轧制基本原理,连轧的基本理论作为一种高效的轧制方式，连轧已广泛应用于各种钢材的轧制中。连轧：是指轧件同时在两架以上多架顺序排列的轧机机座中进行的轧制，各机座通过轧件而相互联系、相互影响、相互制约。从而使轧制的变形条件、运动学条件和力学条件具有一系列特点。,轧制基本原理,连轧的基本理论连轧关系与连轧常数：为保证连轧过程的正常运行，必须使通过连轧机组各个机座的金属秒流量保持相等，此即所谓连轧过程秒流量相等原则，即：,连轧变形与速度关系：,轧制基本原理,连轧的基本理论影响连轧的因素：各道轧件轧后的断面面积（温度、压力、磨损等）转速的影响（控制连轧关系积极因素）前滑的影响（张力、压力、速度等）轧辊工作直径的影响（磨损）,轧制基本原理,连轧的基本理论连轧常数与拉钢系数：因为轧件温度、孔型磨损、摩擦系数以及其他影响前滑与轧件断面面积变化的因素在不断地变化。在实际生产的连轧中，是不可能达到理论上的连轧状态，为了让实际的轧制过程能够顺利进行，常常是通过调速来有意识地采取堆钢或拉钢的方式来控制和协调连轧关系。现在连轧机采用微张力连轧，活套无张力连轧、大张力连轧,轧制基本原理,连轧的基本理论连轧常数与拉钢系数：堆拉关系的量化参数：堆拉系数,堆拉率,轧钢设备,实现轧制过程的设备泛指完成轧材生产全过程的各种装备，包括有：主要设备：指主要担负轧制变形任务的各种轧机辅助设备：热工设备剪切设备矫直设备收集整理设备运输设备冷却设备各种配套的电气控制设备,轧机结构和传动,轧机：是以实现金属成形为目的，在旋转的轧辊间以压力使金属产生塑性变形的主成形设备。轧机的机械结构特点：都有一对旋转的轧辊轧机的分类：按辊系结构（辊数、轧辊空间布置和辊型）构成了满足不同轧制产品变形需要的各种形式的轧机。,轧机结构和传动,二辊轧机板带轧机,轧辊水平布置的轧机,二辊刻槽的型钢轧机,轧机结构与传动,各种四辊轧机板带轧机,轧机结构与传动,冷轧板带六辊轧机,轧机结构与传动,冷轧带钢多辊轧机,轧机结构与传动,轧辊垂直布置的立辊轧机,轧机结构与传动,水平辊和立辊的万能轧机,型钢万能轧机,板带万能轧机,轧机结构与传动,轧辊倾斜布置的斜轧机,二辊斜轧穿孔机,轧机结构与传动,轧辊倾斜布置的斜轧机,三辊斜轧穿孔机,轧机结构与传动,行星轧机,轧机结构与传动,摆式轧机,轧机结构与传动,轧机结构与传动,轧机结构与传动,现代轧钢机由：工作机座（压下装置，弯辊和窜辊装置）传动装置主电机及控制系统组成,轧机结构与传动,轧机结构与传动,轧机结构与传动,轧机的主要控制系统：轧机的控制系统基本都是通过对轧辊的控制来实现对轧制状态的控制确保轧制精度和质量。如：主电机调速系统：控制轧辊转速控制轧制速度压下系统：电动和液压和电-液双压下装置轧辊辊型控制系统：弯辊和窜辊、轧辊的冷却控制等快速换辊装置：,轧机结构与传动,轧机结构与传动,轧钢工艺与控制,轧制工艺按轧制产品的种类主要分：板带轧制工艺型钢、棒、线材轧制工艺管材轧制工艺特种轧制工艺由于其轧制产品的种类和技术要求的不同，所以其工艺和设备控制要求也不同,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,板带材产品特点板带材产品特点：外形扁平，宽厚比大，单位体积的表面积大。由于其使用面广，故称“万能钢材”。其规格主要以厚度尺寸不同分，特厚板、厚板、薄板、极薄板等。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,板带材生产特点（1）板带材是用平辊轧出，改变产品规格简单易，易于实现全面计算机自动控制；（2)带钢的形状简单可成卷生产，由于用量大，故必须而能够实现高速度的连轧生产；（3）由于宽厚比和表面积大，故轧制压力很大，不仅使轧机设备复杂庞大，也使产品厚、宽尺寸精度和板形控制技术及表面质量控制技术变得十分困难和复杂。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,板带材技术要求（1）尺寸精度要求高（厚度、宽度和平面形状）（2)板形要好（板形要平坦，无浪形瓢曲）（3）表面质量要好（4）性能要好（机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能）,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（1）轧制方式和轧机中厚板轧制以单张可逆轧制为主轧机：二辊、四辊可逆轧机、万能式轧机（配立辊）单机或双机顺列布置。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（2）中厚板生产工艺流程板坯准备板坯加热除鳞粗轧中间坯水幕冷却精轧热矫直冷却精整热处理,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（2）中厚板生产工艺流程粗轧轧制方式：横轧纵轧和立辊侧压相配合主要任务：整形（平面形状的控制）、宽展和延伸，同时尽量采用大压下，以此来细化晶粒，提高产品的性能。