Laminazione a freddo di prodotti piani: storia ed evoluzione

L’evoluzione della produzione del foglio di alluminio negli ultimi vent’anni

di Massimo Moschini, Ciro Sinagra (Laminazione Sottile Spa); Nicola Gioachin (Mino Spa)

La produzione dei fogli di alluminio risale all’inizio del XX secolo. Prima del 1900 piccole quantità di fogli di alluminio venivano prodotte attraverso il martellamento, un processo laborioso e costoso. Tuttavia fu solo nel 1908 che la produzione dei fogli di alluminio in spessori inferiori a 0.05 mm iniziò realmente con il cosiddetto processo di “Pack Rolling” basato su un brevetto rilasciato dall’imprenditore svizzero Alfred Gautschi nel 1908. Il processo includeva il taglio di un foglio di alluminio spesso in piccoli pezzi impilandoli l’uno sull’altro e laminandoli ripetute volte. Ma fu solo nel 1910 che il processo di laminazone ha iniziato a fare passi in avanti quando Robert Victor Neher e il suo collaboratore Dr. Edwin Lauber brevettarono un metodo per produrre nastri e fogli in modo continuo usando un avvolgitore automatico simile a quello usato per lo stagno: producevano nastri di alluminio utilizzabili in quantità pari a 200 kg/mese in spessori di 0.03-0.04 mm.
I fogli di alluminio vennero velocemente impiegati per rivestire il cioccolato e verso la metà del decennio vennero prodotti fogli di alluminio colorati, goffrati e stampati. Tra il 1910 e il 1920 alcuni problemi relativi al processo di produzione di fogli di alluminio furono risolti impiegando cesoie circolari al posto delle seghe a nastro, ricuocendo le bobine di nastro appena tagliate e rettificando i cilindri di laminazione.
Uno dei pionieri della moderna tecnologia di produzione dei fogli di alluminio è stato Rheinische Blattmetall, fondatore dell’azienda Rebag a Grevenbroich in Germania. Fondata nel 1922, la Rebag impiegava metodi in grado di laminare i fogli di alluminio di larghezza pari a 320 mm ad una velocità 12-24 m/min e con uno spessore medio di 0.012 mm. Dopo la fine della seconda guerra mondiale, la produttività giunse ad una larghezza di laminazione pari a 510 mm ed ad una velocità di laminazione di 80-90 m/min. Tra il 1950 e il 1960 la produzione dei fogli di alluminio subì una crescita dinamica, con nuovi investimenti nella tecnologia che portarono ad uno sviluppo di laminatoi a due, tre e successivamente a quattro cilindri. Questo portò ad ulteriori miglioramenti nelle macchine ausiliarie e a speciali attrezzature come avvolgitori e spianatrici, dispositivi di uscita, cesoie da taglio, unità di trasporto delle bobine e seghe per i lingotti. Verso la seconda metà del 1950, fu possibile laminare nastri di larghezza pari a 1100 mm ad una velocità di 500 m/min. La marcia trionfale dei fogli di alluminio come materiale isolante per imballaggi flessibili ebbe luogo nel 1963 quando fu possibile raggiungere spessori al di sotto dei 9 micron: i laminatoi utilizzavano cilindri in acciaio di elevata purezza che impedivano la formazione di fori durante la laminazione ed in seguito divenne anche possibile ridurre la viscosità del fluido di laminazione aumentando così ancor di più la velocità di laminazione e migliorando la qualità del processo di ricottura.
Verso la fine del 1960 era possibile produrre fogli di alluminio di spessori pari a 0.0065 mm, simili per spessore ai fogli utilizzati attualmente per imballaggi di liquidi asettici. All’inizio del 1970 fu commissionata la prima linea di laminazione con trasporto integrato e tecnologia di immagazzinamento automatico per nastri e bobine. Verso la metà del 1970 le velocità di laminazione raggiunsero i 1500 m/min e la larghezza del laminato raggiunse i 1500 mm. La rugosità del cilindro è aumentata passo dopo passo utilizzando materiali raffinati tramite il processo di “electroslag” (Electroslag remelting process); questo processo è utilizzato per rifondere e raffinare acciai e leghe speciali per creare prodotti di elevata purezza. Durante questo periodo fu integrato per la prima volta un controllo di spessore del nastro con adattamenti totalmente idraulici all’interno della gabbia di laminazione. Il controllo di spessore inserito sostituì gli adattamenti elettromeccanici utilizzati fino ad allora e consentiva un elevato grado di controllo dinamico basato sulla misura del gap tra i cilindri. Negli anni ’80 furono conseguiti sviluppi significativi nella tecnologia dei laminatoi con miglioramenti nel processo produttivo, nella tecnologia di comando dei motori, nei controlli e nelle strumentazioni.
Le sempre maggiori velocità di laminazione hanno portato ad una crescita nelle richieste di planarità e spessore del nastro necessitando quindi di una misura dello spessore totalmente automatica, di un display di visualizzazione e di un controllo della planarità del nastro. Furono sviluppati laminatoi sesti ed una tecnologia CVC (Continuous Variable Crown). Nel 1987, la velocità di laminazione delle nuove unità raggiunse 2200 m/min e una larghezza di laminazione di 1800 mm; i fogli di alluminio destinati agli imballaggi flessibili furono laminati ad uno spessore inferiore a 0.00635 mm. Nel 1990, l’attenzione fu riposta sull’ottimizzazione e l’automatizzazione dell’intero impianto di laminazione a freddo (laminatoi intermedi e finitori). Ciò includeva l’ottimizzazione dell’impianto per garantire la salvaguardia dell’ambiente (purificazione dell’aria di scarico), la salute degli operatori sul luogo di lavoro e la sicurezza. Oggi sono disponibili sul mercato impianti di laminazione in grado di laminare fogli di alluminio con larghezze fino a 2500 mm ed è possibile produrre fogli di alluminio con uno spessore pari a 0.006 mm ad una velocità di laminazione di 2500 m/min.
I laminati d’alluminio: applicazioni principali

