Máy cán cuộn: Hướng dẫn về chủng loại, sản xuất và hiệu suất

Một cuộn Mill Mill là gì

A cuộn máy cán là bộ phận làm việc chính trong thiết bị cán kim loại có tác dụng định hình và giảm độ dày kim loại thông qua áp suất quay . Các công cụ hình trụ này được gắn theo cặp hoặc nhóm trong các máy cán để nén và kéo dài các phôi, tấm hoặc dải kim loại thành hình dạng và kích thước mong muốn. Các cuộn máy cán hoạt động ở nhiệt độ và áp suất cao, khiến chúng trở nên quan trọng đối với sự thành công của sản xuất thép, gia công nhôm và các hoạt động tạo hình kim loại khác.

Nguyên tắc cơ bản đằng sau cuộn máy cán bao gồm biến dạng dẻo của kim loại giữa hai hình trụ quay ngược chiều . Khi kim loại đi qua khe hở (được gọi là "khe hở cuộn" hoặc "vượt qua"), các cuộn tác dụng lực nén làm giảm độ dày trong khi tăng chiều dài. Các nhà máy cán hiện đại có thể xử lý các vật liệu từ tấm thép khổng lồ nặng vài tấn đến lá nhôm mỏng có độ dày chỉ 0,006mm.

Các loại máy cán cuộn và ứng dụng của chúng

Cuộn công việc so với cuộn dự phòng

Cấu hình máy cán thường sử dụng hai loại cuộn riêng biệt. Cuộn phôi tiếp xúc trực tiếp với kim loại đang được gia công , chịu đựng gánh nặng của ứng suất nhiệt và cơ học. Những cuộn có đường kính nhỏ hơn này (thường là 300-800mm) cho phép kiểm soát hình dạng và hoàn thiện bề mặt tốt hơn. Cuộn dự phòng, có đường kính đạt 1.200-1.800mm , hỗ trợ các cuộn phôi và ngăn chặn sự biến dạng dưới tải nặng, đặc biệt là trong cấu hình máy nghiền bốn cao và sáu cao.

Phân loại dựa trên vật liệu

Quy trình sản xuất cuộn cán

Việc sản xuất cuộn cán bao gồm các quy trình luyện kim phức tạp được thiết kế để đạt được độ cứng tối ưu, chống mài mòn và ổn định nhiệt. Quá trình sản xuất thường tuân theo các giai đoạn quan trọng sau:

• Lựa chọn vật liệu và nấu chảy - Thành phần hợp kim chất lượng cao được nấu chảy trong lò hồ quang điện ở nhiệt độ trên 1.600°C
• Đúc hoặc rèn - Tùy theo loại cuộn, kim loại nóng chảy được đúc trong khuôn ly tâm hoặc khuôn tĩnh hoặc được rèn dưới máy ép thủy lực với áp suất 10.000 tấn
• Xử lý nhiệt - Chu trình làm nóng và làm mát được kiểm soát tạo ra các cấu trúc vi mô mong muốn, với nhiệt độ làm nguội dao động từ 850-1.050°C
• Gia công và mài - Mài chính xác đạt được giá trị độ nhám bề mặt Ra 0,2-0,8 micromet và dung sai kích thước trong khoảng ±0,02mm
• Xử lý bề mặt - Các cuộn cao cấp có thể được mạ crom, làm cứng bằng laser hoặc phủ gốm để tăng cường khả năng chống mài mòn từ 30-50%

Đối với các cuộn thép tốc độ cao được sử dụng trong cán nguội, chu trình sản xuất mất khoảng 6-8 tháng từ quá trình đúc ban đầu đến giao hàng cuối cùng, phản ánh yêu cầu về quy trình xử lý nhiệt và kiểm soát chất lượng rộng rãi.

Các yếu tố hiệu suất chính và cơ chế mài mòn

Ứng suất nhiệt và cơ học

Các cuộn máy cán chịu đựng được các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Trong các ứng dụng cán nóng, nhiệt độ bề mặt có thể đạt tới 600-700°C trong khi lõi cuộn vẫn duy trì ở nhiệt độ 100-150°C, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ nghiêm trọng. Quá trình làm nóng và làm mát theo chu kỳ này gây ra hiện tượng mỏi nhiệt, biểu hiện bằng các vết nứt do cháy trên bề mặt cuộn. Hoạt động cán nguội, trong khi ở nhiệt độ thấp hơn, áp đặt áp suất tiếp xúc vượt quá 1.500 MPa (megapascal) , dẫn đến hiện tượng mỏi và nứt vỡ dưới bề mặt.

Chế độ mặc chính

Tuổi thọ của cuộn máy cán bị giới hạn bởi một số cơ chế xuống cấp:

1. mài mòn - Các hạt cặn và tạp chất cứng trong vật liệu cán đóng vai trò là công cụ cắt, có độ mòn 0,05-0,15mm trên 1.000 tấn khi cán nóng
2. Độ bám dính - Ở nhiệt độ và áp suất cao, xảy ra sự chuyển dịch kim loại giữa cuộn và phôi, đặc biệt khó khăn khi cán thép không gỉ
3. mài mòn oxy hóa - Phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao tạo thành các lớp oxit bong ra, góp phần 20-30% tổng độ mài mòn của cuộn cán nóng
4. Biến dạng dẻo - Chu kỳ ứng suất lặp đi lặp lại làm cho đường kính cuộn tăng ở tâm thùng, tạo ra các biên dạng cuộn không thuận lợi

Các nhà máy hiện đại thực hiện hệ thống mài cuộn trực tuyến có thể khôi phục biên dạng cuộn mà không cần tắt máy, kéo dài tuổi thọ chiến dịch thêm 15-25% và cải thiện tính nhất quán của chất lượng sản phẩm.

