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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA ALFREDO MOISES SARKIS Investigação sobre o defeito madeira em folhas de Flandres produzidas em linhas industriais de estanhamento eletrolítico Lorena - SP – Brasil 2006

Investigação sobre o defeito madeira em folhas de Flandres produzidas ...sistemas.eel.usp.br/bibliotecas/antigas/2006/EMD06003.pdf · em linhas industriais de estanhamento eletrolítico

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  • UNIVERSIDADE DE SO PAULO

    ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA

    ALFREDO MOISES SARKIS

    Investigao sobre o defeito madeira em folhas de Flandresproduzidas em linhas industriais de estanhamento eletroltico

    Lorena - SP Brasil

    2006

  • ALFREDO MOISES SARKIS

    Investigao sobre o defeito madeira em folhas de Flandresproduzidas em linhas industriais de estanhamento eletroltico

    Dissertao apresentada Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de So Paulo para a

    obteno do ttulo de Mestre em Engenharia dos Materiais.

    rea de Concentrao: : Materiais metlicos, cermicos e polimricos

    Orientador: Prof. Dr. Alain Laurent Marie Robin

  • FOLHA DE APROVAO

    ALFREDO MOISES SARKIS

    Investigao sobre o defeito madeira em folhas de Flandres produzidasem linhas industriais de estanhamento eletroltico

    Dissertao apresentada Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de So Paulo para a

    obteno do ttulo de Mestre em Engenharia dos Materiais.

    rea de Concentrao: : Materiais metlicos, cermicos e polimricos

    Orientador: Prof. Dr. Alain Laurent Marie Robin

    Aprovado em: 30/11/2006

    Banca Examinadora

    Prof. Dr. ALAIN LAURENT MARIE ROBIN OrientadorEscola de Engenharia de Lorena USP

    Prof. Dr. ANTONIO FERNANDO SARTORIEscola de Engenharia de Lorena USP

    Prof. Dra. TANIA MARIA CAVALCANTI NOGUEIRAUniversidade Federal Fluminense EEIMVR

  • DEDICATRIA

    minha famlia, minha esposa Cludia e meu filho Bernado pelo alicerce fundamental de todasas jornadas e pela energia livre maravilhosa sempre presente.

  • AGRADECIMENTOS

    Ao Prof. Dr. Alain Laurent Marie Robin por todos os conhecimentos transmitidos e peladedicao como orientador deste trabalho.

    Ao Prof. Dr. Paulo Atsushi Suzuki pela dedicao e contribuio inestimvel na parteexperimental deste trabalho.

    Ao Dr. Durval Rodrigues Junior e ao Prof Dr. Hugo Ricardo Zschommler Sandin pelo apoiodurante o andamento deste trabalho.

    A todos os integrantes da clula de produo da linha de estanhamento eletroltico n 3 da CSN,pela confiana, companheirismo e apoio para a realizao deste trabalho.

    CSN, atravs do Gerente Geral Rafael Garcia Netto e Gerentes Armando Eduardo RibeiroBonilha, Jos Geraldo Ribeiro de Carvalho e Luiz Alberto Rodrigues de Carvalho pelacompreenso e apoio para a realizao deste trabalho.

    Ao Laboratrio de Metalografia do Centro de Pesquisas da CSN pela ateno dedicada.

    Ao amigo e companheiro Vilmar Alves de Souza por compartilhar os vrios quilmetros deestrada, pginas de livros e horas de estudo com muita alegria.

    A todos os colegas da Escola de Engenharia de Lorena - DEMAR pelo apoio nas tarefasexperimentais e pelo timo convvio.

    A todos os colegas da CSN pelo apoio e experincia compartilhada durante este trabalho.

    minha famlia pelo alicerce fundamental de todas as jornadas.

    minha esposa Cludia e meu filho Bernado pela energia livre maravilhosa sempre presente.

  • RESUMO

    SARKIS, A. M. Investigao sobre o defeito madeira em folhas de Flandres produzidas emlinhas industriais de estanhamento eletroltico. 2006. 121f. Dissertao (Mestrado emEngenharia de Materiais) Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de So Paulo,Lorena, So Paulo.

    A folha de Flandres, aplicada na indstria de latas de alimentos, consiste em chapas deao revestidas com estanho eletrodepositado. A folha deve apresentar boa resistncia corroso,boa conformabilidade, boa soldabilidade e boa aparncia (brilho). A qualidade da folha deFlandres pode ser afetada por diversas variveis do processo produtivo, tanto relacionadas com ascaractersticas do ao, como as condies operacionais envolvidas nos diversos estgios da linhade estanhamento. Um defeito altamente recusvel que ocorre na folha de Flandres pormecanismos ainda no bem definidos, o defeito madeira, denominado desta forma devido a umaspecto similar ao corte longitudinal de um tronco de madeira. Neste trabalho foramcaracterizados de maneira comparativa amostras de folhas de Flandres com e sem o defeitomadeira, atravs de observaes por microscopia eletrnica de varredura (MEV) e difratometriade raios X; correlacionar as variveis de processo de produo da folha de Flandres com aocorrncia do defeito madeira. As amostras analisadas foram retiradas da linha de produo daCompanhia Siderrgica Nacional e os dados das variveis de processo correspondentessimultaneamente coletados. As observaes por MEV indicaram que nas amostras com defeitomadeira, ocorreu um espalhamento no homogneo do estanho, gerando ilhas de estanho. Aocontrrio, o revestimento de estanho se apresentou uniforme nas amostras sem defeito. Asanlises por difratometria de raios X mostraram que tanto nas amostras sem e com defeito, oestanho cristalizou no sistema tetragonal de corpo centrado com orientao preferencial dos grosna direo (200). As anlises por varredura mega mostraram que a orientao preferencial dosgros na direo (200) para as amostras com defeito madeira no uniforme, ao contrrio doobservado para as amostras sem o defeito. O defeito madeira no est relacionado com acomposio qumica e microestrutura do ao base (DR-015x965 mm), j que revestimentos come sem defeito foram obtidos sobre ao de mesma composio e microestrutura. Uma espessuramaior e/ou rugosidade maior da chapa de ao base favoreceram o aparecimento posterior dodefeito na chapa revestida. No entanto, a sujidade do ao base se mostrou ter a maior influncia.Assim, uma sujidade medida na faixa de 80 a 133,33 mg/m2 conduziu ao aparecimento dodefeito. Quanto s variveis do processo, s foi possvel durante a execuo do trabalho analisar ainfluncia da densidade de corrente e da temperatura do eletrlito na seo de estanhagem, j queos outros parmetros de processo se mantiveram sempre dentro dos padres estabelecidos. Umaumento de densidade de corrente localizado, decorrente de uma aproximao de anodo,provocou o aparecimento do defeito denominado faixa de anodo e tambm neste caso, do defeitomadeira como efeito secundrio. Uma temperatura acima do valor estabelecido tambm semostrou favorvel ao aparecimento do defeito madeira. A espessura e a rugosidade do substrato,o tamanho de gro do estanho aps a etapa de eletrodeposio (que depende da densidade decorrente e da temperatura) devem influenciar o comportamento trmico da chapa revestida e auniformidade da frente de fuso durante a fuso do estanho. A sujidade da chapa deve alterar amolhabilidade do estanho nesta etapa do processo.

    Palavras-chave : Defeito madeira, Folha de Flandres, Estanhamento.

  • ABSTRACT

    SARKIS, A. M. Investigation of the woodgrain defect on tinplates produced in industrialelectrolytic tinning lines. 2006. 121f. Dissertation (Master Science in Materials Engineering) Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de So Paulo, Lorena, So Paulo.

    The well-known Flandres foil largely used in the manufacture of food containers consists intin electrocoated steel strip. It must present good corrosion resistance, good workability, goodweldability and good appearance (bright). The finish quality of the Flandres foil can be affectedby several process variables, related to steel characteristics, as well as operational conditionsinvolved in the different stages of the tinning process. A highly reprovable defect that occurs onFlandres foil by not well defined mechanisms is woodgrain defect. This defect consists in theformation of alternate bands of different reflectivity (light/dark), which looks like longitudinallycut wood. In this were characterized Flandres foils with and without woodgrain, through scanningelectron microscopy (SEM) and X-ray diffraction; correlate the process variables with theoccurrence of woodgrain. The coupons with and without woodgrain were removed from thetinning line of Companhia Siderrgica Nacional-Brazil and the corresponding process variablessimultaneously collected. SEM observations evidenced that for coupons with woodgrain defect,the molten tin have spread irregularly during melting stage. On the contrary, the tin layer wasuniformly distributed in coupons without defect. X-ray diffraction analyses showed that for bothcoupons with and without woodgrain defect, metallic tin crystallized in the body-centeredtetragonal lattice with a preferential orientation of grains in the (200) direction. The (200) rockingcurves pointed out that for the tinplates presenting woodgrain, the tin grains were not uniformlyoriented. On the contrary, the tin grains for coupons without defect were highly oriented in the(200) direction. The woodgrain defect is not related to chemical composition and microstructureof base steel strip ((DR-015x965 mm), as tinplates with and without defect were obtained on steelsubstrates of same compositions and microstructures. Higher thickness and/or higher roughnessof steel strip favored the appearance of the defect. Nevertheless, the dirtiness of the steel stripshad more influence on woodgrain occurrence and dirtiness in the 80-133,33 mg/m2 range wasshown to enhance the appearance of the defect. Only the effect of electrodeposition currentdensity and temperature of electrolytic bath on woodgrain occurrence was analyzed in this work,as the other process parameters were always in the specification ranges. Increase in currentdensity (caused by approximation of anode to steel strip) led to the appearance of woodgraindefect as secondary effect. Temperature of electrolytic bath higher than the specified value alsoled to woodgrain occurrence. Thickness and roughness of steel strip, and tin grain size (which isdependent on current density and temperature) could influence the thermal process and theuniformity of melting front during tin melting. Dirtiness of steel strip could favor dewetting of tinduring melting stage.

