安工大热轧课程设计

安工大热轧课程设计一、教学目标

本课程旨在通过系统化的热轧工艺理论教学与实践操作训练，使学生掌握热轧生产的基本原理、工艺流程及主要设备的工作原理，能够分析典型热轧带钢生产过程中的质量问题和解决方法。知识目标包括：理解热轧带钢的变形机制、温降规律及轧制力的计算方法；掌握粗轧和精轧机组的主要结构特点及控制参数；熟悉板形控制、厚度自动控制（AGC）和宽度控制的基本原理。技能目标包括：能够绘制热轧工艺流程，并进行工艺参数的初步计算；熟练操作热轧模拟软件，完成典型钢种的轧制规程设计；具备分析和解决热轧生产中常见缺陷的能力，如表面裂纹、轧皱和厚度超差等。情感态度价值观目标包括：培养严谨的科学态度和精益求精的工程意识，增强团队协作能力，树立绿色制造和智能制造的职业理念。课程性质为工科专业核心课程，结合理论与实践，注重工程应用。学生具备机械基础和材料科学的基础知识，但缺乏工业实践经验。教学要求强调理论联系实际，通过案例分析和仿真实验，提高学生的工程实践能力。将目标分解为具体学习成果：学生能够独立完成热轧工艺路线的设计，准确计算轧制力与轧辊磨损量，并撰写热轧缺陷分析报告；能够运用自动化控制原理优化轧制参数，提升产品质量。

二、教学内容

本课程内容围绕热轧带钢生产的核心工艺环节展开，确保知识体系的系统性与实践性，紧密围绕教学目标设计，涵盖热轧基础理论、工艺流程、设备原理及质量控制四大模块。教学大纲依据主流《金属材料与热加工》教材中热轧章节及《钢铁联合企业生产》相关内容制定，具体安排如下：

**模块一：热轧基础理论（12学时）**

1.**金属塑性变形基础（4学时）**：教材第3章塑性变形力学，重点讲解应力应变关系、加工硬化曲线及轧制时的金属流动规律，结合简分析轧制时的应力状态。

2.**热轧变形过程（4学时）**：教材第4章热轧变形机制，对比冷轧与热轧的变形特点，推导温降公式及终轧温度对晶粒的影响，通过实例计算分析轧制速度与压下量的匹配关系。

3.**轧制力与轧辊压力（4学时）**：教材第5章轧制压力理论，介绍Hilborn公式及考虑摩擦的轧制力计算方法，列举不同钢种（如Q235、SPHC）的轧制力实测数据，讨论压下量分配对轧制力的优化作用。

**模块二：热轧工艺流程（16学时）**

1.**原料准备与开轧（4学时）**：教材第6章板坯加热与开轧工艺，分析加热炉的温度制度对钢种性能的影响，结合工厂视频讲解板坯的装炉与出炉操作规范。

2.**粗轧与精轧工艺（8学时）**：教材第7章粗轧机组与精轧机组，重点讲解粗轧的咬入条件、轧制节奏控制，精轧的AGC系统工作原理及层流冷却技术，通过仿真软件模拟不同钢种的轧制过程。

3.**轧后处理（4学时）**：教材第8章卷取与矫直，分析卷取机的张力控制对带钢性能的影响，结合缺陷案例讲解矫直机的结构特点及常见故障排除。

**模块三：热轧设备原理（10学时）**

1.**主传动系统（4学时）**：教材第9章主电机与减速机，讲解变频调速原理及轧制力的传递路径，结合实物照片分析齿轮箱的维护要点。

2.**液压AGC系统（4学时）**：教材第10章液压自动控制系统，对比液压AGC与机械AGC的优缺点，通过动画演示液压缸的动态响应过程。

3.**板形控制技术（2学时）**：教材第11章板形控制，介绍中间辊窜与弯辊器的协同作用，列举典型板形缺陷（如浪形、中凸）的成因及纠正措施。

**模块四：质量控制与优化（8学时）**

1.**表面质量控制（4学时）**：教材第12章表面缺陷分析，系统讲解轧制缺陷（如麻点、划伤）的产生机理及预防措施，结合金相照片分析缺陷的微观特征。

2.**厚度与宽度控制（4学时）**：教材第13章厚度与宽度控制，对比常规轧制与连铸连轧的区别，通过工厂案例讲解板宽自动控制的传感器布置方案。

教学内容进度安排：前4周完成理论模块，后6周结合工厂实训与仿真实验，每模块设置2学时复习课，最终以热轧工艺优化方案设计作为考核内容，确保学生能够综合运用知识解决工程问题。

