冷轧带钢生产线技术解析

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1、冷轧带钢生产工艺中的常见问题1 、 冷轧的关键工序： 一为酸洗、 二为冷轧、 三为热处理、 四为平整。酸洗是为了去除对冷轧有害的原料钢卷表面上的氧化铁皮；冷轧是生产冷轧板带钢的关键工序；热处理在冷轧工序中有二个作用，一是消除冷轧带钢的加工硬化和残余应力，软化金属，改善塑性，以便于进一步进行冷轧或其它加工；二是改善组织结构，产生所需要的晶粒大小和取向；平整是精整工序中十分重要的工序，它可以改善带钢的性能，提高钢板的成形性能，提高钢带的平直度及改善钢板的表面状态。冷轧工艺的定义：轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状） ， 因受轧辊的压缩使材料截面减小， 长度增加的压力加工方法，这是生产

2、钢材最常用的生产方式，冷轧即是在常温下完成的轧制过程，其所使用的原料为热轧加工成的板带（卷） 。2、酸洗工艺带钢冷轧前必须酸洗，清洗其表面氧化铁皮，因为氧化铁皮在冷轧时会损坏轧辊表面，而导致带钢表面产生缺陷。通常热轧带钢表面氧化铁皮通常是3层结构：外层为Fe2O3（三氧化二铁），中层为Fe304（四氧化三铁），内层为Fe0（氧化铁）。先进的冷轧厂多采用高速运行的连续酸洗机组或推拉式酸洗。以连续酸洗为例，是将带钢连续地通过几个酸洗槽进行酸洗。为使作业线上过程连续，将前一个热轧带钢卷的尾部和后一个钢卷头部焊接起来，酸洗后带钢按需要的卷重、卷径切断带钢并收卷。连续酸洗机组除完成清除带钢表面氧化铁皮的

3、任务外，还有几个作用：(1) 用圆盘剪将带钢侧边剪齐。(2) 调节钢卷的质量，根据生产要求将大的热轧钢卷分成小卷， 或把几个小钢卷合并成一个大卷，以提高冷轧机的产量。(3) 检查并剔除对以后各工序有害的带钢表面缺陷。(4) 在酸洗好的带钢表面上涂上一层油，起防锈和润滑作用。2.1 连续酸洗机组根据工作性质分成3 段：入口段：上料、拆卷、带钢表面氧化铁皮破碎、矫正、剪头、剪尾、工整焊接；酸洗段：酸洗、冷热水洗以及烘干；出口段：剪切、涂油以及最后卷取(收卷) 。2.2 酸洗工艺酸洗段可以采用硫酸酸洗、盐酸酸洗两种方式，但由于盐酸酸洗具有更多的优点，所以我们以盐酸的酸洗机理来说明。盐酸溶液与氧化铁皮

4、的化学反应为：FeO + 2HCl = FeCl2 + H2OFe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O盐酸溶液能较快地溶蚀各种氧化铁皮，酸洗反应可以从外层往里进行。 盐酸酸洗是以化学腐蚀为主， 盐酸酸洗对金属基体的侵蚀甚弱。因此，盐酸酸洗的效率对带钢氧化铁皮的结构并不敏感，而且酸洗后的板带钢表面银亮洁净。酸洗反应速度与酸洗前带钢氧化铁皮的松裂程度密切相关。带钢连续盐酸酸洗与硫酸酸洗相比较，有下列优点：(1) 盐酸能完全溶解 3 层氧化铁皮， 因而不产生酸洗残渣。 而用硫酸酸洗时，就必须经常清刷酸槽，并中和这些黏液；硫酸不易除去压入板面的 Fe2O3 ，从而会产生相应的表面缺陷。

5、(2) 盐酸基本上不腐蚀基体金属， 这样， 经盐酸酸洗后板面平滑、 银亮，无酸洗痕迹，不会发生过酸洗；盐酸酸洗的铁损比硫酸酸洗低20；硫酸酸洗时，金属铁在酸液中溶解时会生成氢，氢扩散进入板面，会引起氢脆，而盐酸酸洗就很少产生这种缺陷。(3) 氧化铁很易溶解， 易于除去， 故不易引起表面酸斑， 这也是盐酸酸洗板面特别光洁的原因之一。 而硫酸铁因会形成不溶解的水化物，往往使板面出现酸斑。(4) 盐酸酸洗速率较高， 特别在温度较高时， 盐酸酸洗时间与硫酸相比有很大差别。(5) 废盐酸和清洗废液可以完全再生为新酸， 循环使用， 从而解决了废酸污染问题。因此，硫酸酸洗工艺已基本淘汰。2.3 带钢酸洗会产

