L A M I N A C I Ó N D E

P R O D U C T O S

N O P L A N O S

DR. LUIS LOZANO

INTRODUCCIÓN

Este trabajo tiene como objetivo llenar el vacio de literatura

técnica en español para los estudiantes, técnicos y especialistas

en Laminación de Producto No Planos, se hace una recopila

ción de los métodos de cálculos y se propone una metodología

en el calibrado de cilindros, teniendo en cuenta los principios

básicos generales y su aplicación en los trenes continuos.

La información ha sido obtenida de la recopilación bibliografi

ca a lo largo de los años como profesor de la asignatura de

Laminación en el I.U.P.E.G., del dictado de cursos para el sec

tor industrias y en el trabajo en la empresa SIDOR, como In

vestigador de la Linea de Productos.

Dr. Luis Lozano

Puerto Ordaz, 14 de marzo de 1991

Í N D I C E

PAG.

1. - GENERALIDADES SOBRE LAMINACIÓN DE NO PLANOS 01

2 . - ENSANCHAMIENTO T 4 7

3 . - VARIABLES GEOMÉTRICAS 57

4 . - LAMINACIÓN DE REDONDOS 60

5 . - LAMINACIÓN DE ÁNGULOS 105

6.- LAMINACIÓN DE VIGAS 113

7.- DEFECTOS QUE SE PRODUCEN EN LAMINACIÓN DE NO PLANOS 117

8.- CALCULO DE LA FUERZA DE LAMINACIÓN 122

9.- INGENIERÍA INDUSTRIAL EN LA LAMINACIÓN 132

10.- AVANCES TECNOLÓGICOS EN LAMINACIÓN DE NO PLANOS 14 9

ANEXO 1 - PROCEDIMIENTO DE CALCULO DE UN TREN

DE ALAMBRON _ 161

-1-

LAMINACIÓN DE NO PLANOS

1. GENERALIDADES SOBRE LAMINACIÓN DE NO PLANOS

1.1. INTRODUCCIÓN

Se entiende por laminación de productos no plano o laminación de

perfiles a la obtención de formas especificas tales como redon­

dos, vigas, ángulos, rieles, platinas, etc., por medio de defor­

mación plástica entre cilindros acanalados.

En este proceso de conformado plástico, el objeto es el de redu­

cir el área de la sección transversal, efectuándose deformación

en tres (3) direcciones: espesor, largo y ancho del material y

su diferencia fundamental con la laminación de productos planos

es, que en ésta última se considera como deformación en solo dos

direcciones, ya que se desprecia la deformación en el ancho.

1.2. MATERIA PRIMA

Se puede considerar que la materia prima para la fabricación de

perfiles son los lingotes obtenidos por la colada del acero en

lingotes o los tochos y palanquillas obtenidos por colada conti­

nua .

1.2.1. TOCHO

El tocho es un producto semi-elaborado, obtenido ya sea por lanvi

nación de lingotes o por colada continua, tiene una sección cua­

drada o rectangular ligeramente oblonga con esquinas redondeadas 2

con una sección transversal mayor de 31.684 mm y la relación en­tre el ancho y el espesor menor o igual a 2.

En SIDOR, se fabrican tochos de sección cuadrada y rectangular en

2 largos de 4.25 hasta 8.30 mts. Las secciones que actualmente se

fabrican son las siguientes (en mm) .

-2-

220 x 240

230 x 230

254 x 254

279 x 279

381 x 281

419 x 419

Figura 1.1. Tocho

Cuadrado o ligeramente oblongo comunmente en el ran­

go de 6" x 6" (152.4 x 152,4 mm) a 10" x 12" (254 mm

x 304,8 mm).

Las normas bajo las cuales se fabrican SAE/AISI desde 1006 hasta

1050. ASTM-A105 ASTM-A711.

1.2.2. PALANQUILLAS

La palanquilla es un producto semi-elaborado que se obtiene por

laminación de los tochos o por colada continua, ésta tiene una

sección transversal, cuadrada de esquinas redondeadas y con una 2

área menor de 31.684 mm , sus dimensiones varian generalmente en­tre 2" y 2" (50 x 50 mm) a 5" x 5" (130 x 130 mm).

En SIDOR, se fabrican palanquillas en largos de 4.20 - 6,00 -

12,00 y 15 metros, de las siguientes dimensiones (mm).

80 x 80

100 x 100

127 x 127

152 x 152

130 x 130

140 x 140

145 x 145

178 x 178

(También por colada cont)

Figura 1.2. Palanquilla cuadrada con

esquinas redondeadas comunmente en"

el rango de 2" x 2" a 5 x 5"

- 3 -

1 . 3 . PRODUCTOS TERMINADOS

Los p r i n c i p a l e s p r o d u c t o s t e r m i n a d o s l o s podemos c l a s i f i c a r :

1 . 3 . 1 . Redondos

Los redondos más comunes son:

a) Barras Lisas normal 10 a 35 mm, máximo 300 mm de diámetro

b) Barras estriadas (cabillas) 10 a 35 mm de diámetro

c) Alambren 5,38 mm a 12 mm de diámetro^

1 .3 .2 . Secciones cuadradas

a) Esquinas redondeadas

b) Cantos v ivos

Las secciones cuadradas de cantos vivos t i enen dimensiones de l

orden de 20 a 30 mm por lado ( f i g . 1.4)

F i g u r a : 1 .4 .

-4-

1.3.3. SECCIONES RECTANGULARES

Platinas. Las platinas tienen una sección rectangular con can­

tos vivos y varian en dimensiones entre 20 y 80 mm de ancho:

Fig. 1.5.

Figura: 1.5.

1.3.4. ÁNGULOS

Las secciones angulares se dividen en : de alas iguales y alas

desiguales, y forman un ángulo de 90 y se fabrican de diferentes

dimensiones y se especifican por la longitud de las alas y el es­

pesor.

Figura: 1.6.

-5-

1.3.5. PERFILES ESTRUCTURALES

Dentro de los perfiles estructurales tenemos la T,H,U, Z, los cua

les son usados ampliamente en la industria de la construcción y

se fabrican en diferentes dimensiones (Fig. 1.7).

1.3.6. RIEL

El riel es utilizado en las carrileras de trenes, puente grúas,

vagonetas de minas, etc y consiste en una cabeza, un alma y una

base. Fig. 1.8.

-6-

1.4. PASOS O CANALES

Debido a que no se puede obtener en una sola operación el confor

mado de la sección, es necesario efectuar una serie de reduccio­

nes llamados pasos o canales, los cuales van torneados en los ci

lindros de laminación. Se entiende por paso a la forma geométri­

ca o acanaladura que delimita los cilindros cuando están ubica­

dos a una determinada luz o entre hierro. Figura 1.9.

Figura: 1.9

-7-

/ " " • •

1.4.1. TIPOS DE PASES

Los pases se clasifican en abiertos y cerrados:

Los pases abiertos se dividen en la linea de simetría (fig. 1.10),

por lo tanto la abertura del paso está formada por lineas parale­

las al eje del cilindro.

Figura: 1.10

En los pasos cerrados tres de sus cuatro límites están determina­

dos por un cilindro y el otro límite por el otro cilindro y obvia

mente no es simétrico por lo tanto se puede decir que la abertura

del paso, está formada por lineas casi perpendiculares al eje del

cilindro. Fig. 1.11.

Figura: 1.11

-8-

El paso se llama abierto si el ángulo formado por la linea de se

paración d« los dos cilindros y el eje del cilindro es menor de

60 (fig. 1.12), como cerrado si es mayor que 60° (fig. 1.11).

1.5. PASOS MAS COMUNES

1.5.1. Pasada cajón.

• 9 -

1.5.2. Redondo Fig: 1.14

Fig. 1.14

1.5.3. Ovalo: Los óvalos los podemos clasificar en (ver fig.

a) Ovalo de radio único

b) Ovalo de doble radio

c) Ovalo plano

d) Ovalo hexagonal

7.15)

-11

-12 -

•13-

1.5.8. BASTARDO

1.6.

Figura: 1.20

SECUENCIAS

Se entiende como secuencias a una serie de pasos ordenados uno

a continuación del otro, en la forma como deben ser laminados.

En la selección de estas secuencias y sus-reducciones , radica

el éxito de un programa de pasadas. A continuación daremos los

ejemplos de las secuencias más comunes:

-14-

En términos generales, el conjunto de canales de un tren de lami­

nación, debe concebirse de manera tal que la reducción del área

de la sección del material que se estéu laminando garantice:

Que se logre un rendimiento óptimo de la instalación a base

de las características técnicas (potencia) y de los valores

de consumo de energía.

Que los elementos y conjuntos del tren no resulten sometidos

a cargas que alcancen los esfuerzos de rotura de éstas.

Que el material que se está laminando pase a través del tren,

sin que se presente riesgo de avería o encalle.

Que el desgaste relativo de los canales y diversos elementos

y conjuntos del tren se mantengan dentro de los límites nor­

males .

A continuación se dan ejemplos de secuencias:

» -

-21-

1.6.1. SERIE DE CANALES DE GEOMETRÍA REGULAR

1.6.1.1 Secuencia de canales cuadrado-óvalo (Fig. 1.22).

La secuencia de canales cuadrado-óvalo, se usa para secciones

cuadradas de menos de 100 mm de lado, generalmente de 55 a 60 mm.

La serie cuadrado-óvalo se emplea- principalmente en laminadores

continuos, semicontinuos y abiertos para alambrón y barras. Este

tipo de calibrado se adopta siempre que se requiere una rápida

reducción de la dimensión del material, o sea una gran velocidad

de desbaste, con muy pocos pasos.

Las pasadas cuadrado-óvalo, en combinación con otras secuencias,

son sin embargo usadas también en laminadores que producen

barras de acero en el rango de dimensiones medias. El uso

de canales cuadrado-óvalo, para grandes dimensiones está defini­

tivamente restringido por factores tales como máximas capacidades

de los motores de las cajas, ángulo de agarre y resistencias de

los cilindros. Estas son las razones por las cuales el alarga­

miento obtenible con grandes dimensiones iniciales es difícilmen­

te mayor que el obtenible con diferentes secuencias de canales,

el rango de aplicación del calibrado de cilindros cuadrado-óvalo

hacia las menores dimensiones está virtualmente limitado sólo por

el menor tamaño laminable.

En la práctica se usan diferentes configuraciones de óvalos en la

secuencia de canales cuadrado-óvalo. La figura 1.15 muestra los

canales de óvalos más usuales. La combinación de canales más fre­

cuentemente adoptada es la cuadrado-óvalo de un solo radio. La

conversión del cuadrado en el interior del canal óvalo tiene tie

ne lugar después que el cuadrado emergente diagonalmente y ha si

do girado 45° mientras que el óvalo que abandona el canal de pla­

no es laminado en el canal cuadrado después de girar 90 . Los can

tos del material son, por lo tanto, siempre comprimidos en una se

-22-

cuencia alternante, de manera que hay una distribución de tempe

ratura suficientemente uniforme sobre la circunsferencia de la

sección. La figura 1.22 (a) muestra un cuadrado que entra al ca

nal óvalo sucesivo y la 1.22 (b) un óvalo entrando en el canal

-cuadrado^ menor. También se muestra la longitud comprimida a tra

vés del ancho del área de sección transversal. Fig. 1.27 y 1.28.

