Los rodillos son componentes centrales esenciales y consumibles de todos los equipos de laminación.. Desempeñan un papel vital en la producción de laminados tanto metalúrgicos como no metalúrgicos.. Con el rápido desarrollo de la industria del acero., La producción anual de acero de China ha superado 800 millones de toneladas. Mientras tanto, Mejorar los estándares de calidad para la industria automotriz., Los productos mecánicos y de fabricación de alta gama plantean requisitos más estrictos para la precisión dimensional del acero., acabado superficial y rendimiento mecánico. Estos cambios exigen aún más tecnología avanzada de fabricación de rodillos y procesos de tratamiento para los rodillos del laminador..
El consumo de rollos por tonelada de acero actúa como indicador clave para evaluar la calidad de fabricación de rollos.. El consumo medio de rollos metalúrgicos de producción nacional alcanza los 2,46 kg por tonelada de acero.. Esta cifra es mucho más alta que el estándar internacional avanzado de 1 kg por tonelada.. Por esta razón, La mayoría de las grandes acerías nacionales dependen en gran medida de rodillos importados de alto rendimiento.. Algunas grandes empresas siderúrgicas gastan más 200 millones de RMB en adquisiciones en rollo cada año. Los rollos importados representan 70% del volumen total de compra, mientras que los productos nacionales sólo ocupan 30%. Esta brecha refleja claramente el atraso de la industria de fabricación de rollos de alta gama de China.. Por lo tanto, La optimización de la tecnología de fabricación de rollos y del proceso de tratamiento se ha convertido en una tarea central para mejorar la industria nacional de laminación de acero..
1. Tecnología de fabricación de rollos convencionales
Según la estructura del material del cilindro giratorio., núcleo enrollado y cuello enrollado, Los rollos industriales se dividen en rollos integrales y rollos compuestos.. La tecnología convencional de fabricación integral de rollos incluye principalmente procesos de fundición y forjado.. La tecnología de fundición abarca la fundición integral., fundición por desbordamiento y fundición centrífuga.
1.1 Tecnología de fundición integral
Los rodillos de fundición integrales adoptan una estructura de molde integral que consta de un tubo ascendente, cuello enrollado superior y cuello enrollado inferior. Los fabricantes utilizan principalmente cajas de arena circulares y moldes de arena seca para la producción.. El cilindro giratorio requiere un enfriamiento rápido., por lo que los trabajadores aplican revestimiento metálico y revestimiento de superficie y adoptan el modo de fundición por vertido inferior.
Sin embargo, Los rodillos fabricados mediante fundición integral tienen una baja tenacidad del núcleo.. No pueden adaptarse a las condiciones de trabajo de los trenes de laminación de alta velocidad y cargas pesadas., por lo que sólo se aplican a líneas de producción de laminación ordinarias de baja demanda..
1.2 Tecnología de fundición por desbordamiento
La tecnología de fundición por desbordamiento mejora el defecto de baja tenacidad del núcleo de los rodillos de fundición integrales. El proceso de producción sigue un modo de vertido de dos pasos.. Los trabajadores primero vierten metal fundido para la capa de trabajo del rollo.. Después de llenar completamente el molde, hacen una pausa durante un cierto período y luego vierten el núcleo de metal fundido.
El metal central recién inyectado expulsa el metal central no solidificado a través de ranuras de desbordamiento.. Los trabajadores bloquean los puertos de desbordamiento una vez que el molde está completamente lleno. Este método optimiza eficazmente la estructura interna y mejora significativamente la dureza del núcleo de los rollos terminados..
1.3 Tecnología de fundición centrífuga
La fundición centrífuga admite modos de vertido vertical y horizontal.. En comparación con la fundición integral y la fundición por desbordamiento, Esta tecnología de fabricación de rollos y proceso de tratamiento tiene ventajas integrales destacadas.. Mejora enormemente el rendimiento del metal fundido y ahorra materias primas de aleación..
La fuerza centrífuga hace que la capa de trabajo del rollo forme una estructura densa y uniforme.. Optimiza la calidad de la superficie del rollo., mejora la resistencia general del rollo y extiende la vida útil. Además, esta tecnología presenta una operación simple, alta eficiencia de producción y control de calidad estable. Actualmente, la mayoría de las fábricas de rollos nacionales adoptan la fundición centrífuga como proceso de producción principal para los rollos compuestos..
