Il laminatoio è un impianto per la lavorazione a caldo o a freddo dei materiali caratterizzati da plasticità più o meno marcata e, in particolare, dei metalli. Il laminatoio è costituito essenzialmente da due o più cilindri generalmente ad assi paralleli e ruotanti in senso contrario tra loro, in mezzo ai quali viene fatto passare il pezzo da lavorare, detto massello.
Affinché i cilindri possano afferrare il massello e lavorarlo, è necessario che esistano determinate proporzioni tra il diametro dei cilindri, la loro distanza mutua e le dimensioni del massello. I cilindri sono sostenuti da telai e il complesso dei due telai con i cilindri è detto gabbia di laminazione; più gabbie destinate alla stessa laminazione formano un treno di laminazione.
Qualsiasi metallo, o sue leghe, può essere laminato, così il ferro e l’acciaio, il rame, l’ottone, l’alluminio, le leghe leggere, etc. La maggior parte degli oggetti metallici provengono da laminazione.
Il laminato finito può essere un prodotto piano (lamiera) oppure un prodotto lungo (profilato). Nel primo caso i cilindri del laminatoio sono lisci; nel secondo sono sagomati in negativo e la sagoma è detta “calibro”. Il prodotto è ottenuto con lavorazioni successive alla laminazione e a ogni passaggio il calibro assume progressivamente la sagoma finale.
Dal punto di vista funzionale, i laminatoi possono essere reversibili e unidirezionali.
Nei laminatoi reversibili il materiale viene laminato in un senso e successivamente nell’altro, scorrendo su appositi tavoli a rulli avanti e indietro siano a che sia stato ottenuto il grado di riduzione voluto. In questo caso a ogni passata viene ridotta progressivamente la distanza tra i cilindri del laminatoio.
I laminatoi unidirezionali sono disposti in serie (treno di laminazione) e ogni laminatoio contribuisce parzialmente alla riduzione.
In genere i laminatoi reversibili sono destinati alla produzione piccola e media, mentre quelli continui unidirezionali sono utilizzati per produzioni su larga scala.
LAMINAZIONE
Nel processo di laminazione il prodotto in lavorazione, con l’azione di appropriate forze, subisce deformazioni plastiche permanenti: schiacciamento, stiramento e allargamento; quest’ultimo può essere regolato dalla sagoma dell’eventuale calibro, come nel caso dei profilati, mentre è libero, per esempio, nella produzione di lamiere.
Queste deformazioni, specialmente nell’acciaio, si riflettono sulla struttura del materiale, ne aumentano la coesione cristallina incrementandone la resistenza alla trazione (nella direzione della laminazione) e la durezza, ma nello stesso tempo le conferiscono fragilità. Questa caratteristica negativa viene eliminata sottoponendo il materiale a ricottura, trattamento che nei prodotti laminati a caldo si compie normalmente alla fine del ciclo di laminazione, mentre nei prodotti laminati a freddo deve essere compiuto durante il ciclo.
LAMINATOIO A CALDO
Questo tipo di laminatoio richiede il preventivo riscaldo o “calda” del massello prima della laminazione (preriscaldo). Il laminatoio a caldo è tipico per la lavorazione dell’acciaio.
Il materiale viene colato dai forni fusori in lingotti, che vengono riscaldati, normalmente in forni a pozzo, a circa 1250 °C e passati al laminatoio sbozzatore, dove la loro sezione trasversale viene considerevolmente ridotta (in inglese blooming o slabbing). Il laminato (blumo) viene impiegato per la produzione di travi, profili strutturali, tubi senza saldatura, etc. oppure tagliato per accorciarne la lunghezza ed ottenere billette destinate alla fucinatura oppure alla laminazione di vergella, barre, rotaie, etc. A seconda degli impianti, le billette possono essere prodotte anche direttamente da colata continua.
Dal blooming si possono ottenere anche lingotti a forma di piastra (bramma o slab) destinati alla produzione di prodotti piani (coils e lamiere). A ogni passata l’acciaio si raffredda e dopo un certo numero di passate esso deve venire di nuovo riscaldato. Gli impianti maggiori sono quelli per le lamiere di grosso spessore e possono essere larghi 3 metri e più, mentre quelli per lamiere sottili sono più piccoli.
LAMINATOIO A QUARTO
Si tratta di un impianto utilizzato per la laminazione a caldo delle bramme. Può essere reversibile o irreversibile, in genere è dotato di quattro rulli (da qui il temine “quarto”) configurati a seconda delle esigenze; due rulli sono a contatto con il materiale e due rulli esterni fungono da sostegno. I rulli superiori e inferiori sono guidati da motori separati. I rulli inferiori, a contatto con il foglio che viene laminato, sono di diametro minore rispetto ai rulli di sostegno superiore.
Con questo processo si ricavano lamiere da treno quarto.
LAMINATOIO A FREDDO
Alcuni prodotti, come per esempio le lamiere sottili, i nastri, etc. richiedono la laminazione a freddo; questa conferisce una maggiore precisione nelle misure del prodotto finito, un più accurata finitura della superficie ed infine migliori proprietà meccaniche.
Per la laminazione a freddo il materiale deve essere ricotto. Questo, dopo poche pressate, si incrudisce e deve subire un’ulteriore ricottura.
Un particolare tipo di laminatoio a freddo è il laminatoio di trafila per fili metallici. In questo caso si parte da un massello tondo e già di una certa sottigliezza (vergella). La sagoma in questo caso è detta trafila e consta di un foro conico calibrato. La vergella viene forzata ad attraversare il foro da cui esce il filo. La trafila è ricavata da una piastra di acciaio al cromo o al tungsteno di grande durezza. Per fili molto sottili si ricorre a trafile di diamante.
LAMINATOIO PERFORATORE E A PASSO PELLEGRINO
I laminatoi più interessanti sono quelli che producono i tubi di acciaio senza saldatura (sistema Mannesmann). Per tale produzione occorrono due laminatoi speciali.
Il primo di essi è un laminatoio a caldo, detto perforatore; esso opera la foratura di un lingotto cilindrico o di una barra tonda, e si compone di due cilindri a doppia conicità che, pur giacendo in piani paralleli e verticali, formano tra loro un angolo e inoltre ruotano nello stesso senso, al contrario di ciò che avviene in un comune laminatoio. Il massello, riscaldato a circa 1200 °C, si dispone, in conseguenza della forza cui viene sottoposto dai cilindri, lungo la bisettrice dell’angolo formato dagli assi dei cilindri: sotto l’azione di queste forze, l’asse interno centrale del massello si lacera. Un’apposita spina perforatrice allarga questa lacerazione dandole a poco a poco una forma a cavità circolare.
Si è così formato un tubo corto e tozzo che viene passato al secondo laminatoio speciale, detto a passo pellegrino (cioè con movimento alternato di avanti e indietro), che provvede a stirare il tubo per tratti successivi e fino al diametro voluto. Generalmente la fabbricazione a passo del pellegrino viene limitata a pochi diametri fondamentali; si ottengono poi tutte le altre misure di diametro con altri laminatoi da trafila, a caldo o a freddo.