Variantes, extensions et alternatives à la localisation

A limpidez ou sanidade do produto lingotado continuamente está vinculada à distribuição de tamanhos e morfologia das inclusões não-metálicas; às concentrações residuais de hidrogênio; nitrogênio; enxofre e fósforo. Basicamente, para um dado conjunto de variáveis e parâmetros operacionais – categoria do aço, superaquecimento, velocidade de lingotamento, projeto do molde, entre outros, as trincas subsuperficiais e a formação de ―ghost lines‖ no processo de lingotamento contínuo dependem de dois parâmetros principais: taxa de extração de calor e geometria do conjunto molde/válvula submersa. A maioria dos setores críticos do processo de Lingotamento Contínuo se encontra no molde e o segmento abaixo do molde.

As fontes de inclusões e de bolhas de argônio capturadas no molde são diversas, tanto daquelas entrantes na cavidade do molde e pelo entranhamento de escória devido à existência de vórtices, especialmente, nas imediações da válvula submersa. Se estas partículas – bolhas, escórias e partículas sólidas do fluxante do molde – não são removidas, especialmente durante a operação de escarfagem, transformam-se em defeitos superficiais danosos à qualidade do produto final. Trincas transversais podem ser formadas durante o desempenamento, na raiz

19 das marcas de oscilação. THOMAS (2005) aponta que todos estes defeitos são piorados quando de elevadas flutuações da região do menisco, as quais por sua vez, dependem da distribuição de fluxos no interior do molde.

As figuras 3.18, 3.19 e 3.20 evidenciam alguns dos defeitos comuns apresentados por aços solidificados por lingotamento contínuo. Tais defeitos são oriundos de aprisionamento de inclusões como pó fluxante e alumina e ainda, fenômenos de segregação na frente de solidificação (pipe lamination) e geram desclassificação do produto placa devido a estar fora das especificações de clientes por condições físicas, químicas e mecânicas.

Figura 3.18 - Efeito de inclusões sobre a criação e conexão de vazios durante a deformação do aço lingotado. (Zhang et Tomas, 2006).

Figura 3.19 - Defeitos superficiais em aços laminados em formas de tiras: (a) sliver, (b) e (c) blisters e (d) pipe lamination (apud British Iron and Steel Research Association, London, 1958).

20 a) b)

Figura 3.20 - a) Inclusões na superfície de bolhas em lingotes de aço; (Zhan et al. 2004) b) inclusões na superfície das bolhas em aços lingotados continuamente. (Zhang et Taniguchi, 2001).

De acordo com KUBOTA et al. (2001), taxas de lingotamento da ordem de 4,5 toneladas / minuto, implicam em velocidade do jato de aço líquido na saída das portas da SEN próxima de 1,8 m/s ou maior. O jato de aço líquido pode causar o aprisionamento de partículas do material fluxante na poça de aço ou aprisionamento de inclusões oxidas e de bolhas de argônio na porção mais profunda do veio. As partículas do fluxante do molde, bolhas e inclusões não metálicas são capazes de gerar defeitos como: Blisters e Slivers. Por isso, é essencial a redução da velocidade do jato de aço líquido nas imediações da SEN de modo a reduzir ou minimizar a freqüência de ocorrência de defeitos. No entanto, é necessário manter o suprimento de calor na região do menisco de modo a manter a operação de lingotamento estável, garantindo a fusão estável do fluxante e com isto a capacidade lubrificante do mesmo. Mudanças na forma, ângulo, área da saída das portas da SEN e profundidade de imersão da SEN, além da vazão de aço entrante no molde, podem ser provocadas com vista no controle da distribuição de fluxos de aço na região do menisco e da SEN. Contudo, mudanças de forma e ângulo das portas da SEN podem ser causadas pela ocorrência de erosão ou entupimento da SEN. A figura 3.21 apresenta os mecanismos responsáveis pela geração dos defeitos Blisters e Slivers.

21 Figura 3.21 - Fenômenos ocorrentes no molde na máquina de LC, formação dos defeitos Blister e Sliver (KUBOTA et al, 2001).

De uma maneira geral, se pode resumir os defeitos como Blisters, Slivers, Aprisionamento de Pó Fluxante, Scab e Lamination como defeitos oriundos de inclusões no Molde, com algumas particularidades que os diferenciam:

BLISTERS: Inclusões de escória (blister, ou bolha, ou cavidade) são aleatoriamente

distribuídas na superfície da placa. Elas são normalmente visíveis somente em superfícies livres de carepa ou em superfícies escarfadas. As causas de Blister são: o aprisionamento de bolhas, de inclusões e de escória residual na pele, devido ao nível inadequado de aço no molde e práticas operacionais que perturbam o menisco; imperfeições da pele do veio devido a pó de lingotamento incrustado que foi capturado do molde; as inclusões não metálicas provenientes do aço; válvula submersa defeituosa, com perfuração ao nível de aço no molde. A figura 3.22 exemplifica a ocorrência do defeito bolha tubular na placa lingotada e sua conseqüência no produto final, ou seja, após laminação da placa lingotada se apresentando como Blister na Bobina.