    Keywords : Woodgrain defect, Tinplate, Tinning

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 - Aplicao do estanho no mundo e no Brasil .......................................................... 22

    Figura 2 - Fluxo de produo da folha de Flandres .............................................................. 23

    Figura 3 - Caracterstica de um ciclo de recozimento contnuo tempera (T61), espessura at 0,22 mm ........................................................................................... 25

    Figura 4 - Caracterstica de um ciclo de recozimento em caixa - ( T57 ) - Carga at 34t ........ 26

    Figura 5 - Layout de uma linha de estanhamento CSN ......................................................... 29

    Figura 6 - Seo de Limpeza alcalina e decapagem eletroltica............................................... 32

    Figura 7 - Representao esquemtica da clula de limpeza desprendimento de O2 e H2 ..... 33

    Figura 8 - Ao de limpeza pela temperatura e do NaOH + aditivos (se utilizado) .................. 34

    Figura 9 - Representao esquemtica da clula da decapagem ............................................. 37

    Figura 10 - Seo de estanhagem e recuperao (Drag-Out) ................................................... 38

    Figura 11 - Morfologia de eletrodepsitos obtidas em funo da densidade de corrente de deposio ( IL Corrente Limite). [10] ............................................................. 42

    Figura 12 - Posio do anodo em relao tira ..................................................................... 44

    Figura 13 - Representao do perfil da camada de revestimento eletrodepositado, comparando a) bloco de anodos inclinado e b) bloco de anodo paralelo ............... 45

    Figura 14 - Detalhe de um tanque de estanhagem em operao, mostrando os anodos, a tira, o rolo condutor e a agitao tpica do banho ............................................. 45

    Figura 15 - Layout da torre de fuso e resfriamento brusco..................................................... 50

    Figura 16 - Corte transversal de uma Folha de Flandres .......................................................... 52

    Figura 17 - Aspecto de uma folha de Flandres com seu brilho caracterstico............................ 53

    Figura 18 - Aspecto da folha de Flandres com defeito madeira............................................. 54

    Figura 19 - Ocorrncia do defeito madeira (rea hachurada) como funo da densidade de corrente, temperatura e peso de revestimento(velocidade de agitao 122 m/min). 59

  • Figura 20 - Curva do comportamento trmico durante o aquecimento e fuso do estanho, a) endotrmico e b) exotrmico........................................................................... 61

    Figura 21 - Curva mostrando a sobreposio dos picos endo e exotrmico no ensaio em uma amostra com tamanho mdio de partculas de 7 nm.................................... 61

    Figura 22 - Resistncia trmica de contato estanho-substrato a) com rugosidades de 37,1 m e b) com rugosidade de 30,1 m . ( : resistncia trmica de contato total, 5 a resistncia trmica de contato no centro da amostra).................................. 64

    Figura 23 - Representao grfica da frente de fuso do estanho, a) com formao do defeito madeira e b) sem formao do defeito madeira[31]............................... 65

    Figura 24 - Frente de fuso tpica durante a formao do defeito madeira[32]..................... 66

    Figura 25 - Tenso superficial do estanho em funo da temperatura e da presso de oxignio[34]........................................................................................................ 68

    Figura 26 - a) Representao esquemtica da superfcie da folha de Flandres sob o efeito 'dewetting'; b) Possvel mecanismo de incio do efeito ''dewetting' numa interface slido - lquido de estanho [32]............................................................................ 70

    Figura 27 - Equipamento de raios-X instalado na linha ................................................. 73

    Figura 28 - Esquema simplificado do funcionamento do medidor de espessura.................... 75

    Figura 29 - Medidor de rugosidade da tira............................................................................. 76

    Figura 30 - a) Teste de trao e b) teste de dureza .................................................................. 76

    Figura 31 - Analisador LECO RC-412 para a anlise do teor de carbono orgnico e amorfo presente na superfcie da amostra e detalhe da tela de controle e a entrada do forno, onde so colocadas as amostras...................................................................... 78

    Figura 32 - Sistema de monitoramento de temperatura, corrente aplicada, vazo de soluo, nvel de tanque de depsito, adio de PSA...................................................... 79

    Figura 33 - a) Exemplo de uma tela durante o ensaio, onde aparecem 06 grficos (potencial x tempo), respectivamente da anlise das faces superior/ inferior da tira e das bordas (lado operao e acionamento da linha) e do centro da tira; b) amostras cortadas para o ensaio........................................................................................... 81

    Figura 34 - Curva potencial-Tempo para a face superior/borda esquerda-LO de uma amostra, e o resultado do peso de revestimento do estanho e da liga ................................. 81

  • Figura 35 - Microscpio eletrnico de varredura, marca LEO - 450 VP............................ 82

    Figura 36 - Difratmetro de raios X, SEIFERT- ISODEBYEFLEX 1001..................... 84

    Figura 37- Imagem por MEV da amostra sem o defeito madeira. ....................................... 86

    Figura 38 - Imagem por MEV da amostra com o defeito madeira: Regio clara (a) e regio escura (b) .............................................................................................................. 87

    Figura 39- Difratogramas de raios- X de amostras revestidas com estanho: a) sem fuso, sem o defeito madeira, b) aps a fuso e resfriamento, sem o defeito madeira, c) aps a fuso e resfriamento, com defeito madeira regio clara e d) aps a fuso e resfriamento, com defeito madeira - regio escura .......................................... 90

    Figura 40 - Difratograma da varredura mega das amostras: sem fuso e aps a fuso e resfriamento-sem defeito, aps a fuso e resfriamento com defeito madeira-regio clara e com defeito madeira-regio escura........................................................... 91

    Figura 41 - Difratogramas da varredura mega de amostras revestidas com estanho: a) aps a fuso e resfriamento,sem defeito; b) sem fuso, sem defeito; c) aps a fuso e resfriamento, com defeito madeira-regio clara e d) com defeito madeira-regio escura .................................................................................................................... 93

    Figura 42 - Representao esquemtica da distribuio dos planos cristalogrficos (200) em relao superfcie da amostra e as posies relativas (a,b,c) dos planos onde a lei de Bragg satisfeita. ........................................................................... 94

    Figura 43 - a) amostras aps a fuso e resfriamento, sem o defeito madeira; b) com o defeito madeira .................................................................................................................. 95

    Figura 44 - Representao esquemtica da distribuio e orientao dos planos (200) de uma amostra aps a fuso e resfriamento sem o defeito madeira, mostrando uma orientao bem regular.......................................................................................... 96

    Figura 45 - Representao esquemtica da distribuio e orientao dos planos (200) de uma amostra aps a fuso e resfriamento sem o defeito madeira, mostrando uma orientao bem regular............................................................................................ 96

    Figura 46 - Difratograma de varredura omega de uma amostra sem fuso a) sem o defeito Madeira; b) com o defeito madeira......................................................................... 97

    Figura 47 - Microestrutura de : a) Amostra do ao base da folha que apresentou o defeito Madeira; b) Amostra do ao da folha que no apresentou o defeito madeira ...... 101

    Figura 48 - Representao de uma amostra tirada no fim de uma bobina (sem defeito) e incio de uma nova bobina (com defeito)........................................................................ 103

  • Figura 49 - Representao esquemtica da posio dos anodos em relao tira. a) Vista Lateral e b) vista superior...................................................................................... 108

    Figura 50 - a) Imagem de uma parte da superfcie da tira com e sem o defeito madeira; b) Representao esquemtica de uma tira apresentando o defeito faixa de anodo e que gerou como efeito secundrio o defeito madeira........................................... 110

    Figura 51 - Imagem por MEV da amostra com o defeito madeira, oriundo da aproximao do anodo .............................................................................................................. 111

    Figura 52 - Imagem por MEV de amostras sem fuso: a) densidade normal e b) densidade alta oriundo da aproximao, oriundo da aproximao do anodo....................... 112

    Figura 53 - Difratograma da varredura omega de uma amostra com defeito madeira oriundo da aproximao do anodo........................................................................................... 113

  • LISTA DE QUADROS

    Quadro 1 - Propriedades fsicas do estanho .......................................................................... 21

    Quadro 2 - Graus dos aos utilizados para a fabicao de folha metlica ............................. 24

    Quadro 3 - Propriedades Mecnicas da Folha Metlica......................................................... 26

    Quadro 4 - Caractersticas das Linhas de Estanhamento Eletroltico CSN ....................... 31

    Quadro 5 - Caracterstica do processo.[5] ............................................................................. 35

    Quadro 6 - Caracterstica do processo. [7]............................................................................ 36

    Quadro 7 - Caracterstica do processo. [ 9 ].......................................................................... 39

    Quadro 8 - Valores de densidade de corrente tima, correlacionados com a temperatura e concentrao do banho. [2, 11]............................................................................. 43

    Quadro 9 - Tabela de aplicao de corrente . Os valores de corrente esto em KA. [8]........ 47

