Lubricantes en Acerías: Laminación en Caliente, Colada Continua y Trefilado
La industria siderúrgica opera en condiciones extremas: temperaturas superiores a 1.000°C en la colada continua, agua de refrigeración a alta presión en la laminación y cargas de contacto brutales en el trefilado. Seleccionar el lubricante correcto en cada punto no es solo una cuestión de eficiencia — es la diferencia entre producción continua y parada no planificada de varios millones de euros.
⚠ Puntos críticos en lubricación de acerías: Los aceites de laminación emulsionables deben ser completamente solubles en agua sin dejar residuos aceitosos en el producto acabado. En colada continua, la grasa de oscilación de moldes (mold flux powder ≠ mold oscillation grease) contiene grafito o MoS₂ y resiste lavado por agua a alta presión. En trefilado de acero al carbono, los jabones reactivos de sodio o calcio se convierten in situ en lubricante sólido por reacción con la superficie metálica.
1. Laminación en Caliente: Aceites Emulsionables y Neat
En la laminación en caliente, el desbaste de acero pasa entre rodillos a temperaturas entre 900°C y 1.250°C. El lubricante tiene dos funciones principales: reducir el rozamiento en la mordida (coeficiente de fricción objetivo 0,06–0,12) y refrigerar los rodillos de trabajo. Existen dos tecnologías principales según el tipo de producto y la velocidad de laminación.
1.1 Aceites Emulsionables (Hot Rolling Oil Emulsifiable)
Se utilizan en trenes de laminación en caliente de bandas anchas (hot strip mills), chapas gruesas (plate mills) y secciones. Se dosifican como emulsión al 1–5% en agua sobre los rodillos de trabajo mediante colectores de boquillas de alta presión. El aceite base suele ser mineral parafínico Grupo I o II con aditivos EP de ésteres naturales (colza, soja) para biodegradabilidad parcial.
| Parámetro | Laminación Banda Caliente | Laminación Chapa Gruesa | Laminación Alambrón |
|---|---|---|---|
| Temperatura material | 900–1.100°C | 1.050–1.250°C | 900–1.050°C |
| Velocidad salida | 10–25 m/s | 1–4 m/s | 80–140 m/s |
| Tipo lubricante | Emulsión 1–3% | Neat puro o emulsión 3–5% | Seco o grafito acuoso |
| Viscosidad base | VG 10–32 | VG 32–68 | — |
| Caudal refrigeración | Alto (descamado 150–200 bar) | Moderado | Muy alto (enfriamiento rápido) |
| Residuo en chapa | Cero (combustión completa) | Mínimo | Cero |
1.2 Aceites Neat (Hot Rolling Oil Neat)
En laminadoras Steckel, trenes reversibles de chapa y laminación de acero inoxidable, se aplica aceite puro (neat) sin dilución directamente sobre la banda antes de entrar en la caja. La cantidad aplicada es muy pequeña (0,3–1,5 g/m²) pero crítica para la calidad superficial. Deben combustionar limpiamente sin dejar residuos carbonosos en la chapa.
Criterio de selección neat:Punto de humo (smoke point) >200°C para minimizar emisiones en zona de laminación. Contenido en ésteres naturales (palm, éster de pentaeritritol) 30–60% para biodegradabilidad parcial y buen comportamiento EP natural. Punto de inflamabilidad >220°C (COC) por seguridad industrial.
1.3 Lubricación de Rodamientos y Reductores en Laminación
Los rodamientos de los cilindros de apoyo (backup rolls) trabajan bajo cargas radiales extremas (hasta 40.000 kN en trenes de banda ancha). La lubricación hidrostática (Oil/Air o Oil-mist) es habitual en rodillos de trabajo de alta velocidad. Los reductores principales de los trenes de laminación (capacity 5–30 MW) utilizan aceites CLP EP VG 220–460 con sistema de circulación forzada, filtración 10 µm absoluto y termostatado a 45–55°C.
