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Introduction
Le Contrôle de la planéité du laminoir à froid à six hauteurs la technologie détermine en grande partie la qualité finale des bandes d’acier laminées à froid. En plus, les bandes laminées à froid servent de nombreuses industries clés telles que la construction automobile, appareils électroménagers et production chimique. Le marché actuel impose des exigences plus strictes en matière d’épaisseur et de planéité des bandes. Donc, les ingénieurs se concentrent fortement sur l'ajustement de la planéité et la pression de contact uniforme entre les rouleaux. Cet article analyse une configuration de profil de rouleau innovante pour le laminoir à six hauteurs.. En outre, il applique une simulation par éléments finis 3D pour révéler les liens entre les paramètres de planéité de la bande et la pression entre les rouleaux. Il fournit une assistance technique pratique pour la mise à niveau du processus de laminage à froid.
1. Types courants de laminoirs à froid à six niveaux & Contexte de la recherche
À l'heure actuelle, les lignes de laminage à froid continu nationales adoptent principalement deux séries typiques de laminoirs à six hauteurs. L’un est la couronne à variation continue (CVC) taper. L'autre est le moulin universel de la couronne. (UCM) taper. Le broyeur CVC s'appuie sur le déplacement axial de rouleaux intermédiaires avec des profils spéciaux pour réaliser un contrôle de planéité. Entre-temps, le broyeur UCM déplace les rouleaux intermédiaires d'un côté. Cette action élimine les zones de contact nocives et améliore la capacité de réglage des rouleaux de pliage.
De plus, l'usine UCMW prend en charge à la fois le déplacement des rouleaux intermédiaires et des rouleaux de travail. Il offre de meilleures performances de planéité, spécialement pour le contrôle des chutes de bords de l'acier au silicium et d'autres bandes spéciales. Pour cette raison, c'est devenu un sujet de recherche brûlant ces dernières années.
Les études antérieures sur les broyeurs UCMW couvrent principalement la couronne en bande, analyse de la chute des bords et de la pression entre les rouleaux. De nombreuses équipes de recherche optimisent les profils des rouleaux d’extrémité et améliorent l’uniformité de la pression. Un nouveau brevet propose une configuration de rouleaux combinés: rouleaux de secours à contact variable, rouleaux intermédiaires à cône unique et rouleaux de travail à cône unique. Cet article effectue une analyse approfondie basée sur cette solution brevetée.
2. Construire un modèle par éléments finis pour un système de laminoirs à froid à six hauteurs
Les chercheurs utilisent le logiciel Abaqus pour créer un modèle de simulation intégré en 3D. Le modèle couple la déformation élastique du système de rouleaux et la déformation plastique de la bande.. Chaque paramètre et chaque simplification suivent de près les conditions de production réelles.
2.1 Conception innovante de profil de rouleau avec fonctions trigonométriques unifiées
Rouleaux de sauvegarde, les rouleaux intermédiaires et les rouleaux de travail adoptent tous des courbes de forme trigonométrique. Cette méthode unifie la conception des profils de rouleaux et améliore la coordination entre tous les rouleaux.
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Rouleau de sauvegarde: Il utilise des profils symétriques empilés par courbe de base, courbe de contact variable et courbe de chanfrein. Il uniformise la pression entre les rouleaux et maintient des performances de planéité stables sur de longs cycles de service.
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Rouleau intermédiaire: Il applique un profil asymétrique mélangé à une courbe de base et une courbe de contrôle de planéité. Il renforce les effets d'ajustement en particulier pour les couronnes en bandes.
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Rouleau de travail: Il porte des profils asymétriques constitués d'une courbe de base et d'une courbe de contrôle de chute de bord. Il agit directement sur les bords des bandes et améliore considérablement les résultats du contrôle des chutes de bords..
2.2 Paramètres clés et simplification du modèle
Les paramètres de simulation copient les données d'exploitation réelles. La bande mesure 1 200 mm de largeur et 2,4 mm d'épaisseur et utilise les propriétés d'un matériau élastique-plastique. Les rouleaux suivent les hypothèses relatives aux corps élastiques pour calculer la flexion élastique et l'aplatissement élastique.. La force de roulement totale est de 13 000 kN. La force des rouleaux de flexion varie de 0 kN à 300 kN pour les rouleaux de travail et les rouleaux intermédiaires.