三、教学方法

为实现课程目标，突破重点难点，教学方法采用理论教学与实践教学相结合、单一方法与复合方法相补充的多元化策略。

**1.讲授法**：针对热轧基础理论模块（如金属塑性变形、轧制力计算），采用系统讲授法，结合教材公式推导与工程实例，确保学生掌握核心概念与计算方法。例如，在讲解轧制力时，通过对比不同钢种的数据，强化学生对压下量与轧制力关系的理解，课堂时长控制在4学时内。

**2.案例分析法**：在工艺流程与质量控制模块，引入真实热轧生产案例。例如，分析某钢厂因加热温度不当导致的带钢淬硬现象，引导学生从教材第6章加热炉原理和第12章表面缺陷章节中寻找原因，培养问题诊断能力。案例选取需紧扣教材内容，如板形控制案例可结合教材第11章弯辊器与中间辊窜的协同作用。

**3.讨论法**：针对AGC系统与智能化轧制等前沿内容（教材第10章），专题讨论，鼓励学生结合教材与工厂调研资料，辩论不同控制策略的优劣，激发批判性思维。讨论前布置预习任务，要求学生对比教材中液压与机械AGC的原理。

**4.实验法与仿真法**：利用实验室热轧模拟机（配套教材第4章仿真实验），模拟不同轧制参数下的带钢厚度与温度变化，验证理论计算结果。仿真软件操作需与教材第7章精轧流程结合，完成典型钢种（如SPHC）的轧制规程设计，强化参数优化的工程意识。

**5.工厂实践法**：安排2天企业参观，对照教材第9章主传动系统，观察减速机与电机的实际布置，结合工厂工程师讲解，加深对设备原理的理解。实践前需布置预习教材相关章节，实践后要求提交设备维护建议，与教材第9章维护要点呼应。

教学方法搭配遵循“理论—案例—实践—反思”循环，通过多媒体、实物、仿真、工厂资源等多层次载体，满足不同学习风格学生的需求，最终提升学生的工程应用能力。

四、教学资源

为支撑教学内容与多元化教学方法的有效实施，教学资源的选择与准备遵循系统性、实践性及前沿性原则，紧密围绕教材核心知识点展开。

**1.教材与参考书**：以指定《金属材料与热加工》教材为本，重点研读第3-13章热轧工艺相关内容。配套选用《钢铁冶金学（热轧分册）》作为深度拓展资料，补充连铸连轧技术（教材第13章扩展内容）与智能化热轧（教材第10章前沿部分）的最新进展。参考书库中纳入《热轧带钢生产》行业标准，用于案例分析的规范依据。

**2.多媒体资源**：

-**视频资料**：收集工厂热轧生产线全程视频，标注教材对应章节（如第6章开轧、第7章精轧流程），用于直观展示工艺环节。

-**仿真软件**：部署安工大自研热轧模拟系统（与教材第4、7章实验关联），支持参数修改与结果可视化，完成带钢厚度与温度模拟计算。

-**动画与微课**：制作液压AGC工作原理动画（教材第10章核心内容），讲解液压缸动态响应过程；录制轧制力计算微课，通过动画演示公式推导步骤。

**3.实验设备**：

-**热轧模拟机**：用于验证教材第4章温降模型与第5章轧制力理论，支持不同钢种（Q235、SPHC）的参数组合实验。

-**板形测试台**：配合教材第11章板形控制教学，通过传感器采集轧后带钢曲率数据，分析弯辊器与中间辊窜的协同效果。

**4.工厂资源**：

-**技术文档**：获取某钢厂热轧工艺规程（教材第7章案例素材），包含轧制速度、压下量等参数表。

-**专家讲座**：邀请一线工程师讲解教材第12章表面缺陷的现场处理经验，结合工厂缺陷照片库进行教学。

**5.学习平台**：搭建课程专属在线资源库，上传仿真实验操作指南（教材第4章配套实验）、工厂实践报告模板（教材第9章维护案例），并嵌入教材重点公式与表的交互式学习模块。

资源整合强调与教材章节的逐点对应，确保理论教学、实践操作与工业应用形成闭环，提升教学资源的利用效率。

五、教学评估

教学评估采用过程性评估与终结性评估相结合、理论考核与实践能力考察相并重的多元评价体系，全面反映学生对热轧工艺知识的掌握程度及工程应用能力，确保评估方式与教材内容、课程目标高度一致。