6、生的缺陷和防止手段：普碳钢带经酸洗、水洗和干燥后，其表面应呈灰白色或银白色。但因操作不当、酸洗工艺制度和某些机械设备不良的影响，往往会造成带钢的不同缺陷。这些缺陷主要有：酸洗气泡、过酸洗、欠酸洗、锈蚀、夹杂、划伤和压痕等。这些缺陷占冷轧产品缺陷的 2 左右，其中主要是欠酸洗、过酸洗和酸洗气泡等。(1) 酸洗气泡。 酸洗气泡是由于酸与裸露的金属作用生成氢气所造成的。它在冷轧时会发生噼啪的爆炸声，它的外观特征是呈条状的小鼓泡，破裂后呈黑色细裂缝。经过轧制后，气泡裂缝会延伸扩大，致使产品的力学性能(冲击韧性 ) 降低。酸洗气泡产生的机理是：金属和酸产生化学反应时，生成了部分氢原子，它渗透到金属的结晶

7、格子中，并使其变形，变形后使氢更向金属内扩散， 其中一部分氢原子穿过金属并分子化， 从酸液中逸出，部分氢原子的分子化在晶格变形产生的 “显微空孔 ”边界上，或金属的夹杂及孔隙中进行，氢在空孔中的压力可达到很大值(几十兆帕 )，使金属中产生了引起氢脆的内应力。防止产生气泡的措施是：调整酸液的浓度；控制酸洗时溶液的温度和带钢表面平直状态等。(2) 过酸洗。金属在酸溶液中停留时间过长，使其在酸溶液作用下，表面逐渐变成粗糙麻面的现象称为过酸洗。过酸洗的带钢延伸性大大降低， 在轧制过程中， 很容易断裂和破碎，并且造成粘辊。过酸洗的带钢即使轧制成材也不能作为成品，因为它的力学性能大大降低了。产生过酸洗的原

8、因是：机组连续作业中断，使酸洗失去连续性，或因带钢断带处理时间过长等。防止措施是尽量密切全机组的操作配 合，保证生产正常进行。(3) 欠酸洗。钢带酸洗之后，表面残留局部未洗掉的氧化铁皮时称为欠酸洗。 欠酸洗的带钢 (或钢板 ) ， 轻者在轧制之后产品表面呈暗色或花脸状；严重时氧化铁皮被压入呈黑斑。此外，氧化铁皮的延伸性较差，故在轧制后因延伸不均使产品出现浪形或瓢曲等缺陷。有时铁皮可能牢固地贴附在轧辊表面，直接造成轧制废品增多等。造成欠酸洗的原因是：氧化铁皮厚度不匀，较厚部分的氧化铁皮需要 较 长 酸 洗 时 间 ， 同 时 其 中 的 Fe0 分 解 成 了 较 难 溶 解 的Fe2O3(Fe

9、3O4) ；带钢波浪度和镰刀弯较大，在酸洗过程中，起浪部分或弯起部分没有浸泡在酸液中通过，造成漏酸洗；酸洗前机械破鳞不完善，特别是带钢两边端铁皮未被破碎等。实际生产中欠酸洗多出现在带钢的头尾段和两侧边缘。根据实测数据，欲酸洗掉大块红色铁皮需要34倍的酸洗黑色氧化铁皮的时间，此时已洗掉铁皮的带钢将会形成过酸洗。因此处理欠酸洗的方法是：预先平整好板形，对于铁皮较厚，而面积又不大的带钢，可采用先局部酸洗一次，而后再过酸洗线的方法去锈。(4) 锈蚀。原料酸洗后表面重新出现锈层的现象称为锈蚀。锈蚀形成的原因是： 带钢 (钢板 )酸洗后表面残留少许的酸溶液， 或带钢清洗后没有达到完全干燥而使表面重新生锈。