Esta representación indica que la reducción en altura es irre­

gular a través del ancho de la sección. Los bordes del óvalo no

son comprimidos durante la pasada de óvalo en cuadrado, mientras

que se alcanza la máxima reducción en altura entre el borde mar­

ginal y el centro. Durante la pasada de cuadrado en óvalo, las

zonas marginales del cuadrado sufren la máxima reducción en al­

tura, mientras que el centro sufre recalcado en un menor grado.

En ambos casos los diferentes alargamientos en las partes indi­

viduales de la sección producen tensiones en la sección lamina­

da, a saber, tensiones de tracción en el centro del óvalo y de

comprensión en su margen. Con respecto al cuadrado hay tensio­

nes de tracción producidas en el margen y en el centro, y ten­

siones de compresión en el medio de éstas. Dador que hay un cam­

bio de signos involucrados, de un canal al siguiente, sin embar

go, se cumple una cierta compensación en el curso de un proceso

de laminación, de manera que el producto final es una sección

que incorpora tensiones finales moderadas. Para tamaños mayores

los primeros canales son provistos con ventajas por los llama­

dos óvalos exagonales; la fig 1.29 y 1.30 muestra la composi­

ción entrante de la combinación de canales óvalo ovalo-exagonal

cuadrado y las áreas comprimidas. Puede verse que la conversión

es muy uniforme en ambos canales.

Las condiciones de agarre son más favorables para la pasada de

óvalo exagonal en cuadrado que para un óvalo de radio único en

cuadrado. Esta es la razón por la cual los óvalos exagonales se

emplean predominantemente para grandes dimensiones. Las dos pri.

meras pasadas en calibrados para alambres especiales y barras co

merciales se proveen a menudo como óvalos exagonales u ' óvalos

longitud comprimida a través de! ancho de \¿ sección transversal

Fig. 1.27

¡ongituriY'í iom?r>r:>iu¿s a través del

amho ríe ¡a sección transversal

longitudes comprimidas a través del

ancho de la secr.ion

H g . 1.29

longitudes comprimían'., a través del

ancho de la sección ¡nicaI

-27-

simples estándar. Sólo después de éstas se usa una secuencia cua

drado-óvalo simple en sucesión alternada. Los óvalos de doble ra

dio y óvalo de caras planas se adoptan más -raramente en combina­

ción con cuadrados a causa de que las condiciones de entrada de

estas secciones en el canal cuadrado son desfavorables. Dado que

los óvalos no calzarían en el vértice del cuadrado, en aquellos

casos hay un riesgo creciente de volcado en el canal cuadrado.

El uso del calibrado de cilindros cuadrado -óvalo involucra el

riesgo de que se desarrollen las llamadas grietas por pliegues

en los lados del cuadrado que se ensancha libremente. Este fenó

meno no tiene una influencia adversa principalmente en aquellos

casos en que el canal óvalo llena, de manera que la mayor diago­

nal del óvalo inobjetablemente calza en el vértice-del canal cua

drado siguiente. Las irregularidades son normalmente eliminadas

en ese caso. Donde los contornos del óvalo no calzan en el vérti.

ce del cuadrado, sin embargo, las finas grietas son comprimidas

lateralmente durante la pasada y aplastadas en el vértice, lo que

resulta en una concentración y penetración en profundidad de las

irregularidades superficiales y en muchos casos en defectos per­

manentes en la superficie del^material. La figura 1.31 muestra un

óvalo bien lleno y uno pobremente lleno entrando en el siguiente

~ canal cuadrado. Debe cuidarse de asegurar-no sólo de que los ca­

nales óvalos sean llenados adecuadamente por el material, sino

también de que los cuadrados estén bien conformados. Secciones

cuadradas no llenas, difícilmente pueden ser adecuadamente recon

formadas aún en el canal óvalo. Se correría el riesgo de que ta­

les cuadrados produzcan óvalos pobres los que a su vez resulta­

rían en cuadrados llenados sólo en un lado. En conexión con esto*<

ha de puntualizar que por ajustes de canales en desviación de lo

que es normal para el propósito de corrección, por ejemplo, es

posible producir secciones que son o bien sobrellenadas o que lle_

nan el canal sólo en parte.

Es un hecho fundamental y establecido con respecto a las relacio

nes ancho a altura de los óvalos que los óvalos gruesos y cortos dan resultando

-28-

Fig. 1.31

para las grandes dimensiones mientras que la relación ancho a al­

tura aumenta a medida que se reduce el área de la sección trans­

versal. El factor de influencia decisiva sobre la magnitud de la

relación ancho a aljtura dicha es el grado de alargamiento o reduc

ción en área. Cuanto más crece el alargamiento, más esbeltos se­

rán los óvalos resultantes. No deberían excederse alargamientos

de alrededor de 1,9 a 2,2 de cuadrado a cuadrado en trenes conti­

nuos de laminación para conversiones a través de óvalos de un ún_i

co radio.

En vista de las conversiones irregulares que se producen en las

secuencias de canales cuadrado-óvalo y óvalo-cuadrado, es una

práctica usual asegurar diferentes alargamiento y/o reducciones.

El alargamiento de la pasada óvalo en la cuadrada, es menor por­

que las irregularidades son aquí fundamentalmente mayores, esto

es alrededor del 80% de alargamiento para la pasada cuadrado en

la oval.

-29-

Alargamiento de A. = 1.7 y mayores no son, por lo tanto, casi

adoptados en la práctica, para laminar cuadrados en óvalos

en trenes de tipo abiertos. Los alargamientos usados para aceros

especiales y otros grados de aceros delicados son 1,4 a 1,5 máx.

para la pasada cuadrado a óvalo. —

Las ventajas ofrecidas por el calibrado de pasada cuadrado-óvalo,

son las siguientes:

Grandes alargamientos con muy pocas pasadas, amplio rango de apl_i

cación, poca profundidad de mecanizado para tallar pasadas óvalo

en los cilindros, de manera que estos pueden ser reacondicionados

más veces, una distribución de temperatura comparativamente más

uniforme en las secciones cuadrado y óvalo debido al hecho de que

las mismas son giradas después de cada pasada, buen descascarado

debido a la intensa acción de recalcado en cada pasada, productos

finales con tensiones internas moderadas. Por otro lado este tipo

de calibrado de pasadas involucra los siguientes inconvenientes.

Pequeño número de dimensiones de cuadrados, riesgo de formación

de grietas por pliegues de compresión, conformado no uniforme,

desgaste de cilindros irregular, y especialmente en el caso de la

pasada óvalo a cuadrado, pobres condiciones de agarre cuando es­

tén involucradas importantes relaciones de lados y pequeños diáme

tros de cilindros en trenes de tipo abierto.

Secuencia de canales cuadrado-diamante. Fig. 1.21.

La secuencia de canales cuadrado diamante es otra serie típica de

canales regulares, mediante la cual se logra una rápida reducción

en el área de la sección transversal del material, aunque no se

obtienen los grandes alargamientos de las series cuadrado-óvalo.

Las máximas dimensiones iniciales, son cuadrados de alrededor de

300 mm de longitud de lado. La serie cuadrado-diamante se adopta

para todos los trenes de laminación de desbaste, intermedios y

terminadores de tipo abierto, semicontinuos y continuos. Es partil

cularmente ventajosa en aquellos casos en los que deben producir­

se en un laminador una variedad de palanquillas-cuadradas.

-30-

La adopción de una secuencia de canales, cuadrado-diamante, es

particularmente recomendable para obtener cuadrados de acabado

exacto en conexión con un diamante como pasada lider. Los cana- '

les diamante se tallan generalmente en los cilindros de manera

tal__que la diagonal menor está en dirección perpendicular y la

diagonal mayor en dirección paralela, con respecto al eje de la­

minación. La conversión del cuadrado en el interior del canal

diamante, tiene lugar en posición diagonal mientras que el dia­

mante, después de girar 90 entra en el canal cuadrado con la

diagonal mayor en la posición vertical. La irregularidad de con­

formado involucrada con la pasada de diamante a cuadrado es ma­

yor que la de cuadrado al entrar al canal diamante. Es por esto

que se seleccionan diferentes reducciones. La reducción es 33-35%

como máximo para la pasada cuadrado-diamante, mientras que se

tiene como máximo 26-28% para la pasada diamante-cuadrado. Las

reducciones se selecconan en cada caso considerando la dimensión

y el ángulo abierto de los canales diamante.

En la práctica se encuentra que canales diamantes con un ángulo

abierto de 125 o sea una relación anchó-altura de 1,92 son des_

favorables porque las secciones laminadas en tales canales tien­

den a volcar en el canal siguiente a menos que las guias de rodi_

líos estén bien ajustados y mantengan el material.

Secuencia de canales redondo bastardo-óvalo o redondo-óvalo. Fig.

1.24.

El calibrado de cilindros redondo bastardo-óvalo también llamado

secuencia de pasadas redondo-óvalo, comprende principalmente el 2

rango de área de material cuadrado por debajo de 3000 mm . La se

cuencia de canales redondo bastardo-óvalo es más frecuentemente

usada a continuación de una serie cuadrado-óvalo y por lo tanto

se adopta normalmente para trenes intermedios y sobre todo ternii

nadores de laminadores abiertos y especialmente continuos. El uso

de esta secuencia de canales estuvo en el pasado sustancialmente

restringida a aplicaciones de laminación de aceros.aleados porque

el factor de interés aqui no era un alargamiento importante, sino

-31-

una distribución de temperatura uniforme para evitar grietas y

una reducción uniforme para reducir las tensiones internas. La

serie de canales redondo bastardo-óvalo, se hizo camino, mien­

tras tanto también en los trenes de laminación continuos para

conformar aceros de producción masiva. Donde deban alcanzarse tc>

lerancias de laminación estrechas, es inevitable este tipo de ca

librado de cilindros. Se usan diferentes tipos de canales redon­

dos bastardo y óvalo para la secuencia de canales redondo-bastar

do-óvalo. Las formas de canales óvalo más frecuentemente adopta­

das son óvalos de doble radio, óvalos de un solo radio y óvalos

planos. Condiciones de conversión y de agarre más~ favorables al

usar el calibrado de cilindros redondo bastardo-óvalo está asegu

rada si se selecciona una combinación de óvalo de doble radio-re

dondo bastardo y/o un óvalo plano bien lleno bastardo-redondo.

El óvalo es girado 90 e introducido en el canal redondo bastar­

do mientras se mantiene sobre la diagonal mayor. Resultan condi­

ciones de conversión desfavorables donde se usan óvalos esbeltos

de un solo radio. La secuencia de canales óvalo-redondo bastardo es

particularmente apta para laminar grados de aceros aleados y al­

tamente aleados porque el diferente comportamiento en «1 ensancha

miento de las distintas calidades de aceros puede ser subsanado

por canales no completamente llenos.

Se obtienen condiciones mejoradas con respecto a las reducciones

individuales cuando se adopta una secuencia de canales redondo-

óvalo redondo en cuyo caso no se usa un redondo perfecto, sino un

llamado redondo ensanchado (fig. 1.24). Estos canales Preredon­

dos son normalmente ensanchados bajo un ángulo de 60*en los pla­

nos de los mismos para compensar las variaciones de ensanchamien­

to. No es necesario decir que la serie canales redondo-óvalo ~ re­

dondo puede también usarse doquiera se emplee el calibrado de pa­

sadas redondo-bastardo-óvalo redondo-bastardo.

