Uma revisão do problema da romboidade no lingotamento contínuo de tarugos
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O documento discute a romboidade no lingotamento contínuo de tarugos, um problema que ocorre quando a seção transversal do tarugo não é perfeitamente retangular. A romboidade é causada por resfriamento não uniforme no molde, levando a diferenças de espessura da casca. Isso causa problemas na laminação. Várias estratégias são discutidas para minimizar a romboidade, como controle do nível de aço e da transferência de calor no molde.
Uma revisão do problema da romboidade no lingotamento contínuo de tarugos
- 1. Uma revisão sobre romboidade no lingotamento contínuo de tarugos Jorge Madías 43º Seminário de Aciaria da ABM, Belo Horizonte, Brasil, 20-23 de maio de 2012
- 2. Conteúdo 2 Introdução Avaliação da romboidade Conseqüências no lingotamento e laminação Influência do tipo de aço Mecanismo de formação Experiências industriais Conclusões
- 3. Introdução 3 A romboidade é um problema conhecido desde os primeiros tempos do lingotamento de tarugos e blocos Porém, durante a última década na partida de diversas máquinas de concepção moderna esse defeito de forma tem ocorrido com freqüência, exigindo trabalhos de melhora constante para poder minimizá-lo Assim, é interessante revisar a literatura antiga e recente sobre o problema
- 4. Avaliação da romboidade 4 Uma primeira avaliação é a simples vista, por observação na câmara de refrigeração O canto obtuso se observa mais frio e o canto agudo mais quente Também a observação do corte com maçarico permite ter uma idéia
- 5. Avaliação da romboidade 5 Diferentes escenários à saída do molde: romboidade em todos os veios, com partes escuras e outras parte brilhantes nas faces romboidade em todos os veios, mas cor uniforme na saída do molde forte romboidade em um ou dois veios, com orientação variável forte romboidade em um ou dois veios, com orientação fixa
- 6. Avaliação da romboidade 6 Variação a longo dos tarugos
- 7. Qualidade tarugo / laminação 7 A romboidade está usualmente acompanhada por trincas off-corner nos cantos com ângulo obtuso Dependendo da magnitude da romboidade, as trincas off-corner podem continuar em forma diagonal, seguindo o caminho do encontro entre os grãos colunares que provêm das duas faces ligadas ao canto obtuso Isto sugere uma ligação entre os mecanismos de formação das trincas off-corner e da romboidade
- 8. Qualidade tarugo / laminação 8 Romboidade, trincas off-corner e diagonais
- 9. Qualidade tarugo / laminação Já no reaquecimento, a romboidade pode trazer dificuldades na movimentação dos tarugos, particularmente nos fornos empurradores os tarugos saltam na entrada do forno, causando uma pilha ou embolamento 9
- 10. 10 Qualidade tarugo / laminação A falta de esquadria é considerada severa se supera os 6 mm – 8 mm ou 4% - 5% Para máquinas novas, os fornecedores de equipamento garantem 1% ou 2% de romboidade, segundo os casos Em um caso recente se estabeleceu índice de romboidade menor que 9 mm como padrão de utilização normal A laminação de corridas com diferença entre diagonais entre 10 mm e 13 mm podia ser realizada com calibração especial para suportar tais valores A calibração clássica tipo passe caixa-caixa vai exigir canais mais largos para acomomodar o rombóide
- 11. Influência do tipo de aço 11 O aço medio carbono tem maior tendência QIT DDS Gerdau Açominas
- 12. Influência do tipo de aço 12 Caminho de solidificação particular
- 13. Influência do tipo de aço 13 Em comparação com os aços de menor teor de carbono, que apresentam baixa transferência de calor no molde, eles têm uma maior transferência de calor Com respeito aos aços de alto carbono, a faixa de solidificação é bem menor Para o aço de médio carbono, a extração de calor no molde é razoável (4.500 kW/m2) e ao mesmo tempo a faixa de solidificação é estreita (50°C) Essa combinação não é similar para os aços de baixo carbono (baixa transferência de calor, 2.500 kW/m2) e os aços de alto carbono (faixa de solidificação ampla, 100°C)
- 14. Influência do tipo de aço 14 Por modelamento, se a transferência de calor no molde decresce 25% numa dada posição e sobe 25% em outra, a diferença de espessura da pele 25 mm abaixo do menisco é de 1 mm para um aço de 0,32% C 0,4 mm para um aço de 0,84% C 0,2 mm para um aço de 0,12% C
- 15. Mecanismo de formação 15 No início tem sido proposta a possibilidade de ter romboidade no molde, devido à distorção, na região logo abaixo do menisco, e que a romboidade fique amplificada no veio Isto explica bem o fato conhecido da observação de cortes transversais macroatacados, de que o canto obtuso tem menor espessura de casca à saída do molde do que o canto agudo, por conta do maior espaço entre o molde e o veio, diminundo assim a transferência de calor Porém, seria difícil explicar uma romboidade grande, já que a distorção do molde está longe de ser tão importante.
