Tundish na Produção de Aço: Papel Fundamental na Fundição Contínua e Qualidade do Aço

Definição e Conceito Básico

O tundish é um recipiente intermediário crítico utilizado na fabricação de aço, servindo como um reservatório que mantém temporariamente o aço fundido transferido do forno de refino primário, como um conversor ou forno de arco elétrico. Seu propósito fundamental é facilitar a fundição contínua, atuando como um regulador de fluxo controlado, garantindo um fornecimento constante e uniforme de aço líquido para os moldes de fundição. Posicionado entre o forno de fabricação de aço e o molde, o tundish desempenha um papel vital na manutenção da estabilidade do processo, controle de temperatura e gerenciamento das interações entre escória e metal durante a transição do refino para a solidificação.

Na cadeia geral de produção de aço, o tundish está situado a jusante das etapas de fusão e refino primários e a montante do processo de fundição contínua. Ele atua como um buffer que suaviza as flutuações no fluxo de aço, temperatura e composição, melhorando assim a qualidade do produto e a eficiência do processo. Seu funcionamento influencia as propriedades finais do aço, a qualidade da superfície e a microestrutura interna, tornando-o um componente indispensável nas operações modernas de fundição contínua.

Projeto Técnico e Operação

Tecnologia Central

Os princípios de engenharia por trás do tundish giram em torno da dinâmica de fluidos, termodinâmica e tecnologia refratária. Seu design visa otimizar o controle de fluxo, retenção de temperatura e separação de escória e metal, tudo isso minimizando a turbulência e as inclusões.

Os principais componentes tecnológicos incluem a carcaça do tundish, o revestimento refratário, dispositivos de controle de fluxo (como portões deslizantes ou varas de parada) e sistemas auxiliares como capas de panela ou tampas de tundish. A carcaça fornece suporte estrutural e isolamento, enquanto o revestimento refratário protege o recipiente da corrosão em alta temperatura e choque térmico. Dispositivos de controle de fluxo regulam a entrada e saída do aço fundido, garantindo uma taxa de fluxo uniforme e prevenindo turbulência que poderia aprisionar escória ou inclusões.

Os principais mecanismos de operação envolvem o despejo controlado do forno, o fluxo regulado através do portão deslizante ou vara de parada, e a descarga constante no molde. O aço fundido flui para o tundish, onde é armazenado temporariamente e homogeneizado antes de ser liberado no molde através de uma saída controlada. O padrão de fluxo dentro do tundish é projetado para promover a separação da escória, reduzir a turbulência e evitar que inclusões entrem no molde.

Parâmetros do Processo

As variáveis críticas do processo incluem temperatura, taxa de fluxo, espessura da escória e composição do aço. As temperaturas operacionais típicas variam de 1.600°C a 1.650°C, dependendo do grau do aço e dos requisitos do processo. A taxa de fluxo é geralmente mantida entre 0,5 a 2,0 metros por minuto, garantindo um fornecimento estável sem induzir turbulência.

O controle de temperatura é alcançado através de isolamento refratário, agitação com argônio ou agitação eletromagnética, que ajudam a manter a temperatura uniforme e reduzir gradientes térmicos. A espessura da escória é monitorada para otimizar a separação da escória e do metal, geralmente mantida a alguns centímetros para facilitar a remoção de inclusões.

Sistemas de controle empregam sensores e automação para monitorar parâmetros como temperatura, taxa de fluxo e nível de escória. Tundishes modernos utilizam sistemas de controle baseados em computador que ajustam dispositivos de regulação de fluxo em tempo real, garantindo operação consistente e qualidade do produto.

Configuração do Equipamento

As configurações típicas de tundish incluem recipientes retangulares, quadrados ou circulares, com dimensões adaptadas à capacidade de produção e velocidade de fundição. Por exemplo, um tundish padrão pode ter uma capacidade de 3 a 10 toneladas, com uma razão comprimento-largura otimizada para fluxo e separação de escória.

Variações de design evoluíram de recipientes simples revestidos de refratário para sistemas sofisticados de múltiplas câmaras ou multi-conicidade que melhoram o controle de fluxo e a remoção de inclusões. Algumas instalações incorporam dispositivos de agitação eletromagnética ou mecânica para melhorar a homogeneidade.

