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LINGOTAMENTO LINGOTAMENTO CONTCONTÍÍNUO DE PLACASNUO DE PLACAS
Ipatinga Ipatinga -- MGMG
Outubro de 2009Outubro de 2009
Cláudio Antônio Goulart ValadaresMaria Carolina Campello Bezerra
CAPÍTULO 5
FLUXANTES PARA FLUXANTES PARA LINGOTAMENTO CONTINUO DE LINGOTAMENTO CONTINUO DE
PLACASPLACAS
HistHistóóricorico
Origem: Utilização de resíduos provenientes da queima de hulha em usinas termoelétricas. Esta queima gera até 30% do carvão queimado em cinzas.
1960: Resíduo começou a ser utilizado como cobertura de aço em panelas e lingoteiras.
Necessidade de controle de ponto de fusão através da adição defundentes como NaF, Na3AlF6 e NaCO3, e da velocidade de fusão através com controle do teor de carbono , gerando a fabricação de fluxantes com controle de composição química.
1965: Aumento do ritmo de instalação de máquinas de lingotamento nas siderúrgicas de produtos planos e não planos
Lingotamento Convencional Aço ocupa posição Estática em relação ao Molde;
HistHistóóricorico
1975: Trabalhos de Pesquisa, Artigos, que “Popularizaram” do uso de Fluxantes para Lingotamento Contínuo
Tarugos: Mínimo 100mm de diâmetro ou aresta para serlingotado com jato protegido
Lingotamento Contínuo Aço está em permanente atrito com o Molde
Minimizar o Atrito
Óleos Vegetais: Colza, Palma, Dendê...
Requisito para uso de Fluxantes: USO DE JATO PROTEGIDO
Produção de Aço• Mais de 80% da produção de aço mundial é efetuada via Lingotamento Contínuo;
Fluxante• O agente lubrificante mais utilizado, nos casos em que os requisitos de elevada qualidade superficial relacionada a alta produtividade, é o FLUXANTE;
Estimativa de consumo atual de Fluxantes: No Brasil: ~ 12000 t/anoNo Mundo: ~442000 t/ano
O que é o Fluxante?
Os fluxantes consistem de uma mistura de minerais que, em contato com o aço líquido devem fundir e gerar uma escória líquida com características específicas para cada condição de lingotamento
Três Tipos:
•Pó: Mistura de Todas as Matérias – Primas em Misturadores
•Granulado Compacto – Matérias-primas são misturadas, sofrem uma
aglomeração, seleção granulométrica e embalagem
•Granulado Esférico – Aglomeração por Spray Dryer
Tabela Comparativa dos Tipos de Fluxantes
Item Pó Granulado Compacto
Granulado Esférico Pré Fundido
Preço # • ∆ •
Isolamento Térmico # • # #
Espalhabilidade • ∆ # •
Flexibilidade no Molde # • ∆ #
Homogeneidade Química ∆ # - ∆ # #
Impacto Ambiental • # # #
# Ótimo ∆ Bom • Regular
Fabricação de Fluxantes Esféricos
Imagem do fluxante esférico vista no Microscópio Ótico
O Fluxante no Lingotamento ContO Fluxante no Lingotamento Contíínuo de Anuo de AççososVálvula submersa Fluxante “in natura”
Aço líquido
Fluxantesinterizado
Fluxante cristalizado
Fluxante vítreo
Pele do aço em solidificação
Fluxante líquido
Molde
Zona enriquecida de carbono
Funções dos Fluxantes
1. Isolamento térmico da superfície do aço líquido no molde;
2. Proteção química da superfície do aço líquido, prevenindo sua reoxidação;
3. Lubrificação na interface existente entre a placa de aço em solidificação e o molde;
4. Controle da taxa de transferência de calor entre a placa de aço em solidificação e o molde;
5. Absorção de inclusões não metálicas do aço.
1. Isolamento térmico da superfície do aço líquido no molde:
Superficie do aço em solidificação
Bolha
Bolha
Pele em solidificação
Aço Líquido
A B
Aço Líquido
Diagrama Esquemático demonstrando a influência do isolamento do menisco no enclausuramento de bolhas: (A)Melhor Isolamento (B)
Isolamento Inferior (Adaptado Ref 18)
1. Isolamento térmico da superfície do aço líquido no molde:
Principais fatores que afetam:
• Densidade aparente do grão. Valor Ideal: 0,5 a 0,6g/cm3;
• Forma física do grão;
• Manter a cobertura do aço líquido homogênea, garantindo a não exposição do aço líquido, evitando perdas por radiação térmica;
• Teor de carbono e tamanho do grão de carbono.
