Au cours des dernières années, de multiples améliorations techniques, notamment l'optimisation du processus du laminoir et l'amélioration des performances du dispositif de laminage, ont efficacement augmenté la dureté des rouleaux, résistance aux fissures thermiques et résistance aux chocs. Ces mesures réduisent la consommation des rouleaux et prolongent considérablement leur durée de vie.. Cet article analyse principalement les défaillances typiques des rouleaux dans la production de bandes étroites à chaud.: écaillage irrégulier au centre des rainures des rouleaux, fissures dans les anneaux de roulement et défauts de piqûres sur les rainures des rouleaux, et propose des solutions ciblées et optimisées de refroidissement des rouleaux adaptées aux conditions réelles de la ligne de production. L'équipement de refroidissement optimisé et le système d'alimentation en eau améliorent considérablement l'efficacité du refroidissement des rouleaux.. Entre-temps, anneaux de roulement élargis de manière appropriée, la sélection des matériaux de rouleau appropriés et l'adoption de dispositifs auxiliaires adaptés peuvent éliminer efficacement les défauts de fissuration et d'écaillage.
Ce système d'optimisation intégré peut éliminer le pelage irrégulier des blocs au milieu des rainures des rouleaux., résoudre les fissures des anneaux de roulement et les piqûres de surface, et augmenter l'efficacité globale de fonctionnement stable des rouleaux.
Les rouleaux sont des équipements essentiels dans la production métallurgique. Contact direct avec les flans d'acier, les rouleaux déforment les ébauches sous la pression de laminage pour fabriquer des produits en acier répondant à des normes de qualité spécifiées. Donc, les rouleaux nécessitent une résistance exceptionnelle à la fatigue et à l’usure. Avec une demande croissante du marché pour les produits en acier laminé, une consommation excessive de rouleaux fait grimper les coûts de production d'année en année. Dans ce contexte, comment augmenter la productivité du roulement, Réduire la fréquence de remplacement des rouleaux et prolonger la durée de vie des rouleaux est devenu une préoccupation majeure dans l'industrie métallurgique..
Les rouleaux fonctionnent dans des conditions de service difficiles: haute température, forte pression, alternance de cycles chaud-froid et abrasion du tartre d'oxyde de fer. Les barillets de chaque support de broyeur supportent des contraintes mécaniques combinées, friction, contraintes thermiques et charges d'impact, qui déclenchent facilement l'usure, fissuration et effritement et raccourcit considérablement la durée de vie des rouleaux. En tant que composant essentiel des laminoirs, les rouleaux impliquent des coûts d’approvisionnement élevés, et la consommation de rouleaux est un indice économique vital directement lié au coût total de production.
1 Importance de prolonger la durée de vie des rouleaux
Les rouleaux sont des composants de travail à forte consommation qui effectuent en permanence une déformation plastique du métal dans les laminoirs., représentant une grande proportion des dépenses totales de production. Un système complet de gestion des rouleaux permet aux opérateurs de suivre l'état complet du service et le cycle de vie de chaque rouleau.. Adaptation et application standardisées des rouleaux, Le contrôle rationnel de la surépaisseur de broyage réduit les dommages dus à la fatigue des rouleaux, assurer un fonctionnement stable du broyeur, prolonger la durée de vie des rouleaux et réduire les temps d'arrêt imprévus pour le remplacement des rouleaux. Ces améliorations augmentent la productivité des lignes de laminage et les avantages économiques. Un système de gestion des rouleaux solide et des procédures de gestion standardisées sont des facteurs essentiels pour réduire les coûts de production des rouleaux et prolonger la durée de vie des rouleaux..
Un personnel dédié doit être affecté à la gestion des rouleaux avec un système de suivi complet du cycle de vie des rouleaux. Des dossiers complets doivent être conservés pour l’inspection à l’entrée de l’entrepôt de rouleaux, demande d'appariement, détection de fissures et retrait anormal des rouleaux. La surveillance systématique de l'ensemble du processus de l'état de service des rouleaux et de la trajectoire d'utilisation est essentielle pour réduire la consommation des rouleaux et prolonger leur durée de vie..