| Punto de Lubricación | Lubricante | Método | Particularidad |
|---|---|---|---|
| Rodamientos backup rolls | Aceite CLP VG 220 | Circulación + colectores | Sellado laberinto por agua de descamado |
| Reductores principales | CLP EP VG 320–460 | Circulación forzada | Filtro offline 6 µm + enfriador |
| Rodillos de trabajo (eje) | Grasa Ca-sulfonato NLGI 2 | Automático centralizado | Resistencia agua alta presión |
| Rodillos de mesa de enfriamiento | Grasa Ca-sulfonato NLGI 1 | Centralizado automático | T hasta 300°C exterior |
| Caja de cambios laminadora | PAO EP VG 220 | Circulación | Intervalo análisis 2.000h |
| Guías y regletas | Pasta grafito + MoS₂ | Manual | Renovar cada cambio de calibre |
2. Colada Continua: Grasas de Oscilación de Moldes y Lubricación de Rodillos
La colada continua es el proceso más crítico de la siderurgia moderna. El acero líquido a 1.550–1.650°C se vierte en el molde de cobre refrigerado por agua, donde solidifica parcialmente formando la piel de la palanquilla o planchón. El molde oscila verticalmente (frecuencia 60–300 cpm, carrera 3–10 mm) para evitar que el acero se pegue al cobre. Este movimiento requiere lubricación extrema.
2.1 Lubricantes de Oscilación de Moldes (Mold Oscillation Lubricants)
DISTINCIÓN CRÍTICA: El polvo de colada (mold flux powder o mold powder) que se aplica sobre la superficie del acero líquido en el molde es un flux inorgánico (mezcla de SiO₂, CaO, Na₂O, F), NO un lubricante convencional. Su función es aislar térmicamente y lubricar la interfase acero solidificado/cobre. Los lubricantes de oscilación se aplican en los mecanismos de movimiento del molde, no en el interior del molde.
Los mecanismos de oscilación del molde (hidráulicos o mecánicos por excéntrica) trabajan en uno de los entornos más agresivos de la industria: temperatura ambiental 80–150°C, polvo de grafito y flux omnipresente, agua de refrigeración en spray constante y vibraciones de alta frecuencia. Los requisitos para las grasas son excepcionales.
| Punto de Lubricación | Grasa / Aceite | Especificación | Frecuencia |
|---|---|---|---|
| Rótulas oscilación (excéntrica) | Grasa Ca-sulfonato NLGI 2 EP + MoS₂ | EMCOR ≤ 1; Timken ≥ 45 lb | Centralizado automático cada 15 min |
| Guías lineales oscilación | Grasa Ca-sulfonato NLGI 1 + grafito 5% | Resistencia agua >80% SKF W265 | Centralizado 8 min |
| Rodamientos excéntrica principal | Grasa Li-complex NLGI 2 + EP | T trabajo 80–120°C, T pico 150°C | Manual mensual + centralizado |
| Cilindros hidráulicos oscilación | Aceite HV VG 46 con aditivos AW/EP | ISO 4406 clase 16/14/11 | Cambio anual + análisis |
| Rodillos arrastre (segment rolls) | Grasa Ca-sulfonato NLGI 2 | Resistencia agua alta presión >500 bar | Centralizado cada 30–60 min |
| Placas guía palanquilla | Pasta grafito + Cu | Punto fusión >900°C (grafito puro) | Manual por turno |
2.2 Línea de Enfriamiento Secundario y Corte
Tras el molde, la palanquilla o planchón sigue solidificándose en la zona de enfriamiento secundario (spray de agua). Los rodillos de soporte y arrastre de esta zona reciben spray de agua directamente. La grasa debe tener resistencia al lavado excepcional (SKF W265 EMCOR ≤ 1 en agua marina, ya que el agua de refrigeración puede llegar a 50–80°C y contiene escamas de óxido de hierro abrasivas).
Sistemas centralizados en colada continua: Una línea de colada continua puede tener 800–1.500 puntos de engrase centralizados. Los sistemas progresivos (para grasa) y de doble línea (para aceite y grasa) dosifican en ciclos cortos (5–30 min) para compensar el lavado constante. La avería de un sistema centralizado obliga a parada de línea en pocas horas.