2. Proteção química da superfície do aço líquido, prevenindo sua reoxidação:
•Presença da piscina de fluxante líquido sobre a superfície do aço líquido; •Partículas de carbono nas camadas do material original esinterizado;
Previnem a oxidação da superfície do aço pela atmosfera.
Recomendação: A espessura de fluxante fundido sobre o aço líquido deve ser pelo menos equivalente a amplitude total de oscilação do molde, buscando-se um valor de 1,5 a 2 vezes este valor.
3. Lubrificação na interface existente entre a placa de aço em solidificação e o molde:
Considerada a mais importante
Infiltração de Fluxante Líquido
Espessura de Fluxante Líquido
Principais fatores que afetam a lubrificação:
Parâmetros Operacionais:
•Tipo de aço;
•Velocidade de lingotamento;
•Amplitude e freqüência de oscilação do molde.
•Viscosidade e Temperatura de Solidificação do Fluxante;
FluxanteLíquido
Fluxante Sólido
Plac
adeA
ço em
Soli
difica
ção
Molde
Adaptação do diagrama esquemático da região entre a placa de aço em solidificação e o molde, destacando as fases sólida e líquida do fluxante.
3. Lubrificação na interface existente entre a placa de aço em solidificação e o molde:
Relação entre o produto η.Vc e a variação na temperatura do molde (a), transferência de calor (b) e espessura do filme de fluxante (c) (Adaptado da Ref 21)
Varia
ção
na e
spes
sura
do
fluxa
nte
na in
terfa
ce p
laca
-mol
de
(mm
)
0
0,2
0,4
0,3
0,1
0 1 2 3 4 5 6
η* Vc ( poise * m/min)0 1 2 3 4 5 6
η* Vc ( poise * m/min)
0
20
40
30
10
Var
iaçã
o na
tem
pera
tura
do
mol
de
(oC
/min
)
10
15
5
0 1 2 3 4 5 6
η* Vc ( poise * m/min)
Varia
ção
de tr
ansf
erên
cia
de
calo
r no
mol
de (M
cal/m
²*h)
a) c)b)
3. Lubrificação na interface existente entre a placa de aço em solidificação e o molde:
Formas de transferência de calor: CONDUÇÃO e RADIAÇÃO
• Geralmente: Condução térmica de líquidos < sólidos;
• Fluxantes: Alto teor de SiO2 –Condutividade térmica de líquidos com alto teor de SiO2 = sólidos, devido a estrutura de rede dos íonssilicáticos.(SiO4
-2);
• Quando aumenta-se a relação bináriaCaO/SiO2, há uma alteração estrutural de rede, com presença de poros, com redução de transferência de calor.
Viscosidade a 1300oC
1,0 poise1,5 poise
2 4 6 8 10 12 130
160
150
140
Área dos Poros (%)
Taxa
deTr
ansf
erên
cia
deC
alor
(Kca
l *10
-4 /m
2h)
Relação entre a porcentagem de área dos poros e a taxa de transferência de calor a velocidade de 1,2
m/min (Adaptado da Ref 31)
entre 20 e 50%
4. Controle da taxa de transferência de calor entre a placa de aço em solidificação e o molde:
Pode-se concluir que, o aumento da resistência térmica na interface existente entre a placa de aço em solidificação e o molde é obtido com:
• A aumento da espessura do filme de fluxante;• O aumento da sua temperatura de transição (16,28,30,33-37).
O perfil de solidificação do fluxante na interface placa-molde deverá ser ajustado para atender as características de cada tipo
de aço durante o lingotamento.
4. Controle da taxa de transferência de calor entre a placa de aço em solidificação e o molde:
•Absorver Inclusões que flutuam sobre a superfície do aço;Principal Inclusão Formada: Al2O3
Menor Escala: TiO2
Efeito do índice de basicidade na taxa de absorção de Al2O3 pela escória líquida
•Controle da transferência de calor entre o aço em solidificação e o molde.
Funções do Fluxante no Lingotamento Contínuo
Basicidade
Taxa
de D
issolu
ção d
e Al 2O
3
(10-4
g/cm2 )
BasicidadeF-, Li2O, Na2O
Al2O3
Funções do Fluxante no Lingotamento Contínuo
1 – Isolamento Térmico2 – Prevenção da Reoxidação3 – Absorção de Inclusões4 – Lubrificação5 – Controle da Taxa de Transferência de Calor
Classificação dos Cátions:
• Formadores: Si, B...