精轧轧制方式：纵轧主要任务：延伸和质量控制（厚度、板型、性能及表面质量控制）,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（3）中厚板的控制轧制技术变形控制方面：平面形状控制：采用钢板平面形状自动控制轧法，提高轧板的平面形状的矩形化率，以控制切边损失，提高成材率。主要是对压下规程的优化，轧制方式的优化（平辊横纵轧和立辊轧制的配合），平面形状预测数学模型，PSG板形识别系统等，通过计算机在线对钢板平面形状进行自动控制。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（3）中厚板的控制轧制技术变形控制方面：厚度自动控制：通过液压下AGC系统来控制钢板的厚度精度板凸度和板型控制：采用工作辊交叉（PC）或窜辊技术（HCW或CVC）控制技术，实现控制钢板的凸度和板形。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（3）中厚板的控制轧制技术性能控制方面：控温轧制：通过中间坯水幕冷却、轧机水冷系统和测温仪控制精轧温度控制冷却：根据钢板的钢种和性能要求采用不同的控制冷却（速度、冷却方式等），以调整其内部的组织结构，以获得更好的性能。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（3）中厚板的控制轧制技术剪切工艺控制方面：剪切机和与之相配合的剪切线板形形状测量装置（PSG）实现最优化化的剪切，减少切损量，提高成材率。,2019/11/18,54,可编辑,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,中厚板生产工艺与控制（4）中厚板生产计算机在线控制功能从入炉到成品入库的钢料跟踪按轧制节奏控制板坯装、出炉并设定和控制加热温度计算最佳轧制制度，设定压下规程进行厚度自动控制计算液压弯辊设定值控制轧制道次和停歇时间，以控制终轧温度精整线各工序的程序控制（热矫、剪切等）,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（1）轧制方式和轧机形式常规热连轧带钢生产,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（1）轧制方式和轧机形式常规热连轧带钢生产,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（1）轧制方式和轧机形式薄板坯连铸连轧带钢生产,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（1）轧制方式和轧机形式薄板坯连铸连轧带钢生产,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（1）轧制方式和轧机形式薄板坯连铸连轧带钢生产,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（2）连铸与轧制的衔接形式钢铁生产工艺流程正在朝着连续化、紧凑化、自动化的方向发展。实现钢铁生产连续化的关键之一是实现钢水铸造凝固和变形过程的连续化，亦即实现连铸连轧过程的连续化。连铸与轧制的连续衔接匹配问题包括产量的匹配、铸坯规格的匹配、生产节奏的匹配、温度与热能的衔接与控制、钢坯表面质量与组织性能的传递与调控等多方面的技术，其中产量、规格和节奏匹配是基本条件，质量控制是基础，而温度与热能的衔接调控则是技术关键。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（2）连铸与轧制的衔接形式按连铸坯温度的不同，以及连铸机和有关轧机的设备布置不同，可以有不同的连铸与轧制的衔接形式。连铸坯直接轧制连铸坯热送直接轧制连铸与轧制的衔接形式连铸坯直接热装轧制连铸坯热装轧制冷坯装炉轧制,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（2）连铸与轧制的衔接形式,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（2）连铸与轧制的衔接形式,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（3）自由程序(灵活)轧制技术连铸坯热送与直接轧制将炼钢、连铸与轧钢连接为“一个统一“的生产体系，必须保证实现炼钢一连铸一轧钢的同期连续生产，即要求连铸与连轧之间的衔接和柔性化生产，自由程序(灵活)轧制技术就是来保证生产过程和节奏连续性。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（3）自由程序(灵活)轧制技术灵活变更宽度技术因为连铸结晶器调宽受稳定性的影响，调宽就交给轧钢完成。