Utilisation et gestion des rouleaux d'appui pour tôles et feuillards laminés à chaud

Résumé : Les exigences en matière de rendement et de qualité des bandes laminées à chaud sont de plus en plus élevées, ce qui fait que les exigences en matière d'utilisation et de gestion des rouleaux de support changent de jour en jour. Dans ce cas, il est particulièrement important d'étudier l'utilisation et la gestion des rouleaux de support, de prolonger autant que possible la durée de vie des rouleaux de support et d'éviter les accidents sur les rouleaux de support qui affectent la production et la qualité du produit.

Mots clés : rouleau ; usure ; type de rouleau ; utilisation ; gestion

À mesure que la production de bandes laminées à chaud augmente progressivement, les exigences en matière d'utilisation de rouleaux de secours deviennent également de plus en plus élevées. La manière de prolonger la durée de vie des rouleaux de secours est devenue l'un des principaux sujets étudiés par les laminoirs à bandes laminées à chaud. Nous analysons actuellement l'utilisation et la gestion des rouleaux de secours dans notre usine avec des collègues pour trouver la rentabilité maximale des rouleaux.

Aperçu des tôles et feuillards laminés à chaud rouleaux de sauvegarde

Le rouleau de support est principalement utilisé pour fournir un support au rouleau de travail pendant le laminage de production. Étant donné que le rouleau de support a une longue durée de vie et est soumis à des contraintes de flexion alternées pendant une longue période, le rouleau de support doit avoir une bonne ténacité et une bonne résistance à la rupture. Par conséquent, la combinaison parfaite d'une résistance élevée à l'usure, d'une résistance élevée au pelage et d'une résistance à la rupture est une condition indispensable pour le rouleau de support.

En général, le développement des cylindres de secours des laminoirs à bandes à chaud est passé par quatre étapes (voir tableau 1).

Comme le montre le tableau ci-dessus, l'augmentation de la teneur en éléments Cr dans le matériau du rouleau d'appui est efficace pour améliorer la résistance à la corrosion par l'eau et à l'usure de la matrice du rouleau d'appui. Sur la base du résumé des tests et de l'expérience, on estime que la teneur en Cr dans la composition du rouleau d'appui devrait être optimale 5%. Par conséquent, la plupart des laminoirs à bandes laminées à chaud utilisent désormais des rouleaux d'appui forgés en Cr5. La pratique a prouvé que ce matériau est plus adapté aux besoins des usines de production de bandes laminées à chaud d'aujourd'hui.

Tableau 1 Étapes de développement des matériaux de rouleau de support pour laminoir à bandes à chaud

Utilisation des rouleaux de sauvegarde

La forme plate est un indicateur important de la qualité de l'acier en bande, et l'usure des rouleaux est l'un des facteurs clés affectant la forme plate finale de l'acier en bande. L'usure des rouleaux comprend l'usure des rouleaux d'appui et l'usure des rouleaux de travail. Étant donné que le cycle de changement de rouleau du rouleau d'appui est beaucoup plus long que celui du rouleau de travail, son usure importante affectera la déformation par flexion du rouleau de travail, affectant ainsi la qualité de la forme de la bande. L'usure des rouleaux est l'un des facteurs difficiles à contrôler quantitativement dans la production actuelle.

Usure des rouleaux

Le mécanisme d'usure des rouleaux est le même que celui des autres types d'usure. Du point de vue de la tribologie, l'usure des rouleaux peut être comprise comme des changements dans les dimensions macro et micro. L'usure des rouleaux généralement évoquée comprend à la fois l'usure macro et l'usure micro, qui se manifeste objectivement par la réduction du diamètre du rouleau.

L'usure du rouleau d'appui est principalement causée par le frottement relatif de glissement et de roulement avec le rouleau de travail. La surface du rouleau de travail et les particules de carbure éliminent les particules métalliques à la surface du rouleau d'appui, provoquant l'usure de ce dernier. Le degré d'usure est lié à des facteurs tels que le matériau du rouleau, la dureté de la surface, la rugosité, la pression entre les rouleaux, la quantité de glissement relative et la distance de roulement.