En outre, les développeurs profitent de la symétrie géométrique. Ils ne simulent que la moitié de l'ensemble complet des rouleaux. Cette configuration équilibre la vitesse de calcul et la précision des calculs. Les ingénieurs appliquent un maillage varié: maillages clairsemés pour les zones centrales du tonneau et maillages denses pour les régions de contact. Les maillages denses garantissent une sortie fiable pour les zones de contact critiques.
Les équipes définissent également des positions de référence claires et changeantes. Sw=0 signifie que les bords de la bande s'alignent sur les points de départ des courbes de chute des bords du rouleau de travail. Si=0 signifie que les bords de la bande correspondent aux points de départ des courbes de planéité des rouleaux intermédiaires. L'état de décalage négatif se produit lorsque les sections de bande entrent dans ces courbes de contrôle. Le statut de changement positif se produit dans des conditions opposées.
3. Analyse de planéité des bandes: Ajustement précis pour la chute de la couronne et du bord
La couronne et la chute des bords représentent les principaux indicateurs de planéité. Cette recherche applique C₄₀ pour le calcul de la couronne et E₁₀₀ pour le calcul de la chute de bord.. Il quantifie les influences causées par le déplacement des tâches, force de déplacement des rouleaux intermédiaires et de flexion des rouleaux.
3.1 Déplacement des tâches: Mesure de base pour le contrôle des chutes de bord
Le déplacement des rouleaux de travail crée des impacts non linéaires évidents sur la planéité de la bande. Le déplacement positif des rouleaux de travail augmente à la fois le bombé de la bande et la chute des bords. À une valeur de décalage de +80 mm, la couronne augmente de 7,7 % et la valeur de chute de bord augmente de 25,6 %. Au contraire, le déplacement négatif amène les profils d'extrémité de rouleau dans les zones de bord de bande. Il limite efficacement les défauts de couronne et de chute de bord. À une valeur de décalage de -80 mm, la couronne chute de 88,5 % et la valeur de chute de bord diminue de 91,2 %. Pour cette raison, le déplacement négatif des rouleaux de travail constitue la principale méthode pour réaliser un contrôle précis des chutes de bord.
3.2 Changement de rouleau intermédiaire: Outil supplémentaire pour l'ajustement de la couronne
Le changement de rouleau intermédiaire partage des tendances changeantes similaires mais se concentre sur des cibles différentes. Le déplacement positif du rouleau intermédiaire augmente les valeurs de couronne et de chute de bord. À une valeur de décalage de +40 mm, la couronne augmente de 20,4 % et la valeur de chute de bord augmente de 13,4 %. Son profil affecte principalement la zone centrale de la bande. Ainsi, il produit un ajustement de couronne plus fort mais un ajustement de chute de bord plus faible par rapport aux rouleaux de travail..
Lorsque les rouleaux intermédiaires passent à -40 mm, la couronne diminue de 40,7 % et la valeur de chute de bord diminue de 12,1 %. Les opérateurs peuvent combiner le déplacement négatif du rouleau intermédiaire avec le déplacement du rouleau de travail. Cette stratégie commune optimise ensemble les performances de la couronne et de la chute de carre..
3.3 Force de roulis en flexion: Capacité de réglage de planéité différenciée
La force de pliage et de roulis assure un contrôle auxiliaire de la planéité. Cependant, les rouleaux de travail et les rouleaux intermédiaires présentent d'énormes lacunes dans la capacité de réglage.
Le pliage des rouleaux de travail produit des effets puissants. Lorsque la force de roulage en flexion passe de 0 kN à 300 kN, la couronne de la bande passe de 30,5 μm à 24,6 μm (‑19,3%). La valeur de chute de bord passe de 31,1 μm à 19,5 μm (‑37,3%). Cela fonctionne particulièrement bien pour l’amélioration des chutes de bord.
Par contre, le pliage par rouleaux intermédiaires montre des performances limitées. Dans le même intervalle de force, la couronne ne baisse que de 6,6 % et la valeur de chute des bords ne baisse que de 9,3 %. Sa capacité d'ajustement atteint seulement un quart à un tiers de celle du pliage des rouleaux de travail. En production réelle, les travailleurs considèrent le cintrage par rouleaux de travail comme moyen principal et utilisent le cintrage par rouleaux intermédiaire pour des réglages mineurs.
