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Cilindros HSS para laminación de productos largos: tipos, rendimiento y enfriamiento
Los cilindros HSS pueden laminar de dos a cuatro veces más toneladas por pasada que la fundición convencional en las cajas acabadoras de barras y varilla corrugada. Pero no todo cilindro “HSS” es igual, y no todas las plantas obtienen el mismo resultado. Esta guía explica los cuatro tipos, qué esperar de cada uno y las condiciones de enfriamiento que deciden si el HSS es rentable.
Por qué los cilindros HSS llegaron a los trenes de productos largos
Las acerías buscan más toneladas con menos paradas. Cada cambio de cilindro, cada rectificado y cada parada cuesta producción. Los cilindros HSS (acero rápido) se desarrollaron para responder a esa demanda.
Los cilindros HSS se usaron primero en las cajas acabadoras de los trenes de banda en caliente, donde mejoraron la calidad del producto laminado y redujeron el mantenimiento de cilindros. Ese éxito llevó a los trenes de productos largos — barras, varilla y alambrón — a adoptar también el HSS, y hoy se usa desde las cajas intermedias hasta las acabadoras.
Para productos largos, los cilindros HSS se fabrican principalmente de dos maneras: por colada centrífuga o por sinterizado (pulvimetalurgia con prensado isostático en caliente). El HSS centrifugado es el más común, porque muchas fundiciones en el mundo pueden fabricarlo. Las calidades sinterizadas de alto vanadio solo las fabrican unos pocos productores en EE. UU. y Europa.
Los cuatro tipos de cilindro “HSS”
Muchos proveedores ofrecen cilindros “HSS”, pero algunos son en realidad fundiciones de alto boro o alto cromo, que no sirven para todas las plantas. Conviene separar los cuatro tipos:
Centrifugado — alto boro
+
- La opción “HSS” de menor costo
- 2–3× la producción de la fundición convencional
- Precio menor que el carburo de tungsteno
- Aprovecha toda la superficie de la tabla, a diferencia de los cilindros compuestos de carburo
−
- No funciona en todas las plantas
- Solo en cajas acabadoras
- Plazo de producción 120–130 días ex-works
Centrifugado — alto carbono
+
- El tipo HSS más maduro en laminación de productos largos
- Se puede ajustar para cajas de corte longitudinal (slitting) y dog-bone
- 3–4× la producción de la fundición convencional
- Precio menor que el carburo de tungsteno
- Aprovecha toda la superficie de la tabla, a diferencia de los cilindros compuestos de carburo
- Funciona desde cajas intermedias hasta acabadoras
−
- Plazo de producción 120–130 días ex-works
Híbrido — centrifugado y sinterizado
+
- Aproximadamente la mitad del precio del carburo de tungsteno
- Mucho más tolerante a la fatiga térmica
- Buena resistencia en el vértice agudo de las pasadas de corte
- Sirve para muchas aplicaciones de laminación
- Plazo de producción 80–100 días
−
- Sistema de anillos, montado como cilindro compuesto
- Capacidad de producción limitada
Sinterizado PM de alto vanadio (tipo 9V)
+
- Sigue siendo el material de mejor rendimiento cuando la producción es el objetivo principal
−
- Caro
- Solo lo fabrican unos pocos productores con los derechos del proceso
- Plazo de entrega muy largo por capacidad limitada
Los tipos híbrido y sinterizado tienen la química de un verdadero acero rápido y rinden más que el “HSS” centrifugado.
Rendimiento en un tren de barras: acicular, HSS e híbrido
La tabla siguiente es un análisis de muestra del tren de barras de un cliente de SINOPAC, que compara cilindros aciculares convencionales con HSS centrifugado de alto carbono y HSS híbrido en las cuatro últimas cajas acabadoras. Toneladas totales por cilindro = toneladas por pasada × número de pasadas × campañas por cilindro.
