Evolución de los Trenes de Laminación: Una Visión Histórica

En metalurgia, laminación es proceso conformado metal donde metal pasa por uno o más pares rodillos para reducir espesor, uniformizar espesor, dar forma deseada y/o impartir propiedad mecánica deseada. En laminación, material trabajo deformado por fuerzas compresivas entre rodillos girando constantemente. En otras palabras, metal pasa entre rodillos giratorios y fuerza aplicada reduce espesor material. Tanto formas como estructuras internas metales cambian. Proceso laminación comparable a estirar masa con rodillo. Laminación uno procesos fabricación más importantes mundo moderno. Gran mayoría productos metálicos producidos hoy sometidos laminación en algún punto fabricación.

Trenes laminación modernos

Trenes modernos: totalmente automatizados, alta velocidad, alta capacidad, frecuentemente incluyen tratamiento metalúrgico materiales laminados para lograr microestructura y/o propiedades mecánicas deseadas. Este nivel perfección proceso laminación y trenes no logrado por invención única sino fruto gran número pequeñas mejoras continuas a lo largo tiempo.

Historia temprana

Laminación existe cientos años. Primeros rodillos: pequeños, accionados manualmente, usados aplanar oro y plata joyería/arte. Trenes laminación encontrados Oriente Medio y Asia Sur 600 a.C. (Antes Era Común). Forma cruda pero mismos principios básicos asociados proceso laminación. Primer diseño conocido tren laminación Europa data 1485, atribuido Leonardo da Vinci. En dibujo, describió primera vez posibilidad "hacer pasar material" entre dos rodillos cilíndricos ejes paralelos modificar espesor. También preveía laminación en frío materiales dúctiles, especialmente plomo, estaño. Diseño muy avanzado época; no seguro si algún molino basado en este diseño construido.

Evolución fuentes energía

Energía impulsar trenes laminación pasó cuatro fases:

1. Fase manual: Fuente energía pequeña, rodillos accionados mano aplanar metales joyería/arte. Máquinas posteriores: hombres giraban cruz/cigüeña ajustable unida rodillos. Energía manual solo metales blandos: oro, plata, estaño, plomo.
2. Fase hidráulica: Aprovechamiento energía agua movimiento río → energía gratuita, suficiente metales duros como hierro. Inconvenientes: sequías/frío reducen caudal. Rodillos hidráulicos movían solo una dirección.
3. Fase vapor: Vapor finales 1700s por invención James Watt. Máquina vapor creó fuerza física reemplazo manual/animal. Trenes aprovecharon potencia máquinas vapor. Motores vapor comúnmente usados impulsar molinos 1800s, finales 1800s: fuente potencia más popular. A pesar fuerza suministrar potencia, máquinas vapor largamente ineficientes.
4. Fase eléctrica: Ventaja: generación energía desacoplada trenes, energía eléctrica transmitida cómodamente generadores remotos a motores directamente unidos molinos. Tren eléctrico apareció ~1900. Eléctrica sigue siendo opción operaciones hoy.

Desarrollo producción chapa hierro

Producción temprana chapa hierro Europa: forja, no trenes laminación. Punto inflexión real producción chapa metálica: introducción tren laminación. 1600s: trenes (no rodillos pequeños manuales) conocidos en operación, hierro introducido como metal capaz laminación. Informes dos trenes ~1501: uno obtener láminas oro espesor uniforme para acuñar monedas, segundo cortar láminas preformadas tiras. Ambos usados más como "dispositivos acabado" que reducción espesor.

Primeros molinos: cortadoras (slitting mills)

Molini cortadores (slitting mills) introducidos 1590. Pasaban barras planas entre rodillos formar chapa hierro, luego pasaban entre rodillos ranurados (cortadores) producir varillas hierro. 1590: molino Leonardo da Vinci cobra vida usando dos cilindros pesados prensar diferentes metales alterar espesor. Primera planta industrial evidencia cierta: 1615, obtener planchas plomo y estaño. Otras siguieron, impulsadas fuerza manual/hidráulica.

Chapones negros para hojalata

Trenes también usados laminar chapones negros producción hojalata. Hojalata: laminar acero (antes hierro) molino, eliminar óxido laminación decapado ácido, recubrir capa fina estaño. Chapones negros producidos individualmente/pequeños grupos → "molino laminación en paquete" (pack rolling mill). Primeros experimentos laminar hierro hojalata ~1670. 1697: Mayor John Hanbury erigió molino Pontypool laminar "chapones Pontypool" (chapones negros). Luego re-laminados y estañados para hojalata.

