LAMINACIÓN AUTORÍA GORKA GARDOQUI LAMIQUIZ TEMÁTICA PROCESOS DE CONFORMADO ETAPA FORMACIÓN PROFESIONAL

Transcripción

1 LAMINACIÓN AUTORÍA GORKA GARDOQUI LAMIQUIZ TEMÁTICA PROCESOS DE CONFORMADO ETAPA FORMACIÓN PROFESIONAL Resumen En el siguiente artículo se expondrá el proceso de conformado por laminación que puede realizarse con el acero a temperatura ambiente o en caliente a temperatura entre la de recristalización y la de fusión. Se expone una primera parte acerca de las características generales del proceso de laminación, materiales utilizados y deformaciones que pueden producirse así como las características y tipos más importantes de los laminadores y por último los tipos de trenes y hornos de laminación. Palabras clave Laminación, chapa, rodillos, cilindros, laminadores, trenes, acero, plasticidad 1. GENERALIDADES SOBRE LA LAMINACIÓN 1.1. En qué consiste la laminación? La laminación consiste en deformar una masa metálica haciéndola pasar entre cilindros superpuestos, que giran en sentido inverso. La laminación puede realizarse en frío y en caliente. La laminación en caliente puede considerarse como una forja continua, y al igual que esta, se realiza a temperaturas comprendidas entre las de recristalización y las de fusión, y no se produce acritud, es decir, el material no se endurece por la deformación. También se produce una mejora de las características del material, pues disminuyen sus sopladuras y las heterogeneidades químicas y estructurales, a pesar de que estas mejoras no son tan intensas como en la forja. 1

2 Los aceros de temple al aire o autotemplantes se templan al laminarlos en caliente. En la laminación en frío, se lamina a temperatura ambiente, sin calentar el material, por lo que los materiales adquieren acritud al deformarse, por lo cual deben recocerse al terminar la operación o durante ella. 2. MATERIALES UTILIZADOS Como la laminación es un forjado continuo, los materiales aptos para la laminación son los mismos que los utilizados en el forjado. Al igual que todos los metales son más o menos forjables, también son laminables. La única propiedad indispensable es la plasticidad. Los materiales más empleados son los aceros, de los que se obtienen perfiles para construcción y chapas principalmente. Pero también se emplean el cobre y sus aleaciones, el aluminio y sus aleaciones, aleaciones de magnesio, el cinc, el plomo e incluso oro y plata. 3. DEFORMACIONES PRODUCIDAS EN LA LAMINACIÓN Al pasar un tocho entre los dos cilindros se producen diferentes tipos de deformaciones: Ensanchamiento : el material apenas se ensancha Dilatación a la salida : al dejar de aplicar la presión tras salir el material de los cilindros, aumenta su espesor o altura ligeramente como consecuencia de la elasticidad del material Alargamiento-aceleración : al disminuir el espesor y aumentar muy poco su anchura la velocidad de avance del material a la salida es superior a la velocidad de entrada Estas deformaciones se producen como consecuencia de las fuerzas ejercidas por los cilindro contra el material, el cual produce unas fuerzas de reacción que tienden a separar los cilindros. La mayor reducción del espesor del tocho en una pasada o presión máxima que se puede conseguir depende del diámetro de los cilindros y del coeficiente de rozamiento. Por tanto, la máxima presión P posible es proporcional al diámetro de los cilindros y crece al crecer el coeficiente de rozamiento f, y como éste es inverso a la velocidad periférica, la presión máxima P podrá ser mayor cuanto menor sea la velocidad periférica de los cilindros, y el ángulo de ataque máximo podrá ser tanto mayor cuanto menor sea la velocidad periférica. 2

