Lubricantes para Laminadores de Acero y Trefilado Industrial

Introducción: la siderurgia como banco de prueba del lubricante

Ningún sector industrial somete a los lubricantes a condiciones tan extremas como la laminación de acero y el trefilado. Un laminador en caliente opera con rodillos de trabajo que alcanzan superficies a 800–1200 °C mientras el refrigerante inunda la zona de contacto. Un cold mill exige, por el contrario, aceites de proceso de bajísima viscosidad y pureza extrema para no contaminar la superficie del acero laminado. Y una trefiladora en seco basa toda su lubricación de contacto en jabones sólidos que se consumen a medida que el alambre arrastra el polvo hacia la hilera.

Esta diversidad de mecanismos tribológicos exige que el ingeniero de mantenimiento o el técnico de lubricación diferencie con precisión qué tipo de lubricante corresponde a cada punto: lubricante de proceso (en contacto con el acero laminado), lubricante de cojinete (rodamientos y cojinetes de los rodillos), aceite de reductores (cajas de engranajes de la línea) y, en algunas instalaciones, grasas especiales para zonas de altísima temperatura como los rodamientos del transportador de palanquilla o las coronas de galvanizado.

Este artículo describe cada tipo de laminador y trefiladora con los parámetros técnicos clave, los lubricantes adecuados y las normas de referencia. Al final incluimos un cuadro comparativo y las pautas para el análisis de emulsión en circuito cerrado.

1. Laminadores en caliente (Hot Rolling Mills)

1.1 Condiciones del proceso

En el laminado en caliente, la palanquilla o planchón de acero ingresa al tren de laminación a temperaturas de entre 1100 y 1250 °C. Los rodillos de trabajo — de fundición especial, acero forjado o acero de herramientas — se calientan superficialmente durante el contacto y se refrigeran inmediatamente después mediante caudales de agua a alta presión (hasta 200 bar) o mediante emulsión agua-aceite.

La función del lubricante de proceso en el hot mill no es solo reducir la fricción entre rodillo y acero, sino también formar una película de protección sobre la superficie del rodillo que retarde su desgaste y mejore el acabado superficial de la banda o perfil laminado. Una película lubricante demasiado delgada incrementa el coeficiente de fricción (valores típicos 0,25–0,35 en hot mill sin lubricación de rodillo, bajando a 0,15–0,20 con emulsión), lo que aumenta la carga sobre los husillos, el consumo eléctrico y el desgaste del rodillo.

1.2 Lubricantes de proceso: emulsiones agua-aceite

El lubricante de proceso estándar en hot rolling es una emulsión diluida al 2–5 % de aceite en agua, aplicada por boquillas sobre la zona de entrada del rodillo. El concentrado puede ser:

• Base éster (ésteres de ácidos grasos naturales o sintéticos): mejor biodegradabilidad, mejor adherencia al rodillo caliente, superior lubricidad a alta temperatura gracias a la polaridad de los grupos éster. Recomendado para aceros de alta calidad y chapas finas de automóvil.
• Base mineral con emulsificadores no iónicos: más económico, aceptable para perfiles estructurales y barras. Viscosidad del concentrado ISO VG 46–100.
• Formulaciones mixtas mineral/éster: equilibrio entre coste y prestaciones; muy habituales en trenes de bandas calientes de producción masiva.

La emulsión se prepara en depósitos de 50.000–200.000 litros y circula en bucle cerrado. El pH se mantiene entre 7,5 y 9,0. Concentraciones medidas con refractómetro manual o de brix en línea; el factor de corrección del refractómetro varía según el concentrado (el proveedor debe indicar el factor k).