Les statistiques issues d'une grande quantité de données de mesure montrent que l'usure du rouleau de support inférieur est supérieure à celle du rouleau de support supérieur. La principale raison de ce phénomène est que l'eau de refroidissement transportant une grande quantité de tartre d'oxyde de fer agit sur la surface du rouleau inférieur, ce qui entraîne de mauvaises conditions de fonctionnement du rouleau de support inférieur et accélère l'usure de ce dernier. En réponse aux problèmes ci-dessus, le sous-support sur site adopte les mesures suivantes pour compenser l'usure des rouleaux :

(1) Contrôle de la variété de laminage. Les rouleaux nouvellement installés doivent d'abord laminer des produits larges, minces, en plaque et en bande avec des exigences de tolérance strictes, puis modifier les spécifications du produit de manière séquentielle au fur et à mesure de l'usure des rouleaux. Passez du large au étroit, du fin à l'épais, et enfin laminez le produit avec de faibles exigences de tolérance ;

(2) Tenir compte de l'usure du rouleau due à la réduction de laminage. Des méthodes doivent être adoptées pour réduire la quantité de réduction afin de compenser l'usure des rouleaux ;

(3) Considérez l'usure du rouleau du point de vue du refroidissement du rouleau. Autrement dit, la modification de la distribution de température du corps du rouleau est utilisée pour compenser l'impact de l'usure du rouleau. Au fur et à mesure que le rouleau s'use, la quantité d'eau de refroidissement sur son bord augmente progressivement pour augmenter en conséquence la couronne thermique du rouleau.

Ci-dessous, nous présentons principalement le problème de la compensation de l'usure du rouleau de secours grâce à la conception du profil du rouleau.

Conception en forme de rouleau de rouleau de sauvegarde

L'usure des rouleaux de support est un problème auquel le personnel du processus de laminage de l'acier doit prêter une attention particulière. Ce n'est qu'en effectuant des statistiques précises et raisonnables sur l'usure des rouleaux de support que nous pouvons déterminer la durée de service raisonnable de chaque rouleau de support, la quantité d'usure réelle du rouleau de support et la répartition de l'usure le long du corps du rouleau. Fournir des informations essentielles et précises pour le contrôle de la forme afin de garantir la qualité du produit.

(1)Conception de type à rouleaux

Notre usine a effectué une grande quantité de statistiques de données basées sur la situation réelle avant le meulage du rouleau de secours et a constaté que les courbes de rouleau des rouleaux de secours utilisant des rouleaux plats et des rouleaux sinusoïdaux n'étaient pas bien maintenues après leur retrait de la machine. Une usure inégale se produit souvent sur la surface du rouleau, et ce phénomène est particulièrement grave sur les cages en aval. Ce problème a toujours été au cœur de la difficulté de contrôler la forme des plaques d'acier laminées et doit être surmonté. Grâce à l'expérimentation et à l'exploration, la forme du rouleau de secours est passée de la courbe sinusoïdale d'origine à une courbe « sixième puissance ». Les résultats expérimentaux montrent que la forme du rouleau après le débarquement de la machine peut être fondamentalement cohérente avec la forme de rouleau prédéfinie avant de monter sur la machine, ce qui résout dans une large mesure le problème initial d'usure inégale du rouleau de secours et réduit considérablement la difficulté de contrôle de la forme de la plaque (voir la figure 1).

Grâce à l'adoption de la courbe de « sixième puissance », la partie centrale du rouleau d'appui et le rouleau de travail peuvent atteindre un contact complet pendant le laminage. L'auto-maintien du rouleau d'appui après usure est considérablement amélioré et la forme du rouleau conçue à l'origine est essentiellement conservée (voir figure 2). Grâce à la conception et à l'utilisation de nouveaux types de rouleaux, l'usure inégale est améliorée.

