Ferrovia Quente na Produção de Aço: Processos e Equipamentos Chave

Definição e Conceito Básico

O Hot Mill é um processo primário de laminação de aço onde produtos semi-acabados de aço, como placas, tarugos ou lingotes, são aquecidos a altas temperaturas e, em seguida, deformados mecanicamente em formas mais finas e manejáveis, como chapas, tiras ou bobinas. É uma etapa crítica na cadeia de fabricação de aço, transformando matérias-primas baseadas em lingotes ou fundidas em produtos semi-acabados ou acabados adequados para processamento adicional ou uso direto.

O objetivo fundamental do hot mill é reduzir a espessura do aço, melhorar seu acabamento superficial e modificar sua microestrutura para alcançar as propriedades mecânicas desejadas. Ele garante que o aço atinja as dimensões especificadas, a qualidade da superfície e as características metalúrgicas necessárias para a subsequente laminação a frio, revestimento ou aplicação final.

Dentro do fluxo geral do processo de fabricação de aço, o hot mill segue as etapas de fundição contínua ou fundição de lingotes e precede a laminação a frio, galvanização ou outras operações de acabamento. Ele atua como a ponte entre a produção de aço bruto e o processamento a jusante, permitindo a transformação em grande volume e alta velocidade de placas de aço em formas utilizáveis.

Projeto Técnico e Operação

Tecnologia Central

O princípio de engenharia central do hot mill envolve a aplicação de deformação mecânica controlada ao aço aquecido para alcançar dimensões e microestruturas desejadas. Este processo depende de princípios termomecânicos, onde a deformação em alta temperatura reduz tensões internas e refina a estrutura do grão.

Os principais componentes tecnológicos incluem:

• Forno de Reaquecimento: Prepara placas ou tarugos brutos aquecendo-os uniformemente a temperaturas tipicamente entre 1150°C e 1250°C, garantindo ductilidade ideal para a laminação.
• Laminar de Rolamento: Compreende uma série de suportes de rolos com rolos ajustáveis que reduzem progressivamente a espessura. Estes são frequentemente dispostos em uma configuração contínua ou semi-contínua.
• Sistemas de Desgaseificação: Usam jatos de água de alta pressão ou métodos abrasivos para remover óxidos de superfície e escamas formadas durante o reaquecimento.
• Sistemas de Resfriamento: Leitos de resfriamento controlados ou sistemas de fluxo laminar regulam a taxa de resfriamento após a laminação para influenciar a microestrutura e as propriedades mecânicas.
• Sistemas de Automação e Controle: Sensores avançados, PLCs e DCS (Sistemas de Controle Distribuído) monitoram e ajustam parâmetros como folga do rolo, tensão e temperatura em tempo real.

Os principais mecanismos de operação envolvem a alimentação de placas aquecidas nos suportes de laminação, onde são comprimidas e alongadas. O material flui através de suportes sucessivos, com cada passagem reduzindo a espessura e alterando a forma até que as dimensões finais sejam alcançadas.

Parâmetros do Processo

As variáveis críticas do processo incluem:

Os parâmetros do processo são interdependentes; por exemplo, velocidades de laminação mais altas podem exigir ajustes na tensão e no resfriamento para evitar defeitos de superfície ou tensões internas. Os modernos hot mills empregam sistemas de controle sofisticados que utilizam dados em tempo real para otimizar essas variáveis, garantindo qualidade consistente do produto.

Configuração do Equipamento

As instalações típicas de hot mill consistem em:

• Forno de Reaquecimento: Geralmente um forno de feixe móvel ou rotativo, com dimensões dependendo da capacidade de vazão, frequentemente vários metros de comprimento e largo o suficiente para acomodar placas de até 3 metros de largura.
• Série de Suportes de Rolamento: Um arranjo em tandem com 2 a 10 suportes, cada um equipado com ajustes de rolo hidráulicos ou por parafuso, capaz de lidar com altas cargas e velocidades.
• Unidades de Desgaseificação: Localizadas antes ou depois dos suportes de desbaste, com jatos de água ou escovas abrasivas.
• Equipamentos de Resfriamento e Bobinagem: Inclui leitos de resfriamento laminar, zonas de pulverização e bobinadeiras capazes de produzir bobinas de até várias centenas de toneladas.
• Sistemas Auxiliares: Incluem manuseio de sucata, remoção de escamas, lubrificação e controles de automação.

A evolução do design levou a um aumento da automação, velocidades de laminação mais altas e melhor eficiência energética. Configurações modulares permitem personalização com base na capacidade e especificações do produto.

Química do Processo e Metalurgia

Reações Químicas

Durante o reaquecimento e a laminação, as principais reações químicas envolvem a oxidação de elementos de superfície, especialmente ferro e elementos de liga, levando à formação de escamas de óxido. Essas reações são termodinamicamente favorecidas em altas temperaturas e envolvem:

• Oxidação do ferro: ( 4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 )
• Formação de camadas de escama: FeO, Fe_3O_4 e Fe_2O_3, dependendo da temperatura e da pressão parcial de oxigênio.

A cinética da oxidação depende da temperatura, disponibilidade de oxigênio e área de superfície. A desgasificação adequada minimiza camadas de óxido residuais que podem causar defeitos de superfície.

Transformações Metalúrgicas

A deformação em alta temperatura no hot mill induz mudanças microestruturais, como:

• Refino de grão: A recristalização dinâmica ocorre durante a deformação, levando a grãos mais finos que aumentam a tenacidade.
• Transformações de fase: Dependendo da composição da liga e das taxas de resfriamento, fases como ferrita, perlita, bainita ou martensita podem se formar durante o resfriamento subsequente.
• Alívio de tensões: A laminação reduz tensões internas e deformações residuais, melhorando a estabilidade dimensional.

Essas transformações influenciam propriedades mecânicas como resistência, ductilidade e tenacidade, que são ajustadas através de resfriamento controlado e ligações.

Interações de Materiais

As interações entre o aço, escória e revestimentos refratários são críticas:

• Interações escória-metal: A composição da escória influencia a qualidade da superfície; a aprisionamento excessivo de escória pode causar inclusões.
• Desgaste refratário: Os revestimentos refratários em fornos e suportes de rolo se degradam ao longo do tempo devido a ciclos térmicos e desgaste mecânico.
• Efeitos atmosféricos: A oxidação e descarbonização podem ocorrer se o controle de oxigênio for inadequado, afetando o teor de carbono e a qualidade da superfície.
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