3 Por esto se emplean cilindros de gran diámetro girando lentamente para obtener fuertes reducciones en el desbaste. Y en cambio para la obtención de perfiles se emplean cilindros de pequeños diámetros y de mayor velocidad de producción. Cuando se le quiere dar formas especiales al material se utilizan cilindros con ranuras concéntricas de diversas formas practicadas en su superficie, denominadas canales. Es muy importante que los canales estén situados en la línea de laminación, esto es, en la línea de contacto de los dos cilindros supuestos tangentes, ya que si no resultará que la velocidad periférica de las superficies de los cilindros de ese canal será muy diferente, lo que producirá la deformación del material pudiendo incluso romperlo, además de originar una pérdida de potencia. Por ello, los canales deben situarse de manera que coincidan con la línea neutra de su sección con la línea de laminación. 4. TRABAJO Y PAR DE LAMINACIÓN El trabajo necesario para producir una determinada deformación se puede calcular mediante una compleja fórmula matemática. La potencia de los motores necesaria para la laminación se puede calcular sumando la potencia consumida en la deformación por unidad de tiempo a las pérdidas en vacío de los laminadores y a las pérdidas eléctricas en los motores. 5. CARACTERÍSTICAS DE LOS LAMINADORES La unidad de laminación más sencilla está compuesta de dos cilindros cuyos porta cojinetes denominados ampuesas, están apoyados en dos bastidores, compuesto cada uno por una base, dos columnas y un larguero que las une. A este laminador elemental, que puede estar formado por más de dos cilindros de eje horizontal y también de eje vertical, se denomina caja de laminación. Por lo menos uno de los cilindros puede deslizarse arriba y abajo, para ajustar su distancia al cilindro inferior, con lo cual se varía el espesor del material Cilindros de laminación Los cilindros de laminación se componen de tres partes principales: a) El cuerpo o la tabla que puede ser lisa o acanalada b) Los cuellos, uno a cada lado 3

4 c) Los muñones o trefles de acoplamiento, uno a cada lado La robustez del cilindro está en función de la relación entre la longitud de la tabla y su diámetro, la cual suele ser 2 a 3. Los cilindros de laminación principalmente se construyen de fundición ordinaria de 240 HB para cilindros preparadores, que deben resistir fuertes presiones ; de fundición semidura de 350 HB para cilindros acabadores de carriles y perfiles especiales ; de fundición dura de 420 HB para cilindros acanalados para laminación de chapas, redondos, etc. ; de acero forjado de 0,40 % de carbono y 0,60 % de manganeso para cilindros desbastadores y aceros aleados de 0,85 % de carbono, 0,30 % de níquel, 0,10 % de cromo y 0,50 % de molibdeno para laminación de perfiles Cojinetes Pueden ser de bronce, resina sintética, de rodillos, etc., pero todos llevan un circuito de agua de refrigeración para mantener sus temperaturas por debajo de un cierto límite. 5.3 Accionamientos Los cilindros laminadores están accionados por motores eléctricos a través de un reductor de velocidad de engranes y una caja de piñones, que acopla los cilindros entre sí y con el eje del reductor. 6. TIPOS DE LAMINADORES Las cajas de laminación pueden ser: Dúos: compuestos por dos cilindros horizontales reversibles o no Tríos: cajas de tres cilindros horizontales colocados verticalmente, en los cuales se puede laminar en dos sentidos sin tener que parar los cilindros Cuartos: cajas de cuatro cilindros en un mismo plano vertical, utilizado exclusivamente para laminación de chapas mayormente en frío. Las cajas más modernas pueden desplazar los cilindros en dirección a su eje para centrar la canal adecuada a la altura de la línea de laminación. 4

5 7. TRENES DE LAMINACIÓN Se denomina tren de laminación al conjunto de varios laminadores o cajas de laminación dispuestas sucesivamente para obtener un determinado perfil. Con frecuencia también se les llama así a una sola caja. Los trenes de laminación para el acero son: 7.1. Trenes desbastadores (Blooming-Slabbing) Se utilizan siempre para la laminación de los lingotes obtenidos por fundición, los cuales pueden ser de sección cuadrada (bloom) o de sección rectangular (slab). El cilindro inferior es fijo, y el superior es desplazable arriba y abajo en una amplitud de hasta 2000 mm, y pueden llegar hasta las Tm. En los Blooming modernos cada cilindro va accionado directa e independientemente por un motor de corriente continua que permite una variación de velocidad muy exacta. La potencia de estos motores puede llegar hasta los 6000 CV. Se puede llegar a laminar petacas de hasta 1800 mm por 300 mm Trenes de palanquilla Estos trenes reciben ya un producto desbastado en los Blooming, y se encargan de reducir la sección de los tochos, pudiéndose obtener llantones comprendidos entre 10 mm y 25 mm y de anchuras entre 200 mm y 600 milímetros. Estos trenes son normalmente continuos. También se laminan los pasamanos, medios redondos, fermachine (para obtener alambre) Trenes para fermachine Se denomina fermachine al redondo de acero de 5 a 8 mm, especialmente preparado para la fabricación de alambre por trefilado. El fermachine se fabrica partiendo de la palanquilla. La fermachine pasa por el desbaste, el intermedio y el acabado, tras el cual se embobina. 5

