Rouleaux de laminoir sont les principaux composants de travail de tout laminoir, façonnant directement le métal en appliquant une force de compression lorsque le matériau passe entre eux. Le choix du matériau de rouleau, de la dureté et du profil appropriés est l'une des décisions les plus critiques affectant la qualité du produit, l'efficacité de l'usine et les coûts d'exploitation. Que vous traitiez des dalles d'acier, des tôles d'aluminium ou des barres de cuivre, les performances des rouleaux déterminent tout, de la finition de surface à la précision dimensionnelle.
Les rouleaux de laminoir sont des outils cylindriques montés par paires ou par ensembles dans un support de laminoir. Lorsque les pièces métalliques passent entre les rouleaux en rotation, l'espace entre eux – appelé passage du rouleau – réduit l'épaisseur du matériau ou façonne sa section transversale. Les rouleaux doivent résister simultanément à d’énormes contraintes de compression, aux cycles thermiques et à l’usure abrasive.
Un rouleau standard se compose de trois sections principales : baril (la surface de travail qui entre en contact avec le métal), le cou (la zone de contact du roulement), et le wobblers ou extrémité d'entraînement (où le couple est transmis). Les dimensions des rouleaux varient énormément : depuis les petits rouleaux de laminage en grappes de moins de 50 mm de diamètre jusqu'aux grands rouleaux de répartition dépassant 1 500 mm de diamètre utilisés dans les laminoirs à bandes à chaud.
Les rouleaux sont classés selon leur position dans l'usine, leur fonction et le produit qu'ils traitent. Comprendre ces catégories aide à spécifier le rôle correct pour chaque application.
Le choix des matériaux pour les rouleaux de laminoir régit directement la durée de vie, la qualité de surface fournie au produit et la résistance à la fatigue thermique et mécanique. Les matériaux de rouleaux les plus courants sont résumés ci-dessous.
| Matériel | Plage de dureté | Propriétés clés | Application typique |
|---|---|---|---|
| Fonte à refroidissement indéfini (ICCI) | 65-75 HSC | Bonne résistance à l'usure, résistance modérée aux chocs thermiques | Supports de finition pour laminoirs à bandes à chaud |
| Fonte à haute teneur en chrome (HCCI) | 75-85 HSC | Excellente résistance à l'usure et à l'oxydation | Cylindres de travail de laminage à froid, laminoirs à fil machine |
| Acier rapide (HSS) | 80-87 HSC | Durée de vie supérieure, dureté élevée à chaud | Laminoir à bandes à chaud finissant les cages F1–F4 |
| Acier forgé | 40 à 65 HSD | Haute ténacité, résistance aux chocs | Rouleaux de secours, rouleaux de travail pour dégrossisseurs |
| Carbure de tungstène | 88-92 HRA | Dureté et résistance à l'usure extrêmes | Broyeurs réducteurs de fils et de barres de petit diamètre |
Les rouleaux d'acier rapide sont devenus le choix dominant pour les postes de finition des laminoirs à feuillards à chaud. car ils peuvent rouler jusqu'à 3 à 5 fois plus de tonnage par campagne par rapport aux rouleaux ICCI traditionnels, réduisant considérablement la fréquence de changement de rouleau et les temps d'arrêt de l'usine.
La dégradation des rouleaux est inévitable, mais le taux et le mode d'usure peuvent être gérés. Les principaux mécanismes d'usure des rouleaux de laminoir comprennent :
Les données de l'industrie indiquent que les pannes liées aux laminoirs représentent 15 à 25 % des temps d'arrêt imprévus dans les laminoirs à chaud , ce qui rend la surveillance de l'état des rouleaux et la gestion disciplinée des rouleaux essentielles à la productivité de l'usine.
Entre les campagnes de laminage, les rouleaux usés sont réaffûtés dans un atelier de meulage de rouleaux pour restaurer la qualité de surface et corriger le profil du canon. C’est l’une des opérations de maintenance les plus importantes dans tout laminoir.
Chaque rouleau a un diamètre de sécurité minimum défini. Pour un rouleau de travail typique d'un laminoir à chaud d'un diamètre initial de 750 mm, la surépaisseur de meulage utilisable peut être de 75 à 100 mm, permettant 30 à 50 cycles de meulage avant que le rouleau ne soit mis au rebut. Minimiser l'enlèvement de matière par meulage — tout en éliminant entièrement tous les dommages de surface — prolonge directement la durée de vie totale du rouleau et réduit le coût par tonne laminée.
Le profil du cylindre de rouleau (couronne) est délibérément meulé dans les rouleaux de travail et de secours pour compenser la déflexion élastique et la dilatation thermique pendant le laminage. Un rouleau de travail typique d'un laminoir à bandes à chaud peut être rectifié avec une couronne positive de 0,1 à 0,3 mm pour garantir une planéité uniforme de la bande sur toute la largeur. Une rectification incorrecte de la couronne est une des principales causes de défauts de planéité des bandes et d'ondulations des bords.
La sélection des rouleaux doit être basée sur une évaluation structurée de plusieurs variables de fonctionnement. Les critères suivants sont les plus déterminants :
Un repère utile : dans les laminoirs à bandes à chaud, le passage des rouleaux de travail ICCI aux rouleaux de travail HSS réduit généralement la consommation des rouleaux de 40 à 60 % et améliore la qualité de surface de la bande finie, ce qui rend l'investissement très rentable dans les opérations à grand volume.
Même les meilleurs rouleaux seront moins performants sans un système de gestion discipliné des rouleaux. Les principales pratiques suivies par les principales usines comprennent :
Les usines qui mettent en œuvre des programmes structurés de gestion des rouleaux rapportent généralement 10 à 20 % de réduction du coût de consommation des rouleaux et des améliorations mesurables de la qualité de la surface des produits sans investissement en capital dans de nouveaux équipements.
Les rouleaux de laminoirs sont des outils de précision et non de simples consommables. La bonne combinaison de matériau de rouleau, de profil de dureté, de pratique de meulage et de gestion opérationnelle détermine à la fois la qualité du produit et le coût de laminage plus que presque toute autre variable du fonctionnement d'une usine. Les fers HSS et à haute teneur en chrome dominent les applications modernes exigeantes en raison de leur durée de vie supérieure, tandis que l'acier forgé reste irremplaçable là où la ténacité est primordiale. Investir dans des spécifications appropriées de rouleaux, un meulage discipliné et un suivi systématique des rouleaux rapporte rapidement des résultats, généralement en quelques mois dans les opérations à volume élevé.