调宽轧制的技术形式：采用调宽压力机，以实现宽度大压下轧制有效地调整板坯宽度设立定宽轧机或大立辊破鳞机，实现宽度大压下利用粗轧机组的立辊和使用中间机架(精轧前的M机架)的立辊进行轧边提供一种宽度自动控制(AWC)的功能，使轧板带钢的宽度得到较精确的控制。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（3）自由程序(灵活)轧制技术自由规程轧制技术连铸与连轧的生产计划的矛盾：连铸按相同宽度、相同钢种浇铸轧钢内于受到轧辊磨损的限制，必须按每套轧辊先轧宽板后轧窄板的程序进行生产即所谓的“塔形汁划”但当炼钢一连铸一轧钢三者一体化生产后，轧钢必须服从炼钢与连铸的计划安排。产品必须是宽窄相混，进行所谓“锯齿形”生产即进行板宽无规则变化的或程序自由的生产。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（3）自由程序(灵活)轧制技术自由规程轧制技术为实现自由程序或随意计划轧制，必须增长轧辊的使用寿命，减少及均化轧辊的磨损，保证板带的板形平坦度和厚度精度质量，并加强自动控制及快速换辊技术：改进轧辊材质，减少轧辊磨损：开发新钢种轧辊(高碳高速钢轧棍等)及采用热轧润滑以减少轧辊磨损降低轧制压力。采用在线磨辊(ORG)技术，以及时修复不均匀磨损的辊型。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（3）自由程序(灵活)轧制技术自由规程轧制技术在轧制中采用窜辊技术(即移动工作辊的技术，简称HWC或WRS，以使磨损得以分散。其影响得以缩小,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（3）自由程序(灵活)轧制技术自由规程轧制技术自动控制及快速换辊技术,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（4）板带热连轧新技术,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（4）,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（5）带钢的轧后控制冷却,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（5）带钢的轧后控制冷却层流冷却系统依据带钢钢种、规格、温度、速度等工艺参数的变化，对冷却的物理模型进行预设定，并对适应模型更新，从而控制冷却集管的开闭，调节冷却水量，实现带钢冷却温度的精确控制。通常层流冷却装置分为主冷却段和桔调段。典型的冷却方式有前段冷却、后段冷却、均匀冷却和两段冷却。冷却方式如图所示。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,热轧带钢生产工艺与控制（5）带钢的轧后控制冷却,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,冷轧带钢生产工艺与控制对于宽厚比更大，尺寸精度，板形和表面质量要求更高（不锈钢板、涂镀基板），而且需要获得更好的组织和性能板带产品（如；硅钢板、深冲等），只有采用冷轧的方式来生产。冷轧：在金属再结晶温度以下，进行的轧制加工。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,冷轧带钢生产工艺与控制（1）冷轧板带的工艺特点：加工温度低，产生不同程度的加工硬化问题：加工硬化，使金属变形抗力增大，轧制压力提高；使金属塑性降低，容易产生脆裂。冷轧过程往往需要经过软化处理，以恢复塑性，降低抗力（连续退火炉或罩式炉）尤其是对于那些钢质愈硬，成品愈薄的产品，往往需要在轧制与退火间多次往复，所以加工周期增长。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,冷轧带钢生产工艺与控制（1）冷轧板带的工艺特点：需要采用工艺冷却与润滑目的：解决高速冷轧中产生的剧烈变形热和摩擦热，避免轧制系统（轧辊和轧件）的温度升高，所带来的一系列工艺问题。常用的冷却与润滑液：乳化液,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,冷轧带钢生产工艺与控制（1）冷轧板带的工艺特点：采用大张力轧制作用：防止跑偏；保持良好的板形；降低变形抗力，便于轧薄；适当调节冷轧机主电机负荷。,轧钢工艺与控制,板带钢轧制工艺与控制,冷轧带钢生产工艺与控制（2）冷轧机的结构特点和轧机形式冷轧机结构特点：小直径工作辊，大直径和多层结构的支撑辊系结构。