• Modificadores: Na, K, Ca, Ba, Sr etc
• Intermediários: Al
Composição Química
Classificação dos Cátions:
• Formadores: Si, B, P, Ge e As
• Modificadores: Na, K, Ca, Ba, Sr etc
• Intermediários: Al
Ânions mais comuns:
O-2, F-, Se-2, Te-2, etc
Composição Química
Elemento FaixaCaO 25-45%
SiO2 20-50%
Al2O3 0 – 10%
TiO2 0 – 5%
C 1 – 25%
Na2O 1 – 20%
K2O 0 – 5%
Faixa de Composição Química Típica dos Fluxantes para Lingotamento Contínuo de Aços(9):
Elemento FaixaFeO 0 – 6%
MgO 0 – 10%
MnO 0 – 10%
BaO 0-10%
Li2O 0-4%
B2O3 0-10%
F- 4 – 10%
Quartzo – SiO2,Feldspato Sódico – NaAlSi3O8,Bauxita ou Alumina – Al2O3, Negro de Fumo, Coque, Grafita - C
Carbonato de Cálcio – CaCO3, Fluoreto de Cálcio – CaF2Carbonato de Sódio – NaCO3.
Principais Matérias-Primas:
Composição Química
Efeito dos Componentes Químicos
Com o incremento de: A viscosidade Temperatura de Fusão
CaO Diminui Aumenta
SiO2 Aumenta Diminui
CaO / SiO2 Diminui Aumenta
Al2O3 Aumenta Aumenta
Na2O Diminui Diminui
F Diminui Diminui
Fe2O3 Diminui Diminui
MnO Diminui Diminui
MgO Diminui Diminui
B2O3 Diminui Diminui
BaO Diminui Diminui
Li2O Diminui Diminui
TiO2 Não Altera Aumenta
K2O Diminui Diminui
Composição Química
Taxa de Fusão
Taxa de Fusão
Taxa de Fusão Acelerada
Alta Espessura de Escória Líquida
Baixa Camada Isolante de Pó in Natura com possível resfriamento da superfície do aço
Taxa de Fusão Lenta
Diminui a espessura de escória líquida disponível.
Lubrificação da Interface placa-molde deficiente
Fatores que afetam a Taxa de Fusão
Efeito do tipo de carbono na taxa de fusão de fluxantes
Amostra B
0
2
4
6
8
10
37 114
208
286
362
444
530
615
697
781
863
944
1028
1113
1182
Te m pe ratura (C)
Peso
(g)
Início da Fusão: 1180oCTérmino da Fusão: 1198oC
Amostra A
0123456789
37 118
199
285
362
447
527
610
694
771
854
939
1019
1101
1172
1220
Te m pe ratura (C)
Peso
(g)
Início da Fusão: 1139oCTérmino da Fusão: 1194oC
Comportamento da mesma matriz vítrea com:Amostra A: 10% de Coque
Amostra B: 10% de Negro de Fumo
Taxa
de
Fusã
o (m
m/s
)
CoqueNegro de Fumo
Teor de Carbono (% massa)
Teor e Tipo de Carbono
Taxa de Fusão
Outros Fatores
Fonte das Matérias-Primas:
•Wollastonita (SiO2.CaO);•Fluorita (CaF2);•Quartzo (SiO2);•Carbonato de Cálcio (CaCO3);•Óxido de Magnésio (MgO);•Feldspato Sódico (albita) e Potássico (ortoclásio): (NaAlSi3O8 e KAlSi3O8)•Óxido de Alumínio (Al2O3);•Fluosilicato de sódio (NaSiF6);•Fontes de carbono como Coque Metalúrgico ou de Petróleo e Negro de Fumo;•Outras matérias-primas como fritas, escórias, cimento podem ser utilizadas dependendo da formulação do fluxante
Fatores que afetam a Taxa de Fusão
Taxa de Fusão
VISCOSIDADE
VISCOSIDADE
Viscosidade Ótima
Uniformidade do fluxo de fluxante líquido na interface existente entre a placa de aço em solidificação e o molde.
