LAMINACIN

INTRODUCCIN

Es el proceso de conformado mecnico que consiste en modificar la seccin transversal de un metal en la forma de barra, lingote, placa, alambre, o tira, etc., por el pase entre dos cilindros con generatriz rectilnea (laminacin de productos planos) o conteniendo canales tallados de forma ms o menos compleja (laminacin de productos no planos, como por ejemplo perfiles en L), siendo que la distancia entre los dos cilindros debe ser menor que el espesor inicial de la pieza metlica.

Es el proceso de transformacin mecnica de metales ms utilizado pues, presenta alta productividad y un control dimensional del producto acabado que puede ser bastante preciso. En la laminacin el material es sometido a tensiones compresivas elevadas, resultantes de la accin de prensado de los rodillos y a tensiones cizallantes superficiales, resultantes del roce entre los rodillos y el material. Las fuerzas de roce son tambin responsables por el acto de "tirar" el metal para dentro de los cilindros.

La reduccin o desbaste inicial de los lingotes en bloques, tochos o placas es realizada normalmente por laminacin en caliente. Despus de esa fase sigue una nueva etapa de laminacin en caliente para transformar el producto en placas gruesas, barras, tubos, rieles o perfiles estructurales. La laminacin en fro que ocurre despus de la laminacin de tiras en caliente produce tiras en fro de excelente acabado superficial, con buenas propiedades mecnicas y control dimensional del producto final bastante riguroso. Laminadores

Un laminador consiste bsicamente de cilindros (o rodillos opuestos) con dimetros que van de 600 a 1400 mm, una carcaza para fijar los cilindros y sus partes y un motor para proveer la potencia a los cilindros y controlar la velocidad de rotacin. Las fuerzas envueltas en la laminacin pueden fcilmente alcanzar millares de toneladas, por lo tanto es necesaria una construccin bastante rgida, adems de motores muy potentes para dar la potencia necesaria. El costo, por lo tanto de una moderna instalacin de laminacin es del orden de algunos millones de dlares y consume muchas horas de proyectos ya que esos requisitos son multiplicados para los sucesivos trenes de laminacin continua (tanden mill). Estos ltimos tienen como gran ventaja la posibilidad de evitar entre etapas de laminacin la necesidad de fosas de recalentado y la reduccin de espacio en las instalaciones con tiempos de manufactura ms cortos. Se utilizan variadas disposiciones de cilindros en la laminacin, la ms simple es constituida por dos cilindros de eje horizontales, colocados verticalmente un sobre el otro. Este equipo es llamado de laminador do y puede ser reversible o no. En los dos no reversibles, figura a), el sentido de giro de los cilindros no puede ser invertido y el material slo puede ser laminado en un sentido. En los reversibles, figura b), la inversin de la rotacin de los cilindros permite que la laminacin ocurra en los dos sentidos de paso entre los rodillos. En el laminador tro, figura c), los cilindros siempre giran en el mismo sentido. Sin embargo, el material puede ser laminado en los dos sentidos, pasndolo alternadamente entre el cilindro superior y el intermediario y entre el intermediario y el inferior.

A medida que se laminan materiales cada vez ms finos, hay inters en utilizar cilindros de trabajo de pequeo dimetro. Estos cilindros pueden flexionar y deben estar apoyados por cilindros de apoyo o respaldo, figura d. Este tipo de laminadorse denomina cudruplo, pudiendo ser reversible o no. Cuando los cilindros de trabajo son muy finos, pueden flectar tanto en la direccin vertical como en la horizontal y deben ser apoyados en ambas direcciones; un laminador que permite estos apoyos es el Sendzimir o laminador de racimo, figura e. Otro laminador muy utilizado es el universal, que dispone de dos pares de cilindros de trabajo, con ejes verticales y horizontales, figura f. Existen otros tipos de laminadores ms especializados, como el planetario, paso peregrino, Mannesmann, de bolas, etc. laminador universal. La figura (a) abajo muestra una vista esquemtica de un laminador do, constituido por un cuadro, dos cilindros de trabajo y los bujes en los cuales giran los cilindros. En este laminador el cilindro inferior es fijo y el cilindro superior puede moverse, durante la operacin, a travs de un sistema de tornillos. Este movimiento tambin puede tener accionamiento hidrulico.

