Transformación de materiales mediante procesos mecánicos y térmicos

Prácticas Operativas Metalúrgicas. Laminación de chapa en caliente y frío. Línea de decapado. Física metalúrgica. Recocido de metales. Procesos térmicos. Fleje-chapa. Embalaje. Almacenamiento

  • Enviado por: Bruno Ezequiel García
  • Idioma: castellano
  • País: Argentina Argentina
  • 32 páginas
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Prólogo

El producto final que se desea obtener al finalizar la obtención del acero, no se obtiene por simple moldeado o estampado, sino que debe pasar por distintas operaciones (maquinado, laminado, extrucción, tratamientos térmicos y superficiales, etc) para que se puedan utilizar. Es decir, que el material debe ser transformado, con el fin de obtener las propiedades adecuadas para su aplicación. Las distintas maneras de llevar a cabo estas operaciones son variadas. Y las mismas deben poseer tales características, tales que no sean costosas y permitan una producción voluminosa en el menor tiempo posible; pero teniendo en cuenta que el elemento a obtener posea una calidad óptima para su uso. Para todo esto la tecnología tiene un papel muy importante, la cual nos permitirá obtener un producto final de la mejor calidad posible, y con un precio apto para competir en el mercado.

ÍNDICE

Prólogo

Pág. 02

Capítulo 1

Transformación de materiales mediante procesos mecánicos

1 - 1 -

Introducción

Pág. 06

Capítulo 2

Laminación de chapa en caliente

2 - 1 -

Introducción

Pág. 06

2 - 2 -

Hornos de recalentamiento de desbastes

Pág. 06

2 - 3 -

Desbastador

Pág. 07

2 - 4 -

Terminador

Pág. 07

2 - 5 -

Mesa de enfriamiento

Pág. 08

2 - 6 -

Bobinadora

Pág. 09

2 - 7 -

Sistemas auxiliares

Pág. 09

2 - 8 -

Metalurgia - Características del acero - Superficie

Pág. 09

Capítulo 3

Laminación de chapa en frío

3 - 1 -

Introducción

Pág. 10

3 - 2 -

Características y diseño del material a ser laminado en frío

Pág. 10

Capítulo 4

Línea de Decapado

4 - 1 -

Introducción

Pág. 11

4 - 2 -

Equipamientos que componen el Decapado Continuo Químico

Pág. 11

4 - 3 -

Descripción del proceso

Pág. 12

Capítulo 5

Laminador en frío

5 - 1 -

Introducción - Descripción General de los Laminadores

Pág. 13

5 - 2 -

Programa de Laminado - Calibración del Laminador

Pág. 14

5 - 3 -

Práctica de laminado en función del Rango de Espesores

Pág. 16

5 - 4 -

Control Automático de Espesores - CAE - AGC

Pág. 17

5 - 5 -

Refrigeración de los Cilindros

Pág. 18

5 - 6 -

Control de la Planitud del Fleje - Sistemas Utilizados

Pág. 21

5 - 7 -

Terminado Superficial - Transferencia de Rugosidad

Pág. 21

5 - 8 -

Características de los Cilindros de Respaldo y Trabajo

Pág. 22

Capítulo 6

Línea de Limpieza Electrolítica

6 - 1 -

Introducción

Pág. 22

6 - 2 -

Descripción del Proceso

Pág. 22

Capítulo 7

Transformación de materiales por Procesos Térmicos

7 - 1 -

Introducción - Física Metalúrgica del Recocido de Metales

Pág. 23

7 - 2 -

Recocido en Hornos de Flejes - Chapa Laminada en Frío

Pág. 24

7 - 3 -

Recocido en Hornos de Campana - Monopilas

Pág. 24

7 - 4 -

Descripción del Proceso

Pág. 24

7 - 5 -

Otros Tipos de Hornos

Pág. 26

7 - 6 -

Recocido en Hornos de Campana de Alta Convección - HIICON/H2

Pág. 26

7 - 7 -

Recocidos Continuos

Pág. 27

Capítulo 8

Templado en Frío del Fleje-chapa por Deformación Mecánica

8 - 1 -

Introducción - Laminadores de Temple Mecánicos

Pág. 28

8 - 2 -

Descripción del Proceso

Pág. 28

8 - 3 -

Característica de los Laminadores de Temple

Pág. 29

8 - 4 -

Aspectos Operativos

Pág. 29

8 - 5 -

Condiciones de Planitud

Pág. 30

8 - 6 -

Aceitado Protector Anticorrosivo

Pág. 30

Capítulo 9

Embalaje y Almacenaje del Producto Final

9 - 1 -

Embalaje de Bobinas

Pág. 31

9 - 2 -

Áreas de Almacenaje y Despacho de Bobinas

Pág. 31

Comentario Grupal

Pág. 32

Bibliografía

Pág. 33

TRANSFORMACIóN DE MATERIALES MEDIANTE PROCESOS MECÁNICOS

CAPÍTULO 1

1 - 1 - Introducción

Son muy variados los procesos y equipamientos utilizados para la transformación de los materiales mediante procesos mecánicos y térmicos; en todos los casos va a depender de las características del producto final que se desee obtener.

El Diseño de un producto está compuesto por las Prácticas Operativas Metalúrgicas (POM) a cumplir durante el Proceso en cada una de las Líneas de Producción o Fabricación.

El producto final que se desea obtener es Chapa Laminada en frío Proceso Completo con Limpieza Electrolítica de bajo carbono. La secuencia de procesos se inicia en la Acería, en donde se debe obtener un tipo de acero SAE 1010, calmado al aluminio, y un Desbaste en la Colada Continua. La transformación mecánica y térmica se inicia en el Laminado en Caliente y finaliza con los distintos procesos llamados Laminación en Frío.

El Diseño del Producto Final tiene una POM para la laminación en frío, la cual consiste en:

  • Descripción de Calidad

  • Terminado Superficial

  • Propiedades Mecánicas

  • Análisis Químicos de Cuchara

  • Limites de Fabricación

  • Tolerancias Dimensionales

  • Limpieza Electrolítica

  • Tolerancias de Planitud

  • Práctica de Embalaje

  • Condiciones de Superficie

  • Aceitado Superficial

  • Identificación del producto final (en bobina)

Por otro lado están las POM que indican las Limitaciones Operativas de cada una de las Líneas, que consisten en:

  • Descripción del Proceso

  • Dimensiones

  • Capacidad de Producción en función de un Mix de dimensiones

  • Características de los Equipos

  • Criterios Generales de Programación, definiendo las operaciones y condiciones de proceso que permitan obtener los mejores niveles de Calidad

  • Prácticas Operativas (Condiciones Generales de Operación), que consistirán en cumplir durante la Operación con los parámetros establecidos para lograr los niveles de Calidad y Producción solicitados en la Guía de Proceso.

CAPÍTULO 2

LAMINACIÓN DE CHAPA EN CALIENTE

2 -1 - Introducción

Este proceso se inicia, partiendo de un Desbaste con especiales tolerancias dimensionales y características superficiales; libre de distintos defectos superficiales para garantizar la calidad del producto final.

Esta Línea de Proceso consta de 5 etapas importantes; Hornos de Recalentamiento de Desbastes, Desbastador, Terminador, Mesa de Enfriamiento y Bobinadoras.

El producto final obtenido en este proceso puede ser una bobina de espesor 100 veces más pequeño y 100 veces más largo, con destino a seguir proceso o puede ser comercializada como bobina laminada en Caliente.

2 - 2 - Hornos de Recalentamiento de Desbastes

El diseño de los hornos está en función de las dimensiones del desbaste y de las características del acero. La energía utilizada para el calentamiento depende de las disposiciones de la Empresa o del País; por lo general en las Empresas Integradas producen coque como combustible para el Alto Horno y por lo tanto obtienen como subproducto, gas de coque en cantidades suficientes para alimentar previa depuración, los quemadores de estos hornos.

Los patines están refrigerados con agua. Están instalados en la solera del horno y es por donde se deslizan los desbastes.

Los gases de la combustión son utilizados en recuperadores, que son los que calientan el aire que se inyecta junto con el combustible en los quemadores.

El control de la atmósfera del horno es importante, porque ataca la superficie del desbaste produciendo escamas, la que antes de la laminación debe ser removida de la superficie del desbaste.

Cuando se produce una parada imprevista del laminador, es necesario cambiar las condiciones de calentamiento para evitar que los desbastes listos para la descarga se pasen de la temperatura establecida por las POM.

En estos casos es necesario influir en el control de los quemadores para mantener la temperatura de los desbastes. Para poder realizar esto, y para un óptimo consumo de energía, se ha recurrido al control automático del horno (utilizando computadoras y módulos matemáticos para el cálculo exacto de la transmisión de calor) que actúa sobre el control de los quemadores.

2 - 3 - Desbastador

Una vez calentado el desbaste, sale del horno y por gravedad cae en una mesa de rodillos motorizados, que lo llevan hasta el Quebrantador de escamas. El mismo es un bastidor dos en alto que hace una pequeña reducción (quiebra las escamas para no incrustarlas en la superficie del desbaste). Mediante rociadores de agua a alta presión se eliminan las escamas de la superficie antes de ser laminado-desbastado.

A continuación del Quebrantador se encuentran cuatro Bastidores Desbastadores. Además hay Canteadores en el lado de entrada del desbaste, con el fin de mantener constante el ancho del mismo.

