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Cilindri HSS per la laminazione di prodotti lunghi: tipi, prestazioni e raffreddamento
I cilindri HSS possono laminare da due a quattro volte più tonnellate per passata rispetto alla ghisa convenzionale nelle gabbie di finitura di barre e tondo per cemento armato. Ma non tutti i cilindri “HSS” sono uguali, e non tutti i laminatoi ottengono lo stesso risultato. Questa guida spiega i quattro tipi, cosa aspettarsi da ciascuno e le condizioni di raffreddamento che decidono se l’HSS conviene.
Perché i cilindri HSS sono arrivati nei laminatoi per prodotti lunghi
Le acciaierie vogliono più tonnellate con meno fermi. Ogni cambio cilindro, ogni ripresa e ogni fermata costano produzione. I cilindri HSS (acciaio rapido) sono stati sviluppati per rispondere a questa esigenza.
I cilindri HSS sono stati usati prima nelle gabbie di finitura dei treni nastri a caldo, dove hanno migliorato la qualità del laminato e ridotto la manutenzione dei cilindri. Questo successo ha portato anche i laminatoi per prodotti lunghi — barre, tondo e vergella — ad adottare l’HSS, che oggi si usa dalle gabbie intermedie a quelle di finitura.
Per i prodotti lunghi, i cilindri HSS si producono principalmente in due modi: per colata centrifuga o per sinterizzazione (metallurgia delle polveri con pressatura isostatica a caldo). L’HSS centrifugato è il più diffuso, perché molte fonderie nel mondo possono produrlo. Le qualità sinterizzate ad alto vanadio sono prodotte solo da pochi produttori negli Stati Uniti e in Europa.
I quattro tipi di cilindro “HSS”
Molti fornitori offrono cilindri “HSS”, ma alcuni sono in realtà ghise ad alto boro o alto cromo, che non vanno bene per tutti i laminatoi. Conviene distinguere i quattro tipi:
Centrifugato — alto boro
+
- L’opzione “HSS” più economica
- 2–3× la produzione della ghisa convenzionale
- Prezzo inferiore al carburo di tungsteno
- Usa tutta la superficie della tavola, a differenza dei cilindri compositi in metallo duro
−
- Non funziona in tutti i laminatoi
- Solo gabbie di finitura
- Tempo di produzione 120–130 giorni franco fabbrica
Centrifugato — alto carbonio
+
- Il tipo HSS più maturo nella laminazione di prodotti lunghi
- Adattabile a gabbie di slitting e dog-bone
- 3–4× la produzione della ghisa convenzionale
- Prezzo inferiore al carburo di tungsteno
- Usa tutta la superficie della tavola, a differenza dei cilindri compositi in metallo duro
- Funziona dalle gabbie intermedie a quelle di finitura
−
- Tempo di produzione 120–130 giorni franco fabbrica
Ibrido — centrifugato e sinterizzato
+
- Circa metà del prezzo del carburo di tungsteno
- Molto più tollerante alla fatica termica
- Buona resistenza sul vertice acuto delle passate di slitting
- Adatto a molte applicazioni di laminazione
- Tempo di produzione 80–100 giorni
−
- Sistema ad anelli, montato come cilindro composito
- Capacità produttiva limitata
Sinterizzato PM ad alto vanadio (tipo 9V)
+
- Resta il materiale più performante quando la produzione è l’obiettivo principale
−
- Costoso
- Prodotto solo da pochi produttori con i diritti sul processo
- Consegna molto lunga per capacità limitata
I tipi ibrido e sinterizzato hanno la chimica di un vero acciaio rapido e rendono più dell’“HSS” centrifugato.
Prestazioni in un laminatoio per barre: aciculare, HSS e ibrido
La tabella seguente è un’analisi campione dal laminatoio per barre di un cliente SINOPAC, che confronta cilindri aciculari convenzionali con HSS centrifugato ad alto carbonio e HSS ibrido nelle ultime quattro gabbie di finitura. Tonnellate totali per cilindro = tonnellate per passata × numero di passate × campagne per cilindro.