22 Figura 3.22- Bolha tubular na placa lingotada e sua conseqüência no produto final (Carvalho, 2008).

SLIVERS: O defeito Sliver (Lascas), é causado pela presença de inclusões devido ao

aprisionamento de pó fluxante por ação de vórtice e ou alta velocidade superficial. A figura 3.23 é referente à presença de inclusão de pó fluxante com conseqüências no produto final.

Figura 3.23- Inclusão de pó fluxante e sua conseqüência no produto final (Carvalho, 2008).

APRISIONAMENTO DE PÓ FLUXANTE: Também chamado de IP (Incrustação de Pó

23 causado por grande turbulência no molde. As figuras 3.24 e 3.25 apresentam respectivamente os elementos característicos do tipo de inclusão e seu aspecto e conseqüência no produto final.

Figura 3.24- Elementos químicos característico de pó fluxante (Carvalho, 2008).

Figura 3.25- Aspecto microscópico da inclusão de pó fluxante e sua conseqüência no produto final (Carvalho, 2008).

SCAB: De acordo com a JFE (2010), o defeito denominado ―Scab/Mold Powder‖,

24 forno de reaquecimento de placas e má escarfagem, sendo o primeiro o mais provável. A figura 3.26 apresenta detalhe do defeito Scab.

Figura 3.26- Detalhe do defeito Scab com superfície exposta com cavaco (Carvalho, 2008).

LAMINATION: Defeitos oriundos do arraste de pó fluxante e escória do molde que são

gerados no molde de lingotamento contínuo por possível turbulência no menisco, são chamados de Lamination. A figura 3.27 apresenta detalhe do defeito Lamination e sua conseqüência no produto final

25 A figura 3.28, apresenta a caracterização da ocorrência dos defeitos bem como o percentual estatístico de ocorrência de cada defeito em uma dada usina siderúrgica (Carvalho 2008).

Figura 3.28- Caracterização da ocorrência dos defeitos Slivers, Lamination, Blisters e Scab (Carvalho, 2008).

Trincas e micro-trincas são um dos mais sérios de todos os defeitos ocorrentes durante o processo de solidificação do aço líquido. Brimacombe e Sorimachi (1977) classificaram as origens das trincas, sistematicamente. De acordo com estes pesquisadores as forças internas e externas maiores concentram-se para provocar a geração e propagação de trincas. Durante a solidificação, as trincas superficiais e internas podem ser resultantes dos gradientes de temperatura, sob a forma transversal e longitudinal na superfície, conforme mostrado nas figuras 3.29 e 3.30.

26 Figura 3.29 - Exemplo de trincas transversas formadas durante o processo de solidificação via lingotamento contínuo (BRIMACOMBE & SORIMACHI, 1977).

Figura 3.30 - Tipo de defeitos em uma placa lingotada continuamente: trincas transversais, longitudinais, trincas faciais, trincas de quinas, colônia de trincas; pinholes, marcas de oscilação; macroinclusões. (BRIMACOMBE & SORIMACHI, 1977).

O defeito Trinca longitudinal é um defeito superficial típico, que ocorre nas proximidades do centro da largura da placa e apresenta características metalográficas típicas, tais como, segregação local de fósforo, de carbono, de manganês e de enxofre tanto na direção do comprimento quanto na profundidade. Segundo Valadares et al (2002), as trincas longitudinais faciais desenvolvem-se na direção do comprimento e da espessura do veio e ao longo das segregações. A figura 3.31 apresenta uma fotografia de uma trinca longitudinal no centro da face de uma placa de lingotamento continuo.

27 Figura 3.31 - Trinca Longitudinal no centro da face de uma placa de lingotamento Contínuo. (Valadares et al, 2002).

Os aços com teor de carbono de 0,09% e até 0,17% apresentam altíssimo potencial de ocorrência de Trincas Longitudinais. Nestes aços, após a reação Peritética, que ocorre a 1493°C, estariam presentes a ferrita delta e a austenita, com acentuada tendência à contração por causa da diferença de densidade entre a ferrita delta e a austenita.

No caso dos aços alto carbono, a presença da fase líquida alivia muito as tensões geradas pelas transformações de fase. Por apresentarem pouca variação volumétrica logo abaixo da reação peritética, tanto o aço alto carbono como o baixo carbono dão origem a uma superfície lisa no produto lingotado.

A tabela 3.I apresenta um balanço das fases austenita, ferrita delta e líquido, imediatamente antes e após a temperatura peritética.