LubrificaçãoTransferência de calor
Lubrificante Viscosidade(Poise)
Óleo de Máquina 1,14
Óleo de Semente de Colza 1,663
Óleo Automotivo 20W 1,21
Óleo Automotivo 40W 2,89
Fluxantes para Velocidade de Lingotamento < 1,25 m/min 1,58 - 2,15
Fluxantes para Velocidade de Lingotamento > 1,25 m/min 0,15 – 1,03
Viscosidade de alguns lubrificantes na respectiva temperatura de trabalho(20)
Assegura a adequada lubrificação na interface placa-molde
11
)(d
AVcVmF −=η
Fl = Força de fricção gerada em função da camada líquida.Vm = Velocidade do Molde (m/min)Vc = Velocidade de Lingotamento (m/min)η = Viscosidade (Poise)d1 = A espessura da camada líquida (m)A = A área de contato entre a placa de aço em solidificação e o molde.
(m2)
Fricçãoη= Viscosidade (Poise)Vc = Velocidade de Lingotamento (m/min)A= Área de contato entre a placa de aço em solidificação e o molde. (m2)
d1 = A espessura da camada líquida (m)
VISCOSIDADE
Unidade de Viscosidade: Poise (P), Pascal.segundo (pa.s)
1 Poise (P) = 0,1 Newton.segundo/metro2 = 1 g/cm.s
Para baixas viscosidades: [cP]
1cP = 0,01P
1 Pa.s = kg/m.s = Ns/m2 = 10P
Exemplo:
ηÁgua = 1cP
ηAzeite = 1P
VISCOSIDADE
Fluxantes Fluidos:
•Aumentam a taxa de transferência de calor;
•Contribuem para o aumento da profundidade das marcas de oscilação
Fluxantes Elevada Viscosidade:
•Dificuldade para Alimentar o Intervalo placa-molde, prejudicando a lubrificação e aumentando a tendência a geração de defeitos superficiais.
VISCOSIDADE
`Efeito de vários componentes em um fluxante usado para lingotamento contínuo a alta velocidade (18)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 1 2 3 4 5 6
Content (wt%)
Visc
osity
(dPa
.s)
Al2O3
CaOBaOMgO
B2O3
SiO2
Li2O
K2OCaF2Na2O
VISCOSIDADE
ConceitosTemperatura de Solidificação:
Temperatura onde há um incremento brusco da viscosidade durante o resfriamento, onde a viscosidade chega a 10000Poise, e é considerada a mesma temperatura da Break Temperature.
Método para Avaliação: Viscosímetro
Temperatura de Cristalização:
Temperatura onde ocorre a devitrificação do fluxante líquido durante o resfriamento, gerando a formação de cristais.
Método para Avaliação: Análise térmica diferencial:
IMPORTÂNCIA:
• Regula o fluxo de fluxante fundido na interface existente entre a placa e o molde;• Interfere na taxa de transferência de calor;• Contribui ao consumo específico de fluxantes.
Temperatura de solidificação
Temperatura onde há um aumento drástico da
viscosidade durante o resfriamento, causada pelo
início da solidificação da escória líquida com possível
formação de cristais.
Break Temperature
Temperatura de solidificação
Possíveis fases cristalinas presentes ou formadas no processo de
sinterização fusão – cristalização dos fluxantes:
Cuspidina – Ca4Si2O7F2Pectolita – Na2Ca4Si6O16(OH)2Carnegieita – NaAlSiO4Fluoreto de Sódio – NaFFluorita – CaF2B-Wolastonita – CaSiO3Nefelina – Na3KAl4Si4O16
Corindon - α-Al2O3Gehlenita – Ca2Al(AlSiO7)Material tipo Pectolita – Na2CaSi3O8
Temperatura de solidificação
Escórias ricas em SiO2:Tendem a formar somente fase
amorfa
Escórias ricas em CaO:Propiciam a formação de fase
cristalina
Rtotal=RCu/Vítrea+(D/K)Vítrea+(D/K)cristalina+(D/K)líquida
D = Espessura
K = Condutividade Térmica
Transferência de Calor Horizontal
Temperatura de solidificação
Efeito da Temperatura de Cristalização na taxa de extração de calor do moldeExtraExtraçãção de Calor no Moldeo de Calor no Molde
Temperatura de solidificação
Controla a taxa de transferência de calor na Interface placa e
molde
Com o incremento de: A Temperatura de Solidificação
CaO Aumenta
SiO2 Diminui
CaO/SiO2 Aumenta
Al2O3 Diminui
Na2O Diminui
F- Aumenta
Fe2O3 Diminui
MnO Diminui
MgO Diminui
B2O3 Diminui
BaO Diminui
Li2O Diminui
TiO2 Aumenta
K2O Diminui
Influência de cada elemento químico na temperatura de solidificação
Temperatura de SolidificaTemperatura de Solidificaçãçãoo
Aços Peritéticos:
Maior Temperatura
Aços Baixo e Alto Carbono:
Menor Temperatura
0.5
Temperatura de SolidificaTemperatura de Solidificaçãçãoo
Break Temperature em função da viscosidade a 1300oC do fluxante
Tbr – 1120 = -8,4*%Al2O3 – 3,3*%SiO2 +8,65*%CaO – 13,8*%Fe2O3 – 3,2*%MnO –9,2*%TiO2+ 22,8*%K2O – 3,2*%Na2O – 6,47*%F
Imagens da SeImagens da Seçãção Transversal o Transversal de Filmes de Escde Filmes de Escóóriaria
Fluxante para Lingotamento de Aço Médio Carbono
Fluxante para Lingotamento de Aço Baixo Carbono
Fatores do Fluxante que afetam a taxa de transferência de calor horizontal:
•A espessura do filme de escória sólido, o qual estárelacionado com Break Temperature;
•A resistência interfacial que é dependente tanto da espessura e da % da fase cristalina presente do filme de escória;
•A % da fase cristalina desenvolvida no filme de escória.