1.3 Lubricación de cojinetes de rodillos: grasa Li-Ca NLGI 2-3

Los cojinetes de los cilindros de trabajo y de respaldo en un hot mill están sujetos a tres agresiones simultáneas: temperatura, agua de refrigeración y cargas radiales y axiales muy elevadas. Las grasas de jabón de litio-calcio NLGI 2 o 3 son la elección predominante porque combinan:

• Alta resistencia al lavado por agua (prueba Emcor ISO 11009: corrosión 0-1 en condiciones de salpicadura severa)
• Punto de goteo superior a 180 °C (grasa Li-Ca complejo puede superar 250 °C)
• Aditivos EP para soportar las cargas impulsivas del proceso de laminación
• Inhibidores de corrosión para proteger cojinetes de rodillos de fundición durante paradas

El engrase se realiza mediante sistemas centralizados de grasa con líneas de distribución progresivas o por inyección puntual. Los intervalos dependen del tipo de rodamiento: cojinetes de rodillos cónicos en el cuello de la caja (chock) requieren engrase frecuente (cada 4–8 h en producción continua) debido al arrastre de agua.

2. Laminadores en frío (Cold Rolling Mills)

2.1 Exigencias específicas del aceite de proceso en frío

El cold rolling produce acero laminado en frío de alta calidad superficial, usado en carrocería de automóvil, electrodomésticos y envases de hojalata. A diferencia del hot mill, aquí el aceite de proceso entra en contacto directo con la superficie final del acero y debe cumplir una exigencia adicional: no contaminar ni dejar residuo en el acero que dificulte la soldadura, el pintado o el recubrimiento posterior.

Por esto, los aceites de laminación en frío deben cumplir simultáneamente:

• Viscosidad muy baja: VG 15–32 (para formar película EHD muy delgada y garantizar reducción de espesor de banda sin planing)
• Ausencia total de aditivos EP a base de azufre o cloro: los compuestos azufrados activos a alta temperatura reaccionarían con el acero y producirían manchas de sulfuro de hierro visibles tras el recocido
• Alto grado de refinado (hidrocracking o hidrotratamiento severo):garantiza burn-off limpio en el horno de recocido — los residuos de aceite no refinado generan hollín que mancha la bobina
• Temperatura de proceso controlada por debajo de 60 °C: el sistema de refrigeración de la emulsión mantiene la temperatura de la emulsión circulante. A mayor temperatura la emulsión se inestabiliza y se incrementa el crecimiento microbiano

2.2 Cajas de laminación: reductor y cojinetes de empuje

Las cajas de laminación del cold mill integran reductores principales que transmiten potencias de 5–20 MW por caja. Estos reductores de engranajes helicoidales de alta relación de reducción requieren aceite EP VG 220–320 con formulación antidesgaste y antiespumante especificada para reducir la temperatura del aceite (temperatura de sump típica 60–80 °C, máximo 90 °C).

Los cojinetes de empuje (thrust bearings) que absorben el esfuerzo axial del proceso de laminación — especialmente en molinos reversibles — trabajan a mayores cargas específicas y requieren aceite EP VG 68–100 con aditivos de presión extrema de alto índice de viscosidad para minimizar el cambio de viscosidad con la temperatura.

3. Trefiladoras: seco, húmedo y metales no ferrosos

3.1 Trefiladoras en seco de acero: jabón sólido en caja

En el trefilado en seco de alambres de acero de diámetro 2–15 mm reducidos a 0,5–5 mm, la lubricación se realiza mediante jabones sólidos en polvo — estearato de calcio (Ca-stearate) o estearato de sodio (Na-stearate) — aplicados en una caja de jabón (soap box) por la que pasa el alambre a velocidades de 0,5 a 10 m/s.

El mecanismo es de lubricación de película reactiva: el jabón se calienta por fricción en la hilera (dado de trefilado de carburo de tungsteno o diamante policristalino), forma una capa plastificada de jabón metálico que separa el alambre del dado y se arrastra hacia adelante como residuo sólido en la superficie del alambre. Este residuo (portador de jabón) protege también el alambre durante el almacenamiento hasta su posterior tratamiento (galvanizado, recocido, plastificado).

Parámetros a controlar en el jabón seco:

• Granulometría del jabón en polvo: 0,1–1 mm para buen transporte en la caja
• Temperatura de la caja de jabón: controlada a 40–70 °C (el jabón seco no debe fundirse en la caja)
• Pureza química del jabón: el estearato de Ca grado técnico contiene 9–11 % de calcio, sin contaminantes metálicos que rayen la hilera
• Consumo por tonelada de alambre: 1–4 kg/t según reducción de sección y velocidad

3.2 Trefiladoras en húmedo de acero: emulsión por inmersión

Para alambres muy finos (diámetro inferior a 1 mm) y para hilos de acero de alta tensión (prestressing wire, acero muelle), el trefilado en húmedo sumerge el conjunto de dados y devanadores en un baño de emulsión al 5–10 % de aceite de trefilado en agua. El lubricante actúa simultáneamente como refrigerante y como lubricante de contacto.