2 Défauts courants des rouleaux en production
2.1 Écaillage irrégulier au centre des rainures des rouleaux
Une teneur excessive en cuivre dans la composition chimique des rainures des rouleaux est la principale cause d'un effritement central irrégulier.. Lorsque la zone centrale des rainures des rouleaux est chauffée, le cuivre migre continuellement sur la surface intérieure de la paroi de la rainure. Le cuivre présente un point de fusion bas, ce qui réduit considérablement la plasticité à chaud de la surface du rouleau et initie des microfissures en surface. Ces fissures se dilatent et se propagent avec une migration continue du cuivre, provoquant finalement un effritement irrégulier des blocs.
Prenons l'exemple du laminage à chaud de bandes étroites, une supervision inadéquate sur site permet aux opérateurs de finition d'ajuster arbitrairement le tonnage de laminage pour chaque rainure, conduisant à une usure incohérente dans les différentes rainures des rouleaux. Pendant le reconditionnement des rouleaux, les microfissures résiduelles ne peuvent pas être complètement éliminées en tournant. Lorsque le rouleau retravaillé est remis en production, les microfissures se dilatent rapidement et s'interconnectent en fissures macroscopiques, entraînant un écaillage du métal des rainures.
2.2 Fissuration de l'anneau de roulement
Les anneaux de roulement supportent des contraintes d'assemblage superposées, contrainte thermique et contrainte de roulement pendant la production. La contrainte de traction tangentielle au niveau du diamètre intérieur des anneaux de laminage atteint un niveau élevé lors du laminage, et les anneaux de roulement mono-matériau ne peuvent pas offrir une longue durée de vie. La concentration de contraintes locales combinée à d'autres contraintes alternées déclenche facilement des dommages irréversibles par fissuration des anneaux de roulement..
2.3 Défauts de piqûres sur les rainures des rouleaux
Piqûres (également connu sous le nom d'imperfections localisées) est un défaut de surface répandu caractérisé par des, surfaces de rainures inégales. Les défauts de piqûres apparaissent en bandes continues, taches partielles ou taches éparses. Des piqûres mineures sont autorisées tant que leur profondeur ne dépasse pas la tolérance d'épaisseur du produit.. Les principales causes profondes des piqûres sont énumérées ci-dessous:
- Passe de finition ou rainures de passe intermédiaire usées, ou des calamines d'oxyde de fer fragmentées incrustées sur les surfaces des rouleaux;
- Oxyde de fer fragmenté pressé et pelé sur la surface du matériau laminé;
- Érosion chimique sur la surface du rouleau;
- Forte oxydation superficielle des ébauches d'acier lors du réchauffage.
2.4 Fracture du rouleau
Impacts, fouetter la queue, le blocage de l'acier et d'autres incidents de production anormaux génèrent des fissures internes et superficielles ainsi que des points faibles sur les rouleaux. Ces défauts perturbent gravement la stabilité du roulement et raccourcissent la durée de vie des rouleaux. De graves fissures pénétrantes provoquent un effritement prématuré des rouleaux sur une grande surface et forcent un retrait anticipé des rouleaux..
3 Analyse des causes profondes des pannes de rouleaux
Les défauts des rouleaux proviennent de plusieurs facteurs: opération manuelle incorrecte, performances de refroidissement insuffisantes, paramètres de processus de laminage déraisonnables et défauts inhérents à la qualité des matériaux des rouleaux. Un refroidissement inadéquat ou inadapté crée des différences de température drastiques sur les surfaces des rouleaux, induisant une contrainte thermique qui accélère l’écaillage de la surface. Une température de rouleau excessivement élevée dégrade la résistance du rouleau et la résistance à l'usure., déclenchement de l'éclatement du sillon, éclatement du métal, fissuration thermique et même rupture complète des rouleaux.
D'autres facteurs de défaillance incluent une sélection inappropriée de matériaux de rouleaux qui ne correspondent pas aux nuances d'acier laminé et aux processus de production., ainsi que les erreurs de l'opérateur telles que le bobinage de l'acier et l'empilement de stocks, ce qui conduit à l'éclatement du sillon, écaillage du métal et rupture des rouleaux.