10、此外，带钢在酸洗后于高温的清洗水中停留时间过长，也会产生锈蚀现象。带钢锈蚀处的钢板表面在轧制之后呈暗色，它促使成品在库存时再次锈蚀，从而降低成品材的表面质量，严重时使产品报废。防止锈蚀的措施是严格执行酸洗、 清洗操作规程， 及时给表面涂油，并应堆放在干燥的地方。(5) 夹杂。 带钢在酸洗后表面出现深陷的星罗棋布的黑点疵病称为夹杂。它是由于热轧时氧化铁皮被压入所形成的。这样的缺陷不可能采取酸洗法除去。当它经过冷轧后，黑点便扩展延伸呈黑色条状，大大降低了成品钢板的冲击性能。(6) 划伤。 带钢在机组运行过程中新出现的划伤， 是由于卷取辊、 弯曲辊的表面出现质硬的异物， 或带钢的浪形及折棱与导板成线

11、接触，或带钢在拆卷过程中拍打折头刮板等，使表面划出新的伤痕。另外也有部分伤痕出现在热轧后冷却和卷取的过程中。带钢的划伤可分为上表面划伤和下表面划伤。 划伤的原料经冷轧后，在成品带钢表面将形成宽而长的黑条。带钢划伤深度超过带钢厚度允许公差一半时，轧制后不能消除。防止划伤的措施是经常检查机组的滚动部件和导板，维护好设备。(7) 压痕。压痕是指带钢(钢板)表面呈凹下去的压迹。压痕形成的原因是：并卷焊时的焊渣没有吹净，被带钢带到拉辊上，而后在带钢表面压出了痕；拉辊在带钢表面滑动造成粘辊，使带钢表面造成压痕；热轧过程中压下失灵，突然压下停车，而后抬起压下轧制等。压痕深度超过带钢厚度允许偏差一半时， 冷轧

12、之后， 压痕不能消除。总之，上述带钢表面缺陷，只要精心操作，严格执行酸洗工艺制度和操作规程，及时检查和维修设备，是可以避免或减少的。3、轧制工序钢板的冷轧作为一种生产工艺，几十年来经过了多种演变，它由单机架非可逆单张轧制，到成卷可逆轧制，发展到多机架的全连续轧制。冷轧不同于其他的轧制方法，它是将冷坯在常温下进行轧制，与热轧相比，冷轧轧制时金属变形抗力很大。冷轧的道次压下率小，轧制设备要求也就特别高。冷轧能够轧制出高精度及性能优异的板带钢产品，其主要特点为：(1) 可以生产厚度较簿的产品(分为板带钢与箔材) ，板带钢厚度在0.10-4.0之间；宽度在600 2500之间；箔材厚度为 0.002-

13、0.2 毫米，宽度为 200-600 毫米。(2) 冷轧板带钢表面质量高， 不存在热轧常出现的麻点或压入的氧化铁皮等缺陷，同时还能根据用户的不同使用要求轧制出不同表面粗糙度的板带钢。(3) 能够保证产品的尺寸精确， 厚度均匀， 板型平直， 同板差不超过0.01-0.03 毫米，完全能够达到高精度公差的要求。(4) 冷轧产品的性能及金属组织能够满足一些特殊的要求，如对电磁、深冲性能的要求等。具有代表性的冷轧产品是：金属镀层簿板(包括热镀锌板带、电镀锌板带、电镀锡板带等) 、深冲钢板(以汽车板为典型) 、电工用硅钢板、彩涂钢板、不锈钢板及特殊的冷轧板带钢等。3.1 轧机分类冷轧带钢轧机可分为：二辊

14、式、四辊式、六辊式、及其他多种多辊式。随着市场对冷轧产品需求的迅速增长，冷轧生产从简单的单机架可逆轧制，向可逆式、多机架连轧发展。冷连轧生产工艺技术随之得到迅猛的发展。按照冷轧产品品种、规格，有三机架、四机架、五机架连轧机及以生产镀锡原板为主要品种的六机架连轧机等。最高轧制速度可达41 米/秒。目前五机架连轧机组使用最为广泛。而且连轧机的生产形式也在发生变化，从常规的连轧机组发展到全连续式冷连轧机组，即将带钢的头尾焊接在一起，进行 “无头轧制 ” ，使连轧机组的生产能力大幅度提高。3.2 冷轧工序中可能出现的问题及防止办法3.2.1 带钢跑偏在连续作业机组中，由于机组设备的安装精度、传动辊子的

