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1中厚板轧制工艺概述1

1.1流程概述1

1.2工厂平面布置1

1.2.1中厚板工厂平面布置概略1

1.2.2平面布置与区域总图的关系7

1.2.3主生产线布置对平面布置的影响8

1.2.4加热炉及板坯库的布置13

1.2.5热机轧制在单、双机架上的实现方式16

1.2.6冷床布置形式及宽度和面积的选择19

1.2.7磨辊间布置24

1.2.8成品运输方式对平面布置的影响28

1.2.9生产线主要设备的间距确定32

1.3中厚板轧机的发展、形式及选择35

1.3.1中厚板轧机的发展概况35

1.3.2轧机的主要类型及布置形式40

1.3.3轧机规格的选择45

1.4原料55

1.4.1原料种类55

1.4.2原料的接收和管理58

1.4.3原料的表面检查和清理59

1.4.4坯料的定尺切割61

1.5加热62

1.5.1加热目的62

1.5.2加热温度62

1.5.3加热速度62

1.5.4加热制度62

1.5.5加热缺陷63

1.5.6加热炉热工操作63

1.5.7加热炉生产能力63

1.5.8热送热装64

1.6除鳞65

1.6.1概述65

1.6.2高压水除鳞的机理65

1.6.3除鳞系统技术参数确定66

1.7轧制66

1.7.1轧制过程66

1.7.2轧制工艺67

1.7.3分阶段轧制和多块钢轧制69

1.7.4板形控制技术75

1.8冷却76

1.8.1控制冷却76

1.8.2自然冷却80

1.8.3强制冷却81

1.8.4缓慢冷却81

1.9矫直82

1.9.1钢板变形的类型82

1.9.2矫直的方式83

1.9.3矫直工艺参数84

1.9.4矫直缺陷及预防措施85

1.10精整85

1.10.1剪切和切割85

1.10.2表面检查、修磨89

1.10.3超声波探伤90

1.11热处理92

1.11.1概述92

1.11.2热处理操作工艺92

1.11.3热处理设备配置93

1.12成品检验97

1.12.1检验标准97

1.12.2质量检验内容98

1.12.3检验设备101

1.12.4国内某厚板厂检验室101

参考文献104

2中厚板的产品和原料105

2.1中厚板的定义和分类105

2.1.1定义105

2.1.2分类105

2.1.3尺寸精度107

2.1.4力学性能108

2.1.5其他性能108

2.1.6表面性状108

2.2中厚板的生产原料109

2.2.1原料的尺寸109

2.2.2铸锭109

2.2.3连铸坯109

2.2.4焊接复合坯111

参考文献111

3中厚板轧机112

3.1中厚板轧机机组组成112

3.2轧机本体113

3.2.1机架装置113

3.2.2轧机辊系118

3.2.3电动压下装置125

3.2.4液压AGC129

3.2.5上支撑辊平衡装置135

3.2.6轧机导卫136

3.2.7窜辊装置137

3.2.8工作辊平衡和弯辊装置141

3.2.9轧线标高调整装置147

3.2.10支撑辊换辊轨道148

3.2.11机架辊150

3.3轧机主传动装置158

3.3.1主电机158

3.3.2万向接轴158

3.3.3接轴平衡装置160

3.3.4安全联轴器162

3.4换辊装置162

3.4.1工作辊换辊装置162

3.4.2支撑辊换辊装置165

3.5机前、机后工作辊道和推床167

3.5.1机前、机后工作辊道167

3.5.2机前、机后推床168

3.6立辊轧机170

3.6.1现代中厚板生产线立辊轧机的主要作用171

3.6.2立辊轧机的设备组成171

3.6.3轧辊更换178

3.6.4立辊轧机的参数178

参考文献179

4数学模型180

4.1轧制力模型180

4.1.1轧辊压扁半径的影响180

4.1.2应力状态影响函数的影响181

4.1.3变形抗力的影响181

4.1.4残余应变的影响182

4.1.5相变的影响185

4.2温度模型186

4.2.1钢材的热辐射和与周围环境之间的对流187

4.2.2高压水除鳞造成的温降189

4.2.3与轧辊接触产生的热传导189

4.2.4塑性变形功转变而来的热量190

4.3板凸度模型和平直度计算190

4.4弹跳模型195

4.4.1辊系弹性变形分析196

4.4.2轧机牌坊和相关机械部分的弹性变形198

4.4.3新型弹跳模型198

4.5轧辊磨损模型199

