Surface de bande — Metaltehnomash Ltd.

Les défauts de surface des bandes (collages, points d'adhérence, rayures et marques), ainsi que la perte de stabilité de la bobine (affaissement sous son propre poids ou formation du défaut « effondrement de l'œil de la bobine ») sont liés à un état de contrainte et de déformation des bobines irrationnel lors de leur enroulement.

À cet égard, une tâche importante consiste à perfectionner et à développer de nouvelles méthodes et un système informatique de calcul de l'SSS des bobines, permettant :

de prévoir l'SSS des bobines pendant et après l'enroulement sur le laminoir à froid, ainsi que lors du recuit des bobines ;
de déterminer les conditions optimales d'enroulement et de recuit dans les fours à cloche avec une probabilité minimale de soudage des spires lors du recuit des bobines ou de glissement des spires lors du déroulement ultérieur au cours du skin-pass.

Création de méthodes efficaces assurant un état de contrainte optimal des bobines lors du laminage et de l'enroulement des bandes sur le laminoir 2030

Période : 2001-2002
Client : JSC NLMK

Le but des travaux est d'élaborer de nouveaux éléments de la technologie de laminage à froid des bandes et de leur enroulement en bobines, compte tenu des lois de variation de la température d'enroulement, en assurant la qualité de la surface des bandes.

Informations complémentaires

PRINCIPALES SECTIONS DES TRAVAUX :

1. ÉLABORATION ET IMPLÉMENTATION LOGICIELLE SUR PC D'UN MODÈLE DE BASE NON ISOTHERME ET D'UN ALGORITHME DE CALCUL DU CHAMP DE TEMPÉRATURE ET DE L'ÉTAT DE CONTRAINTE ET DE DÉFORMATION DE LA BOBINE À ENROULEMENT SERRÉ PENDANT L'ENROULEMENT, APRÈS RETRAIT DU TAMBOUR DE LA BOBINEUSE, PENDANT LE REFROIDISSEMENT AINSI QUE PENDANT LE CHAUFFAGE ET LE REFROIDISSEMENT DANS LES FOURS À CLOCHE
1.1 Éléments de la formulation mathématique du problème
1.1.1 Problème thermique
1.1.2 Détermination de l'état de contrainte de la bobine
1.2 Algorithme de résolution du problème

2. MÉCANISME DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE RUGOSITÉ DE SURFACE DE LA BANDE LAMINÉE À FROID SUR LE COLLAGE DES SPIRES DANS LES BOBINES LORS DU RECUIT ET SUR LA FORMATION DES DÉFAUTS DE SURFACE
2.1 Résultats de la résolution de problèmes particuliers
2.1.1 Pression entre spires dans la bobine isotherme
2.2 Analyse des résultats de simulation

3. ANALYSE DES ÉTUDES EXPÉRIMENTALES EN LABORATOIRE ET À L'ÉCHELLE PILOTE. FORMALISATION DES CRITÈRES (CONDITIONS) D'ACCROCHAGE, D'ADHÉRENCE ET DE SOUDAGE

4. ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DE L'INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE D'ENROULEMENT DES BANDES EN BOBINES LORS DU LAMINAGE À FROID SUR LA FORMATION DES DÉFAUTS DE SURFACE DE LA BANDE

5. ÉTUDE DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS D'ENROULEMENT ET DE RECUIT DE LA BANDE SUR L'ADHÉRENCE-SOUDAGE DES SPIRES DES BOBINES. ÉLABORATION ET ÉVALUATION NUMÉRIQUE DE NOUVELLES SOLUTIONS TECHNIQUES
5.1 Effet d'un refroidissement contrôlé prolongé sous la cloche dans les fours à cloche
5.2 Effet de la température sur le rayon de la bobine et détermination de la loi de répartition optimale
5.3 Effet de la variation de la traction de la bande au stade initial de l'enroulement de la bobine. Élaboration d'une loi rationnelle de variation de la traction
5.4 Effet de la position des rampes de vitesse le long du rayon de la bobine sur la pression entre spires et sur la tendance au soudage des spires lors du recuit
5.5 Effet de la longueur de bande laminée à basse vitesse et de la position des zones de freinage et d'accélération du laminoir sur la longueur de la bande (le rayon de la bobine)
5.6 Effet de la vitesse de passage de la soudure
5.7 Effet de la largeur de bande

6. ÉLABORATION DE NOUVEAUX ÉLÉMENTS DE TECHNOLOGIE

ANNEXE. Progiciel « Coil Temper » sur CD-ROM

Images thermographiques de la répartition de la température sur la longueur de la bande enroulée en bobines selon les diagrammes de vitesse de laminage et d'enroulement

Régime de laminage et d'enroulement des bandes élaboré, permettant
de réduire la pression entre spires dans la bobine
Graphiques ci-dessous des pressions entre spires selon le rayon de la bobine

Modélisation et élaboration des conditions de recuit des bobines
Régime de recuit de recristallisation en four à cloche : température du gaz de protection Tgas, température de la première T (N = 1) et de la dernière T (N = Ne) spire de bande dans la bobine et température de la bande dans la spire médiane selon le rayon de la bobine T (N = Nmidl)

Champ de température dans une bobine

stade de chauffage

stade de refroidissement

Élaboration d'une nouvelle technologie efficace de création d'un état de contrainte volumique optimal des bobines lors du laminage, de l'enroulement des bandes sur le laminoir 2030 et lors du recuit sous cloche, compte tenu des données sur la répartition de la température et de la planéité sur la longueur et la largeur des bandes

Période : 2003 - 2004
Client : JSC NLMK

Le but des travaux est d'améliorer la technologie de laminage à froid, d'enroulement en bobines, de recuit et de skin-pass des bandes sur la base des données de répartition de la température et de la planéité sur la longueur et la largeur des bandes, en assurant la qualité de surface des bandes.

