鋁熱連軋原理與技術

前言

鋁板帶箔是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎材料,市場需求強勁。國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要指出,鼓勵發(fā)展鋁的深加工和新型鋁合金材料。20世紀末,鋁板帶箔的產(chǎn)品結構、檔次發(fā)生了重大變化,航空航天鋁合金板,高性能、高精度、高表面質(zhì)量的“高精尖”鋁板帶箔成為市場主導,但我國市場所需高檔產(chǎn)品仍靠進口,國家鋁加工業(yè)的發(fā)展面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。在此背景下,中鋁西南鋁板帶有限公司、西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司、中南大學、洛陽有色金屬加工設計研究院等單位共同完成了“鋁及鋁合金現(xiàn)代化熱連軋技術與工藝開發(fā)”項目。通過自主設計，引進、吸收、消化和集成創(chuàng)新,在我國建設了首條現(xiàn)代化鋁熱連軋生產(chǎn)線,實現(xiàn)鋁板帶箔加工裝備與技術的升級換代,引領國內(nèi)鋁現(xiàn)代化熱連軋短流程生產(chǎn)線建設潮流,推動我國鋁加工方式由粗放型向集約型的轉(zhuǎn)變。該項目總體技術達到國際先進水平，使我國鋁板帶加工技術水平跨入世界先進行列。2008年該項目獲國家科學技術進步一等獎。熱連軋是生產(chǎn)高檔鋁及鋁合金板帶產(chǎn)品的現(xiàn)代化裝備與技術。采用熱粗軋機和多機架熱精軋機串連的連軋方式生產(chǎn)鋁及鋁合金板帶產(chǎn)品,與單機架、雙機架傳統(tǒng)熱軋相比,不僅產(chǎn)品尺寸和形狀精度高，表面質(zhì)量優(yōu)良;而且生產(chǎn)的產(chǎn)能大,效率高,能耗低,成本低。本書介紹了鋁熱連軋技術發(fā)展的概況、設備組成及其技術特點,并以現(xiàn)代Alunorf鋁熱連軋生產(chǎn)線為例進行了說明;闡述了鋁熱連軋金屬流變、組織結構演變的基本原理、板帶材尺寸精度、凸度與平直度、表面質(zhì)量控制的原理以及控制模型及技術;闡述了鋁及鋁合金熱連軋板帶產(chǎn)品后續(xù)冷軋、退火過程中組織與織構的變化規(guī)律與機理,以及冷軋薄板成形性能的預測模型與控制方法。本書在總結國內(nèi)外同行及作者科研團隊研究成果的基礎上,重點在鋁熱連軋原理、控制模型基礎方面進行闡述,學術思想新穎,內(nèi)容豐富。本書涉及材料、機械、自動控制等多學科知識與技術,是一本系統(tǒng)論述鋁熱連軋原理與技術的著作。它不僅豐富了鋁合金塑性加工理論與技術,填補了鋁合金熱連軋書籍的空白;而且為進一步發(fā)展鋁熱連軋技術提供了參考,將對我國鋁加工工業(yè)的發(fā)展起到促進作用。左鐵鏞

內(nèi)容概要

　　本書包括10章內(nèi)容。第1章簡要介紹了鋁及鋁合金板帶產(chǎn)品的基本特點，國內(nèi)外鋁熱連軋技術的發(fā)展。通過對我國鋁板帶箔塑性加工裝備和產(chǎn)品質(zhì)量現(xiàn)狀的分析，論述了我國建設鋁熱連軋線的必要性和緊迫性。第2章介紹了鋁熱連軋生產(chǎn)線的設備配置及其特點，并且結合世界上產(chǎn)量最大、技術水平最先進的德國Alunorf鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線進行了說明。第3章闡述了鋁熱連軋的工藝基礎，包括金屬流動的基本規(guī)律，軋制溫度、軋制速度、變形程度及張力、潤?等工藝參數(shù)調(diào)控和確定的基本依據(jù)。第4章針對產(chǎn)品的高精度、高表面質(zhì)量和高性能要求的組織結構，論述了鋁板帶凸度、平直度的調(diào)控原理及調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡介了工藝模型的自適應。第5章介紹了鋁熱連軋溫度控制模型與技術。第6章介紹了厚度控制原理與技術。第7章介紹了凸度和平直度控制原理與技術。第8章介紹了表面質(zhì)量控制原理與技術。第9章介紹了鋁板帶微觀組織控制原理與技術。第10章介紹了鋁板帶冷軋、退火、成形等后續(xù)加工過程中組織結構、織構的演變原理與控制技術，以及成形性能的預測與調(diào)控技術等內(nèi)容。
　　該書結合對鋁熱連軋原理與?術介紹，編入了許多有關材料、機械、自動控制等學科的知識與研究成果，填補了目前金屬塑性加工領域鋁及鋁合金熱連軋書籍的空白，可供企業(yè)有關工程技術人員、高等院校有關師生和研究人員參考。

