Bloom/Billet na Produção de Aço: Visão Geral dos Principais Processos e Equipamentos
Compartilhar
Table Of Content
Table Of Content
Definição e Conceito Básico
Um bloom ou billet é um produto de aço semi-acabado produzido durante os processos de fabricação de aço primário, servindo como um insumo fundamental para operações subsequentes de laminação ou forjamento. Esses produtos são caracterizados por suas dimensões específicas de seção transversal e servem como matéria-prima para a fabricação de várias formas de aço acabadas, como barras, varas e seções estruturais.
Bloom refere-se tipicamente a um lingote de aço de seção transversal grande, quadrada ou retangular, geralmente excedendo 200 mm em dimensões de seção transversal. Billet denota um produto de seção transversal menor, geralmente inferior a 200 mm, frequentemente produzido diretamente a partir de processos de fundição contínua ou fundição de lingotes.
Dentro da cadeia de fabricação de aço, blooms e billets são produtos intermediários formados após a fusão primária, refino e fundição. Eles são essenciais para converter aço líquido em formas utilizáveis, permitindo a laminação a quente, laminação a frio ou forjamento para produzir produtos finais como chapas, placas, barras e componentes estruturais.
A posição deles no fluxo do processo é após a fusão e fundição do aço, mas antes dos processos de deformação a quente ou a frio. Eles atuam como a ponte entre a produção de aço bruto e a fabricação de produtos acabados, influenciando a qualidade do produto final, propriedades mecânicas e precisão dimensional.
Projeto Técnico e Operação
Tecnologia Central
A produção de blooms e billets envolve principalmente a tecnologia de fundição contínua, que substitui a fundição de lingotes tradicional devido à sua eficiência e controle de qualidade aprimorado.
O princípio de engenharia central baseia-se na solidificação controlada do aço fundido dentro de um molde resfriado a água, permitindo a retirada contínua de formas de aço semi-acabadas. Esse processo minimiza defeitos associados à fundição de lingotes, como segregação e porosidade.
Os principais componentes tecnológicos incluem o tundish, molde, sistema de guia de fio e mecanismo de retirada. O tundish atua como um reservatório, alimentando o aço fundido no molde. O molde, tipicamente de cobre resfriado a água ou liga de cobre, molda o aço e facilita a solidificação inicial.
O sistema de guia de fio garante o movimento contínuo do aço solidificando, enquanto o sistema de retirada mantém uma velocidade de fundição constante. Zonas de resfriamento secundário controlam ainda mais a solidificação e o desenvolvimento da microestrutura.
Os fluxos de material envolvem o aço fundido entrando no tundish, fluindo para o molde, solidificando como um fio e sendo continuamente retirado. O processo é rigidamente controlado para produzir seções transversais uniformes com dimensões precisas.
Parâmetros do Processo
As variáveis críticas do processo incluem velocidade de fundição, temperatura do molde, taxa de resfriamento e dimensões da seção transversal do fio.
As velocidades de fundição típicas variam de 0,5 a 2,0 metros por minuto, dependendo do grau de aço e do tamanho da seção transversal. As temperaturas do molde são mantidas entre 1.400°C e 1.600°C para garantir a fluidez e solidificação adequadas.
As taxas de resfriamento são ajustadas para controlar a microestrutura e as propriedades mecânicas, geralmente entre 10°C/seg e 50°C/seg nas zonas de resfriamento secundário.
A relação entre esses parâmetros influencia a microestrutura, defeitos internos, qualidade da superfície e precisão dimensional do bloom ou billet.
Sistemas de controle utilizam sensores em tempo real, como câmeras térmicas, dispositivos de medição a laser e monitores acústicos, integrados em sistemas de automação para regulação contínua do processo.
Configuração do Equipamento
Máquinas de fundição contínua típicas para blooms e billets são equipadas com um molde horizontal ou vertical, dependendo das preferências de projeto. O comprimento do molde varia de 3 a 6 metros, com dimensões de seção transversal variando de 150 mm x 150 mm a 300 mm x 300 mm para billets, e maiores para blooms.