Por ejemplo un desbaste que sale del horno con un espesor de 200mm, a la salida del último bastidor del desbastador, tendrá entre 25 y 40mm según el producto final que se desea obtener.

Para la Calibración de los desbastadores, al iniciar la operación, se emplean controles automáticos que son los que hacen la calibración para el laminado y la posterior operación (ajuste de aperturas, velocidad de laminado, etc.) para obtener el espesor final programado.

2 - 4 - Terminador

A la salida del último bastidor del Desbastador hay una Mesa de retención, enfriamiento, inspección y homogenización de temperatura, compuesta por rodillos motorizados para el traslado de la banda caliente al Terminador.

Tiene un empujador del lado motor y patines del otro lado de la mesa, para sacar la banda de la línea de laminación en el caso de problemas. Cuando las demoras son pequeñas, la Mesa tiene montado en la parte superior una pantalla térmica que se baja, convirtiendo la mesa en un túnel térmico que mantiene la temperatura de la banda por más tiempo.

El proceso continúa en la Tijera Despuntadota, que consiste en dos tambores rotativos. Con esta Tijera se cortan la punta de entrada al Terminador y la cola de la banda.

Este tipo de Tijera permite sincronizar la velocidad de los cilindros de trabajo del bastidor de entrada del Terminador con la de banda, de manera que el despunte de la cola se haga a la misma velocidad que la de los cilindros de trabajo.

Entre la Tijera despuntadora y el primer bastidor del Terminador, se encuentra un quebrantador de escamas, constituido por un bastidor con dos cilindros, cuyo objetivo es contener el agua del desescamado. Este quebrantador tiene como fin principal, la eliminación de las escamas secundarias.

El tren Terminador consiste en seis bastidores, cuatro en alto, a una distancia entre ellos de 5 metros. La principal diferencia con el tren Desbastador es que la banda se encuentra en todos los bastidores al mismo tiempo, lo que obliga a sincronizar las velocidades.

A la entrada de los bastidores se encuentra un sistema de guías de emboque que se regulan de acuerdo al ancho de la banda. Entre bastidores tiene un rodillo basculador para compensar la diferencia de velocidad entre bastidores. La regulación de este rodillo se hace en forma eléctrica y con la señal de su posición se actúa sobre la velocidad de los bastidores.

La aplicación de la fuerza separatriz se hace sobre los cojinetes de los cilindros de respaldo. Hay dos sistemas, uno con tornillo y tuerca comandados por motores eléctricos, cajas reductoras, embrague para tener la posibilidad de bajar los tornillos en forma individual; Y el otro es un sistema Hidráulico de alta presión que realiza las mismas operaciones que con los tornillos, pero mucho más rápido.

Para realizar la Calibración y su posterior operación durante el laminado de la banda, se utilizan distintos sistemas, que se los llama CAE (Control Automático de Espesor), con los que se logran tolerancias más estrictas de espesor. Este CAE esta compuesto por: Modelo Matemático, computadora, sensores, celdas de carga para medir las fuerzas separatrices durante la operación, medidor de espesores, Rayo X a la salida del último bastidor, etc., que son los que alimentan a la computadora, para que vaya haciendo las correcciones necesarias durante la marcha del terminador.

2 - 5 - Mesa de Enfriamiento

A la salida del Terminador se encuentra una mesa de rodillos comandados, utilizada para enfriar la banda a la temperatura de bobinado que se solicita en la POM. Está dividida en tres a cinco secciones, las que poseen distintas para conseguir el emboque en las bobinadoras. El Sistema de Refrigeración y la aplicación en ambas caras es de suma importancia, dado que la uniformidad de la misma, influirá positivamente en las características mecánicas de la banda de acero.

2 - 6 - Bobinadoras

La banda con la temperatura deseada llega a la bobinadora. Esta última está compuesta por un par de rodillos de agarre que son los que toman las cabezas de las bandas y, a través de las guías, éstas llegan al mandril bobinador. Por lo general son dos bobinadoras para tener un buen ritmo de producción. Todo el sistema está refrigerado con agua.

Los mandriles tienen un sistema de expansión formado por cuñas accionadas hidráulicamente. En la parte inferior hay un gato hidráulico que cuando sale la cola de la banda, éste se levanta y aprisiona la cola contra la bobina, se contrae el mandril y la bobina queda sobre el gato que está montado sobre un carro que la extrae de abajo del mandril y la deposita en un convertidor de bobinas. Sale con eje horizontal del mandril, el convertidor la pone con eje vertical sobre una cinta transportadora, sobre esta cinta se realiza el zunchado (ajuste de las vueltas exteriores de la bobina) y la misma cinta la transporta hasta la playa de almacenaje.

Todo el equipamiento descrito que participa en el movimiento del desbaste, rotación, laminación etc., consta de motor eléctrico en un extremo. Este va acoplado a una caja reductora, y de ésta, a través de un árbol de transmisión, va acoplado al equipo que corresponda. En el otro extremo del eje va montado un Freno electromecánico que se cierra cuando se para el motor. El suministro de energía (corriente continua) se hace desde una sala de motores-generadores.

2 - 7 - Sistemas Auxiliares

  • Sistemas Neumáticos e Hidráulicos: son los se utilizan para el movimiento de guías y partes del equipo durante el proceso, como así también el retiro del producto terminado de la línea, etc.

  • Sistema Hidráulico de Lubricación: por lo general hay dos tipos que bombean aceite de dos clases distintas; uno es el sistema de lubricación de cajas reductoras en general y el otro es el sistema que lubrica los cojinetes de los cilindros de respaldo.

  • Sistema de Agua: hay tres sistemas que bombean agua: uno para la refrigeración de los cilindros de trabajo y respaldo, un segundo para las mesas de Enfriamiento y un tercero el sistema de alta presión para alimentar los spray de los desescamadores.

  • Sistema Hidráulico que se utiliza para levantar los cilindros de Respaldo superiores, para el cambio de los cilindros de Trabajo.

2 - 8 - Metalurgia - Características del Acero - Superficie

La ferrita y la cementita son los principales constituyentes del acero que controlan las propiedades del mismo.

Características Generales de la Banda en los distintos pasos:

Temperatura de Laminado

A la salida de los Hornos de Recalentamiento el desbaste sale a 1200/1250 °C, y luego durante el proceso de Desbastado la temperatura desciende hasta 1100/1050 °C, por lo tanto este proceso se realiza con el acero en la forma de austenita.

El Desbastador no sólo reduce el espesor de la banda, sino que además se afina el grano grueso formado durante el calentamiento en el Horno.

La temperatura de salida del Terminador puede variar entre 850 y 1000 ° C, de acuerdo al tipo de producto, y siempre debe estar por arriba de la línea de transformación de la

austenita a ferrita.

Durante el proceso de laminado los granos de austenita son deformados y se recristalizan entre reducción en granos cada vez más finos.

En la mesa de enfriamiento, la banda se enfría y se bobina a temperaturas que varían entre 550 a 730 °C; por debajo de la línea A1, cuando la austenita se ha transformado completamente en ferrita y perlita.

Por lo general con temperaturas relativamente altas de bobinado (grano medio) se obtiene un producto blando y fácil de estampar, si es utilizado de inmediato. Con temperaturas más bajas (grano más fino), se obtiene un producto más duro que no se estampa fácilmente.

El envejecimiento de los aceros, se presenta como un incremento espontáneo de la dureza. Por lo general está causado por la precipitación del nitrógeno en el hierro. Como solución a este problema, se han desarrollado aceros calmados al aluminio que retardan este tipo de problemas, ya que el Nitrógeno precipita en el borde de grano como nitruro de aluminio.

Superficie de la Banda

Durante el enfriamiento de la banda se forma una capa de óxido de hierro que debe ser eliminada previo al Laminado en Frío o Galvanizado. En función del tipo de producto final se establecen los defectos superficiales que no se admiten.

CAPITULO 3

LAMINACIÓN DE CHAPA EN FRÍO

3 - 1 - Introducción

El producto a obtener, parte de una banda de acero Laminada en Caliente y de una serie de procesos anteriores y posteriores a la Laminación en Frío, a los efectos de adecuarla a los requerimientos del uso final, que se fijaron al efectuar el Diseño del producto.

3 - 2 - Características y Diseño del Material a ser Laminado en Frío

Una banda en caliente, para ser Laminada en Frío, debe tener las sig. características:

Ancho Nominal: Ancho Nominal de Frío + 25 mm (de los cuales 10 mm de cada lado se utilizan para el refilado).

Espesor Nominal: ± 7 %. El 80% del largo de la bobina debe cumplir con el ± 5%.

Relación de Espesor entre Punta y Cola (Run Down): (diferencia que se produce por la pérdida de temperatura del desbaste a medida que se va procesando) Máximo: 0,10mm.

Dureza: (parámetro que resulta de adoptar determinados valores en la Temperatura Final de Laminado y de Bobinado) Debe ser uniforme en la sección transversal, admitiéndose como normal una diferencia máx. de 2 HRB entre un borde y el otro; y de un extremo a otro de la bobina la diferencia no debe ser mayor que 6 HRB.

