123862719 Laminacion de Productos PDF
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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
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