HACIA UNA INDUSTRIA DE PROCESOS SOSTENIBLE Y DESCARBONIZADA
Materiales y procesos avanzados para extender la vida útil de componentes críticos.
Los cilindros 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 cilindro debe ser reprofilada. Este proceso se repite hasta alcanzar un diámetro mínimo, momento en el cual el cilindro 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 cilindros 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 cilindros 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 cilindros 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 cilindros, 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 cilindros de trabajo para la laminación en caliente de productos planos se fabrican a partir de calidades de acero rápido (HSS) o aleaciones de alto cromo (HiCr) sobre núcleos de hierro fundido. Los cilindros HSS ofrecen una excelente resistencia al desgaste, pero dependen en gran medida de materias primas críticas como tungsteno, cobalto y vanadio. Los cilindros HiCr evitan parte de esta dependencia de materias primas críticas, pero siguen sufriendo un desgaste significativo debido al ciclado térmico y al contacto repetido con planchas de acero caliente. El desgaste de un único cilindro suele requerir el reprofilado de varios cilindros dentro de la misma caja para mantener la consistencia dimensional, lo que genera tiempos de parada prolongados y elevados costes de mantenimiento. Una vez alcanzado el diámetro mínimo, los cilindros 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 cilindros y restaurar cilindros 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 hierro fundido presenta desafíos debido a la heterogeneidad microestructural, la conductividad térmica y la susceptibilidad a la aparición de grietas. Superar estas barreras permitiría sustituir los cilindros HSS convencionales por una solución reparable.
El objetivo principal de RenewRolls es sustituir los cilindros convencionales de laminación en caliente, formados por núcleos de hierro fundido y camisas de HSS, por una solución más sostenible: cilindros de acero al carbono colado reparables, con recubrimientos HSS de alto rendimiento aplicados mediante procesos DED-LB/P (Laser Cladding y Extreme High-Speed Laser Application – EHLA).
Este cambio permitirá:
- Reducir la dependencia de materias primas críticas (CRM)
- Extender la vida útil mediante múltiples ciclos de reacondicionamiento
- Reducir los costes operativos y los residuos materiales
- Mejorar la consistencia dimensional y reducir los tiempos de parada
- Contribuir a los objetivos del Pacto Verde Europeo y a los principios de economía circular
Debe compensarse la dilución y mejorar la integridad del recubrimiento mediante adiciones de fundente. Se emplearán sustratos de hierro fundido ferrítico 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 cilindros 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 cilindros.
Debe asegurarse que los cilindros recubiertos cumplan los requisitos industriales.
Demostración de múltiples ciclos de reacondicionamiento de cilindros 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 cilindros de hierro fundido nodular, tradicionalmente difíciles de soldar.
Con este objetivo, el proyecto aborda:
- Diseño optimizado de la composición de materiales para recubrimientos y sustratos colados
- Estrategias de monitorización y control del proceso
- Simulaciones de desgaste y modelización predictiva
- Estrategias de postprocesado adaptadas
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.
- Sustratos de hierro fundido adaptados con soldabilidad mejorada.
- Aleaciones de polvo HSS personalizadas para reducir el uso de materias primas críticas manteniendo el rendimiento.
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 cilindros reacondicionados cumplan los requisitos industriales de dureza, rugosidad y resistencia al desgaste.
RenewRolls proporcionará:
- Metodologías demostradas para la modelización térmica y de desgaste de cilindros de trabajo
- Nuevas aleaciones de hierro fundido optimizadas para compatibilidad con DED-LB/P
- Polvos metálicos personalizados con contenido reducido de materias primas críticas
- Sistemas fiables de monitorización y control para el procesamiento industrial de cilindros
- Diseño y validación de cilindros de trabajo reparables para laminación en caliente
- Demostradores de cilindros nuevos y reacondicionados producidos mediante LC y EHLA
- Protocolos de reacondicionamiento validados y listos para su implementación a escala piloto
- Menor número de sustituciones de cilindros
- Tiempos de parada más cortos y mejora de la productividad
- Menor inventario de repuestos y reparaciones bajo demanda más rápidas
- Una transición desde consumibles costosos hacia activos de capital sostenibles
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 cilindros nuevos (15–17 t de acero colado, ~5.8–10.4 MWh y ~6.6–10.4 tCO₂ por cilindro), el reacondicionamiento reduce significativamente:
- Consumo de energía
- Emisiones de CO₂
- Demanda de materias primas vírgenes
- Metalurgia de polvos y aleaciones diseñadas a medida
- Compatibilidad de la metalurgia de fundición con procesos de deposición aditiva
- Monitorización in-situ de procesos y ciencia del control adaptativo
- Modelos digitales para simulación y optimización de procesos
Tekniker
(Spain)
Project leader
AZTERLAN Metallurgy Research Centre
(Spain)
Rina Consulting
(Italy)
Acciaierie d'Italia
(Italy)
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- Programa: RFCS-2025
- Presupuesto total: 1,600,138.758€
- Contribución de la UE (60%): 960,083.25€
- Duración: 42 meses (06/2026 – 12/2029)
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.