Perfil Transversal (Corona): El diseño de las coronas de los cilindros terminadores del Laminador en Caliente está vinculado al perfil trasversal que se desea obtener en la banda, y a su vez, éste es un requerimiento para la obtención de una adecuada forma (Plenitud) en el Laminador en Frío. Durante el Laminado en Caliente se debe controlar la uniformidad del perfil en la banda, dado que puede ser afectado por el desgaste de los cilindros terminadores. Los valores normales están entre 0,08 y 0,03 mm.

Defectos Superficiales: Sobre la superficie de la banda Laminada en Caliente, suelen aparecer defectos superficiales que desmejoran la Calidad del producto Laminado en Frío y generalmente limitan su utilización. Los más clásicos son:

  • Oxido laminado: Se produce por problemas en el desescamado y/o desgaste de los cilindros del Laminador en Caliente.

  • "Slivers" ó rotura de piel: Se produce por rotura de la piel del desbaste.

  • Marcas de Cilindros: Se producen depresiones y/o salientes, originadas por accidentes operativos que han marcado los cilindros del Laminador en Caliente.

  • "Hot Mili Ridge" o franja brillante: Se produce por un rozamiento de la en alguna de las partes del Laminador en Caliente.

  • Y otros como: centro ondulado, borde ondulado, escamas, tubos, laminados fríos (cuando la temperatura de la banda en el terminador está por debajo de la línea austenítica), perfil acuñado, bordes quemados, etc.

CAPÍTULO 4

LÍNEA DE DECAPADO

4 -1 - Introducción

Esta línea tiene como característica principal eliminar de la superficie de la banda los óxidos-escamas que se forman durante la Laminación en Caliente.

El caso que se describirá es un Decapado Continuo Químico con soluciones ácidas por inmersión de la chapa.

4 - 2 - Equipamientos que Componen el Decapado Químico Continuo

La Línea cuenta con el siguiente equipamiento:

Un puente grúa que traslada las bobinas desde la Playa de Almacenaje de bobinas laminadas en caliente hasta un Convertidor, donde se depositan en una cinta transportadora que las lleva hasta el Quebrantador de óxidos-escamas.

Un Quebrantador de óxidos-escamas que está compuesto por un carro alimentador de bobinas, un mandril debobinador, y una serie de rodillos que efectúan el quebrado de óxidos-escamas para producir grietas en las escamas y así favorecer la penetración del ácido.

Una Tijera para el despunte de cabeza y cola de bobinas.

Una soldadora a tope por arco eléctrico para unir los extremos de las bobinas.

Una serie de Tanques con soluciones decapantes calefaccionados, forrados con goma antiácida y revestidos con ladrillos antiácidos.

Dos Tanques; uno para el enjuague y neutralizado de restos de ácido sobre la banda y otro para el secado de la superficie con aire caliente.

Una Refiladora de bordes con cuchillas circulares.

Una Picadora de chatarra con cinta transportadora con recipientes para transportar el material refilado hasta un vagón tolva ferroviario.

Un Aceitador Electrostático para aplicar aceite de recubrimiento a las bobinas.

Tijera para la división de las bobinas.

Dos Bobinadoras con carros para la extracción de las bobinas; una cinta transportadora de salida; Embalaje-Zunchado; balanza; identificación de la bobina, etc.

Plantas de Almacenaje y Recuperación de HCL.

Sistemas Auxiliares.

4 - 3 - Descripción del Proceso

Actualmente, el HCL ha reemplazado al H2SO4 (utilizado hasta los 70'). Las ventajas del HCL son: Superficie más limpia y uniforme. Permite operar con temperaturas de Proceso más bajas. Dado el tipo de reacción de este ácido con los tres tipos de óxidos, el ataque al metal base es menor, bajando los riesgos de sobredecapar la superficie de la banda.

El consumo de ácido es aprox. de 14 a 18 Kilos por tonelada de acero decapado.

La banda ya Decapada pasa por el tanque de enjuague, a los efectos de eliminar los restos de ácido. El agua de enjuague generalmente contiene un neutralizador y se efectúan controles cualitativos y cuantitativos del arrastre de ácido en la superficie de la banda, pues no puede superar los valores normales de 1 mg/mm2 como ión cloro. También se ejercen controles sobre la presencia de cloruros, cuyo valor máximo es de 4 mg/mm2.

Luego la banda pasa por la Refiladora de Bordes, a los efectos de eliminar estas imperfecciones y obtener el ancho solicitado por la Orden de Producción. Es importante controlar que el refilado no produzca rebabas en el material (defecto conocido como "borde serrucho").

  • Posteriormente se realiza lo siguiente

  • Inspección de ambas superficies

  • Aceitado Electrostático

  • Bobinado con tensión constante

  • Corte de la chapa al llegar la bobina al diámetro exterior solicitado

  • Extracción de la bobina de la Línea

  • Embalaje - Zunchado

  • Registro de los datos de identificación de la bobina y el Peso

  • Transporte de la bobina a la Playa de Almacenaje mediante un Puente Grúa

CAPITULO 5

LAMINACIÓN EN FRÍO

5-1 -Introducción - Descripción General de los Laminadores

Los Laminadores en Frío en tanden están formados por 3, 4, 5 o 6 bastidores. Cada uno tiene una disposición de 4 cilindros en alto (2 de respaldo y 2 de trabajo).

A partir de aprox. los años 80, la Industria Japonesa y Alemana han intervenido con importantes desarrollos en el logro de nuevos diseños de laminadores, con el fin de ahorrar energía y/o mejorar la plenitud de los productos Laminados en Frío.

El diseño que más éxito ha logrado es el conocido como "HC-MILL " (High Crown Mill), desarrollado por la firma Japonesa HITACHI; en el cual se adaptó un bastidor 4 en alto en un 6 en alto.

Las dimensiones en diámetro y ancho de los cilindros de trabajo y de respaldo dependen del tipo de material que se desea laminar y de los espesores a obtener.

Actualmente en los Países altamente industrializados, se han desarrollado otras configuraciones como pueden ser:

Laminadores Semi Continuos: Poseen alimentación continua, para lo cual tienen una Soldadora a Tope y un acumulador de banda, con capacidad para mantener el laminador en operación normal durante el tiempo que se está realizando el soldado de los extremos de las bobinas. Desde el acumulador, se conecta la banda a una Brida de entrada y de ésta, directamente al Bastidor Nº 1, por lo tanto es una cinta continua que se lamina; como es obvio no tiene extremos y en la salida del Laminador tiene doble mandril y una cizalla que corta la banda en velocidad reducida.

Laminadores Continuos: Estos Laminadores están conectados directamente con la Línea de Decapado, con acumulador de por medio. En la salida el Laminador está conectado a una Línea de Recocido Continuo (C.A.P.L).

El sistema de alimentación consta de una cinta de entrada que es alimentada por un Puente Grúa que transporta las bobinas Decapadas desde la playa de almacenaje hasta la cinta; y de ésta hasta los medios mandriles. Luego se introducen estos últimos, se hace girar la bobina, y la cabeza del fleje pasa por la estación de enderezado, y de ésta al enhebrado del primer bastidor. A la salida de éste pasa por el medidor rayo X de espesor y de esta manera llega a la salida del último bastidor, pasa por el medidor rayo X de espesor ubicado a la salida del bastidor número 4 y de éste al mandril de bobinado, que por medio del equipo enrollador el fleje se ciñe al mandril y toma tensión entre el mandril y el último bastidor.

Para la puesta en marcha y operación del Laminador, la calibración del Laminador se hace con el CAE (explicado anteriormente).

La función básica de un Laminador es efectuar una reducción entre el 40 y el 90% del espesor de entrada, asegurando el espesor y la plenitud de la banda dentro de los límites especificados. Estos valores de reducción en Frío, generan una cantidad de Calor que se elimina con la aplicación de un líquido Refrigerante que además sirve para controlar el coeficiente de roce entre los cilindros de trabajo y el acero.

Sistemas Auxiliares: Enumeramos los más clásicos que forman el conjunto de un Laminador

  • Eléctrico-Electrónico: ejecuta el Control de la operación-marcha y los enclavamientos que el sistema tiene en su diseño.

  • Hidráulicos: se utilizan generalmente para dos funciones básicas: Uno se utiliza para el accionamiento de cilindros que mueven basculadores, mesas, carros transferidores, etc.; el otro es el que se utiliza para mantener los cilindros de trabajo y respaldo separados para el cambio.

  • Lubricación de los cojinetes de los Cilindros de Respaldo: poseen cojinete y manguito para cargas que pueden llegar a las 1500 Tns y velocidad de laminado de 2000 mpm.

  • Neumáticos: se utilizan en el control de dispositivos que requieren menores presiones, o bien para los dispositivos de soplado a la salida del último bastidor para eliminar restos de la solución de laminado.

  • Cambiador Automático de Cilindros de Trabajo: reemplaza al sistema tradicional (Extractor - Puente Grúa) y produce una disminución de demoras para el cambio de cilindros del 60 %, lo que significa un incremento muy importante del Tiempo Disponible.

5 - 2 - Programa de Laminado - Calibración del laminador

Cada Laminador en Frío tiene características particulares, que son las que definen el criterio empleado para la Calibración y los valores de:

  • Criterio de Reducciones

  • Cono de velocidades.

  • Curva de Potencia.

  • Corona y Diámetros de los Cilindros.

  • Tensión entre puente.

  • Fuerza Separatriz.

  • Tensión de Bobinado de la banda en el mandil de salida.