1.4 Tecnología de forja
La tecnología de forjado produce rollos integrales de alta calidad sin defectos en la capa de unión compuesta. El proceso completo incluye la fundición de lingotes pequeños., refundición de electroescoria, forja formando, desbaste con tratamiento de precalentamiento, Tratamiento térmico y mecanizado de acabado..
Los rodillos forjados tienen una estructura interna uniforme y una excelente tenacidad.. Pero todo el proceso de fabricación es complicado y los costes de producción son elevados.. Solo es adecuado para fabricar rollos de precisión de alta gama con estrictos requisitos de rendimiento..
2. Tecnología avanzada de fabricación de nuevos rollos
Para mejorar aún más la resistencia al desgaste por rodadura, fuerza y dureza, Se han promovido ampliamente nuevas tecnologías de fabricación de compuestos en la producción de rollos.. Estos procesos innovadores superan las limitaciones de rendimiento de los rodillos de forja y fundición convencionales..
2.1 Compuesto de colada continua (Partido Comunista de China) Tecnología
La tecnología CPC utiliza un mandril de acero forjado como núcleo del rodillo.. Los trabajadores cubren la superficie del mandril con fundente y precalientan la superficie mediante bobinas de inducción.. Luego se vierte metal fundido como capa de trabajo entre el mandril y el dispositivo de bobina de inducción intermedia..
La bobina de inducción mantiene el metal fundido a una temperatura constante para lograr una unión metalúrgica estrecha con el núcleo.. Una pequeña cantidad de material del núcleo se funde durante la unión para formar una capa de transición estable.. Los trabajadores deben controlar estrictamente el volumen de fusión para evitar la contaminación del material de la capa de trabajo.. La velocidad de descenso del mandril determina la calidad de la unión y la eficiencia general de la producción., por lo que la tecnología CPC tiene una capacidad de producción relativamente baja.
2.2 Fundición de electroescoria (ESR) Tecnología de superficies
La tecnología ESR utiliza el calor de resistencia generado por la corriente que pasa a través de la escoria fundida para fundir materiales metálicos.. Los espacios en blanco en rollo procesados mediante refundición de electroescoria no requieren forja. Completan directamente el recocido., procesamiento mecánico, Tratamiento térmico y acabado para formar rollos terminados..
Similar a la tecnología CPC, ESR sustituye el calentamiento por inducción por calentamiento por electroescoria. Precalienta y limpia la superficie del mandril sin fundente previo.. La agitación del metal fundido bajo electroescoria promueve la formación de una capa de unión uniforme. Es necesario un control estricto del proceso para evitar la contaminación del material., lo que limita su eficiencia de producción.
2.3 Metalurgia de polvos + Prensado isostático en caliente (CADERA) Tecnología
Esta nueva tecnología compuesta fija un eje de acero forjado dentro de un contenedor sellado lleno de polvo metálico.. Todo el dispositivo realiza prensado isostático en caliente a alta temperatura y alta presión.. El polvo de metal se comprime para 75% del volumen original y forma una estructura de rollo compuesta densa.
Este proceso crea una capa de unión libre de defectos de altísima calidad.. Sin embargo, Requiere equipo HIP profesional a gran escala.. El costo del equipo es alto., por lo que no puede adaptarse a la producción de rollos de gran tamaño y solo se aplica a rollos pequeños y medianos de alta precisión..
2.4 Tecnología de formación por pulverización
La tecnología de formación por pulverización comparte principios similares con la metalurgia de polvos.. Utiliza la aceleración de un gas inerte para formar ondas oscilantes y atomizar el metal fundido en finas gotas.. Estas gotas se rocían sobre la superficie del receptor y se solidifican rápidamente para formar capas de trabajo en rollo..
La solidificación de las gotas depende de la convección térmica durante el vuelo y de la conducción térmica después de la deposición.. Los trabajadores controlan la forma de la superficie de deposición para garantizar la calidad general.. La deposición final tiene dos estados.: precipitación granular y no granular.