    Quadro 10 - Caracterstica do processo. [16]........................................................................... 49

    Quadro 11 - Detalhe da tabela 8 que correlaciona densidade de corrente de deposio, concentrao de estanho no eletrlito e temperatura, para a seo da estanhagem.......................................................................................................... 114

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela 1 - Tipos de amostras utilizadas................................................................................... 72

    Tabela 2 - Peso de revestimento e camada de liga em amostras com e sem o defeito madeira ................................................................................................................. 88

    Tabela 3 - Ocorrncia do defeito madeira nas Lees, relacionadas com o tipo de material Jan a Dez/2004 ..................................................................................................... 99

    Tabela 4 - Anlise qumica do material DR(0,15mm x 965 mm) da folha que apresentou ou no o defeito madeira.......................................................................................... 100

    Tabela 5 - Propriedades mecnicas do ao base (DR) da folha que apresentou ou no o defeito madeira ............................................................................................................... 100

    Tabela 6 - Valores de espessuras medidas do ao base para os materiais com e sem defeito ................................................................................................................. 104

    Tabela 7 - Valores de rugosidades medidas do ao base para os materiais com e sem defeito ................................................................................................................. 104

    Tabela 8 - Valores das anlises de plate out e carbono orgnico e amorfo ........................... 105

    Tabela 9 - Condies de operao na seo da limpeza eletroltica alcalina ....................... 106

  • SUMRIO

    1 INTRODUO 16

    2 REVISO BIBLIOGRFICA 18

    2.1 Histrico 18

    2.2 O Metal Estanho 20

    2.3 Fabricao do ao Folha metlica 22

    2.3.1 Linha de recozimento contnuo (LRC) - Etapa 6 24

    2.3.2 Linha de limpeza eletroltica e forno de recozimento em Caixa (RCx) - Etapa 7 25

    2.3.3 Laminador de encruamento - Etapa 8 27

    2.3.4 Linha de preparao de bobinas - Etapa 9 27

    2.3.5 Linha de estanhamento eletroltico - Etapa 10 28

    2.4 Descrio do processo da linha de estanhamento eletroltico (LEE) 28

    2.4.1 Seo da limpeza alcalina eletroltica 32

    2.4.2 Seo da decapagem eletroltica 35

    2.4.3 Seo da estanhagem 38

    2.4.4 Seo de recuperao (Drag out) de estanho 47

    2.4.5 Seo da torre de fuso e resfriamento brusco 48

    2.4.6 Seo de tratamento eletroqumico (passivao) 51

    2.4.7 Seo de oleamento Eletrosttico 51

    2.5 O Defeito Madeira 53

    2.5.1 Fatores que podem influenciar o defeito Madeira 55

    2.5.1.1 Tipo de eletrlito e aditivo 55

    2.5.1.2 Concentrao, temperatura e velocidade de agitao do banho 56

    2.5.1.3 Densidade de corrente 57

    2.5.1.4 Corrente alternada versus corrente contnua na torre de fuso 62

    2.5.1.5 Espessura da folha metlica 62

    2.5.1.6 Condies superficiais da folha metlica 63

    2.5.2 Formao do defeito madeira 64

  • 3 MATERIAL E MTODOS 71

    3.1 Coleta de Dados 71

    3.1.1 Caracterizao do ao base utilizado 73

    3.1.1.1 Espessura 73

    3.1.1.2 Rugosidade 75

    3.1.1.3 Dureza e teste de trao 76

    3.1.1.4 Sujidade 77

    3.1.2 Parmetros do processo/Anlise laboratorial 78

    3.1.2.1 Processo 80

    3.1.2.2 Revestimento 80

    4 RESULTADOS E DISCUSSO 85

    4.1 Anlises morfolgica e cristalogrfica do defeito Madeira 86

    4.1.1 Anlises morfolgica 86

    4.1.2 Anlise cristalogrfica por difratometria de raios - X 89

    4.2 Estudo de casos de ocorrncias do defeito madeira nas linhas de estanhamento daCSN 98

    4.2.1 Influncia do metal base 98

    4.2.1.1 Tipo de fluxo de produo: recozimento contnuo e caixa 98

    4.2.1.2 Composio qumica, microestrutura e propriedades mecnicas da folha metlica 99

    4.2.1.3 Espessura, rugosidae e sujidade dafolha metlica 102

    4.2.2 Influncia de algumas variveis do processo 107

    4.2.2.1 Densidade de corrente de eletrodeposio 107

    4.2.2.2 Temperatura 113

    5 CONCLUSES 116

    6 REFERNCIAS 118

  • 16

    1 - Introduo

    A Usina Presidente Vargas (CSN Companhia Siderrgica Nacional) uma usina de ao

    integrada e vm produzindo uma ampla gama de produtos, tais como chapas e bobinas zincadas,

    folhas de flandres, folhas cromadas e folhas no revestidas.

    Com uma capacidade instalada de 5,5 milhes de toneladas por ano, a CSN lana mo de

    toda sua experincia adquirida na produo e comercializao de ao, com um controle rigoroso

    de todos os estgios de produo, da entrada das matrias primas at os produtos finais.

    A CSN tem utilizado, na sua produo, aos de baixo carbono (0,03 a 0,09%),

    desoxidados ao alumnio e lingotados continuamente. A folha de Flandres, comumente chamada

    de folha estanhada, obtida em linhas de estanhamento eletroltico onde, em alta velocidade as

    bobinas se desenrolam tendo oleosidades e sujeiras removidas, so decapadas e revestidas em

    ambas as faces com estanho, com ou sem fuso deste revestimento, passivadas, oleadas e

    rebobinadas ou cortadas. O processo utilizado conhecido como Ferrostan [1].

    A folha de Flandres tm larga aplicao na indstria : em latas de alimentos, de bebidas,

    de aerosis, de leos protetivos e lubrificantes, rolhas metlicas, pilhas eltricas, objetos

    decorativos, bandejas, caixas de presentes e materiais de propagandas [1].

    A qualidade final da Folha de Flandres depende de diversas variveis do processo

    produtivo, que podem estar relacionadas com as propriedades e caractersticas do material base

    e/ou com as diversas condies que esto envolvidas o processo de estanhagem. O objetivo deste

    trabalho correlacionar estas variveis da produo da Folha de Flandres com a qualidade final

    obtida, e com enfoque na ocorrncia do defeito madeira, que uma caracterstica superficial no

    desejada no produto final.

  • 17

    A Folha de flandres um material que deve possuir boa resistncia mecnica,

    conformabilidade, soldabilidade, resistncia corroso e timo aspecto, o que significa ter um

    brilho acentuado e ausente de manchas oriundas do processo. O revestimento de estanho, logo

    aps a eletrodeposio, se apresenta fosco. Para dar ao revestimento um brilho especular e

    tambm promover a formao de camada da liga (Fe-Sn), a tira aquecida acima de 232C

    (ponto de fuso de estanho) e resfriada rapidamente em gua.

    O defeito denominado madeira, devido ao aspecto similar ao corte longitudinal de um

    tronco de madeira, ocorre por mecanismos ainda no totalmente explicados e seria associado na

    prtica a possveis problemas na seo alcalina/decapagem/estanhagem e possveis problemas

    trmicos durante a fuso.

    Este defeito ocorre principalmente nas tiras produzidas com peso de revestimento baixo

    (abaixo de 2,8 g/ m2) e nas linhas onde ocorre limitao de velocidade (215 m/min). um defeito

    altamente recusvel pelo seu aspecto que seria relacionado a uma camada de estanho no

    uniformemente distribuda.

  • 18

    2 - Reviso Bibliogrfica

    2.1 Histrico [2,3]

    No fim do sculo XVIII, a Frana atravessou um perodo de revolues e guerras

    externas. Afirma-se que durante este perodo, para atender ao problema de abastecimento dos

    exrcitos no exterior, o governo francs (Diretrio) ofereceu em 1795 um prmio a quem

    descobrisse um processo prtico para a conservao de alimentos em grande quantidade.

    Nicolas Appert (1752-1841), pasteleiro parisiense, instalou em 1796 uma fbrica de

    conserva em vidros de ervilha e feijo, em Massy, no Departamento de Seine-et-Oise. Chamado o

    pai das conservas, Appert publicou em 1810 LArt de Conserver Pendant Plusieures Annes

    Les Substances Animales Et Vgtales (A Arte de Conservar Durante Vrios Anos as

    Substncias Animais e Vegetais), que estabelece os princpios de conservao dos alimentos

    ainda hoje basicamente empregados. Pasteur reconheceu-o com o percursor do mtodo de

    pasteurizao e em 1822 foi-lhe concedido o ttulo de Bienfaiteur de lHumanit (Benfeitor da

    Humanidade). E assim estabeleceu-se o desenvolvimento da indstria de conservas na Frana e

    em outros pases. A partir da, surgiram os recipientes enlatados (ao) revestidos com estanho,

    que denominamos Folhas de Flandres [2].

    O primeiro processo desenvolvido foi o de imerso a quente, porm as dificuldades

    encontradas levaram os pesquisadores a investigar a possibilidade de estanhar chapas de ao pelo

    processo eletroltico. O novo processo, alm de possibilitar o estanhamento contnuo, ainda

    permitiria um controle rigoroso da camada de estanho depositada. As bases do processo j eram

    bem conhecidas, quando as experimentaes foram iniciadas.

