Los rodillos de trabajo son componentes críticos en el proceso de laminación en caliente del acero. Están continuamente expuestos a un desgaste severo y a cargas termo-mecánicas cíclicas causadas por el contacto con chapas de acero a alta temperatura. Tras cada campaña de laminación, la superficie dañada del rodillo debe ser reprofilada. Este proceso se repite hasta alcanzar un diámetro mínimo, momento en el cual el rodillo ya no puede mecanizarse y debe ser descartado.
El proyecto RENEWable Hot Rolling ROLLs through DED-LB/P Technology – RenewRolls tiene como objetivo superar esta limitación mediante el desarrollo de rodillos reparables para las cajas de acabado de laminación en caliente. El objetivo es extender la vida útil en servicio, reducir los tiempos de parada y mejorar la sostenibilidad.
Para ello se aplicará una estrategia que combina el desarrollo de nuevos materiales (sustrato + recubrimiento) y tecnologías de Direct Energy Deposition por láser (DED-LB/P).
En los trenes de laminación en caliente, los rodillos de trabajo están sometidos a cargas termomecánicas extremas que provocan desgaste mecánico (reducción del diámetro superficial y daño de la capa externa) y desgaste térmico (formación de corona térmica). Los rodillo convencionales requieren sustituciones o reacondicionamientos frecuentes, lo que conlleva elevados costes operativos, reducción de la productividad y generación de residuos. Los tiempos de parada asociados a la sustitución de cilindros impactan significativamente en la eficiencia y rentabilidad de las plantas siderúrgicas. Existe por tanto la necesidad de desarrollar nuevos materiales y procesos que extiendan la vida útil de los rodillo, reduzcan los costes operativos y mantengan la integridad mecánica, al tiempo que apoyen los objetivos de descarbonización alineados con el Pacto Verde Europeo.
Tradicionalmente, los rodillos de trabajo utilizados en la laminación en caliente de productos planos suelen ser bimateriales, fabricados mediante colada centrífuga combinando un núcleo de acero o fundición con una corteza exterior de aleación de alto Cr, o bien monolíticos, fabricados en acero rápido (HSS). El empleo de HSS permite alcanzar altas prestaciones en condiciones de servicio exigentes, aunque estas aleaciones dependen en gran medida de materias primas críticas como el tungsteno, el cobalto y el vanadio. Las soluciones basadas en aleaciones de alto cromo (HiCr) que reducen parcialmente esta dependencia, pero siguen estando expuestas al desgaste provocado por el ciclado térmico y el contacto repetido con el acero a alta temperatura.
El desgaste de un único rodillo suele requerir el reprofilado de varios rodillos dentro de un mismo tren de laminación para mantener la consistencia dimensional, lo que genera tiempos de parada prolongados y elevados costes de mantenimiento. Una vez alcanzado el diámetro mínimo, los rodillos se descartan, incrementando los costes, los residuos y el impacto ambiental.
La deposición dirigida de energía mediante láser de materiales en polvo (DED-LB/P) ofrece una solución de fabricación aditiva para extender la vida útil de los rodillos y restaurar rodillos desgastados, reduciendo al mismo tiempo el consumo de materias primas críticas. Esta tecnología proporciona un aporte energético focalizado, zonas afectadas por el calor mínimas y un control preciso de la deposición de material. La composición del polvo puede ajustarse para optimizar la dureza y la resistencia al desgaste según las condiciones específicas de laminación. De este modo, se hacen posibles múltiples ciclos de reacondicionamiento, favoreciendo la gestión del ciclo de vida y los principios de economía circular. No obstante, la aplicación de recubrimientos mediante DED-LB/P sobre sustratos de fundición nodular presenta desafíos debido a la heterogeneidad microestructural, la conductividad térmica y la susceptibilidad a la aparición de grietas. Superar estas barreras permitirá sustituir los rodillos convencionales por una solución reparable.
El objetivo principal de RenewRolls es desarrollar rodillos reparables basados en sustratos de fundición nodular optimizados para la aplicación de recubrimientos de acero rápido (HSS) mediante tecnologías DED-LB/P (Laser Cladding y Extreme High-Speed Laser Application – EHLA).
Este cambio permitirá:
Debe compensarse la dilución y mejorar la integridad del recubrimiento mediante adiciones de fundente. Se emplearán sustratos de fundición nodular con características de soldabilidad mejoradas para permitir la deposición sin defectos de recubrimientos mediante DED-LB/P.
Capas de recubrimiento aplicadas mediante LC y EHLA sobre sustratos de hierro fundido utilizando aceros rápidos (HSS) diseñados en el proyecto y aleaciones comerciales mezcladas in situ.
Recubrimientos DED-LB/P personalizados sobre sustratos de hierro fundido adecuados para rodillos de trabajo de laminación en caliente, preparados para validación a escala piloto en condiciones industriales.
Se debe lograr una deposición DED-LB/P repetible y precisa para rodillos.
Debe asegurarse que los rodillos recubiertos cumplan los requisitos industriales.
Demostración de múltiples ciclos de reacondicionamiento de rodillos desgastados mediante DED-LB/P, restaurando dimensiones originales y calidad superficial mientras se mantiene el rendimiento y se reducen los residuos y la dependencia de materias primas críticas (CRM).
La principal innovación propuesta por el consorcio RenewRolls reside en la aplicación de recubrimientos de acero rápido ultra-duro (familia ASP) de 1–2 mm de espesor mediante deposición dirigida de energía por láser (DED-LB/P) sobre rodillos de fundición nodular, tradicionalmente difíciles de soldar.
Con este objetivo, el proyecto aborda:
Laser Cladding (LC) y Extreme High-Speed Laser Application (EHLA) se emplean para depositar recubrimientos ultra-duros con microestructura controlada, dilución mínima y composición ajustada.
La monitorización en tiempo real (pirometría, imagen infrarroja) y algoritmos de control adaptativo garantizan la repetibilidad de la deposición y la precisión geométrica.
Los tratamientos térmicos posteriores a la deposición y el rectificado de precisión permiten que los rodillos reacondicionados cumplan los requisitos industriales de dureza, rugosidad y resistencia al desgaste.
RenewRolls proporcionará:
Los costes operativos se reducirán al permitir:
El proyecto refuerza las capacidades europeas en tecnologías de reparación aditiva, apoya la integración de PYMEs y fomenta nuevos modelos de negocio orientados a servicios en la gestión del ciclo de vida de equipos.
En comparación con la producción de rodillos nuevos (15–17 t de acero colado, ~5.8–10.4 MWh y ~6.6–10.4 tCO₂ por rodillo), el reacondicionamiento reduce significativamente:
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Este proyecto ha recibido financiación del programa Research Fund for Coal and Steel (RFCS) de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención nº 101296123.
Los puntos de vista y opiniones expresados son únicamente los de los autores y no reflejan necesariamente los de la Unión Europea ni los de CINEA. Ni la Unión Europea ni la autoridad otorgante pueden ser consideradas responsables de ellos.
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