Processo de Fundição Contínua na Produção de Aço: Processo, Equipamento e Significado

Definição e Conceito Básico

A fundição contínua é um processo primário de fabricação de aço que transforma metal fundido de uma panela ou tundish em tarugos, lingotes ou chapas semi-acabadas de forma contínua e automatizada. Este processo envolve a solidificação do aço fundido diretamente em uma forma semi-acabada sem a necessidade de fundição tradicional de lingotes, aumentando significativamente a eficiência e reduzindo custos.

O objetivo fundamental da fundição contínua é produzir produtos de aço semi-acabados uniformes e de alta qualidade que sirvam como matéria-prima para operações subsequentes de laminação ou forjamento. Ela substitui métodos mais antigos de fundição de lingotes, permitindo ciclos de produção mais rápidos, melhor qualidade de superfície e melhor controle microestrutural.

Dentro da cadeia geral de fabricação de aço, a fundição contínua está posicionada imediatamente após o forno de fabricação de aço (como um conversor ou forno a arco elétrico) e antes da laminação a quente ou outros processos de conformação. Ela atua como um elo crítico que converte o aço líquido em formas sólidas prontas para o processo, agilizando a transição das etapas de fusão para conformação.

Projeto Técnico e Operação

Tecnologia Central

O princípio de engenharia central da fundição contínua baseia-se na solidificação controlada do aço fundido dentro de um molde resfriado a água. O processo mantém um delicado equilíbrio entre a remoção de calor e o fluxo de aço fundido para produzir uma casca sólida livre de defeitos que é continuamente retirada.

Os principais componentes tecnológicos incluem a tundish, o molde, o sistema de resfriamento secundário e o mecanismo de retirada. A tundish atua como um reservatório, alimentando o aço fundido no molde a uma taxa controlada. O molde, tipicamente de cobre ou grafite resfriado a água, molda o aço e inicia a solidificação. As zonas de resfriamento secundário removem o calor de forma uniforme, garantindo a solidificação adequada e o desenvolvimento da microestrutura.

O mecanismo de operação principal envolve o derramamento de aço fundido no molde, onde começa a solidificar ao entrar em contato com as superfícies resfriadas. A casca semi-sólida é então continuamente retirada através de um conjunto de rolos, mantendo um fluxo constante de produto semi-acabado. O processo é altamente automatizado, com controle preciso das taxas de fluxo, resfriamento e velocidades de retirada para garantir a qualidade do produto.

Parâmetros do Processo

As variáveis críticas do processo incluem velocidade de fundição, temperatura do molde, intensidade do resfriamento secundário e composição do aço. As velocidades típicas de fundição variam de 0,2 a 2,0 metros por minuto, dependendo do tamanho do produto e da classe do aço.

Velocidades de fundição mais altas aumentam a produtividade, mas podem comprometer a qualidade da superfície ou causar defeitos internos se não forem controladas adequadamente. A temperatura do molde geralmente varia de 1.200°C a 1.400°C, otimizada para classes específicas de aço e dimensões do produto. A intensidade do resfriamento secundário é ajustada para controlar a taxa de solidificação e a microestrutura.

Sistemas de controle empregam sensores em tempo real e algoritmos de computador para monitorar perfis de temperatura, espessura da casca e forças de retirada. Laços de feedback permitem ajustes dinâmicos para manter a qualidade consistente do produto e minimizar defeitos.

Configuração do Equipamento

Uma instalação típica de fundição contínua compreende uma tundish, molde, zonas de resfriamento secundário e um sistema de retirada e corte. O comprimento do molde varia de 1,5 a 4 metros, dependendo do tamanho do produto e da velocidade de fundição. A forma da seção transversal do molde corresponde ao produto final—retangular para chapas, quadrado ou retangular para lingotes, e redondo para tarugos.

As variações de design incluem configurações verticais, horizontais e curvas, cada uma adequada a tipos específicos de produtos e layouts de planta. A fundição vertical é a mais comum, oferecendo alta produtividade e facilidade de automação.