ParParââmetros para metros para VerificaVerificaçãção do Desempenho o do Desempenho
do Fluxante no Moldedo Fluxante no Molde
Parâmetros para verificação do bom desempenho do Fluxante no Molde
•Consumo Específico
Onde: Qs = Consumo Específicoq = quantidade de fluxante utilizada (kg)w = largura do molde (m)t = espessura do molde (m)l = comprimento da placa lingotada (m)
Referência de Consumo: Para Lingotamento de Tarugos: 0,4 kg/tPara Lingotamento de Placas: 0,4 a 0,8 kg/t.
ltwq
))..(2( +
Para kg/m2:
Qs =ltw
q).6,7..(
Para kg/tQt =
Fatores que afetam o Consumo de Fluxantes
Velocidade de Lingotamento
Velocidade de Lingotamento m/min
Polegada/min
Consum
o Específico(kg/t)
lb/t
Relação da velocidade de lingotamentoe consumo de fluxantes
Viscosidade
Relação da viscosidade e consumo de fluxantes
Consum
o Específico(kg/t)
lb/t
Viscosidade (Poise a 1300oC)
Break Temperature: Redução da Tbr origina um aumento do consumo específico
Parâmetros para verificação do bom desempenho do Fluxante no Molde
Fatores que afetam o Consumo de Fluxantes
Influência da Amplitude de Oscilação
Influência da Freqüência de Oscilação
Parâmetros para verificação do bom desempenho do Fluxante no Molde
Espessura de EscEspessura de Escóória Lria Lííquidaquida
Garantia de suficiente escória para lubrificação:
Ideal: 10 a 20mmA medida deve ser feita a aproximadamente 100mm da face estreita
Diagrama Esquemático do
teste para determinação da
espessura de Escória Líquida
Alumínio
Cobre Aço
Antes da Imersão
Alumínio Cobre Aço
Depois da Imersão
Material não Reagido
Camada Sinterizada
Camada Líquida
Parâmetros para verificação do bom desempenho do Fluxante no Molde
Avaliação do desgaste das válvulas submersas
Medir o diâmetro externo da válvula antes e após um intervalo de tempo de lingotamento
Taxa de Desgaste
Válvula In NaturaVálvula utilizando o Fluxante Tradicional
Válvula utilizando Fluxante Modificado
Avaliação do desgaste das válvulas submersas
Marcas de Oscilação
•Profundidade das Marcas de Oscilação;
•Posição: As marcas devem estar paralelas entre si;
•Marcas de Oscilação isentas de materiais não metálicos;
Deverão ser avaliados os seguintes pontos:
• Pele Solidificada na Região do Menisco:• 20 a 30mm em uma das faces estreitas• < 5 mm nas faces opostas
• Regiões A e C de oscilação típicas de lingotamento contínuo.
- Regiões B e D:
Marcas são irregulares e com estrias verticais;• Regiões A e B:
São divididas por uma linha de 45oAparência da Carcaça da Placa
de Aço após o rompimento
Rompimento de Pele por Agarramento
O rompimento ocorre na O rompimento ocorre na face D do moldeface D do molde
Perfil de Solidificação das faces estreitas do molde após o
rompimento
Rompimento de Pele por Agarramento
Mecanismo de Formação
Rompimento de Pele por Agarramento
Prevenção: Promover uma alta extração de calor para tipos de aços sensíveis a agarramento obtendo uma espessa e resistente pele de aço solidificada no mole.