Los cuadros, carcazas o bastidores son construidos de acero o hierro fundido y pueden ser del tipo abierto o cerrado. El cuadro cerrado es constituido por una pieza maciza y los cilindros deben ser colocados o retirados por un movimiento paralelo a su eje. La parte superior del cuadro abierto es removible y se denomina sombrero; en este caso, los cilindros son retirados por un movimiento vertical, despus de la remocin del sombrero, figura (b). El cuadro cerrado es ms resistente que el abierto, pero presenta mayores problemaspara cambios de cilindros y actividades de mantencin.

Los cilindros de laminacin son de acero fundido o forjado, o de hierro fundido, se componen de tres partes, figura abajo: la mesa, donde se realiza la laminacin que puede ser lisa o con canales; los cuellos, donde se encajan los bujes; las horquillas de accionamiento. Los cilindros son calentados por el material laminado en caliente y es de gran importancia un enfriamiento adecuado de los mismos, usualmente a travs de chorros de agua.

Los bujes de los cilindros sirven de apoyo a estos cilindros; eventuales deformaciones de esas piezas provocaran variaciones dimensionales en los productos, lo que es altamente indeseable. Tres tipos de bujes son usados en laminadores: bujes de friccin, donde el cuello gira sobre broncinas, debidamente lubrificados; bujes de rodamiento; bujes a film de aceite bajo presin (tipo Morgoil).

Laminacin en caliente

Cuando el acero es lingotado convencionalmente, la primera operacin de laminacin ocurre en un laminador desbastador (blooming, slabbing mill), que es usualmente un do reversible cuya distancia entre los rodillos puede ser variada durante la operacin. En la operacin de desbaste se utiliza tambin laminadores universales, lo que permite un mejor escudriamiento del producto. Los productos de esta etapa son bloques (blooms, seccin cuadrada) o placas (slab, seccin rectangular). Las placas son laminadas hasta placas gruesas (material ms espeso) o tiras en caliente. En la laminacin de placas gruesas se utilizan laminadores dos o cudruples reversibles, sendo este ltimo el ms utilizado. En la laminacin de tiras, comnmente se utilizan laminadores dos o cudruples reversibles en una etapa preparadora y un tren continuo de laminadores cudruples. La figura abajo muestra esquemticamente un tren continuo de laminacin. El material, despus de la laminacin es entonces, bobinado en caliente, decapado y lubrificado enviado para el mercado o para la laminacin en fro.

Se debe observar que, con el lingotamiento continuo, se producen placas y tochos directamente de la mquina de lingotar, evitndose una serie de operaciones de laminacin, en especial la laminacin desbastadora. Las industrias de transformacin de no ferrosos operan con una diversidad muy grande de productos, por lo tanto los equipamientos utilizados en la laminacin en caliente de esos materiales son muy menos especializados del que los empleados en la laminacin en caliente de aceros. Los lingotes de materiales no ferrosos son menores y las tensiones de fluencia, son normalmente ms bajas que las de los materiales ferrosos, lo que permite el uso de laminadores de pequeo tamao. Laminadores dos o tros son normalmente usados para la mayora de los metales no ferrosos en la laminacin en caliente, entretanto, laminadores cudruples continuos son usados para as aleaciones de aluminio.

Laminacin en fro

La laminacin en fro es empleada para producir lminas y tiras con acabado superficial y con tolerancias dimensionales superiores a las comparadas con las tiras producidas por laminacin en caliente. Adems, el endurecimiento resultante de la reduccin en fro puede ser aprovechado para dar mayor resistencia al producto final. Los materiales de partida para la produccin de tiras de acero laminadas en fro son las bobinas en caliente decapadas. La laminacin en fro de metales no ferrosos puede ser realizada a partir de tiras en caliente o, como en el caso de ciertas aleaciones de cobre, directamente de piezas fundidas.

Trenes laminadores cudruples de alta velocidad son utilizados para la laminacin en fro del acero, aluminio y aleaciones de cobre. Normalmente esos trenes de laminacin son concebidos para tener traccin avante y hacia atrs. La laminacin continua tiene alta capacidad de produccin, lo que resulta en un costo de produccin bajo. La reduccin total alcanzada por laminacin en fro generalmente vara de 50 a 90%. Cuando se establece el grado de reduccin en cada pase o en cada etapa de laminacin, se desea una distribucin lo ms uniforme posible en los diversos pases sin haber una cada acentuada con relacin a la reduccin mxima en cada pase. Normalmente, el porcentaje de reduccin menor es hecho en el ltimo pase para permitir un mejor control del aplanamiento, calibre y acabado superficial.