4.6轧制力矩模型200

4.7前滑模型202

参考文献203

5轧制规程制定和轧机设定205

5.1轧制规程的制定原则205

5.2轧制策略的确定205

5.3轧机负荷分配206

5.3.1恒比例凸度法207

5.3.2联合控制凸度-板形法207

5.3.3带有板形控制的满负荷道次分配法207

5.3.4压下量逐步逼近优化法208

5.3.5综合等负荷算法208

5.3.6负荷协调分配算法209

5.3.7带弯辊的逼近满负荷分配法209

5.4轧机设定计算210

5.4.1设定计算的作用210

5.4.2设定计算的组成结构210

5.4.3设定计算数据流211

5.4.4设定计算功能的调用212

5.5多坯交叉轧制和轧制节奏控制214

5.5.1时位图214

5.5.2多坯交叉轧制模式的时间判断216

5.5.3多坯交叉轧制模式的空间限制219

5.5.4出炉时间控制220

参考文献221

6中厚板厚度自动控制223

6.1概述223

6.2中厚板轧制时计算机厚度自动控制系统224

6.2.1基础自动化级计算机系统224

6.2.2过程控制级计算机系统224

6.2.3中厚板厚度自动控制系统的结构225

6.2.4中厚板轧机检测仪表226

6.3中厚板轧制时厚度自动控制的基本形式及基本原理227

6.3.1反馈式厚度自动控制的基本原理227

6.3.2前馈式厚度自动控制的基本原理229

6.3.3监控式厚度自动控制的基本原理230

6.3.4轧制力AGC（P-AGC）控制系统的基本原理230

6.3.5液压式厚度自动控制的基本原理233

6.3.6绝对值AGC（ABS-AGC）控制系统的基本原理238

6.3.7动态设定型AGC（D-AGC）控制系统的基本原理240

6.4厚度自动控制的基础自动化系统242

6.4.1辊缝控制242

6.4.2电动压下位置自动控制系统244

6.4.3液压压下位置自动控制系统249

6.4.4具有可编程序控制器的压下位置自动控制系统251

6.4.5辊缝倾斜控制252

6.4.6液压AGC厚度自动控制系统253

6.4.7近置式测厚仪的厚度自动控制系统256

6.4.8头部厚度控制259

6.4.9中厚板轧机刚度测量259

6.4.10油膜厚度测量260

6.4.11支撑辊偏心测量261

6.5厚度自动控制的过程自动化控制系统262

6.6中厚板厚度控制系统典型指标262

6.6.1APC系统性能262

6.6.2钢板厚度控制精度262

参考文献263

7中厚板板凸度和板形控制技术264

7.1板凸度和板形的基本概念264

7.1.1板凸度264

7.1.2边部减薄264

7.1.3中厚板断面形状的表达式264

7.1.4板平直度265

7.1.5良好平直度的条件266

7.1.6板平直度与板凸度的关系267

7.2中厚板轧机板凸度和板形控制手段267

7.2.1中厚板轧辊辊型设计268

7.2.2考虑板形的最优负荷分配270

7.2.3液压弯辊270

7.2.4CVC轧机271

7.2.5PC轧机278

7.2.6WRS轧机280

7.3中厚板板凸度的影响因素281

7.3.1板凸度计算282

7.3.2工作辊磨损计算282

7.3.3工作辊热膨胀计算283

7.4板凸度和板形控制系统287

7.4.1板形控制系统的组成287

7.4.2板形和板厚的联合控制289

7.4.3板形开环控制方法——板形锁定法291

参考文献295

8中厚板平面形状控制296

8.1中厚板平面形状控制概述296

8.1.1中厚板轧制平面形状变化特点296

8.1.2影响中厚板成材率的主要因素297

8.2中厚板平面形状控制方法298

8.2.1MAS轧制法299

8.2.2DBR轧制法300

8.2.3薄边展宽轧制法300

8.2.4立辊轧边法300

8.2.5无切边轧制法301

8.3平面形状控制数学模型302

8.3.1平面形状预测模型303

8.3.2平面形状控制模型305

8.3.3平面形状控制功能现场应用306

8.4平面形状检测307

8.4.1合成照相法308

8.4.2厚板平面形状识别装置308

8.4.3图像识别法308

参考文献309

9中厚板的控制轧制与控制冷却311

9.1中厚板的主要性能指标311

9.1.1强度指标311

9.1.2塑性指标313

9.1.3韧性指标314

9.1.4冷弯性能315

9.1.5焊接性能319

9.2金属强化的主要机制321

9.2.1固溶强化322

