Opracował Marcin Dąbrowski

Główną częścią procesu wytwarzania gotowych blach cienkich na zimno, jest proces walcowania w walcarce typu quarto.

Czym więc jest blacha walcowana na zimno i jak bardzo można zmniejszyć jej grubość?
Przybliżmy reguły i zasady oraz podstawy technologiczne tego procesu!

Walcarka quarto (4-klatkowa w Hucie AMP w Krakowie), przed modernizacją

No to walcujemy…

Łatwo sobie wyobrazić, że redukcja grubości blachy stalowej w normalnej temperaturze wymaga ogromnych sił i nacisków, to właśnie dlatego materiał jest walcowany w każdej klatce walcowniczej, jedna po drugiej, aż do uzyskania odpowiedniej grubości. Każda klatka walcownicza składa się z dwóch walców oporowych (każdy waży około 34 Mg) i dwóch walców roboczych (5,4 Mg). Całość jest umieszczona w ogromnej obudowie z żeliwa. Częścią początkową maszyny, jest mechanizm rozwijający (rozwijarka). Pierwsza część procesu, czyli rozwinięcie jest bardzo ważna, początkowa część pasma blachy musi zostać wyprostowana i umieszczona pomiędzy parą walców w wyśrodkowanej pozycji.

Walce obracają się w kierunku przeciwnym do ruchu pasma, co nadaje prędkość i powoduje przesuw pasma w kierunku ostatniej klatki walcowniczej. Każda klatka ma zaprogramowane odpowiednie programy walcowania i redukcji grubości pasma. W sensie teoretycznym redukcja w pierwszej klatce powinna być największa w całym procesie. Porównując proces walcowania na zimno z tym na gorąco, wypada on mniej „widowiskowo”; na przykład z początkowej grubości 1,8 mm, otrzymuje się grubości 0,4 mm. Walcownia Blach Zimnych w Krakowie umożliwia walcowanie całego asortymentu kręgów o grubościach od 5 mm do 1,8 mm, do grubości 3 mm na 0,4 mm.

Powierzchnia walców jest wysoce gładka i ulepszana dodatkową obróbką cieplną w trakcie produkcji poza Kompleksem Metalurgicznym to wszystko, aby zapewnić twardość i wytrzymałość odpowiednią do własności stali. Powodem jest oddziaływanie ogromnych sił jednostkowych, gdyż w trakcie kontaktu materiału i walców występują ogromne siły tarcia.

Wynikiem działania sił tarcia jest wzrost temperatury na styku walców i blachy. Jest to jedną z przyczyn stosowania emulsji walcowniczej. Jest to po prostu mieszanka oleju i kondensatu pary wodnej, która zmniejsza temperaturę pasma stali i zmniejsza również siłę tarcia działająca w trakcie procesu.

Najbardziej podstawowe równanie w przeróbce plastycznej ( objętość materiału przed obróbką równa się objętość po przeróbce), pokazuje że niektóre wymiary powinny się zmieniać w trakcie walcowania. Oczywiste jest, że głównym celem jest redukcja grubości, więc co się dzieje z pozostałymi wymiarami?

Otóż wraz z trwaniem procesu pasmo się wydłuża, na całe szczęście udowodniony jest fakt nie występowania poszerzenia pasma, gdy różnica w grubości i długości jest bardzo znaczna ( w naszym wypadku pasmo ma kilometr długości i kilka milimetrów grubości!).

Ostatnią częścią procesu jest zwijanie na zwijarce i przygotowanie do dalszych procesów wykańczających.

Krąg blachy walcowanej na zimno, po procesie

Dzisiaj liczy się tylko pełna automatyzacja…

Inżynierowie z ArcelorMittal, zdecydowali na rozpoczęcie procesu modernizacji walcowni zimnej i skupili się na dodaniu nowych modułów kontroli, pomiaru i automatyzacji, aby usprawnić zarządzanie procesem. Dlatego właśnie kilka nowoczesnych gadżetów technologicznych zostało dodanych, takich jak: system regulacji grubości pasma, szczeliny walcowniczej, wyginania walców, tensometry, moduł pomiaru grubości blachy przed klatkami i mikrometr Rentgenowski.

Także stalowa kurtyna anty-hałasowa została zamontowana, aby spełnić wymogi BHP dla przemysłu ciężkiego.
Pomieszczenie kontrolne zostało naszpikowane komputerami i panelami sterowniczymi, tak, więc monitorowanie i zapisywanie danych może odbywać się na bieżąco.

