L A M I N A C I Ó N
DE
P R O D U C T O S NO
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
vestigador de la Linea de Productos.
Dr. Luis Lozano Puerto Ordaz, 14 de marzo de 1991
In
Í N D I C E PAG. 1. - GENERALIDADES SOBRE LAMINACIÓN DE NO PLANOS 2 . - ENSANCHAMIENTO
01 T
47
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 ANEXO 1 - PROCEDIMIENTO DE CALCULO DE UN DE ALAMBRON
_
14 9
TREN 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 redondos, vigas, ángulos, rieles, platinas, etc., por medio de deformación plástica entre cilindros acanalados. En este proceso de conformado plástico, el objeto es el de reducir 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 continua .
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 cuadrada 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-
220 230 254 279 381 419
x x x x x x
240 230 254 279 281 419 Figura 1.1. Tocho Cuadrado o ligeramente oblongo comunmente en el rango de 6" x 6" (152.4 x 152,4 mm) a 10" x 12" (254 mm x 304,8 m m ) .
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 laminación de los tochos o por colada continua, ésta tiene
por 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 m m ) . 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
130 140 145 178
x x x x
130 140 145 178
(También por colada cont)
Figura 1.2. Palanquilla cuadrada con esquinas redondeadas comunmente el rango de 2" x 2" a 5 x 5"
en"
-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
1.3.1.
t e r m i n a d o s l o s podemos c l a s i f i c a r :
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 i v o s Las s e c c i o n e s c u a d r a d a s de c a n t o s v i v o s t i e n e n dimensiones d e l orden de 20 a 30 mm p o r l a d o ( f i g . 1.4)
Figura:
1.4.
-4-
1.3.3.
SECCIONES RECTANGULARES Platinas. Las platinas tienen una sección rectangular con cantos 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 espesor.
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 reducciones llamados pasos o canales, los cuales van torneados en los ci lindros de laminación. Se entiende por paso a la forma geométrica o acanaladura que delimita los cilindros cuando están ubicados 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 paralelas al eje del cilindro.
Figura: 1.10 En los pasos cerrados tres de sus cuatro límites están determinados 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 60
(fig. 1.12), como cerrado si es mayor que 60° (fig. 1.11).
1.5.
PASOS MAS COMUNES
1.5.1.
Pasada cajón.
de
•9-
1.5.2.
Redondo Fig: 1.14
Fig. 1.14
1.5.3.
Ovalo: Los óvalos los podemos clasificar en (ver fig. 7.15) a) Ovalo de radio único b) Ovalo de doble radio c) Ovalo plano d) Ovalo hexagonal
-11
-12-
•13-
1.5.8.
BASTARDO
Figura: 1.20 1.6.
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 laminación, 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 de las características técnicas (potencia) y de los
base
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 normales . 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 definitivamente 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 alargamiento obtenible con grandes dimensiones iniciales es difícilmente 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 frecuentemente adoptada es la cuadrado-óvalo de un solo radio. conversión
La
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 plano 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 irregular 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 marginal y el centro. Durante la pasada de cuadrado en óvalo, las zonas marginales del cuadrado sufren la máxima reducción en altura, mientras que el centro sufre recalcado en un menor grado. En ambos casos los diferentes alargamientos en las partes individuales de la sección producen tensiones en la sección laminada, a saber, tensiones de tracción en el centro del óvalo y de comprensión en su margen. Con respecto al cuadrado hay tensiones de tracción producidas en el margen y en el centro, y tensiones de compresión en el medio de éstas. Dador que hay un cambio 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 llamados óvalos exagonales; la fig 1.29 y 1.30 muestra la composición 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
F i g . 1.27
¡ongituriY'í iom?r>r:>iu¿s a través amho ríe ¡a sección transversal
del
longitudes comprimidas a través ancho
de la
Hg.
secr.ion
1.29
del
longitudes ancho
comprimían'., a
de la
sección
través
¡nicaI
del
-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 combinación 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 diagonal 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 permanentes 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 canales 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 tales cuadrados produzcan óvalos pobres los que a su vez resultarían 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 altura aumenta a medida que se reduce el área de la sección transversal. 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 serán los óvalos resultantes. No deberían excederse alargamientos de alrededor de 1,9 a 2,2 de cuadrado a cuadrado en trenes continuos 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 porque las irregularidades son aquí fundamentalmente mayores, esto es alrededor del 80% de alargamiento para la pasada cuadrado en la oval.