  • 19

    A dificuldade que se apresentou foi escolher um eletrlito adequado e projetar o

    equipamento que permitisse uma operao econmica. A Alemanha foi o pas que primeiro

    fabricou Folhas de Flandres eletrolticas - Processo Galvnico Schloetter- e conseguiu

    experimentar eletrlitos cidos e bsicos com resultados satisfatrios.

    Com uma pesquisa de amostras de chapas estanhadas produzidas na Alemanha, surgiu,

    em 1925, o interesse da U.S. Steel em produzir chapas estanhadas eletrolticas. Essas amostras

    tinham pesos de revestimento de estanho de 112 a 269 g/m2 , que so valores elevados, porm

    quando comparadas com as amostras de chapas produzidas por imerso a quente, apresentavam

    uma porosidade de revestimento maior. O interesse declinou at 1931, quando o processo foi

    novamente estudado e em 1936, foi iniciado o desenvolvimento comercial do processo

    Schloetter, que a base do procedimento atual .

    Essa reconsiderao do processo eletroltico foi iniciada devido ao desenvolvimento da

    laminao a frio e consequente disponibilidade de tiras em forma de bobinas, juntamente com a

    demanda do consumidor para um material mais barato do que a chapa produzida por imerso a

    quente.

    Como resultado desse estudo, uma linha piloto foi construda para determinar se a

    estanhagem contnua de uma tira em movimento era possvel. Os resultados foram bastante

    satisfatrios e em 1937 foi colocada em operao, pela Gary Tinmill-U.S.Steel, a primeira linha

    de fabrico eletrolitica de Folha de Flandres nas larguras comerciais usuais. O processo foi

    patenteado pela U.S.Steel e denomidado de FERROSTAN, que utiliza soluo cida para a

    eletrodeposio do estanho.

    O produto desta linha no era oleado e o revestimento de estanho no era fundido, mas

    escovado com escovas de ao para melhorar o brilho. No perodo de 1938 a 1943, foram

  • 20

    realizados extensos estudos de todas as etapas do processo consolidando-se num produto que

    apresentava o revestimento de estanho fundido, com tratamento de passivao e oleado- que

    essencialmente a forma que existe atualmente.

    Diversos processos cidos foram desenvolvidos, j que para o mesmo peso de

    revestimento requerido, o processo alcalino necessita de mais energia e tempo. Os que atualmente

    tem significado comercial aprecivel so os processos Ferrostan, Halgeno da DuPont e o

    Fluorbrico da Rasselstein (Alemanha).

    No Brasil, a produo a Folhas de Flandres se iniciou em 1948, com o processo de

    imerso a quente. Em 1956, entrou em operao a primeira Linha de Estanhamento Eletroltico

    na CSN. Atualmente, na CSN, existem 5 Linhas que produzem folhas estanhadas e 1 Linha que

    produz folhas cromadas [1].

    Segundo o Tin Research Institute a Folha de Flandres* definida como sendo, um

    produto siderrgico plano, revestido com estanho em ambas as faces, compreendendo em um

    material resistente corroso, boa formabilidade do ao, com boa soldabilidade e boa

    aparncia(brilho)[1].

    *Flandres - Nome de um cientista francs, estudioso da aplicao de estanho em folhas de ao.

    2.2 - O Metal Estanho

    O nome vem do latin Stannum (smbolo qumico Sn). Ocorre na crosta terrestre numa

    proporo de 0,001% sendo a cassiterita (SnO2) o principal minrio. um metal de cor branca

    argntea com matiz azulado e cristaliza nos sistemas tetragonal de corpo centrado e cbico de

    face centrado . O estanho no txico, um metal macio e dtil, bom para qualquer trabalho a

    frio como laminao e extruso.

  • 21

    A principal aplicao do estanho na produo de Folha de Flandres. Alm disso,

    utilizado na fabricao de diversas ligas, como :

    a) Ligas de Chumbo - para solda

    b) Ligas de Cobre diversos tipos de bronze

    c) Ligas de Antimnio, Cobre e Chumbo formando o metal Babbit

    Sais de estanho so tambm usados em fungicidas, remdios, tintas, papel e espelhos.

    O quadro 1 apresenta algumas propriedades fsicas do estanho.

    Nmero Atmico 50

    Peso atmico 118,7

    Ponto de Fuso 231,9 C

    Ponto de Ebulio 2279 C

    Densidade 7,39 g/cm3

    Calor especfico 53 cal/KgC

    Calor latente de Fuso 14200 cal/Kg

    Valncia 2 ou 4

    Quadro 1 : Propriedades fsicas do estanho.

  • 22

    A figura 1 mostra os setores de aplicao do estanho no Mundo e no Brasil.

    Figura 1 : Aplicao do estanho no mundo e no Brasil

    2.3 Fabricao do Ao - Folha Metlica

    A Folha de Flandres, que a folha metlica revestida com estanho, obtida aps a

    transformao do ao em vrias etapas que envolvem diversos equipamentos. Na figura 2, temos

    a representao de todo o fluxo de produo siderrgico que compreende desde o ptio de

    matria prima at a Linha de Estanhamento Eletroltico. As etapas iniciais (1 a 5) so comuns aos

    produtos laminados chamados no revestidos. A partir da etapa 5, temos dois fluxos possveis

    para a fabricao da folha metlica na CSN, que conferem propriedades mecnicas diferentes aos

    produtos.

    Consumo Setorial Brasileiro de Estanho - %

    30

    127

    28

    7 7

    Folha de Flandres OutrosIndstria Qumica SoldaBronze Pewter

    30

    2415

    310

    0

    Folha de Flandres OutrosIndstria Qumica SoldaBronze Pew ter

    Consumo Setorial Mundial de Estanho- %

  • 23

    Figura 2 Fluxo de produo da Folha de Flandres

    No laminador de tiras a frio (etapa 5), as bobinas da etapa anterior so transformadas em

    bobinas a frio (Full Hard -BFH) atravs da conformao mecnica a frio, onde a espessura da tira

    reduzida para 0,18 mm e 0,22 a 0,45 mm (materiais denominados : fluxo simples reduo

    SR). E 0,19 a 0,21 mm para materiais denominados : fluxo dupla reduo DR , j que a

    espessura final definida no Laminador de Encruamento (LE). Aps esta etapa o material j

    denominado folha metlica. Aps a conformao mecnica, os gros do material ficam alongados

    na direo de laminao, apresentam alta dureza e so quebradios.

    A partir do LTF temos dois fluxos da produo da folha metlica (Etapas 6 e 7)

    recozimento contnuo e em caixa respectivamente .

    1 2 3

    4 5 7

    6

    8 9 10

  • 24

    Ambos tm a finalidade de aliviar as tenses internas e recristalizar o ao deformado no

    processo de laminao a frio.

    As propriedades mecnicas variam de acordo com o tipo de recozimento que se utiliza . O

    quadro 2 apresenta alguns graus de ao utilizados.

    Grau Tmpera %C %Mn %P %S %Si %Cn %Ni %Cr %Mo %Sn %Al %N %Nb

    2440 T50 eT52

    0,02a0,06

    0,28a0,38

    0,020mx.

    0,015mx.

    0,020mx.

    0,06mx.

    0,04mx.

    0,03a0,07

    0,02mx.

    0,02mx.

    0,020a0,070

    0,007mx. -

    2700 T57 eT61

    0,03a0,05

    0,25a0,35

    0,020mx.

    0,025mx.

    0,025mx.

    0,06mx.

    0,04mx.

    0,04mx.

    0,02mx.

    0,02mx.

    0,030a0,080

    0,006mx.

    0,005mx.

    2520T61

    0,03a0,05

    0,10a0,20

    0,020mx.

    0,020mx.

    0,020mx.

    0,06mx.

    0,04mx.

    0,04mx.

    0,02mx.

    0,02mx.

    0,020a0,060

    0,006mx.

    0,005mx.

    2710T4DR

    0,03a0,05

    0,25a0,35

    0,020mx.

    0,025mx.

    0,025mx.

    0,06mx.

    0,04mx.

    0,04mx.

    0,02mx.

    0,02mx.

    0,020a0,050

    0,007mx.

    0,005mx.

    2730T4DR

    0,03a0,05

    0,25a0,35

    0,020mx.

    0,025mx.

    0,025mx.

    0,06mx.

    0,04mx.

    0,04mx.

    0,02mx.

    0,02mx.

    0,020a0,050

    0,007mx.

    0,005mx.

    2680T57 e T65

    0,05a0,08

    0,25a0,40

    0,020mx.

    0,025mx.

    0,030mx.

    0,06mx.

    0,04mx.

    0,04mx.

    0,02mx.

    0,02mx.

    0,020a0,060

    0,007mx.

    0,005mx.

    2690T57 e T65

    0,07a0,10

    0,40a0,50

    0,020mx.

    0,025mx.

    0,030mx.

    0,06mx.

    0,04mx.

    0,04mx.

    0,02mx.

    0,02mx.

    0,020a0,060

    0,008mx.

    0,005mx.

    Quadro 2 Graus dos aos utilizados para a fabicao de folha metlica

    2.3.1 Linha de recozimento contnuo (LRC) - Etapa 6

    Nesta linha a tira limpa em tanques contendo soluo alcalina hidrxido de

    sdio e posteriormente aquecida continuamente atravs dos fornos que possuem quatro sees

    (Enxarque, Aquecimento rpido e lento e resfriamento). O produto final uma bobina recozida,

    variando as tmperas de T61, T65 e DR. usado para embalagens onde requerida uma

    conformao menos severa. Na figura 3 mostrado um ciclo trmico do recozimento contnuo.