El control preciso del equipo mantiene las gotas en un estado semisólido durante la colisión.. La fase líquida forma una capa de pasta uniforme., mientras que las partículas sólidas se dispersan y se unen firmemente. El rodillo terminado tiene una microestructura densa sin segregación y un tamaño de grano más fino que los rodillos fundidos tradicionales..
2.5 Compuesto de metal líquido de electroescoria (ESLM) Tecnología
La tecnología ESSLM es un proceso innovador y eficiente que se completa en un molde de cobre personalizado refrigerado por agua.. Los trabajadores colocan el eje del núcleo del rollo en el molde e inyectan acero fundido a través del espacio entre el eje del núcleo y la pared del molde..
El molde de cobre refrigerado por agua solidifica el metal fundido exterior para formar una capa compuesta.. También actúa como electrodo no consumible para proporcionar calor eléctrico estable a la piscina de escoria.. Una capa delgada del eje central se funde y fusiona con la capa exterior de metal inyectada para formar una capa de unión metalúrgica sin costuras..
Todo el proceso admite el vertido continuo y el conformado segmentado.. Su eficiencia de producción es decenas de veces mayor que la tradicional refundición de electroescoria.. Lo más importante, ESSLM admite el conformado compuesto de materiales especiales, incluido el hierro fundido., acero de alta velocidad, acero para herramientas, acero inoxidable y aleación a base de níquel. Puede procesar materiales que no se pueden formar mediante el trabajo tradicional en frío y en caliente..
Actualmente, La tecnología ESSLM fabrica nuevos rodillos compuestos de acero de alta velocidad con elementos formadores de carburo totales que superan 25%. Estos rollos tienen múltiples vidas útiles mejoradas., Excelente resistencia a la fatiga térmica y resistencia integral a la corrosión..
2.6 Carburo fundido (CIC) Tecnología de rollo compuesto
La tecnología de rodillos combinados CIC integra anillos de rodillos de carburo cementado y cuerpos de rodillos de hierro dúctil mediante unión metalúrgica de fundición de una sola pieza.. El par se transfiere uniformemente a través de la capa metalúrgica interna., lo que minimiza la tensión del anillo del rodillo de carburo.
En comparación con los rodillos mecánicos fijos de carburo, Los rollos compuestos CIC tienen una mayor estabilidad estructural y capacidad de carga.. Muestran ventajas de aplicación más destacadas en escenarios de producción de laminación a gran escala y de alta intensidad..
3. Proceso de tratamiento de superficies en rollo
Los rollos soportan flexión continua., Cargas de fricción e impacto durante la operación de rodadura.. Las principales formas de falla incluyen desgaste superficial y descamación.. De este modo, Las superficies de los rodillos requieren alta resistencia., dureza, resistencia al desgaste y límite de fatiga. Estos indicadores clave de rendimiento dependen tanto de la calidad del material del rollo como de la tecnología de fabricación y el proceso de tratamiento profesional del rollo.. Las principales tecnologías de tratamiento de superficies incluyen el enfriamiento general., enfriamiento por inducción, emerger, pulverización térmica, Soldadura por pulverización térmica y modificación de superficies con láser..
3.1 Proceso de enfriamiento general
El enfriamiento general calienta uniformemente todo el rollo hasta la temperatura de austenización para un enfriamiento integral. Los trabajadores envuelven los cuellos enrollados con materiales de aislamiento térmico para conservar la dureza original.. Este proceso genera una alta tensión de compresión residual en la superficie del rollo..
Sin embargo, Tiene defectos obvios como una capa endurecida poco profunda., Fuerza de matriz débil y mala resistencia a accidentes.. Sólo es adecuado para el tratamiento de refuerzo de superficie de rodillos de baja carga ordinarios..
3.2 Proceso de enfriamiento por calentamiento por inducción
El enfriamiento por calentamiento por inducción utiliza campos magnéticos alternos de alta frecuencia para un calentamiento continuo de dos etapas. Calienta rápidamente la superficie del rodillo por encima de la temperatura crítica y forma una estructura de martensita después de un enfriamiento rápido..