Potencial de Ferrita:
PF < 0,6 resulta em aço suscetível a agarramento
PF = 2,5 *(0,5 – (%Cp))
(%Cp) = (%C)+ 0,02.(%Mn)+ 0,04.(%Ni)+ 0,1.(%Si)- 0,04.(%Cr)- 0,1.(%Mo)- 0,7.(%S)
Rompimento de Pele por Agarramento
• Utilização de Fluxante que mantenha uma camada de escória líquida na interface placa/molde suficiente para assegurar a lubrificação da interface;
•Adequada Velocidade de Fusão
•Observar alterações das propriedades dos fluxantes durante o lingotamento devido, principalmente a incorporações de Al2O3.
Rompimento de Pele por Agarramento
InfluInfluêência do teor de Fncia do teor de F--::
Dissolução de Al2O3 pelo Fluxante
InfluInfluêência da Viscosidade:ncia da Viscosidade:
At 1350oC
-0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
30
20
10
Viscosidade (Poise) at 1300oC
At 1350oC
2 4 6 8 10 12 14
30
20
10
Fluorine (%)Q
uant
idad
e de
Al 2O
3 di
ssol
vida
(%)
Dissolução de Al2O3 pelo Fluxante
InfluInfluêência da Absorncia da Absorçãção de Alo de Al22OO33 na na Viscosidade do FluxanteViscosidade do Fluxante::
Vis
cosi
dade
log
(Poi
se)
Visc
osid
ade
(Poi
se)
a 1300oC
0 5 10 15 20 25
1,0
0,60,4
0,2
0,8
-0,20
Al2O3 dissolvida (%)
1086543
2
1
Perfil de Variação do Teor de Al2O3 na Escória de Fluxo Fundido em Reação ao Tempo
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tempo de Lingotamento (min)
Al 2O
3na
Esc
ória
(%) Tipo B
Tipo A
0
2
4
6
8
10
12
Initial Solidified Slag Film
% A
lum
ina
A B C D
0
2
4
6
8
10
12
Initial Solidified Slag Film
% A
lum
ina
A B C D
Variação do Teor de Al2O3 entre a composição inicial do fluxante e a composição do filme de escória solidificado
Efeito do Teor de Al2O3 na Viscosidade do Fluxante e Aumento do Índice de Trincas Longitudinais
Tensão Interfacial: Metal/Escória (γ ms)
-Aumento minimiza o arraste de escória
-Determina a forma do menisco e o tamanho do canal para infiltração da escória líquida;
A tensão Interfacial aumenta com:
-Aumento do teor de Al2O3 no fluxante;
-Redução do teor de CaF2 e Na2O;
-Redução do teor de óxidos redutores como Fe2O3;
Ensaios para Ensaios para CaracterizaCaracterizaçãção de o de
FluxantesFluxantes
Ensaios Realizados em FluxantesEnsaios Realizados em Fluxantes
•Umidade
•Densidade Aparente
•Análise Química
•Análise Granulométrica;
•Superfície Específica
•Avaliação da Velocidade de Fusão;
•Viscosidade;
•Ensaio de Navículas
•Análise Térmica Diferencial;
•Microscopia de Aquecimento
•Difração de Raios X
AnAnáálise Tlise Téérmicarmica DiferencialDiferencial
Avalia o perfil de reações endotérmicas e exotérmicas do fluxante, caracterizando inclusive a tendência e temperatura de cristalização do vidro
VISCOSIDADEVISCOSIDADE
Pêndulo Rotativo
Cadinho
Fluxante Fundido
Representação Esquemática de um viscosímetro pendular rotativo Figura 22 – Representação da curva típica de viscosidade de fluxantes
Modelos para Determinação da Viscosidade:
η = AwTexp
xSiO2 = xSiO2 + xPO2,5 + xTiO2 + xZrO2xCaO’= xCaO + xMgO + xFeO + xMnO +xB2O3xAl2O3 = xAl2O3xCaF2 = xCaF2xNa2O = xNa2O + xK2O + xLi2O
TBw
a) Método Riboud
Aw = exp (-19,81 + 1,73 xCaO’ + 5,82xCaF2 + 7,02xNa2O – 35,76xAl2O3)Bw = +31140 – 23896 xCaO’- 46,356xCaF2 – 39159xNa2O + 68833XAl2O3
Mais Usado!!