  • 25

    Figura 3 - Caracterstica de um Ciclo de Recozimento Contnuo Tempera (T61), espessura at 0,22 mm

    2.3.2 Linha de limpeza eletroltica e forno de recozimento em caixa (RCx) - Etapa 7

    Nesta etapa a tira limpa em tanques contendo soluo alcalina hidrxido de sdio e

    depois transportada para ser aquecida de forma esttica nos fornos. O produto final uma bobina

    recozida, variando as tmperas de T50, T52, T57 e DR. usado para embalagens onde

    requerida uma conformao mais severa. Na figura 4 mostrado um ciclo trmico do forno em

    caixa. O quadro 3 correlaciona as propriedades mecnicas da folha metlica com os tratamentos

    de recozimento.

    650 650

    60

    33 54

    400

    650

    60

    123

    400

    86

    Seo deAquecimento

    SeoEncharque

    Seo Resfriamento Lento

    Seo Resfriamento Rpido

    Sada da Tirado Forno

    T C

    Tempo ( seg )Tempo (s)

  • 26

    Figura 4 - Caracterstica de um Ciclo de Recozimento em Caixa - ( T57 ) - Carga at 34t

    Tmpera Dureza(HR30T)

    Limite deEscoamento(MPa)

    Limite deRuptura(MPa)

    Alongamento%

    T50 52 mx 220 320 35T52 52 4 235 330 33T57 57 4 250 360 30T61 61 4 370 460 16T65 65 4 440 470 12DR520 70 3 520 540 5DR550 73 3 550 570 3

    Quadro 3 Propriedades Mecnicas da Folha Metlica

    500

    580 580

    140

    8 16 22

    500

    580

    140

    76

    T C

    Tempo ( h )

    Aquecimentocom forno

    sobre a carga

    Encharque comforno

    Retirada do forno

    Resfriamento nabase com resfriador

    Retirada daCarga

  • 27

    2.3.3 Laminador de encruamento - Etapa 8

    Nesta etapa temos dois fluxos possveis para a produo da folha metlica. O primeiro

    para o material simples reduo SR, onde se elimina o patamar de escoamento do material

    recozido atravs de um pequeno alongamento (mximo de 3%) do material. As outras atribuies

    so: melhorar a planicidade, dar um acabamento superficial fosco ou brilhante e dureza

    superficial. O produto final uma bobina recozida e encruada (BNR Bobina no revestida).

    O segundo fluxo para o material dupla reduo DR, onde se faz uma segunda

    laminao a frio aps o recozimento, com redues de 18 a 36%. O produto final uma bobina

    no revestida duplamente reduzida, com a espessura mnima de 0,14 mm. Este tratamento

    confere tambm ao material uma melhor planicidade, um acabamento superficial fosco ou

    brilhante e dureza superficial.

    2.3.4 Linha de preparao de bobinas - Etapa 9

    A linha de preparao de bobinas (LPB) elimina as imperfeies contidas na borda da tira

    atravs da apara lateral da mesma por intermdio de navalhas circulares e consequentemente,

    estabelecida a largura final especificada para a bobina. O produto final uma bobina no

    revestida aparada BNR.

  • 28

    2.3.5 Linha de estanhamento eletroltico - Etapa 10

    Na linha de estanhamento eletroltico(LEE) realizada a eletrodeposio do estanho de

    acordo com as especificaes exigidas. Na seo 2.3 ser descrita com maiores detalhes esta

    ltima etapa do processo.

    Da combinao dos seguintes fatores (composio do ao, recozimento, encruamento e

    revestimento de estanho) que a Folha de Flandres se destinar aos usos previamente

    estabelecidos. A folha dever apresentar resistncia s condies de embutimento, oxidao e

    presses internas que existem no processo de cozimento de alimentos em autoclaves ou nas

    cmaras de pasteurizao e no dever alterar as propriedades dos produtos envasados.

    2.4 - Descrio do processo na linha de estanhamento eletroltico (LEE)

    A linha de estanhamento eletroltico normalmente dividida em trs partes : entrada,

    processo e sada. uma linha de processamento contnuo, onde a produo no interrompida

    quando uma nova bobina processada. Para isto a linha possui alguns equipamentos especiais

    nas sees de entrada e sada que possibilita o processamento contnuo. na seo de processso

    que esto localizados os equipamentos diretamente envolvidos na produo de Folhas de

    Flandres. A figura 5 mostra o layout de uma linha de estanhamento eletroltico e seus respectivos

    equipamentos.

  • 29

    Figura 5 Layout de uma linha de estanhamento CSN

    Como principais equipamentos temos:

    1- Seo de entrada - desenroladeiras , mquina de solda e a torre de entrada.

    2- Seo de processo seo de limpeza alcalina e decapagem eletrolticas, seo de

    estanhamento e recuperao , seo da torre de fuso e resfriamento brusco , seo de

    tratamento eletroqumico e oleadeira.

    3- Seo de sada torre de Sada, tesoura e enroladeiras.

    Seo de Entrada

    Seo de Processo

    Seo de Sada

  • 30

    A velocidade de processamento da tira pode variar de 190 m/min a 610 m/min de acordo

    com a espessura do material e o peso do revestimento de estanho a ser aplicado, e a linha em que

    for processado o material. Quanto maior a espessura e menor o peso de revestimento, maior a

    velocidade utilizada.

    O arranjo das sees de limpeza alcalina e decapagem eletrolticas, seo de estanhamento

    e recuperao , seo do tratamento eletroqumico similar, consistindo de tanques de processo

    verticais em ao carbono revestido com borracha clorobutlica, onde so montados, na parte

    superior do tanque, rolos defletores de borracha (sees alcalina/decapagem) e rolos condutores

    de ao revestidos com cobre eletroltico e cromo duro e um rolo defletor de borracha no

    penltimo tanque (sees de estanhamento e recuperao/tratamento eletroqumico). Na parte

    inferior dos tanques e internamente so montados rolos submersos de borracha. Todos os rolos

    so acionados por conjuntos motor/redutor. Temos ainda os rolos secadores de borracha que so

    acionados pneumaticamente, pressionando a tira contra os rolos condutores e defletores. Na

    sada do ltimo tanque das sees existem cadeiras de secagem com rolos espremedores de

    borracha que so acionados eletromecnica e pneumaticamente. Para auxiliar na secagem da tira,

    existe na sada da cadeira de secagem (sees de estanhamento e recuperao/tratamento

    eletroqumico) um manifold de ar quente que soprado sobre a tira.

    Um sistema de bombeamento faz a circulao da soluo do tanque de depsito para os

    tanques de processo. O retorno de soluo por gravidade, atravs de canaletas existentes dentro

    dos tanques de processo. De acordo com a linha, o nmero de tanques pode variar.

  • 31

    O quadro 4 mostra as caractersticas bsicas das LEEs da CSN.

    Dados LEE#1 LEE#2 LEE#3 LEE#5 LEE#6

    Incio de Operao Janeiro/56 Abril/67 Junho/73 Abril/87 Abril/89

    Fabricante WEAN/CLARK WEAN/GE AETNA/GE NSC/GE NSC/GE

    Velocidade mx. 200 m/min 460 m/min 305 m/min 610 m/min 610 m/min

    Espessura mx/min 0,38 /0,18 mm 0,61 /0,15 mm 0,38 /0,15 mm 0,38 /0,15 mm 0,38 /0,15 mm

    Largura mx/min 965/406 mm 965/406 mm 965/406 mm 1016/610 mm 1016/610 mm

    Peso mximo 13 t 15 t 19 t 20 t 20 t

    Quadro 4 Caractersticas das linhas de estanhamento eletroltico CSN

    Devido s operaes anteriores de processamento do ao, as bobinas chegam s linhas de

    estanhamento cobertas com xidos de ferro, substncias resinosas resultantes da decomposio

    de compostos orgnicos, ao e carbono em pequenas partculas, resduos de sal da gua de

    refrigerao evaporada, graxa, leo e outras sujeiras de laminao acumuladas. Se torna

    fundamental uma boa preparao da superfcie e toda essa matria contaminante presente na

    superfcie do ao deve ser removida antes de se aplicar o revestimento de estanho. Para este

    propsito, a linha conta com as sees de limpeza alcalina e decapagem eletrolticas.

    Na Figura 6 podemos ver um arranjo tpico das sees de limpeza alcalina e decapagem

    eletrolticas.

  • 32

    Figura 6 Seo de Limpeza Alcalina e Decapagem Eletroltica

    2.4.1 Seo da limpeza alcalina eletroltica [2,4]

    Nesta seo, a tira conduzida para dentro dos tanques de limpeza contendo hidrxido de

    sdio (NaOH) atravs de rolos defletores de borracha e passa entre duas grades , ligadas a

    retificadores eltricos, que possuem polaridades positiva (anodo) e negativa (catodo)

    respectivamente, que vo se alternando em cada tanque.

    A limpeza alcalina tem a finalidade de remover leo, graxa e sujeira da superfcie da tira

    pela ao detergente - diminuio da tenso superficial da soluo e interfacial entre as fases

    gua-leo e soluo-metal, pela alta temperatura do eletrlito, aliada ao mecnica dos gases

    O2 e H2 formados por eletrlise e posterior reao do hidrxido de sdio e aditivos (caso se use)

    com contaminantes ( leo e graxa) transformando-os em sabes e glicerinas.