**1.过程性评估（40%）**：

-**课堂参与（10%）**：通过提问、讨论环节记录学生的发言质量，重点考核其对教材核心概念（如轧制力计算公式、AGC原理）的理解深度，例如，在讲解液压AGC时，评估学生对比教材第10章两种系统优缺点的分析能力。

-**作业与实验报告（30%）**：布置3次作业，涵盖教材第3章塑性变形计算、第7章轧制规程设计等，要求学生结合工厂案例（教材配套案例库）完成；实验报告需包含热轧模拟机实验数据（如温降曲线、轧制力变化），并与教材第4、5章理论进行对比分析，总分占30%。

**2.终结性评估（60%）**：

-**理论考试（40%）**：闭卷考试覆盖教材全部章节，题型包括：选择（考核教材第6章加热炉分类）、填空（教材第8章卷取工艺关键参数）、计算（轧制力与轧辊磨损量，依据教材第5章公式）、简答（板形控制措施，参考教材第11章原理）。

-**实践考核（20%）**：以热轧工艺优化方案设计为载体，要求学生模拟工厂工程师角色，提交包含轧制参数调整、缺陷预防措施（结合教材第12章）的完整报告，并现场展示（10分钟），考察其综合运用教材知识解决工程问题的能力。

**评估标准**：制定分项评分细则，如理论考试中计算题需注明公式来源（教材章节），实践考核需标注所参考的教材案例编号，确保评估依据的明确性。所有评估方式均与教材知识点强关联，通过评估结果可精准定位教学目标的达成度，为后续教学改进提供数据支撑。

六、教学安排

本课程总学时为48学时，教学安排紧凑且兼顾理论与实践，具体如下：

**1.教学进度与时间分配**：

课程分为12周完成，每周4学时，其中理论课2学时、实践课（含仿真或工厂参观）2学时。教学进度严格依据教材章节顺序推进：

-**第1-4周**：热轧基础理论（教材第3-5章），包括塑性变形、温降与轧制力计算，理论课讲解配合教材公式推导，实践课进行热轧模拟机基础操作训练，熟悉软件界面与教材第4章温降模型的模拟方法。

-**第5-8周**：热轧工艺流程与设备（教材第6-11章），理论课讲解板坯准备、粗精轧流程及板形控制原理，实践课分为两部分：①利用仿真软件完成教材第7章典型钢种轧制规程设计；②工厂参观，对照教材第9章主传动系统观察设备，并听工程师讲解实际操作规范。

-**第9-12周**：质量控制与优化（教材第12-13章），理论课分析表面缺陷成因（结合教材第12章案例）与厚度宽度控制策略，实践课提交热轧工艺优化方案报告（占期末实践考核分值），并开展分组讨论（参考教材第10章AGC对比内容），选拔优秀方案进行课堂展示。

**2.教学地点**：

理论课在教室进行，结合多媒体展示教材配套动画（如教材第11章板形控制动画）；实践课安排如下：

-仿真实验在实验室完成，需提前安装教材配套仿真软件；

-工厂参观选择与教材章节匹配的产线（如需讲解加热炉，则安排在加热车间；讲解AGC，则安排在精轧区），确保学生所见与教材描述一致。

**3.时间协调**：**

考虑学生作息，理论课安排在上午或下午第一节课，避免与午休冲突；工厂参观安排在周一至周四，便于教师交通与讲解，且学生精力更集中。实践课错峰进行，仿真实验安排在周二、四下午，工厂参观安排在周三全天，确保教学活动不与理论课冲突。特殊案例讲解（如教材第13章连铸连轧技术）若无工厂条件，则通过在线视频补充，时间灵活调整至课后。