VISCOSIDADEVISCOSIDADE
Exemplo de Cálculo de Viscosidade em Fluxante
Elementos % (massa)% (massa)
RealPeso
Molecular %MR/PM x
SiO2 37,6 37,6 60 0,6266 0,3956
Al2O3 5,0 5,0 102 0,049 0,0309
CaO 38,3 30,9 56 0,5518 0,3483
Na2O 12,8 12,8 62 0,2064 0,1303
F- 5,0 - 19 - -
FeO 1,3 1,3 72 0,0180 0,011
CaF2 10,3 78 0,1321 0,0834
Total 1,5839 1,0000
VISCOSIDADEVISCOSIDADE
Elementos X
SiO2 0,3956
Al2O3 0,0309
CaO 0,3483
Na2O 0,1303
F- -
FeO 0,011
CaF2 0,0834
Total 1,0000
X CaO = 0,3483 + 0,011 = 0,3597
X Na2O = 0,1303
A = 6,2380*10-9
B = 15704
T = 1573K
η = 0,213 Pa s
η = AwTexpTBw
Exemplo de Cálculo de Viscosidade em Fluxante
VISCOSIDADEVISCOSIDADE
Ensaio de NavEnsaio de Navíículasculas
a)
b)
c)
a) Suporte Refratário Antes da Inclinação
b) Suporte Refratário Após Inclinação
c) Ensaio de Navículas de vários lotes de fluxante para lingotamento de açoperitérico
Avalia a viscosidade do fluxante fundido em função
do comprimento de escoamento obtido na
navícula
Ensaio Comparativo
Ensaio de NavEnsaio de Navíículasculas
Ensaio para AvaliaEnsaio para Avaliaçãção da o da Velocidade de FusVelocidade de Fusããoo
Determina o perfil de fusibilidade do fluxante
em relação a Velocidade de Escoamento,
Temperatura Inicial e Final de Fusão
Ensaio Comparativo
0123456789
10
33
115
177
257
315
393
460
517
590
663
731
801
870
939
1004
1076
1143
1168
Temperatura (ºC)
Pe
so (
g)
Ensaio para AvaliaEnsaio para Avaliaçãção da o da Velocidade de FusVelocidade de Fusããoo
Gráfico: Perda de Massa x Temperatura
Gráfico: Perda de Massa x Temperatura
Ensaio para AvaliaEnsaio para Avaliaçãção da o da Velocidade de FusVelocidade de Fusããoo
Microscopia com AquecimentoMicroscopia com Aquecimento
De acordo com a norma DIN 51730, determina as temperaturas de amolecimento,
fusão e fluidez de materiais
Formatos característicos da amostra submetidos a microscopia com aquecimento
Formato Inicial Temperatura de amolecimento (esfera)
Temperatura de meia esfera
Temperatura de fluidez
Microscopia com AquecimentoMicroscopia com Aquecimento
DifraDifraçãção de Raio Xo de Raio X
Carboox 108 AF
46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
21-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 49.58 % - d x by: 1.000 - WL: 1.5405646-1212 (*) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 49.04 % - d x by: 1.000 - WL: 1.5405635-0816 (*) - Fluorite, syn - CaF2 - Y: 71.27 % - d x by: 1.000 - WL: 1.5405645-0946 (*) - Periclase, syn - MgO - Y: 91.08 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056Operations: ImportCarboox 108 AF calcinado - File: 108AF_calc.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Operations: ImportCarboox Mistura 108 AF - File: mist_108AF.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 27.0 °C - Tim
Lin
(Cou
nts)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
590
2-Theta - Scale21 30 40 50 60 7
Ensaio utilizado para caracterização das fases cristalinas presentes nos materiais
Lingotamento contínuo de Aços PeritéticosLingotamento contínuo de Aços Peritéticos
O lingotamento contínuo de aços com teor de carbono situado entre 0,08 e 0,14 % e substancialmente mais difícil que o lingotamento e aços baixo carbono. Esta dificuldade deve-se a transformação γ / δ associada a uma contratação linear maior, que leva a formação de defeitos superficiais e a formação de uma parede ou pele de lingote mais irregular e rugosa. Como conseqüência o aço apresenta um perfil de troca térmica irregular e uma maior tendência a rompimento de pele.