La relación de alargamiento total para la serie de canales redon­

do bastardo redondo bastardo y/o redondo-redondo. En ambos casos

con óvalo intermedio, es aproximadamente^! ,28 ó 22% para una di­

mensión pequeña y 'l, 6 o 38% para una dimensión mayor. El término

-32-

dimensión pequeña usado más arriba se refiere a un área de alre-2

dedor de 44 mm correspondiente a un redondo de 6,5 mm mientras 2

que 2389 mm , igual a un redondo de 55 mm, ya debe considerarse

una dimensión grande para laminadores de barra comercial.

Secuencia de canales diamante-diamante.

La secuencia de canales diamante-diamante está siendo adoptada

en el presente en una extensión muy considerable en laminadores

de barras comerciales y también de redondos. La misma se provee

normalmente con un número diferente de diamantes sucesivos. El

último canal de una serie tal de diamantes es siempre un cuadra­

do. Esta disposición de canales se usa cuando se debe obtener un

alargamiento importante con muy pocos pasos. Se usa principalmeri

te para el rango de dimensiones iniciales mayores en laminadores

de barras comerciales. En vista de las condiciones de agarre, la

reducción de la primera pasada no deberla seleccionarse demasia­

do alta, o sea con alrededor de 21-23%. Las reducciones sub-si-

guientes pueden ser del orden del 32-35% mientras el ángulo del

diamante no llegue a ser excesivo, o sea preferiblemente no supe

rior a 128 -130 . La pasada de diamante a cuadrado resulta auto­

máticamente en una reducción que nunca será mayor que aproximad^

mente 16-19%. En la figura 1.32 muestra dos series de canales de

estos diamantes, ambos provistos para una dimensión de partida 2

de 120 mm . En uno de estos casos hay realizadas cinco pasadas

diamante mientras que el segundo caso se refiere a una serie que

comprende dos pasadas diamante. La distribución de reducciones

baja-alta-decreciente-baja y los ángulos de diamante asociados

son claramente evidentes.

La particular ventaja de esta serie para laminadores continuos de

barras comerciales no reside sólo en una rápida reducción del

área de la sección transversal, sino también en que puede obtener

se un cuadrado especifico de cada diamante. Está es una ventaja

de particular importancia para los laminadores de barras comercia

les con un programa global de planos.

-34-

Otro aspecto positivo es la acción regularmente variable sobre

el borde que se ensancha libremente lo que significa que el prp_

pió borde que ensancha hacia la luz entre cilindros se convier­

te en completamente formado en la pasada subsiguiente debido al

giro déT 90 . Esta es la razón por la cual esta secuencia de car­

nales se adapta particularmente en los trenes continuos para la

producción de grados de acero aleado con reducciones importan­

tes involucradas.

También puede verse un inconveniente en el hecho de que la sec­

ción deba ser girada después de cada pasada en un tren de des­

baste que sólo comprende cajas horizontales. Esto no tiene sig­

nificación particular porque la tecnología actual de guias de

laminación con visión de pregiro y rodillos de girado combinado

no es más problema, aún para dimensiones mayores.

El calibrado de cilindros diamante-diamante no es absolutamente

lo que podría llamarse un desarrollo nuevo. La única cosa que

podría ser una novedad es la cantidad de reducción y por lo tan

to los valores de ángulo de diamante que en vista de las condi­

ciones de agarre, sustancialmente pueden obtenerse sólo en lanvi

nadores continuos. La serie de canales diamante ha tenido pref£

rencia durante décadas en los así llamados laminadores de acero

especiales y hay varias razones para ésto, o sea:

1. Tipo abierto de cajas

2. Condiciones de agarre

3. Graduación cerrada de dimensiones

4. Lotes pequeños

5. Flexibilidad

La figura 1.33 muestra un bastidor dúo con canales diamante en la

forma hoy acostumbrada. Los diamantes tienen un ángulo abierto de

98 que permite una cierta graduación de cuadrados. Si debe produ

- 3 5 -

-36-

cirse un cuadrado, se repite el proceso de laminación en el mis_

mo canal después que el material ha sido girado 90 , aunque este

cuadrado no es perfecto con cuatro lados rectos, sino más bien

asemeja un octógono que es específicamente deseable para las asi

llamadas palanquillas de forja en el campo de los aceros aleados.

Tales palanquillas panzonas no son ciertamente adecuadas para

uso en trenes continuos con hornos precedentes de tipo empujador,

sino que pueden ser manipuladas sólo en hornos de tipo de viqa

~ galopante, siendo la razón que las palanquillas con lados rectos

no tenderán a "montarse" cuando son empujadas de costado mientras

que prevalece un estado indiferente cuando están involucradas su-

' perficies curvas. Cuanto menor sea ahora el ángulo de diamante se

leccionado, más cerrada puede ser la graduación de los cuadrados

deseados y mejor la geometría de los productos. Es inevitable un

aumento en el número de pasadas y por lo tanto una reducción en

la productividad.

El calibrado cuadrado-diamante se encuentra actuamente en trenes

continuos especialmente para las pasadas iniciales delante de la

secuencia de canales cuadrado-óvalo, porque el material es proce

sado más cuidadosamente. La ventaja de este tipo de calibrado de

cilindros comparados con la sección entrante plana, no reside só

lo en un mejor descascarado,si no también en el hecho de que el ma

terial está completamente rodeado y que por lo tanto pueden desa_

rrollarse menos grietas por pliegues de compresión.

1.6.1.5 Secuencia de canales gótico-gótico.

El canal gótico puede ser considerado un diamante con un bombeo

lateral.

-37-

Aunque los lados que confinan el bombeo de los canales aumentan

la tendencia de la sección a volcarse en el interior del canal,

por otro lado, los mismos contrarrestan bien el ensanchamiento

del material, de manera que el riesgo de formaciones de pliegues

es bajo aun donde el calibrado de cilindros asegura que sustan-

cialmente no hay ensanchamiento.

Igual que para la secuencia diamante-diamante, el material es gi

rado 90 luego de cada pasada. ~

La figura 1.34 representa un canal gótico y las dimensiones geo­

métricas necesarias. Las fórmulas para el diseño de un canal tal

son las siguientes:

El calibrado gótico se ha vuelto exitoso especialmente en desbas_

te de grados de acero aleado para producir semiproductos de tubos.

Para aplicación de desbaste de acero este tipo de calibrado de

cilindros es actualemte aun adoptado sólo en trenes de desbaste.

A medida que se desarrollan más y más trenes continuos este

tipo de calibrado de cilindros es muy probable que se abandone

porque una tracción muy ligera entre dos cajas sucesivas ya cau­

sará que el cuadrado vuelve en el próximo canal diamante lo que

significa que no entrará diagonalmente al canal.

•38-

-39-

1.6.1.6 Secuencia de canales plano-preóvalo-redondo.

Para completar,se debe mencionar esta secuencia de canales

como una serie de canales llamados regulares que se adopta priri

cipalmente para trenes de desbaste en laminadores de redondos,

que es la única aplicación para la cual ^e justifica su uso. D<a

do que actualmente son usuales, también en laminadores de redori

dos, dimensiones de partida de cuadrado de hasta 130 mm, puede

prácticamente producirse un cuadrado aceptable únicamente en la

séptima pasada. Esta dimensión de cuadrado es del orden de 2055 2

mm y/o 46 mm de lado. El proceso de laminación puede lograrse

de allí en adelante con la secuencia de canales usual. Esta se-

rie de canales requiere reducciones comparativamente elevadas a

obtenerse para asegurar a los óvalos una relación ancho a altura

en la segunda, cuarta y sexta pasada, que sea favorable para el

giro.

Esta es la razón por la cual una secuencia de canales tal no es

recomendable para usar en trenes de desbaste para Laminadores

continuos de barras que tengan un rango amplio de planos y un

programa de secciones.

Aparte del hecho de que se permite que el material ensanche li­

bremente en la misma dirección durante las primeras dos pasadas

y que por lo tanto pueden desarrollarse grietas por pliegues de

compresión , debería también mencionarse el pobre descascarado v

involucrado debido a la palanquilla ubicada en forma plana.

Las únicas ventajas sobre el calibrado de cilindros diamante-dia

mante son:

1) Ningún mecanismo de pues ta sobre canto delante de la primera ca ja

t r en c o n t i n u o . 2) Canales de profundidades maquinadas un poco menores

-40-

En la figura 1.32 se aprecia la secuencia de canales que comprende seis

canales diamante y a la derecha una serie plano-óvalo-redondo-ó­

valo-cuadrado .

Ambas secuencias de canales están dispuestas de manera que se

produzcan cuadrados idénticos en la séptima pasada. Como puede

verse en la figura la secuencia diamante-diamante requiere seis

operaciones de giro mientras que la otra serie sólo necesita tres.

Mientras que ésto es, por supuesto, una ventaja desde el punto de

vista técnico de guías, involucra una desventaja con respecto a

la calidad del material porque ha involucrado ensanchamiento en

el mismo sentido con las pasadas primera, segunda, tercera y cuar

ta, quinta y sexta.

Secuencia de canales óvalo-óvalo.

La secuencia de canales óvalo-óvalo no debe confundirse con la se­

cuencia preóvalo-óvalo. Las secuencias de canales óvalo-óvalo fue

ron en el pasado usadas sólo para producir tamaños intermedios pa

ra llegar al giro requerido de pasadas. Este tipo de disposición

de canales asegura que el óvalo sea girado 90 antes de entrar al

siguiente canal óvalo.

Este tipo de calibrado de cilindros fue adoptado en laminadores

de redondos de gran capacidad con cajas dispuestas en X durante los

últimos años y está siendo utilizado aún actualmente.

En la figura 1.36 se muestra la secuencia de canales óvalo-óvalo.

La característica sustancial de esta serie es que no se debe de­

jar que los óvalos llenen completamente para proveer un suficien­

te ancho de agarre para la pasada subsiguiente y para evitar des­

gaste en áreas discretas.

- 4 2 -

F i g . 1.36

-43-

Calibrados de cilindros para redondos, cuadrado y exágonos

Los calibrados de cilindros estándar para redondos, cuadrados y

exágonos y tipos de secciones similares, están basados en funda­

mentos comunes. En primer lugar debe proveerse de un canal líder adap­

tado a la forma del canal delante del respectivo canal ^termina^

dor. La barra que abandone durante canal lider,- es girada 90° an

tes de entrar al canal terminador, debiendo ser el ancho de la

sección líder entrante siempre menor que el del canal terminador.

Esta evidente aseveración representa una regla de diseño esencial,

otro fundamento común reside en el alargamiento de las dos últi- -M

mas pasadas. La pasada terminadora, normalmente asegura un alar­

gamiento mínimo de alrededor dé 1,12, mientras que el alargamien

to en el canal líder no debería exceder de 1,25.