3. Trefilado: Jabones Reactivos y Aceites de Estiramiento
El trefilado es la reducción de sección de alambre o varilla metálica por tracción a través de hileras (dies) de carburo de tungsteno. La reducción de área por pasada es del 10–30%, con velocidades que van de 1 m/s (alambre grueso) hasta 30–50 m/s (alambre fino de acero al carbono para neumático). La presión de contacto en la hilera es de 500–1.500 MPa. El lubricante debe llenar el ángulo de entrada de la hilera (ángulo semivértice 3–8°) formando una película de presión hidrodinámica.
3.1 Trefilado de Acero: Jabones Reactivos (Dry Drawing)
El trefilado en seco (dry drawing) de acero al carbono utiliza jabones reactivos en polvo que reaccionan con la superficie de fosfato de cinc del alambre (pretratamiento superficial obligatorio) formando una película sólida de estearato de cinc in situ. Este mecanismo es único: el lubricante no preexiste como película — se genera químicamente durante el proceso.
| Tipo de Trefilado | Material | Lubricante | Pretratamiento | Temperatura Jaula |
|---|---|---|---|---|
| Seco (dry) grueso | Acero C 5,5–16 mm | Jabón Ca/Na reactivo seco | Decapado + fosfato + cal | 80–120°C (caja jabón) |
| Seco (dry) fino | Acero C 0,5–5 mm | Jabón Na reactivo fino + lubricante base | Fosfato Zn + jabón Na reactivo | 60–100°C |
| Húmedo (wet) muy fino | Acero C {'<'}0,5 mm (cord neumático) | Emulsión jabón + aceite sintético | Fosfato + sulfato de cobre activador | {'<'}50°C (refrigerado) |
| Húmedo no ferroso | Cobre, aluminio, latón | Aceite emulsionable VG 5–15 | Decapado ácido (sin fosfato) | {'<'}40°C |
| Estirado en frío tubo acero | Tubo sin soldadura | Jabón sólido + aceite soluble | Fosfato Mn (mayor adherencia) | Ambiente |
3.2 Trefilado Húmedo de No Ferrosos: Cobre y Aluminio
El trefilado húmedo de cobre (para hilo eléctrico) es completamente diferente al trefilado en seco de acero. La máquina de trefilado múltiple (multi-die drawing machine) sumerge todos los tambores y hileras en un baño común de emulsión. El lubricante debe ser completamente compatible con el cobre (sin azufre activo, que mancharía el hilo), transparente (inspección visual del alambre) y con excelente capacidad de enfriamiento.
Cobre eléctrico
- Emulsión 3–8% aceite nafténico
- Sin azufre activo (manchas Cu)
- pH 8,5–9,2 (evitar corrosión)
- Conductividad ≤ 400 µS/cm
Aluminio y aleaciones
- Aceite mineral blanco o sintético VG 5–10
- Sin cloro ni azufre activo
- Alta lubricidad (ésteres naturales)
- Compatible post-trefilado (sin residuo)
Latón (hilo soldadura)
- Emulsión semisintética pH 8,5–9,0
- Inhibidor Zn (evita decinzificación)
- Concentración 4–8%
- Control bacterias (biocida mensual)
4. Sistemas Auxiliares: Hidráulico, Compresores y Refrigeración
Una acería completa integra docenas de sistemas hidráulicos de alta potencia, compresores de aire (para el sistema de soplado y corte), sistemas de transmisión de potencia y equipos de refrigeración. La lubricación de estos sistemas secundarios es igual de crítica que la lubricación de proceso — una avería hidráulica detiene la producción tanto como un problema en los rodillos.