Las bobinas de inducción de frecuencia eléctrica y de frecuencia intermedia coincidentes garantizan una profundidad y temperatura de calentamiento uniformes.. Las acerías nacionales adoptan ampliamente equipos de enfriamiento de doble frecuencia OSB belgas y máquinas de enfriamiento de acero especial Beiman de desarrollo propio.
Esta tecnología solo calienta la capa superficial poco profunda., mientras la temperatura interna del rollo permanece baja. No puede formar una capa endurecida completamente uniforme., lo que limita su mayor popularización y aplicación..
3.3 Proceso de superficie
El revestimiento de superficies es un proceso común de reparación y refuerzo de rollos.. Funde materiales metálicos mediante soldadura eléctrica o soldadura con gas y los apila sobre la superficie desgastada del rollo para restaurar el tamaño y la resistencia al desgaste..
Este proceso puede mejorar eficazmente la dureza de la superficie del rodillo., pero tiene desventajas que incluyen un funcionamiento complejo, Baja eficiencia de producción y altos requisitos técnicos para los trabajadores.. Además, Las capas superficiales producen fácilmente defectos como poros., grietas e inclusiones de escoria, que afectan la vida útil del rollo.
3.4 Proceso de pulverización térmica
La pulverización térmica pulveriza materiales de aleación fundidos o semifundidos sobre la superficie del rodillo a alta velocidad.. Forma un recubrimiento compuesto mecánico o micrometalúrgico.. El revestimiento tiene una baja fuerza de unión con el sustrato y contiene huecos internos y tensiones residuales..
Estos defectos reducen la tenacidad y la maquinabilidad del rollo.. Mientras tanto, La pulverización térmica tiene una baja tasa de utilización de material y ciertos riesgos para la salud de los operadores..
3.5 Proceso de soldadura por pulverización térmica
La soldadura por pulverización térmica optimiza y mejora el proceso de pulverización térmica.. Realiza un tratamiento de refundición secundario sobre el recubrimiento pulverizado.. El polvo de aleación autofundente se funde completamente y se infiltra en la superficie del sustrato para formar una unión metalúrgica estrecha..
Este proceso compuesto integra las ventajas de la pulverización de aleaciones y el revestimiento de superficies metálicas.. Resuelve los problemas de baja fuerza de unión y baja dureza de las capas de pulverización térmica.. Los materiales en polvo de alta aleación confieren a la capa de soldadura por pulverización una resistencia especial al desgaste y a la corrosión que las capas de superficie ordinarias no pueden lograr..
3.6 Proceso de modificación de superficies con láser
La modificación de la superficie con láser utiliza rayos láser de alta densidad de energía para calentar instantáneamente la superficie del rollo y lograr la reorganización de la microestructura y la optimización del rendimiento.. Incluye endurecimiento por transformación de fase láser., fusión por láser, revestimiento láser, Aleación por láser y texturizado por láser..
Esta tecnología avanzada presenta una alta precisión de procesamiento., Microestructura reforzada refinada y pequeña deformación térmica.. Forma una capa reforzada discreta y flexible con dureza y tenacidad equilibradas.. Mejora eficazmente la dureza de la superficie del rollo., resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga, y extiende en gran medida la vida útil de los rodillos del laminador..
4. Conclusión
Con la mejora continua de la tecnología metalúrgica., La tecnología de fabricación de rollos y el proceso de tratamiento han logrado un rápido desarrollo iterativo.. Fabricación de rollos nacionales y R.&Las capacidades D han logrado avances notables en los últimos años.. Sin embargo, Todavía existe una clara brecha en comparación con los niveles avanzados internacionales en la fabricación de rollos compuestos de alta gama y el tratamiento superficial de precisión..
En el futuro, instituciones de investigación científica, Las empresas manufactureras y las acerías deben cooperar estrechamente.. La optimización continua de la tecnología de conformado de compuestos en rollo y los procesos inteligentes de tratamiento de superficies ayudarán a reducir la brecha internacional., mejorar el nivel de fabricación de rollos nacionales, y proporcionar componentes centrales de alta calidad para el desarrollo de alta calidad de la industria del laminado de acero..
