1、RAL东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室冷冷 轧轧 平平 整整 技技 术术 介介 绍绍2006.6RAL冷轧工艺流程冷轧工艺流程RAL 平整轧制是生产优质薄板、确保冷轧带钢成品质量的最后一道关键工序，它对于提高产品质量、控制板形、根据用户需求使薄板具有合适的力学性能和表面状态起着重要的作用。经退火后的冷轧带钢几乎完全处于软质状态，其表面光洁度、平直度和组织性能等均难以满足用户要求，且不适于使用机械加工。平整轧制概念平整轧制概念RAL平整轧制的主要目的是：平整轧制的主要目的是：（1）消除退火后钢板的屈服平台，并依据产品的用途，给）消除退火后钢板的
2、屈服平台，并依据产品的用途，给出必要的产品力学性能；出必要的产品力学性能；（2）调整并给出产品需要的光亮度和粗糙度；）调整并给出产品需要的光亮度和粗糙度；（3）改善钢板的板形质量。）改善钢板的板形质量。平整轧制目的RAL冷轧后带钢性能冷轧后带钢性能 带钢冷轧时经过若干道次轧制和塑性变形引起带钢的加工硬带钢冷轧时经过若干道次轧制和塑性变形引起带钢的加工硬化，随着冷却压下率的增大，带钢的抗拉强度和屈服强度随之增化，随着冷却压下率的增大，带钢的抗拉强度和屈服强度随之增大，延伸率和变形性能大幅下降。大，延伸率和变形性能大幅下降。平整机工艺平整机工艺RAL退火后带钢性能退火后带钢性能 冷轧带钢再结晶退火
3、后，内部应力、位错密度、畸变能大幅度降低，加工冷轧带钢再结晶退火后，内部应力、位错密度、畸变能大幅度降低，加工硬化消除。但并不能立即进行下一步的深加工，这是因为低碳钢存在着很长的硬化消除。但并不能立即进行下一步的深加工，这是因为低碳钢存在着很长的屈服平台。否则屈服平台。否则吕德斯滑移带会使低碳薄钢板在冲压成型时使工件表面粗糙不吕德斯滑移带会使低碳薄钢板在冲压成型时使工件表面粗糙不平。其解决办法，可根据应变时效原理，将钢板在冲压之前先进行一道微量冷平。其解决办法，可根据应变时效原理，将钢板在冲压之前先进行一道微量冷轧轧(如如12的压下量的压下量)工序，使屈服点消除，随后进行冲压成型。工序，使屈服
4、点消除，随后进行冲压成型。平整机工艺平整机工艺RAL平整延伸率与带钢性能关系平整延伸率与带钢性能关系平整机工艺平整机工艺 RAL平整延伸率与带钢性能关系平整延伸率与带钢性能关系平整机工艺平整机工艺 RAL平整机工艺平整机工艺 与常规轧制不同，平整实质上是一种小变形与常规轧制不同，平整实质上是一种小变形（0.55）轧制，是冷轧工艺上具有极重要意义）轧制，是冷轧工艺上具有极重要意义的一种生产工序。延伸率是平整中最基本的工艺参的一种生产工序。延伸率是平整中最基本的工艺参数，平整道次压下量很小，只有微米级，用测厚仪数，平整道次压下量很小，只有微米级，用测厚仪几乎测不出轧机入出口侧的带钢偏差，故就用测量
5、几乎测不出轧机入出口侧的带钢偏差，故就用测量带钢延伸率的方法来作为测量其厚度变化的等效值。带钢延伸率的方法来作为测量其厚度变化的等效值。延伸率调节是工艺质量控制的重要内容。延伸率调节是工艺质量控制的重要内容。RAL平整机工艺平整机工艺 延伸率是平整轧制中最重要的工艺参数，反映平整前后延伸率是平整轧制中最重要的工艺参数，反映平整前后带钢长度变化程度，以下式表示：带钢长度变化程度，以下式表示：%100HHhlll在过程控制系统中，延伸率值是根据钢种组织结构特征在过程控制系统中，延伸率值是根据钢种组织结构特征和最终用途按要求给定的。和最终用途按要求给定的。RAL平整机工艺平整机工艺 冷轧带钢延伸率参
6、考值RAL平整机工艺平整机工艺（1）轧制力）轧制力（2）张力）张力（3）轧制速度）轧制速度（4）来料的退火状况）来料的退火状况（5）带钢与）带钢与S辊的摩擦系数辊的摩擦系数（6）带钢的化学成分）带钢的化学成分（7）轧辊直径）轧辊直径（8）摩擦系数）摩擦系数（9）辊面形状与辊形）辊面形状与辊形（10）升降速的斜率与过程）升降速的斜率与过程（11）控制策略与控制模型）控制策略与控制模型（12）延伸率的测量精度）延伸率的测量精度（13）传动系统的控制精度）传动系统的控制精度（14）操作工的操作水平）操作工的操作水平影响延伸率的因素RAL平整机工艺平整机工艺 速度对延伸率的影响及其补速度对延伸率的影响