En la figura 1.37 se muestra la secuencia típica de las últimas

cuatro pasadas para los calibrados de cilindros mencionados más

arriba. Se usa principalmente un óvalo de radio único para las

dimensiones de redondos menores y medios hasta redondo final de

alrededor de 50 mm. Un factor que debe ser particularmente consi

derado con este tipo de calibrado de cilindros es que no se debe_

ría permitir que este óvalo llene completamente, para evitar el des­

gaste localizado en el siguiente canal terminador. _La ventaja o-

frecida por estos óvalos de radio único sub-llenados es que pue­

de producirse un rango más amplio de dimensiones de redondos fi­

nales adyacentes abriendo o cerrando los cilindros. Debería pro­

veerse un óvalo de dos radios como óvalo líder para mayores di­

mensiones de redondos, siendo la razón la siguiente; la introdu£ *

ción de un cuadrado mayor en un óvalo sub-llenado no produce cur

vatura en el lado del óvalo que se ensancha libremente, sino ca­

ras rectas con cantos comparativamente agudos en el canal. Si es_

te óvalo despuntado que se asemeja más a una sección rectangular

entra ahora al siguiente canal redondo los cantos son los prime­

ros en ser tomados y el material es empujado hacia el fondo. Es­

te es un ejemplo típico de exfoliaciones (laminations).

-45-

Debe tenerse cuidado porsupuesto, de asegurar para un óvalo de dos

radios, que se obtenga un buen llenado, porque los defectos de

óvalo de radio único estarían involucrados en aquel caso, no ha

ce falta decir que aquí es necesario una graduación más estric­

ta del tamaño de los preóvalos.

Los cuadrados de acero de_ cantos vivos se producen siempre en

las últimas cuatro pasadas, que en la mayor parte de los casos

son precedidas por una serie de canales estándar para redondos

de acero. La sección de partida es un cuadrado existente con can

tos redondeados que se introduce en un diamante siguiente con un

radio abierto pequeño y que es a partir de allí, laminado vía.

cuadrado con cantos agudos diamante líder con cantos agudos y

cuadrado terminador. Las diagonales del canal terminador debe­

rían ser diferentes de manera tal que el eje vertical sea 0,5%

menor que la diagonal en el eje horizontal. No es necesario men­

cionar que la abertura de cilindros en las últimas dos cajas só­

lo debería ser ajustadas al mismo. Similarmente al calibrado de

cilindros, para cuadrados de acero de cantos agudos, como se men

cionó más arriba, los exágonos de acero se laminan también en

las últimas cuatro cajas de un tren continuo. La sección de par­

tida usada debería -ser preferiblemente un cuadrado existente. La

secuencia de canales comprende un asi llamado óvalo exagonal, un

diamante sub-llenado, nuevamente un óvalo exagonal concavo y lue­

go el canal terminador. El cálculo de ensanchamiento para todas

las secuencias de canales mencionadas descritas hasta aquí se

desarrollará a continuación.

En el caso de laminadores de palanquillas y/o desbaste con cana­

les de tipo cajón tales como los principalmente encontrados en

estas aplicaciones, es difícil de todos modos hacer una determi­

nación exacta de ensanchamiento porque el tocho no es inicialmen

te conformado en su centro y por lo tanto debe esperarse obstruc

ción en fases sucesivas de procesado.

-46-

El tipo más simple de calibrado de cilindros para laminadores

continuos de barras comerciales es aquel apto para planos de

acero si están disponibles un número adecuado de cajas cantea-

dores verticales. Los así llamados planos de acero de cantos

agudos se manipulan como sigue en las últimas cinco pasadas:

Plano-canto-canto-plano,~

-47-

2. ENSANCHAMIENTO

2.1. Introducción

Se conoce como ensanchamiento al aumento en dimensión en el ancho

del material que se está laminando Fig. 2.1.

Figura: 2.1.

Contrariamente a lo que sucede en laminación de planos, en la la

minación de perfiles es importante no solo conocer su magnitud

^ sino también su distribución, para un funcionamiento óptimo

del tren y una calidad óptima de los productos laminados. Pode­

mos decir que esta magnitud reviste tanta importancia porque el

calibrado de cilindros depende fundamentalmente del ensanchamieri

to.

2.2. Definición

El ensanchamiento se puede expresar de acuerdo a las siguientes

ecuaciones (fig. 2.1.)

-48-

donde:

\l. 3. Factores que afectan el ensanchamiento

Los factores que afectan el ensanchamiento son:

1. Composición del material (calidad)

2. Diámetro de los cilindros

3. Calidad de los cilindros

4. Reducción en altura

5. Longitud del arco de contacto

6. Forma de la proyección del arco de contacto

7. Forma de la canal

8. Relación entre el ancho y el espesor de entrada

9. Temperatura del material

10. Rozamiento entre el material y los cilindros

11. Velocidad de laminación (hasta 10 m/seg)

12. Restricciones del alargamiento.

2.3.1 Influencia de la reducción en altura

Cuanto mayor es la reducción de altura mayor debe ser el aumento

del ensanchamiento, porque las fuerzas de recalcado en la gargan­

ta de laminación aumentan.

La figura 2.2 muestra resultados obtenidos con la ayuda de la ecua

ción de ensanchamiento de Ekelund.

-50-

La figura muestra claramente que el ensanchamiento aumenta muy

fuertemente a medida que aumenta la reducción. El ensanchamiento

no cambia proporcionalmente a la reducción.

2.3.2. Influencia del diámetro del cilindro

La influencia del diámetro del cilindro se hace evidente en la

figura 2.3.

El aumento del ensanchamiento al incrementar el diámetro del ci­

lindro se debe a la mayor resistencia al flujo en el arco de cori

tacto. Esto resulta en un mayor flujo de material en la direc-

ción del ensanchamiento.

2.3.3. Influencia de la temperatura de laminación

A medida que disminuye la temperatura de laminación, las fuerzas

en el arco de contacto y la fricción entre cilindro y material,

como así también el ensanchamiento, tienden a aumentar. En la f_i

gura 2.4. se representa el ensanchamiento como una función de la

temperatura de laminación de acuerdo con resultados de cálculos

utilizando la ecuación de ensanchamiento de Ekelund.

2.3.4. Influencia de la fricción entre cilindro y material

La ecuación de Ekelund para el coeficiente de fricción en proce­

so de laminación en caliente indica que la fricción aumenta a me

dida que disminuye la temperatura de laminación. De aqui que hay

también un mayor ensanchamiento para una mayor fricción, de mane­

ra que el ensanchamiento es mayor para cilindros de acero que pa­

ra cilindros de fundición.

2.3.5. Influencia del ancho inicial del material

Dado que la resistencia al flujo de deformación del sentido transversal rruy

elevada para materiales anchos, el ensanchamiento se reduciría

cuanto mayor sea el ancho inicial del material, evidencia que

también puede derivarse de la práctica de laminación de placas y

flejes. Cálculos efectuados para ciertas dimensiones del material.

-53-

con la ayuda de la ecuación de ensanchamiento de Ekelund resulta­

ron en curvas similares a las mostradas en la figura 2.5.

2.3.6. Influencia de la composición del acero

ET grado de ensanchamiento de un acero depende también de su com

posición química. Los constituyentes individuales de aleación tie_

nen todos una influencia diferente que produce un comportamiento

de ensanchamiento de diferentes magnitud. Pueden mencionarse par­

ticularmente para los constituyentes individuales de aleación las

siguientes propiedades determinantes del ensanchamiento.

. > Carbono

Resulta en un incremento de ensanchamiento a medida que aumenta

en cantidad en un acero no aleado.

Cromo

Aparte del acero al manganeso alto en carbono, el acero al cromo

ferrítico es el que exhibe la tendencia más fuerte al ensancha­

miento. Los aceros al cromo martensíticos muestran un comporta­

miento al ensanchamiento reducido, a medida que aumenta el conté

nido de carbono. A igual contenido de carbono un mayor contenido de cromo

resultaria en un mayor ensanchamiento.

Manganeso

Un incremento del contenido de manganeso de un acero resulta en

un ensanchamiento más fuerte. El mismo efecto se produce por un

incremento en el contenido de carbono en los aceros al manganeso.

Este efecto es particularmente considerable a elevados contenidos

de manganeso donde los contenidos de carbono aumentan a 1,25%.

Níquel

C ntenidos de níquel hasta el 4% reducen la tendencia al ensancha

miento, a temperaturas por debajo 1100 C. En aceros al Cr-Ni la fuer

te capacidad de ensanchamiento del cromo se reduce por el níquel

agregado.

-55-

En conclusión se puede afirmar: la tentativa de las partículas

del material para evadirse en sentido transversal, más que en

la dirección de laminación, aumenta cuanto mayor es la resisten

cia al flujo en la dirección de laminación. Esta resistencia ere

ce cuando aumenta el coeficiente de fricción en función d? la cali_

dad superficial, composición del material, temperatura y veloci­

dad de laminación, también lo hace al aumentar la longitud de

contacto entre cilindro y material y aquella depende del diáme­

tro del cilindro, de la reducción en altura y del espeso r.

' ' 2 . 4 . Cálculo de l ensanchamiento r - — — . . . . . . . ,... ...... ..,,.. . i . . i.

Para el cálculo del ensanchamiento existen varias fórmulas dadas

por diferentes autores pero lo<. propuesto, por Ekelund da los mejores

resultados.

-57-

3. VARIABLES GEOMÉTRICAS

3«1• Diámetro del trabajo o diámetro efectivo del cilindro de trabajo

Debido al torneado de los cilindros para la fabricación de los

canales existen entre los cilindros multitud de diámetros por lo

cual es necesario definir un diámetro de trabajo. Se sabe que el

material sale a una determinada velocidad (velocidad en el canal)

y por lo tanto existirá un diámetro en el cual la velocidad en

la canal sea igual a~la velocidad periférica del cilindro.

3.2. Determinación del diámetro de trabajo

Se determina primero el área d e l canal Ap y se construye un rec

tángulo sobre el canal de tal forma que para una altura h se cum­

pla que: fig. (3.1.).

siendo:

Ap = área del paso (del canal)

b = ancho del paso

h = altura del rectángulo.

El diámetro de trabajo será entonces la distancia entre los pun­

tos de intersección del rectángulo con el canal y el eje del ci­

lindro.

- 5 8 -

F i g . 5 . 1 . -

-59-

3.2. Presión superior e inferior

En el caso de que existan diferencias en los diámetros de los ci_

lindros se dice que se trabaja con presión inferior o superior.

Si el diámetro del cilindro inferior es mayor que el superior en

tonces se dice que hay presión inferior y en este caso la pieza

laminada irá dirigida hacia arriba y en el caso en que el cilin­

dro inferior sea menor se dice que hay presión superior y la pie

za se dirige hacia abajo. También se puede observar que los diá­

metros de trabajo pueden ser diferentes^ para los dos cilindros,

(fig. 3.2).

3.4. Línea neutra

Se entiende como línea neutra a la línea que pasa por el Centro

de gravedad de la canal y esta debe confundirse con la linea de

laminación.

3.5. Linea de laminación (Linea Pitch)

Es aquella línea paralela ubicada a igual distancia de ambos ejes

de cilindros.