- 16. Mecanismo de formação 16 Logo, foi proposta a formação no molde de uma casca fraca em dois cantos opostos, e grossa nos outros dois cantos A seção é levada a uma forma fora de esquadro pelo resfriamento secundário, devido a que a temperatura cai mais rápido onde a casca tem maior espessura (por maior condução do calor) e a contração não é uniforme, dando lugar ao ângulo agudo nos cantos frios e ao ângulo obtuso nos cantos quentes
- 17. Mecanismo de formação 17 Inicial Posterior
- 18. Mecanismo de formação 18 Causas para a solidificação não uniforme no molde marcas de oscilação, mais profundas nos cantos obtusos distorção do molde fervura intermitente da água falta de alinhamento entre o molde e a camisa d’água formação de depósitos por baixa qualidade da água resfriamento secundário Mais recentemente, as variações de nível de aço no molde, a resposta do óleo de lubrificação e sua influência sobre a transferência de calor
- 19. Mecanismo de formação 19 Comportamento do óleo segundo a temperatura do molde
- 20. Mecanismo de formação 20 Efeito das variações de nível de aço no molde Se o molde estiver quente, a região perto do menisco estaria “seca” Se o menisco sobe, a temperatura máxima do molde o acompanha, de uma região sem óleo a outra com óleo líquido Quando isso acontece, o óleo vaporiza e a transferência de calor cresce 20% Se pelo contrário, o menisco desce, a temperatura máxima do molde move para uma região com pouco óleo Neste caso não vai ter lugar um aumento da transferência de calor (a menos que em partes localizadas o veio tenda a colar-se ao molde, devido ao atrito)
- 21. Mecanismo de formação Efeito das variações de nível de aço no molde quando o nível de metal sobe em uma parte e desce em outra, a variação de nível implicar uma diferença na espessura da casca entre ambas as regiões Tarugos com romboidade maior apresentaram grandes variações do nível de aço 21
- 22. Mecanismo de formação 22 Tarugos obtidos mediante lingotamento submerso e lubrificação com pó fluxante usualmente não apresentam uma romboidade significativa Isto é mais um argumento em favor da importância da transferência de calor e o controle do nível de molde Com pó fluxante, a máxima transferência de calor ao nível do menisco está na ordem dos 2.500 kW m- 2, quase a metade da registrada com óleo
- 23. Mecanismo de formação 23 Lingotamento aberto vs. submerso
- 24. Casos 24 Gerdau Açominas Máquina de cinco veios partida em 1999 Em 2001 produzia um milhão de toneladas, 35% de aço de médio carbono. Perto de 20% do sucateamento de tarugos nesse ano foi por causa da romboidade Um plano de melhora, que deu certo, teve um número de ações tão grande que é difícil deduzir quais foram os fatores de maior peso
- 25. Casos 25 Gerdau Açominas Reduzir 35% o teor de enxofre visado cuidados com montagem das válvulas no distribuidor superaquecimento no distribuidor entre 25°C e 30°C limitar velocidade de lingotamento em 3,6 m/min máxima iniciar campanha com molde novo, inspecionar o molde em 60 corridas, se em bom estado, continuar até 120 corridas; logo se em bom estado vai para o estoque para serem usados para outros tipos de aço reduzir nível de aço no molde de 70% para 55% todos os moldes com rolos de pé e duplo estágio em todos os veios, com folga negativa (1º rolo -0,1 mm; 2º rolo -0,2 mm comissão interna para cuidar de alinhamento, obstrução dos bicos e substituição dos bicos no resfriamento secundário reduzir 10% a pressão da extratora.
