Tren de alambrón

Dentro de un proceso productivo siderúrgico, podríamos definir un tren de laminación de alambrón como un producto transformado recibido de una colada continua de acería, en forma de palanquilla de sección cuadrada, para convertirlo mediante un proceso de laminación en caliente, por medio de rodillos de laminación, que lo van conformando en el desbaste empezando en formatos ovalo-redondo hasta el terminado en una gama de secciones que pueden ir de 5 milímetros de diámetro mínimo, hasta un máximo de 30 milímetros.

También deberíamos incluir dentro de este proceso de fabricación, el enfriamiento en condiciones especiales para garantizar la calidad mecánica del producto, el conformado del rollo para su expedición; y la propia expedición del mismo hacía el cliente.

El alambrón es un producto siderúrgico derivado de un proceso de laminación en caliente, de sección redonda y macizo, con diferentes diámetros, que puede ir de 5,5 mm a 30 mm. Para estos espesores, se sirve en formato de rollo cilíndrico de dimensiones variadas, siendo la más usual 1700 mm de diámetro, con exterior de 1200 mm e interior de 1000 mm de varias espiras.

Se denomina espira a cada vuelta o anillo de alambron que forman los rollos.

Los componentes indicados en esta tabla adjunta, son los básicos que componen una colada típica de un alambre de alto carbono, que tiene como característica básica, su dureza. Según se va disminuyendo el porcentaje de carbono se van obteniendo calidades más blandas, con características de ductilidad más acentuadas.

Alambrón corrugado

Otras características típicas que pueden influir en la calidad del alambre vienen dadas por las temperaturas de laminación del mismo, y otras variables generales expuestas a continuación:

Composición química en porcentajes: aparte de los componentes reflejados en la tabla, adjunta puede llevar pequeñas cantidades de otros metales (residuales) como molibdeno, níquel, estaño y cobre.

Algunas acerías muy especializadas incluyen otros componentes, que entran dentro de la propia patente del producto.

Procedimientos de estudios previos para cada tipo de calidad.

El método de fabricación implica parámetros de calentamiento en el horno, enfriamiento por agua y por aire de tendido; durante el proceso de laminación. La temperatura media de salida del horno es de 1100 grados centígrados.

Características mecánicas de la superficie del alambre que se intentan conseguir

Rollos de alambre depositados en el almacén, a la espera de su expedición.

Podemos definir como proceso en un tren de alambrón a los procedimientos establecidos para conseguir los parámetros generales de calidad, exigidos por el cliente.

En este apartado estarían implicados:

1. Aleaciones en la acería.
2. Programa de inspección y tratamiento de la palanquilla.
3. Temperatura de calentamiento en el horno, previo a la laminación de la palanquilla.
4. Orden y secciones de pasadas de los cilindros de laminación.
5. Enfriamiento por agua y aire programado.
6. Formato de expediciones.

El diagrama de flujo en la vía Alto Horno Convertidor, en orden descendente, sería el siguiente

'Materia Prima--Hornos Altos--Acería--Preparación de Palanquilla-- Calentamiento--Laminación--Enfriamiento--Formación de Rollos-- Compactado y Atado-- Identificación de Rollos---Almacenamiento-- Carga y Expediciones al Cliente.

Archivo: Palanquilla.jpg|thumbnail|400px|Detalle de la salida de varias vías de palanquilla de la colada continua de una acería.

En este apartado no hemos tenido en cuenta el proceso descrito para un alto horno, por su extensión y complejidad. Describimos la evolución, una vez recibido el arrabio.

Una acería recibe el arrabio alimentado desde los altos hornos, habitualmente desde la misma factoría, la colada sin escoria sufre una desulfuración en carro torpedo y posteriores procesos de añadidos de componentes, desgaseado etc,

El acero líquido ya afinado, es pasado a máquinas de colada - (Podemos definir colada como el conjunto de palanquillas pertenecientes al acero obtenido en un solo proceso del convertidor de la acería)- continua donde se transforma en barra sólida llamada palanquilla, tocho o planchón. Esto se logra mediante el vaciado de acero en un molde de cobre de sección cuadrada o sección rectangular respectivamente, enfriada por agua, del que se extrae por un extremo opuesto la barra recientemente solidificada con una determinada longitud metalúrgica. De aquí la denominación de colada continua (ya que el flujo de acero líquido sobre el molde no se interrumpe sino hasta que se ha terminado completamente el metal contenido en el tundisch). La barra solidificada, aunque al rojo vivo, es cortada a la longitud que se desea. La palanquilla, finalmente, unas pueden ingresar diréctamente a la línea de laminación y otras se transportan sobre mesas de almacenamiento, de donde se lleva por medio de electroimanes a los hornos de recalentamiento para el ulterior proceso de laminado, sucediendo de manera similar para el caso del planchón. El producto de este proceso se transporta por medio de camión a la siguiente etapa.

Podemos considerar el acero como una aleación proporcional de hierro y carbono (alrededor de 0,06% hasta menos de un 2,16 %). En la actualidad se suele combinar con otros elementos de aleación tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) que se añaden con la finalidad de conseguir mejores resultados metalográficos y mecánicos, dependiendo de la finalidad industrial que se le quiera dar al producto obtenido.