-60-

4. LAMINACIÓN DE REDONDOS

Los redondos producidos en el país se clasifican como cabillas

estriadas, cabillas lisas o barras y alambren. Las característi­

cas de las cabillas producidas por SIDOR se dan en la tabla 4 -1

-61-

4.1. Calibrado para redondos

Se entiende por calibrado al proceso de cálculo con el fin de ob

- tener el diseño de los canales que permitan el torneado de los

cilindros, montaje de esto en el tren de laminación y producción

del perfil deseado con calidad y productividad adecuada. A conti

nuación vamos a seguir paso a paso el diseño de un calibrado de

redondos:

4.1.1. Determinación del caudal C —

Se conoce como caudal a la cantidad de material que se lamina en

la unidad de tiempo, este caudal permanece constante a lo largo

del tren de laminación ya que el balance de material debe ser:

material de entrada igual al material de salida.

C = V Ae

C = caudal

V = velocidad

A = área de la sección transversal.

e = densidad del material.

El caudal se determina generalmente en base a los datos de área y

velocidad en el último bastidor, ya que siempre se conoce el área

de la sección de salida y su velocidad.

Ejemplo: Se desea producir un alambrón de 12 mm de diámetro con

una velocidad de 19 m/seg.

Densidad del acero ($ =7,85 kg/dm

¿Cuál es el caudal?

-62-

El valor-del caudal también es conocido como producción teórica.

4.1.2. Determinación de los alargamientos en cada bastidor

Supongamos un tren de_laminación continuo el cual costa de "n" bas­

tidor es como el caudal permanece constante se puede escribir:

-63-

Tomando cada igualdad, se encuentran los alargamientos

Los valores de A representan las relaciones entre el área de eri

trada y de salida en cada paso y para que se cumpla que el caudal

permanezca constante el producto de los diferentes valores de ^

debe ser igual a la relación entre el área de entrada al área de

salida.

4.1.3. Determinación de los valores de A para los diferentes pasos

Para determinar los valores de ^ se debe conocer o asumir el nú­

mero de pasos o cajas que se van a dar y el área de entrada y sa­

lida.

Ejemplo: supongamos que se desea laminar una palanquilla

135 x 135 mm a un redondo de 12 mm.

El área inicial Ao se debe calcular exactamente ya que la palan­

quilla tiene las esquinas redondeadas y en el ejemplo tomamos que:

-64-

Supongamos que la reducción la vamos a dar en (n) pasos.

Por lo tanto

Debido a que no se tienen suficientes ecuaciones para resolver el

sistema , se hace necesario resolverlo por aproximaciones. Como

primera aproximación de los diferentes alargamientos vamos a supo

ner que estos son iguales en todos los pasos por lo tanto:

Por lo tanto también se debe cumplir

-68-

-69-

- 7 0 -

Lo cual concuerda en área para un diámetro de 12 mm

Conociendo los valores de reducción promedio en cada tren es ne­

cesario calcular las reducciones en cada pase y como condición se

debe cumplir la constancia de caudal. Por lo tanto en el tren des_

bastador:

- 7 1 -

Estas tres ecuaciones se deben cumplir al seleccionar los valores

) de reducciones en cada paso.

Las condiciones que se deben cumplir para asumir las reducciones

por paso son las siguientes: a) Se debe cumplir la ecuación de constancia de caudal

b) Las reducciones deben estar alrededor de los valores promedios

de cada tren.

c. La primera reducción debe ser baja en el caso de palanquilla

que viene de colada continua.

d) La menor reducción debe darse eñ el último paso.

e) La mayor reducción se debe ubicar en los pasos intermedios del

tren desbastador y en los iniciales del tren intermedio.

f) Se debe dar pasos alternativos de reducción y de forma, es de­

cir a una pasada de alta reducción le sigue una de baja reduc­

ción.

g) Siempre se sale de cada tren con una pasada de forma (baja re­

ducción ).

h) En los trenes intermedios y terminadores se debe ir disminuyen

do las reducciones en los pases finales.

-72-

El limite máximo de la reducción del área de la sección de mate­

rial que está laminando va determinado por:

Las condiciones de toma y arrastre del material, en cuanto a

su paso a través de los canales del tren.

El riesgo de la formación de grietas laterales, sobre todo en

el caso de ensanchamiento libre.

La presión exigida en cuanto a las dimensiones del producto a-

cabado. —-

La potencia de los motores-de accionamiento de los bastidores y

el dimensionamiento de los diversos elementos y conjuntos.

4.1.4. Cálculo de reducciones y áreas en el tren desbastador

Tenemos que el reducción media en el tren desbastador, en

el ejemplo es igual.

y que se debe cumplir la ecuación.

El valor de debe ser muy bajo suponiendo que el material viene

de colada continua este debe estar en valores entre 1,20 a 1,24 y

su secuencia debe ser una pasada de forma.

El segundo paso debe ser de reducción, por lo tanto las pasadas

impares deben ser de forma; y las pares, de reducción por lo tan­

to las pasadas 7 15 y 19 que son las de salida en cada tren cum­

plen con la condición de pasadas de forma.

-73-

Se puede selecciones las pasadas 4 y 6 de más alta reducción ya

que estas son de reducción, el material se encuentra a alta tem

peratura y ya se ha roto la estructura de fundición que viene de

colada continua, estas reducciones altas están con valores de en­

tre 1,4 a 1,45.

Teniendo en cuenta los criterios anteriores asignamos los siguien

tes valores.

Con estos valores se procede a calcular las diferentes áreas de

salida de cada paso.

2 "\ Ao A, Ao 18062mm~ n . _. . . n '<. h = -— X =-T7- = - T T 2 5 = 14,744,49 mm

- 7 4 -

4.1.5. Cálculo de reducciones y áreas en el tren intermedio

De la misma forma que en el caso anterior calculamos las ocho re­

ducciones y las áreas para cada uno de los pasos del tren interine

dio.

-75-

El primer paso en el tren intermedio es de reducción para seguir

la secuencia.

Los valores calculados son:

-78-

El área para un diámetro de 12 mm es:

Teniendo los valores de áreas es necesario asignarle la corres­

pondiente figura a cada paso, esto lo vamos a llamar "Formato de

las pasadas".

En la figura (4.1) se da un resumen de los cálculos anteriores.

-80-

4.2. Formatos de las pasadas

Se entiende por formato de las pasadas a las diferentes figuras

que pueden seleccionarse con el fin de ir configurando la forma

deseada a obtener.

4.2.1. Primera pasada

Como se vio en los primeros capítulos las opciones para reducir

la sección transversal de la palanquilla son: pasada plana-óvalo

exagonal, y óvalo y rombo, estas opciones se representan en la

figura 4.2.

Fig. 4.2.

Diferentes formas de laminar la palanquilla

Vamos a estudiar cada una de las posibles opciones, primero es ne

cesario agrupar las secuencias para cada uno de los pases; enten­

diéndose como secuencia a tres pases consecutivos.

-81-

4.2.2. Segundo pase

En el caso de primera pasada plana, en esta secuencia la pasada

plana se lleva a un preformador girándola 90 y luego a un óva­

lo, para seguir posteriormente con secuencias redondo-óvalo-re­

dondo. Fig. 4.3. ~~

Figura 4.3.

Secuencia - Pasada plana - preformador - óvalo - redondo

-82-

4.2.3. Segunda pasada con óvalo exagonal.

Figura. 4.4.

Secuencia óvalo exagonal-óvalo redondo.

Como se representa en la figura 4.4 de la palanquilla se obtiene

el óvalo exagonal, para seguir con secuencias óvalo-redondo.

-83-

Sequnda pasada óvalo, secuencia palanquilla óvalo ^ redondo • Fig« 4.5

Figura. 4.5

Secuencia - Palanquilla-óvalo- redondo

Como se indica en la figura 4-5 también es posible obtener un ova

lo en la segunda pasada y seguir posteriormente con secuencias re­

dondo-óvalo-redondo, en la figura 4.6 se da un ejemplo de esta se

cuencia.

•85-

4.2.5. Segunda pasada con rombo

Secuencia - Palanquilla-rombo-cuadrado. Ovalo-redondo Fig. 4.7

Otra opción es transformar la palanquilla en un rombo, pasar a un

cuadrado y seguir posteriormente con pasadas óvalo-redondo.

-86-

4.3. Geometría de las figuras

De acuerdo a lo tratado en el punto anterior (4.2) es importante

asignarle la figura o formato a cada pase ya que' con los cálculos

de alargamiento se tienen especificadas las áreas correspondien­

tes por pase, por lo tanto tendríamos a esta altura resuelto el

problema de:

- Área en cada pase

- Forma o figura de cada pase (cuadrado-redondo-óvalo-

~ exágono-etc).

El cálculo a seguir es asignar la geometría y medidas exactas pa-

(• v> ra cada una de estas figuras, teniendo en cuenta que deben cum­

plir con el área asignada.

4.3.1. Cálculo de los pases cuadrados

Las palanquillas o tochos de entrada fig. 4.8, asi como los dife­

rentes cuadrados a ser obtenidos, tienen sus esquinas redondeadas

por lo tanto las dimensiones a ser especificadas en los cuadrados

serán los radios R de las esquinas y los lados del cuadrado para

obtener una determinada área, tal -como se puede observar en la fi_

gura 4.11.

- 8 7 -

Figura 4-8 Sección de en t rada

-88-

4.3.1.1 Cálculo del radio de curvatura de la sección cuadrada

Para calcular el radio de curvatura de las esquinas de la sección

cuadrada consideramos que la parte a descontar seria el área de

un cuadrado de lado, (lo) menos el área de un circulo de radio R

Figura. A.9.

An = área nominal del pase

Ar = área real de la sección

transversal del pase la

cual es conocida en los

cálculos previos de alar

gamiento.

-89-

Luego, para calcular el radio (R) de curvatura en las esquinas

de la palanquilla se hace lo siguiente:

- 9 0 -¡

-91-

4.3.2. Pase redondo

Las ecuaciones básicas para los pases redondos se dan en la figu

ra 4.13, siendo a veces necesario hacer modificaciones para cal­

cular la separación entre cilindros figura (4.14) y adaptaciones

a la figura de entrada. Fig. (4.15)

-92-

- 9 3 -

-94-

4.3.3. Calculo de los óvalos

Como se explicó anteriormente, los óvalos pueden ser hexago nales de un solo radio, de doble radio y planos. Las ecuacio nes básicas para el óvalo hexagonal son las siguientes: (Fig. 4-16 y 4-17).

-95-

•96 -— i — r

-97-

-98-

El óvalo de un solo radio se representa en la fig. 4-19 con sus

ecuaciones básicas.

-99-

Procedimiento de cálculo

•100-

-102-

4.3.4. Cálculo de los rombos

Ejemplo de rombo o diamantes se da en la fig. 4.22 y las ecuacio­

nes básicas para el cálculo de dimensiones se dan en la fig. 4.23

-104-

Como ejercicio de aplicación de lo tratado anteriormente en el

anexo N2 1 se da un ejemplo de cálculo para un tren de alambren.

A continuación se describen y se dan ejemplos de laminación de

otras secciones diferentes a los redondos.

-105-

5. Laminación de ángulos

Las secciones angulares pueden obtenerse por diferentes métodos

de calibrado a saber:

a) Método mariposa ~

b) Método mariposa modificado

c) Método plano

d) Método de plano y canteo

e) Método combinado.

5.1. Método mariposa

En la figura se ilustra la secuencia utilizada en este método, y

en la figura 5.2. se da un ejemplo de esta secuencia.