9.2.2位错强化324

9.2.3沉淀和弥散强化325

9.2.4晶界强化327

9.3钢材热变形过程中的再结晶和相变行为329

9.3.1钢材热变形时的应力-应变曲线及其规律330

9.3.2钢材热变形过程中的动态回复与动态再结晶331

9.3.3钢材热变形后的静态再结晶行为332

9.3.4静态再结晶的临界变形量334

9.3.5钢材热变形后的奥氏体／铁素体相变336

9.4控制轧制与控制冷却338

9.4.1控制轧制与控制冷却工艺的发展和特点339

9.4.2控制轧制的基本类型339

9.4.3控制轧制和控制冷却工艺参数的控制原则340

9.5直接淬火工艺347

9.5.1直接淬火工艺简介347

9.5.2直接淬火工艺的类型348

9.5.3直接淬火钢的组织性能特征348

9.5.4直接淬火工艺对淬火设备的要求350

9.5.5直接淬火工艺的工业应用350

参考文献354

10控制冷却设备及其自动化355

10.1控冷设备的总体布置和基本配置355

10.1.1控制冷却设备的安装位置355

10.1.2控制冷却设备的配置356

10.2加速冷却装置的主要形式358

10.2.1U形管层流冷却装置358

10.2.2直管式层流冷却装置（水枕式）359

10.2.3水幕层流冷却装置359

10.2.4Mulpic水枕式冷却装置359

10.2.5水-气喷雾式冷却装置359

10.2.6压力水倾斜喷射的超快速冷却装置360

10.2.7直接淬火设备361

10.3控制冷却策略362

10.3.1冷却方式362

10.3.2确保纵向温度均匀的控制策略362

10.3.3确保横向温度均匀的控制策略363

10.3.4确保厚度方向温度均匀的控制策略364

10.4控制冷却的自动化系统364

10.4.1控制系统364

10.4.2检测仪表365

10.4.3执行机构366

10.4.4控制冷却系统的功能366

10.5控冷数学模型367

10.5.1温降差分方程367

10.5.2空冷传热系数模型369

10.5.3水冷传热系数模型370

10.5.4比热容模型370

10.5.5热导率模型370

10.5.6横向温度控制模型370

10.5.7纵向温度控制模型370

10.5.8加速度模型370

10.5.9头尾低温控制模型372

10.5.10厚度方向温度控制模型372

10.5.11自学习模型373

参考文献375

11辅助设备376

11.1高压水除鳞系统376

11.1.1概述376

11.1.2高压水除鳞376

11.1.3除鳞喷嘴及其选择377

11.1.4系统组成379

11.1.5泵站配置方案379

11.1.6高压水除鳞装置382

11.2矫直机385

11.2.1概述385

11.2.2中厚板矫直机的参数计算387

11.2.3中厚板矫直机的类型和结构396

11.2.4中厚板矫直机的矫直模型403

11.3冷床404

11.3.1冷床的主要形式404

11.3.2冷床上下料装置412

11.4剪切设备413

11.4.1剪切线设备组成414

11.4.2钢板剪切过程分析及剪切力参数计算414

11.4.3剪机的结构与特点418

11.5无损检测443

11.5.1超声波探伤的基本原理443

11.5.2在线自动超声波探伤装置的结构形式444

11.5.3应用实例447

11.5.4自动超声波探伤的发展趋势448

参考文献448

12中厚板的加热设备与热处理设备449

12.1加热炉及其辅助设备449

12.1.1步进梁式连续加热炉449

12.1.2推钢式连续加热炉481

12.1.3车底式加热炉487

12.1.4炉型比较和选择490

12.1.5实例491

12.2抛丸机496

12.2.1抛丸机用途496

12.2.2抛丸机形式497

12.2.3抛丸机工艺布置497

12.2.4抛丸机工作原理499

12.2.5抛丸机主要设备组成500

12.2.6抛丸机主要技术参数和设备结构形式及组成501

12.3热处理炉及其辅助设备502

12.3.1热处理炉的分类及比较502

12.3.2辊底式热处理炉503

12.3.3台车式热处理炉和外部机械化炉519

12.4淬火机526

12.4.1淬火处理526

12.4.2中厚板淬火机526

12.4.3辊式淬火机527

参考文献529

13计算机控制系统531

13.1计算机控制系统的结构531

13.2通讯532

13.2.1数据通讯532

13.2.2网络结构533