El criterio que se adopte, debe permitir una distribución de reducciones tal que se establezca una relación de velocidades que permita mantener la tensión entre bastidores, y que sea la más adecuada para el espesor a obtener.

Como regla general podemos definir las siguientes premisas:

  • Para cualquier programa de reducciones que se establezca, la reducción del bastidor de entrada debe ser la máxima compatible con la potencia disponible y/o característica del producto.

  • Cuando se laminen rango de espesores mayores a 0,50 mm (espesor final), en el último puente se efectúa una reducción muy baja (máx. 15 %) para poder controlar y obtener una superficie plana y un buen terminado superficial.

  • Cuando se laminan espesores finos y material base para hojalata la práctica aconseja reducir menos en los primeros bastidores, para que el espesor entre los últimos bastidores sea lo más grueso posible, a los efectos de evitar cortes de la banda por la tensión que se desarrolla entre bastidores.

Exceptuando estas limitaciones impuestas para el primero y último bastidor, la práctica de reducciones puede variar entre estos extremos:

  • Igual porcentaje de reducción para cada bastidor.

  • Igual porcentaje de carga para cada bastidor.

  • Igual fuerza separatriz en todos los bastidores, con excepción del último.

Otra información necesaria es la corona de los cilindros de trabajo y respaldo. De su correcto diseño dependerá la obtención de un producto con buena plenitud y además facilitará la operación del Laminador en toda gama de velocidades. Se entiende por corona o perfil de un cilindro, a la altura de la flecha medida en el centro del mismo.

Para soportar la flexión de los cilindros de trabajo están los cilindros de respaldo que generalmente tienen un diámetro entre 2 o 3 veces mayor que los de trabajo. La corona de los cilindros tiene una relación directa con los siguientes factores:

  • Perfil de la banda laminada en caliente

  • Características químicas y físicas del acero.

  • Ancho de la banda y los espesores inicial y final que se van a laminar.

  • Características del Sistema de Refrigeración de los cilindros y disposición de los rociadores.

  • Características del Sistema Hidráulico, que actúa en las cajas porta cojinetes.

Existen métodos teóricos para el cálculo de las coronas. En el último bastidor, toda la atención se concentra en la plenitud de la banda, por lo tanto, el diseño de la corona va a depender fundamentalmente de que si el equipo tiene instalado un control de corona térmica y mecánica, y sistemas hidráulicos.

La medición de la tensión entre puentes se realiza por medio de Tensiómetros. Están compuestos por tres rodillos, y en la parte inferior el rodillo central apoya en ambos lados sobre celdas de carga, que son las que miden la tensión.

Es importante considerar la Tensión de Enrollado en el mandril de salida, la que dependerá del terminado superficial de la banda y del proceso posterior que se le efectuará a las bobinas. Si el proceso siguiente es el Recocido en Pila, el control de tensión es muy importante, pues una excesiva tensión originaría el pegado entre espiras de la bobina; una tensión muy baja producirá el aplastamiento de las bobinas o desplazamiento de las espiras al ser debobinadas en el proceso posterior al Recocido, que es el Temple mecánico.

5 - 3 - Práctica de Laminado en función de Rango de Espesores

La subdivisión, en general, por espesores es la siguiente:

  • Grueso: Igual o mayor de 0,70 mm

  • Mediano: Igual o mayor de 0,50 y hasta 0,70 mm

  • Fino: Igual o mayor de 0,30 y hasta 0,50 mm

  • Material base para Hojalata: Igual o menor de 0,30 mm

Es práctica generalizada laminar por períodos o programas corridos de un tonelaje determinado y un rango de espesores, y luego efectuar los cambios necesarios para pasar a otro programa. Por lo general se disponen de dos programas a saber:

  • Un programa para chapa gruesa y mediana.

  • Un programa para chapa fina y hojalata.

Hay tres aspectos fundamentales que justifican la programación separada de estos dos grupos.

  • Para cada grupo se utiliza una solución-emulsión de laminado distinta, no compatible.

  • Las coronas de los cilindros de trabajo y respaldo son particulares para cada grupo.

  • Cada vez que se pasa de un programa a otro, el laminador y todo el circuito de refrigeración de los cilindros debe ser perfectamente lavado para evitar la contaminación de los aceites.

Las prácticas difieren de un laminador a otro. Dentro de cada programa y a los efectos del mejor aprovechamiento de los cilindros de trabajo, siempre se comienza por el mayor ancho y espesor y se termina el programa con el ancho menor y el espesor más fino. Los tiempos de estas paradas son de aprox. ocho horas y se aprovechan para hacer reparaciones menores de mantenimiento.

Es un desafío permanente tratar de aumentar el tiempo disponible de una línea de producción, por lo que se está experimentando con aceites para la emulsión refrigerante de los laminadores que se llaman Aceites Únicos, que se pueden emplear variando la concentración, tanto para laminar espesores gruesos, finos y espesores para hojalata; por lo tanto no es necesario parar para el lavado del laminador.

El desarrollo de los conformadores de corona han evitado los cambios de cilindros de respaldo y trabajo por cambio de producto. Estos sistemas redujeron los stocks de cilindros especialmente de trabajo, lo que significó una reducción muy importante en los costos operativos.

Existe otro aspecto que debe ser tenido en cuenta en los laminadores que reducen la gama de espesores desde grueso a base para hojalata; que es el cambio del mandril bobinador cuando se pasa de espesor grueso a espesores finos y hojalata. La razón es que en los espesores finos, al obtener un diámetro interior de la bobina más chico, se aumenta la resistencia al aplastamiento de la misma.

5 - 4 - Control Automático de Espesores - CAE - AGC

En los primeros años de la década de los 60 se introducen los ordenadores digitales para el ajuste y calibración de los laminadores, dando origen al desarrollo de los CAE, en cierto modo el primer eslabón de la automatización.

Cuando la banda entra al Laminador en Frío, generalmente la bobina decapada está formada por 2 o 3 bobinas unidas por soldadura a tope en el Decapado y es en esa zona donde las diferencias mencionadas se hacen más evidentes. Es común que la diferencia de dureza entre extremos, sea de hasta un 20% y la diferencia de espesor sea hasta de 0,5 mm. Durante la aceleración y desaceleración, se producen variaciones del coeficiente de roce, de la velocidad de deformación, etc., que dependen de la velocidad de laminado.

La misión del CAE es absorber todos estos factores, actuando sobre la velocidad de los cilindros y las fuerzas separatrices, para entregar una banda con espesor dentro de las especificaciones. Existen muchos diseños de CAE, desde los electromecánicos hasta los hidráulicos de última generación. Todos se basan en una combinación de sensores que registran las variaciones del espesor en un determinado punto del laminador y envían señales a los motores de impulso o a los tornillos para efectuar las correcciones correspondientes.

Un CAE puede funcionar así:

Se calibran los dos micrómetros; al pasar el fleje por estos micrómetros y toda vez que el espesor real de la misma en cada instante difiera del prefijado en los sensores, se genera una señal de error. El micrómetro de salida del bastidor N° 2, transmite esa señal por intermedio de un regulador al motor impulsor de los cilindros del bastidor Nº1, para corregir la velocidad, de manera que se produce un cambio en la tensión entre los bastidores 1 y 2, lo que produce una variación del espesor a la salida del bastidor Nº 2. Por lo tanto, si el espesor real medido a la salida del bastidor N° 2 es más fino que el de la calibración de origen, mandará aumentar la velocidad del bastidor Nº1, con lo cual disminuirá la tensión entre el bastidor 1 y 2, dando origen a un aumento del espesor y viceversa. El valor de corrección por variación de velocidades está limitado y puede llegar a una variación máxima de ± 20% de la velocidad del motor del bastidor N°1. Por lo tanto si el error persiste aún, se inicia una corrección por medio de los tomillos del bastidor Nº1, que aplican la fuerza separatriz, subiendo o bajando según sea necesario, y a través de un sistema calculador, que determina el tiempo de actuación del tornillo y el tiempo de espera. Si la corrección es insuficiente, actúa de nuevo por variación de velocidad y si persiste el error, vuelve a accionar los tornillos del Bastidor N°1, y así hasta eliminar el error. Con respecto al medidor de salida del bastidor N° 4, cuando genera una señal de error actúa sobre las velocidades de los bastidores N° 3 y 4. De este modo puede variar la tensión entre los bastidores N° 2 y 3 o sobre el bastidor N° 4 solamente, si es que se desea por ejemplo para el laminado de material para hojalata, variar la tensión entre los bastidores N° 3 y 4.

Todo este sistema está vinculado por un monitor o circuito integrador que opera con la señal de desvío que da el medidor de espesor de salida del bastidor N° 4, agregando o sustrayendo a la señal de referencia del medidor de salida del bastidor N° 2, que es el que actúa sobre el bastidor N° 1; de esta manera se mantiene el espesor prefijado de la banda a salida de bastidor N° 4. Finalizada una bobina, automáticamente la señal del monitor se pone a cero y el laminado de todas las bobinas siguientes, serán controladas en forma automática por el CAE.

Con el fin de mejorar la performance y conseguir un menor rango de desviación del espesor nominal a lo largo de toda la bobina, se ha desarrollado un sistema Hidráulico que modifica el módulo del bastidor 1, en reemplazo de los tornillos que hacen variar la fuerza separatriz.