Inclusions métalliques fragiles à l'intérieur des flans d'acier (SiO₂, Al₂O₃, impuretés silicatées) réduit également considérablement la durée de vie des rouleaux. Le niveau de danger varie en fonction de la quantité d'inclusion, taille et morphologie: une fraction volumique plus élevée et une taille de particule plus grande entraînent des dommages plus graves, inclusions particulièrement angulaires et à arêtes vives.
4 Contre-mesures techniques optimisées
4.1 Mettre à niveau les dispositifs de refroidissement des rouleaux
L'optimisation de l'équipement de refroidissement améliore l'efficacité de l'utilisation de l'eau de refroidissement et les performances de dissipation thermique pour prolonger la durée de vie des rouleaux.. La chaleur de masse s'accumule pendant le roulement, un refroidissement continu est donc nécessaire pour stabiliser la température des rouleaux, prolonger les cycles de changement de rouleaux et garantir une température de traitement contrôlée. Le système de refroidissement des rouleaux se compose de réservoirs d'eau de refroidissement primaire et secondaire. L'eau de refroidissement primaire est pulvérisée axialement à travers des fentes vers la zone de roulement pour la lubrification et le refroidissement des tubes en cuivre.. Le refroidissement secondaire abaisse rapidement la température du tube, empêche l'air de pénétrer dans le manchon roulant et évite l'oxydation du tube en cuivre. Des anneaux de pulvérisation d'eau sont adoptés pour le refroidissement direct de la surface des rouleaux.
La vitesse de l’entraînement principal dépasse 1300 le régime et l'entraînement du rouleau auxiliaire tournent au-dessus 700 tr/min en roulement à grande vitesse. Un contrôle précis du débit et de la pression de l’eau de refroidissement est obligatoire, avec une alimentation en froid suffisante et continue. Les rouleaux dont la température est dépassée doivent être remplacés immédiatement pour éviter les fissures de fatigue thermique.. Une température de rouleau stable nécessite un débit d'eau de refroidissement supérieur à 3500 L/h et pression de la pompe contrôlée en dessous 0.8 MPa.
La structure originale du réservoir d'eau carré perforé est remplacée par des buses cylindriques solides.. Deux rangées de fentes d'eau elliptiques sont ajoutées aux positions des coins de séparation., couvrant une largeur de coin de 5 ~ 8 mm. Le volume d'alimentation en eau au niveau des coins de fendage est triplé par rapport aux autres zones pour renforcer le refroidissement local et prolonger la durée de vie des rainures des rouleaux des coins de fendage..
4.2 Optimisation des paramètres de l'eau de refroidissement & Rénovation du système d'approvisionnement en eau
La température de l'eau de refroidissement doit être contrôlée entre 40 et 60 ℃. Une température de l'eau trop élevée accélère la rupture des rouleaux, tandis que les températures ultra-basses perturbent la recristallisation de l'acier et dégradent la qualité du produit fini.; les températures extrêmement élevées ou basses aggravent les dommages causés par la fatigue thermique.
Le système de canalisations d'eau de refroidissement est reconstruit: l'approvisionnement en eau à faible turbidité est amélioré en approvisionnement en eau à turbidité moyenne, et les moteurs d'entraînement à fréquence variable sont équipés pour les pompes à eau afin de réaliser une pression hydraulique réglable automatiquement stabilisée à 0.8 MPa.
4.3 Optimisation du calendrier de réussite
L'efficacité limitée du refroidissement affecte les performances du laminoir à bandes étroites à chaud φ550. Basé sur la conception originale du pass, le principe d'épandage forcé est appliqué à la cage de broyage n°1. Compte tenu de la température élevée du stock fini K1, des passes d'épandage forcé sont disposées sur les stands K3 et K4, avec profils de fond droits pour écarter les rainures. L'angle d'inclinaison des rainures d'épandage forcé est réglé à 17,7° pour éviter les rides de surface et une qualité de finition non qualifiée après l'épandage sur K3 et K4.. Des ajustements dimensionnels correspondants sont mis en œuvre sur les rainures de rouleau K6 pour éliminer les défauts de traction de la queue.