Revolución Industrial y laminación en caliente

Finales 1700s: primeros molinos laminación caliente aparecen, permitiendo hierro material más popularmente laminado. Revolución Industrial (~1760s-1840s) creó demanda sin precedentes hierro. Nueva tecnología inventada fabricar hierro y eventualmente acero; metales usados nuevos productos: maquinaria, ferrocarriles, barcos vapor. Aumentada posibilidad obtener material ferroso → laminación en frío acero iniciada simultáneamente. 1682: molino laminación frío notable tamaños presente Newcastle, Inglaterra. Primera descripción detallada pocos años después: planta Gales procesaba barras 700mm largo, 100mm ancho, obtenía chapas 1500x700mm. Primera evidencia cierta proceso laminación acero producir chapa metálica; fuerza motriz ruedas hidráulicas. Gales principal productor europeo chapas finas hasta finales 1700.

Ya entonces se entendía laminación proceso muy productivo capaz satisfacer enorme demanda semielaborados, entre ellos chapa metálica. Sin embargo, trenes aún necesitaban cantidad sustancial trabajo manual.

Avances en tamaños y capacidades

Tamaños producto aumentaron continuamente. "Gran Exposición Británica" 1851: chapa metálica >6m longitud, 1m ancho, 11mm espesor, >500kg expuesta.

Progreso trenes cumplió demandas época producción materiales requeridos. 1600: láminas plomo cubiertas tejado muy demandadas → posibilidad desarrollada. Finales 1700, plena Revolución Industrial: raíles y semielaborados acero necesitados → trenes desarrollados satisfacer demanda. Principios siglo XIX: estructura molino esencialmente actual: jaula fundición robusta dos rodillos acero con posibilidad ajustar distancia rodillos mediante tornillo.

Henry Cort: padre laminación moderna

Práctica laminación moderna atribuida esfuerzos pioneros Henry Cort, Funtley Iron Mills, cerca Fareham, Hampshire, Inglaterra. 1783: patente Henry Cort uso rodillos ranurados laminar barras hierro. Rodillos ranurados: ranura dimensiones requeridas permitía laminar barras redondas, cuadradas, planas, otras secciones. Aunque Cort no primero usar rodillos ranurados, fue primero combinar muchas mejores características varios procesos fabricación/hierro conocidos época. Autores modernos llaman "padre laminación moderna". Desde molino Cort, desarrollo continuo proceso y tamaño molinos. Siglo XVIII: laminación formas complejas: redondos, cuadrados, raíles, vigas doble-T, etc.

Nuevo diseño: molinos producían 15 veces más producción/día que martillo forja. Invención Cort: pequeño molino Funtley producía >10.000 toneladas barras/año (equiv. 200 ton/semana). Producción molinos aumentó hasta: solo EE. UU., cantidad material laminado 1890 (excluyendo productos laminación plana) ~5 millones toneladas hierro/acero (100.000 ton/semana), 1899: >8 millones toneladas (167.000 ton/semana) cada libra pasó rodillos ranurados como los primeros usados "pequeño molino Funtley".

Desarrollo en EE. UU.

1810: establecimiento Brandywine Iron Works and Nail Factory, EE. UU., operaba molino laminación. Éxito por producción planchas caldera (boiler plate) muy demandadas, producto calidad. 1867: George Fritz, ingeniero jefe Cambria Iron Company, Johnson, Pennsylvania, inventó molino desbloqueo (blooming mill) donde lingotes acero laminados en lugar reducirlos forja, como práctica anterior.

Evolución configuraciones molinos

Molino Cort: ordinario 2-altos. Modificación tras modificación sucedió molino 2-altos Cort, surgiendo todo tipo: reversibles, 3-altos, evolucionados demandas civilización avance en combinaciones innumerables: algo más grande, mejor, largo, fuerte. Fritz construyó primer 3-altos regular 1871. Salida vieja práctica aumentó mucho producción. Configuración 3 rodillos: rodillo intermedio diámetro mucho menor → reducción potencia requerida y laminación dos direcciones sin invertir motor. Configuración 4 rodillos (ya hipotetizada Leonardo da Vinci) con dos rodillos externos soporte dos internos laminación planchas introducida. Molinos mayor número rodillos (hasta 20) también desarrollados.

Mejoras alimentación y laminación continua

Otra mejora: aparatos mecánicos añadidos rodillos. Antes: material alimentado manualmente ganchos/tenazas. Inventores buscaron lograr trabajo maquinaria automática, pero ninguno construido realmente. 1884: mesas rodillos accionadas introducidas frente rodillos acabado molino raíles Albany and Rensselaer Iron and Steel Company, Troy, New York. Funcionó tan bien que arreglo automático puesto frente rodillos desbaste.

1766: patente Richard Ford, Inglaterra, molino tandem. Molino tandem: metal laminado sucesivas jaulas. Molino tandem Ford: laminación caliente varillas alambre.