Una descripción general del funcionamiento del sistema Hidráulico es la siguiente: Detectada la variación del espesor por el micrómetro "TG" instalado entre los bastidores N° 1 y 2 , alimenta con esta información al AGC, al control de excentricidad y demás componentes, de tal forma que se origina una señal que hace actuar el cilindro hidráulico que cambiará el módulo del bastidor N° 1 , haciéndolo variar en forma permanente y de acuerdo con la variaciones de espesor del material laminado en caliente y de la excentricidad de los cilindros de trabajo y respaldo del bastidor N° 1.

La operación para los restantes bastidores, es igual que la descripta anteriormente; las correcciones se hacen por variación de las tensiones (velocidad) entre puentes y los tornillos que regulan la fuerza separatriz.

5 - 5 - Refrigeración de los Cilindros

Todo proceso de deformación plástica en frío, debe hacerse con el auxilio de un sistema de refrigeración.

Los líquidos refrigerantes o soluciones utilizadas en el proceso de laminación en Frío, son una mezcla de un determinado tipo de aceite y agua, con lo cual se combina el poder lubricante del primero y el refrigerante del segundo.

El adecuado control de los dos parámetros: A) Eliminar el Calor generado durante la deformación y B) Mantener controlado dentro de determinados valores el Coeficiente de Roce.

Es fundamental para obtener la reducción de espesores prevista y lograr paralelamente los siguientes beneficios:

  • Mejor control y uniformidad en el espesor a lo largo y ancho de la banda.

  • Menor desgaste de los cilindros.

  • Menor consumo de energía.

  • Mejor forma de la chapa.

  • Mayor velocidad de laminado; mayor productividad.

Una inadecuada refrigeración y lubricación produce un efecto de histéresis mecánico. Como consecuencia de la deformación plástica y las altas velocidades, se genera más calor que la inadecuada solución puede extraer y por lo tanto se produce un rápido incremento de la temperatura, la que disminuye las propiedades lubricantes del aceite y por consiguiente aumenta el coeficiente de roce, el que da origen a un incremento de la fuerza separatriz, perdiéndose los beneficios antes citados y originándose todo lo contrario.

El correcto diseño del sistema de refrigeración-lubricación está concentrado en dos áreas:

  • Balance Térmico: es decir, qué cantidad de calor y en qué punto se genera y cómo debe ser eliminado.

  • Aplicación de la Solución: diseño de: tanques, bombas, filtros, calefactores, emulsificadores mecánicos, colectores, picos rociadores, ubicación, caudal, etc.

La información básica necesaria para encarar el diseño de un Sistema de Refrigeración de cilindros de un laminador en frío es:

  • Características del Laminador.

  • Composición química del material, Espesores máximos y mínimos, y Dureza.

  • Programa de reducciones y velocidades de trabajo.

  • Características de los cilindros de trabajo (acero forjado, hierro fundido, etc).

  • Procesos posteriores a que va ser sometido el producto obtenido.

  • Características del aceite de laminado a utilizar.

Al calor hay que extraerlo lo más cerca posible de donde se produce; por lo tanto las zonas son: mayor caudal en el Ángulo de Mordido y una cantidad menor debe tocar tangencialmente el cilindro de trabajo.

Al realizar el balance térmico, se obtiene que los caudales que se emplean aumentan desde el primer bastidor hasta el último. Esto es debido a que la chapa va adquiriendo mayores temperaturas a medida que avanza, y esto es debido a que aumenta la acritud y se vuelve más duro, y por ende, más difícil de deformar. Y como consecuencia, en los últimos bastidores debe emplearse una mayor potencia, y esto genera mayor cantidad de calor.

Para el diseño de estos sistemas, se tienen en cuenta las siguientes variantes fundamentales:

  • Si el producto a laminar va directo a Recocido, es común que en el circuito se intercalen filtros hidromáticos con mallas de papel o tela que retienen las impurezas; magnéticos para eliminar finos de hierro, etc. Los tanques disponen de escurridores, los cuales son secciones especiales para provocar la decantación o flotación de los aceites extraños.

  • Si el producto es material base para Hojalata, el filtrado se debe hacer con filtros mecánicos de disco o de mallas de un determinado tamiz, para evitar retener el aceite que se mantiene libre.

Tipos de Aceites - Características

Es importante lograr que en el arco de contacto haya un óptimo coeficiente de roce y que se pueda controlar a distintos regímenes de velocidad compatible con la potencia disponible en el laminador. Esto es así porque un alto coeficiente de roce en el arco de contacto, tiende a impedir que el material fluya, por lo que se producen incrementos de fuerzas separatrices, temperatura, etc. Pero si el coeficiente de roce es muy bajo, los cilindros patinan sobre la chapa y no se alcanza la reducción de espesor deseada.

La potencia instalada en un laminador ronda los 18000 a 30000 HP. Esta energía puesta en juego en un laminador, produce mucha cantidad de calor. Entonces, es necesario lubricar, ya que, según la teoría de laminación, si se mantiene el coeficiente de roce a un nivel adecuado se puede obtener la mayor reducción posible correspondiente a la potencia en juego, sin deteriorar el material a laminar, ni los cilindros de trabajo, y además, con la mínima cantidad de corriente eléctrica. Esto se logra con la elección del aceite adecuado.

Para la elección del aceite para laminado, es necesario tener en cuenta lo siguiente:

La reducción que se hace en estas chapas es del orden de los 45/50 %. Y además este producto, como sale de la línea de laminación en frío, va directamente a los hornos de recocido. Entonces, lo que quede como residual del aceite que use para laminar en la superficie de la chapa, se debe eliminar en estos hornos de recocido. Entonces, se debe utilizar un aceite con Índice de Saponificación bajo (SAP 90/100 - lubricación baja pero suficiente).

En el caso de laminación de espesores finos como la hojalata, es necesario realizar reducciones mucho más grandes de hasta el 90%, con lo cual no se pueden utilizar aceites como los mencionados anteriormente para espesores gruesos, ya que ahora sería necesario utilizar potencias mucho más grandes. Entonces, es necesaria la utilización de aceites con un SAP mucho más grande (180/200), las cuales poseen mayor poder de lubricación.

Cuando nos referimos al SAP, nos referimos al contenido de grasa. Y esta es la que hace de lubricante. Comúnmente esta grasa es de origen animal. Hay aceites sintéticos que no poseen esta característica. Lubrican de la misma manera, es decir, se pueden obtener los mismos coeficientes de reducción. Pero a la vez son mejores ya que son más fáciles de eliminar en el proceso de recocido. En cambio, el aceite que contiene grasa tiene mucha adherencia en el material. Entonces, como en el recocido estos restos se eliminan por evaporación, si no se desprende rápido de la superficie, se quema, y queda depositado como carbono, lo cual representa un gran defecto superficial para la chapa.

El aceite para laminados de espesores finos, como dijimos, tiene mucha adherencia a la chapa, por lo tanto, no se puede eliminar directamente por evaporación en el recocido. Entonces, este material debe pasar antes por un proceso electrolítico, el cual se explicará más adelante.

Para los aceites para laminación de espesores finos, el tanque de recirculación deberá tener una capacidad relacionada con el caudal de las bombas, de manera tal que su volumen pueda ser totalmente recirculado en no más de 4 minutos. Además deberá tener una forma oval para mantener la circulación interior y contar con agitadores mecánicos y sistemas de recirculación interna, con el fin de mantener una determinada estabilidad de la solución, dada la tendencia que tiene a separarse rápidamente del agua. Dado el punto de fusión del aceite, el tanque deberá contar con sistemas intercambiadores de temperatura que permita elevar la temperatura de la solución a 60°C. O en su defecto en operación, extraer el calor generado entre los cilindros de trabajo y el fleje por efecto de la deformación plástica, de manera de mantener la solución a la salida de los picos rociadores entre 50 y 55 °C.

Para los aceites para espesores gruesos, dada su mayor estabilidad, no se necesitan agitadores en los tanques y pueden utilizarse menores temperaturas, generalmente 40 a 50 °C. Estas soluciones tienen una duración mayor.

5 - 6 - Control de la Planitud - Sistemas Utilizados

Las desviaciones de planitud originadas en el Laminador en Frío, son muy difíciles de corregir en los procesos posteriores (y costosos).

Por lo tanto, se hizo necesario el desarrollo de nuevos equipamientos para la laminación y la elaboración posterior del fleje de acero. Éste debe tener el mismo espesor de un extremo al otro de la bobina, en el ancho del fleje y además debe ser perfectamente plano, debiendo conservar la planitud también después de ser cortado en la elaboración posterior.

El mecanismo para reparar defectos de planitud (variaciones en la disminución del espesor sobre el ancho de la chapa), es cambiando en forma dinámica el perfil de los cilindros de trabajo por medios mecánicos o térmicos. De aquí que los cilindros de respaldo y trabajo no sean planos.

Estos cambios de perfil de los cilindros se realizan después de ver el defecto sobre la chapa. Por esta razón se han desarrollado dispositivos para verificar las condiciones de plenitud, que detectan las deformaciones longitudinales y grafican en una pantalla el perfil transversal instantáneo del fleje que se está laminando.

Con los diferentes sistemas utilizados, el operador puede efectuar las correcciones necesarias.