El acero es hierro muy refinado cercano a un 97%, su fabricación se inicia con la reducción del hierro (lo que se llama habitualmente producción de arrabio líquido si es vía alto horno) el cual se convierte más tarde en acero.

El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales férreos.

Básicamente podemos describir los siguientes tipos de acero:

Algunos defectos que se pueden observar en una palanquilla procedente de la acería.

Palanquillas dispuestas sobre plancha, una vez inspeccionadas, a la espera de ser trasladadas por la Grúa para cargar el horno de calentamiento.

Previa a la carga al horno, las palanquillas han de sufrir una estricta inspección visual y de selección de calidad.

Algunas calidades, como las utilizadas para la construcción de neumáticos, necesitan que la superficie de la palanquilla esté limpia de escoriaciones, descuelgues de corte con soplete y cascarillas. Esto se consigue esmerilando las esquinas o limpiando con granalla a presión las cuatro caras que la componen. La inspección visual, también abarca evitar que la palanquilla lleve rechupes, pequeños huecos que en muchos casos se pueden apreciar en su superficie, fisuras externas y otros defectos. Los defectos en cabeza son los más importantes, ya que aparte de implicar una mala calidad del alambre, pueden dificultar el guiado durante el proceso de laminación.

Horno de recalentamiento de palanquilla, temperatura de salida aproximada, 1100ºC

El horno de recalentamiento sirve para calentar las palanquillas antes del proceso de laminación, como se describió anteriormente. Está constituido por quemadores alimentados habitualmente de gas, con un poder calorífico de 4300 kcal/m³ N. Este gas es producido la mayoría de las veces en las propias factorías siderúrgicas. Un horno puede llevar una media de hasta cincuenta quemadores con una distribución parecida a la siguiente.

• Superior: 20 quemadores.
• Laterales inferior y superior: 28 quemadores.

Habitualmente son de empuje o de vigas galopantes accionados por un sistema hidráulico. Son hornos de paso continuo indicados para el precalentamiento, a altas temperaturas, de palanquillas. El movimiento alternativo de elevación, avance, descenso y retorno de vigas de material refractario dispuestas en ranuras de la solera del horno hace avanzar las cargas a lo largo de su interior. Existen distintos dispositivos de entrada y salida de las piezas en el horno para integración en las líneas de producción. El tiempo de permanencia de las piezas en el interior de la cámara se regula en función de la frecuencia de accionamiento de las vigas. El horno puede vaciarse a voluntad.

Están provistos de un recuperador de calor, por sistema tubular, en donde se calienta el aire que retorna a los mecheros para mezclarse con el gas, aprovechando el paso de los humos del quemado, por entre los haces tubulares.

Las dimensiones medias de un horno pueden ser para una capacidad de 150 t/h, de 20 m de longitud útil interior, por un ancho de 16 metros. El proceso del mismo es automático, controlando los ciclos de calentamiento, lo que permite garantizar la eliminación de la descarburación y una gran uniformidad en las temperaturas de laminación y del material. La descarga de las palanquillas hacía el camino de rodillas antes de las cajas laminación se hace mediante una máquina extractora, por accionamiento hidráulico.

Detalle de un desbastador, inmediatamente después del horno de calentamiento de palanquillas

Una posible secuencia de pasadas cuadrado-ovalo-redondo

El término laminación es indicativo de convertir un sólido dúctil en una sección más reducida aplicando una fuerza de aplastamiento.

Antes de definir lo que son las cajas acabadoras, es necesario entender unas ideas generales de lo que es la laminación en caliente. Cuando se aplica una fuerza de presión opuesta sobre una lámina, y al mismo tiempo sometemos a la misma a una fuerza tal que conseguimos que se mueva estamos realizando una laminación en continuo. Podemos decir entonces, que la laminación industrial consiste en hacer pasar el material lingote, tocho, palanquilla, etc.) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentido contrario, y reducir la sección transversal del producto de acero, mediante la presión ejercida.

La laminación sólo permite obtener productos de sección constante, como perfiles estructurales, las barras y el alambrón y los productos planos (chapas, etc.) El equipo básico para laminar se conoce con el nombre de «caja de laminación» y está compuesto, esencialmente, de cilindros montados sobre rodamientos, los cuales descansan en las ampuesas, que son solidarias a la estructura soporte llamada castillete. Se denomina tren de laminación a la caja o conjunto de cajas junto con sus elementos auxiliares.

Cuanto menor es la sección del producto de acero que se desea obtener, mayor es el número de los cilindros que componen los trenes de laminación (trenes continuos o semicontinuos).

Detalle esquemático de un conjunto de caja acabadora

Detalle de un conjunto acabador de laminación. Para trenes de alambre, este conjunto continuo suele ser de menor dimensión. Se aprecia un rodamiento colocado sobre un cilindro de laminación

Detalle de la colocación de una ampuesa sobre un cilindro de laminación

Esta serie de cajas está formada por dos grupos diferenciados. Las siete primeras de 16 pulgadas, y las siguientes de 14 pulgadas, horizontales y de accionamiento independiente, mediante motores de corriente continua y un reductor intermedio.