El aceite concentrado para emulsión de trefilado húmedo debe tener:

• Lubricidad de extrema presión moderada (no agresiva) sin corrosión al cobre (prueba de lámina de cobre ASTM D130: máximo grado 1)
• Estabilidad microbiana: pH 8,5–9,5 con adición de biocidas de tipo formaldehído liberador o isotiazolona a concentraciones aprobadas por la autoridad ambiental local
• Bajo espumado: el baño de inmersión se agita vigorosamente y la espuma deteriora la lubricación de los dados
• Fácil decantación de finos metálicos: los finos de acero se separan por sedimentación o filtros magnéticos

3.3 Trefilado de cobre y aluminio: lubricantes libres de mancha

El hilo de cobre para conductores eléctricos (wire rod de 8 mm a 0,05 mm de diámetro) es el producto de mayor valor añadido del sector. El lubricante no puede contener compuestos que oxiden o manchen el cobre (sin azufre activo, sin cloro, sin aminas secundarias que formen nitrosaminas). Los lubricantes de emulsión sintética para trefilado de cobre se formulan con aceites sintéticos (ésteres poliol o PAG de baja viscosidad) y emulsificadores no iónicos libres de nitrógeno amínico.

El aluminio es incluso más sensible: cualquier contaminante clorado reacciona con el aluminio formando cloruro de aluminio, que destruye la hilera y genera picaduras en el conductor. Las emulsiones de trefilado de aluminio se formulan a pH neutro (6,5–7,5) para evitar ataque alcalino al metal ligero.

4. Bar Mills y Rod Mills: lubricación de rodamientos de rodillos de guía

Los trenes de barras (bar mills) y de alambrón (rod mills) producen perfiles largos (redondos, cuadrados, ángulos) y alambrón de 5,5–20 mm en rollos. A diferencia del laminador de banda, en estos trenes los rodillos de guía son rodillos pequeños (20–150 mm de diámetro) montados en cajas de guía intercambiables que se cambian cada turno o cada pocos días.

Los rodamientos de estos rodillos de guía trabajan a velocidades perimetrales de la banda de hasta 100–120 m/s (rod mill de alta velocidad) y a temperaturas de pieza de 900–1100 °C que calientan el entorno. La grasa de litio NLGI 2-3 con inhibidores de corrosión y aditivos antidesgaste (zinc dithiophosphate o Mo) es estándar. El punto de goteo debe superar 180 °C.

En los rod mills de alta velocidad (bloque reductor final a 50–120 m/s), los rodamientos del bloque de acabado se lubrican con aceite circulante a presión (no grasa) de viscosidad VG 32–46 con aditivos antioxidantes, porque las temperaturas y velocidades hacen imposible el engrase con grasa convencional (la grasa se lanza por fuerza centrífuga fuera del rodamiento).

5. Líneas de Galvanizado en Caliente (Hot-Dip Galvanizing)

En las líneas de galvanizado continuo (como las integradas en plantas de acero plano para chapa de automóvil o bobina de construcción), la tira de acero sumergida en el baño de zinc fundido a 450–460 °C es el mayor desafío de lubricación de la instalación. Los rodamientos de la zona del baño de zinc (sink roll y stabilizing rolls) trabajan sumergidos o semi-sumergidos en zinc líquido a 450 °C: ningún lubricante convencional sobrevive a estas condiciones.

5.1 Grasas especiales para zona de zinc fundido

Los rodamientos del sink roll se lubrican con grasas de temperatura extrema:

• Grasa PFPE (perfluoropoliéter) con espesante PTFE: temperatura de servicio hasta 260 °C continuo, resistente al zinc fundido; precio muy elevado (80–300 €/kg) pero imprescindible para rodamientos sin posibilidad de sustitución frecuente. Punto de goteo superior a 280 °C.
• Grasa de bentonita (espesante mineral inorgánico): no tiene punto de goteo real (el espesante no es jabón metálico); resistente a temperaturas superiores a 300 °C; menor coste que la PFPE; adecuada para rodamientos de bolas de soporte de los rollos externos.