7、及其补偿偿RAL平整机工艺平整机工艺 1)原始粗糙度原始粗糙度2)轧辊表面粗糙度轧辊表面粗糙度3)带钢平整延伸率带钢平整延伸率4)带钢材质和厚度带钢材质和厚度5)轧制速度轧制速度6)轧辊直径等轧辊直径等影响带钢表面粗糙度的因素影响带钢表面粗糙度的因素RAL按是否使用轧制润滑剂可分为：按是否使用轧制润滑剂可分为：干法平整干法平整 湿法平整湿法平整按机架个数可分为：按机架个数可分为：单机架平整单机架平整 双机架平整双机架平整平整机工艺平整机工艺RAL干法干法平整平整工艺工艺湿法湿法平整平整工艺工艺方法：采用旋转或振动刷轻微接触辊面，以去除辊面所附着的方法：采用旋转或振动刷轻微接触辊面，以去除辊面所
8、附着的任何颗粒。去除的颗粒由一套吸管装置加以收集。在平整机出任何颗粒。去除的颗粒由一套吸管装置加以收集。在平整机出口区域需要一定的空间来安装这一吸管装置。保证轧辊清洁，口区域需要一定的空间来安装这一吸管装置。保证轧辊清洁，防止沾染颗粒印入带钢表面。防止沾染颗粒印入带钢表面。干法平整对提高光洁度更有利。干法平整对提高光洁度更有利。方法：在平整机入口或支撑辊表面使用平整液，在出口处有一方法：在平整机入口或支撑辊表面使用平整液，在出口处有一套吹气系统以干燥带钢表面。套吹气系统以干燥带钢表面。湿法平整的洗净效果好，可洗去湿法平整的洗净效果好，可洗去异物，减少压坑等缺陷，对防止轧辊热膨胀、稳定辊型也有利
9、。异物，减少压坑等缺陷，对防止轧辊热膨胀、稳定辊型也有利。平整机工艺平整机工艺RAL平整机工艺平整机工艺RAL湿法平整工艺湿法平整工艺平整机工艺平整机工艺RAL项目项目干法平整工艺干法平整工艺湿法平整工艺湿法平整工艺生产率低高平整轧制力大小复制率(毛辊)6080%3050%轧辊重磨(毛辊)500600t200300t延伸率控制小延伸率范围容易大延伸率范围容易板形控制容易困难防锈效果无好平整效果良好稍差表面质量控制困难容易平整机工艺平整机工艺RAL单机架平整机单机架平整机入口测速仪入口测速仪出口测速仪出口测速仪索尼磁尺索尼磁尺开卷机S辊/转向辊入口张力计入口张力计油压传感器油压传感器卷取机S辊/
10、转向辊出口张力计出口张力计平整轧机类型平整轧机类型RAL 双机架平整机：双机架平整机：两个机架可以分别实现延伸率控制和粗糙度控制入口测速仪入口测速仪出口测速仪出口测速仪开卷机S 辊/转向辊入口张力计入口张力计索尼磁尺索尼磁尺油压传感器油压传感器卷取机S 辊/转向辊出口张力计出口张力计索尼磁尺索尼磁尺油压传感器油压传感器机架间测 速机架间测 速仪仪平整轧机类型平整轧机类型RAL唐钢唐钢1780平整机主要参数平整机主要参数产品数据产品数据 钢种钢种:CQ,DQ,DDQ,HSLA 成品厚度成品厚度:0.3 2.0mm 成品成品宽度宽度:8201650mm 成品卷径成品卷径:1000 2000mm 成
11、品卷重：成品卷重：max.29,7 t设备参数设备参数 最大出口速度最大出口速度:1500m/min 轧机形式：单机架四辊轧机轧机形式：单机架四辊轧机 工作辊直径工作辊直径:500 560mm 工作辊工作辊辊身长度辊身长度:1780mm 支撑辊直径支撑辊直径:1000 1100mm 支撑辊支撑辊辊身长度辊身长度:1780mm 最大轧制力最大轧制力:12,000kN 弯辊力弯辊力:+500kN-350kN/per neck 支撑辊平衡力：支撑辊平衡力：400kN/per neckRAL平整机俯视图平整机俯视图RAL平整机入口设备RAL平整机主轧机RAL平整机出口设备RAL计算机系统配置图RAL过
12、程控制系统概况生产管理级过程控制级基础自动化级一级机二级机三级机L1(Industrial IT Aspect Objects Technology)级实时控制级进行全线自动顺控、闭环控制、对传动、公辅系统、报警进行超越控制、事件处理等。L2(Manufacturing Execution System)级进行全线监控和生产优化。L1和L2级之间通过TCP/IP协议进行通讯；L2级各个硬件组成部分通过CLIENT/SERVER模式进行通讯。L3(Enterprise Resource Planning)级RAL过程控制系统概况 人机界面 基础自动化 过程机 数据管理 过程跟踪 数据通讯 设定计
