Essentiële Kenmerken van een Modern Draadwalzwerk voor Optimale Prestaties

Hoofdkenmerken van een Modern Draadwalzwerk

Het doel van een draadwalzwerk (WRM) is om staalblokken op te warmen en te walzen tot draad. De productie van draad in draadwalzwerken onderhevig aan constante verandering. De groeiende eisen aan de kwaliteit van de draad alsook aan de flexibiliteit en kosteneffectiviteit van de draadwalzwerken heeft de ontwikkeling van nieuwe en innovatieve technologieën en processen genoodzaakt. Moderne draadwalzwerken zijn hogesnelheidswalzwerken die in staat zijn om kleinere afmetingen te walzen bij hoge productiesnelheden, terwijl tegelijkertijd investerings- en exploitatiekosten op een redelijk niveau worden gehouden. Als regel worden draadwalzwerken ontworpen voor een jaarlikse output van tussen 300.000 t en meer dan 800.000 t (twee-streng walzwerken). De walzwerken zijn in staat om te walzen met snelheden variërend van 50 meter per seconde tot 120 meter per seconde. Typische productafmetingen liggen in het bereik van 5,0 mm tot 20 mm. De reeks materialen omvat laag tot hoog koolstofstalen, koudstampstalen, draadtrekstalen, legierstalen, veerstalen, kogellagerstalen, elektrodkwaliteitstalen, wapeningsstaven en gereedschapsstalen. Moderne draadwalzwerken worden verwacht aan de volgende eisen te voldoen:

• Hoge beschikbaarheid van de walzwerk gekoppeld met hoge productiviteit en hoge opbrengsten.
• Voldoen aan de behoefte aan laag onderhoud.
• Voldoen aan de behoefte aan lagere energieverbruik.
• Nauwe dimensietoleranties van draad in het bereik van +/- 0,10 mm en ovaliteit in het bereik van ongeveer 0,2 mm.
• Laag schilverlies in draad van ongeveer 0,5% tot 0,6%.
• Negatieve toleranties (in profielgewicht).
• Geen variatie in afmetingen over de hele lengte van de draad.
• Uniforme fysieke eigenschappen.
• Uniform gewicht met nominate variatie tussen midden en achterste einde.

Belangrijke Kenmerken en Technologieën

Om aan deze eisende eisen te voldoen, worden veel belangrijke kenmerken geïntegreerd in de moderne draadwalzwerken. Enkele hiervan worden hieronder beschreven.

Opverwarmingsoven

Moderne draadwalzwerken zijn uitgerust met energie-efficiënte loopbalkovens of loophearth ovens die normaal geautomatiseerd zijn. Deze opwarmovens verwarmen de blokken uniform tot de doeltemperaturen bij de vereiste productiesnelheden en zonder loopbalksporen en zonder koude plekken. Deze ovens zijn in staat om koude of warme blokken als laadmateriaal in de oven te ontvangen.

Huisloze Walzstand (Housingless Roll Stand)

De huisloze (HL) walzstanden worden normaal gebruikt in de ruw- en tussengroepen van standen in moderne draadwalzwerken. Het modulaire ontwerp stelt het gebruik van HL-standcassettes in alle mogelijke configuraties toe, zoals horizontaal, verticaal, kantelbaar en universele configuratie. De standafmetingen verschillen, afhankelijk van de benodigde afmetingen van de walsen en walsjaren, passchema, pasvorm alsook de tandwielkast- en motorkenmerken. De hoofdkenmerken van de HL-staanden zijn compactheid en rigiditeit van componenten, lage walsbuigingsmodulus, duurzame meerrijige rolager met zelfuitlijmende kokerlager onder belasting, spelvrije balansering van kokerlager, rolbalken ontworpen voor eenvoudige en exacte afstelling van geleiden en beschermingen, enz. De voordelen van deze standen omvatten (i) besparing in de diepte en afmeting van de fundering, (ii) het gewalste product voldoet aan de vereiste vorm- en dimensietoleranties, (iii) er is tijdsbesparing bij standveranderingen omdat het walsveranderen buiten de walslijn plaatsvindt, (iv) er is een significante reductie in onderhoudstijd door minder componenten en betere toegankelijkheid, (v) geautomatiseerde walsgatafstelling, en (vi) operationele flexibiliteit aangezien dezelfde standeenheid in elke positie kan worden gebruikt.

Kraagwalsstanden (Cantilever Roll Stands)

Kraagwalsstanden (CL) zijn compacte standen die in een wijd bereik van formaten worden gebruikt voor een verscheidenheid aan toepassingen. Deze toepassingen omvatten (i) eendraads walzwerken in horizontale en verticale rangschikking, (ii) in gesplitste tussentrains van twee of meer strengen walzwerken, en als voorafwerkstanden in draadleveringssecties. De voordelen van deze standen omvatten (i) Kleinere funderingen; (ii) cassettes van hetzelfde standtype zijn uitwisselbaar zelfs tussen horizontale en verticale standen, (iii) hoge belastingdraagkracht zelfs met kleine diameters, ideaal geschikt voor hogesnelheids draadblokken, (iv) optimale toegankelijkheid, en (v) snelle wals- en standverandering.