5.3. Método plano Fig. 5.4.

-108-

5.4. Se utiliza una serie de pasadas planas, produciéndos el doblado

de las alas en las pasadas finales este método tiene la ventaja,

en la posibilidad de presentar un diseño para las medidas grandes

de ángulos, "que son laminadas en trenes pequeños ya que no es ne­

cesario maquinar profundamente los cilindros y se pueden hacer

con cilindros de pequeño diámetro.

5.4. Método de palnO y canteo Fig. 5.5,

- 1 0 9 -

Este método tiene una pasada especial llamada "canteadora" (NQ 4)

en el ejemplo con la cual se consigue por el canteo una sección

en muy buenas condiciones para entrar en las pasadas de forma.

-110-

5.5. Método combinado Fig. 5.6

El método combinado permite utilizar los diseños anteriores, com­

binando las ventajas de cada uno de ellos (plano y canteo-maripo­

sa ) .

En las figuras 5.7 y 5.8 se dan ejemplos de formatos para la lami

nación de ángulos.

-113-

6. Laminación de vigas

Para la laminación de vigas es necesario tener en cuenta cuanto

se requiere deformar el ala en el espesor y cuanto se reduce en la altura.

- En la JFig. 6.1 se puede observar que existen dos en la parte abie

ta y las otras dos alas parte cerrada limitada solamente por un

cilindro.

En la semicanal abierto los puntos 1 y 2 pertenecen al cilindro

superior y los puntos 3 y 4 al inferior, por lo tanto los puntos

2 y 3, 1 y 4 no obstante de estar sobre la misma línea horizon­

tal van a diferentes velocidades ya que la distancia a cada eje

del cilindro es diferente , luego en esta zona se reduce princi.

pálmente, en el espesor de las alas, lo cual crea un ensancha­

miento que se desarrolla perpendicularmente a la presión ejerci­

da.

-114-

En la zona cerrada los puntos 5,6,7,8 y 9 pertenecen al cilindro

inferior por lo tanto los puntos sobre la misma horizontal 8 y 5,

7 y 6 van a la misma velocidad y en esta zona tiene lugar princi­

palmente la reducción de la altura del ala. En la Fig. 6.2 secan

las condiciones de laminación de entrada y salida para -una viga

doble T y en la Fig. 6.3 se da un ejemplo de una jecuencia donde se

puede observar como se van reduciendo alternativamente en espesor

y en altura las alas.

La laminación de la U, T y el riel se basa en los mismos princi­

pios de la H. ~

-117-

7. Defectos que se producen en laminación de no planos

En este capitulo trataremos básicamente algunos de los defectos

que se producen en la laminación de no planos debido a diseño.

Se puede decir que un sobrellenado es una rebaba incipiente, la

diferencia fundamental es que el sobrellenado puede ser laminado

en la pasada siguiente sin daño para la barra, mientras que en

la rebaba no es posible. Fig. 7.2.

-118-

En la figura 7.2 se observa que el sobrellenado es aplastado den­

tro de la sección sin que se produzca pliegue, en cambio con las

rebaba Fig. 7.-3 se forman los pliegues los cuales no se sueldan

por estar oxidados.

Fig. 7.3

La formación de rebaba se puede evitar mediante un acuerdo redon­

deado de las esquinas en las aristas del canal.

- 1 1 9 -

En esta figura se observa en el lado izquierdo unas aristas re­

dondeadas sin presentar sobrellenado, en cambio la del lado de­

recho tienen poco espacio para el ensanchamiento lo cual causa

el sobrellenado.

En las Fig. 7.5 y 7.6 se dan ejemplos de defectos.

- 1 2 0 -

•121-

-122-

8. Cálculo de la fuerza de laminación

Para el cálculo de la fuerza de laminación en el caso de Produc­

tos No Planos el problema es demasiado complejo por lo tanto se

usan fórmulas empíricas.

Los métodos más utilizados en la actualidad para el cálculo de

la presión y el par de laminación en el caso de laminación en ca

liente son dos: la fórmula de S. Ekelund publicada por vez prime

ra en 1927 en la revista Sueca Jernkontorets Annaler, y la teo­

ría de la laminación de R.B. Sims que constituye la base del mé-

,<-- todo BISRA dado anteriormente.

A continuación se resumen el cálculo de la fuerza por el método

de Ekelund.

8.1. Fórmula de Ekelund para la presión de laminación

La fórmula de Ekelund sirve para el cálculo de la presión de

laminación para secciones rectangulares en el caso de laminación

en canales planas o entre cilindros lisos. Por consiguiente, se

supone que no hay nada que impida el ensanchamiento del material;

si hay algún obstáculo que se oponga al ensanchamiento, la presión

de laminación es mayor.

-123-

-124-

-125-

-126

-127

B) Laminación de ovalo a cuadrado.

•129

-130

-131-

-132-

9. Ingeniería industrial epla laminación

9.1. Cálculo de la productivida de un tren de lamiación

Se entiende como productividad de un tren de laminación a la can

tidad total efectiva de una mezcla~de productos, producidas en

un período determinado, por lo "tanto en producción es necesario

calcularse las horas operables.

Primero se hace un cálculo de las horas operables anuales. En la

tabla (9.1) se da un ejemplo de la distribución del tiempo pa-

f ra el trabajo con un tren de laminación, en el cual se tomaron

en cuenta los siguientes factores.

Feriados, son los días que por ley,obligatoriamente, hay que pa

rar la planta.

Parada por mantenimiento semana, se estimó dos turnos (16 horas),

una vez por semana (en el ejemplo todos los lunes), este valor se

puede optimizar a una parada de 16 horas cada dos semanas solameri

te.

Parada por mantenimiento mayor; se estima 15 días tres turnos.

i Descontando los feriados y el tiempo de mantenimiento se deduce

el máximo de horas programables, con estos datos se calcula la

disponibilidad programable que es:

-134-

-135-

Disponibilidad = 5 " 7 X 100 = 68,46% operable % 8760 cf 4.- -^ ^ 7496 - 1499 v . __ 5997 on„ Efectividad% = X 100 = = 80%

7496 7496

Para determinar la carga programable a un laminador es necesario

conocer su capacidad para un determinado período, por ejemplo

mensual, según una mezcla de productos a obtener; para ello es

necesario determinar previamente 2a productividad horaria por ca_

da tipo de producto característico.

Tomemos como ejemplo un tren que produce redondos en los diáme­

tros especificados en la (tabla 9.2), los valores de velocidad ^r

de salida y caudal para cada diámetro se dan en laminación.

El valor Ri es la distribución porcentual de la mezcla de produ£

tos a producir; en el período de un año y U la ton/año de cada

uno de ellos.

El valor se calcula por la siguiente expresión: -

.. . , . Máximo de horas -operables por año sí) U ton/año = ^ £ » r¿

U = ^^ = 741.743,9 ton/año 0,008085

Este valor se puede considerar alto ya que se supone que se lam_i

na una barra después de la otra, sin intervalo de tiempo entre

barra y barra.

Otra limitación puede estar en los hornos ya que en este ejemplo

se necesitaría un horno para producir 200 ton/hora, pero lo más

importante es determinar las demoras para tener datos confiables.

-137-

El factor es de corrección y su valor depende de los siguientes

criterios.

n = 0,95 si la distribución de las Ri % están de acuerdo a la

realidad. - _

n = 0,90 si es aproximado

n =0,85 si es razonablemente desviado

9.2. Cálculo de tiempos

.- En la figura 9.1 se ilustra gráficamente el diagrama de tiempo

__ de laminado para un tren laminador continuo comprendido por 2

grupos de seis bastidores cada uno. Estas gráficas se les conoce

como las gráficas de Adametsky y son utilizadas para determinar

el tiempo de ciclo de operación en trenes laminadores de varios

bastidores.

En el eje horizontal del diagrama se graf ican los tiempos de lami_

nado en segundos; en el eje vertical se indican numéricamente pr£

gresivos, cada bastidor del tren laminador. La duración de cada

paso de laminado, se muestra en el diagrama cen barras horizonta­

les gruesas, en el stand- correspondiente; el intervalo entre pa­

sos o tiempo de manejo es el espacio entre barras. Las lineas in­

clinadas indican el bastidor inmediato en donde se realizará el

desbaste siguiente de la barra.

En los trenes continuos se hace un desbaste por bastidores por lo

que los tiempos son iguales y este se determina con la siguiente

fórmula:

Siendo:

t El tiempo de laminación en un bastidor

t. El tiempo entre cola y punta de una barra a otra sub­

secuentes .

-138-

En estos laminadores, las barras son trabajadas simultáneamente

en todos o varios de los bastidores. Por lo tanto el tiempo de

laminación de una barra es igual a la suma del tiempo de un paso

y el tiempo de los intervalos entre los bastidores, es decir:

Consecuentemente, el diseño de estos trenes permite tener un mí­

nimo tiempo de operación en cuanto al ciclo de laminación por ba_

rra.

Si el peso del material laminado en estos trenes se_incrementa,

solo aumenta el tiempo de laminado por paso y en consecuencia es

ta medida es deseable tomarla.

La mejor forma para tener mayor producción en un laminador conti.

nuo es el aumento de la velocidad de laminación.

El índice de aprovechamiento del tren, del tiempo y el número de

horas de un tren laminador continuo debe ser calculado de igual

manera que la utilizada.

Laminación de barras

La producción máxima posible por hora de una barra de cualquier

sección se obtiene de la siguiente fórmula:

G: Peso en kilogramos de una barra* típica.

T: Tiempo de laminado por barra en segundos.

y la producción práctica admisible es:

- 1 3 9 -

-140-

En donde K es el índice de utilización del tren. Este índice de

0.8 a 0.9, correspondiendo el valor más alto a trenes laminado­

res continuo.

Si se conoce-el peso de la palanquilla, la producción horaria se

calcula mediante la determinación del tiempo de operación o ciclo.

El tiempo de operación se fija al dibujar el diagrama de tiempo

de laminado.

La figura 9.2 nos ilustra el diagrama de tiempo de un tren de ci­

lindros de 650 mm para secciones gruesas que está constituido

por 4 bastidores y 2 trenes abiertos.

El tiempo total de laminado de una barra en este laminador es

igual a la suma del tiempo en cada bastidor más el tiempo reque­

rido para transportar la barra de bastidor a bastidor.

El fiempo de ciclo de un tren laminador múltiple abierto depende

del número de bastidores y la distribución de pasos entre los mis_

mos. Mientr_as mayor sea el número de bastidores del'tren y-el tiem

po de laminación resulte más uniforme, este tiempo se distribuirá

entre el número de bastidores y por lo tanto, la duración del ci­

clo será menor; en otras palabras, un tren laminador con una cánt_i

dad de bastidores mayor a otro, hará más rápida la laminación que

el de menor número, siempre y cuando no se tenga debido al diseño

en alguno de los bastidores un cuello de botella.

Sobre el problema de cuello de botella en un tren laminador, como

se puede observar en el diagrama de tiempo de laminación, para el

tren de 650 mm., se presenta en el segundo bastidor de 3 cilindros.

