A laminação é um método de fabricação por deformação plástica . Refere-se a vários materiais , como metal ou qualquer outro material pastoso, como papel ou massa . Esta deformação é obtida por compressão contínua ao passar entre dois rolos em contra-rotação (girando no sentido oposto um do outro) denominada “laminador”.
Um laminador é uma instalação industrial que visa reduzir a espessura de um material (geralmente metal ). Também permite a produção de barras perfiladas (produtos longos).
Existem muitos tipos de laminadores:
Este artigo é dedicado à laminação de aço na indústria do aço .
Moinhos manuais pequenas foram utilizadas a partir do XV th século. Os primeiros grandes instalações operadas pela roda d'água, aparecem XVII th século. Foi somente com a chegada da máquina a vapor que a prática de laminação de metais decolou significativamente.
Uma vez que a laminação se tornou um negócio separado, isso deve muito às experiências feitas na Tredegar Iron and Coal Company (in) em Wales South em 1905 , onde foi decidido projetar um laminador completo para laminação a quente, continuamente, uma tira de 200 mm de largura.
Entre as importantes descobertas feitas a partir de 1900 encontramos: fornos contínuos, guindastes elétricos, tesouras voadoras capazes de cortar a tira em comprimentos predeterminados assim que ela sai dos cilindros a uma velocidade de 900 m / min , guias usinadas, bobinas projetadas para enrolar alta velocidade, etc. .
Foi em 1926 , nos Estados Unidos , que surgiu o primeiro laminador de banda larga a quente contínua: produzia chapas grossas; “É uma revolução tecnológica. Será uma revolução econômica quando examinarmos todas as repercussões econômicas que esta invenção terá por mais de meio século em todo o mundo. “ A invenção se difundiu na Europa Ocidental a partir de 1948 , quando começa1 r out 1948a construção do laminador a quente Usinor em Denain , operacional a partir de15 de março de 1951, depois um pouco mais tarde a de Sollac , na siderúrgica de Florange , que a encomendou em 1953.
O laminador contínuo faz parte da evolução da indústria do aço, levando a uma maior integração vertical . De fato, uma única instalação realiza as operações de reaquecimento, laminação de tiras, tratamento térmico e enrolamento. Mas acentua ainda mais a evolução da profissão para a indústria pesada :
Assim, em 1926 ou mesmo em 1950, foi necessário colocar em frente a um laminador de tiras largas a quente, cinco a dez altos-fornos e uma dezena de conversores Martin ou Thomas . A evolução lógica dessas ferramentas upstream consiste então em reduzir seu número excessivo aumentando seu tamanho de unidade: em 1975, um alto-forno muito grande tinha uma capacidade anual de 3,5 Mt de ferro-gusa e uma siderúrgica LD poderia produzir com três conversores. 6 ou 7 Mt / ano de aço. O laminador contínuo para produtos planos redefiniu assim o tamanho das ferramentas de aço, incluindo o laminador contínuo para produtos longos, que é movido por uma usina siderúrgica elétrica , ou que é combinado com as ferramentas de produção que alimentam o laminador.
O objetivo da laminação a quente é dar forma ao material. Sua principal vantagem é a modificação das características mecânicas na direção do alongamento.
A laminação a quente pode causar descarbonetação . Além disso, forma-se uma camada negra de óxido , ou mesmo incrustação , que é posteriormente removida, o que altera o estado da superfície. No caso das folhas, a camada é freqüentemente removida por meio de ácido , portanto, neste caso a folha tem uma rugosidade maior do que uma folha laminada a frio.
Como todos os processos a quente, é importante controlar o ciclo térmico para controlar a microestrutura. Em particular, no caso de aços inoxidáveis austeníticos , um processo mal controlado pode levar à "sensibilização" (formação de precipitados de carbonetos de cromo Cr 23 C levando à depleção de áreas vizinhas em cromo) que degrada as propriedades do aço. Contra intergranular corrosão .
A laminação a quente também conduz à recristalização dinâmica ; Os produtos laminados a quente são, portanto, geralmente menos duros do que os produtos laminados a frio (antes do tratamento térmico ).
Existem muitos tipos de laminadores na indústria do aço:
O princípio de rolamento é conhecido como "cunha rotativa".
Depois de passar por um forno de reaquecimento que leva as placas a mais de 1300 ° C , o metal é transportado em rolos motorizados. Gradualmente, pela passagem sucessiva por diferentes gaiolas equipadas com cilindros refrigerados a água, o metal vai perdendo espessura e ganhando comprimento.
ComposiçãoUm suporte rolante é composto por:
As forças consideráveis exercidas sobre os rolos durante a laminação causam flexão da pilha mecânica e, portanto, uma espessura extra no meio da tira (falamos de coroamento), esse defeito é muitas vezes compensado de duas maneiras:
Ao sair do laminador, a tira pode ser pulverizada com água, o que lhe confere propriedades próximas às de têmpera.
Para eliminar os defeitos de planicidade da tira, esta pode passar por um nivelador, constituído por rolos alternados da frente para trás e de cima para baixo, o aperto desses rolos vai diminuindo da entrada para a saída da máquina.
No final da linha, o metal é enrolado em bobinadeiras.
Um laminador que consiste em um único suporte costuma ser um laminador reversível.
Se várias arquibancadas se sucedem, falaremos de um trem em movimento. Além disso, se o produto estiver engatado em várias gaiolas ao mesmo tempo, falaremos em tandem (é o caso da produção de fitas de aço longas em que os trens têm de 4 a 9 gaiolas).
Os primeiros laminadores contínuos (sem interrupção entre fornos e bobinadeiras) surgiram nos Estados Unidos na década de 1930 e após a Segunda Guerra Mundial na França.
