SOFTROLL - New tool for modeling and simulating hot rolling sequences

Sarralle

Mar

29

2021

SOFTROLL - New tool for modeling and simulating hot rolling sequences

Sarralle is aware that, in the current scenario of the steel market, it isessential that producers of this metal increase productivity and operating flexibility if they want to be competitive. On the one hand, productivity is improved by reducing the downtime required for the change of geometry or steel grade, on the other hand, flexibility requires the frequent implementation of new dimensions and steel grades, which implies extensive knowledge of the lamination process.

 

 

Specifically, among the many aspects of the hot rolling process of complex steel sections, Sarralle Rolling Mill recognizes that some are particularly critical, such as the creep behavior of the material and prediction of filling, uneven temperature distribution in the section, residual stresses, irregular microstructure and metallurgical properties. The final shape and the final properties of the product are directly affected by the design of the channels and process parameters, especially in the most complex shapes.

 

 

Due to the evolution of the metalworking industry and the use of steel in increasingly demanding applications, there is a growing demand for new grades of steel with improved properties that the steel industry must cope with.

 

  • The new grades of steel tend to have a higher quantity of alloys that can present ductility problems when hot. This can lead to cracking in the roughing stages that cannot be removed in the final stages of rolling.

     

  • The processing of these new grades of steel moves away from the consolidated know-how in more traditional grades of steels. This forces steelmakers to work inefficiently through trial-and-error based iterations.

 

The objective of the SOFTROLL project is the development of a simulation software of the complete rolling process capable of performing all the necessary calculations for the design of the rolling passes, simulation of the mill process parameters, prediction of filling, calculation of working loads, torques and powers. The first development will be carried out for a rolling mill for carbon steel bars and corrugated, but it is intended that the software be open for its extension in future projects to other types of geometries of long products, such as profiles, rails ... and other materials (stainless, superalloys, copper ...). SOFTROLL will be flexible to admit different configurations of the rolling mill and open to be able to incorporate in the future metallurgical models of microstructural evolution during hot deformation, phase transformation for prediction of the final microstructure and model of mechanical properties.

 

 

 

This is why Sarralle Rolling Mill, as a supplier of rolling equipment, articulates this project with the aim of taking a qualitative leap in the design and manufacture of hot rolling equipment, in order to equip its products with the technologies of Industry 4.0 that allow to analyze in detail the variables of the process and thus improve the design of their equipment. Our clients demand equipment, installations and updates that cover all the requirements mentioned in advance and this translates into the need to develop a new generation of rolling mills and control and analysis tools for these equipments in order to meet the expectations generated.

 

 

Sarralle Rolling Mill offers a comprehensive service, not only focused on the supply of equipment, but, above all, focused on support and advice in your rolling processes. Taking into account that the revamping services and upgrades of already installed equipment acquire more and more weight compared to the installation of new rolling mills, it is essential to recognize our experience and knowledge of the process.

 

The knowledge acquired and the simulation software are two elements necessary both for the design and sizing of the rolling mill and for its control. In particular, this project will study the following phenomena and relevant aspects in the design of rolling passes:

 

 

  • Simulation of the mill process parameters, through three development axes:

     

    • Thermal simulation

    • The simulation of the final shape of the product

    • The metallurgical simulation

       

  • Prediction of the filling of different groove geometries at each stage of the rolling sequence.

  • Prediction of final shape and at the exit of each rolling box.

  • Thermal evolution of the product during the complete lamination process.

  • Loads, torques and working powers for a rolling mill for long products (bars / corrugated).

 

SOFTROLL will allow us to tackle more ambitious challenges such as monitoring and control of the lamination process in real time and even remotely through a Digital Twin. Sarralle contributes with innovative solutions to the Eco-Steel Plants of the future in which it seeks to reduce energy costs and save on raw materials due to a reduction in the quantity of product rejected due to quality defects.

Sarralle es consciente de que, en el escenario actual del mercado del acero, es clave que los productores de este metal aumenten la productividad y la flexibilidad de operación si quieren ser competitivos. Por un lado, la productividad mejora al reducir los tiempos de inactividad necesarios para el cambio de geometría o grado de acero, por otro lado, la flexibilidad requiere la implementación frecuente de nuevas dimensiones y calidades de acero, lo cual implica un amplio conocimiento del proceso de laminación.