Afkoel- en Uittemperlus (Cooling and Equalizing Loop)

Het materiaal dat de no-twist blok binnenkomt, moet intensief worden gekoeld voor de eindwalsing bij lage temperaturen. Dit moet gevolgd worden door een voldoende lange uittempersectie om de metallurgische eigenschappen uniform over de dwarsdoorsnede van de afgeronde draad te laten bereiken. Zonder uittempersectie kan het temperatuurverschil tussen oppervlak en kern zo groot zijn dat verschillende microstructuren kunnen worden gecreëerd tijdens het daaropvolgende vormproces. Aan de andere kant zijn er staalkwaliteiten die zo heet mogelijk gewalst moeten worden en voor welke een lange uittempersectie leidt tot kwaliteitsachteruitgang. De lustechnologie laat deze twee eisen perfect reconciliëren. Het materiaal van de tussentrain kan de korte directe route nemen of de route via de lus met additionele waterboxen en lange uittempersecties voordat het in no-twist blokken wordt gewalst.

No-Twist Blok

Dit wordt ook wel no-twist walzwerk genoemd. In draadwalzwerken vertegenwoordigt het een van de cruciale elementen. Alleen door deze ontwikkeling is het mogelijk geworden om dunne draad veilig te walzen met snelheden van meer dan 120 m/sec. De no-twist blokken kunnen van 4, 6, 8, en 10 walzstanden zijn voor draaivrije walsing. Een primaire tandwielkast drijft de walseenheden via twee gemeenschappelijke assen. No-twist blokken met twee verschillende formaten van walseenheden zijn beschikbaar, met Ø 170/150 mm walsen en Ø 223/200 mm walsen. Alle walseenheden zijn identiek en uitwisselbaar. No-twist blokken zijn beschikbaar met reductieverhoudingen variërend van 10% tot 25% per pas, afhankelijk van de staalkwaliteiten die gewalst moeten worden. Het blok is nu zelfs ontworpen voor een snelheid van 150 m/s. No-twist blokken gebruiken tungsten carbide ringen met een pasleven van 600 t tot 700 t met super afgewerkt oppervlak van het eindproduct. De voordelen van de no-twist blokken zijn (i) ultra zware behuizingen, (ii) lage ringvervangingtijd, (iii) verwaarloosbare veerwerking, (iv) gereduceerd onderhoud, (v) eenvoudigere profielcontrole, afstelling op afstand onder belasting, en (vi) flexibiliteit van walsen van verschillende draadkwaliteiten.

Flexibele Reductie Maatblok (Flexible Reduction Sizing - FRS Blok)

Dit blok is ontwikkeld door SMS Meer voor het walzen van hogere graden en het gelijktijdig verbeteren van de metallurgische eigenschappen van het gewalste product. Dit is een vier-streng blok met versnellingsshift tandwielkasten. Het wordt benedenstrooms van een no-twist draadblok geïnstalleerd. Op het FRS blok kunnen alle afmetingen worden afgewalst met het voordeel van één familie walsing, wat betekent dat alleen één pasmaat in elke stand over het hele formaatbereik wordt gebruikt. Vanwege de afkoelsectie tussen het no-twist blok en FRS blok wordt thermomechanisch walzen haalbaar. Er zijn veel goede ontwerpkenmerken in dit blok.

Reducerende Maatwalzwerk (Reducing Sizing Mill - RSM)

Dit is een veelzijdige, veelgevraagde walsgetechnologie. RSM profiteert van de speciale kenmerken van de 3-wals technologie, waarbij de spreiding tijdens vervorming laag is en de vervormingsefficiëntie hoog is. De voordelen van het draad reducerende maatwalzwerk zijn talrijk. Het kan na een conventioneel afwerkblok geïntegreerd worden, wat de walzwerkproductiviteit op kleine formaten met tot 60% verhoogt. De extreme precisie is in veel praktische toepassingen bewezen. Het pasontwerp is geoctrooierd en stelt echte enkele familie walsing in van de eerste stand na de opwarmoven tot de laatste stand van het blok voor het reducerende maatwalzwerk. Toegevoegd na een conventioneel staafafwerkblok, kan de geoctrooierde RSM-eenheid de afwerksnelheden op kleinere formaten aanzienlijk verhogen.