13、算 数据库 系统维护 RAL过程控制系统概况MES Manufacturing Executions System RAL过程控制系统概况RAL过程控制系统功能过程控制系统功能主要功能：主要功能：v 生产控制功能，完成系统的监控。v 设定计算功能v 系统管理功能RAL生产控制功能 生产控制功能：生产控制功能：1)生产计划管理；生产计划管理；2)轧制规程管理；轧制规程管理；3)钢卷跟踪；钢卷跟踪；4)数据的采集和通讯；数据的采集和通讯；5)报表；报表；6)轧辊管理；轧辊管理；7)班组管理；班组管理；RAL数据通讯功能 数据通讯包括以下几部分：数据通讯包括以下几部分：与与L3级系统（如果使用）或者
14、人机界面的数据交换级系统（如果使用）或者人机界面的数据交换:PDI数据 轧辊数据 与与L1级系统的数据交换级系统的数据交换:设定参数下传 生产过程数据收集 与数数据库的数据交换据库的数据交换:生产结果数据 质量控制信息RAL数据管理功能 数据管理包括以下几部分：数据管理包括以下几部分：轧制计划管理；轧辊数据管理；工艺数据管理；报警管理；班组管理；延时管理；报表管理；RAL过程跟踪功能 过程跟踪主要功能：过程跟踪主要功能：1.对L1上传的数字信号进行有效性检查；2.根据数字信号，确定轧件在轧制线上的位置，在出现特定的事件时，激活控制逻辑任务，启动相 应的设定计算和功能调用；3.对人机界面HMI进
15、行更新和响应操作。RAL过程跟踪功能 RAL人机界面L2级系统通过人机界面级系统通过人机界面HMI来进行显示和输入信息，来进行显示和输入信息，HMI由一系列的画面组成：由一系列的画面组成：登录画面；计划管理画面；主画面；跟踪画面；工艺参数画面；结果显示画面；质量信息显示画面；轧辊数据画面；班组生产统计画面；停机原因显示画面等；RAL设定计算功能设定计算功能是过程控制系统的核心组成部分，是平整工艺在控制过程中的体现。设定计算功能决定了平整过程所需的工艺参数。包括：张力 速度 轧制力 弯辊力 延伸率等RAL设定计算功能设定计算方法设定计算方法 模型计算 直接查询根据唯一号码查询根据带钢宽度、厚度、
16、钢种、卷径等参数查询 RAL平整机轧制力模型的发展：平整机轧制力模型的发展：经典冷轧模型经典冷轧模型(Orowan 模型、模型、Bland-Ford模型、模型、Karman模型模型)；特点：辊缝区分为入口弹性压缩区、中性点前塑性压缩区、中性点后塑性压缩区、出 口弹性回复区。考虑了轧辊压扁的Hitchcock公式。平整轧制模型平整轧制模型(Fleck-Johnson模型模型)特点：辊缝区分为入口弹性压缩区、入口塑性压缩区、中心平行区、出口塑性压缩区、出口弹性回复区。平整轧制模型的改进平整轧制模型的改进(例如例如VAI模型模型)特点：辊缝区分为入口弹性压缩区、塑性压缩区、出口弹性回复区。将中性点扩
17、大为中性区。轧制力数学模型轧制力数学模型RAL轧制力计算模型示意图轧制力计算模型示意图Ainlet elastic zone,Binlet plastic slip zoneCcentral sticking zone,Dexit plastic slipEexit elastic zone轧制力数学模型轧制力数学模型RAL轧制力数学模型轧制力数学模型影响轧制力的因素有：轧制速度、延伸率、张力、工作辊粗糙度、影响轧制力的因素有：轧制速度、延伸率、张力、工作辊粗糙度、工作辊直径、带钢厚度、带钢宽度、乳化液、工作辊直径、带钢厚度、带钢宽度、乳化液、带钢钢种、退火曲线等。带钢钢种、退火曲线等。RAL