轧机布置：五机连轧，单机可逆,轧钢工艺与控制,图冷轧板带钢生产工艺流程1热轧带卷；2连续酸洗；3冷连轧；4连续热镀锌；5电解清洗；6罩式退火炉；7单机架平整；8双机架平整；9重卷；10横剪；11纵剪；12连续电镀锡,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（1）断面特征和轧制方法断面多变,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（1）断面特征和轧制方法轧制特征：就是都需要在特定的孔型中轧制成型。轧件的变形出延伸外，还有明显的宽展，呈三维变形状态。轧制方法：两辊孔型轧制法和多辊万能轧制法,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（1）断面特征和轧制方法两辊孔型轧制法：,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（1）断面特征和轧制方法多辊万能轧制法：,用万能轧机轧制H型钢(a)万能轧边端可逆连轧(b)万能粗轧孔(c)轧边端孔(d)万能成品孔1水平辊2轧边端辊3立辊4水平辊,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（2）棒、线连轧机组的工艺布置典型的棒材车间工艺布置图,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（2）棒、线连轧轧制方式和自动控制典型的高速线材车间工艺布置图,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（3）棒、线连轧轧制方式和自动控制棒、线热连轧中采用微张力连轧和活套无张力连轧两种方式微张力连轧与控制微张力控制方法的实质：就是将连轧关系的机架的金属秒流量控制在后一机架略大于前一机架的一种拉钢轧制，其控制目标就是张力让其保持在一种相对稳定和微张力的状态。目前的微张力控制系统采用的控制方法有：前滑值控制法；电流记忆控制法,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（3）棒、线连轧轧制方式和自动控制棒、线热连轧中采用微张力连轧和活套无张力连轧两种方式微张力连轧与控制电流记忆控制法的原理,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（3）棒、线连轧轧制方式和自动控制棒、线热连轧中采用微张力连轧和活套无张力连轧两种方式微张力连轧与控制电流记忆控制法的原理,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（3）棒、线连轧轧制方式和自动控制棒、线热连轧中采用微张力连轧和活套无张力连轧两种方式微张力连轧与控制前滑值控制法的原理,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（3）棒、线连轧轧制方式和自动控制棒、线热连轧中采用微张力连轧和活套无张力连轧两种方式微张力连轧与控制电流记忆控制法的原理,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（3）棒、线连轧轧制方式和自动控制棒、线热连轧中采用微张力连轧和活套无张力连轧两种方式活套无张力连轧与控制实质：就是将连轧关系的机架的金属秒流量控制在后一机架适当小于前一机架的一种有序的堆钢轧制活套无张力控制系统主要由起套辊、活套扫描器和活套调节系统组成,轧钢工艺与控制,型、棒、线轧制工艺与控制,（3）棒、线连轧轧制方式和自动控制棒、线热连轧中采用微张力连轧和活套无张力连轧两种方式活套无张力连轧与控制,轧钢工艺与控制,钢管轧制工艺与控制,（1）钢管的断面特征和生产方式断面特征：两端开口并具有中空断面，而且其长度与周长之比较大。生产方式：无缝钢管生产和焊管生产,轧钢工艺与控制,钢管轧制工艺与控制,（1）无缝钢管生产工艺穿孔：将实心管坯穿孔，形成空心毛管,轧钢工艺与控制,钢管轧制工艺与控制,（1）无缝钢管生产工艺轧管：是将毛管进行减壁延伸，轧成接近成品尺寸的荒管,轧钢工艺与控制,钢管轧制工艺与控制,（1）无缝钢管生产工艺轧管：是将毛管进行减壁延伸，轧成接近成品尺寸的荒管,轧钢工艺与控制,钢管轧制工艺与控制,（1）无缝钢管生产工艺热精整：在热轧钢管机组中，通常在轧管机之后设置均整、定径、减径或扩径等变形工序，实现改善壁厚精度、提高表面质量、提高正圆度和扩大产品规格范围的目的,(a)均整机；(b)定、减径机；(c)扩径机,轧钢工艺与控制,钢管轧制工艺与控制,（1）焊管生产工艺,轧钢工艺控制,轧制工艺控制：轧制过程中的工艺控制主要是对轧制系统中的设备参数和工艺参数的检测与控制保证轧制的精度和质量。其控制形式主要体现在：控制轧制精度：保证轧制钢材的尺寸精度、断面精度、板型良好、平面形状规整，满足高精度轧制，提高成材率。如板带钢高精度轧制：厚度自动控制AGC：板带长度方向上的厚度一致性。主要是通过轧机的压下系统（电-液控制系统）实施在线辊缝尺寸的调整与控