Instalações modernas apresentam configurações de fio curvas ou retas, com sistemas avançados de resfriamento a água e controles de automação. O comprimento da máquina de fundição pode ultrapassar 50 metros, acomodando todo o processo do tundish à retirada.
Evoluções de design incluem a adoção de fundição de lâminas finas para placas, mas para blooms e billets, as melhorias se concentram em aumentar a velocidade de fundição, reduzir a formação de defeitos e aprimorar o controle microestrutural.
Sistemas auxiliares incluem dispositivos de aquecimento ou agitação do tundish, sistemas de entrega de fluxo do molde e zonas de resfriamento secundário com bicos de spray ajustáveis. Esses sistemas garantem solidificação uniforme e qualidade da superfície.
Química do Processo e Metalurgia
Reações Químicas
Durante a fundição, as principais reações químicas envolvem a solidificação do aço da fase líquida, com reações químicas mínimas ocorrendo no próprio processo.
No entanto, a oxidação de elementos de liga, como manganês, silício e cromo, pode ocorrer na superfície do aço se atmosferas protetoras ou fluxos não forem gerenciados adequadamente. Essa oxidação pode levar à formação de inclusões e variações composicionais.
Princípios termodinâmicos governam a estabilidade de várias fases durante a solidificação, com a taxa de resfriamento influenciando a formação de microestruturas de ferrita, perlita, bainita ou martensita.
Os produtos de reação significativos incluem escória e inclusões, que se originam de impurezas e fluxos utilizados durante a fundição. O gerenciamento adequado da escória minimiza a aprisionamento de inclusões e defeitos de superfície.
Transformações Metalúrgicas
As principais mudanças metalúrgicas ocorrem durante a solidificação e o resfriamento subsequente. À medida que o aço fundido esfria, microestruturas primárias, como dendritos, se formam, influenciando o tamanho final do grão e as propriedades mecânicas.
A microestrutura se desenvolve através de transformações de fase, com resfriamento controlado promovendo fases desejáveis como ferrita e perlita para ductilidade, ou bainita e martensita para resistência.
O tratamento térmico ou processamento termomecânico após a fundição pode modificar ainda mais as microestruturas, refinando o tamanho do grão e reduzindo tensões residuais.
Essas transformações impactam diretamente as propriedades mecânicas, como resistência à tração, tenacidade e ductilidade, do produto final.
Interações de Materiais
Interações entre o aço, escória, revestimento refratário e atmosfera são críticas para o controle de qualidade.
A escória interage com a superfície do aço fundido, removendo impurezas e protegendo o aço da oxidação. A composição e o fluxo adequados da escória são essenciais para evitar o aprisionamento de inclusões.
Revestimentos refratários no molde e tundish são submetidos a altas temperaturas e ataque químico, levando ao desgaste e potencial contaminação se não forem mantidos adequadamente.
Gases atmosféricos, como oxigênio e nitrogênio, podem se dissolver no aço, causando desoxidação ou absorção de nitrogênio, o que pode afetar as propriedades mecânicas.
Métodos para controlar interações indesejadas incluem a manutenção de atmosferas protetoras, otimização da química da escória e seleção de materiais refratários resistentes ao ataque químico.
Fluxo do Processo e Integração
Materiais de Entrada
O insumo principal é aço fundido de alta qualidade, tipicamente produzido por métodos de forno de oxigênio básico (BOF) ou forno de arco elétrico (EAF). Os graus de aço variam de aços de baixo carbono a aços de alta liga, com composições químicas específicas.
Insumos adicionais incluem elementos de liga, fluxos e agentes de desulfurização, adaptados às propriedades desejadas do aço.
A preparação do material envolve garantir que a temperatura, composição e limpeza do aço fundido atendam às especificações do processo. O manuseio envolve transferência de panela e alimentação do tundish.
A qualidade do insumo influencia diretamente a estabilidade da fundição, taxas de defeito e microestrutura final. Impurezas ou composições inconsistentes podem causar defeitos de superfície ou