28 As trincas longitudinais geralmente se formam no molde e podem aparecer em diferentes formas. Elas podem se abrir ainda mais na zona de resfriamento secundário e mesmo resultar em Breakouts. A propensão a Trincas Longitudinais aumenta com o seguinte:

 Grandes larguras de placas;

 Altas temperaturas de lingotamento (elevado Super-Heat);

 Teores de Carbono na faixa do Peritético, entre 0,08% e 0,145%, causando contrações e gaps;

 Teores de Enxofre abaixo de 0,0030% e acima de 0,020%;

 Velocidade de lingotamento não adequada para o pó-fluxante selecionado;  Profundidade de imersão não adequada para a válvula submersa (SEN);  SEN descentralizada;

 Controle inadequado do nível de aço no molde;  Baixo desempenho do pó de lingotamento;

Segundo a JFE (2010), as trincas longitudinais podem ocorrer em diferentes formas e em diferentes posições na placa de lingotamento contínuo conforme segue:

Trincas Superficiais Longitudinais Profundas de Face Larga:

Estas trincas se formam, na maioria das vezes, no meio das faces largas das placas, freqüentemente em uma depressão. Elas podem se estender por todo o comprimento do veio e podem apresentar profundidade de até 50mm.

A causa seria o resfriamento desigual do molde devido a:

 Condição inadequada ou forma inadequada das paredes do molde, ou resfriamento (por água) inadequado do molde;

 Baixo desempenho do pó do molde (baixa lubrificação, má formação de camada superficial de escória);

 Condições inadequadas do molde, tais como controle do nível de aço no molde, fluxo assimétrico, válvula submersa fora de centro.

Conseqüentemente, se observa o crescimento desigual da pele ao longo do perímetro da mesma, com diferenças na espessura da pele de até 15mm na saída do molde. Isto causa tensões transversais que resultam em trincas longitudinais justamente quando a pele do veio

29 não é forte o suficiente para suportar tensões elevadas. O alinhamento acurado do molde, com os ―foot rollers‖ e o primeiro segmento de rolos de suporte (Segmento 0) também é importante, já que, de outra forma, o gap pode se formar entre a pele e a parede do molde. Trincas de Início de Seqüência, Longitudinais e Profundas:

Apresenta a mesma aparência das trincas longitudinais profundas. Estas trincas se iniciam a uma curta distância após o começo da primeira placa.

Tem por causa a tensão térmica devido ao resfriamento desigual durante o preenchimento do molde. A utilização de um pó de partida pode ajudar. O arranjo não apropriado da sucata de refrigeração, colocada na cabeça da barra falsa, pode impedir a contração da placa.

Trincas Longitudinais Curtas:

Estas trincas, a maioria com comprimentos entre 8 e 100mm com profundidade de até 10mm, podem estar distribuídas em toda a superfície da placa e, geralmente, estão espalhadas aleatoriamente. Freqüentemente não são detectadas durante a escarfagem.

Todas as causas citadas previamente são causas destas trincas, mas principalmente aquelas que resultam em crescimento desigual da pele e tensões térmicas e também resfriamento não uniforme pelos sprays.

Trincas Longitudinais Próximas aos Cantos:

Estão localizadas próximas dos cantos dos veios, nas faces largas ou estreitas da placa. São de comprimento e profundidade variáveis. Freqüentemente são acompanhadas de Bulging da face estreita e de trincas internas. Trincas longitudinais próximas às quinas são freqüentemente precursoras de um ―breakout‖.

Tem por causa o ―taper‖ insuficiente das faces estreitas do molde, de tal forma que a pele do veio contrai de maneira antecipada. O ―taper" excessivo da face estreita causa cambagem da pele da face larga, especialmente nas quinas. Outras causas podem estar relacionadas a resfriamento insuficiente das faces estreitas e também ajuste incorreto dos rolos de suporte dos lados estreitos.

A ocorrência de trinca longitudinal em baixas velocidades de lingotamento pode ser explicada pela baixa velocidade de fluxo no menisco de acordo com a JFE (2010). Pode ser estimado que em baixas velocidades de fluxo do menisco, para o qual ocorre menor suprimento de fluxo de calor ao mesmo, se observam condições características de "menisco frio"; com a

30 possível formação de ilhas de material solidificado, baixa velocidade de fusão do pó fluxante e conseqüente deficiência de lubrificação. A contramedida adotada para isto é proposta na tabela 3.II. Imersões menores, por exemplo, 120 mm, e alta taxa de vazão de argônio no tampão (10l/min) são recomendadas. Ainda de acordo com esta tabela as condições para formação de trincas longitudinais, podem ser explicitadas em termos do valor de F.

Tabela 3-II - Condições de Lingotamento para ocorrência de trincas longitudinais e para prevenção (JFE, 2010).

Em outras palavras, velocidades baixas, da ordem de 0,8 a 0,9 m/min, provocarão trincas devido ao freezing do menisco. No caso desta empresa em particular (JFE, 2010) trabalha-se com vazão de água de resfriamento decrescente com velocidades de lingotamento decrescente, de modo a manter a extração de calor no molde aproximadamente inalterada. Deve-se antever, caso da aplicação discorrida nesta dissertação, que as condições de trocas térmicas seriam diferentes em operações em que a vazão de água é mantida constante, independente da velocidade de lingotamento (para todas as faixas de velocidade (0,8 a 2,1 m/min) trabalha-se com a mesma quantidade de água no Molde 5000l/min).

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