(2) Conception du chanfrein des bords

Bien qu'un type raisonnable de rouleau de support puisse résoudre la plupart des problèmes causés par l'usure inégale du rouleau de support, pendant le processus de laminage, s'il n'y a pas de chanfrein sur l'épaulement du rouleau de support ou si le chanfrein est trop petit, ou même si la conception du chanfrein est déraisonnable, un contact nocif se produira sur l'épaulement du rouleau de support. En raison de la contrainte de pression de contact alternée agissant sur l'épaulement du rouleau de support, le bord du rouleau de support se décollera, provoquant la mise au rebut anticipée du rouleau de support et même un accident de production. Par conséquent, afin de résoudre le problème de concentration de contrainte sur l'épaulement du rouleau de support et d'empêcher le bord du rouleau de support de se décoller, il est très nécessaire d'avoir une courbe de transition raisonnable sur le bord du rouleau de support. Le bord du rouleau de support adopte un chanfreinage composé en arc, qui a un meilleur effet sur la réduction de la concentration de contrainte sur l'épaulement (voir la figure 3). Si le chanfrein est conçu pour être trop petit, il ne fonctionnera pas dans les étapes ultérieures du laminage, et si le chanfrein est conçu pour être trop grand, une concentration de contrainte se produira au niveau du talon du chanfrein. Selon l'expérience de l'utilisation du rouleau de support, un chanfrein en arc composé de 1 à 2 mm doit être réalisé dans la direction radiale sur une longueur de côté simple de 200 mm du rouleau de support. Cela peut réduire efficacement les points de concentration de contrainte, réduire les surfaces de contact nocives et éviter les accidents de laminage pendant la durée de vie du rouleau de support.

Figure 1 Sixième courbe de puissance Courbe du rouleau

Figure 2 Courbe du profil du rouleau d'appui après usure

Figure 3 Chanfrein d'épaulement du rouleau de support

Gestion des rouleaux de sauvegarde

De plus, la clé de la qualité de l'utilisation du rouleau réside dans la gestion du rouleau de secours ; la qualité de la gestion est directement liée à la durée de vie et aux indicateurs de coût du rouleau de secours. La gestion des rouleaux de secours doit être discutée usine par usine et ne peut pas être copiée sans discernement. Des mesures pertinentes doivent être formulées en fonction des variétés de rouleaux et des conditions d'équipement de l'usine où les rouleaux de secours sont utilisés, afin d'améliorer progressivement le niveau de gestion des rouleaux de secours.

Gestion des rouleaux de sauvegarde entrant dans l'usine

Le contrôle par ultrasons des rouleaux de support après leur entrée dans l'usine est particulièrement important. Comme il est inévitable que les rouleaux de support présentent des défauts pendant le processus de fabrication, ils doivent être soigneusement inspectés et confirmés après leur entrée dans l'usine. Il est important de savoir que le moindre défaut sur le rouleau peut entraîner un accident majeur, voire un accident violent. Par conséquent, le travail du personnel d'inspection par ultrasons est très critique. Ce n'est que lorsque des défauts internes du rouleau de support sont découverts avant l'utilisation que les mesures nécessaires peuvent être prises en fonction de la situation du défaut. Élaborez un plan de suivi spécifique pour l'utilisation de rouleaux de support problématiques afin d'essayer d'éviter les accidents de production causés par la propagation des défauts des rouleaux de support. Si un défaut de rouleau est détecté, l'emplacement, le sens de la profondeur, etc. du défaut doivent être enregistrés pour faciliter le suivi du rouleau de support pendant l'utilisation. Une fois que le défaut s'est étendu, l'utilisation doit être immédiatement arrêtée pour éviter les accidents.

Gestion des arrêts normaux et anormaux

Après démontage normal, le rouleau de support doit être traité selon la quantité de meulage prédéterminée. Le rouleau de support doit être complètement refroidi avant le traitement pour éviter que la forme du rouleau traité ne change en raison de l'influence de la température, ce qui entraînerait des opérations de production instables. Il est également nécessaire de mesurer régulièrement la dureté de la surface du rouleau de support et d'ajuster la quantité de meulage du rouleau de support en fonction du changement de dureté, éliminant ainsi la couche durcie sur la surface du rouleau de support et empêchant le pelage.