As flores ou tarugos de lingotamento ou fundição contínua são convertidas em vigas , perfis, carris , barras, tubos ou filho .
Trem ferroviárioO trem utiliza exclusivamente produtos semiacabados de seção quadrada ( blocos ) de dimensões médias. O trilho é sempre laminado de lado.
Um trem rolante ferroviário é convencionalmente composto de:
Na Europa e até a década de 1970, os trilhos ferroviários eram fabricados usando métodos convencionais de laminação em gaiolas duplas (dois cilindros horizontais usinados simetricamente em forma de meio-trilho e um plano de rolamento no meio dos eixos dos dois cilindros). O desgaste lento e progressivo dos fundos das ranhuras dos cilindros resultou na substituição muito frequente das ferramentas de laminação. Em 1972, o diretor da fábrica da Wendel em Hayange, Roger Stammbach, inventou o chamado processo de laminação "universal" e o primeiro carrinho projetado exclusivamente para ferrovias está em operação desde 1974 na fábrica histórica localizada no coração de o vale Fensch que foi nomeado há muito tempo com o nome de Forges de Saint Jacques (então com o tempo: Forges de Wendel, Usines de Wendel, Usinor, Unimétal, Sogérail, Corus Rail, Tata Steel France Rail e British Steel France Rail e hoje a France Rail Industry (sas).
O processo Stammbach consiste na implementação de pelo menos quatro rolos laminadores especificamente usinados de modo a dar ao produto semiacabado de osso de cachorro uma forma pré-finalizada de trilho ferroviário ou outro produto do tipo viga pequena. Dois cilindros horizontais imprimem a forma das câmaras superior e inferior, enquanto dois rolos verticais imprimem as formas de cada extremidade superior e inferior do perfil final pretendido.
Um trem de arame é um trem de laminação contínua especializada na produção de fio-máquina (produto semiacabado destinado ao processamento). A instalação tem 300 a 400 metros de comprimento.
À frente da instalação está o parque de tarugos (barras com seção quadrada de 120 a 155 mm e 13 metros de comprimento para um peso de cerca de duas toneladas). Esses lingotes são tempos-guindaste equipado com electroímanes , e colocado sobre um transportador, que os empurra em um forno de aquecimento, onde eles ficam durante cerca de duas horas (durante a operação normal) para ser levada a uma temperatura de 1100 ° C . O forno é normalmente aquecido a gás. Uma vez atingida a temperatura uniformemente, os tarugos são descarregados por meio de um macaco e engatados a uma taxa de 100 a 120 toneladas por hora no trem do laminador.
O próprio trem consiste em um primeiro conjunto denominado rougher, composto por nove gaiolas onde o perfil quadrado é gradualmente reduzido em seção. Após essa montagem, uma tesoura esmigalha o produto para eliminar o risco de defeito interno. Em seguida, o produto engata no trem intermediário, o que reduz ainda mais a seção, depois, após um novo recorte, no trem de acabamento que garante em dez gaiolas o ajuste ao diâmetro final do produto. No último bloco, a velocidade de rolamento atinge 80 a 100 m / s para as instalações mais rápidas. Neste ponto, o produto acabado está a uma temperatura de 950 ° C e sai online. Em seguida, passa por uma cabeça de enrolamento que o faz fazer um loop de 1,20 m de diâmetro. As voltas são então colocadas em uma esteira rolante sob a qual é colocada uma bateria de ventiladores que garante uma queda homogênea da temperatura. As voltas são então empilhadas em um poço onde a coroa de arame é formada. Este é então transportado para um compactador-ligador, marcado e armazenado.
Uma coroa é igual em peso ao tarugo e é de fita simples. Para se ter uma ideia, um tarugo de 120 × 120 mm de doze metros de comprimento pesa cerca de 1,5 toneladas e dá uma coroa de arame de diâmetro 5,5 mm do mesmo peso por um comprimento desenrolado de mais de 10 km . Isso significa que o tarugo ainda está engatado na primeira gaiola quando o fio sai da última. O funcionamento suave é garantido pela velocidade cada vez mais rápida de cada gaiola, uma vez que cada gaiola reduz a seção transversal do produto. Um computador é responsável pela harmonização das velocidades.
Um trem de laminação geralmente opera em três turnos / dia com cerca de quinze pessoas por turno. Existem trens de veia única, dupla ou tripla. Em instalações com vários veios, as gaiolas de bloco grosso e intermediário têm cilindros multi-estriados, então os veios se separam e cada linha tem sua própria pavimentadora, transportadora e compactadora.
O processo acima descreve o princípio geral, cada trem tendo suas próprias características de velocidade (que influencia a taxa de descarga), garra de ferro (seção do tarugo) ou mesmo número de gaiolas por grupo dependendo de sua faixa de produção.
Os modelos de laminador de tiras mais avançados (outro nome para laminador a quente) têm dimensões incomparáveis no ambiente industrial.
É durante a laminação a frio que o metal sofre alterações em suas características mecânicas. Na verdade, o endurecimento local (deformação plástica) aumenta a zona de deformação elástica , o limite elástico é empurrado para trás, mas a resistência à ruptura é constante (esta é uma propriedade interna do material).
A laminação a frio é geralmente reservada para produtos planos (chapas de aço). Ele transforma um produto laminado a quente em uma fina bobina de metal (menos de 3 mm ). Existem basicamente dois tipos de laminadores a frio:
Existem também laminadores reversíveis de dois suportes, mas essas são exceções notáveis na frota global de laminadores.
Pode ser seguido por operações de revestimento após recozimento e endurecimento por trabalho .