Perfil da pele:
Aço baixo carbono e alto carbono Aços peritéticos
Nos aços em geral , mas fundamentalmente nos aços peritéticos quando a diferença entre a temperatura de entrada e saída da água no molde é muito grande (grau de resfriamento) existe uma maior tendência para ocorrência de defeitos.
Uma das maneiras de diminuir a troca térmica é utilizando fluxantes com temperatura de cristalização mais alta.
Lingotamento contLingotamento contíínuo de Anuo de Açços Peritos Peritééticosticos
Perfil de Solidificação e Lubrificação dos Perfil de Solidificação e Lubrificação dos Fluxantes SólidosFluxantes Sólidos
• A viscosidade inicial deve ser escolhida em função do teor de alumina (Al2O3) a ser absorvido pela camada de escória.
• Considerando-se uma absorção de alumina situada entre 2 e 4% e utilizando-se um fluxante com uma viscosidade inicial de 1.0 – 1.1 poise, a viscosidade final deve situar-se entre 2.0 a 3.0 poise.
• Se a viscosidade inicial for muito baixa, poderão ocorrer trincas longitudinais na parte central da face larga.
• Para velocidades muito altas (1.6 – 2.0 m/min) deve-se procurar fluxantes com baixas temperaturas de fusão, de forma a permitir uma maior transferência de calor.
• Para velocidades de lingotamento situadas entre 1.0 e 1.4 m/min o fluxante com Tf ~ 1030 – 1070ºC e viscosidade de 1.1 – 1.6 poise a 1300ºC está na faixa ideal.
CritCritéérios prrios prááticos para seleticos para seleçãção o de fluxantes para lingotamento de fluxantes para lingotamento contcontíínuonuo
Aços baixo carbono acalmados ao alumínio
•A prática recomendada a utilização de fluxantes com alta temperatura de cristalização Tc superior a 1140ºC.
• Viscosidades situadas entre 0.9 e 2.5 à 1300ºC são usualmente recomendados, porém, o valor ideal deve ser considerado de caso àcaso.
• Relações CaO/SiO2 superiores a 1.0 são recomendadas.
• Considerar grau de reoxidação do aço, pois altos teores de Al2O3 e SiO2 podem alterar a viscosidade final e alterar a taxa de transferência de calor.
CritCritéérios prrios prááticos para seleticos para seleçãção de o de fluxantes para lingotamento fluxantes para lingotamento contcontíínuonuo
Aços Peritéticos médio carbono acalmados ao alumínio ou alumínio-silício
•Nestes aços ocorre absorção simultânea de Al2O3 e TiO2 e não se observa grandes variações na viscosidade final da escória líquida (Al2O3 aumenta a viscosidade e TiO2 reduz).
• Geralmente são preferidos fluxantes de alta viscosidade (3.5~4.0poise) inicial e baixo teor de Na2O, de maneira a reduzir o cordão de escória e inclusão de escória por arraste.
• Recomenda-se a utilização de fluxantes com baixa temperatura de solidificação com a finalidade de aumentar taxa de transferência térmica (troca de calor).
• A substituição de CaO por MgO produz fluxantes com melhores características de comportamento físico-químico da camada vítrea. A utilização de B2O3 permite a redução dos teores de F e Na2O.
CritCritéérios prrios prááticos para seleticos para seleçãção o de fluxantes para lingotamento de fluxantes para lingotamento contcontíínuonuo
Aços ultra-baixo carbono
• Fluxante deve ter alta capacidade de absorção de alumina.
• Fluxantes com baixa temperatura de cristalização e baixa viscosidade devem ser utilizados com a finalidade de promover alta transferência térmica reduzindo o abaulamento abaixo do molde.
CritCritéérios prrios prááticos para seleticos para seleçãção o de fluxantes para lingotamento de fluxantes para lingotamento contcontíínuonuo
Aços alto silício acalmados ao alumínio para uso elétrico
Tipo de Aço
Viscosidade
Original (Poise a 1300oC)
Viscosidade no molde
(Poise a 1300oC)
Temperatura de
Fusão (oC)
Temperatura de
Cristalização (oC)
Baixo Carbono 1,0 2,0 a 2,5 1030 a
1070
Tendência a Cristalização
Suprimida
Médio Carbono 0,9 a 2,5 2,0 a 4,5 1130 a
1220 1040 a 1180
Ultra-Baixo
Carbono1,5 a 4,0 Próximo ao
Original 950 a 1000
Tendência a Cristalização
Suprimida
PROPRIEDADES DO FLUXANTEPROPRIEDADES DO FLUXANTE
FIM