| Caja / pasada | Material | Toneladas por pasada | Pasadas | Toneladas por entrada | Rectificado medio (mm) | Vida del cilindro (mm) | Campañas por cilindro | Toneladas totales por cilindro |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15 — Dog-bone | Acicular | 600 | 8 | 4.800 | 3,5 | 55 | 15 | 72.000 |
| 15 — Dog-bone | HSS | 1.500 | 8 | 12.000 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 264.000 |
| 15 — Dog-bone | Híbrido | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 16 — Corte | Acicular | 600 | 8 | 4.800 | 3,5 | 55 | 15 | 72.000 |
| 16 — Corte | HSS | 1.500 | 8 | 12.000 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 264.000 |
| 16 — Corte | Híbrido | 2.100 | 8 | 16.800 | 1,8 | 45 | 25 | ≥ 420.000 |
| 17 — Líder | Acicular | 700 | 7 | 4.900 | 3,0 | 55 | 18 | 88.200 |
| 17 — Líder | HSS | 1.750 | 7 | 12.250 | 2,0 | 45 | 22 | ≥ 269.500 |
| 17 — Líder | Híbrido | 2.450 | 7 | 17.150 | 1,7 | 45 | 26 | ≥ 445.900 |
| 18 — Marcado | Acicular | 300 | 8 | 2.400 | 3,5 | 55 | 15 | 36.000 |
| 18 — Marcado | HSS | 1.100 | 8 | 8.800 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 132.000 |
| 18 — Marcado | Híbrido | 1.800 | 8 | 14.400 | 3,5 | 45 | 15 | ≥ 216.000 |
En esta planta, el HSS laminó unas 2,5 veces más por pasada que el acicular en las cajas dog-bone, de corte y líder, y el HSS híbrido unas 3,5 veces más. Como el HSS además necesita menos rectificado, cada cilindro dura más campañas: las toneladas por cilindro pasaron de unas 72.000 t a más de 260.000 t con HSS, y a más de 420.000 t con el híbrido.
El rendimiento real depende de las condiciones de laminación de cada planta: diseño de pasadas, velocidad, reducción, temperatura de la barra y, sobre todo, el enfriamiento.
Enfriamiento: la condición que decide el rendimiento del HSS
Un buen enfriamiento con agua es vital para cualquier material de cilindro, pero es crítico para el HSS y otras calidades endurecidas. Un mal enfriamiento provoca agrietamiento térmico y desconchado, y elimina rápidamente la ventaja en toneladas. Como guía:
- Presión de agua normalmente 2–6 bar, según la caja
- Velocidad del agua no mayor de 4 m/s
- Temperatura del agua no mayor de 35 °C
- A diferencia de la laminación de banda ancha, el agua suele aplicarse solo en el lado de salida, por falta de espacio
- El agua de enfriamiento suele aplicarse solo a la pasada en uso
| Caja | Barra n.º 12 | Barra n.º 14 | Barra n.º 13 | Barra n.º 14 | Barra n.º 12 |
|---|---|---|---|---|---|
| Tamaño del cilindro (mm) | 400 × 600 | 470 × 850 | 380 × 600 | 340 × 600 | 330 × 650 |
| Canal | Redondo 34 | Redondo 22 | Corte | Corte | Óvalo |
| Área del canal (mm²) | 908 | 380 | 370 | 330 | 910 |
| Reducción (%) | — | 30–35 | 18 | 10 | 18 |
| Velocidad de laminación (m/s) | 7 | 1–4 | 10–11 | 11–12 | 5–6 |
| Carga de laminación (t) | 30 | 40 | 16 | 9 | 20 |
| Volumen de agua por pasada | 30 | 50 | 30 | 30 | 48 |
| Presión (kgf/cm²) | 4–5 | 5 | 3–5 | 3–5 | 4–5 |
Las boquillas se combinan: boquillas directas sobre la pasada y boquillas indirectas de 1 pulgada, según la caja.
¿Qué HSS es el adecuado para su planta?
La elección correcta depende de la posición de la caja, la mezcla de productos, las pasadas de corte o de marcado y su sistema de enfriamiento. Un cilindro de alto boro puede ser la opción más económica en una caja acabadora bien enfriada, mientras que uno de alto carbono o híbrido es la opción más segura para pasadas de corte y dog-bone.
SINOPAC revisa los datos de su caja, la calidad actual y los resultados de campaña antes de recomendar una calidad, para que usted pague por el rendimiento que necesita. Envíenos sus planos y los datos de su planta y le responderemos con una propuesta de calidad y una oferta.