5 - 7 - Terminado Superficial - Transferencia de Rugosidad

Los Cilindros de Trabajo y respaldo de un laminador en frío deben ser preparados con un terminado superficial de acuerdo con los requerimientos de la función que cumplirán en la laminación. En los de Respaldo, la rugosidad que se les imprime es a los efectos de que pueda girar junto con el de trabajo, ya que no son comandados.

El terminado superficial de los cilindros de trabajo depende de:

  • Espesor de material a laminar.

  • Posición en el tren (en qué bastidor, ya que, por ej. El bastidor Nº1 deberá tener una rugosidad alta para favorecer la entrada del extremo de la bobina).

  • Terminado superficial deseado de la chapa como producto terminado.

A medida que el fleje avanza en el laminador, en cada paso aumenta la acritud, y por lo tanto la resistencia a la deformación. Por lo tanto, la rugosidad de los cilindros de trabajo tendrá que ser más baja hacia los últimos bastidores.

Cuando se lamina material base para hojalata, la rugosidad dada a los cilindros de trabajo siempre es menor que en el caso del fleje Grueso, por la necesidad de efectuar reducciones más grandes y un terminado superficial más brillante.

Cuando se lamina fleje de espesor Grueso, el último bastidor actúa como terminador, por lo tanto la participación en la reducción total es muy baja y se privilegia la forma y el terminado superficial.

La rugosidad sobre los cilindros se efectúa en una máquina llamada granalladora, en

donde el cilindro después de ser rectificado, es colocado sobre impulsores que lo hacen rotar sobre su eje longitudinal, y en esa posición recibe un bombardeo de granalla de acero, que le produce sobre la superficie improntas de distintas profundidades y distribución.

5 - 8 - Características de los Cilindros de Respaldo y Trabajo

  • Cilindros de Respaldo: las características de estos cilindros dependerán del diseño de los laminadores.

  • Cilindros de Trabajo: las dimensiones y composiciones, al igual que los cilindros de respaldo, dependerán del diseño de los laminadores.

CAPITULO 6

LÍNEA DE LIMPIEZA ELECTROLÍTICA

6 - 1 - Introducción.

Cuando se laminan espesores finos, se utilizan aceites de alto SAP, quedando sobre la superficie de la chapa aceite que después del Recocido se transforma en residuo carbonoso que deteriora el material. Por lo general son espesores muy finos a los que se les efectúan distintos recubrimientos, una terminación superficial brillante y un alto grado de limpieza superficial de la chapa a los efectos de lograr una perfecta adherencia del recubrimiento.

6 - 2 - Descripción del Proceso

El proceso se efectúa en un medio fuertemente alcalino (Desengrasante Electrolítico), con lo cual se aprovecha la saponificación de los compuestos orgánicos.

En este proceso, los electrodos constituidos por una parrilla de hierro, actúan como ánodo y la chapa que pasa entre las dos parrillas como cátodo. A los electrodos se le aplica una FEM. de bajo voltaje (8/12 volts), pero una corriente muy alta, con lo cual genera en el cátodo (chapa) un vigoroso desprendimiento de gases. Estas burbujas agitan la solución, arrastran desde la superficie de la chapa al líquido contenido en el tanque y las partículas de grasa.

El baño limpiador deberá tener una composición y concentración, que presente alta conductividad y por consiguiente que la resistencia y la caída de voltaje entre los terminales de los electrodos sean bajas. La corriente puede aumentarse hasta que las burbujas de gas desprendidas en los electrodos cubran con una capa la superficie de éstos; pero si se pasa este límite, se aumenta la caída de voltaje a través del baño, con el consiguiente aumento del consumo de energía sin aumento de rendimiento.

La chapa, al ser procesada en este tipo de Líneas, queda con la superficie completamente limpia. Si bien éste es el fin que se persigue, trae algunos inconvenientes en el proceso posterior de Recocido.

El problema se origina cuando por defectos de forma-planitud de la chapa, se crean en determinados puntos entre dos o más espiras, zonas de mayor presión, las que durante el Recocido por efecto de la temperatura y el crecimiento de los granos, generan verdadera soldadura. Este defecto al debobinar la bobina en el proceso posterior de Templado, produce arranque del material en esos puntos y/o marcas que degradan el material.

Estas Líneas, generalmente tienen dos tanques de limpieza, entre los que se intercala un equipo de fregado con cepillos de Paja Tampico o de Nylon especial e inyección de agua caliente que ayudan a remover las partículas de grasa que aún quedan sobre la superficie de la chapa, asegurando una buena limpieza, a continuación hay un tanque de enjuague con agua caliente. Luego, se dispone de sopladores de aire caliente para asegurar el secado de la chapa, un equipo para mantener la chapa centrada en la línea, una brida con rodillos de goma para mantener la tensión de bobinado, un control de borde para mantener plana y uniforme la pared de la bobina, una cizalla para dividir las bobinas, y mandril bobinador.

CAPITULO 7

TRANSFORMACIÓN DE MATERIALES POR PROCESO TÉRMICO

7 - 1 - Introducción - Física Metalúrgica del Recocido de Metales

Como consecuencia de deformación plástica que recibe la chapa en el Laminador en Frío, se distorsiona la estructura, lo que afecta las características que dependen de la estructura cristalina. Y de esta forma se produce la Acritud.

La restauración de las propiedades de la chapa se efectúa por medio del Recocido, que consiste en calentar la chapa para que adopte una configuración libre de deformación. El calentamiento va seguido normalmente de un enfriamiento controlado; al principio en el Horno y después al aire.

La secuencia del proceso es la siguiente:

Restauración o Recuperación

Consiste en la eliminación de las tensiones internas a bajas temperaturas. El proceso consiste en la reducción del número de defectos de punto a su valor de equilibrio. El defecto de punto más importante es un lugar vacante.

Recristalización

Ocurre por procesos de nucleación y crecimiento. En el caso a desarrollar, el recocido es anisótérmico, ya que durante el ciclo de calentamiento, la chapa reducida en frío sufre reacciones que liberan calor y bajan la fuerza requerida para calentarla en comparación con la requerida para una probeta no deformada en frío. El fenómeno de la recristalización puede considerarse como la combinación de dos procesos distintos: uno de nucleación y el otro de crecimiento, en los cuales tiene mucho que ver el estado energético de los cristales, dado que durante el laminado en frío, parte de la energía que se utiliza para la deformación del material se incorpora a éste y luego es liberada por la energía térmica que se aplica en el recocido. A mayor deformación en frío, menor es la temperatura de comienzo de la recristalización y menor el tamaño de grano.

Para que se pueda producir la total recristalización del acero, es preciso un mínimo de deformación plástica en frío, normalmente no menor del 38%; a este valor se lo conoce como “Deformación Crítica”.

Crecimiento de grano

Favoreciendo una nucleación rápida y un crecimiento lento se obtendrá un material de grano fino, mientras que si se favorece una nucleación lenta y un crecimiento rápido, se originará un material de grano vasto; por lo tanto los factores que influyen en el tamaño del grano recristalizado son:

  • Grado de deformación previa

  • Tamaño inicial del grano

  • Permanencia a temperatura

  • Temperatura de recocido

7 - 2 - Recocido en horno de chapa laminada en frío

Existen cuatro tipos de hornos de campana:

  • De pila simple

  • De pila múltiple

  • Simple con bobinas abiertas

  • De pila simple de alta convección

También existen tres tipos de hornos de recocido continuo:

  • Para material base para hojalata

  • Para fleje-chapa gruesa

  • Combinado para material base para hojalata y fleje

7 - 3 - Recocido en Hornos de Campana - Monopilas

Las bobinas son depositadas sobre la placa base, la cual tiene incorporada el difusor-ventilador, que es el que producirá, durante el ciclo de calentamiento, la circulación de los gases inertes calientes.

Entre cada bobina se coloca una placa separadora, cuya característica dependerá del tipo de material a procesar, especialmente en lo que hace al espesor.

La cantidad de bobinas dependerá de la altura del horno y del ancho de las bobinas.

Luego se coloca una campana protectora, que es generalmente de acero inoxidable, y en su extremo inferior es sellada con arena u otro sello, para evitar la entrada de aire durante el proceso. Es de mucha importancia el sellado de la cubierta interior, dado que en el interior circula gas inerte (Nitrógeno 95%, Hidrogeno 5%) y cualquier entrada de aire producirá la oxidación de la superficie de la chapa.

Posteriormente se coloca el horno, cuyo sistema de calentamiento puede ser de tubos radiantes o de fuego directo. Los hornos de fuego directo pueden ser de llama plana o tangencial.

7 - 4 - Descripción del Proceso

El proceso completo de Recocido es el descrito en las siguientes operaciones:

Carga de la Bobina en la Base:

Deberán ser colocadas de forma preestablecida respetando ciertas pautas en función de sus espesores, diámetros exteriores, calidad y peso. Esto es para aumentar el rendimiento del recocido al máximo.

Purgado:

Es una operación muy importante y delicada; un correcto purgado del aire evitará que durante el calentamiento se encuentre dentro de la campana una mezcla explosiva, originada al inyectarse hidrogeno para desplazar el aire.

Colocación y Encendido del Horno:

La colocación del horno se hace con el puente grúa. En este momento se inicia el ciclo de recocido.

El control de ciclo, se realiza con un modelo-computadora que actúa en forma automática sobre el control de los quemadores, siguiendo un ciclo-curva para las distintas calidades y variables del proceso.