Thermomechanisch Walzen

Dit wordt ook wel laagtemperatuurwalzen genoemd en is in essentie een methode voor online controle van de uiteindelijke materiaaleigenschappen tijdens het walsproces. Het omvat materiaalvervorming toegepast in de laatste passen van de walzwerk, binnen de temperatuurbereiken die overeenkomen met gedeeltelijke rekristallisatie of onderdrukking van rekristallisatie. Zodra rekristallisatie wordt onderdrukt, treedt korrelverfijning op, wat resulteert in verbeterde technologische eigenschappen van het einddraadproduct. Daarnaast verbetert de draadoppervlaktekwaliteit aanzienlijk. De voordelen van thermomechanisch walzen zijn fijn korrelgrootte, vermijding van offline normaliseren, verbeterde laagtemperatuurzwaarte, betere eigenschappen na warmtebehandeling voor cementatiestalen, kortere aanlaagtijd voor veerstalen, verbeterde vermoeidheidssterkte van het eindcomponent, hogere trekkracht voor micro-gelegeerde stalen bereikt direct in-line, en gereduceerde ontkoolstofdiepte, etc. Het gebruik van twee blokken (meestal een zes standen en een vier standen) stelt alle afmetingen van de draad in staat om thermomechanisch en goedkoop met hoge productiesnelheden te worden gewalst. Door het no-twist blok te splitsen, wordt het mogelijk om in maximaal vier passen af te walzen. Met voldoende afkoeling en goede temperatuuruittempering over de dwarsdoorsnede, is thermomechanisch walzen bij hoge productiesnelheid dus mogelijk. Afkoel- en uittemperlus voor het no-twist blok speelt een belangrijke rol tijdens het thermomechanisch walzen. Het stelt de intreedtemperatuur in het eerste no-twist blok in staat om te worden gereduceerd tot 750 °C en dat met een temperatuurprofiel van minder dan 50 °C. Deze voorwaarde van het bereiken van 750 °C weer voor het tweede no-twist blok voor de profielen die met tien passen gewalst moeten worden, wordt haalbaar en maakt dus thermomechanisch walzen mogelijk zelfs met kleine afmetingen.

Aandrijving voor No-Twist Blok

Normaal hebben alle standen van een no-twist blok complexe tandwielkastconfiguraties die onderhevig zijn aan slijtage en onderhoud. Ze worden gezamenlijk gedreven door een of meer enorme motoren (tot 7000 kW) in tandemschema via een primaire tandwielkast en twee gemeenschappelijke assen. No-twist blok heeft beperking omdat het kan walzen met vaste reductieverhoudingen die vaste walsringdiameters vereisen. SMS Meer heeft een elektronische tandwielkast ontwikkeld die de motoren van een no-twist blok relatief tot elkaar controleert, zodat de standen functioneren als een no-twist blok en nauwkeuriger kunnen worden gecontroleerd. Deze aandrijving is MEERdrive genoemd en door deze zijn de vaste reductieverhoudingen tussen de standen geëlimineerd. Dit helpt bij walsmaatberekening omdat een wijd bereik van verschillende oppervlaktereducties in dezelfde stand kunnen worden gewalst. Het walsringbeheer wordt ook vereenvoudigd en het aantal benodigde passen kan ook worden gereduceerd.

Luslegkop (Loop Laying Head)

Het leggen van verschillende draadafmetingen in uniforme lussen met de luslegkop zelfs bij hoge walsnelheid is een belangrijk criterium. Verder door thermomechanisch walzen voor veel graden zijn de legtemperaturen voor bepaalde graden aanzienlijk gereduceerd om metallurgische redenen. Dit heeft meer eisen gesteld aan de legkop, met name de legbuizen en ze moeten van speciaal materiaal gemaakt worden.

Geregelde Afkoeltransporteur (Control Cooling Conveyor)

Het geregelde afkoeltransporteursysteem is een van de belangrijke onderdelen van een draadwalzwerk voor het bereiken van de gewenste eigenschappen van de draad voor een wijd bereik van verschillende staalkwaliteiten. De optimale combinatie van snelheid, ventilatorvermogen en dekkingpositie op de transporteerder stelt verwerking in een wijd bereik van condities in staat, inclusief zowel snelle als trage afkoelmodi binnen een enkel systeem. Deze capaciteit stelt draadwalzwerken in staat om een breed spectrum van gewone koolstof- en legierstalen, alsook roestvrije stalen en andere specialiteitskwaliteiten te produceren. Tijdens 'gedwongen afkoeling' wordt lucht door de losse windingen geblazen met maximaal vermogen en open dekkels om de draad zo snel mogelijk af te koelen om de lamellaire perlite te bereiken. Tijdens 'vertragende afkoeling' worden de draadlussen getransporteerd zonder ventilatoren, met het deksel gesloten en bij lage transporteersnelheid om de temperatuur in een gegeven bereik zo lang mogelijk te handhaven. Dit stelt de bereiking van een ferrietisch/perlitis microstructure van de draad in. De resultaten zijn verbeterde as-gerolde draadeigenschappen. Dit stelt de productie van meer graden in een direct bruikbare toestand in, waardoor downstream processen zoals sferoidiseren aanlaag worden verminderd of geëlimineerd.

Hervormingsringdistributeur (Reform Ring Distributor)

De hervormingsringdistributeur verzamelt ringen hoog in de hervormingsvat met een roterend mes voor optimale plaatsing. Dit systeem verkort het spoelpakket, wat verzending en opslagruimte vergemakkelijkt, wat op zijn beurt de kosten verlaagt. Verbeterde verzameling resulteert ook in beter gevormde spoelen voor minder verwarringen en vastlopers bij afwikkelen.

De indeling van het moderne draadwalzwerk van Arcelor Mittal te Duisburg, Duitsland, is weergegeven in Fig 1. De walzwerk werd in 2012 in bedrijf genomen.

Fig 1 Indeling van een modern draadwalzwerk