Evolución adicional: desarrollo molino continuo y gran familia auxiliares crecidos con él. Como toda invención, inicios modestos. Huellas esfuerzos tentativos Francia usarlo. Primera patente registrada y primer uso real molino continuo: americano J.E. Serrell, 1842-43. Uso restringido laminación tuberías plomo/cobre. Otro americano, Henry B. Comer, 1859, patente molino continuo, pero nunca construido. Por toda consideración, crédito primer molino continuo: Sr. George Bedson, Manchester, Inglaterra, poner servicio molino laminación hierro/acero, combinar exitosamente elementos esenciales, ganar amplia aplicación.

Molino trabaja continuamente metal. Rodillos colocados estrechamente tandem; metal guiado medios guías directamente pase a pase, sin intervención mano obra. Sin interrupciones, sin enganches/bucles, tránsito continuo mordida rodillos desbaste a descarga jaula acabado. Cada par rodillos, engranaje cuidadosamente dispuesto, velocitado según reducción cada pase sucesivo, tomar elongación correspondiente. Fenómenos peculiares este molino combatidos, pero puerta abierta para longitudes, pesos, velocidades enormemente aumentados. Europa laminaba fácilmente lingotes 50 libras "Sistema Belga/Looping" vs EE. UU. 15 libras molinos 2/3-altos ordinarios. Molino Bedson manejó 70-80 libras, rápidamente aumentado hasta 300 libras normalmente laminadas. Molinos continuos Bedson: bobinas varilla alambre 281 libras, 530 yardas, laminadas desde lingote único.

Primer molino continuo EE. UU. (Bedson)

Fig 1: primer molino continuo EE. UU. diseñado/construido Bedson, erigido/operación primavera 1869. 16 jaulas tandem, laminaba lingotes 1 1/8 pulg, 70-80 libras. Laminación continua lingote plano siempre mismo ángulo eje → solo aplanamiento masa. Para elongación: compresión planos ángulo variable con eje necesario, similar rotación metal herrero sobre cuerno yunque entre golpes sucesivos. Molino Bedson: cada par rodillos (modo molino universal) ángulo 90° predecesor. Lograba fin deseado pero entraba gran molestia cuidado/gestión molino. Necesitó sistema engranajes sobre línea suelo y otro foso debajo. Accesibilidad estos, también rodillos en cambios/ajustes, seriamente impedida. Siguiente molino continuo diseñado 1878: todos rodillos plano horizontal, todo engranaje plano simple, requisito esencial variar plano compresión asegurado guías torsión (twist guides): metal girado 90° viajando entre pases sucesivos → dispositivo adoptado universalmente estos molinos.

Desafíos molinos continuos

Imposible rastrear cada desarrollo minúsculo. Sorpresas constantes tenían que afrontarse/superarse. Ajuste inseparable característica molinos continuos. Coincidencia exacta velocidades/pases correspondientes rodillos difícil. Sin ella: inevitable entrega pase más rápido capacidad recibir → bucles laterales (looping), o más lento → estiramiento. Segunda alternativa preferible: alivio bucles interferido por guías. Efecto acumulativo → peligro grave seguridad molino/operadores. Estiramiento exigía metal calentado más de lo que muchos grados hierro común podían soportar, por bajas resistencias tracción y falta homogeneidad. Por eso uso molino continuo, como originalmente instalado, reducido grandemente laminar grados comunes hierro → siguiente molino Washburn & Moen Co., 1877, fue 3-altos adaptado sistema belga.

Mejoras aceros Bessemer y Martin-Siemens, mayor resistencia tracción y homogeneidad, finalmente trajeron producto para laminación molino continuo bien adaptado.

Sistema belga (Looping)

Con aumento peso y disminución sección producto acabado → práctica laminación continua/simultánea 3-altos por bucles serpenteantes cada lado molino. Distinguido "ida y vuelta" (back and forth). Metal descargado libre rodillos cada pase. Tipo molino usado Europa, presumiblemente primero Bélgica → nombre "belga" = molino bucles. Permitió fabricantes europeos laminar lingotes 30-50 libras vs 15-20 libras molinos 3-altos "ida y vuelta". Plano molino continuo tipo Fig 2. Desbaste: molino 2-altos capaz lingotes 4 pulg → 1 1/8 pulg. Desde ahí → molino bucles/belga → varilla alambre ordinaria. Sistema usado varios molinos laminar varillas alambre y productos comerciales.