Si le rouleau sort anormalement de la machine (le rouleau a un accident sur la machine tel qu'un bourrage d'acier, un collage d'acier, etc.), la quantité de traitement du rouleau de secours changera. S'il y a des accidents tels qu'un bourrage d'acier ou un collage d'acier lorsque le rouleau est dans la machine, la quantité de traitement et de meulage doit être redéterminée en fonction des défauts de surface après le retrait du rouleau de support de la machine. Une combinaison de tests par ultrasons et de tests par courants de Foucault doit être utilisée pour localiser et déterminer avec précision la profondeur des fissures dans les pièces défectueuses. Adoptez le principe de détection des défauts pendant le traitement, déterminez en permanence la profondeur des fissures et traitez complètement les fissures tout en réduisant autant que possible la quantité de traitement. Bien que cette approche puisse entraîner une prolongation du temps de traitement du rouleau, cette méthode peut économiser la consommation de traitement anormale du rouleau. Ce n'est qu'en utilisant la méthode de meulage et de sondage en même temps que la consommation anormale du rouleau peut être véritablement réduite. Sinon, la consommation ne peut pas être véritablement réduite uniquement par la quantité limitée de meulage après un arrêt normal. Bien que la quantité de traitement et de meulage à chaque fois soit faible et qu'un accident puisse ne pas se produire immédiatement, les fissures de fatigue accumulées au fil du temps n'ont jamais été traitées, ce qui peut éventuellement conduire à un accident sur le rouleau pendant le processus de laminage, et le gain l'emporte alors sur la perte.

Par conséquent, les laminoirs à chaud doivent être équipés d'un équipement de détection correspondant. La détection des défauts par ultrasons et la détection des défauts par courants de Foucault peuvent être effectuées sur les rouleaux de support avant et après le meulage. Si nécessaire, l'inspection par particules magnétiques, la détection des défauts de coloration et d'autres moyens peuvent être utilisés pour vérifier s'il y a des fissures de fatigue à l'intérieur du rouleau de support et s'il y a des fissures résiduelles sur la surface. Déterminer s'il y a des zones écrouies évidentes grâce à un contrôle de dureté pour assurer une dureté de surface uniforme du rouleau de support et empêcher les défauts du rouleau de support de pénétrer dans la machine. Le cycle de remplacement du rouleau de support doit être ajusté en fonction de l'état d'écrouissage de l'épaulement pour garantir que la dureté n'augmente pas de plus de 4HS pendant l'utilisation. La couche écrouie doit être complètement éliminée pendant le meulage et la dureté de la surface du rouleau doit être testée après le meulage pour restaurer la valeur de dureté à la dureté d'origine du rouleau de support.

Gestion des fichiers de rouleaux

Il convient d'établir des registres complets d'utilisation des rouleaux. En particulier, il est nécessaire d'établir des fichiers de détection des défauts par courants de Foucault et par ultrasons des rouleaux. Les statistiques montrent que la plupart des rouleaux qui ont des accidents sur la machine sont des rouleaux qui ont été retirés de la machine de manière anormale et réparés avant d'être réutilisés.

Par conséquent, le rouleau de support doit être régulièrement inspecté par courant de Foucault, par ultrasons de surface et par détection de défauts par ultrasons de microfissures au niveau du joint. Les rouleaux de support qui ont subi des accidents de laminage doivent être fissurés et inspectés. Dans le même temps, le niveau de fonctionnement des détecteurs de défauts doit être amélioré pour réduire la probabilité de fuite de l'équipement.

En prenant ces mesures, les accidents sur le rouleau de support peuvent être réduits ou évités, la durée de vie du rouleau de support peut être prolongée et la consommation du rouleau de support peut être réduite.