15、磨损，特别是带钢板形等因素的影响带钢运行时往往会产生跑偏现象。带钢跑偏会影响带卷的质量，甚至损伤机组设备。因此，带钢跑偏控制是很重要的。减少带钢跑偏主要有以下4 个措施：(1) 保证机组设备的安装精度和传动辊子的良好表面形状。(2) 改善带钢板形，提高带卷质量。(3) 选择合适的机组工艺参数。 机组速度和张力对带钢跑偏有较大的影响，增加机组张力能改善带钢跑偏现象，提高机组速度则易产生带钢跑偏现象。(4) 机组中安装跑偏控制装置，控制带钢跑偏在一定范围之内。(5) 合适的前后张力调整和轧制速度调整。带钢跑偏控制装置一般有3 种形式：刚性机械导向装置、定心辊装置和自动校正装置。其中自动校正装置一般

16、由带钢位置检测系统和自动校正装置本体组成。带钢位置检测系统的主要作用是检测带钢跑偏位置，并转换成某种信号通知校正装置。常用的带钢位置检测系统，按其控制方式主要可分为气液控制系统和光电液控制系统两种形式。3.2.2 宽度及厚度偏差原料带钢宽度偏差是指带钢全长内偏离公称宽度的数值，实际生产中带钢宽度往往是中间窄两头宽，有时中间窄得剪不着边，两头宽得剪下的毛边超过了允许宽度。实践证明，带钢宽度超过最大允许偏差时，剪边过宽，入碎边剪后不易被剪断，往往造成碎边剪出现事故。相反，当带钢宽度过窄时，剪边过窄，在带钢中心出现偏离时，可能出现空过圆盘剪而造成空剪窄尺，当带钢在连续酸洗作业下运行时，往往会出现跑偏

17、事故。厚度偏差是冷轧工艺的大忌。由于轧制过程中轧件温度不均匀和张力波动，通常头部较尾部厚O.150.20mm；有时由于操作方面的原因，带钢某段出现一边厚一边薄，或一段厚一段薄的现象，或者出现带钢全长超厚现象， 这些都会给并卷焊接及冷轧造成困难。 因此，对于不同厚度的原料带卷，其厚度偏差都有具体的要求，例如带钢厚度小于 3mm 时，厚度偏差应为 O.20mm 。测厚装置的准确快速发应至关重要，安装有AGC 测厚仪的系统有着明显的效果。合理计算轧下道次、轧下量、轧制线速度也是防止出现偏差的有效手段，而且是冷轧工艺的核心技术。3.2.3 划伤原料表面出现超过厚度正负偏差一半深度的划条称为划伤。这种缺

18、陷在冷轧过程中不易消除，最终会导致成品板带降级。实践证明，当原料表面存在不大于厚度正负偏差一半的压痕、发裂、麻点、划伤、凸泡及轧辊网纹时，在40% 的冷轧压下率轧制后基本上都可以消除。3.2.4 边部或中部浪形原料存在边部和中部浪形，是热轧产品的缺陷。它往往是由于在热轧过程中两边或中间与两边压下量不均，轧件加热不均匀，而使纵向延伸不均匀造成的。使用具有这样缺陷的原料，是难以冷轧出高质量成品的。 特别是有这样缺陷的热轧带卷， 在连续机组上运行时，浪形下部表面往往出现新的划伤，如果浪形严重时，在剪边后还会出现多肉和卷取后出现端部松紧不同等缺陷，在冷轧过程中出现跑偏、轧皱和轧制不稳定等现象。3.2.