5.2 Reductores de la línea de galvanizado

Los reductores de velocidad de los módulos de entrada/salida y de los rodillos de deflexión de la línea de galvanizado funcionan en ambiente hostil (zinc en suspensión, temperaturas ambiente de 40–60 °C en la zona del horno) y se lubrican con aceite sintético PAO VG 220, cuya alta estabilidad oxidativa permite alargar los intervalos de cambio a 8.000–16.000 h frente a las 4.000–6.000 h de un aceite mineral equivalente.

6. Norma ISO 15380: clasificación de lubricantes de laminación

La norma ISO 15380:2011 establece los requisitos y la clasificación de los aceites hidráulicos y de proceso biodegradables para maquinaria de laminación y equipos metálicos. Define cuatro tipos según la base química:

• Tipo A (HETG — Hydraulic Environmental Triglyceride): aceites vegetales naturales o ésteres triglicéridos. Alta biodegradabilidad (> 60 % en 28 días OECD 301B). Para cold mills en zonas ambientalmente sensibles.
• Tipo B (HEES — Hydraulic Environmental Ester Synthetic): ésteres sintéticos. Mayor estabilidad térmica y oxidativa que los triglicéridos. Mejor para hot mills y emulsiones de proceso.
• Tipo C (HEPG — Polyalkylene Glycol): PAG de alta biodegradabilidad. Excelentes propiedades lubricantes, pero incompatibles con pinturas y sellos de caucho NBR convencionales. Revisar compatibilidad antes de usar en sistemas con sellos estándar.
• Tipo D (HEPR — Hydraulic Environmental Polyalpha Olefin): PAO de baja toxicidad acuática. La clasificación más usada en lubricantes de proceso modernos para laminación de acero de alta calidad.

La norma también especifica requisitos de toxicidad acuática (CL50 > 100 mg/L), bioeliminabilidad e inhibición del lodo activo. En plantas cercanas a cursos de agua o en zonas de alta sensibilidad ecológica, el uso de lubricantes ISO 15380 tipo A o B puede ser exigido por la autorización ambiental integrada (IPPC/IED).

7. Análisis y Control de Emulsión en Circuito Cerrado

Los sistemas de emulsión de un cold mill o de un hot mill operan en circuito cerrado con depósitos de 50.000–250.000 litros. El control analítico de la emulsión es tan crítico como el control del proceso de laminación, ya que una emulsión degradada provoca: rayaduras en la banda, desgaste acelerado de rodillos, problemas de limpieza en el horno de recocido y riesgo de incendio (punto de inflamación de la emulsión concentrada, no del agua). Los análisis de rutina incluyen:

7.1 Concentración: medición con refractómetro

El refractómetro de mano o de proceso mide el índice de refracción de la emulsión diluida. La lectura en grados Brix se multiplica por el factor de corrección k del fabricante (normalmente 1,0–2,5) para obtener el porcentaje real de concentrado. Frecuencia mínima: 1 vez por turno en frío, 2 veces en caliente. Rango objetivo: 2–5 % en hot mill, 1–3 % en cold mill (según ficha técnica del concentrado).

7.2 pH de la emulsión

El pH debe mantenerse entre 8,0 y 9,5. Una caída del pH por debajo de 7,5 indica contaminación con aceite de proceso metalúrgico (aceites ácidos), acumulación de ácidos orgánicos por oxidación o proliferación bacteriana anaerobia que produce ácidos grasos volátiles. pH por encima de 9,5 puede indicar dosificación excesiva de concentrado alcalino o contaminación con fluidos hidráulicos alcalinos.

7.3 Contaminación microbiana

El recuento de bacterias se realiza con dipslides (placas de inmersión EASICULT o similar) e incubación a 37 °C durante 48 h. Valor normal: < 10.000 UFC/mL. Por encima de 1.000.000 UFC/mL la emulsión huele a sulfuro de hidrógeno (H2S) y la lubricidad se degrada severamente. Las bacterias sulfato-reductoras (SRB) son las más peligrosas: producen FeS que mancha el acero y HS2 corrosivo.