    Lavagem daDecapagem Limpeza Alcalina

    Lavagem daLimpeza Alcalina

    Decapagem

    Cadeira de secagem Rolo defletor Rolo secador

  • 33

    Aps passar pelo banho, a tira recebe um enxague de gua na temperatura ambiente para

    remover o excesso de resduos da soluo.

    De acordo com a polaridade das malhas (fabricadas em ao carbono), a tira poder ser

    tambm andica ou catdica. Se a tira for andica, ocorrra desprendimento de oxignio. Se a tira

    for catdica, ocorrra desprendimento de hidrognio.

    A quantidade ou o volume do gs produzido ser controlado pela corrente eltrica

    aplicada. No entanto, para a mesma corrente, o volume de hidrognio gerado ser duas vezes o

    volume de oxignio que seria gerado se a tira for andica. Por essa razo, a polaridade catdica

    mais desejvel, pois temos uma ao de escovamento pelo gs mais efetiva.

    Nas figuras 7 e 8 so representados de forma simplificada o processo de limpeza da tira

    considerando, as polaridades envolvidas e a ao da temperatura e hidrxido de sdio.

    Figura 7 Representao esquemtica das reaes andicas e catdicas na clula de limpeza desprendimento de O2 e H2 .

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    H+H2

    OH-

    O2O2

    OH-

    H+

    EletrodoAnodo (+)

    EletrodoCatodo (-)Tira

    Soluo

    H2

  • 34

    Figura 8 Ao de limpeza pela temperatura e pelo NaOH + aditivos (se utilizado)

    As reaes envolvidas so:

    2 H2O + 2e- H2

    + 2OH-

    4OH- O2 + 2 H2O + 4e

    -

    Uma boa limpeza determinada pela interao das diversas variveis de processo :

    concentrao da soluo alcalina, temperatura do banho, agitao do banho, tempo de limpeza,

    densidade de corrente aplicada e enxgue. As condies recomendadas no processo de limpeza

    alcalina so mostrados no quadro 5.

    soluo soluo

    graxa

    Tiracom graxa esoluo fria

    Tiracom graxa e

    soluo quente

    graxa

    soluo

    graxa Sabes eglicerina

    Tira

    Antes dareao com

    a soda

    Tira

    Apsreao com

    a soda

    Antes dareao comsoda

    Aps a reaocom soda

  • 35

    Soluo da limpeza alcalina e condies

    Desengraxante a base de

    NaOH e aditivos

    25 a 35 g/l (NaOH)

    Temperatura 65 a 75 C (c/aditivos) e

    80a 90C (s/aditivos)

    Densidade de Corrente 10 a 22 A/dm2

    Quadro 5 - Caracterstica do processo [5]

    Obviamente, um tempo de permanncia da tira maior nos tanques de limpeza aumentaria

    a taxa de limpeza, porm considerando o nmero de tanques disponveis, implicaria em reduo

    de velocidade da linha, o que no desejvel.

    O enxgue com gua objetiva remover o excesso de resduos da soluo presente na

    superfcie da tira para evitar a contaminao da soluo decapante posterior. Quando a soluo se

    torna contaminada demais, ela descartada.

    Caso a limpeza da superfcie da tira no seja satisfatria, aps o revestimento e fuso do

    estanho aparecero reas, denominadas Frost, coalescentes na tira, com aspecto cinza claro e

    fosco.

    2.4.2 Seo da decapagem eletroltica [2,6]

    A decapagem consiste em passar a tira, polarizada ou no, em tanques contendo soluo

    diluda de cido sulfrico (H2SO4). Tem a finalidade de remover os xidos superficiais da tira por

    dissoluo e remoo mecnica pela ao dos gases gerados (quando aplicada corrente) e deixar

    um fluxo de SO4= para evitar oxidao e compor o banho de estanhamento.

  • 36

    Aps passar pelo banho, a tira recebe um enxgue de gua na temperatura ambiente para

    remover o excesso de resduos da soluo presente na superfcie da tira, e evitar assim a

    contaminao dos tanques de eletrodeposio de estanho.

    A exemplo da limpeza alcalina, a interao das variveis do processo determinam a boa

    decapagem da superfcie. As condies recomendadas so apresentadas no quadro 6.

    Soluo de decapagem e condies

    cido Sulfrico (H2S O4) 30 a 80 g/l (H2S O4)

    Fe+2 mximo 15 g/l

    Temperatura Ambiente

    Densidade de Corrente 10 a 22 A/dm2( quando aplicado

    corrente)

    Quadro 6 Caracterstica do processo [7]

    A ao eletroltica similar descrita para a limpeza alcalina, exceto que, quando a

    polaridade da tira for andica, ao invs de liberar oxignio, a superfcie da tira de fato se dissolve.

    A velocidade de dissoluo diretamente proporcional corrente andica. As malhas

    utilizadas tambm so em ao carbono. costume usar uma combinao de polaridade de

    maneira que a tira seja andica num passe e catdica no outro. recomendado que a tira do

    ltimo passe seja catdica, porque esta polaridade mais eficiente na remoo das possveis

    manchas produzidas nos passes andicos. Nesta condio, evitada a formao de sulfatos

    frricos que so insolveis e que, caso sejam transportados pela tira para a seo do plating ,

    podem provocar arcos volticos no primeiro rolo condutor desta seo.

  • 37

    Podem tambm ocorrer manchas que podem causar subsequentes problemas de aderncia

    e de aparncia da folha de flandres quando a concentrao de Fe+2 exceder o valor de 15 g/l.

    Frequentemente, decapagens intensivas da tira iro revelar slivers riscos, e manchas

    que podem ou no serem cobertas pelo estanho. Tambm podem favorecer a ocorrncia do

    defeito Madeira. Quando a soluo se torna contaminada demais, ela descartada.

    Na figura 9 est representado de forma simplificada o processo de decapagem da tira

    considerando as polaridades envolvidas.

    Figura 9 Representao esquemtica da clula de decapagem

    As reaes envolvidas so:

    2H+ + 2e- H2

    2 H2O O2

    + 4H+ + 4e-

    FeO + H2SO4 FeSO4 + H2O

    Fe3O4 + Fe + 4H2SO4 4FeSO4 + 4H2O

    Fe2(SO4)3 + 2e- 2FeSO4 + SO4

    =

    Sulfato Frrico Sulfato Ferroso

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    H+H2

    OH-

    O2O2

    OH-

    EletrodoAnodo (+)

    EletrodoCatodo (-)Tira

    Soluo

    H2

    S O4=

    S O4=

  • 38

    2.4.3 Seo de estanhagem [2,8]

    O processo de estanhamento eletroltico baseado no princpio de aplicao de corrente

    eltrica entre anodo( barramento positivo estanho puro) e catodo ( barramento negativo tira de

    ao) fazendo com que haja liberao de ons estanhosos (Sn++) do anodo, numa quantidade

    proporcional corrente aplicada (Lei de Faraday) , que movem atravs do eletrlito e vo ser

    reduzidos no catodo(tira). A eletrodeposio do estanho ocorre em ambas as superfcies da tira de

    ao e dependendo da aplicao, a camada de revestimento eletrodepositado na folha metlica

    pode variar de 1,0 g/ m2 ( 0,16 m) a 11,20 g/ m2 ( 1,6 m ) . Ocorre tambm neste processo a

    formao de ons estnicos (Sn++++) devido oxidao do on estanhoso. Isso reduz a

    concentrao do Sn++ do banho, o que no desejado.

    A Figura 10 apresenta um arranjo tpico das sees de estanhagem e recuperao.

    (Drag Out) de estanho.

    Figura 10 - Seo de Estanhagem e Recuperao (Drag-Out)

    Seo do Drag-out Seo da Estanhagem

    Rolo condutor

    Anodo

    Rolo secadorCadeira de secagem

    Rolo Defletor

  • 39

    As reaes envolvidas no processo de estanhagem so:

    Sn0 Sn++ + 2e- (Anodo)

    Sn++ Sn++++ + 2e- (Anodo)

    Sn++ + 2 e- Sn0 (Catodo)

    Periodicamente o tanque deve ser limpo para retirar a lama eletroltica que se forma no

    processo e que contamina o banho. Cerca de 50% da lama so constitudos de on estnico.

    Como j mencionado, o processo utilizado o FERROSTAN, que implica num banho

    cido com vrios componentes que contribuem para uma boa eletrodeposio. O banho

    constitudo principalmente de gua, ons estanhosos (Sn++), cido parafenolsulfnico (PSA),

    cido alfa-naftol sulfnico etoxilado (ENSA) e cido sulfnico. O quadro 7 mostra os parmetros

    do processo para a seo da estanhagem.