Modes de défaillance et prévention des rouleaux de secours

Les principaux modes de défaillance des rouleaux de secours comprennent le décollement du corps du rouleau et le décollement du côté du rouleau. En outre, il existe également des modes de défaillance tels que la fracture de fatigue du col du rouleau et la fracture de contrainte du corps du rouleau. La défaillance du rouleau se produit souvent pendant l'utilisation. Ce problème est la cause directe de l'endommagement du rouleau, de la réduction de sa durée de vie et même de sa mise au rebut prématurée. Par conséquent, la défaillance du rouleau est la dernière chose que les utilisateurs de rouleaux souhaitent voir se produire. Cependant, en raison de l'existence de ce problème, il a toujours perturbé la gestion des rouleaux sur site. Nous allons maintenant analyser les modes de défaillance des rouleaux de secours sous plusieurs aspects, renforcer l'utilisation et la gestion des rouleaux et essayer d'éviter l'apparition de ce problème.

Rouleau de pelage de secours

(1) Pendant le processus de production du rouleau de support, en raison de l'usure inégale du rouleau de support et du rouleau de travail, les forces de flexion positives et négatives du rouleau de travail provoquent une dépression au milieu du corps du rouleau de support et des renflements aux deux extrémités. La contrainte de contact à l'extrémité du corps du rouleau augmente. Lorsque la limite d'élasticité du matériau est dépassée, une déformation plastique se produit. De multiples déformations alternées produiront des microfissures et l'expansion des fissures provoquera le décollement de gros morceaux ;

(2) Le rouleau d'appui maintient toujours un contact de roulement avec le rouleau de travail à haute dureté, et la surface du rouleau subit une contrainte de pression de contact périodique. La contrainte de contact de roulement périodique produit souvent une couche écrouie sur la surface du rouleau d'appui, mais tout écrouissage ne conduit pas à un écaillage. Ce n'est que lorsque la valeur de contrainte augmente du degré de durcissement et que la contrainte de roulement dépasse la limite d'élasticité du matériau que les microfissures se propagent et provoquent un écaillage. Si l'augmentation de la dureté écrouie du 4HS dépasse la dureté d'origine, il existe un risque de pelage. La solution fondamentale consiste à éliminer la couche durcie pour éviter que les microfissures de la peau ne provoquent un pelage.

Ce type de microfissure est difficile à trouver lorsque le rouleau est en cours d'utilisation, et il est difficile de détecter l'expansion de la fissure. Si le rouleau n'est pas trouvé lorsqu'il est retiré de la machine pour le meulage et qu'une grande quantité de meulage est effectuée, la fissure s'élargira rapidement lorsqu'il sera à nouveau utilisé, ce qui peut provoquer un pelage. En raison de la longue durée de vie du rouleau de support, l'usure du milieu du rouleau de support est importante et l'usure des deux extrémités est faible, ce qui entraîne une forme de rouleau en U. Cela provoque des pics de pression de contact locaux aux deux extrémités du corps du rouleau et une augmentation de la contrainte de cisaillement alternée aux deux extrémités, accélérant les dommages par fatigue. De plus, en raison de la moindre usure du bord du rouleau, le point de contrainte de cisaillement alternée maximale ne bouge pratiquement pas. Sous son action répétée, des fissures locales peuvent apparaître. Au fur et à mesure que les fissures se propagent, elles finissent par provoquer un écaillage. L'écaillage du rouleau de support est principalement constitué de petits morceaux d'écaillage, qui sont répartis dans la plage du corps du rouleau en contact avec le matériel roulant.

Prévention des modes de défaillance des rouleaux d'appui

(1) Surveillance du durcissement par écrouissage Une fois le rouleau de support usiné, la dureté de la surface du rouleau est testée. La première consiste à confirmer si la dureté a une tendance à l'augmentation, et la seconde consiste à déterminer l'uniformité de la dureté. Si la dureté augmente de plus de 4HS par rapport à avant le fonctionnement de la machine, la quantité de meulage doit être augmentée de manière appropriée pour réduire efficacement le cycle de laminage. Traitez la surface du rouleau plusieurs fois et vérifiez la dureté de la surface du rouleau à plusieurs reprises pour confirmer si la couche écrouie est propre et doit atteindre la dureté lorsque la machine a été mise sur la machine la dernière fois ;