| Sistema | Lubricante | Clase ISO 4406 | Intervalo Cambio | Análisis |
|---|---|---|---|---|
| Hidráulico cizalla de corte | HLP VG 46 o HV VG 46 | 17/15/12 | 6.000h o anual | Cada 1.000h |
| Hidráulico descamador 200 bar | HLP VG 68 con antidesgaste | 16/14/11 | 4.000h | Cada 500h |
| Compresor aire (tornillo) | PAO VG 46 compresor | — | 4.000h o 2 años | Anual |
| Reductor puente grúa | CLP EP VG 220 | — | 2 años | Cada 1.000h |
| Motor eléctrico (rodamientos) | Grasa poliurea NLGI 2 | — | Cada 2.000h | Inspección anual |
| Sistema centralizado grasa | Ca-sulfonato NLGI 1–2 EP | — | Revisión mensual | EMCOR + cono por lote |
5. Análisis de Lubricantes en Acería: Parámetros Clave
El análisis de lubricantes en una acería es imprescindible dado el coste de las paradas no planificadas (una línea de colada continua parada cuesta 50.000–200.000 €/hora en producción perdida). El programa de análisis debe cubrir los sistemas más críticos con alta frecuencia.
| Parámetro | Equipo objetivo | Límite acción | Causa habitual en acería |
|---|---|---|---|
| Hierro (Fe) por ICP | Todos los aceites | >300 ppm (alarma), >600 ppm (crítico) | Desgaste rodamientos por partículas de escama |
| Silicio (Si) por ICP | Hidráulico, reductores | >20 ppm = entrada de polvo | Polvo refractario (SiO₂, Al₂O₃) de hornos |
| Agua (KF) | Hidráulico, reductores | >0,1% alarma, >0,3% crítico | Fugas refrigeración, condensación |
| Viscosidad a 40°C | Todos | ±10% del nuevo | Dilución con agua o combustible |
| TAN (ASTM D664) | Aceite turbina, hidráulico | >0,5 mgKOH/g por encima del nuevo | Oxidación acelerada por alta temperatura |
| Partículas (ISO 4406) | Hidráulico servo | Clase >19/17/14 = cambio filtro urgente | Desgaste interno o contaminación externa |
| Plomo (Pb) ICP | Reductores con engranajes de fundición | >50 ppm | Desgaste antifricción en cojinetes babbitt |
| Cobre (Cu) ICP | Reductores con corona bronce | >100 ppm | Ataque EP azufre activo sobre bronce |
Preguntas Frecuentes sobre Lubricación en Acerías
¿Cuál es la diferencia entre aceite emulsionable y neat en laminación?
El aceite emulsionable se diluye en agua (1–5%) y se aplica en grandes volúmenes principalmente para refrigeración. El aceite neat se aplica puro en pequeña cantidad (0,3–1,5 g/m²) directamente sobre la banda para reducir la fricción en la hilera. Los neat tienen mayor contenido en ésteres y mayor punto de inflamabilidad.
¿Qué grasa usar en los rodillos de arrastre de la colada continua?
Grasa de sulfonato de calcio NLGI 2 EP con alta resistencia al lavado (EMCOR ≤ 1 en agua a 80°C, SKF W265 > 80%). El sulfonato de calcio ofrece la mejor relación entre resistencia al agua, protección anticorrosión y estabilidad térmica hasta 180°C continuo.
¿Por qué se usa jabón reactivo en el trefilado de acero y no aceite convencional?
El jabón reactivo (estearato sódico o cálcico) reacciona con el fosfato de cinc del pretratamiento superficial del alambre formando estearato de cinc in situ. Esta película sólida tiene una capacidad de carga mucho mayor que cualquier aceite líquido y no migra fuera de la zona de contacto bajo las presiones extremas del trefilado (500–1.500 MPa).
¿Con qué frecuencia analizar el aceite hidráulico del descamador?
Cada 500 horas de operación o mensualmente si hay alta utilización. El sistema de descamado a 150–200 bar está muy expuesto a contaminación por agua de enfriamiento y polvo de escama de óxido de hierro. La limpieza ISO 4406 clase 16/14/11 es el mínimo para proteger las válvulas hidráulicas de alta precisión.
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