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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 estén 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 producirse en un laminador una variedad de palanquillas-cuadradas.
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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 laminación. La conversión del cuadrado en el interior del canal diamante, tiene lugar en posición diagonal mientras que el diamante, después de girar ^90 entra en el canal cuadrado con la diagonal mayor en la posición vertical. La irregularidad de conformado involucrada con la pasada de diamante a cuadrado es mayor 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 tienden 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, mientras 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 redondos bastardo y óvalo para la secuencia de canales redondo-bastar do-óvalo. Las formas de canales óvalo más frecuentemente adoptadas 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 bastardo mientras se mantiene sobre la diagonal mayor. Resultan condiciones 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 altamente 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 redondoóvalo redondo en cuyo caso no se usa un redondo perfecto, sino un llamado redondo ensanchado (fig. 1.24). Estos canales Preredondos son normalmente ensanchados bajo un ángulo de 60*en los planos de los mismos para compensar las variaciones de ensanchamiento. No es necesario decir que la serie canales redondo-óvalo ~ redondo puede también usarse doquiera se emplee el calibrado de pasadas redondo-bastardo-óvalo redondo-bastardo. La relación de alargamiento total para la serie de canales redondo 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 alre2 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 cuadrado. 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 demasiado alta, o sea con alrededor de 21-23%. Las reducciones sub-siguientes 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 automáticamente 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 convierte en completamente formado en la pasada subsiguiente debido al giro déT 90 . Esta es la razón por la cual esta secuencia de carnales 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 sección deba ser girada después de cada pasada en un tren de desbaste que sólo comprende cajas horizontales. Esto no tiene significación 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 condiciones 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
-35-
-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 superficies 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 sustancialmente 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 geométricas 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 causará 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
1) Ningún mecanismo de p u e s t a sobre canto delante de la primera c a j a tren continuo. 2) Canales de p r o f u n d i d a d e s 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-óvalo-cuadrado . Ambas secuencias de canales están
dispuestas de manera que
produzcan cuadrados idénticos en la séptima pasada.
Como
se 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 la calidad del material porque ha involucrado ensanchamiento
a 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 secuencia 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 dejar que los óvalos llenen completamente para proveer un suficiente ancho de agarre para la pasada subsiguiente y para evitar desgaste en áreas discretas.
-42-
Fig.
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 fundamentos comunes. En primer lugar debe proveerse de un canal líder adaptado 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 alargamiento 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 desgaste localizado en el siguiente canal terminador. _La ventaja ofrecida por estos óvalos de radio único sub-llenados es que puede producirse un rango más amplio de dimensiones de redondos finales adyacentes abriendo o cerrando los cilindros. Debería proveerse un óvalo de dos radios como óvalo líder para mayores dimensiones 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 caras 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 primeros en ser tomados y el material es empujado hacia el fondo. Este es un ejemplo típico de exfoliaciones (laminations).
-45Debe 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 estricta 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 deberían ser diferentes de manera tal que el eje vertical sea 0,5% menor que la diagonal en el eje horizontal. No es necesario mencionar que la abertura de cilindros en las últimas dos cajas sólo 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 partida 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 luego 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 canales de tipo cajón tales como los principalmente encontrados en estas aplicaciones, es difícil de todos modos hacer una determinación 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 canteadores 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 ^
sino
magnitud
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:
2.3.1
1.
Composición del material (calidad)
2. 3.
Diámetro de los cilindros Calidad de los cilindros
4. 5.
Reducción en altura Longitud del arco de contacto
6.
Forma de la proyección del arco de contacto
7. 8.
Forma de la canal Relación entre el ancho y el espesor de entrada
9. 10. 11.
Temperatura del material Rozamiento entre el material y los cilindros Velocidad de laminación (hasta 10 m/seg)
12.
Restricciones del alargamiento.