七、差异化教学

针对学生间存在的知识基础、学习风格及能力差异，本课程实施差异化教学策略，通过分层任务、弹性资源与个性化指导，确保每位学生都能在教材框架内获得适配的成长。

**1.分层任务设计**：

-**基础层（教材核心内容掌握）**：要求所有学生完成教材第3-5章基础概念的学习，并通过标准化测验（如教材配套习题）达到70%以上掌握率。实践环节需完成热轧模拟机的基本操作，模拟教材第4章温降过程，输出符合基本规范的温降曲线报告。

-**提高层（教材深度应用）**：针对学有余力的学生，布置拓展任务，如对比教材第10章液压与机械AGC的仿真结果差异，撰写分析报告，要求结合教材第7章轧制节奏控制理论进行论证；或要求设计教材第12章缺陷案例的预防方案，需引用至少两种教材中提到的控制措施。

-**挑战层（教材延伸创新）**：鼓励学生探索前沿技术，如研究教材第13章连铸连轧对热轧工艺的优化影响，需查阅至少2篇关联文献，并设计一套改进后的轧制参数表（包含教材未涉及的动态调整策略）。

**2.弹性资源供给**：

提供分层资源库，基础层学生获取教材配套习题集与教学视频（覆盖教材第5章轧制力计算步骤）；提高层学生开放教材扩展阅读（如《钢铁冶金学》热轧分册）、仿真软件高级教程（含教材第7章精轧动态模型参数）；挑战层学生提供行业技术报告（如宝武集团智能化热轧实践，关联教材第10章）。

**3.个性化评估调整**：

评估方式体现差异化，如基础层学生的平时分更侧重教材章节的课堂提问参与度；提高层与挑战层学生的实践考核增加开放性评分项（如教材知识点的创新应用），允许提交替代性成果（如将教材第11章板形控制理论改编为教学微视频）。期末考试中，基础层题目覆盖教材核心公式（如教材第5章轧制力公式），提高层与挑战层增加综合分析题（如结合教材第6、12章分析某厂热轧缺陷原因并提出改进建议）。通过差异化教学，确保所有学生均能在完成教材要求的前提下获得个性化发展。

八、教学反思和调整

教学反思与调整贯穿整个教学过程，通过动态监测与反馈循环，持续优化教学设计，确保教学目标与教材内容的有效达成。

**1.反思周期与内容**：

-**单元反思**：每完成一个教材章节（如第5章轧制力计算），在下次课前进行单元测验，分析学生试卷中教材公式的应用错误率，重点反思公式推导过程的教学是否清晰（如教材第5章轧制力理论推导的难点是否通过辅助动画有效缓解）。

-**阶段性反思**：在实践课（仿真或工厂参观）后一周内，收集学生实验报告与反馈表，对照教材要求（如教材第7章轧制规程设计评分标准），评估学生是否掌握热轧模拟机的参数设置方法，以及工厂见习内容与教材第9章设备的匹配度。

-**期末整体反思**：通过期末考试分析教材各章节的考核覆盖度与难度梯度，结合学生问卷（问题需聚焦教材知识点的理解深度，如“教材第12章缺陷成因分析是否清晰”），评估教学目标的达成情况。

**2.调整措施**：

-**内容侧重调整**：若单元测验显示学生对教材第4章温降模型掌握不足，则下次课增加该部分例题讲解，并补充教材配套的温降曲线对比示。若工厂参观反馈某设备（如教材第9章减速机）讲解过快，则调整后续理论课增加该设备维护的教材内容（教材第9章维护要点）。

-**方法优化**：若仿真实验反映学生难以理解教材第10章AGC的动态响应，则改用分步教学法，先讲解液压缸基本原理（教材基础部分），再逐步引入AGC控制逻辑。若讨论法效果不佳（如教材第11章板形控制讨论参与度低），则改为小组竞赛形式，以教材知识点为题库，激发学习兴趣。

-**资源补充**：根据学生反馈，若教材对教材第13章连铸连轧技术涉及不足，则补充企业技术白皮书或行业视频作为补充材料，丰富教材内容的实践维度。通过持续的教学反思与动态调整，确保教学活动始终围绕教材核心知识展开，并适应学生的学习节奏与需求。