- 26. Casos 26 ArcelorMittal Monlevade Ante um aumento de sucateamento de tarugos por romboidade em 1999, uma equipe de trabalho levou a cabo uma atividade para resolver o problema A romboidade ocorria em poucos veios Reduzindo a velocidade de lingotamento normalmente conseguia-se uma melhoria nos resultados Os casos mais graves ocorriam com moldes muito usados Algumas ocorrências não podiam ser explicadas com base nesses parâmetros
- 27. Casos 27 ArcelorMittal Monlevade Ações implantadas para reverter os elevados índices de sucateamento Solução de defeitos eletro-mecânicos existentes; Alinhamento geral da máquina de lingotamento contínuo; Revisão do sistema de resfriamento secundário; Redução do superaquecimento do aço no distribuidor adequação e monitoramento das águas de resfriamento. Com a partida de um novo alto forno mudaram as condições ao aumentar a velocidade de lingotamento, diminuir a disponibilidade da máquina para manutenção, ter variações do sobreaquecimento, e ter os equipamentos com sobrecarga Foram feitos experimentos para os aços de médio e alto teor de carbono, variando em forma simultânea o nível de aço no molde, a velocidade de lingotamento e a vida da lingoteira; a aplicação dos resultados foi bem sucedida
- 28. Casos 28 ArcelorMittal Piracicaba Importante ocorrência de romboidade na partida da máquina de lingotamento contínuo em 2001 Até 11% de corridas com romboidade sobre o total de corridas produzidas, no mês de dezembro Plano de ação, baseado na metodologia das seis sigmas
- 29. Casos 29 ArcelorMittal Piracicaba Ações implantadas Melhorar o alinhamento das camisas d’água Reduzir a campana dos moldes a um máximo de 670 horas Padronizar e aferir os medidores de pressão e vazão de água Posicionar os rolos de pé, de maneira a possibilitar a interferência sobre as faces do tarugo Reduzir a taxa de resfriamento de água primária Estabelecer critérios para limpeza e troca de bicos de spray, troca e alinhamento de bananas e checagem do sistema após verificação do trabalho
- 30. Casos 30 Villares Metals Romboidade (e trincas off-corner) no lingotamento de tarugos de aço válvula martensítico SAE HNV3 (C 0,45%, Si 3,15%, Cr 8,2%) Observou-se em cortes transversais macroatacados que a severidade das trincas off corner era maior à medida que a diferença das diagonais atingia valores próximos a 10 mm Por metalografia encontraram-se carbonetos de cromo, situação semelhante àquela encontrada na região dos defeitos em algumas válvula
- 31. Casos 31 Villares Metals Ações implantadas Ajustes dos rolos de pé: alinhamento dos dois conjuntos de rolos; folga máxima de 0,25 mm (anteriormente 1 mm) Resfriamento secundário: várias modificações para assegurar vazão uniforme de água Mesa de oscilação: nivelamento Refrigeração do molde: modificação para aumentar a vazão em 150 l/min e atingir uma velocidade de passagem de água de cerca de 8 m/s Introdução de desmineralizador e medidores de vazão
- 32. Conclusões 32 A romboidade é um problema antigo do lingotamento contínuo de tarugos, particularmente quando se utiliza óleo como lubrificante entre o veio e o molde. Porém continua-se informando ocorrências do defeito, mesmo em máquinas novas Originado no molde, provavelmente nos primeiros centímetros solidificados, e ligado com as características do aço e com a transferência de calor no molde, o problema tem sido atribuído geralmente a condições não uniformes do resfriamento primário As estratégias utilizadas para minimizar sua ocorrência variam de planta a planta e mesmo em diferentes situações operacionais de uma dada máquina. Do ponto de vista de pesquisa, falta ainda uma explicação aprimorada dos mecanismos para sua formação, já que os propostos na literatura só explicam parcialmente a geração do problema