13.3数据库533

13.4过程控制计算机功能及其实现534

13.4.1过程控制系统的主要功能534

13.4.2过程控制系统轧件跟踪功能535

13.4.3几种典型的过程控制系统描述536

13.5基础自动化功能及其实现540

13.5.1基础自动化控制范围及主要功能540

13.5.2基础自动化系统的硬件构成540

13.5.3基础自动化系统的工作方式及人机接口543

13.5.4各区基础自动化功能说明543

13.6轧线检测仪表544

13.6.1典型中厚板生产线仪表配置544

13.6.2中厚板生产过程中的几种检测仪表544

13.7人机界面546

13.7.1人机界面的主要功能546

13.7.2人机界面的设计原则547

13.8在线数据采集和诊断系统547

参考文献548

附录549

附表1我国现有中厚板轧机基本情况统计表549

附表2轧机大小与生产能力的关系551

附表3中国热轧中厚板厂设备性能552

附表3.1中厚板轧机性能552

附表3.2板坯参数554

附表3.3加热炉主要性能554

附表3.4燃烧系统性能558

附表3.5加热炉控制系统性能560

附表3.6加热炉操作及热平衡计算560

附表3.7轧机设备性能562

附表3.8粗轧机宽度自动控制装置（RAWC）性能566

附表3.9板形控制参数566

附表3.10AGC装置性能566

附表3.11剪切机性能568

附表3.12辊道设备一览表574

附表3.13炉卷设备性能1591

附表3.14炉卷设备性能2（辊材质）591

附表3.15轧辊参数592

附表3.16轧辊使用方法594

附表3.17轧辊轴承性能594

附表3.18轧辊磨床性能596

附表3.19轧辊车床性能598

附表3.20冷床及热处理设备598

附表3.21矫直机主要工艺参数600

附表3.22油膜轴承润滑系统和齿轮润滑系统性能604

附表3.23轧辊液压定位系统性能604

附表3.24热轧厂冷却用水量606

附表3.25冷却用水补充水水质606

附表3.26轧辊冷却水量608

附表3.27除鳞供水设备性能608

附表3.28除鳞高压水集管性能610

附表3.29除鳞喷嘴性能610

附表3.30轧后冷却设备性能1612

附表3.31轧后冷却设备性能2614

附表3.32计算机系统控制功能（过程控制计算机）614

附表3.33计算机系统硬件设备（过程控制计算机L2）616

附表3.34测压力仪性能616

附表3.35粗轧区测温计性能617

附表3.36层流冷却温度计性能617

附表3.37测宽仪性能618

附表3.38测厚仪性能618

附表3.39板形仪性能618

附表3.40自动化机械应用状况（轧辊间自动化）619

附表3.41自动化机械应用状况（精整生产线自动检测仪器及计算机的应用）619

附表3.42板坯库存放概况620

附表3.43成品库存放概况620

附表3.44轧制单位622

附表3.45代表规格轧制能力624

附表3.46换辊方法、周期、时间626

附表3.47自动化机械应用状况（标号机、定尺机）626

附表3.48主要部件检修、更换周期628

附表3.49实际操作情况（能耗和成材率）630

附表3.50加热炉仪表控制项目632

附图1三明中板厂（3000mm）平面布置图634

附图2临汾钢铁公司中板厂（新建）（3000mm）平面布置图634

附图3安阳炼轧厂（3450mm）平面布置图634

附图4唐山中厚板材中厚板厂（3500mm）平面布置图635

附图5天钢中板厂（东移新建）（3500mm）平面布置图635

附图6韶钢中板厂平面布置图635

附图7舞阳第二厚板厂（3800mm）平面布置图636

附图8新钢厚板厂（3800mm）平面布置图636

附图9重钢中板厂（3800mm）平面布置图636

附图10华菱湘钢第一厚板厂（3800mm）平面布置图636

附图11包钢厚板厂平面布置图637

附图12中信泰富兴澄特钢宽厚板厂（4300mm）平面布置图637

附图13宝钢集团宁钢宽厚板厂（4300mm）平面布置图637

附图14宝钢中厚板分公司（4300mm）平面布置图638

附图15 莱钢厚板厂（4300mm）平面布置图638

附图16秦皇岛首钢金属材料有限责任公司厚板厂（4300mm）平面布置图638

附图17宝钢5000mm厚板厂平面图639

附图18五矿营钢有限公司（5000mm）平面布置图639

附图19华菱湘钢第三厚板厂（5000mm）平面布置图639

附图20鞍钢鲅鱼圈5500mm厚板厂平面布置图640