    Soluo (Eletrlito)

    cido parafenolsulfnico

    (PSA)

    12 a 20 g/l

    Sn++ 22 a 30 g/l

    cido alfa-naftol sulfnico

    Etoxilado (ENSA)

    3 a 6 g/l

    cido sulfnico -

    S O4= 2 a 12 g/l

    6 a 15 g/l (p/ LEE#3)

    Sn++++ aprox. 1g/l no banho

    Fe++ mximo 10 g/l

    Temperatura 42 a 60C

    36 a 60C (p/ LEE# 1 e 3)

    Densidade de corrente 10 a 30 A/dm2

    Quadro 7 - Caractersticas do processo [ 9 ]

  • 40

    O PSA e o ENSA so cidos orgnicos fracos, que contm algum cido sulfrico no

    reagido. Os outros componentes normais encontrados no banho so os ons estnicos, ferrosos e

    sulfatos. A seguir temos uma descrio bsica da funo destes componentes no banho :

    cido parafenolsulfnico (PSA), tambm conhecido como acilona, utilizado na soluo

    aumenta a condutividade eltrica do banho e inibe a oxidao do on estanhoso em on

    estnco.

    on Sn++ presente na soluo proveniente da dissoluo andica de estanho. O anodo

    trocado quando necessrio.

    cido alfa-naftol Sulfnico Etoxilado (ENSA) o agente de adio que permite o depsito de

    uma camada de estanho uniforme e aderente, inibindo tambm a oxidao do on estanhoso.

    cido Sulfnico um agente umectante usado para fazer espuma para inibir gases e odores

    que se desprendem durante a eletrodeposio.

    A presena de SO4= aumenta a condutividade eltrica do banho e evita a passivao da barra

    de estanho (anodo).

    O on estnico (Sn++++) oriundo da oxidao do on estanhoso no desejvel e forma um

    precipitado insolvel (lama).

    O on Fe++ contribui para a oxidao do on estanhoso em estnico quando sua concentrao

    est acima do limite mximo. oriundo, por exemplo, do arraste da seo de decapagem e

    da corroso dos tanques de processo.

  • 41

    Os parmetros do processo de estanhagem devem estar dentro dos valores indicados no

    quadro 7 e permitem a obteno de uma tira estanhada de boa qualidade e com o menor nmero

    de problemas operacionais.

    Quando as variveis do processo se situam fora da faixa estabelecida e tambm em

    condies de operao do equipamento fora dos ajustes normais, podem ocorrer defeitos como:

    mancha de soluo, camada de revestimento de estanho menor, disperso alta da camada de

    estanho, faixa de anodo quando o anodo est posicionado muito prximo tira, pick up

    quando partculas de estanho aderidas ao rolo condutor estampam a tira , curto de anodo

    quando o anodo toca a tira, borda branca, baixa densidade de corrente, alta densidade de corrente,

    depresso na tira, arranhado e ondulado e tambm o defeito madeira.

    A passagem de corrente pela soluo produzindo calor, faz-se indispensvel que a soluo

    seja circulada atravs de trocadores de calor. Temos que ter uma taxa de circulao aproximada

    de 24 m3/h para cada 4 m3 . A taxa de circulao da soluo no desempenha um fator importante

    no intervalo otimizado de densidade corrente . A velocidade da tira o fator principal. O aumento

    da agitao aumenta o limite superior da densidade de corrente , desta forma reduz defeitos de

    alta densidade de corrente, como reas queimadas e bordas brancas.

    Quando a concentrao de ons estanhosos mantida no intervalo de 20 a 30 g/l, a

    temperatura ideal para a soluo eletroltica deve estar entre entre 42 a 56 C. Se a concentrao

    dos ons estanhosos cair abaixo desse intervalo, a temperatura da soluo deve ser aumentada

    para a parte superior do intervalo ou mesmo mais alta, para evitar defeitos de alta densidade de

    corrente. Pesos altos de camadas ( 8,4 g/m2 ) e maiores, sero processados no limite superior do

    intervalo de temperatura da soluo eletroltica, uma vez que mais calor gerado pela corrente

  • 42

    eltrica. A experincia demonstrou que a aparncia da chapa estanhada melhora com a soluo

    mais quente.

    Os eletrodepsitos so quase que invariavelmente policristalinos, com muitos contornos

    de gro e defeitos (exemplo : discordncias)[10]. Durante o crescimento do eletrodepsito, o

    principal parmetro a densidade de corrente. A figura 11 mostra esquematicamente a evoluo

    da morfologia dos depsitos com a densidade de corrente. Uma soluo ter um intervalo

    otimizado de densidade de corrente, quando ela produz o depsito de melhor aparncia. Esse

    intervalo otimizado determinado pela concentrao de estanho, PSA, ENSA, contaminao com

    cloretos ou graxas presentes na soluo, temperatura da soluo e pelo nvel de agitao da

    soluo provocada pela velocidade da tira. O quadro 8 (referncia Ferrostan) mostra a relao

    entre a concentrao de on estanhoso, temperatura da soluo e o peso de revestimento sobre o

    intervalo otimizado de densidade de corrente da soluo que contm 2 a 6 g/l de ENSA.

    Figura 11 Morfologia de eletrodepsitos obtida em funo da densidade de corrente de deposio ( IL corrente limite)[10].

  • 43

    Densidade de corrente (A/dm2)Concentrao do estanho (Sn+2) no eletrlito - g/lTemperatura

    C 22-24 24-26 26-28 28-30 30-32 32-34 34-36 36-38 38-4038 9.2 10.9 12.6 14.3 16 18 19 21 2339 10.4 12.0 13.6 15.2 17 18 20 22 2340 10.0 11.8 13.6 15.4 17 19 21 23 2441 11.2 12.9 14.6 16.3 18 20 21 23 2542 12.4 14.0 15.6 17.2 19 20 22 24 2543 12.4 14.1 15.8 17.5 19 21 23 24 2644 13.2 14.9 16.6 18.3 20 22 23 25 2746 14.4 16.0 17.6 19.2 21 22 24 26 2747 15.8 17.3 18.8 20.3 22 23 25 26 2848 16.2 17.7 19.2 20.7 22 24 25 27 2849 16.8 18.3 19.8 21.3 23 24 26 27 2950 16.4 18.1 19.8 21.5 23 25 27 28 3051 18.2 19.7 21.2 22.7 24 26 27 29 3052 18.8 20.3 21.8 23.3 25 26 28 29 3153 18.2 19.9 21.6 23.3 25 27 28 30 3254 18.4 20.2 22.0 23.8 26 27 29 31 33

    Quadro 8 Valores de densidade de corrente tima (A/dm2), correlacionados com a temperatura (C) e concentrao do banho (g/l). [2, 11]

    A disposio dos anodos de estanho (barramento positivo) mostrada na figura 12.

    As barras de anodos so montadas uma ao lado da outra e em cada lado da tira e devem

    ter aproximadamente a largura final da tira e estarem paralelos mesma.

    A resistncia eltrica da tira suficiente para causar uma queda aprecivel de voltagem na

    tira e como a corrente alimentada pela parte superior, a densidade de corrente

    tende a ser mais elevada nesta rea do que na parte inferior. Esses efeitos so minimizados ,

    inclinando-se os anodos de forma que estejam mais prximos na parte inferior e mais afastados

    na parte superior (figura 12). A relao matemtica seguinte nos fornece um modo de calcular

    esta inclinao do anodo em funo da resistividade do ao e da soluo, do comprimento do

    anodo e da espessura da tira. Como a tira a ser produzida pode ter espessuras diferentes , a prtica

    operacional importante para obter a melhor posio e o desgaste mais regular possvel dos

    anodos.

  • 44

    b - a = ( ao. L2 ) / (sol. t) [12] (1)

    a - Distncia anodo/tira - parte inferior (m)

    b - Distncia anodo/tira parte superior (m)

    ao - Resistividade do ao (ohm m)

    sol - Resistividade da soluo(ohm m)

    L - Comprimento do anodo (m)

    t - Espessura da tira (m)

    Figura 12 - Posio do anodo em relao tira. Vista frontal

    A densidade de corrente tambm ser mais alta nas bordas da tira. Esse efeito pode ser

    minimizado arranjando os anodos de forma que a largura final do bloco de anodo seja menor em

    aproximadamente 13 mm em cada lado da tira.

    Para melhorar tambm a uniformidade da deposio de estanho e diminuir a disperso dos

    valores de peso de revestimento depositado, o arranjo do bloco de anodos foi alterado de ponte de

    Distncia superior : 70 mm

    Distncia inferior : 35 mm

  • 45

    anodos inclinada para ponte de anodos paralela (em relao largura da tira), conforme mostrado

    na figura 13. Pois, assim tem-se uma melhor garantia de uniformidade da espessura do anodo ao

    longo da largura da tira. Na figura 14 mostrado um detalhe de um tanque de estanhagem em

    operao, mostrando os anodos, a tira, o rolo condutor e a agitao tpica do banho.

    Figura 13 - Representao do perfil da camada de revestimento eletrodepositado, comparando a) bloco de anodos inclinado e b) bloco de anodo paralelo.

    Figura 14 - Detalhe de um tanque de estanhagem em operao, mostrando os anodos, a tira, o rolo condutor e a agitao tpica do banho.

    Arranjo da ponte deAnodo. Vista superior.

    Perfil do revestimento

    Rolo

    Tira

    Anodo

    Agitao do banho

    Sentido do processo

    a) b)

    Tira

  • 46

    As condies adequadas de eletrodeposio de um determinado peso de revestimento

    uma combinao do fatores como a largura da tira, a corrente eltrica disponvel, a velocidade da

    linha e a eficincia catdica - e claro a interao das variveis de processo.

    A eficincia catdica a razo entre a corrente exclusivamente usada para a reao e

    a corrente catdica total da eletrlise. A poro da corrente que no usada para depositar o

    metal principalmente consumida pela reao de desprendimento de hidrognio.

