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Cilindros HSS para laminação de produtos longos: tipos, desempenho e refrigeração
Os cilindros HSS podem laminar de duas a quatro vezes mais toneladas por passe que o ferro fundido convencional nas cadeiras acabadoras de barras e vergalhão. Mas nem todo cilindro “HSS” é igual, e nem toda usina obtém o mesmo resultado. Este guia explica os quatro tipos, o que esperar de cada um e as condições de refrigeração que decidem se o HSS compensa.
Por que os cilindros HSS chegaram aos laminadores de produtos longos
As usinas querem mais toneladas com menos paradas. Cada troca de cilindro, cada retífica e cada parada custam produção. Os cilindros HSS (aço rápido) foram desenvolvidos para atender a essa demanda.
Os cilindros HSS foram usados primeiro nas cadeiras acabadoras dos laminadores de tiras a quente, onde melhoraram a qualidade do produto laminado e reduziram a manutenção dos cilindros. Esse sucesso levou os laminadores de produtos longos — barras, vergalhão e fio-máquina — a adotar o HSS também, e hoje ele é usado das cadeiras intermediárias às acabadoras.
Para produtos longos, os cilindros HSS são feitos principalmente de duas formas: por fundição centrífuga ou por sinterização (metalurgia do pó com prensagem isostática a quente). O HSS centrifugado é o mais comum, porque muitas fundições no mundo podem fabricá-lo. As qualidades sinterizadas de alto vanádio são feitas por poucos produtores nos EUA e na Europa.
Os quatro tipos de cilindro “HSS”
Muitos fornecedores oferecem cilindros “HSS”, mas alguns são na verdade ferros de alto boro ou alto cromo, que não servem para todas as usinas. Vale separar os quatro tipos:
Centrifugado — alto boro
+
- A opção “HSS” de menor custo
- 2–3× a produção do ferro fundido convencional
- Preço menor que o carboneto de tungstênio
- Usa toda a superfície da mesa, ao contrário dos cilindros compostos de carboneto
−
- Não funciona em todas as usinas
- Somente cadeiras acabadoras
- Prazo de produção 120–130 dias ex-works
Centrifugado — alto carbono
+
- O tipo HSS mais maduro na laminação de produtos longos
- Pode ser ajustado para cadeiras de corte longitudinal (slitting) e dog-bone
- 3–4× a produção do ferro fundido convencional
- Preço menor que o carboneto de tungstênio
- Usa toda a superfície da mesa, ao contrário dos cilindros compostos de carboneto
- Funciona das cadeiras intermediárias às acabadoras
−
- Prazo de produção 120–130 dias ex-works
Híbrido — centrifugado e sinterizado
+
- Cerca de metade do preço do carboneto de tungstênio
- Muito mais tolerante à fadiga térmica
- Boa resistência no vértice agudo dos passes de corte
- Serve para muitas aplicações de laminação
- Prazo de produção 80–100 dias
−
- Sistema de anéis, montado como cilindro composto
- Capacidade de produção limitada
Sinterizado PM de alto vanádio (tipo 9V)
+
- Continua sendo o material de melhor desempenho quando a produção é o objetivo principal
−
- Caro
- Feito apenas por poucos produtores com os direitos do processo
- Prazo de entrega muito longo por capacidade limitada
Os tipos híbrido e sinterizado têm a química de um verdadeiro aço rápido e rendem mais que o “HSS” centrifugado.