7.4 Metales de desgaste y contaminantes

El análisis por espectrometría de emisión atómica (ICP) determina los metales disueltos o en suspensión en la emulsión: hierro (Fe), cromo (Cr, procedente de los rodillos de trabajo forjados), manganeso (Mn) y zinc (Zn, si hay contaminación por la línea de galvanizado aguas abajo). El exceso de partículas metálicas cataliza la oxidación de la emulsión y actúa como abrasivo.

8. Tabla Comparativa: Tipo de Laminador y Lubricantes

9. Criterios de Selección Práctica y Errores Frecuentes

9.1 No mezclar lubricantes de proceso con aceites de reductores

El error más frecuente en pequeñas y medianas instalaciones de laminación es usar el mismo aceite para la emulsión de proceso y para el reductor de la caja de laminación. Los aceites de reductor contienen aditivos EP de azufre-fósforo que alteran la química de la emulsión, deterioran los emulsificadores y producen espuma. Siempre mantener circuitos completamente separados.

9.2 Temperatura de servicio vs. punto de goteo de la grasa

La regla general es que la temperatura máxima de servicio continua de una grasa debe estar al menos 50 °C por debajo de su punto de goteo. Para cojinetes de hot mill a 120 °C de temperatura de cojinete, se requiere grasa con punto de goteo mínimo de 170 °C; las grasas Li-Ca complejo con punto de goteo de 250+ °C ofrecen el margen necesario.

9.3 Compatibilidad de grasas al cambiar de producto

Al sustituir una grasa Li-Ca por una grasa PFPE o de bentonita en los rodamientos del sink roll de galvanizado, es imprescindible una limpieza mecánica completa del cojinete. Las mezclas de grasa Li con PFPE pueden generar separación de aceite y pérdida de consistencia. Seguir el protocolo de purga del proveedor de grasa.

9.4 Formato de suministro y trazabilidad en el envasado

En las instalaciones de laminación, los lubricantes se consumen en grandes volúmenes: el aceite de reductor principal de un cold mill puede requerir 5.000– 15.000 litros por cambio. El concentrado de emulsión se suministra en IBC de 1.000 L o en cisternas. Las grasas de cojinetes de laminación se suministran preferentemente en cubos de 18 kg o tambores de 180 kg para alimentar los sistemas centralizados de engrase. La trazabilidad de cada lote — número de lote, fecha de fabricación, hoja de datos de seguridad actualizada — es exigida por los sistemas de gestión de mantenimiento CMMS y por las auditorías ISO 9001.

10. Conclusión: la lubricación como factor productivo en la siderurgia

La selección correcta de lubricantes en un tren de laminación o una línea de trefilado no es solo una decisión de mantenimiento: impacta directamente en la calidad superficial del acero producido, en el consumo eléctrico de las cajas de laminación, en la vida útil de los rodillos y dados, y en la conformidad ambiental de la instalación.

Los puntos clave a retener son: (1) separar siempre el lubricante de proceso del lubricante de cojinete y del aceite de reductor; (2) en hot mill, priorizar emulsiones base éster con alta lubricidad y buena biodegradabilidad; (3) en cold mill, exigir aceites de alta pureza sin EP activo; (4) en zonas de zinc fundido, la única opción viable es PFPE o bentonita; (5) el control analítico de la emulsión es parte del proceso de calidad, no solo del mantenimiento.

En FILLCORE INDUSTRIAL envasamos lubricantes para la industria siderúrgica en los formatos requeridos por cada punto de uso: desde cartuchos de grasa de 400 g para engrase manual de rodamientos de guía hasta IBC de 1.000 L para concentrados de emulsión. Cada envase incluye etiquetado según el Reglamento CLP, ficha de datos de seguridad en el idioma del cliente y número de lote para trazabilidad completa.

¿Necesita lubricantes siderúrgicos envasados a medida?

Envasamos emulsiones de laminación, grasas de alta temperatura y aceites EP en los formatos y cantidades mínimas que su proceso requiere. Contáctenos para un presupuesto sin compromiso.