Sin embargo, el tiempo de ciclo puede ser reducido, si el laminado

de la siguiente barra se inicia antes de que se termine el desbaste

de la anterior. Es decir, si el último desbaste de una barra puede

combinarse con el primero de la siguiente y así sucesivamente, ten­

dremos un laminado con operaciones traslapadas.

- 1 4 1 -

-142-

La figura 9.3 nos muestra el diagrama de tiempo de laminación

de un tren abierto para barras con un diámetro de 250 mm; en

este tren las barras se laminan simultáneamente en varios bas­

tidores. Cuando se trata de barras chicas, se tienen laminando

se varia en el tren o bastidor terminador y aun tratándose de

operaciones traslapadas, el cuello de botella en estos lamina­

dores se presenta en el primer bastidor.

Los principales factores de análisis para incrementar la produc­

ción en los laminadores son los siguientes:

1) Reducir el número de pasos mediante un análisis y delineamien

to de los mismos, aumentando la reducción en cada pasada.

2) Incrementar la velocidad de laminado especialmente en trenes

laminadores de barras. En aquellos trenes con operación ma­

nual, la velocidad máxima será de 6 a 8 m/seg.

3) Aumentando el peso de la palanquilla, que depende principal­

mente de la velocidad de laminado.

4) Mecanizar y automatizar operaciones del molino para reducir el

tiempo entre pasos.

La figura 9.4 muestra el diagrama de tiempos de laminación de un

tren de secciones escalonadas de cilindros de 350 mm., en el que

solo se hace un desbaste por bastidores, teniéndose la regla de

que la barra que va a laminarse fue entregada por el bastidor ari

terior. Por otra parte en el mismo diagrama, en la figura 9.5 te_

nemos los tiempos de laminación de un tren continuo de 350 mm.,

en el que se realiza un desbaste por bastidor y se laminan barras

simultáneamente en varios bastidores.

A continuación tenemos la fórmula para determinar el tiempo del

ciclo para los dos trenes iguales mencionados en el párrafo ante

rior:

•143-

- 1 4 4 -

-145-

-146-

En donde:

tiempo de laminado de un bastidor

tiempo transcurrido entre cola y punta de salida y entra­

da "entre barras en el bastidor.

El tiempo requerido para terminar una barra en un tren escalona­

do de 350 mm. es igual a la suma del tiempo de laminación en to­

dos los pasos y el tiempo total de intervalos en cada paso, es

decir:

Por otra parte, el tiempo de laminado total de una barra en es­

te tren es la suma del tiempo de operación para realizar un pa­

so más la suma total de los transportes entre bastidores es decir:

Por lo tanto si laminamos las barras simultáneamente, con un deis

baste por bastidor, como es el caso de los trenes continuos, mini­

mizaremos el tiempo de ciclo y por consiguiente el tiempo de ope­

ración por barra; resulta entonces que el principal factor para

obtener una mejor producción es el aumento de la velocidad de la

minación. Otra forma paralela de mejorar la productividad es el ^

hecho intrínseco derivado de aumentar el peso de la palanquilla

mediante una mayor longitud, sin perder de vista las limitaciones

que surgen, debidas a la dificultad de operación. Las anteriores

medidas, no solo mejoran la producción sino también optimizan el

aprovechamiento del horno de calentamiento en cuanto a su poder

calorífico. La producción de los trenes continuos puede ser mejo­

rada también mediante una mayor reducción, debido a un rediseño

de pasos que admitan las palanquillas de mayor sección y por lo

tanto de mayor peso, sin embargo se debe hacer notar que la uti­

lización de esta mayor reducción bajo ciertas condiciones de aga

rre, puede limitar la operación del laminador referente por ejem

pío a la incertidumbre en la entrada de la barra, o un mayor des­

gaste del paso, etc.

-147-

LAMINACIÓN DE PRODUCTOS PLANOS

La figura 9.6 muestra un tren continuo de 1700 mm de longitud de

cuerpo.

Las tiras o flejes se faUfican mediante el laminado consecuti­

vo en cada uno de los bastidores del tren de desbaste y simultá

neamente en todos los bastidores del tren terminador. Como re­

gla en estos trenes, el tiempo de laminación del tren de desbas_

te es menor que el del tren terminador, por lo que el tiempo de

cicl-o o de operación es igual a:

En donde:

tr = es el tiempo de laminación en un bastidor.

ti = es el intervalo de tiempo que transcurre entre el laminado

de una tira en el bastidor terminador y el inicio de la la

minación de la siguiente tira.

Para una dada velocidad de laminación en el último bastidor mien_

tras menor sea el intervalo comprendido entre la laminación de

la cola de una tira y el principio-de laminación de la siguiente,

menor será elr ciclo de operación en el tren terminador. El tiem­

po de operación será entonces mínimo si un nuevo fleje se intro­

duce a laminar en el rompe escamas cuando el fleje anterior toda

vía no ha sido terminado en el último stand; en otras palabras

cuando se tienen dos tiras laminándose simultáneamente en el

tren terminador durante cierto tiempo, tendremos en un momento

dado el ciclo de operación mínimo.

Frecuentemente, en los trenes continuos existentes, se acostumbra

introducir el fleje en el rompe escamas cuando el fleje proceden,

te está dejando el bastidor terminador. (fig 9.6); por lo que el

tiempo de operación es igual al tiempo requerido para la lamina­

ción del fleje en el tren terminador, es decir la suma del tiempo

por paso más el tiempo de intervalo entre bastidores.

• 1 4 8 -

-149-

Dado que el tiempo de transporte o intervalo entre bastidores de

un tren continuo resulta mucho menor que el de laminado, el fac­

tor principal para mejorar la productividad es el incremento en

la velocidad de laminación; y como factores secundarios asegurar

un mayor peso del planchón y de las bobinas laminadas.

10. Avances tecnológicos en laminación de No Planos

Dentro de los avances más recientes en cuanto a laminadores de

barras y su control, cabe destacar lo siguiente:

10.1. Laminación de barra

Designación y operación —•

El rasgo especial que caracteriza los nuevos altos rendimientos

de laminadores de barra en las próximas décadas, incluye la hab_i

lidad de laminar un amplio rango de materiales de una manera eco­

nómica, y a la vez garantizar que el producto laminado reúna es­

pecificaciones para procesos secundarios. Estas propiedades han

comenzado a desarrollarse en respuesta al constante incremento de

demanda para mejorar la calidad del producto y mayor productivi­

dad del laminador. Friedrich Kocks GmbH fue la primera compañía

en el mundo" que diseño, construyó y probó laminadores en bloques

compactos para la producción de alta precisión de barras. Típi­

cos trazados de un laminador compacto y un laminador convencio­

nal son comparados en la Fig. 10.1.

Durante los pasados 30 años, Kocks ha ido mejorando el laminador

tipo bloque y los ha agrupado en laminadores compactos completos.

En adición al bloque de tres rodillos, un bloque especial dise­

ñado por 2-h, ha sido desarrollado para ser usado en trenes pri­

marios e intermedios. Características de este nuevo laminador in­

cluye :

Torcido sencillo, laminación torsión libre.

Libre paso del material laminado, sin uso de canaletas de baja

da.

Rápido cambio de bastidores de laminación y guías, afuera, des_

de la línea de laminación en un trabajo separado.

- 1 5 0 -

-151-

Ausencia de ajustes de pases de laminación para diferentes

grados de material.

Manejo en grupo e individual.

Minima variación de temperatura durante la laminación.

Pequeño espacio requerido. —

Bajo consumo de energía.

Economía de operación, incluyendo complejos programas de pro­

ducción con muchas diferentes secciones requeridas.

Adicionalmente, los bloques de tres rodillos presentan las si­

guientes características:

Alta capacidad de reducción

Mínimo esparcimiento del material debido a la forma triangu­

lar de los pases de reducción.

Automática compensación para diferentes características de

fluidez de los materiales laminados.

Eficiencia óptima de deformación.

La cooperación entre Kocks y sus clientes han influido grandemer^

te en la planificación y construcción de nuevos laminadores así

como también en el diseñó y desarrollo de componentes de la

minadores, tal es el caso de tres rodillos estándar ajustables,

manejado en grupo, individual o por combinación de ambas formas,

y se ha mejorado los pases diseñados Especial atención ha sido

dada al incremento operativo, previendo los errores de lamina­

ción, y reducción de los costos de operación y mantenimiento.

Como resultado, la mayor parte de más de 40 bloques de laminado­

res construidos por Kocks están operando en plantas con los si­

guientes parámetros para un programa típico de laminación.

Amplia variedad de grados, incluyendo encabezamiento en frío,

libre maquinado, elasticidad, alta resistencia y alta veloci­

dad del acero al mismo tiempo con super aleantes, aleaciones

de níquel, aleaciones de titanio y tungsteno y molibdeno.

-152-

Varias secciones terminadas (por encima de 100).

Baja o alta producción.

Material laminado libre de defectos.

Alto rendimiento.

Óptimo tiempo utilizado. —

Poca pérdida por sección terminada, ejemplo menos de 50 tone

ladas.

Laminación bajo poca tolerancia.

Las ventajas económicas resultantes Del uso de bloque Kocks en

la laminación incluye:

Una sección especifica de entrada para un programa completo

de laminación. 2

Secciones de entrada menores que 150 mm .

Uso de palanquillas de colada continúa o tochos prelaminados.

Economia de energía para recalentamiento de palanquillas.

Baja decarburación de la superficie.

Pocos defectos superficiales.

Óptima elección de sección de laminador, dependiendo del pro­

ducto laminado y el proceso de terminación.

- - Mínima pérdida de material en producción de barras de acabado

superficial liso por cascarilla.

Bajo costo por acondicionado debido a la poca tolerancia de

laminación y maquinado.

Mejor grano estructural, propiedades mecánicas y calidad su­

perficial de los productos.

Reduce costos de tratamiento térmico.

10.2. Características de los pases de tres rodillos

Entre los procesos de laminación conocidos hoy en día, dos tipos

generales pueden ser comparados:

El sistema 2-h, en continuo o dispuesto en bloques; y el sistema

tres rodillos dispuesto en bloques.

-153-

La capacidad de deformación de los dos sistemas en un tipico

plan de 4 - pasadas es mostrado en la figura 10.2. El sistema

de tres rodillos tiene más baja propagación, demostrando mayor

eficiencia de deformación.

Para reducir sección transversal y laminar secciones hexagonales,

un pase por una forma triangular es usada exclusivamente (ver fi_

gura 10.3). Para laminar secciones redondas, un pase posterior

plano es seguido por un pase ovalado y un pase redondo (Ver figu

ra 10.4).

Las tensiones producidas en el proceso de laminación por este pa

se triangular son más favorables para deformación^ del material,

que las tensiones comparadas en el pase 2-h. Las fuerzas de lami

nación simultánea en tres caras crean una zona de tensiones de

compresión en el centro de la barra lo cual se aproxima a lo ide_

al. Para grados altamente aleados esto sirve para eliminar rotu­

ras del final de la barra con lo cual aumenta la fluencia del ma

terial. Al mismo tiempo, por la minima expansión del material,

virtualmente toda la sección transversal esparcida es transforma

da en elongación. Por tanto, el trabajo de deformación, el poder

de impulsión y la energía consumida son más bajos en un pase de

tres rodillos que en un pase 2-h.