Đổi mới thiết kế cuộn và xu hướng công nghệ

Công nghệ điều khiển vương miện

Việc duy trì độ dày đồng đều trên chiều rộng dải đòi hỏi phải có thiết kế vương miện cuộn phức tạp. Cuộn CVC (Vương miện biến đổi liên tục) có cấu hình đường cong đa thức bậc ba có thể được dịch chuyển theo trục trong quá trình lăn để bù cho sự giãn nở và mài mòn nhiệt. Công nghệ này được nhóm SMS giới thiệu, đạt được dung sai độ phẳng ±5 đơn vị I (một phép đo độ phẳng chuyên dụng) trên các máy cán nguội hiện đại.

Các hệ thống thay thế bao gồm:

• Cán chéo đôi - Các cuộn công việc được đặt chéo ở các góc lên tới 3 độ để tạo ra sự phân bổ ứng suất có lợi
• Công việc uốn cuộn - Xi lanh thủy lực tác dụng lực lên tới 1.500 kN mỗi vòng để điều chỉnh độ lệch cuộn trong thời gian thực
• Kiểm soát vương miện nhiệt - Các kênh làm mát bên trong điều chỉnh biên dạng nhiệt độ cuộn với độ chính xác ±2°C

Hệ thống sơn tiên tiến

Kỹ thuật bề mặt đã trở nên quan trọng để kéo dài tuổi thọ cuộn. Lớp phủ lắng đọng hơi vật lý (PVD) phủ các lớp titan nitrit hoặc crom nitrit dày 2-5 micromet, giảm hệ số ma sát từ 0,3 xuống 0,15 và tăng khả năng chống mài mòn lên tới 300%. Trong cán nguội nhôm, cuộn gia công được phủ PVD đã đạt được cuộc sống chiến dịch vượt quá 80.000 tấn , so với 40.000 tấn đối với cuộn không tráng.

Xử lý bề mặt bằng laser tạo ra các vùng cứng với độ sâu 0,5-2mm và độ cứng tăng 200-400 HV, đặc biệt hiệu quả đối với các vùng bị mài mòn cục bộ như các cạnh cuộn.

Chiến lược quản lý cuộn và bảo trì

Quản lý cuộn hiệu quả ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm. Các nhà sản xuất thép hàng đầu thực hiện chương trình cuộn toàn diện tối ưu hóa các khía cạnh sau:

Mài và mài lại

Các cuộn giấy được mài lại sau mỗi lần 8-24 giờ hoạt động trong các nhà máy cán nóng, loại bỏ 0,3-0,8mm vật liệu mỗi lần xay. Một cuộn làm việc thông thường có đường kính nòng ban đầu là 650mm có thể được mài lại 30-50 lần trước khi đạt đường kính tối thiểu cho phép là 550mm. Máy mài chính xác duy trì độ trụ trong khoảng 0,01mm và các thông số kỹ thuật về độ nhám rất quan trọng đối với các ứng dụng nhạy cảm với bề mặt như tấm thân ô tô.

Công nghệ bảo trì dự đoán

Các nhà máy hiện đại sử dụng hệ thống cảm biến giám sát tình trạng cuộn trong thời gian thực:

• Phân tích rung động phát hiện sự xuống cấp của ổ trục và độ lệch tâm cuộn với độ chính xác 0,001mm
• Camera chụp ảnh nhiệt xác định các điểm nóng và trục trặc của hệ thống làm mát với độ phân giải nhiệt độ 0,1°C
• Kiểm tra siêu âm cho thấy các vết nứt và nứt vỡ dưới bề mặt trước khi sự cố thảm khốc xảy ra
• Mô hình dự đoán hao mòn dựa trên AI dự báo tuổi thọ cuộn còn lại với độ chính xác 85-90%, cho phép lập kế hoạch tối ưu hóa

Các hệ thống này đã giảm bớt những thay đổi cuộn không có kế hoạch bằng cách 40-60% tại các cơ sở đã triển khai các chương trình bảo trì dự đoán toàn diện, giúp tiết kiệm hàng năm từ 2-5 triệu USD cho một nhà máy thép tích hợp điển hình.

Tác động kinh tế và cân nhắc chi phí

Các cuộn máy cán tiêu tốn một khoản chi phí hoạt động đáng kể. Một bộ công việc hoàn chỉnh và các cuộn dự phòng cho chi phí máy cán nguội bốn mức cao 1,5-3,5 triệu USD , trong khi hàng tồn kho cuộn cán nóng có thể vượt quá 15-20 triệu USD cho một cơ sở sản xuất 3-5 triệu tấn mỗi năm.

Mức tiêu thụ cuộn trên mỗi tấn thay đổi đáng kể tùy theo ứng dụng:

• Máy nghiền dải nóng: 0,80-1,50 USD mỗi tấn sản phẩm cán
• Nhà máy cán nguội: $2,50-4,00 mỗi tấn do yêu cầu độ chính xác cao hơn
• Máy nghiền sản phẩm đặc biệt (thép silicon, không gỉ): $5,00-8,00 mỗi tấn phản ánh các đặc tính vật liệu đòi hỏi khắt khe

Các chương trình quản lý cuộn chiến lược tập trung vào khoảng thời gian mài tối ưu, bôi trơn thích hợp và thay thế phòng ngừa có thể giảm chi phí cuộn bằng cách 15-25% đồng thời cải thiện năng suất và giảm các khiếm khuyết về chất lượng. Đối với một nhà máy cỡ trung bình sản xuất 2 triệu tấn mỗi năm, điều này có nghĩa là tiết kiệm được 600.000-1.000.000 USD mỗi năm.