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 garganta 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 figura 2.3.
en la
El aumento del ensanchamiento al incrementar el diámetro del cilindro se debe a la mayor resistencia al flujo en el arco de cori tacto. Esto resulta en un mayor flujo de material en la dirección 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 proceso 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 manera que el ensanchamiento es mayor para cilindros de acero que para 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 resultaron 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 particularmente 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 ensanchamiento. Los aceros al cromo martensíticos muestran un comportamiento 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 velocidad
de laminación, también lo hace al aumentar la longitud
contacto entre cilindro y material y aquella depende del tro del cilindro, de la reducción en altura y
'' 2 . 4 . r
del
de
diáme-
e s p e s o r.
Cálculo d e l ensanchamiento -
—
— . .
.
. . . .
,...
......
..,,..
.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 cumpla que: fig. (3.1.).
siendo: Ap
= área del paso ( d e l
canal)
b
= ancho del paso
h
= altura del rectángulo.
El diámetro de trabajo será entonces la distancia entre los puntos de intersección del rectángulo con el canal y el eje del cilindro.
-58-
Fig.
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 cilindro inferior sea menor se dice que hay presión superior y la pie za se dirige hacia abajo. También se puede observar que los diámetros 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 características de las cabillas producidas por SIDOR se dan en la tabla 4 -1
-61-
4.1.
4.1.1.
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: 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 A
= =
velocidad 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 una velocidad de 19 m/seg. Densidad del acero ($ =7,85 kg/dm ¿Cuál es el caudal?
con
-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" bastidor 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 número de pasos o cajas que se van a dar y el área de entrada y salida. 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 palanquilla 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:
-68-
Por lo tanto también se debe cumplir
-69-
-70-
Lo cual concuerda en área para un diámetro de 12 mm Conociendo los valores de reducción promedio en cada tren es necesario calcular las reducciones en cada pase y como condición se debe cumplir la constancia de caudal. Por lo tanto en el tren des_ bastador:
-71-
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 decir a una pasada de alta reducción le sigue una de baja reducción. g) Siempre se sale de cada tren con una pasada de forma (baja reducción ). 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 material que está laminando va determinado por: Las condiciones de toma y arrastre del material, en cuanto su paso a través de los canales del tren.
a
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 acabado. —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 tanto las pasadas 7^15 y 19 que son las de salida en cada tren cumplen 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 entre 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.
"\ h
=
Ao -—
A, X
Ao -T7-
=
=
2 18062mm~ . n '<. n . _. . -TT25 = 14,744,49 mm
-74-
4.1.5.
Cálculo de reducciones y áreas en el tren intermedio De la misma forma que en el caso anterior calculamos las ocho reducciones 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 correspondiente 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; entendiéndose 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-redondo. 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 redondo-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 correspondientes por pase, por lo tanto tendríamos a esta altura resuelto el problema de: - Área en cada pase ~
v
(• >
4.3.1.
- Forma o figura de cada pase (cuadrado-redondo-óvaloexágono-etc).
El cálculo a seguir es asignar la geometría y medidas exactas para cada una de estas figuras, teniendo en cuenta que deben cumplir con el área asignada. Cálculo de los pases cuadrados Las palanquillas o tochos de entrada fig. 4.8, asi como los diferentes 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.
-87-
Figura 4-8 Sección de e n t r a d a
-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 un cuadrado de lado, (lo) menos el área de un circulo
de
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:
-90¡
-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 calcular la separación entre cilindros figura (4.14) y adaptaciones a la figura de entrada. Fig. (4.15)
-92-
-93-
-944.3.3. 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-
-98El óvalo de un solo radio se representa en la fig. 4-19 con sus ecuaciones básicas.
-99-
•100Procedimiento de cálculo
-102-
4.3.4.
Cálculo de los rombos Ejemplo de rombo o diamantes se da en la fig. 4.22 y las ecuaciones 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 otras secciones diferentes a los redondos.
de
-105-
5.
Laminación de ángulos Las secciones angulares pueden obtenerse por diferentes métodos de calibrado a saber:
5.1.
a)
Método mariposa
b) c)
Método mariposa modificado Método plano
d)
Método de plano y canteo
e)
Método combinado.