作者簡介

張新明，教授，德國亞琛工業(yè)大學金屬學及金屬物理博士，國務院學位委員會授予的博士研究生導師，中南大學材料加工工程國家重點學科首席教授，鋁973項目“高性能鋁材與鋁資源高效利用的基礎研究”首席科學家，中國鋁業(yè)高級技術顧問，2005-2010教育部材料科學與工程教學指導委員會委員、金屬材料工程與冶金工程專業(yè)教學指導分委員會副主任委員。2001年當選為白俄羅斯工程科學院院士，2002年當選為俄羅斯工程院院士和俄羅斯宇航科學院院士。從事鋁、鎂合金材料晶體學織構與微觀組織控制原理及制備技術研究30年，完成了國家“973”、國家“863”、總裝先進材料與制造技術預先研究、國防基礎科研新材料與應用、國際科研合作和國家自然科學基金重點項目等多項課題，解決了多種高性能鋁、鎂合金材料設計與制備加工的重大工程技術難題。獲國家科技進步一等獎各2項、二等獎1項；省部級科技進步一等獎5項、二等及三等獎2項；湖南省最高科技獎——光召獎、中鋁合作獎；2005年被評為湖南省優(yōu)秀教師。獲發(fā)明專利31項；發(fā)表論文327篇，被SCI檢索103篇，EI檢索222篇，在《ActaMetallurgica》、《ScriptaMaterialia》、《MetallurgicalandMaterialsTransactionsA》等金屬材料國際知名刊物發(fā)表論文80余篇。

