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1 LINGOTAMENTO LINGOTAMENTO CONT CONTÍ NUO DE PLACAS NUO DE PLACAS Ipatinga Ipatinga - MG MG Outubro de 2009 Outubro de 2009 Cláudio Antônio Goulart Valadares Maria Carolina Campello Bezerra CAPÍTULO 5 FLUXANTES PARA FLUXANTES PARA LINGOTAMENTO CONTINUO DE LINGOTAMENTO CONTINUO DE PLACAS PLACAS

Cap5 Fluxante Usm 2009

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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

Propriedades dos FluxantesPropriedades dos Fluxantes

Composição Química

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

Relação entre Velocidade de Lingotamento e Viscosidade do Fluxante

Temperatura de Solidificação

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

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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