~
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.
-108-
5.3.
Método plano Fig. 5.4.
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 necesario maquinar profundamente los cilindros y se pueden hacer con cilindros de pequeño diámetro.
-109-
5.4.
Método de palnO y canteo
Fig. 5.5,
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, combinando las ventajas de cada uno de ellos (plano y canteo-mariposa ) . 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 horizontal 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 ensanchamiento que se desarrolla perpendicularmente a la presión ejercida.
-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 principalmente 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 principios 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 dentro 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 redondeado de las esquinas en las aristas d e l
canal.
-119-
En esta figura se observa en el lado izquierdo unas aristas redondeadas sin presentar sobrellenado, en cambio la del lado derecho tienen poco espacio para el ensanchamiento lo cual causa el sobrellenado. En las Fig. 7.5 y 7.6 se dan ejemplos de defectos.
-120-
•121-
-122-
8.
Cálculo de la fuerza de laminación Para el cálculo de la fuerza de laminación en el caso de Productos 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 teoría de la laminación de R.B. Sims que constituye la base del método 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
f
pa-
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 rar la planta.
que pa
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 disponibilidad programable que es:
la
-134-
-135-
Disponibilidad = 5 " 7 X 100 = 68,46% operable % 8760 cf 4.- -^ ^ __ = 5997 = on „ Efectividad% = 7496 - 1499 vX .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 diámetros 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: .. . , . = U ton/año
-
Máximo de horas -operables r ^ £por año » sí) ¿
U =
^^ 0,008085
=
741.743,9
ton/año
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 criterios. n
es de corrección y su valor depende de los siguientes
= 0,95 si la distribución de las Ri % están de acuerdo a la realidad.
9.2. .__
-
_
n
= 0,90 si es aproximado
n
= 0 , 8 5 si es razonablemente desviado
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 horizontales gruesas, en el stand- correspondiente; el intervalo entre pasos o tiempo de manejo es el espacio entre barras. Las lineas inclinadas 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 t.
El tiempo de laminación en un bastidor El tiempo entre cola y punta de una barra a otra subsecuentes .
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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 mínimo 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:
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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 laminadores 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 cilindros 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 requerido 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 ciclo 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, tendremos un laminado con operaciones traslapadas.
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-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 bastidores. 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 laminadores se presenta en el primer bastidor. Los principales factores de análisis para incrementar la producción 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 manual, la velocidad máxima será de 6 a 8 m/seg. 3) Aumentando el peso de la palanquilla, que depende principalmente 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:
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En donde: tiempo de laminado de un bastidor tiempo transcurrido entre cola y punta de salida y entrada "entre barras en el bastidor. El tiempo requerido para terminar una barra en un tren escalonado de 350 mm. es igual a la suma del tiempo de laminación en todos 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 este tren es la suma del tiempo de operación para realizar un paso 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, minimizaremos el tiempo de ciclo y por consiguiente el tiempo de operación 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 e l ^ 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 mejorada 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 utilización 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 desgaste 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 consecutivo en cada uno de los bastidores del tren de desbaste y simultá neamente en todos los bastidores del tren terminador. Como regla 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 tiempo de operación será entonces mínimo si un nuevo fleje se introduce 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 laminación del fleje en el tren terminador, es decir la suma del tiempo por paso más el tiempo de intervalo entre bastidores.
•148-
-149-
Dado que el tiempo de transporte o intervalo entre bastidores de un tren continuo resulta mucho menor que el de laminado, el factor 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 económica, y a la vez garantizar que el producto laminado reúna especificaciones para procesos secundarios. Estas propiedades han comenzado a desarrollarse en respuesta al constante incremento de demanda para mejorar la calidad del producto y mayor productividad 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. Típicos trazados de un laminador compacto y un laminador convencional 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 diseñado por 2-h, ha sido desarrollado para ser usado en trenes primarios e intermedios. Características de este nuevo laminador incluye : 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.