(2) La surveillance des fissures de fatigue peut utiliser la détection des défauts par particules magnétiques, par pénétration ou par ultrasons pour confirmer si les fissures de fatigue ont été éliminées et augmenter de manière appropriée la quantité de meulage pour éliminer la couche de fatigue ;

(3) Ajuster le cycle de remplacement du rouleau. Les fissures de fatigue du rouleau de support sont étroitement liées au cycle de service du rouleau, au système de meulage et à l'état de la surface du rouleau avant que le rouleau ne soit placé sur la machine. Par conséquent, le cycle de remplacement du rouleau de support doit être progressivement ajusté en fonction du changement de dureté de la surface du rouleau de support, et diverses méthodes de test non destructif doivent être utilisées pour détecter les fissures sur la surface du rouleau afin de confirmer l'élimination des fissures de fatigue. Après une accumulation d'expérience à long terme, un système de remplacement de rouleau et un système de meulage raisonnables ont été résumés et formulés. Il s'agit d'une méthode de maintenance très efficace pour prévenir les fissures de fatigue de contact sur les rouleaux de support.

Défauts dans la fabrication de rouleaux de sauvegarde

(1) Problème de contrôle de la chute de dureté Selon les exigences de l'accord technique, la dureté des nouveaux rouleaux de support est essentiellement d'environ HSD68. Lorsque les rouleaux de support sont en phase intermédiaire et tardive d'utilisation, la chute de dureté diminue considérablement et est essentiellement HSD60 ou moins. Lorsque la dureté du rouleau de support diminue, il n'est plus résistant à l'usure et il est extrêmement facile de produire des poils de fer pelucheux et floconneux sur le corps du rouleau, ce qui fait que le rouleau de support ne peut pas fonctionner selon le cycle de conception théorique. Cela entraîne un remplacement fréquent des rouleaux de support, ce qui augmente non seulement les coûts mais aussi l'intensité de travail des employés ;

(2) Problème d'uniformité de dureté En raison de la mauvaise uniformité de dureté du rouleau d'appui, l'usure du corps du rouleau est irrégulière, ce qui affecte directement le contrôle de la forme de la plaque et la qualité du produit ;

(3) Le problème des défauts de fabrication de surface. Étant donné que certains rouleaux de support ne répondaient pas aux exigences du processus lors du forgeage, de nombreux « pores » à l'intérieur du corps du rouleau étaient exposés à la surface à un certain diamètre. En raison de l'existence de « pores », la quantité de meulage du rouleau de support augmente, ce qui réduit le taux d'utilisation du rouleau de support et raccourcit considérablement le cycle de service. Dans le même temps, le rouleau de support est sujet à des fissures dans les « pores » après une utilisation à long terme, ce qui peut provoquer des accidents de pelage sur la surface du rouleau.

Conclusion

La qualité d'utilisation finale du rouleau de support est évaluée par le nombre d'accidents du rouleau de support sur la machine et par divers indicateurs de laminage. De nos jours, les économies d'énergie et la réduction de la consommation sont les principales tendances dans les grandes aciéries, ce qui nécessite d'améliorer le niveau d'utilisation et de gestion des rouleaux de support sur site. La réduction de la consommation de rouleaux de support est devenue la tâche principale du personnel technique.

En résumé, si l'on souhaite que le rouleau de support puisse être utilisé au diamètre de ferraille prévu, il faut travailler dur sur la détection des défauts, l'utilisation et la gestion du rouleau de support pour minimiser les accidents. Améliorer l'utilisation des rouleaux de support à un nouveau niveau pour assurer le bon déroulement du processus de production. Dans le même temps, on espère également que l'industrie manufacturière pourra fournir des rouleaux de support meilleurs et plus sophistiqués pour les laminoirs à tôles et à bandes laminées à chaud, afin que les deux parties puissent parvenir à une situation gagnant-gagnant et à un succès commun.