La eliminacin del limite de fluencia discontinuo en las tiras de acero recocido es un problema prctico muy importante, pues la ocurrencia de este fenmeno provoca una deformacin heterognea en el procesamiento posterior (lneasde Lders). Esto es debido al alargamiento discontinuo del lmite de fluencia. La prctica normal es dar una pequea reduccin final en fro en el acero recocido, llamada de pase de endurecimiento superficial, que elimina el alargamiento discontinuo del limite de fluencia. Ese pase de acabado tambin resulta en una mejora de la calidad superficial y control dimensional. Otros mtodos pueden ser utilizados en la mejora del control dimensional de las tiras o lminas laminadas, entre estos estn el aplanamiento por rodillos y el desempeo por traccin.

Laminacin de Barras y Perfiles

Barras de seccin circular y hexagonal y perfiles estructurales como: vigas en I, perfiles y rieles son producidos en gran cantidad por laminacin en caliente con cilindros ranurados, conforme mostrado abajo. La laminacin de barras y perfiles difiere de la laminacin de planos, pues la seccin transversal del metal es reducida en dos direcciones. Entretanto, en cada pase el metal es normalmente comprimido solamente en una direccin. En el pase subsiguiente el material es girado de 90. Una vez que el metal se expande mucho ms en la laminacin en caliente de barras que en la laminacin en fro de hojas, el clculo de la tolerancia necesaria para la expansin es un problema importante en la planificacin de los pases para barras y perfiles. Un mtodo tpico para reducir un tocho cuadrado en una barra es alternndose pases a travs de ranuras ovales y cuadradas. La planificacin de los pases para perfiles estructurales es mucho ms compleja y requiere bastante experiencia.

La mayora de los laminadores de barras es equipada con guas para conducir el tocho para las ranuras y repetidores para invertir la direccin de la barra y conducirla para el prximo pase. Los laminadores de ese tipo pueden ser normalmente dos o tros. La instalacin comn para la produccin de barras consiste en un molino de desbaste, un molino formador y un molino de acabado.

Procesamiento Termomecnico

En la industria de fabricacin del acero, las dimensiones externas de muchos productos comerciales son resultado de la deformacin en caliente, como en la laminacin, mientras que, las propiedades mecnicas son obtenidas por la adicin de elementos de aleacin y por tratamiento trmico despus de la laminacin en caliente. Mejoras en las propiedades mecnicas sobre las obtenidas por el efecto de los elementos de aleacin son frecuentemente obtenidas por tratamiento trmico.

En el procesamiento del acero, por ejemplo, porlaminacin, algunas veces son obtenidas mejoras de propiedades mecnicas del material cuando comparadas con materiales mecnicamente procesados y normalizados. Adems, las propiedades mecnicas obtenidas por templado inmediatamente despus de laminacin y revenido son algunas veces mejores que las del material laminado, enfriado al aire y entonces templado y revenido. En estos casos, la deformacin en caliente tornase un constituyente necesario del tratamiento trmico y mudanzas metalrgicas ocasionadas por la deformacin en caliente resultan en un efecto benfico adicional a las propiedades mecnicas de los aceros despus del enfriamiento o despus del tratamiento trmico.

El procesamiento termo mecnico es la tcnica desarrollada para mejorar las propiedades mecnicas de los materiales a travs del control del proceso de deformacin en caliente. Laminacin controlada, enfriamiento acelerado y templado directo, son ejemplos tpicos de procesamientos termo mecnicos. Estos procesos economizan energa en la produccin del acero por la minimizacin o hasta por la eliminacin del tratamiento trmico despus de la deformacin en caliente, por lo tanto, aumentan la productividad en la fabricacin de aceros de mayor resistencia. Los tratamientos termomecnicos generalmente ocasionan una mudanza en el proyecto de la composicin qumica del acero y reduccin en la productividad del proceso de deformacin en caliente, pero, tornan posibles reducciones en la cantidad total de elementos de aleacin, mejoran la soldabilidad, aumentan la tenacidad y algunas veces producen nuevas y benficas caractersticas en el acero.