Steel billet heating is a critical step in the production process of a high-speed wire rod mill. Getting this stage right directly affects the quality, propriétés mécaniques, and surface finish of the final wire rod product. In modern high-speed wire rod mills—where rolling speeds can exceed 100 meters per second—the demands on billet temperature uniformity, précision, and control are more stringent than ever.
Why Temperature Control Matters in High-Speed Wire Rod Milling
In high-speed wire rod production, steel billets are typically rolled at speeds that leave little room for error. If the billet enters the first stand of the mill with uneven temperature distribution, it can lead to several serious issues:
- Uneven deformation during rolling
- Increased risk of surface cracks or internal defects
- Poor dimensional accuracy of the final product
- Difficulty in achieving target microstructure and mechanical properties
Because of these challenges, the heating process must ensure not only the correct average temperature but also precise control over the temperature profile along the entire length of the billet.
The Unique Challenge: Billet Length and Weight
Modern high-speed wire rod mills often use large billets—typically 150 mm × 150 mm or 160 mm × 160 mm en section transversale, avec des longueurs allant de 6 à 12 mètres et poids entre 1.5 à 3.5 tonnes. La taille même signifie que la dynamique du transfert de chaleur devient complexe. Les extrémités de la billette perdent de la chaleur plus rapidement que le centre, notamment lors du transfert du four de réchauffage vers les cages du dégrossisseur.
Pour compenser, les opérateurs chauffent intentionnellement les sections de tête et de queue de la billette légèrement plus chaudes que la section centrale. Cette technique, connue sous le nom de « profilage de température » ou « compensation d'extrémité », garantit qu'au moment où chaque segment atteint la première cage de laminage, ils arrivent tous à peu près à la même température de roulement.
Typical Heating Parameters for Steel Billets
Les paramètres de chauffage exacts dépendent de la nuance d'acier, mais des lignes directrices générales existent pour les aciers au carbone et faiblement alliés courants utilisés dans la production de fil machine. (par ex., SWRH82B, SAE1006, Q195, Q235).
| Nuance d'acier | Température de trempage cible (°C) | Décalage tête/queue (°C) | Écart d'uniformité de la température maximale | Type de four |
|---|---|---|---|---|
| Q195 / Q235 | 1180–1220 | +30 à +50 | ±15°C | Poutre de marche / Poussoir |
| SWRH62A / SWRH82B | 1150–1190 | +35 à +45 | ±10°C | Poutre de marche |
| SAE1006 / 1008 | 1200–12h30 | +30 à +50 | ±12°C | Poutre de marche / Foyer rotatif |
| 45# / 60# Acier au carbone | 1170–1210 | +40 à +50 | ±10°C | Poutre de marche |
Note: Le « décalage tête/queue » fait référence à la température à laquelle les extrémités sont chauffées par rapport au centre de la billette.. Ce décalage est essentiel pour contrecarrer les pertes de chaleur lors du transfert et du premier contact avec les rouleaux..
Common Defects from Poor Billet Heating
Lorsque le chauffage des billettes n’est pas correctement contrôlé, plusieurs défauts peuvent survenir, dont beaucoup sont irréversibles une fois le laminage commencé:
- Surchauffe: Le grossissement des grains se produit au-dessus des températures critiques (généralement >1250°C pour l'acier au carbone ordinaire), réduisant la ductilité et augmentant la sensibilité aux fissures.
- Brûlant: Oxydation irréversible le long des joints de grains lorsque les températures approchent du point solidus (~1300°C). Cela conduit à une défaillance catastrophique lors du roulement.
- Formation excessive de tartre: Des niveaux élevés d'oxygène ou des temps de trempage prolongés augmentent le tartre d'oxyde de fer, ce qui non seulement gaspille du matériau mais peut également provoquer des piqûres en surface sur le fil machine.
- Décarburation: Perte de carbone en surface à haute température, atmosphères oxydantes – particulièrement problématique pour les qualités à haute teneur en carbone comme le SWRH82B utilisé dans les câbles pour pneus ou les fils en béton précontraint.
- Torsion ou déformation: Une dilatation thermique inégale due aux gradients de température peut physiquement déformer les longues billettes, provoquant des problèmes de manipulation ou des dommages au rouleau.
Best Practices for Optimal Billet Heating
Les principaux producteurs de fil machine suivent ces stratégies éprouvées pour maintenir une qualité constante des billettes.:
1. Use Walking Beam Furnaces Where Possible
Les fours à poutres mobiles minimisent le contact des billettes avec les surfaces réfractaires, réduisant les marques de dérapage et assurant un chauffage plus uniforme du côté inférieur. Ils permettent également un zonage précis, généralement divisé en préchauffage, chauffage, and soaking zones—with independent temperature control.
2. Implement Real-Time Temperature Monitoring
Modern mills install infrared pyrometers at multiple points: furnace exit, avant le dégrossisseur, and sometimes even between stands. These sensors feed data to the process control system, enabling dynamic adjustments to furnace settings based on actual billet temperature—not just theoretical models.
3. Optimize Furnace Atmosphere
Maintaining a slightly reducing atmosphere (with controlled O₂ levels below 2%) helps minimize scale and decarburization. Some advanced plants use nitrogen injection or staged combustion to fine-tune the furnace chemistry.
4. Control Soaking Time Precisely
Soaking too long wastes energy and increases scale; too short leads to core-to-surface temperature differences. For a 150 mm billet, typical soaking times range from 40 à 70 minutes, depending on steel grade and furnace efficiency.
How Temperature Affects Final Wire Rod Properties
La température d'entrée dans le broyeur de finition influence directement la transformation de phase lors du refroidissement contrôlé sur les lignes de convoyage Stelmor ou similaires.. Par exemple:
- Une température de finition plus élevée (par ex., 950°C contre. 880°C) entraîne des grains de ferrite plus grossiers et une résistance à la traction plus faible.
- Une fenêtre de température étroitement contrôlée permet un espacement interlamellaire de perlite constant dans les qualités à haute teneur en carbone, essentiel pour les performances d'étirage..
- Pour les aciers microalliés (par ex., Nb- ou V-ajouté), un réchauffage précis évite la dissolution des précipités qui contribuent à la résistance via le durcissement par précipitation.
Ainsi, Le chauffage des billettes ne consiste pas seulement à rendre l'acier malléable : c'est la base pour obtenir la structure métallurgique souhaitée en aval..
Conseils pratiques pour les opérateurs
Si vous exploitez une usine de fil machine à grande vitesse, considérez ces recommandations testées sur le terrain:
- Always verify billet temperature with handheld pyrometers during shift changes or after furnace maintenance.
- Record head, middle, and tail temperatures for every 10th billet as part of quality assurance.
- Adjust end compensation based on ambient temperature—colder environments may require +5°C extra offset.
- Inspect scale thickness regularly; sudden increases may indicate burner imbalance or excess air in the furnace.
- Never skip billet descaling before rolling—even minor scale can embed into the surface at high speeds.
Getting steel billet heating right in a high-speed wire rod mill isn’t just about following a recipe—it’s about understanding the physics of heat transfer, metallurgy, and real-world production dynamics. When done correctly, it leads to smoother rolling, fewer breaks, better surface quality, and consistent mechanical properties batch after batch.