4. Analyse de la pression de contact entre rouleaux: Donner la priorité à l’uniformité de la pression
La structure du broyeur UCMW déclenche facilement une pression de contact inégale entre les rouleaux. Une pression inégale raccourcit la durée de vie des rouleaux et nuit à la qualité de la planéité de la bande.. Cette étude adopte deux indices d’évaluation: pression de pointe (p_max) et coefficient de non-uniformité α. Ici α = (p_max‑p_avg)/p_max, et p_avg signifie pression de contact moyenne.
4.1 Le déplacement des tâches apporte une influence limitée sur la répartition de la pression
Les pics de pression apparaissent toujours au niveau des bords de contact entre les rouleaux d'appui et les rouleaux intermédiaires. Le déplacement des tâches ne modifie guère ce champ de pression. Dans la zone de contact entre les rouleaux intermédiaires et les rouleaux de travail, les pics de pression se concentrent aux emplacements des bords de la bande. Le déplacement positif des rouleaux de travail réduit les valeurs de pression sur le côté droit, pourtant, la pression maximale reste presque inchangée. Le coefficient de non-uniformité ne diminue que de 0.03. Le déplacement des rouleaux de travail peut donc à peine améliorer l'uniformité globale de la pression..
4.2 Le changement de rouleau intermédiaire améliore considérablement l'uniformité de la pression
Le déplacement des rouleaux intermédiaires génère des effets beaucoup plus évidents. La répartition de la pression entre les rouleaux d'appui et les rouleaux intermédiaires reste stable. En revanche, la zone de contact entre les rouleaux intermédiaires et les rouleaux de travail connaît des changements remarquables. À mesure que les rouleaux intermédiaires évoluent vers une direction positive, les valeurs de pression chutent sur le côté gauche et augmentent légèrement dans les zones centrales. La pression maximale et le coefficient de non-uniformité diminuent, avec α diminuant à peu près de 0.11. Cette mesure évite les pics de pression locaux brusques et protège efficacement les surfaces des rouleaux contre les dommages..
5. Conclusions de la recherche & Valeur d'application pratique
Basé sur les résultats de simulation de ce nouveau schéma de profil de laminoir à six hauteurs, nous tirons plusieurs conclusions clés pour l’optimisation du processus de laminage à froid.
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Déplacement des tâches, le déplacement des rouleaux intermédiaires et le cintrage des rouleaux de travail agissent comme des outils majeurs de contrôle de la planéité. Les opérateurs appliquent le cintrage par rouleaux intermédiaires uniquement pour un réglage fin auxiliaire.. Un fonctionnement coordonné permet d'obtenir une régulation précise de la planéité.
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Les modes de décalage négatif offrent une forte suppression des défauts de couronnement de bande et de chute de bord. Le déplacement négatif des rouleaux de travail domine le contrôle des chutes de bord. Le changement de rouleau intermédiaire négatif présente des avantages dans le réglage de la couronne.
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Le cintrage par rouleaux de travail offre une capacité de réglage 3 à 4 fois supérieure à celle du cintrage par rouleaux intermédiaires. Les équipes de production doivent donner la priorité aux paramètres de pliage des rouleaux de travail pour la correction de la planéité.
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Cette configuration de profil de rouleau évite les pics de pression importants pour les rouleaux de secours. Le déplacement des rouleaux intermédiaires uniformise davantage la pression entre les rouleaux intermédiaires et les rouleaux de travail. Il prolonge les cycles de service des rouleaux et réduit les coûts de remplacement des équipements.
Les aciéries peuvent adopter cette stratégie de contrôle combinée: déplacement négatif des rouleaux de travail plus déplacement négatif des rouleaux intermédiaires plus pliage des rouleaux de travail. Cette solution gère avec précision les valeurs du bombé de bande et de la chute de bord. En même temps, le déplacement des rouleaux intermédiaires optimise la répartition de la pression entre les rouleaux. Il améliore la qualité des bandes finies et réduit les pertes d'usure des rouleaux.. À l'avenir, le développement ultérieur de la simulation par éléments finis permettra une conception de profil de rouleau et un paramétrage plus précis. Cela pousse la fabrication d’acier nationale vers une meilleure qualité, une efficacité accrue et une consommation d’énergie réduite.