Molino combinado continuo-belga

Fig 3: esfuerzos consolidar méritos ambos tipos. Molino puesto operación 1881 Washburn and Moen Co. Desbastaba lingotes ~100 libras 1 3/16 pulg → 3/8 pulg molino continuo, acabado 3/8 pulg molino belga → varilla alambre ordinaria. Primer molino tipo construido. Mérito principal: laminaba hierro común igual de bien sistema belga/bucle, con menos mano obra. Aumento tamaño/peso lingotes → accesorios molino crecieron, aunque necesidad algo nuevo extremo entrega pronto siguió. Salto lingotes/bobinas 15-20 libras → 70-80 libras forzó "política expansión". Molino capacidad sin desarrollar; limitación: calentado y bobinado, dos funciones colaterales con crecimiento rápido e interesante.

Competencia molinos chapas anchas EE. UU.

1880s-1890s: dos desarrollos cambiaron panorama molinos laminación EE. UU. (1) Creciente demanda acero vs hierro (más fuerte). (2) Preferencia emergente chapas anchas → reducía uniones remachadas vasijos. Remaches: puntos débiles, fuentes fallos calderas/barcos. Compañías adoptaron molinos mayores para chapas anchas → menos uniones remachadas.

1882: Worth Brothers Co. empezó molino 90 pulg Coatesville → aumentó competencia. Tres décadas: Worth Brothers y Lukens Iron & Steel competían molino más ancho. 1890: Lukens 120 pulg; 1896: Worth 132 pulg; 1900: Lukens 134 pulg; 1903: Lukens 140 pulg; 1903: Worth 152 pulg. Competencia terminó 1915: Midvale Steel and Ordnance adquirió Worth. 1918: Lukens puso operación molino chapas más grande mundo.

Planes originales Lukens: molino 3-altos 180 pulg, justo para título más ancho. Ningún fabricante rodillos podía producir tamaño/peso requerido. Lukens colaboró United Engineering & Foundry (UE&F) Pittsburgh. Ingenieros Lukens/UE&F produjeron molino 4-altos 204 pulg ancho. Primeras chapas 22 mayo 1918; ampliado 206 pulg 1919. Mantuvo título >40 años. Rodillos trabajo 34 pulg (3 ton cada), respaldo 50 pulg (60 ton cada). Capaz laminar lingotes 90.000 libras, chapas 192 pulg ancho. Capacidad semanal 4.000 ton. Potencia: motor vapor compuesto tandem twin 20.000 HP. Carcasa acero 4 partes, >12,8m altura; mesas transferencia redujeron mano obra manual.

Durante período, sal roca y sacos arpillera lanzados sobre lingote romper óxido exterior al pasar rodillos molino.

Otros hitos históricos

• Primer molino laminación raíles: John Birkenshaw, Bedlington ironworks, Northumberland, Inglaterra 1820. Producía raíles hierro forjado "fish-bellied" 15-18 pies.
• Molinos 3-altos secciones pesadas: 1853.
• Método viga I (I-beam) laminada pieza única acero: patente Alphonse Halbou T, Forges de la Providence 1849.
• Bethlehem Steel: proveedor líder acero estructural laminado varias secciones transversales puentes/rascacielos EE. UU. mediados siglo XX.

Molinos tira caliente (Hot Strip Mills)

Desarrollados primera mitad siglo XX. Innovación mayor laminación acero; primero erigido Ashland, Kentucky 1923. Proceso continuo, eliminaba necesidad pasar chapas rodillos y doblarlas (molino paquete). Final: tira cortada cizalla guillotina o bobinada. Primeros molinos tira caliente no producían tira apta hojalata, pero 1929 laminación frío usada reducir calibre más. Primer molino tira caliente Reino Unido: Ebbw Vale 1938, producción anual 200.000 ton. 1961: primeros molinos actualizados/reemplazados por molinos semi-continuos/continuos mayores capacidad: 400.000-3 millones ton/año.

Fundición continua y laminación moderna

Comercialización fundición continua 1950s → molinos desbloqueo (slabbing) y molinos desbloqueo (blooming) desaparecieron lentamente escena molinos. Ahora lingotes (slabs), bloom, billetes (billets) fundidos continuamente para laminación posterior productos acabados (Fig 4). Octubre 1989: proceso fundición/laminación chapa fina (thin slab casting and rolling) comercializado. Eliminó incluso tren desbaste molino tira caliente.

Situación actual

Trenes laminación continúan desarrollándose. Molinos actuales: continuos, altas capacidades, altas velocidades. Capaces laminar materiales más pesados, grandes dimensiones. Capaces laminar secciones más delgadas. Molinos modernos no solo laminan sino también realizan funciones metalúrgicas mediante tratamiento térmico en línea material laminado. Molinos actuales: totalmente automatizados. Alta productividad, alto rendimiento. Mano obra reducida. Productos laminados mejores tolerancias尺寸. Sin embargo, cabe mencionar: laminación hoy no atribuible a un solo inventor sino fruto numerosas pequeñas mejoras continuas → proceso más usado metalurgia. Presente: ~90% metales usados industria, tarde o temprano, han pasado proceso laminación.