19、5 镰刀弯和S弯镰刀弯和 S 弯出现在热轧带钢中，它是指带钢中心线沿带钢长度方向出现的镰刀形和 S 形的变化。有镰刀弯和 S 弯的原料在连续机组和在冷轧机组轧制时，必然引起带钢跑偏，严重时造成断带事故。同时它们在圆盘剪上剪切时，往往不能保证带边均匀和取直，使带钢卷取时产生塔形，钢卷上下两端松紧不匀。产生镰刀弯和 S 弯的原因是，热轧过程中两边压下量不匀和加热温度不均。它属于无法消除的缺陷。为保证冷轧过程顺利进行，带钢的镰刀弯应符合技术标准的规定。有些镰刀弯是在纵剪分条后显现的， 其原因一般为应力分布不均匀，厚度误差不均匀等。3.2.6 塔形热轧带钢出现镰刀弯后，在卷取成卷时必然出现塔形。塔形钢

20、卷在吊运和在辊道上运送时，塔峰易窝折或卡出破口。当窝折的折角小于90 时，则必然被拉辊压成折叠。 当破口深度超过剪边宽度时， 破口则不能完全剪掉。 当带钢跑偏时可能在破口处被拉裂。塔形钢卷在连续作业线和轧制过程中，钢卷中心线不易始终对准作业线或轧制中心线，经常造成跑偏事故。3.2.7 扁卷扁卷是在以钢卷为原料时出现的一种缺陷。它是在过高温度下卷取后，在辊道上卧式放置运输时，吊卸不及时及钢卷互相冲撞挤压造成的。当扁卷的内径小于开卷机的锥体最小直径时，则扁卷只有被判废改作它用。3.3 冷轧过程必须采用工艺冷却和润滑实验表明，冷轧带钢的变形功约有 84%88%转变为热能，使带钢与轧辊的温度升高，故须

21、采用冷却措施。辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度下降，影响带钢的表面质量和轧辊寿命。辊温的升高和辊温分布不均匀会破坏正常的辊形，直接影响带钢的板形和尺寸精度。 同时， 辊温过高也会使冷轧工艺润滑剂失效（油膜破裂 ） ， 使冷轧不能顺利进行。3.4 冷轧辊使用注意事项冷轧辊是冷轧机组的核心。冷轧机的工作辊、支承辊都是用高级优质合金钢经特种冷热加工精制而成的。工作辊辊面硬度极高，硬化层深而均匀，心部硬度较低。辊颈的性能是承受高负荷和传递扭矩的最佳组合，而方身梅花头为调质组织，综合机械性能最好。辊肩按标准允许有软带。支承辊工况与工作辊不同，所以各部位的组织（性能）也不同于工作辊。工作辊与支承辊的硬度

22、匹配是很重要的参量，应视轧机型号，辊身直径及预轧材及预轧制工艺而有所不同。例如中240中90 四辊冷轧机组，用于冷带精轧时，工作辊硬度为HS88 93，支承辊 HS73 78 为宜，而用于不锈钢精轧时工作辊与支承辊的硬度比以 HS 9096 HS7580 为宜。 同时应保证轧制时润滑冷却到位。 修磨时应彻底清除（磨掉 ）工作辊和支承辊辊身表面的疲劳层。除此以外，使用冷轧辊还应注意以下几点。（ 1 ） 、在运输，保管及使用过程中严禁工作辊辊身碰撞；并应防止辊身局部快速升温和激冷；（ 2） 、高硬度辊正式轧制前应预热（40 80为宜 ）（ 3 ） 、为保证薄带的带型及质量和轧辊的安全，用户可依据工

23、作辊的直径，硬度情况，轧材特性和轧制道次，应至少有一支工作辊之辊身磨有一定的凸度。（ 4） 、 修磨时严防磨削烧伤（烧伤层彻底清除后方可使用 ） 。 用户可 选择适当材质的砂轮，并注意其粒度与硬度的匹配。每次进刀量不 大于0. 025mm,成品应达到 无花磨削”。而辐身的粗糙度要视轧制材质和道次而定。 过高的光洁度会引发严重的 “卡钢 ”从而导致片状剥落。此时应进行糙化处理。（ 5） 、 冷轧辊应每工作一段时间应及时修磨（含支承辊） ， 彻底清除其工作表面的疲劳层。此层深一般为 0 08015mm ，以消除疲劳剥落的裂源（ 6） 、 使用时要确保辊身， 辊颈的冷却 （尤其下辊 ） ， 润滑均匀