書籍目錄

第1章　鋁熱連軋技術的發(fā)展
　1.1鋁及鋁合金板帶簡介
　1.2鋁板帶箔生產(chǎn)供坯方式
　1.3鋁熱軋技術的發(fā)展狀況
　1.4我國鋁板帶加工業(yè)概況
第2章　鋁熱連軋生產(chǎn)線設備配置及其特點
　2.1鑄錠銑床
　2.2推進式加熱(均熱)爐
　2.3軋機機組
　　2.3.1粗軋機組
　　2.3.2熱連軋機?組
　　2.3.3全自動數(shù)控軋輥磨床　　
　2.4 Alunorf鋁熱連軋生產(chǎn)線簡介
　　2.4.1熔鑄分廠
　　2.4.2帶鋸與銑床
　　2.4.3推進式加熱爐
　　2.4.4鑄錠的搬運系統(tǒng)
　　2.4.5半連續(xù)熱軋機
　　2.4.6雙機架冷連軋機
　　2.4.7高架倉庫
第3章　鋁熱連軋工藝基礎
　3.1　鋁熱連軋金屬流動基本規(guī)律
　　3.1.1　連軋常數(shù)
　　3.1.2連軋張力
　　3.1.3連軋中的前滑和后滑
　　3.1.4連軋中的推拉現(xiàn)象
　3.2熱連軋工藝參數(shù)
　　3.2.1軋制溫度
　　3.2.2軋制速度
　　3.2.3壓下制度
　　3.2.4連軋張力的確定及其調(diào)控
　　3.2.5　乳液
　　3.2.6輥形
　3.3　三種典型產(chǎn)品軋制工藝
第4章　鋁熱連軋凸度、平直度控制原理及工藝模型自適應
　4.1板形或平直度
　4.2精度控制目標
　4.3　凸度和平直度控制原理
　　4.3.1　調(diào)節(jié)系統(tǒng)
　　4.3.2離線模擬
　　4.3.3在線控凸、控平系統(tǒng)
　4.4鋁熱連軋機工藝模型自適應
　　4.4.1軋機設定系統(tǒng)概述
　　4.4.2批次間自適應
　　4.4.3鑄錠到?錠自適應
　　4.4.4道次到道次自適應
　　4.4.5自適應系統(tǒng)的估計算法
　4.5 Alunorf 2熱連軋線板凸度控制簡介
第5章　鋁熱連軋溫度控制
　5.1熱連軋溫度控制目標
　5.2熱連軋過程的溫度模型
　　5.2.1　熱連軋過程的熱量損失
　　5.2.2熱連軋過程軋件熱量計算
　　5.2.3精軋機組溫降簡化計算
　5.3熱軋帶坯溫度變化及調(diào)控
　　5.3.1調(diào)控溫度的手段
　　5.3.2典型溫控系統(tǒng)
　……
第6章　鋁熱連軋厚度控制
第7章　鋁熱連軋凸度和平直度控制
第8章　鋁熱連軋表面質(zhì)量控制技術
第9章　鋁熱連軋板帶的微觀組織控制
第10章　鋁熱軋板帶后續(xù)加工與成形性能
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：1.立輥軋機除了極個別熱連軋生產(chǎn)線未設立輥軋機外，現(xiàn)代鋁熱連軋生產(chǎn)線一般在粗軋機入口側配備有立輥軋機。軋件經(jīng)過立輥軋機側邊軋制以后，可以防止軋件邊緣產(chǎn)生鼓形和裂邊，限制軋件寬展并從一定程度上還可以調(diào)節(jié)板帶材的寬度規(guī)格，獲得寬度均勻、邊緣整齊的板材或帶材，降低金屬的消耗。另外，立輥軋機還有對中的導引作用，使板坯對準軋制線軋制。立輥軋機的配置主要考慮傳動方式、壓下方式和配置距離這三個重要的方面。立輥軋機的主傳動裝置包括主電機、主減速器和接軸等，一般采用交流變頻傳動。傳動方式分為上立式傳動、上臥式傳動和下臥式傳動三種，它們的特點如下：上立式傳動的主電機垂直安裝在軋機牌坊上方，主電機的傳動軸和立輥的傳動軸直接連接，不需要中間齒輪裝置；系統(tǒng)摩擦力小，傳動性能好，可采用液壓壓下方式。但是，由于設備總體高度大，導致廠房高度增加而基建投資大、設備維護檢修困難和換輥麻煩。上臥式傳動的主電機水平布置在機架上方，可采用液壓壓下方式。但是由于主電機和立輥傳動軸之間采用人字齒輪傳動裝置，設備維護檢修困難，換輥麻煩，系統(tǒng)摩擦力較大。下臥式傳動的主電機水平布置在地面下，設備維護檢修非常方便，換輥方便，設備造價較低，一般采用電動壓下方式。但是，同樣由于采用了人字齒輪傳動裝置，其傳動系統(tǒng)摩擦力大，系統(tǒng)響應速度慢，齒輪箱檢修不方便，工作環(huán)境衛(wèi)生條件差。立輥軋機的壓下方式主要有電動絲桿壓下和液壓壓下兩種方式，前者為傳統(tǒng)技術，系統(tǒng)響應速度慢，但穩(wěn)定性好；后者為較新技術，系統(tǒng)響應速度快，但穩(wěn)定性較差。一般鋁熱連軋生產(chǎn)線立輥軋機最大壓下量可達50mm，滾邊厚度一般都在100mm以上。采用立輥軋制時，當板坯寬度很寬時，立輥軋制壓下量與板寬的比值很小，變形區(qū)也很窄，塑性變形無法完全穿透整個橫向，只有靠近立輥的一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，即板坯側邊受壓，在橫向容易產(chǎn)生不均勻變形，因此立輥軋制壓下量不能太大。

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《鋁熱連軋原理與技術》是國家出版基金項目。

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