Desempenho em um laminador de barras: acicular, HSS e híbrido
A tabela abaixo é uma análise de amostra do laminador de barras de um cliente da SINOPAC, comparando cilindros aciculares convencionais com HSS centrifugado de alto carbono e HSS híbrido nas quatro últimas cadeiras acabadoras. Toneladas totais por cilindro = toneladas por passe × número de passes × campanhas por cilindro.
| Cadeira / passe | Material | Toneladas por passe | Passes | Toneladas por entrada | Retífica média (mm) | Vida do cilindro (mm) | Campanhas por cilindro | Toneladas totais por cilindro |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 — Dog-bone | Acicular | 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 | Híbrido | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 16 — Corte | Acicular | 600 | 8 | 4.800 | 3,5 | 55 | 15 | 72.000 |
| 16 — Corte | HSS | 1.500 | 8 | 12.000 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 264.000 |
| 16 — Corte | Híbrido | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 17 — Líder | Acicular | 700 | 7 | 4.900 | 3,0 | 55 | 18 | 88.200 |
| 17 — Líder | HSS | 1.750 | 7 | 12.250 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 269.500 |
| 17 — Líder | Híbrido | 2.450 | 7 | 17.150 | 1,7 | 45 | 26 | ≥ 445.900 |
| 18 — Marcação | Acicular | 300 | 8 | 2.400 | 3,5 | 55 | 15 | 36.000 |
| 18 — Marcação | HSS | 1.100 | 8 | 8.800 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 132.000 |
| 18 — Marcação | Híbrido | 1.800 | 8 | 14.400 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 216.000 |
Nesta usina, o HSS laminou cerca de 2,5 vezes mais por passe que o acicular nas cadeiras dog-bone, de corte e líder, e o HSS híbrido cerca de 3,5 vezes mais. Como o HSS também precisa de menos retífica, cada cilindro dura mais campanhas: as toneladas por cilindro passaram de cerca de 72.000 t para mais de 260.000 t com HSS, e para mais de 420.000 t com o híbrido.
O desempenho real depende das condições de laminação de cada usina: projeto de passes, velocidade, redução, temperatura da barra e, sobretudo, a refrigeração.
Refrigeração: a condição que decide o desempenho do HSS
Uma boa refrigeração com água é vital para qualquer material de cilindro, mas é crítica para o HSS e outras qualidades endurecidas. Uma refrigeração ruim causa trincas térmicas e lascamento, e elimina rapidamente a vantagem em toneladas. Como guia:
- Pressão da água normalmente 2–6 bar, conforme a cadeira
- Velocidade da água não superior a 4 m/s
- Temperatura da água não superior a 35 °C
- Ao contrário da laminação de tiras largas, a água costuma ser aplicada apenas no lado de saída, por falta de espaço
- A água de refrigeração costuma ser aplicada apenas ao passe em uso
| Cadeira | Barra n.º 12 | Barra n.º 14 | Barra n.º 13 | Barra n.º 14 | Barra n.º 12 |
|---|---|---|---|---|---|
| Tamanho do cilindro (mm) | 400 × 600 | 470 × 850 | 380 × 600 | 340 × 600 | 330 × 650 |
| Canal | Redondo 34 | Redondo 22 | Corte | Corte | Oval |
| Área do canal (mm²) | 908 | 380 | 370 | 330 | 910 |
| Redução (%) | — | 30–35 | 18 | 10 | 18 |
| Velocidade de laminação (m/s) | 7 | 1–4 | 10–11 | 11–12 | 5–6 |
| Carga de laminação (t) | 30 | 40 | 16 | 9 | 20 |
| Volume de água por passe | 30 | 50 | 30 | 30 | 48 |
| Pressão (kgf/cm²) | 4–5 | 5 | 3–5 | 3–5 | 4–5 |
Os bicos são combinados: bicos diretos sobre o passe e bicos indiretos de 1 polegada, conforme a cadeira.
Qual HSS é o certo para a sua usina?
A escolha certa depende da posição da cadeira, do mix de produtos, dos passes de corte ou de marcação e do seu sistema de refrigeração. Um cilindro de alto boro pode ser a opção mais econômica em uma cadeira acabadora bem refrigerada, enquanto um de alto carbono ou híbrido é a escolha mais segura para passes de corte e dog-bone.
A SINOPAC analisa os dados da sua cadeira, a qualidade atual e os resultados de campanha antes de recomendar uma qualidade, para que você pague pelo desempenho de que precisa. Envie seus desenhos e os dados da usina e responderemos com uma proposta de qualidade e uma oferta.