La temperatura del material es calculada de manera que permita asegurar la recristalización del acero en los puntos mas frío de la masa.

El calentamiento de las bobinas se produce por convección del calor del gas inerte hacia el material.

Esta circulación la produce el ventilador montado en la base. También es importante para lograr eficiencia en la circulación, el diseño de las placas convectoras intermedias que separan las bobinas.

Después que se logró la temperatura indicada en el ciclo y el tiempo de igualación, se apaga el horno, se deja circulando el gas inerte dentro de la campana y se lo retira con sumo cuidado con el puente grúa, se lo traslada y coloca en otra base para iniciar el ciclo de recocido.

Enfriamiento y descarga

En todas las bases, se coloca con el puente grúa una campana enfriadora, que en la parte superior tiene instalado un ventilador para aumentar el enfriamiento. Cuando la temperatura de las bobinas llega a 100°C, se retira la campana enfriadora, la campana interior y se procede a la descarga de las bobinas sobre vagonetas que las transportan hasta la playa de enfriamiento donde se almacenan.

Atmósfera Inerte

Esta atmósfera consiste en una mezcla de gases termodinámicamente balanceados para evitar oxidaciones y favorecer la reducción de los óxidos existentes. Las más utilizadas son las conocidas como “DX”, “HNX” e Hidrógeno.

La obtención de DX se logra quemando en estufas especiales gas metano o de coque. La calidad de esta atmósfera depende fundamentalmente de la calidad del gas utilizado, pero siempre tiene la tendencia a producir en la superficie de la chapa bordes opacos, residuo carbonoso y halos grisáceos en los bordes.

El HNX es una mezcla de aproximadamente 95% de Nitrógeno y 5% de Hidrógeno; se obtiene una superficie brillante y libre de los defectos citados.

El Hidrogeno de obtiene, si se dispone de energía eléctrica barata, por disociación electrolítica del agua. La otra alternativa es comprarlo a las refinerías de petróleo.

Las atmósferas inertes totalmente con Hidrogeno, son utilizadas en los hornos de alta convección HICON/H2.

7 - 5 - Otros Tipos de Hornos

Dentro de los hornos monopilas, existen hornos capaces de recocer bobinas especiales, llamadas “Abiertas”, con usos tales como enlozado y chapa al silicio.

Existen hornos campana multipilas que tienen la misma característica que los monopilas, en donde cada base donde se apila el material, tiene toda la configuración de un monopila, y la campana interior tiene la dimensión necesaria parta cubrir las pilas juntas.

7 - 6 - Recocido en Hornos de Campana de Alta Convección - HICON/H2

Las particularidades más sobresalientes de este equipamiento son:

  • Sistema de seguridad: Posee un sistema de control que no permite encender los quemadores, y en el caso que los quemadores ya estén encendidos, aborta la operación y envía inmediatamente el barrido con nitrógeno del H2 que se encuentra en el interior de la campana.

  • El H2 es un gas reductor, por lo tanto la superficie de la chapa queda más limpia y brillante.

  • La capacidad dependiendo del ancho de las bobinas, es de cuatro o cinco bobinas apiladas, con placas convectoras entre ellas.

  • Alta capacidad de circulación del gas inerte H2 en el interior de la campana, lo que significa un diseño especial de las placas difusoras, convectoras, ventilador y motor de la base, con un sello especial para evitar perdidas de H2. El resultado de esta alta circulación es una disminución muy importante de los tiempos de calentamiento y enfriamiento del material en proceso.

  • La colocación de la campana interior, se hace engrapándola hidráulicamente en el sello de goma refrigerado con agua.

  • Los quemadores son tangenciales y de alta velocidad, y están ubicados en tres niveles del horno.

  • Hay tres atmósferas inertes posibles de utilizar: una con HNX con 2% de H2, otra con HNX durante el calentamiento y después de sacar el horno inyectar H2 para el enfriamiento, y la tercera procesar todo el ciclo con H2.

Descripción de los procesos HICON y sus ventajas

El proceso se inicia para una carga de 96 Tn que está sobre la base; se coloca la cubierta interior y se la engrampa hidráulicamente; se controla si hay pérdidas; se hace el barrido del aire que quedó dentro de la campana con gas HNX. El purgado continúa aproximadamente dos horas; después de haber colocado el horno, se lo enciende con atmósfera HNX hasta los 550°C, en donde se cambia la atmósfera a H2. En este punto es donde se produce la mayor conducción de calor entre espiras. Después de las 18 hrs, la diferencia de temperatura entre el punto frío y caliente es de 80°C; se corta el suministro de H2 y se obtiene 5,3 Tn/Hora, y en las restantes 13 horas de igualación, la variación entre el punto frío y el caliente es de 20°C con la atmósfera de H2 estacionaria; en este punto se obtiene 3,1 Tn/Hora; se retira el horno, se coloca la cubierta enfriadora, se enfría la cubierta interior primero con aire y después con agua; la atmósfera interior se contrae. El H2 es aspirado y en este corto periodo de enfriamiento, se vuelve a purgar con gas HNX la cubierta interior; después se puede sacar el engrampado de ésta y retirarla de la base.

La limpieza superficial es una gran ventaja de este sistema, debido a la pureza de la atmósfera utilizada, dado que el H2 ayuda a remover los residuos dejados sobre la superficie de la chapa por los procesos anteriores.

Manipuleo de las bobinas - Carga y Descarga de las Bases

Las bobinas se movilizan con puentes grúa hacia las bases o a las vagonetas, o de éstas a las vagonetas. Esto debe hacerse con mucho cuidado, ya que las mismas pasan por entre cañerías de H2 puro. Para poder cumplir con estos requisitos, el diseño del puente Grúa es con movimientos lentos, y el Plato Magnético que toma la bobina está especialmente construido para que se imante cuando recibe un pulso eléctrico, y para que se desimante al volver a darle un pulso eléctrico. De esta manera si se produce un corte de electricidad, la bobina queda adherida al plato magnético.

7 - 7 - Recocidos Continuos

Este proceso se utiliza para recocer espesores menores de 0,18 mm, material base para hojalata electrolítica, y para desarrollar envases por estampado de dos cuerpos, que exigía las mismas propiedades mecánicas del acero en los bordes que en el centro y a lo largo de toda la bobina y de todas las bobinas procesadas. Como resultado de este proceso se obtienen características mecánicas uniformes en el ancho y largo de toda la bobina y de todas las bobinas procesadas para un uso final dado.

Con esto se mejoró el rendimiento metálico al eliminar los extremos de bobinas y los daños por manipuleo.

Estas Líneas por lo general están compuestas por los siguientes equipos:

  • Doble mandril de entrada (debobinadores);

  • Tijera para el despunte de cabeza y cola de las bobinas;

  • Soldadora solapado angosto;

  • Acumulador de entrada, para mantener la zona central de proceso siempre a la misma velocidad cuando se realiza la soldadura de los extremos de la bobina que va a entrar con la que está en proceso;

  • Celdas Electrolíticas para la Limpieza de la chapa;

  • Hornos para el calentamiento;

  • Zona de control del enfriamiento;

  • Acumulador de salida, para el corte y enhebrado en el otro mandril;

  • Tijera de salida para separar las bobinas;

  • Doble mandril de salida para el enrollado de la chapa. Desde esta salida las bobinas pueden seguir dos caminos:

  • las líneas que no tienen incluido el Laminador de Temple, van a un Laminador de Temple y de éste a la Líneas de Preparación, Rebobinado, Inspección, Canteo de Bordes y aceitado, con destino a la venta como bobinas;

  • desde el Laminador de Temple pueden ir directamente a las Líneas de Estañado Electrolítico que tienen instalado los canteadores de borde y/o a las Líneas de Rebobinado y Canteo de los bordes e Inspección.

  • CAPITULO 8

    LAMINADORES DE TEMPLE

    8 - 1 - Introducción

    Al deformar este material (proveniente del período de recocido) dentro del período de fluencia, se manifiesta la aparición sobre su superficie de las llamadas Bandas de Luders, que son bandas donde la deformación se ha realizado en forma preferencial. La aparición de estas líneas sobre la superficie de la chapa, la inutilizan para la mayoría de los usos finales, ya que no son cubiertas por los procesos de pintado o recubrimientos convencionales. Con lo cual, aún después del recocido no puede usarse como producto final.

    8 - 2 - Descripción del Proceso

    Por los motivos mencionados se somete la chapa al templado, que consiste en aplicar una deformación al material por laminación equivalente a un 0,5 a 2 % de elongación. Este proceso puede ser realizado en seco, o aplicando una solución.

    Esta deformación provoca en la estructura del metal la generación de nuevas dislocaciones y vacancias, y su movimiento e interacción con otras dislocaciones o con los límites de granos, da como resultado un endurecimiento del material por acritud.

    Una vez deformada y descargada la chapa templada, se comportará ante una nueva deformación como un acero endurecido o de alto carbono; no presentará fluencia; a la vez su límite elástico aumentará hasta un valor ligeramente superior a la deformación previa recibida. Al no presentar deformación heterogénea, el material es entonces apto para cualquier trabajo posterior.

    Sin embargo, esta característica de la chapa es perecedera, debido al envejecimiento por deformación, que al cabo de un tiempo no sólo provoca la restauración del período de fluencia, sino que además provoca una elevación de la resistencia mecánica con la consecuente disminución de la ductibilidad.