18、轧制力和延伸率的关系轧制力和延伸率的关系exexenenlhlh)()(,actactenactactenactenactenllhhlh)()(,refrefenrefrefenrefenrefenllhhlh)(actrefmmhhChCF)111()111(actrefenmhCF秒流量方程轧机刚度方程RAL板形板厚协调的辊缝设定模型较小厚度高强度低屈服强度低硬化最优化生产(废品量最小)高轧制力小工作辊径低轧制力工作辊弯辊轧制力预报更高速度轧辊形变粗糙度转移速度影响辊缝设定数学模型辊缝设定数学模型RAL 所谓板形直观地说是指板材的翘曲程度；其实质是指带钢内部残所谓板形直观地说是指板材的翘
19、曲程度；其实质是指带钢内部残余应力的分布。常用余应力的分布。常用相对长度差表示法和波形表示法来进行度量。相对长度差表示法和波形表示法来进行度量。板形及其度量板形及其度量边浪边浪中浪中浪单边浪单边浪复合浪复合浪二肋浪二肋浪板形缺陷类型板形缺陷类型RAL相对差表示的板形相对差表示的板形图图1-2 翘曲带钢翘曲带钢(a)及其分割及其分割(b)LVRVaLVLVLLb 这是一种比较这是一种比较简单的表示板形的简单的表示板形的方法，就是取横向方法，就是取横向上不同点的相对延上不同点的相对延伸差伸差 L/L来表示板来表示板形。其中形。其中 L是所取基是所取基准点的轧后长度，准点的轧后长度，L是其它点相对基
20、是其它点相对基准点轧后长度之差。准点轧后长度之差。相对长度差也称为相对长度差也称为板形指数板形指数 r r，r r=L/L。板形及其度量板形及其度量RALA)英国的相对长度差的单位是蒙英国的相对长度差的单位是蒙(mon)，该术语是由，该术语是由W.K.泼森泼森建议的，建议的，1蒙相当于相对长度差为蒙相当于相对长度差为10-4。泼森定义板形为横向。泼森定义板形为横向上单位距离上的相对长度差，以上单位距离上的相对长度差，以mon/cm表示，即：表示，即：(1-2)410sLL B)加拿大铝公司是取横向上最长与最短纵条之间的相对长度差加拿大铝公司是取横向上最长与最短纵条之间的相对长度差作为板形单位，
21、称为作为板形单位，称为 I 单位，单位，1个个I单位相当于相对长度差为单位相当于相对长度差为10-5。所以板形表示为：。所以板形表示为：510stLL(1-3)式中：式中：L最短纵条的长度，最短纵条的长度，mm。板形及其度量板形及其度量RAL图图l-3 带钢翘曲的两种典型情况带钢翘曲的两种典型情况LvRv 在翘曲的板带上测量相对长度差很不方便，所以人们在翘曲的板带上测量相对长度差很不方便，所以人们采用了更为直观的方法，即以采用了更为直观的方法，即以翘曲波形翘曲波形来表示板形，称之来表示板形，称之为为翘曲度翘曲度。LvRv板形及其度量板形及其度量RALVRVLVVLL平台带钢图图1-4 板形的波
22、形表示法板形的波形表示法 从翘曲的带钢切取一段置于平台上，如将最短纵条视从翘曲的带钢切取一段置于平台上，如将最短纵条视为一直线，最长纵条视为一正弦波，以翘曲波形来表示板为一直线，最长纵条视为一正弦波，以翘曲波形来表示板形，称为形，称为翘曲度翘曲度。式中：式中：100vvRL波幅波幅vR波长波长vL(1-4)板形及其度量板形及其度量RAL(1-5)2sin2vvRxyL则可利用线积分求出曲线部分的长度则可利用线积分求出曲线部分的长度：20222021 1cos2 12vLvvvvvvvvLLdy dxdyLRLdLRL (1-6)设与设与 Lv 的直线部分相对应的曲线部分长为的直线部分相对应的曲线部分长为Lv Lv，并认为曲线，并认为曲线按正弦规律变化：按正弦规律变化：板形及其度量板形及其度量RAL222224252210244 51024.6740112vvvvvvVStVLRRLLLLL式中：翘曲度，%；St相对长度差，I。(1-8)(1-7)上式经过整理可得：曲线部分和直线部分的相对长度差为：上式经过整理可得：曲线部分和直线部分的相对长度差为：板形及其度量板形及其度量RAL板形不良原因板形不良原因RAL轧制技术及连轧自动化国家重点实验室轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）（东北大学）2006.6 唐钢冷轧平整机技术交流唐钢冷轧平整机技术交流