Los cilindros tienen tallados dos o más juegos de canales en función de su capacidad de tabla, -(Se llama tabla, a las dimensiones de la parte longitudinal del cilindro).

Su equilibrado horizontal y vertical es a base de equipos hidráulicos, con husillos a contrapunto que trasmiten el esfuerzo, para marcar la separación entre cilindros, lo que en el argot de la laminación se llama «luz».

Hay que indicar que los cilindros van apoyados sobre los castilletes, mediante unos soportes a ambos lados, llamadas Ampuesas, que alojan en su interior rodamientos de giro.

Las guías de entrada a las distintas cajas son de fricción o rodillos, según la sección o figura a conducir, las de salida también son de fricción o de rodillos cónicos que facilitan la torsión de la barra, dependiendo de la figura de salida.

Los castilletes son de desplazamiento hidráulico en sentido trasversal, estando fijados al suelo mediante grapas de accionamiento igualmente hidráulico, con un muelle de apriete.

La regulación de las revoluciones de los cilindros se hace mediante ordenador de proceso, programado según los factores R entre las distintas cajas.

La refrigeración del proceso de laminación se consigue con agua a presión conducida hacía las canales del cilindro.

Este grupo de cajas está formado, en la mayoría de los trenes, por 11 unidades, que conforman las pasadas hasta llegar a un redondo de 40mm de diámetro.

Suelen estar repartidas en dos grupos de 7 y 4 cajas.

Entre la caja número 7 y la caja número 11, suele instalarse una tijera, con el fin de cortar la barra que precede, en caso de que la que se está laminando en el sentido de aguas abajo tenga algún problema. -.(Aguas abajo es un término que utilizan los Laminadores con el fin de definir el sentido de desplazamiento de la barra durante el proceso de la laminación).-

En el esquema que se adjunta, puede verse un conjunto de una Caja Acabadora.

En este esquema se aprecian:

• Castillete: soporte estructural de los cilindros
• Cilindros de Laminación: elemento que de giro realizado por fundición especial, en donde se tallan las canales de laminación.
• Guías de Entrada de Fricción: facilita la entrada de la sección a laminar hacía la canal.
• Guías de Salida de Rodillos cónicos: facilita la sección laminada hacía la próxima canal a laminar.
• Barrón o fijación de la guía de entrada: soporta los esfuerzos de la guía de entrada
• Barrón o fijación de la guía de salida: soporta los esfuerzos de la guía de salida.

Detalle de una Caja Conformadora en posición Vertical

Detalle de las espiras en su caída

Detalle frontal de un formador de espiras en funcionamiento

Esquema de un conjunto rodillo tractor, tubo curvo y formador de espiras

En un tren de alambrón la espira que formará parte del rollo se conforma en el llamado formador de espiras, un cabezal giratorio que forma las espiras del rollo depositándolas una a una sobre rodillos transportadores, que irán arrastrando las espiras hasta la cámara de formación de la bobina.

Antes del Formador de espiras se encuentra el Rodillo Tractor o arrastrador, que es el encargado de tirar del alambre, por lo que sus funciones no son de laminación si no de tiro. La velocidad del rodillo tractor deberá estar perfectamente coordinada con el giro en revoluciones por minuto (RPM), del cabezal del formador de espiras.

El cabezal del formador de espiras lleva en su interior un tubo curvo en forma de espiral, que al girar expulsa y hace avanzar las espiras sobre el camino refrigerado que a su vez avanza en el sentido de la laminación tirando de las espiras conformadas. Hay tubos curvos de dos diámetros de agujeros distintos, uno de 19,1 para calobres de hasta 10,5 con insertos hasta 6.5 mm y sin insertos en medidas superiores, y otro de 31,8 para el resto de diámetros. Este tubo curvo conduce la barra desde la guía de salida del rodillo tractor hasta las boquillas de entrada del formador de espiras.

La posición del cabezal formador de espiras en el momento en que es despedida la punta del rollo cumple un papel crítico en el proceso, razón por la cual debe controlarse su posición, y en caso de ser necesario, realizar la corrección para asegurar su posición correcta en el momento de despedir la punta. Por lo que lleva un sistema corrector de la velocidad del cabezal para lograr su posicionamiento correcto.

El sistema cuenta con dos señales de entrada provenientes de un sensor inductivo solidario al cabezal que permite determinar su posición y de una célula fotoeléctrica ubicada a una distancia fija del cabezal que sensa el paso del inicio de material, y una salida que es el escalón de corrección que se aplicará a la referencia de velocidad del motor que mueve el cabezal.

Esta parte de los trenes de alambrón es básica porque marca una de las partes de control automatizadas más importantes. Esta zona de trabajo suele estar un operario que facilita la caída de la espira sobre el camino de rodillos refrigerado por aire. Este operario trabaja con un gancho que hace posicionar la espira correctamente.