 

Concretamente, entre los muchos aspectos del proceso de laminación en caliente de secciones complejas de acero, Sarralle Rolling Mill reconoce que, algunos son particularmente críticos, tales como el comportamiento a fluencia del material y predicción del llenado, distribución desigual de la temperatura en la sección, tensiones residuales, microestructura irregular y propiedades metalúrgicas. La forma final y las propiedades finales del producto se ven directamente afectadas por el diseño de los canales y parámetros de proceso, especialmente en las formas más complejas.

 

Debido a la evolución de la industria metal mecánica y el uso del acero en aplicaciones cada vez más exigentes, existe una creciente demanda de nuevas calidades de acero con propiedades mejoradas a las que la industria siderúrgica debe hacer frente.

 

  • Los nuevos grados de acero suelen presentar una mayor cantidad de aleantes que pueden presentar problemas de ductilidad en caliente. Esto puede generar agrietamiento en las etapas de desbaste que no es posible eliminar en las etapas finales de laminación.

     

  • El procesado de estas nuevas calidades de acero se aleja del know-how consolidado en grados de aceros más tradicionales. Esto obliga a los aceristas a trabajar de manera ineficiente mediante iteraciones basadas en ensayo-error.

El objetivo del proyecto de SOFTROLL es el desarrollo de un software de simulación del proceso completo de laminación capaz de realizar todos los cálculos necesarios para el diseño de las pasadas de laminación, simulación de los parámetros de proceso del tren, predicción del llenado, cálculo de cargas, pares y potencias de trabajo. El primer desarrollo se realizará para un tren de laminación de barras y corrugados de acero al carbono, pero se pretende que el software sea abierto para su extensión en futuros proyectos a otro tipo de geometrías de productos largos, como perfiles, raíles…y otros materiales (inoxidables, superaleaciones, cobre…). SOFTROLL será flexible para admitir diferentes configuraciones del tren de laminación y abierto para poder incorporar en el futuro modelos metalúrgicos de evolución microestructural durante la deformación en caliente, de transformación de fase para predicción de la microestructura final y modelo de propiedades mecánicas.

 

Es por ello por lo que Sarralle Rolling Mill, como proveedor de equipos de laminación, articula este proyecto con el objetivo de dar un salto cualitativo en el diseño y fabricación de equipos de laminación en caliente, a fin de dotar a sus productos de las tecnologías de la industria 4.0 que permitan analizar en detalle las variables del proceso y mejorar así el diseño de sus equipos. Nuestros clientes demandan equipos, instalaciones y actualizaciones que cubran todos los requerimientos mencionados con antelación y esto se traduce en la necesidad de desarrollar una nueva generación de trenes de laminación y herramientas de control y análisis de estos equipos para poder cumplir con las expectativas generadas.

 

Sarralle Rolling Mill ofrece un servicio integral, no sólo enfocado al suministro de equipamiento, sino, sobre todo, enfocado al apoyo y asesoramiento en sus procesos de laminación. Teniendo en cuenta que los servicios de revamping y actualizaciones de equipos ya instalados adquieren cada vez mayor peso frente a la instalación de nuevos trenes de laminación, es indispensable reconocer nuestra experiencia y conocimiento del proceso.

 

El conocimiento adquirido y el software de simulación son dos elementos necesarios tanto para el diseño y dimensionamiento del tren de laminación como para su control. En particular, en el presente proyecto se van a estudiar los siguientes fenómenos y aspectos relevantes en el diseño de las pasadas de laminación

 

  • Simulación de los parámetros de proceso del tren, a través de tres ejes de desarrollo:

     

    • La simulación térmica

    • La simulación de la forma final del producto

    • La simulación metalúrgica

       

  • Predicción del llenado de diferentes geometrías de ranura en cada etapa de la secuencia de laminación.

  • Predicción de forma final y a la salida de cada caja de laminación.

  • Evolución térmica del producto durante el proceso de laminación completo.

  • Cargas, pares y potencias de trabajo para un tren de laminación de productos largos (barras/corrugados).

 

SOFTROLL nos permitirá abordar retos más ambiciosos como son la monitorización y control del proceso de laminación en tiempo real e incluso de forma remota mediante un Gemelo Digital. Sarralle contribuye con soluciones innovadoras a las Eco-Plantas Siderúrgicas del futuro en las que se busca disminuir los costes energéticos y un ahorro en materia prima debido a una reducción de la cantidad de producto rechazado por defectos de calidad.