Imballaggi rigidi
Negli ultimi 40 anni l’imballaggio rigido ha mostrato una riduzione del peso di circa il 40% (figura 1). Le lattine destinate al “beverage” sono state sottoposte ad una riduzione di spessore da 0.30 a 0.25 mm e ad un aumento della velocità di produzione da 1200 a 2500 lattine/min.
L’aumento del contenuto di magnesio dallo 0.9% all’1.1% e il contenuto di rame dallo 0.06% allo 0.15% hanno permesso un aumento considerevole della resistenza. Per le lattine destinare al “food” lo spessore è stato ridotto da 0.24 a 0.17 mm con un aumento della velocità di produzione da 150 a 250 colpi/min. Per quanto riguarda la produzione di capsule farmaceutiche, i nuovi strumenti avanzati possono raggiungere velocità di 550 colpi/min e lo spessore è stato ridotto da 0.24 a 0.19 mm.

Imballaggi flessibili
Negli ultimi 40 anni l’imballaggio flessibile ha mostrato una riduzione dello spessore di circa il 35-40% (figura 2) I coperchi sono stati sottoposti ad una riduzione del peso di circa il 40%, con una riduzione dello spessore da 0.050 a 0.029 mm. L’utilizzo di strumenti di termosaldatura a induzione al posto di strumenti di strumenti di termosaldatura a conduzione ha permesso miglioramenti considerevoli nella tecnologia di produzione. Per il polilaminato, lo spessore è stato ridotto da 0.009 a 0.006 mm, con una riduzione in peso fino al 35%. Il processo di produzione ha visto lo sviluppo di controlli digitali avanzati nella stampa: l’utilizzo di stampanti flessografiche a tono continuo ha permesso alla tecnologia di produzione di progredire ed ha esteso la gamma delle possibili applicazioni.

Scambiatori di calore
Già nel 1950 gli scambiatori di calore in alluminio entrarono moderatamente nell’industria automobilistica. Con l’introduzione della tecnica di saldobrasatura la produzione su larga scala di scambiatori di calore in alluminio iniziò a fiorire. Una crescita significativa nell’utilizzo di scambiatori di calore in alluminio derivò dai vantaggi relativi al processo di brasatura ad atmosfera controllata (Nocolok®- processo di brasatura introdotto da ALCAN). L’introduzione di leghe a “lunga vita” altamente resistenti alla corrosione migliorò ulteriormente le prestazioni degli scambiatori di calore in alluminio. Un aumento di domanda relativo agli scambiatori di calore in alluminio derivò principalmente dalla crescita della produzione dei sistemi di aria condizionata per le automobili e alle nuove applicazioni dovute all’aumento delle prestazioni del motore. Negli anni le attività di ricerca e sviluppo delle leghe e gli sforzi di ottimizzazione del processo specifico di produzione del prodotto hanno permesso una riduzione di spessore significativa dei materiali degli scambiatori di calore in alluminio, consentendo una riduzione considerevole di peso e costo (Figura 3). Gli scambiatori di calore con tubi di rame ed alette in alluminio hanno visto una riduzione in spessore da 0.15 a 0.09 mm; quelli rivestiti di alluminio (clad) con alette di alluminio hanno visto ridurre il loro spessore del 50% (alette da 0.15 a 0.08 mm, tubi da 0.40 a 0.22 mm).

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