Informations complémentaires

PRINCIPALES SECTIONS DES TRAVAUX :

1. CRÉATION D'UN MODÈLE DE L'ÉTAT THERMIQUE ET DE L'ÉTAT VOLUMIQUE DE CONTRAINTE ET DE DÉFORMATION DE LA BANDE DANS LA BOBINE PENDANT L'ENROULEMENT, APRÈS RETRAIT DU TAMBOUR DE LA BOBINEUSE, ET DE L'ÉVOLUTION DU CHAMP DE TEMPÉRATURE DANS LA BOBINE
1.1 Prise en compte de la variation des paramètres et des conditions d'enroulement sur la longueur et la largeur de la bande
1.2 Test du problème spatial
1.3 Effet de l'accumulation des variations du profil du contour extérieur de la bobine lors de l'enroulement
1.4 Effets spatiaux dans la formalisation des conditions de décollement à l'extérieur
1.5 Conditions de glissement des segments du tambour de la bobineuse lors de l'enroulement et leur influence sur l'état de contrainte et de déformation de la bobine
1.6 Perfectionnement du système informatique « Coil Temper »
1.6.1 Prise en compte de la planéité réelle de la bande

2. DÉTERMINATION DES INTERACTIONS THERMIQUES DE CONTACT DANS LES FOURS À CLOCHE ENTRE LA PILE DE BOBINES ET LE GAZ DE PROTECTION EN CIRCULATION
2.1 Équations de détermination des conditions d'interaction thermique de contact entre la bobine et le gaz de protection dans le four à cloche
2.1.1 Calcul de la température du gaz de protection lors du recuit de la pile de bobines dans un four à cloche
2.2 Équations d'estimation de la température des produits de combustion et du gaz de protection dans l'espace entre la surface du moufle et la pile de bobines
2.3 Solutions analytiques approchées des équations
2.4 Algorithme de résolution du problème complet de détermination de la température du gaz de protection à l'aide de relations analytiques finies
2.5 Calcul de la variation de température des bobines compte tenu du transfert de chaleur par rayonnement du moufle
2.6 Analyse qualitative de l'effet de la composition du gaz de protection sur l'évolution de sa température

3. TYPES ET CONDITIONS DE PERTE DE STABILITÉ DES BOBINES
3.1 Détermination des conditions de perte de stabilité des spires intérieures des bobines et de formation du défaut « oiseau »
3.2 Définition des conditions d'« affaissement » après retrait du tambour de la bobineuse et lors du refroidissement sous son propre poids

4. NOUVEAUX ÉLÉMENTS DE TECHNOLOGIE ET ESSAIS PILOTES
4.1 Effet de la convexité du profil transversal de la bande et des variations associées du profil extérieur de la bobine lors de l'enroulement sur l'état de contrainte volumique de la bobine
4.2 Configuration efficace de la surface d'appui de l'anneau de convection
4.3 Possibilités de mise en œuvre d'un régime de recuit économe en énergie au stade du refroidissement des bobines en four à cloche grâce à l'intensification du stade de chauffage
4.4 Rapport optimal entre l'épaississement local relatif du profil transversal de la bande laminée à chaud et celui de la bande finie laminée à froid
4.4.1 Évaluation quantitative du degré rationnel de réduction des valeurs relatives de l'épaississement local
4.4.2 Évaluation des contraintes résiduelles longitudinales
4.4.3 Conditions de formation des défauts locaux de planéité. Contraintes résiduelles de compression critiques. Perte de stabilité.
4.5 Définition des conditions de déplacement axial des spires en fonction du coin de la bande
4.6 Détermination des zones de glissement relatif et de rayure des spires sur la longueur des bandes
4.7 Nouveau procédé de production de bandes laminées en bobines et ses essais industriels expérimentaux
4.8 Essais industriels expérimentaux

5. RECOMMANDATIONS ET PROJETS DE MODIFICATIONS DE L'INSTRUCTION TECHNOLOGIQUE

Pression entre spires calculée lors du recuit de recristallisation (largeur de bande 1200 mm, épaisseur 0,5 mm)

stade de chauffage (aux instants 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 heures)

stade de refroidissement (aux instants 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 heures)

Analyse des informations sur le profil transversal de la bande laminée à chaud
Interface du système informatique HRSProfileAnalisys, dans lequel est évalué le profil transversal de la bande laminée à chaud au regard de sa transformation dans les cages du laminoir à froid :

Confirmation expérimentale de la formation de défauts de surface de la bande
aux endroits indiqués par l'analyse numérique
(déroulement de la bobine sur le laminoir skin-pass)

Calcul de la température des couches de spires dans la pile de bobines
(15 h après le début du recuit de recristallisation)

Pression entre spires calculée dans la bobine au stade de chauffage et isolignes de contraintes
selon l'épaisseur de l'enroulement de la bobine (15 h après le début du recuit)

Principaux résultats :

Augmentation de 1,5 à 2,0 % du rendement en bande laminée de qualité de surface du groupe I ;
Augmentation de 7 % de la productivité du laminoir 2030 lors du laminage de bandes d'épaisseur 0,5 à 0,6 mm ;
Réduction de 25 % du taux de rebut des bandes laminées à froid pour le défaut « collages ».

Le complexe de travaux réalisé pour améliorer l'état de surface des bandes a servi de base aux solutions innovantes du problème, décrites dans des articles scientifiques et dans une thèse.