4.4 Matériau de l'anneau de roulement & Optimisation des dimensions
Prenant comme exemple les bandes d'acier étroites à chaud Q215, la conception initiale définit un 19.0 mm espacement des rainures centrales et 7.8 mm largeur de l'anneau de rouleau intermédiaire, répondant aux normes de conception théoriques. Cependant, la largeur étroite de l'anneau de roulement génère facilement des fissures de fatigue et une rupture complète de l'anneau sous des charges cycliques. Pour résoudre ce problème, l'écartement des rouleaux est repensé pour 22.0 mm, et la largeur de l'anneau de rouleau intermédiaire est augmentée à 10.8 mm.
4.5 Modification du système de contrôle automatique de l'épaisseur
La force de roulement fluctue avec l'épaisseur d'entrée, tension, coefficient de frottement et résistance à la déformation, tandis que les courbes de déformation affectent directement l'épaisseur de la bande de sortie. Contrôle automatique de la jauge (CAG) adopte des algorithmes de modèle pour réguler automatiquement l'épaisseur de la bande, état du laminoir et perturbations externes, réaliser un réglage intelligent de la pression de roulement, vitesse de ligne et écart entre les rouleaux pour un contrôle précis de la tolérance d'épaisseur. Les systèmes hydrauliques à vis équipés d'AGC offrent une précision de contrôle élevée et une réponse rapide. Le contrôle précis de l'épaisseur des dalles repose sur un contrôle qualité fiable du broyeur et sur un nombre suffisant d'unités AGC hydrauliques.. Pour le laminoir de finition n°6 de la ligne de bandes, L'épaisseur contrôlée cible varie de 2.7 mm à 27 mm avec un taux de déviation admissible de 10%.
4.6 Standardiser les procédures opérationnelles pour éviter les dommages induits par l’homme
Un fonctionnement incorrect est une cause fréquente de dommages aux rouleaux; les spécifications de fonctionnement standardisées sont formulées comme suit:
- Empêcher le contact direct entre les guides et les surfaces des rouleaux;
- Suivre strictement les procédures de commutation de l'eau de refroidissement pour éviter un fonctionnement à sec après le remplacement du rouleau;
- Renforcer l’inspection régulière des équipements; arrêter immédiatement la production une fois le bobinage de l'acier effectué, et attendez que le matériel enroulé refroidisse à température ambiante avant de le jeter;
- Contrôler la forme des produits laminés strictement selon les normes techniques et interdire une réduction excessive en un seul passage;
- Cisailler complètement le matériau oxydé noir au niveau des têtes de bande et interdire l'alimentation en acier noir gravement oxydé dans les usines..
4.7 Assurer une allocation de reconditionnement suffisante pour le tournage des rouleaux
Un tonnage stable par rainure de rouleau repose sur l'élimination complète des fissures résiduelles lors du réaffûtage. Les fissures résiduelles non éliminées réduisent considérablement la capacité de roulement et contaminent la qualité de la surface du produit fini.. Pour les rouleaux finis à bande étroite chaude Q215, la tolérance de virage minimale est spécifiée comme 600 mm. Les rouleaux présentant des microfissures résiduelles qui ne peuvent pas être complètement éliminées après tournage doivent être mis au rebut et interdits de réutilisation..
5 Conclusion
La mise en œuvre des mesures d'optimisation intégrées ci-dessus peut prolonger considérablement la durée de vie des rouleaux, réduire la fréquence de remplacement des rouleaux et réduire l’intensité du travail pour les travailleurs. Le système optimisé élimine l'écaillage irrégulier au centre des rainures des rouleaux et résout les défauts de fissuration et de piqûres des anneaux de rouleaux.. L'usure des rainures induite par le refroidissement est presque éliminée, la qualité du produit fini est améliorée, et l'efficacité opérationnelle moyenne de l'usine est considérablement augmentée.