Przed modernizacją walcowni w Krakowie, ArcelorMittal przeprowadziła podobną modernizację w starszej fabryce w Niemczech. Niektóre doświadczenia i rozwiązania użyte tam, zostały wykorzystane w trakcie modernizacji w Krakowie.

Co dalej…

To, co otrzymujemy po tej części procesu jest cienką i bardzo umocnioną blacha nienadającą się do dalszej obróbki plastycznej, dlatego kilka innych operacji dodatkowych musi zostać wdrożonych. Zostaną one omówione w dalszych częściach.

Nowy panel kontrolny WBZ w Krakowie

Dokumentacja, materiały i zdjęcia dzięki uprzejmości Pana Piotra Donderowicza (Głównego Technologa Walcowni Zimnej Blach ArcelorMittal, oddział Kraków)

Cold Rolling Mill at ArcelorMittal Metallurgy Complex in Krakow. Part II.

by Marcin Dąbrowski

Essential part of producing final coiled steel products is a rolling process performed in mill. In Krakow’s factory this process is realized in 4 stand mill.

What is cold rolling and how much thickness of strip can be reduced during cold rolling?
Let’s revise some of rules, technologies and basis of production know-how!

4 Stand Mill before modernization, Cold Rolling Plant AMP Krakow

We are rolling…

It is easy to imagine that reducing thickness of steel in normal temperature requires large force and stress. That is why material is being rolled in each stand one after other to get desire thickness. One stand consists of two large backup rolls (each weight 34 Mg) and two working rolls (5,4 Mg). All of them are caped in large stands made from gray iron. The entry of whole mill starts with uncoiling mechanism. The first part of process is very critical, the strip need to be insert to first set o rolls, straighten and placed in right centric position. Direction of rotating rolls is opposite to direction of moving strip that gives the velocity and provides further movement to the last stand of mill. Each stand has preprogrammed rolling reduction of strip; in theoretical sense in first stand reduction should be largest in whole process. Comparing to hot rolling process reduction of thickness isn’t so impressive, for instance initial thickness of 1,8 mm is reduced after cold rolling to 0,4 mm.
Also Krakow’s Cold Rolling Mill provides rolling the whole range of coils with thickness of 5 mm to 1,8 mm, to get products of thickness starting from 3mm to 0,4 mm.

The surface of rolls is highly smooth and strengthen by extra heating treatment during production of it outside Metallurgy Complex, all of this ought to be provided to make sure that hardness of rolls will be adequate to steel hardness as single force per every square millimeter is extremely high. During contact of two metals, friction force is increasing causing rise of temperature. That is one of reasons why special rolling moisture is used.

It is simply just mixture of special oil and condensate water, which helps to drop temperature of strip and reduces friction force as well.

The most basic equation in metal forming (volume of material before forming equals volume of material after forming), shows that some of dimensions should change. It is obvious that main aim of rolling process is to reduce thickness, but what about other two dimensions?

As rolling process is going on, the length of strip is extending, fortunately it is proved that in long products rolling, width of strip does not change when difference of length and thickness is high enough (just imagine the length of one kilometer strip and its few millimeters of thickness!) The last part of rolling process in Rolling Mill is upcoiling and preparing coil for following finishing processes.

Coil of cold rolled steel

It is all about automatic control these days …

Engineers from ArcelorMittal, decided to start process of modernization at Cold Rolling Mill and focus on adding new control and automatic features to help manage and control rolling process. That is why some of new fancy pieces of high technology where added: automatic control systems of strip thickness, rolls gap, rolls bending and inter-stand tension as well as other systems, assembling an automatic sheet flatness control system, installation of an X-Ray micrometer before stand 1 and the replacement of meters past stand 1 and 4.

Also anti-noise steel curtain was added to meet health and security requirements for heavy industry.
The whole control room was fitted with new control panels and computers, so now recording and viewing all process date is easy and available as it runs.

Before modernization of rolling Plant in Krakow was brought to life, ArcelorMittal did very similar modernization of older factory in Germany. Some of experience and solutions where very helpful during modernization in Krakow.

What next…

What we get after this part of process is thin, strengthen and not suitable for further forming steel. That is why few more stages of production process need to be introduce. All of them will be discussed in next chapters.

New control panel in Control room at Rolling Plant

Materials, photos and documents thanks to courtesy of Mr. Piotr Donderowicz (Main Technological Specialist, ArcelorMittal Cold Rolling Mill Krakow)