Sistemas auxiliares incluem capas de panela que previnem a oxidação do aço durante a transferência, tampas de tundish para minimizar a perda de calor e contaminação, e sistemas de injeção de argônio para agitação e flutuação de inclusões. Os revestimentos refratários são selecionados com base na química do aço e na temperatura operacional, frequentemente compostos de materiais à base de alumina ou magnésia.

Química do Processo e Metalurgia

Reações Químicas

Durante a operação do tundish, as reações químicas primárias são mínimas, mas incluem processos de oxidação e redução na superfície do aço e na interface escória-metal. A exposição ao oxigênio atmosférico pode levar à oxidação de elementos de liga como manganês, silício ou alumínio, que podem ser mitigados através da purgação com gás inerte.

Termodinamicamente, a estabilidade dos componentes da escória e a redução de óxidos dependem da temperatura, potencial de oxigênio e composição da escória. Cineticamente, a taxa de oxidação ou formação de inclusões é influenciada pela turbulência do fluxo e pelo tempo de residência dentro do tundish.

Os produtos de reação significativos incluem óxidos, sulfetos e inclusões que podem ser aprisionados no aço se não forem gerenciados adequadamente. A química da escória e o controle de fluxo adequados minimizam reações indesejáveis e aprisionamento de inclusões.

Transformações Metalúrgicas

As principais mudanças metalúrgicas envolvem a homogeneização da temperatura e composição, remoção de inclusões e desenvolvimento microestrutural. O tundish facilita a dissolução e flutuação de inclusões, promovendo um aço mais limpo.

Microestruturalmente, o processo incentiva a formação de estruturas de grão uniformes ao controlar as taxas de resfriamento e padrões de fluxo. Transformações de fase, como a formação de ferrita ou bainita durante a solidificação subsequente, são influenciadas pela estabilidade de temperatura e composição mantida no tundish.

Essas transformações impactam diretamente as propriedades mecânicas, como tenacidade e ductilidade, e a qualidade da superfície. O controle adequado do ambiente do tundish garante que o aço final apresente as características metalúrgicas desejadas.

Interações de Materiais

As interações entre o aço fundido, escória, revestimento refratário e atmosfera são críticas para a estabilidade do processo. O aço pode reagir com materiais refratários em altas temperaturas, levando à degradação refratária e possível contaminação.

As interações escória-metal influenciam a formação e eficiência de remoção de inclusões. A escória atua como uma camada protetora, absorvendo impurezas e facilitando a flutuação de inclusões. No entanto, escória excessiva pode causar reoxidação ou perda de liga.

Os gases atmosféricos, principalmente oxigênio e nitrogênio, podem se dissolver no aço, afetando a composição e propriedades. Para controlar interações indesejadas, a purgação com gás inerte (por exemplo, argônio) é empregada, os revestimentos refratários são cuidadosamente selecionados e a química da escória é otimizada.

Mecanismos como flutuação de inclusões, decantação escória-metal e gerenciamento de atmosfera controlada são utilizados para minimizar a contaminação e garantir a qualidade do aço.

Fluxo do Processo e Integração

Materiais de Entrada

Os principais materiais de entrada incluem aço fundido do forno, materiais de revestimento refratário e gases auxiliares como argônio. As especificações do aço ditam a composição, temperatura e limpeza necessárias para o processo.

O manuseio envolve a transferência de panela, garantindo mínima contaminação e perda de temperatura. O aço deve ser pré-aquecido e desgasificado antes de ser despejado no tundish para manter a estabilidade do processo.

A qualidade da entrada afeta diretamente o desempenho do processo; impurezas ou desvios de temperatura podem causar inclusões, segregação ou fluxo inconsistente. A preparação consistente do material de entrada é essencial para uma operação ideal.

Sequência do Processo

A sequência operacional começa com o despejo de aço fundido do forno no tundish através de uma panela ou recipiente de transferência. O fluxo é regulado através de um portão deslizante ou vara de parada, com monitoramento contínuo da