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-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 producción con muchas diferentes secciones requeridas. Adicionalmente, los bloques de tres rodillos presentan las guientes características:
si-
Alta capacidad de reducción Mínimo esparcimiento del material debido a la forma triangular 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 laminación, y reducción de los costos de operación y mantenimiento. Como resultado, la mayor parte de más de 40 bloques de laminadores 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 velocidad del acero al mismo tiempo con super aleantes, aleaciones de níquel, aleaciones de titanio y tungsteno y molibdeno.
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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 la laminación incluye:
en
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 producto 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 laminación y maquinado.
de
Mejor grano estructural, propiedades mecánicas y calidad superficial 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.
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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 roturas 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 deformación, los tres pases de laminación o tres rodillos, en bloque permiten laminar aquellos materiales los cuales son difíciles de deformar y los cuales no pueden ser laminados en 2-h en bloque. Aun material sinterizado como tungteno y molibdeno pueden ser laminados en laminadores de tres rodillos en bloque. Además la temperatura del material resultante debido a la deformación 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.
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-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 cualquier grieta en la palanquilla. Cuando se lamina en 2-h, grietas cambian irregularmente, dependiendo sobre -su sobre
las
posición
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 excesivos 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 también 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 problemas de los procesos de laminación. Estos sistemas están caracterizados 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.
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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 sobre 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 rendimiento, 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 recuperar tiempo en reducir fallas. Estas mejoras también son pleadas en la planta Estrella Polar.
em-
-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 laminado . 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 cerrado 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 bastidores donde la sección es alzada para transmitir tensión y el calor
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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 laminación. Operador interfase Un sistema de video, el cual presenta la data al operador en una forma directamente relacionada al proceso.
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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 bastidor, la velocidad en porcentaje de la velocidad máxima y, la corriente en los bastidores en porcentaje de la máxima corriente. El control está diseñado para aceptar indicaciones del operador principal o en las interfases y retornar a la funcióji automática 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 v a r i e d a d de e v e n t o s e i n f o r m a c i ó n pueden s e r s u m i n i s t r a d o s a l o p e r a d o r por e l uso d e v i d e o y simultáneamente record a r s o b r e compromisos para hacer el m a n t e n i m i e n t o - D i f e r e n t e s mensaj e s nueden s e r e l e g i d o s p a r a l o s dos usos y o m i 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.
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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, 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
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-165-
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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 calcularlo 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 terminador.
deben suponer los valores del alargamiento (fig 1) respetando premisas anteriores.
-172-
-175-
-176-
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-183-
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-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 redondo -óvalo -redondo, como se indica en los ejemplos de los gráficos 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 pases en superposición, por ejemplo pases 1 al 7 ) , de las pasadas en el tren desbastador gráficos 7 al 13. En cada dibujo, se establecieron los datos requeridos para el cál_ culo del ensanchamiento
BIBLIOGRAFÍA
1.-
J.W. Cook, Hot Strip Mili Roughing Train Arrangements and Power Selection Iron and Steel Engineer ( December 1979 )
2.-
British Steel Corporation,
3.-
P.M. Cook, The calculation of load an torque in hot fíat rolling, The British Iron and Steel Research Association, 1970 ~
4.-
Tselikov and Smirnoy, Rolling Mills - Pergamon Press, 1975
5.-
Hoff - Danhall, Laminación Do ssat, S.A. Madrid, 1970
6.-
E. Larke, The Rollirg of Strip, Sheet an píate Science Parperbacks, 1975
7.-
Paul K. Raiford, Properzi Process for Continuous Cas and Rolled Rod.
8._-
Yves B. Bonnamour, Southwire Aluminum SCR Systems.
9.-
The Wire Association International, Nonferrous Wire Association International
10.
Roger Figaeres, Cegedur-Pechiney-Secim, continuos Casting and Rolling Process.
Roll Pass^Design, 1975
11.- G.C. Gibson y H.Smith, The Principie of Aluminiun Rolling. 12.- Luis Lozano, Laminación plana tomo I y II, Instituto Universitario Politécnico Experimental de Guayana 13.-
Roberto A. Villanueva, Representación gráfica de formulas para determinar el ensanchamiento en el laminado en caliente del acero, SOMISA, San Nicolás, Argentina.
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