Blooming-Mill: Equipamento Chave no Processamento Primário de Aço

Definição e Conceito Básico

Um Blooming-Mill é um tipo de laminador utilizado no processo de fabricação de aço primário para converter produtos de aço semi-acabados, como lingotes ou tarugos, em formas semi-acabadas maiores, mais uniformes e refinadas chamadas de blooms. Esses blooms servem como produtos intermediários para operações de laminação subsequentes, como produção de trilhos, vigas ou chapas.

Fundamentalmente, o processo de blooming envolve a deformação a quente do aço em temperaturas elevadas para refinar sua microestrutura, melhorar as propriedades mecânicas e alcançar as dimensões transversais desejadas. O blooming-mill desempenha um papel crucial na cadeia de fabricação de aço, transformando lingotes ou tarugos ásperos e grossos em formas padronizadas e manejáveis adequadas para processamento adicional.

Dentro do fluxo geral do processo de fabricação de aço, o blooming-mill está posicionado após a fabricação primária de aço (como conversores ou fornos de arco elétrico) e a fundição contínua, servindo como uma etapa chave na moldagem e homogeneização do aço antes da laminação ou forjamento a jusante. Ele preenche a lacuna entre a produção inicial de aço e a moldagem final, garantindo a qualidade e a consistência do material.

Projeto Técnico e Operação

Tecnologia Central

O princípio de engenharia central de um blooming-mill é a deformação a quente através da compressão e alongamento controlados do aço em altas temperaturas, tipicamente entre 1100°C e 1250°C. Esse processo reduz a área da seção transversal do aço, refina sua microestrutura e alivia tensões internas.

Os principais componentes tecnológicos incluem:

• Rolamentos: Rolos pesados, resfriados a água, feitos de aços de liga de alta resistência, projetados para suportar altas tensões térmicas e mecânicas. Eles são dispostos em configurações horizontais ou verticais, dependendo do projeto do moinho.
• Forno de Reaquecimento: Prepara os tarugos ou lingotes de aço aquecendo-os uniformemente à temperatura necessária para a deformação.
• Suportes de Laminação: Série de suportes de rolos que reduzem progressivamente a seção transversal do aço. Cada suporte aplica pressão e deformação controladas.
• Acionamentos Hidráulicos ou Mecânicos: Fornecem a força necessária para girar os rolos e deformar o aço.
• Sistemas de Resfriamento: Pulverizações de água ou pulverizações combinadas com resfriamento a ar para controlar a temperatura e evitar o superaquecimento dos rolos e do aço.

O mecanismo operacional primário envolve a alimentação de aço aquecido no moinho, onde ele passa por múltiplas passagens pelos suportes de rolos. Cada passagem reduz as dimensões transversais, alonga o bloom e refina sua estrutura interna.

Parâmetros do Processo

As variáveis críticas do processo incluem:

• Temperatura: Geralmente mantida entre 1100°C e 1250°C para garantir ductilidade e evitar rachaduras.
• Velocidade de Laminação: Normalmente varia de 0,2 a 1,0 metros por segundo, dependendo da espessura do material e da taxa de produção desejada.
• Razão de Redução: A porcentagem de diminuição na área da seção transversal por passagem, geralmente entre 20% e 50%.
• Pressão do Rolamento: Controlada para otimizar a deformação sem causar defeitos na superfície ou danos aos rolos, frequentemente na faixa de 50 a 150 MPa.
• Taxa de Resfriamento: Gerenciada para controlar o desenvolvimento da microestrutura, tipicamente em torno de 10°C a 20°C por segundo.

Sistemas de controle empregam sensores em tempo real e automação para monitorar temperatura, força e deformação, ajustando parâmetros dinamicamente para manter condições ideais.

Configuração do Equipamento

Um típico blooming-mill consiste em uma série de suportes de rolos verticais ou horizontais dispostos em linha, com cada suporte capaz de operação independente. O comprimento do moinho pode variar de 20 a 50 metros, dependendo da capacidade e do design.

As variações de design incluem:

• Blooming Mills Verticais: Onde os tarugos são alimentados verticalmente e laminados para baixo, adequados para produção em grande escala.
• Blooming Mills Horizontais: Onde os tarugos são alimentados horizontalmente, oferecendo acesso e manutenção mais fáceis.

Sistemas auxiliares incluem fornos de reaquecimento, unidades de potência hidráulica, sistemas de lubrificação e circuitos de água de resfriamento. Moinhos modernos incorporam automação e sistemas de controle avançados para operação precisa.

Com o tempo, as evoluções de design se concentraram em aumentar a taxa de produção, melhorar a eficiência energética e reduzir os custos operacionais por meio de inovações como melhorias no design dos rolos e automação.

Química e Metalurgia do Processo

Reações Químicas

Durante a deformação a quente no processo de blooming, as principais reações químicas envolvem a transformação da microestrutura do aço, em vez de mudanças químicas significativas. No entanto, reações de oxidação ocorrem em altas temperaturas, especialmente nas superfícies expostas, formando camadas de óxido.

Termodinamicamente, a oxidação do ferro e elementos de liga (como manganês, silício e cromo) ocorre, produzindo óxidos de ferro e outros compostos formadores de escória. Essas reações são governadas pela temperatura, pressão parcial de oxigênio e condições de superfície.

Cineticamente, as taxas de oxidação aumentam com a temperatura e o tempo de exposição, necessitando de atmosferas protetoras ou ambientes de gás inerte em alguns casos para minimizar a oxidação da superfície.

Os subprodutos das reações incluem:

• Óxidos de ferro (FeO, Fe2O3, Fe3O4): Formam-se nas superfícies do aço, podendo levar a defeitos na superfície.
• Componentes de escória: Derivados de impurezas e elementos de liga, que podem ser removidos ou controlados através da gestão de escória.

Transformações Metalúrgicas

As principais mudanças metalúrgicas incluem:

• Refinamento da microestrutura: A deformação em alta temperatura promove a redução do tamanho dos grãos e a homogeneização.
• Transformações de fase: Transformações de austenita para ferrita ou perlita podem ocorrer durante o resfriamento, influenciando as propriedades mecânicas.
• Alívio de tensões: A deformação alivia tensões internas acumuladas durante a fundição ou processamento anterior.

Microestruturalmente, o bloom desenvolve uma microestrutura de grãos finos e uniformes com melhor tenacidade e ductilidade. As transformações de fase durante o resfriamento influenciam a dureza, resistência e usinabilidade.

Interações de Materiais

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

• Aço e escória: Durante a deformação, alguns elementos de liga podem transferir-se entre o aço e a escória, afetando a composição.
• Refratários: Altas temperaturas podem causar desgaste dos refratários, levando à contaminação se partículas refratárias entrarem no aço.
• Atmosfera: A oxidação em altas temperaturas pode levar a defeitos na superfície e mudanças na composição.

Mecanismos de controle incluem a manutenção de uma atmosfera protetora (por exemplo, gases inertes), seleção de materiais refratários resistentes a ataques térmicos e químicos, e otimização de parâmetros do processo para minimizar interações indesejadas.

Fluxo e Integração do Processo

Materiais de Entrada

O principal insumo são tarugos ou lingotes de aço pré-aquecidos, tipicamente pesando entre 5 e 20 toneladas. Estes são produzidos através da fundição contínua, com especificações incluindo:

• Composição química: Controlada para carbono, manganês, silício e elementos de liga.