Title

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE RESFRIAMENTO INOVADOR POR CONVECÇÃO PARA ROLOS DE TRABALHO EM LAMINADORES DE TIRA A QUENTE

DEVELOPMENT OF AN INNOVATIVE CONVECTION COOLING SYSTEM FOR WORK ROLLS IN HOT STRIP MILLS

Authorship

Silveira Segundo, Flávio Luiz Alves

Silveira Segundo, Flávio Luiz Alves

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DOI

10.5151/2594-5297-40135

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Abstract

Os sistemas de resfriamento dos rolos de trabalho em laminadores de tiras a quente (HSM) estão entre os componentes mais importantes em uma moenda, pois evitam o superaquecimento dos rolos. Para isso, a maioria dos laminadores a quente possui sistemas de pulverização que utilizam bicos para aplicar grandes quantidades de água na superfície dos cilindros de trabalho a uma pressão de até 20 bar. Os proprietários de usinas agora também estão colocando maior foco nos níveis de consumo de energia na produção de tiras a quente. Consequentemente, a tarefa era desenvolver um novo tipo de sistema de resfriamento do rolo de trabalho que oferecesse as seguintes melhorias em relação ao resfriamento por spray convencional: Redução da pressão de alimentação com menor volume de água necessário e alto desempenho de resfriamento com resfriamento mais uniforme sobre a superfície do os rolos. A primeira etapa foi comparar layouts de resfriamento de rolo básicos bidimensionais simples por meio de simulações de CFD. A entrada de calor no gap do rolo e a distribuição de calor no interior do rolo também foram simuladas. O que aconteceu aqui foi que uma película de água fluindo contra a direção de rotação dos rolos gera o melhor efeito de resfriamento. Após mais testes de CFD, um sistema de refrigeração foi desenvolvido em colaboração com o departamento de Design. O sistema X-Roll®CRC (Convection Roll Cooling) consiste principalmente de um invólucro, que é curvo semelhante ao diâmetro do rolo, e um bocal de água (abrangendo a largura). Este bocal borrifa água contra o sentido de rotação dos rolos no espaço que se forma entre o rolo de trabalho e a casca. Como resultado, o invólucro é mecanicamente flutuante (ou seja, não há contato com o rolo de trabalho) no filme de água de resfriamento. A altura (isto é, a espessura) da película de água de resfriamento entre o invólucro do X-Roll®CRC e o rolo de trabalho resulta automaticamente do equilíbrio de forças entre o peso ou a força de contato e a força da pressão da água na folga de resfriamento. As altas capacidades de refrigeração calculadas nos estudos teóricos preliminares, e o enorme potencial de economia de energia a elas associado, foram comparadas em simulações com outros sistemas de refrigeração disponíveis no mercado. As características previstas foram confirmadas em testes práticos em uma bancada de teste especialmente construída e em testes realizados ao longo de vários meses em várias bancadas de um laminador a quente.

Work roll cooling systems in hot strip mills (HSM) are among the most important components in a millstand, as they prevent the rolls from overheating. For this purpose, most hot rolling mills feature spray systems that use nozzles to apply large quantities of water to the surface of the work rolls at a pressure of up to 20 bar. Plant owners are now also placing greater focus on energy consumption levels in the production of hot strip. Consequently, the task was to develop a new type of work roll cooling system that offers the following improvements compared to conventional spray cooling: Reduction in the supply pressure with a lower volume of water required and high cooling performance with more uniform cooling over the surface of the rolls.The first step was to compare simple two-dimensional basic roll cooling layouts by means of CFD simulations. The heat input in the roll gap and the heat distribution inside the roll were also simulated. What transpired here was that a film of water flowing against the direction of rotation of the rolls generates the best cooling effect. After further CFD tests, a cooling system, was developed in collaboration with the Design department. The X-Roll®CRC (Convection Roll Cooling) system consists mainly of a shell, which is curved similar to the roll diameter, and a water nozzle (spanning the width). This nozzle sprays water against the direction of rotation of the rolls into the gap, which forms between the work roll and the shell. As a result, the shell is mechanically free-floating (i.e. there is no contact with the work roll) on the film of cooling water. The height (i.e. thickness) of the cooling water film between the X-Roll®CRC shell and the work roll results automatically from the balance of forces between the weight or contact force and the water pressure force in the cooling gap. The high cooling capacities calculated in the theoretical preliminary studies, and the huge energy savings potential associated with this, were compared in simulations with other cooling systems available on the market. The predicted characteristics were confirmed in practical tests on a specially built test stand and in tests carried out over several months in various stands of a hot rolling mill.

Keywords

Resfriamento do rolo de trabalho; laminador de tiras a quente; resfriamento em contrafluxo; resfriam

Work roll cooling; hot strip mill; counter-flow cooling; convection cooling.