6 7.4. Trenes estructurales Se utilizan para la laminación de perfiles pesados, como angulares de 90 a 150, doble T de 200 a 500 y u de 200 a 300. Se parte de desbastes obtenidos en el Blooming. Están formados por dos o tres cajas dúo, de desbaste, la intermedia - si existe-, y la acabadora Trenes comerciales Se emplean para la fabricación de carriles y perfiles de pesos mediano y pequeño. Se parte de desbastes obtenidos en los Blooming. Utilizan de catorce a dieciocho cajas, de desbaste, preparadores y acabadores Trenes para chapa Para la laminación de chapas se emplean distintos tipos de trenes : * Trenes de chapa gruesa: las petacas obtenidas en el tren desbastador se laminan en estos trenes, en general, por cajas dúo. * Trenes continuos de laminación en caliente de bandas: Los llantones procedentes de los trenes desbastadores se laminan una vez calentados a la temperatura adecuada. La banda de chapa es cortada en longitudes determinadas o embobinadas si su espesor es inferior a 5 mm. Además, toda la instalación de laminación en frío debe estar provista de una fase de decapado continuo, haciendo pasar la banda por tanques con ácido sulfúrico al 20 % a 80 ºC, a continuación por otros con agua caliente y por fin desecado al aire a unos 75º. Para disminuir la fricción entre los cilindros y la chapa se echa aceite de palma en circuito cerrado, para volver a utilizarlo. Partiendo de bobinas de chapa de 1,25 a 5 mm se pueden obtener espesores de hasta 0.20 mm en trenes de cinco cajas. * Trenes planetarios: estos trenes planetarios Sendzimir para laminación en caliente están compuestos por un gran cilindro de apoyo y numerosos cilindros en su periferia de pequeño diámetro. Estos trenes planetarios tienen la peculiaridad de hacer reducciones de hasta 96 %. 6

7 8. HORNOS PARA CALENTAMIENTO DE LOS LINGOTES En la laminación se utilizan tres clases de hornos: 8.1. Hornos para el calentamiento de los lingotes Estos hornos se denominan hornos fosa u hornos Pits. Para el calentamiento de estos hornos puede emplearse cualquier combustible líquido o gaseoso, pero generalmente se utiliza como combustible gas de horno alto enriquecido con gas de alumbrado Hornos para el calentamiento de los semi-elaborados Para el calentamiento de los tochos, petacas, llantones, etc., a la temperatura adecuada para relaminarlos y obtener perfiles, se utilizan hornos de los siguientes tipos: Hornos empujadores: son de funcionamiento continuo. El calentamiento se produce a contracorriente, mientras el material avanza por una cinta transportadora, el gas entra por la salida del material, para salir por la entrada del mismo. Hornos de solera móvil: estos hornos tienen forma de túnel y su solera, que es móvil, avanza con el material. Se cargan por un extremo y salen los productos a la temperatura adecuada por el extremo contrario. Hornos giratorios: están formados por una solera circular sobre la que se carga el material y se calienta en el tiempo que tarda en hacer un giro completo la solera Hornos para el recocido de chapas Las chapas gruesas de espesores mayores a 2 mm, se recuecen para disminuir su acritud en hornos de rodillos o en hornos de solera móvil. Las chapas finas de menos de 2 mm de espesor en hojas o en bobinas se recuecen en hornos de campana o en hornos continuos. Los hornos de campana se componen de una base sobre la que se coloca el material, una cubierta metálica de protección y otra cubierta móvil o campana provista de los elementos calefactores, que cubre todo el conjunto herméticamente. Se introduce un gas inerte en la campana y el caldeo se realiza por medio de tubos radiantes o por fuego directo de quemadores. 7

8 Los hornos continuos se colocan al final de la última caja de laminación, entre ésta y la sección de bobinado o corte en hojas. El recocido se efectúa de una manera continua, al pasar la banda por el horno atraviesa tres zonas: a) Zona de precalentamiento donde se eleva la temperatura de la banda hasta los 400 º C en atmósfera oxidante. b) Zona de recocido a temperaturas de 850 º a 950 º C en atmósfera ligeramente reductora para reducir el óxido formado en la primera zona. c) Zona de enfriamiento hasta la temperatura ambiente. En general, el calor desprendido por la chapa en esta última zona se aprovecha y recupera para precalentarla en la primera zona. 9. BIBLIOGRAFÍA Prontuario Para El Empleo Del Acero Laminado. (1979).Bilbao: Altos hornos de Bilbao Ediciones. Autoría Nombre y Apellidos: Gorka Gardoqui Lamiquiz a @hotmail.com 8