Como un resultado de la favorable condición de esfuerzo por de­

formación, los tres pases de laminación o tres rodillos, en blo­

que permiten laminar aquellos materiales los cuales son difíci­

les de deformar y los cuales no pueden ser laminados en 2-h en

bloque. Aun material sinterizado como tungteno y molibdeno pue­

den ser laminados en laminadores de tres rodillos en bloque.

Además la temperatura del material resultante debido a la defor­

mación es más baja, por tanto materiales con un límite permisible

de temperatura elevada durante la laminación pueden ser laminados

a altas velocidades en el laminador de tres rodillos en bloque.

- 1 5 4 -

-155-

-156-

La distribución de la deformación sobre la circunferencia de la

barra produce un flujo preferible de material en el laminador

de tres rodillos, también resulta en continua reducción de cual­

quier grieta en la palanquilla. Cuando se lamina en 2-h, las

grietas cambian irregularmente, dependiendo sobre -su posición

sobre la~circunferencia de la barra. Pruebas han demostrado que

con el laminador de tres rodillos, palanquillas con grietas dos

veces las permisible pueden ser laminadas, sin embargo la pro­

fundidad de la grieta podrá ser reducida a la mitad.

10.3. Control moderno de laminadores de barras

Sistemas, funciones y emergencias tecnológicas;

Muchos sistemas de control de laminadores de barra en la actuali

dad son operacionalmente inadecuados para competir en los mercados

actuales. Estos sistemas, algunos de menos de cuatro años de vi_

gencia, son grandemente responsables de la pobre calidad del

producto, baja capacidad de producción, bajo rendimiento y altos

costos de operación.

— No obstante, algunos de estos problemas son causados por excesi­

vos tipos de fallas eléctricas, el mayor factor es un sistema de

control inadecuado." Sin embargo, un sistema de control moderno

no resolverá todos los problemas de un laminador buenos equipos

mecánicos y procedimientos de operación disciplinados son tam­

bién necesarios. Sin embargo, sin un sistema de control superior

no es posible un rendimiento superior.

La mayoría de los éxitos modernos sobre sistemas de control son

estructurados para dirigir directamente los objetivos y proble­

mas de los procesos de laminación. Estos sistemas están caracte­

rizados no por el tipo de herramientas usadas, pero si por las

siguientes características:

Conocimientos técnicos del proceso instalado.

Estrategias del sistema desarrollado.

Técnicas digitales avanzadas.

-157-

Aun cuando la elección de herramientas no es el objetivo aquí,

son requeridas modernas y relevantes herramientas. También es

esencial que el sistema sea implementado en forma digital para

obtener una operación estable, libre de problemas.

Sistemas modernos están operando en más de 20 laminadores de ba

rras por todo el mundo. Muchos de estos sistemas han sido insta

lados como una prueba de las facilidades existentes para proveer

una oportunidad para medir el impacto denlos nuevos sistemas so­

bre rendimiento de laminadores.

Típicas mejoras tales como de 30 a 50% de menor pérdida; de 20 a 30%

menos tiempo de paralización del trabajo y de 1 a 3% mayor rendi_

miento.

Sistema de control moderno

Un típico sistema de control moderno fue instalado en Nortn Star

Steel Co's St. Paul (Planta Estrella Polar).

Las funciones básicas requeridas para obtener el necesario ren­

dimiento, todas las cuales están incluidas en el sistema de la

planta Estrella Polar, son:

Rápido y seguro regulador de velocidad.

Control de caída de velocidad

Barra de arrastre.

Instalación rápida de un programa almacenado.

Control de tensión y circuito

Readaptación de velocidad instalada.

Control de corte

Superficie de contacto práctica para el operador.

En suma a estas funciones, los siguientes mejoramientos han sido

provistos para facilitar el arranque después de una parada y re­

cuperar tiempo en reducir fallas. Estas mejoras también son em­

pleadas en la planta Estrella Polar.

-158-

10.5. Regulación de velocidad

Un control de la velocidad de respuesta reducirá los efectos de

impacto y mejorará tolerancias sobre el producto. La rápida res

puesta también permitirá errores.

10.6. Control de velocidad de cascada

El sistema ce cascada distribuirá cambios de velocidad para todas

las pasadas sobre el mismo rendimiento del ciclo del proceso.

Cambios de velocidad de cualquier origen, manual o mecánico, se

rá distribuido en cascada, pero confinado para pasadas de lamina

ción de la misma barra.

10.7. Sistema de arrastre de barras

El sistema de arrastre de barras trabaja desde un generador de

pulsación enviando información a cada bastidor y es usado para

secuencia de tensión y circuito cerrado de control y define loca

lización de inicio y cola para la cascada y funciones de corte.

Esto permite menos distancia entre las palanquillas.

Rápido montaje

El montaje de rápidos laminadores para cada producto de datos al_

macenados da la óptima respuesta cada vez que un producto es la­

minado .

Esta responsabilidad de respuesta permite la optimización de

ajustes mecánicos y elimina diferencias en hábiles operadores.

La velocidad correcta de cada bastidor es calculada de: Un factor

de reducción de laminadores, un factor de profundidad de estria,

y diámetro del cilindro laminador, puesto por el operador.

Control de tensión

La prueba tecnológica en amplio uso hoy en día es circuito cerra­

do para corrección de tensión sobre la palanquilla en su paso por

el laminador. Este concepto usa torque de motor para indicar ten

sión inter bastidores. Esto es solamente aplicable entre bastido­

res donde la sección es alzada para transmitir tensión y el calor

-159-

y tiempo de transporte es mayor.

Este método logra entregar una sección cONstante hasta el final

de la laminación.

Circuito cerrado de control ~

Efectivo circuito cerrado de control puede establecer el circui

to cerrado requerido inmediatamente desde el comienzo y entre

bastidores. —

La señal de error del circuito actuará sobre el equipo detector,

inicialmente para garantizar la velocidad de respuesta , luego >

actuará a través del sistema de cascada para mantener el peso

uniforme a través de la barra.

El circuito cerrado de control permitirá Ja reducción en la especi —

ficación del producto en el inicio, fin y a través de la barra.

Control de corte

Modernos controles de corte pueden ser descritos en dos partes:

control de corte intermedio y corte inicial.

Un ciclo de corte intermedio se controla a través de un pulsador

generador acoplado al equipo de corte el cual realiza el corte y

regresa a su posición inicial. El equipo de corte no necesita ca

libración después de cambiar el pulso generador o después del

mantenimiento.

El corte inicial de una barra requiere de operadores expertos pa

ra seleccionar la longitud requerida o dividir la longitud direc

tamente. El control requerirá de diferentes velocidades de lami­

nación.

Operador interfase

Un sistema de video, el cual presenta la data al operador en una

forma directamente relacionada al proceso.

-160-

El operador llama a la memoria por código de producto y obtiene

el diámetro del rodillo a ser utilizado.

La operación indicada es transmitida por todos los bastidores

en una secuencia, mostrando el factor de reducción en cada bas­

tidor, la velocidad en porcentaje de la velocidad máxima y, la

corriente en los bastidores en porcentaje de la máxima corrien­

te. El control está diseñado para aceptar indicaciones del ope­

rador principal o en las interfases y retornar a la funcióji au­

tomática normal.

El programa para el próximo producto, incluyendo diámetro del

cilindro requerido, puede ser examinado por el operador mientras

se lamina.

Eventos y fallas

Una amplia var iedad de eventos e información pueden s e r sumin is ­

t r a d o s al operador por el uso de video y simultáneamente r e c o r ­

da r sobre compromisos para hacer el mantenimiento- Di feren tes mensa­

j e s nueden s e r e leg idos para l o s dos usos y omi t i r los trensajes y

s e ñ a l e s que no tengan interés para el operador.

Sumario

Laminadores de barras y alambren con sistemas modernos de control

son operados más provechosamente. Estos sucesivos sistemas de

control moderno son caracterizados por sus técnicas digitales

avanzadas. Lenguaje moderno hacen estos sistemas fáciles de insta

lar y operar.

-161-

ANEXO 1

PROCEDIMIENTO DE CALCULO DE UN TREN DE ALAMBRON

Con el fin de elaborar el programa de pasadas en un tren de alam

brón se deben establecer como mínimo los siguientes parámetros

para cada una de las secciones a obtener:

NQ de bastidores para realizar la laminación (n)

Características del tren: velocidad, <i> de los

cilindros, potencia de los motores.

Características del material a laminar.

Los pasos a seguir en el diseño de los programas son:

1. Se debe determinar el NQ de pases (n) que hay que dar

2. Determinar los alargamientos en cada pase

3. Determinar la forma de cada pase

4. Determinar las dimensiones de cada pase

5. Determinar la fuerza y la potencia en cada pase

-162-

-163-

- 1 6 4 -

-165-

-167-

-168-

-169-

-171-

Cálculo de los alargamientos en cada uno de los bastidores

Para cada diámetro de producto se hace necesario calcular

ahora los alargamientos en cada pase. La forma de calcular­

lo es desarrollar cada tren individualmente, pero teniendo

en cuenta:

1) Las pasadas-impares son de forma, ya que se trata de un

tren impar y la última pasada se hace fundamentalmente

para ajustar la forma del material.

2) Las pasadas pares son de deformación y es alli donde se

da la mayor reducción del material.

3) Se debe cumplir la condición de continuidad para todo el

tren y en cada uno de los trenes en forma individual.

4 ) Los mayores reducciones se deben dar en el tren desbasta^

dor.

5) Las menores reducciones se deben dar en el tren termina-

dor.

deben suponer los valores del alargamiento (fig 1) respetando

premisas anteriores.

- 1 7 2 -

-175-

- 1 7 6 -

-182-

-183-

-184-

-186-

8. Asignación de figuras a los diferentes pases

Teniendo los alargamientos, áreas y velocidades es necesario

asignar-las figuras, siguiendo los criterios dados en la teo-

ria. Según estos criterios tenemos que se seleccionó un tren im

— par, por lo tanto el último pase es impar y debe corresponder a

una sección redonda. ~~

Como se explicó anteriormente, las secuencias finales serán re­

dondo -óvalo -redondo, como se indica en los ejemplos de los grá­

ficos 4 - 5 y 6, la diferencia fundamental se encuentra en las

secciones iniciales y en las secciorres de transferencia del tren

desbastador al tren intermedio. Para el caso del ejemplo tratado

se asignaron las figuras presentadas en el gráfico 6.

En los trenes modernos que permiten laminar aceros especiales y

aceros inoxidables la tendencia pasada, óvalo-redondo desde el

tercer pase. Fig. 4 y 5 y en el bloque acabador secuencia óvalo

redondo sin torsión

9. Cálculo de las dimensiones en cada paso —

Para el cálculo de las dimensiones en cada paso se aplican las

fórmulas para cada geometría dadas en la teoría y se comprueban

los valores de ensanchamiento.

9.1. Cálculo de los valores de ensanchamiento en cada bastidor.

En la tabla 10 se dan los datos necesarios para los cálculos.

Se realizaron los dibujos a escala 1:1 de las secuencias de pa­

ses en superposición, por ejemplo pases 1 al 7), de las pasa­

das en el tren desbastador gráficos 7 al 13.

En cada dibujo, se establecieron los datos requeridos para el cál_

culo del ensanchamiento

BIBLIOGRAFÍA

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