九、教学创新

为提升教学的吸引力和互动性，本课程引入现代科技手段与传统教学方法的融合，创新教学场景与体验。

**1.虚拟现实（VR）技术沉浸式教学**：针对教材第6章板坯加热与教材第7章精轧流程，开发VR教学模块。学生通过VR头显模拟进入加热炉内部，观察教材中描述的温度梯度分布（教材第6章示），并操作虚拟精轧机组，完成教材第7章轧制节奏的动态调整任务。VR技术使抽象的工艺流程可视化，增强学生对教材内容的直观感受。

**2.增强现实（AR）辅助设备认知**：结合教材第9章主传动系统与教材第11章板形控制设备，制作AR识别卡片。学生使用手机扫描设备片，AR系统叠加显示教材中未详述的内部结构（如液压缸活塞运动原理，关联教材第10章液压AGC）或动态演示弯辊器与中间辊窜的协同作用（教材第11章动画）。AR技术弥补教材静态文的不足，深化对复杂设备的理解。

**3.在线协作平台驱动项目式学习**：针对教材第12章缺陷分析与教材第13章工艺优化，采用在线协作平台（如企业微信工作台）发布项目任务。学生以小组形式，利用平台共享教材案例数据（如教材配套缺陷案例库）、仿真实验结果（教材第4章模拟数据），并在线模拟教材中描述的工程师协作场景，完成缺陷原因分析与改进方案设计，培养团队协作与问题解决能力。通过技术赋能，将教材知识的应用置于更接近真实的工程情境中。

十、跨学科整合

热轧工艺涉及多学科交叉，本课程通过整合力学、材料学、控制工程与信息技术知识，促进学科素养的融会贯通，强化学生的工程思维。

**1.力学与材料学融合**：在讲解教材第3章金属塑性变形时，结合教材第5章轧制力计算，引入材料力学中的应力应变模型（如教材第3章公式推导参考弹性力学原理），分析轧制变形过程中的应力状态（教材第3章示）；同时关联教材第4章温降影响，讲解热力学原理（教材基础章节）对材料（教材第4章晶粒变化）的影响，强调轧制工艺对材料性能的协同作用。

**2.控制工程与自动化技术结合**：讲解教材第10章液压AGC系统时，引入控制工程中的PID控制理论（教材相关基础内容），分析液压阀控缸的动态响应（教材第10章原理），并对比教材第7章粗精轧节奏控制中的开环与闭环控制策略，使学生理解自动化技术对热轧精度提升的关键作用。

**3.信息技术与工业大数据应用**：结合教材第13章智能化热轧趋势，介绍工业互联网平台（如西门子MindSphere）在热轧数据采集与分析中的应用案例，要求学生利用教材第12章缺陷数据（如表面粗糙度，关联传感器技术），模拟构建简易数据分析模型，培养跨学科解决复杂工程问题的能力。通过跨学科整合，构建以热轧工艺为核心的知识网络，提升学生的综合学科素养与创新能力。

十一、社会实践和应用

为强化学生的工程实践能力与创新意识，本课程设计与社会实践和应用紧密结合的教学活动，使学生在解决实际问题的过程中深化对教材知识的理解。

**1.工厂实习与问题导向学习**：安排为期2天的热轧厂实地实习，实习内容与教材章节深度对接：上午参观加热炉与粗轧区（关联教材第6、7章），下午观摩精轧与卷取（关联教材第7、8章），重点观察教材中未详述的工艺细节（如轧线振动监测，可联系教材第11章板形控制原理）。实习中设置问题卡，引导学生记录与教材知识冲突或未解释的现象（如教材第12章某缺陷在现场的特殊表现），实习后专题讨论，要求学生结合教材理论（如教材第5章轧制力波动分析）提出改进建议。

**2.模拟生产线优化设计**：利用校内热轧模拟机，模拟某厂实际热轧生产场景（提供教材配套的工艺参数表与缺陷数据），要求学生以工程师身份完成优化设计任务。任务需涵盖教材多个章节：选择钢种（教材第2章材料分类），设计轧制规程（教材第7章核心内容），优化AGC参数（教材第10章），并提出缺陷预防措施（教材第12章）。设计成果以PPT形式展示，包含对教材相关理论的创新性应用，培养解决复杂工程问题的能力。

**3.校企合作项目实战**：与本地钢厂合作，选取教材中未系统讲解的热点问题（如教材第13章绿色热轧技术），由企业提供真实数据与场景，学生分组完成研究报告或小型改造方案设计。