    Para controlar el envejecimiento, es conveniente disminuir la cantidad de carbono y nitrógeno en la solución añadiendo aluminio, vanadio, titanio, niobio o boro. El elemento normalmente utilizado es el aluminio, con el que se obtiene aceros calmados.

    8 - 3 - Características de los Laminadores de Temple

    Temple de un Bastidor

    Está constituido por: unas cintas transportadoras de entrada para bobinas verticales; un convertidor de bobinas a eje horizontal; un carro de transferencia y gato hidráulico; una estación preparadora (corta las vueltas exteriores y dobla punta de la bobina para facilitar el enhebrado); cinta transportadora bobinas a eje horizontal; gato hidráulico ubicado abajo del mandril debobinador ; mandril debobinador; bridas entre el mandril debobinador y los cilindros de trabajo; una guía de bordes para mantener centrada la chapa; un bastidor cuatro en alto, con conformador de coronas positiva y negativa ; y en la salida un medidor de rayos X; un aceitador para la aplicación de aceite anticorrosivo; mandril bobinador y enrollador para ceñir las vueltas de la chapa al mandril bobinador; carro de transferencia y gato hidráulico para la extracción de las bobinas. Un medidor de elongación, que consiste en medir la velocidad de la chapa en la entrada y en la salida del bastidor, y por diferencia de velocidad (longitud) de las mismas, se obtiene el valor de elongación dado.

    Temple de dos Bastidores

    Está constituido por: una cinta transportadora de entrada para bobinas con eje vertical; un convertidor de bobinas a eje horizontal; un carro de transferencia y gato hidráulico ; una grúa puente para transportar las bobinas hasta el carro y gato hidráulico; mandril debobinador; guía de bordes para mantener centrado la chapa; bridas entre el mandil debobinador y los cilindros de trabajo del bastidor N° 1, entre el bastidor N°1 y el bastidor N° 2 está instalado el medidor de tensión (tensiómetro) y los tacos pulidores aplicados entre los cilindros de respaldo y trabajo superior y los cilindros de respaldo y trabajo inferior; conformadores de coronas positivas y negativas en ambos bastidores; bridas de salida para mantener la tensión con el mandril bobinador; mandril bobinador; carro de transferencia y gato hidráulico para la extracción de las bobinas.

    Un medidor de elongación con rayo láser ubicado en la entrada del bastidor N° 1, que por diferencia de velocidad (longitud) con las bridas de salida del bastidor N° 2 , indica la elongación total aplicado a la chapa.

    8 - 4 - Aspectos Operativos

    El proceso de templado mecánico, además de lo descrito, incorpora otras propiedades a la chapa, que se describen a continuación:

    Terminado superficial deseado

    En función del uso final, se preparan los cilindros de trabajo con terminado superficial brillantes o con distintas rugosidades. Es necesario tener en cuenta la dureza obtenida en el recocido, el terminado superficial logrado en la reducción en frío y la elongación solicitada para ese producto en particular.

    Laminador de Temple de un Bastidor

    Este equipo procesa un rango de espesores desde 0,40 a 2,24 mm, para los que se han desarrollados tres tipos de terminado superficial estándar, que se detallan a continuación:

    • Se fabrica una chapa entre 10 y 20 micrones de pulgada, apta para el recubrimiento electrolítico.

    • Se fabrica una chapa entre 30 y 60 micrones de pulgadas, apta para pintar.

    • Se fabrica una chapa entre 80 y 100 micro pulgadas, apta para enlozar.

    Laminador de Temple de dos Bastidores

    Este equipo procesa un rango de espesores desde 0,40 a 0,18 mm, y los terminados estándares son los mismos que los indicados para el laminador de un bastidor. A pesar de esto, normalmente se fabrican dos terminados superficiales, que a continuación detallamos:

    • Terminado brillante: se fabrica una chapa entre 10 y 12 micrones de pulgadas, apta para el estañado electrolítico. Este terminado tiene la finalidad de uniformar la textura que viene de la reducción en frío y de elevar la dureza superficial del fleje. Para hacer frente al mayor cuidado superficial, se utilizan tacos pulidores que permanentemente barren la superficie de los cilindros de trabajo y respaldo, con lo cual se mantienen libres de posibles marcas por suciedad.

    • Terminado semibrillante: se fabrica una chapa entre 18 y 25 micrones de pulgadas, apta para el estañado electrolítico.

    8 - 5 - Condiciones de Plenitud

    El índice de plenitud I es igual a la relación H (altura de la onda), sobre L (longitud de la onda); I = H/L. Las variables que participan en la obtención de una buena plenitud son:

    • Forma del material de entrada y dureza.

    • Perfil de la chapa de entrada.

    • Corona de los cilindros de respaldo y trabajo.

    • Cálculo de la tensión de debobinado y bobinado.

    8 - 6 - Aceitado Protector - Anticorrosivo

    En la salida de los laminadores de temple, se instalan aceitadores electroestáticos, para la cara inferior a la salida del rodillo deflector o de las bridas de salida (para los casos que tengan bridas), y sobre el mandril bobinador, para la cara superior. También quedan en operación otros tipos de aceitadores menos eficientes, que se aplican con spray sobre la chapa.

    CAPITULO 9

    ÁREA DE EMBALAJE - ALMACENAJE - DESPACHO

    9 - 1 - Embalaje de la Bobinas

    Como en todos los procesos anteriores, las especificaciones del producto y por consiguiente la guía de proceso, establece qué tipo de embalaje e identificación se debe aplicar.

    En general, para el Mercado Interno, el embalaje es con papel con un film de nylon en una de sus caras, una cobertura en la periferia de chapa de acero, ángulos protectores para el fleje que ciñe las vueltas exteriores de la bobina, cantoneras de cartón o de acero para proteger los bordes de la misma. Para las bobinas con destino a Exportación, además se le coloca una envoltura exterior de chapa de acero galvanizada, ceñida con flejes en su periferia y transversal.

    9 -2 - Áreas de Almacenaje y Despacho de Bobinas

    Es de suma importancia la elección de los edificios, soportes para apoyar las bobinas, los equipos y elementos de transporte, equipos auxiliares, para no degradar un producto por golpes, ralladuras, oxidación, etc.

    Edificios para el Almacenaje de bobinas

    Tienen que ser estancos, con preferencia con paredes de mampostería y techo especial para evitar condensaciones; los portones de entrada de camiones o ferrocarril deberán permanecer cerrados, para evitar la entrada de aire desde el exterior. Deben estar calefaccionados, para evitar la condensación de humedad sobre las bobinas.

    El área destinada al almacenaje de las bobinas deberá tener: cuñas en V de madera recubiertas con goma donde se apoyan las bobinas; definida la cantidad de bobinas que puedan ser apiladas (estratos), entre ellas se colocará bandas de gomas para evitar el marcado de la bobina de abajo; identificación de filas y estratos, de manera que se puedan ubicar las bobinas para ser despachadas.

    Movimentación de las Bobinas

    Es necesario especificar las características de: Grúas puente; Tractores y Equipos Auxiliares - Pinzas para levantar las bobinas - Arietes etc.; Camiones y Vagones para el transporte por ferrocarril. Deben ser diseñados teniendo en cuenta que no hay que afectar la Calidad del producto y la seguridad durante el transporte con el fin evitar accidentes a equipos y/o personas.

    Comentario Grupal

    Fue muy interesante ver cómo a partir de simples tochos de acero se pudieron obtener bobinas con tales características. Se pudo entender con suficiente claridad cada uno de los procesos gracias a la diversidad de detalles en cada uno de ellos. Además, se pudo notar la importancia de la tecnología en cada punto. La automatización, como los dispositivos CAE, son de elevada importancia para la obtención de planchones uniformes y de calidad; así como su aplicación al balance térmico de cada punto del proceso, más aún, durante el laminado en frío. Sin dejar atrás, la importancia de la correcta elección de los aceite, sin los cuales no se podría hacer la correcta refrigeración y lubricación. Cada punto donde influye la tecnología, no sólo ayuda a la obtención de un material de óptima calidad, sino que permite un ahorro significante de energía, con un consecuente ahorro en lo referido a costos de proceso. Se pudo ver también, que aún después de la transformación mecánica, es necesaria la transformación térmica, debido a que aún no posee las propiedades mecánicas adecuadas para su utilización. Se pudo entender correctamente cada tipo de proceso térmico, y cómo actúa microscópicamente en el material, reconstruyendo o modificando de alguna manera en especial su estructura, de manera tal de dejarlo, en las condiciones adecuadas para su uso, sin olvidar su respectiva protección contra la corrosión o cualquier efecto climático.

    Bibliografía

    - Transformación de Materiales mediante Procesos Mecánicos y Térmicos - Ing. Rubén Oscar Pini - UTN - FRSN.

    Transformación de Materiales mediante Procesos Mecánicos y Térmicos - Ingeniería Mecánica II

    Hornos de Recalentamiento de Desbastes

    Calor

    Calor

    Desbaste

    Zona inferior

    Se dividen en

    Zona superior

    3 zonas

    Zona de compensación

    Sus temperaturas se controlan en forma independiente

    Mantienen la temperatura constante

    Elimina las bandas frías causadas por el contacto del desbaste con los patines por donde se desliza dentro del horno

    Uniforma la temperatura en la sección del desbaste

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