24、而到位。既可保证轧制平稳进行，又可减少剥落与断颈。（ 7） 、轴瓦 R 与辊颈 R 要吻合，防止轴颈处因热疲劳而产生裂纹。此裂纹扩展会导致断颈。（ 8） 、轧辊都有较好的耐事故性能，但也应正确使用。如不可空轧；停机要停冷却液；不要经常单边调整压下量， 以防发生 45o 角的扭断现象 （切尔诺夫断裂）等。（ 9） 、磨削烧伤（严重者磨时即起皮） ，卡钢（含粘钢） ，过度疲劳都易引发晶界裂纹，这些裂纹是导致辊身贝纹状剥落的起源，而使轧辊过早的报废。（ 10） ） 、新（高硬）旧 （低硬）工作辊的使用原则是：新辊适宜用于轧宽带、薄带和精轧； 旧辊适宜用于轧窄带、厚带和初轧。切不可高硬度用于开坯，低硬

25、度辊用于精轧，或先轧窄带后轧宽带。（ 11） 、有过寒冷工作经历的工作辊（尤其新辊） ，使用前应进行一次0180的回火处理，防止发生每年转暖后的辊损高峰。（ 12 ） 、轧制要清洁。防止叠轧或带入异物。4、退火工序带钢在冷轧后，晶粒被压扁、拉长、晶格歪扭畸变、晶粒破碎，使金属的塑性降低、强度和硬度增高，这种现象叫做加工硬化。其提高了钢的变形抗力， 给带钢继续冷轧带来困难。 为了消除加工硬化，大多数带钢必须在加工过程中进行再结晶退火 (软化退火或中间退火 ) 。退火是将带钢加热到一定温度保温后再缓慢冷却的工艺操作。退火的主要目的是：(1) 降低钢的硬度，消除冷加工硬化， 改善钢的性能， 恢复钢的

26、塑性变形能力。(2) 消除钢中的残余内应力，稳定组织，防止变形。(3) 均匀钢的组织和化学成分。再结晶退火(软化退火或中间退火) 时，将带钢加热到再结晶温度(碳钢一般为450500C)以上150200 J 保温一定时间，然后在空气或炉中冷却。再结晶退火时钢的内部组织变化过程，分为回复、再结晶和晶粒长大几个阶段。金属加工硬化后，处于组织不稳定状态，即处于高能状态， 因而它本身就有自发恢复变形前组织的倾向。 在回复阶段中，冷轧变形后形成无数的位错大部分密集在晶界上，随着加热过程的进行，金属内部原子活动能力增大，位错移动、合并或者重新排列，使晶格畸变减小，金属的应力可以消除，但是金属的力学性能较回复

27、前略有下降。当继续加热时，由于位错聚集在晶粒间界上，这些位错移动合并，并形成新的晶核，随着温度的继续升高，晶核逐渐长大形成新的晶粒。这时晶粒的畸变大大减小，原子排列规则，破碎的晶粒变成整齐的晶粒，长晶粒变成等轴晶粒，从而导致带钢力学性能恢复到加工前的状态，这就完成了再结晶过程。而以完全实现回复再结晶的温度称为再结晶温度。冷轧带钢的再结晶退火， 一般分慢速加热退火和快速加热退火两种。慢速加热退火一般用燃煤 （气）退火炉或罩式退火炉进行； 快速加热退火一般采用连续退火炉。但根据所生产带钢品种最终性能的不同要求，其退火工艺制度也各不相同，其它工艺有：扩散退火；完全退火；不完全退火；等温退火；球化退火

28、；去应力退火等。5 、平整 工序在冷轧带钢的生产工序中，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。平整实际上是一种小压下率（1 %5%）的二次冷轧。平整的目的是：（1） 使带钢具有良好的板形和较低的表面粗糙度；（2） 改变平整压下率，可以使带钢的力学性能在一定幅度内变化，以适应不同用途的要求（例如，制造罐头顶、底的镀锡板在硬度与强度方面的要求就高于筒壁用材） ；（3） 对于深冲用板带钢， 经小压下率平整后还能消除或缩小屈服平台 ( 指强度试验曲线上的水平区段) 。冷轧后的平整，多在单机座四辊平整机上进行，对于表面质量和板形要求较高的薄带钢，也有在双机座四辊平整机上进行的。平整机组的设备与冷轧机组类似。