Sistemas auxiliares incluem agitadores eletromagnéticos para melhorar o fluxo e a uniformidade da temperatura, osciladores de molde para evitar aderência e sistemas de spray para resfriamento secundário. Esses sistemas melhoram a qualidade do produto controlando a dinâmica de solidificação e o acabamento da superfície.

Química e Metalurgia do Processo

Reações Químicas

Durante a fundição contínua, as principais reações químicas envolvem a remoção de impurezas e a formação de escória. A composição do aço permanece em grande parte inalterada, mas a oxidação de elementos como carbono, manganês e silício ocorre na superfície do aço, especialmente durante o resfriamento secundário.

Termodinamicamente, as reações de oxidação são governadas pela atividade do oxigênio no aço e pela atmosfera dentro do ambiente de fundição. A cinética depende da temperatura, área de superfície e da presença de camadas de escória ou fluxo protetores.

Os produtos de reação incluem óxidos e fases de escória que ajudam a remover impurezas. Por exemplo, óxidos de manganês e escória rica em sílica se formam durante o refino secundário, auxiliando no controle de impurezas.

Transformações Metalúrgicas

As principais mudanças metalúrgicas envolvem o desenvolvimento microestrutural à medida que o aço esfria e solidifica. A casca inicial se forma como austenita, que então se transforma em várias microestruturas—como ferrita, perlita, bainita ou martensita—dependendo das taxas de resfriamento e dos elementos de liga.

O controle microestrutural é vital para alcançar as propriedades mecânicas desejadas. O resfriamento rápido pode produzir estruturas de grão fino com alta resistência, enquanto o resfriamento mais lento favorece a ductilidade e tenacidade.

As transformações de fase são influenciadas pela composição da liga e pelo perfil de resfriamento. O gerenciamento adequado garante uma microestrutura uniforme, minimiza tensões internas e reduz o risco de defeitos como segregação ou porosidade.

Interações de Materiais

Interações entre aço fundido, escória, revestimentos refratários e a atmosfera são críticas para a estabilidade do processo. O aço pode reagir com materiais refratários, causando erosão ou contaminação se os materiais forem incompatíveis.

A escória atua como uma camada protetora, absorvendo impurezas e prevenindo a oxidação. Os revestimentos refratários devem suportar altas temperaturas e ciclos térmicos, com materiais como magnésia ou alumina utilizados para durabilidade.

O controle atmosférico, incluindo cobertura com gás inerte ou condições de vácuo, minimiza a oxidação e a descarbonização. Controlar essas interações previne contaminação, reduz defeitos e mantém a qualidade do aço.

Métodos como otimização da química da escória e seleção de refratários são empregados para gerenciar interações indesejadas e prolongar a vida útil do equipamento.

Fluxo e Integração do Processo

Materiais de Entrada

O principal insumo é o aço fundido, tipicamente com uma temperatura de 1.400°C a 1.600°C, com composições químicas especificadas adaptadas às exigências do produto. O aço é fornecido do forno de fabricação de aço através de panelas ou tundishes.

Insumos adicionais incluem fluxos, desulfurantes e elementos de liga introduzidos durante o refino secundário ou diretamente na tundish. A preparação adequada garante fluxo e qualidade consistentes.

A qualidade do material de entrada impacta diretamente a estabilidade da fundição, a qualidade da superfície e a integridade interna. Impurezas ou variações de temperatura podem causar defeitos, necessitando de rigoroso controle de qualidade e gerenciamento de temperatura.

Sequência do Processo

A sequência operacional começa com a transferência do aço fundido para a tundish, que alimenta o molde a uma taxa controlada. O aço começa a solidificar ao entrar em contato com a superfície resfriada do molde, formando uma casca.

A corrente semi-sólida é então continuamente retirada através de rolos, com zonas de resfriamento secundário solidificando ainda mais e controlando a microestrutura. A corrente é periodicamente cortada em tarugos, lingotes ou chapas de acordo com as especificações.

Todo o ciclo do processo envolve alimentação, resfriamento e retirada sincronizados, com velocidades típicas de fundição de 0,2–2,0 m/min e tempos de ciclo variando de alguns minutos a várias horas, dependendo do comprimento e tamanho do produto.

Pontos de Integração

Voltar para o blog

Deixe um comentário

Nome *

E-mail *

Comentário *