| Gabbia / passata | Materiale | Tonnellate per passata | Passate | Tonnellate per ingresso | Ripresa media (mm) | Vita del cilindro (mm) | Campagne per cilindro | Tonnellate totali per cilindro |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 — Dog-bone | Aciculare | 600 | 8 | 4.800 | 3,5 | 55 | 15 | 72.000 |
| 15 — Dog-bone | HSS | 1.500 | 8 | 12.000 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 264.000 |
| 15 — Dog-bone | Ibrido | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 16 — Slitting | Aciculare | 600 | 8 | 4.800 | 3,5 | 55 | 15 | 72.000 |
| 16 — Slitting | HSS | 1.500 | 8 | 12.000 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 264.000 |
| 16 — Slitting | Ibrido | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 17 — Leader | Aciculare | 700 | 7 | 4.900 | 3,0 | 55 | 18 | 88.200 |
| 17 — Leader | HSS | 1.750 | 7 | 12.250 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 269.500 |
| 17 — Leader | Ibrido | 2.450 | 7 | 17.150 | 1,7 | 45 | 26 | ≥ 445.900 |
| 18 — Marcatura | Aciculare | 300 | 8 | 2.400 | 3,5 | 55 | 15 | 36.000 |
| 18 — Marcatura | HSS | 1.100 | 8 | 8.800 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 132.000 |
| 18 — Marcatura | Ibrido | 1.800 | 8 | 14.400 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 216.000 |
In questo laminatoio l’HSS ha laminato circa 2,5 volte di più per passata rispetto all’aciculare nelle gabbie dog-bone, slitting e leader, e l’HSS ibrido circa 3,5 volte di più. Poiché l’HSS richiede anche una ripresa minore, ogni cilindro dura più campagne: le tonnellate per cilindro sono passate da circa 72.000 t a oltre 260.000 t con l’HSS e a oltre 420.000 t con l’ibrido.
Le prestazioni reali dipendono dalle condizioni di laminazione di ogni impianto: calibratura, velocità, riduzione, temperatura del materiale e soprattutto raffreddamento.
Raffreddamento: la condizione che decide le prestazioni dell’HSS
Un buon raffreddamento ad acqua è vitale per ogni materiale dei cilindri, ma è critico per l’HSS e le altre qualità temprate. Un raffreddamento scarso provoca cricche termiche e sfaldature e annulla rapidamente il vantaggio in tonnellate. Come guida:
- Pressione dell’acqua di solito 2–6 bar, secondo la gabbia
- Velocità dell’acqua non superiore a 4 m/s
- Temperatura dell’acqua non superiore a 35 °C
- A differenza della laminazione di nastri larghi, l’acqua viene spesso applicata solo sul lato di uscita, per mancanza di spazio
- L’acqua di raffreddamento viene spesso applicata solo alla passata in uso
| Gabbia | Barra n. 12 | Barra n. 14 | Barra n. 13 | Barra n. 14 | Barra n. 12 |
|---|---|---|---|---|---|
| Dimensione del cilindro (mm) | 400 × 600 | 470 × 850 | 380 × 600 | 340 × 600 | 330 × 650 |
| Gola | Tondo 34 | Tondo 22 | Slitting | Slitting | Ovale |
| Area della gola (mm²) | 908 | 380 | 370 | 330 | 910 |
| Riduzione (%) | — | 30–35 | 18 | 10 | 18 |
| Velocità di laminazione (m/s) | 7 | 1–4 | 10–11 | 11–12 | 5–6 |
| Carico di laminazione (t) | 30 | 40 | 16 | 9 | 20 |
| Volume d’acqua per passata | 30 | 50 | 30 | 30 | 48 |
| Pressione (kgf/cm²) | 4–5 | 5 | 3–5 | 3–5 | 4–5 |
Gli ugelli sono una combinazione di ugelli diretti sulla passata e ugelli indiretti da 1 pollice, secondo la gabbia.
Quale HSS è giusto per il vostro laminatoio?
La scelta giusta dipende dalla posizione della gabbia, dal mix di prodotti, dalle passate di slitting o di marcatura e dal sistema di raffreddamento. Un cilindro ad alto boro può essere l’opzione più economica in una gabbia di finitura ben raffreddata, mentre un cilindro ad alto carbonio o ibrido è la scelta più sicura per le passate di slitting e dog-bone.
SINOPAC esamina i dati della gabbia, la qualità attuale e i risultati delle campagne prima di consigliare una qualità, così pagate le prestazioni che vi servono. Inviateci disegni e dati del laminatoio: risponderemo con una proposta di qualità e un’offerta.