Por qué se producen daños en las ranuras en los rollos de acero de alta velocidad y cómo solucionarlos

Los rodillos de acero de alta velocidad (HSS) se utilizan ampliamente en laminadores en caliente debido a su excelente resistencia al desgaste, larga vida útil y sólida relación costo-rendimiento. En la producción de barras de acero nervadas, los rodillos HSS pueden ofrecer un rendimiento de laminación mucho mayor que muchos materiales en rollo convencionales. Sin embargo, en la operación real del molino, el rendimiento final de los rodillos HSS depende no sólo del material en sí, sino también del diseño de la ranura, las condiciones de enfriamiento, la práctica de reparación y el control operativo.

Un caso práctico de la producción de barras nervadas mostró que pueden ocurrir dos modos de falla comunes durante el servicio de rodillos HSS: rotura del collar del rodillo entre ranuras adyacentes y desconchado o descascaramiento de la ranura en el fondo de la ranura. Estos problemas pueden afectar directamente la calidad del producto, reducir la vida útil de los rodillos y, en casos graves, incluso provocar accidentes de rodadura o tiempos de inactividad inesperados. Según el documento, estos defectos alguna vez crearon un importante riesgo oculto en la producción y condujeron a una tasa media anual de productos defectuosos de alrededor del 0,02%.

Desde el punto de vista técnico, este tipo de daño es esencialmente un proceso de falla por fatiga. Durante el laminado, las ranuras están sujetas a condiciones de trabajo complejas, que incluyen fuerza de rodadura, carga de impacto, tensión térmica repetida causada por material caliente y agua de refrigeración, así como tensión de compresión axial. Bajo estas cargas combinadas y fluctuantes, las microfisuras pueden iniciarse y propagarse gradualmente hasta que aparezcan fracturas visibles, descascaramiento o desconchado local.

El documento identifica varias razones importantes detrás del daño. Un factor clave fue la insuficiente resistencia del collarín antivuelco. En la práctica, una mayor dureza mejora la resistencia al desgaste, pero también reduce la tenacidad, lo que hace que la zona del collar sea más vulnerable a la rotura. La experiencia en diseño tradicional ya no era suficiente en las condiciones de rodadura reales. Otro factor importante fue el bajo rendimiento de refrigeración. La decoloración azul en el borde de la ranura y temperaturas superficiales superiores a 80°C indicaron que el efecto de enfriamiento fue inadecuado, lo que promovió la formación de grietas. Además, si el margen de reparación de la ranura era demasiado pequeño, podrían quedar microfisuras después del giro y luego crecer rápidamente cuando el rodillo se volviera a poner en servicio. El documento también señala que un ancho de paso excesivo de K2 y una operación inadecuada, como un contacto anormal de la guía o envoltura del rollo, podrían acelerar aún más el daño de las ranuras.

Para resolver estos problemas, se implementaron varias medidas prácticas. Primero, se aumentó la distancia entre centros de la ranura y se amplió el ancho del collarín para mejorar la resistencia del collar. Al mismo tiempo, se amplió el radio del filete de la ranura para reducir la concentración de tensiones. En segundo lugar, se actualizó el sistema de refrigeración. Se introdujo un nuevo sistema de recirculación de agua de presión media y el dispositivo de enfriamiento del rodillo se optimizó varias veces para mejorar la eficiencia de enfriamiento. Durante la producción, la presión del agua de refrigeración se mantuvo por encima de 0,5 MPa y, después de detener el laminado, la temperatura de la superficie de la ranura se controló por debajo de 35°C. En tercer lugar, se aumentó el margen de reparación para garantizar que todas las grietas en el fondo y el borde de la ranura se eliminaran por completo antes de que el rodillo volviera a funcionar. Finalmente, se aplicó un control más estricto al diseño del paso y al funcionamiento del molino para evitar sobrecargas y daños mecánicos accidentales.

Los resultados de mejora fueron muy claros. Después de aplicar estas acciones correctivas, la planta ya no experimentó repetidas roturas de collares de rodillos ni desconchados de ranuras en la producción de barras nervadas. Para el laminado de barras nervadas de 12 mm, la producción media por ranura alcanzó unas 350 toneladas, unas 230 toneladas más que la de los rodillos bainíticos. Con una vida útil más larga de las ranuras y una frecuencia de cambio de rodillo reducida, la eficiencia de la producción mejoró significativamente. El documento informa que la tasa de operación de la planta aumentó en un promedio de 2,08%, mientras que la producción anual aumentó en aproximadamente 15.000 toneladas, generando un beneficio económico considerable.

Este caso demuestra una vez más que la aplicación exitosa de los rodillos HSS no está determinada únicamente por la calidad del material. El diseño adecuado de las ranuras, una refrigeración suficiente, la eliminación completa de las grietas durante la reparación y una práctica operativa disciplinada son elementos esenciales para lograr un rendimiento estable y una máxima vida útil del rodillo. Para las acerías que buscan mejorar la eficiencia del laminado y reducir el costo total del rollo, estos detalles son tan importantes como el material del rollo en sí.