    ( 2H+ + 2e - H2). A eficincia dada por :

    (%)= (mreal / mterica) x 100 [2] (2)

    (%) Eficincia catdica.

    mreal Massa real depositada sobre a tira

    mterica - Massa terica.

    A eficincia catdica do processo Ferrostan em media 95%.

    Valores mais baixos que 95% indicam contaminao da soluo ou deficincia da corrente

    de eletrodeposio alcanar a tira. De acordo com o material a ser processado, utilizado a

    frmula seguinte que nos permite criar uma tabela operacional

    I = ( R . L . V . 0,0271 / ) . 100 [2] (3)

    I = Corrente total aplicada - kA

    = Eficincia catdica (95%)

    R = Peso de revestimento - g/m2

    L = Largura da tira - mm

    V = Velocidade da linha - m/min

    0,0271 = Fator de converso

  • 47

    O quadro 9 reproduz parcialmente uma planilha utilizada operacionalmente nas Lees. Os

    valores podem ser acrescidos para compensar posveis perdas do processo, como problemas em

    equipamentos, falhas nos instrumentos, etc. Porm, aps o teste laboratorial do peso de

    revestimento aplicado, ajustado, ou no, o valor de corrente.

    Velocidade da Linha (m/min)Revest.

    2,0 g/m2 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290

    850 5,8 6,3 6,8 7,3 7,8 8,2 8,7 9,2 9,7 10,2 10,7 11,1 11,6 12,1 12,4 12,9 13,4 13,9

    860 5,9 6,4 6,9 7,4 7,8 8,3 8,8 9,3 9,8 10,3 10,8 11,3 11,8 12,3 12,7 13,2 13,7 14,2

    870 6,0 6,4 6,9 7,4 7,9 8,4 8,9 9,4 9,9 10,4 10,9 11,4 11,9 12,4 12,9 13,4 13,9 14,4

    880 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5

    890 6,1 6,6 7,1 7,6 8,1 8,6 9,1 9,6 10,1 10,7 11,2 11,7 12,2 12,7 13,2 13,7 14,2 14,7

    900 6,2 6,7 7,2 7,7 8,2 8,7 9,2 9,7 10,3 10,8 11,3 11,8 12,3 12,8 13,3 13,9 14,4 14,9

    910 6,2 6,7 7,3 7,8 8,3 8,8 9,3 9,9 10,4 10,9 11,4 11,9 12,4 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0

    920 6,3 6,8 7,3 7,9 8,4 8,9 9,4 10,0 10,5 11,0 11,5 12,1 12,6 13,1 13,6 14,2 14,7 15,2

    930 6,4 6,9 7,4 8,0 8,5 9,0 9,5 10,1 10,6 11,1 11,7 12,2 12,7 13,3 13,8 14,3 14,8 15,4

    940 6,4 7,0 7,5 8,0 8,6 9,1 9,6 10,2 10,7 11,3 11,8 12,3 12,9 13,4 13,9 14,5 15,0 15,5

    950 6,5 7,0 7,6 8,1 8,7 9,2 9,7 10,3 10,8 11,4 11,9 12,5 13,0 13,5 14,1 14,6 15,2 15,7

    960 6,6 7,1 7,7 8,2 8,8 9,3 9,8 10,4 10,9 11,5 12,0 12,6 13,1 13,7 14,2 14,8 15,3 15,9

    L

    argu

    ra d

    a tir

    a (m

    m)

    970 6,6 7,2 7,7 8,3 8,8 9,4 10,0 10,5 11,1 11,6 12,2 12,7 13,3 13,8 14,4 14,9 15,5 16,0

    Quadro 9 Planilha de aplicao de corrente . Os valores de corrente esto em kA. [8]

    2.4.4 Seo de recuperao (Drag-out) de estanho [2,13,14]

    Localizada aps os tanques de eletrodeposio de estanho (figura 10 seo 2.4.3), a

    seo de drag-out tem a finalidade de recuperar e reaproveitar a soluo da estanhagem

    proveniente do arraste pela tira.

    Existem rolos de borracha na sada desta seo que, por ao mecnica, pressionam a tira

    para evitar que, tambm por arraste ocorra perda de soluo. Nestes tanques so utilizada gua

  • 48

    condensada (65C) e adies de cido fenolsulfnico (PSA) que diluem a soluo arrastada pela

    tira, que inclusive contm ons estanhosos. Para o reaproveitamento, existe um sistema de

    evaporao que concentra esta soluo, que enviada para um tanque de depsito.

    O arraste de soluo considerando a operao normal do equipamento pode ser de 0,3 a

    0,7 m3/h nas linhas operando a uma velocidade aproximada de 280 m/min. Para uma velocidade

    aproximada de 550 m/min o arraste de soluo pode ser de 0,7 a 1,4 m3/h.

    Alm disto, nesta seo ocorre uma fluxagem na tira (PSA + Sn++) que a protege contra a

    oxidao, favorecendo, aps a fuso, a obteno de uma camada estanhada brilhante e livre de

    manchas. Na sada desta seo, aps os rolos de borracha feita uma secagem nas superfcies

    da tira por intermdio de ar quente( aprox. 80C).

    A proporo da concentrao de PSA e Sn++ no tanque de drag-out de 2:1, sendo de 1 a

    6 g/l de PSA e 0 a 3 g/l de Sn++.

    2.4.5 Seo da torre de fuso e resfriamento Brusco [2,15]

    A seo de fuso tem a finalidade de fundir a camada de estanho que foi eletrodepositada

    em ambos os lados da tira, e atravs de um resfriamento brusco posterior, fazer com que seja

    interrompido o crescimento dos cristais de estanho promovendo assim o brilho caracterstico da

    folha de flandres. Vale lembrar que, aps a seo de eletrodeposio, o aspecto da tira fosco.

    Esta fuso atua tambm na formao por interdifuso de uma camada de liga (Fe-Sn),

    cujo peso deve estar entre 0,6 g/m2 a 0,9 g/ m2.

    O mtodo mais comumente usado para o aquecimento por resistividade (aquecimento

    total da tira), no qual a corrente alternada passa pela tira entre dois rolos condutores.

  • 49

    O outro mtodo por induo (aquecimento da tira de fora para dentro), no qual a tira

    passa por um campo magntico de alta frequncia. Quando o sistema de aquecimento por induo

    est instalado, normalmente utilizado em conjunto com o aquecimento por conduo. Isto

    permite um aumento de velocidade da linha e maior controle da camada de liga. Para

    revestimentos leves, este sistema auxilia para evitar a ocorrncia do defeito madeira. O custo

    estimado deste equipamento aproximadamente de 1,5 milhes de dlares e apenas na Lee#6 da

    CSN foi instalado. Devido ao alto custo deste equipamento e definio estratgica de aplicao

    de investimentos em outras prioridades, no h previso de aquisio deste equipamento para

    uma outra linha de produo. O quadro 10 apresenta os parmetros de processo desta seo.

    Fuso por conduo At 6000 A / 230 V Corrente

    Alternada

    Fuso por Induo* 1000 kW, 170 kHz

    Soluo de resfriamento gua Filtrada

    Temperatura 45 a 55 C ( 5,6 g/ m2),

    55 a 65 C (8,4 g/m2) e

    65 a 85 C (11,2 g/m2)

    * Nota : Apenas na Lee#6 est instalado o equipamento destinado fuso por induo

    Quadro 10 - Caracterstica do processo [16]

  • 50

    A figura 15 mostra o arranjo desta seo, onde a tira conduzida, durante o processo de

    aquecimento e fuso do revestimento, por dentro de uma mufla que minimiza a perda de calor. A

    corrente ajustada, para obter a frente de fuso ligeiramente na sada da mufla. O crescimento da

    camada de liga o resultado do tempo de fuso e da temperatura da tira. Por exemplo, uma

    temperatura mais elevada da tira e/ou tempos de fuso mais longos resultam em camadas de ligas

    de peso mais altas.

    1 - Rolo Terra (isola eletricamente a torre de fuso das

    demais sees);

    2 - Filtros Choke ( absoro das correntes parasitas)

    3 - 1 Rolo Condutor (aplicao da corrente eltrica

    AC);

    3A - 2 Rolo Condutor (aplicao da corrente eltrica

    AC);

    4 - Rolo pressionador (permite o contato da tira com o

    rolo condutor);

    5 - Mufla (isola trmicamente a tira);

    6 - Induo (promove um campo eltrico de alta

    frequncia);

    7 - Tanque de resfriamento - (promove a solidificao

    do estanho).

    3A

    Figura 15 Layout da torre de fuso e

    resfriamento brusco.

  • 51

    2.4.6 Seo de tratamento eletroqumico (passivao) [2,17,18]

    A finalidade desta seo reduzir a formao de xidos de estanho depositando um filme

    de xido de cromo estvel e controlado nas superfcies da tira.Isto permite proteg-la contra a

    corroso e corrigir porosidades. Existem vrios tipos de passivao para cada aplicao da folha

    de Flandres.

    Como principais temos : Tipo T-300 (filme de 0,5 a 1,5 mg/ m2), T-311 (filme de 4,4 a

    6,7 mg/ m2) e T- 314 ( mnimo de 8 mg/ m2). Aps passar pelo banho, a tira recebe um enxague

    de gua quente (65C a 80C) e posteriormente uma secagem para remover resduos de soluo.

    As reaes envolvidas so:

    Cr2O7 = + 8 H+ + 6e- Cr2O3 + 4H2O

    CrO3 + H2O H2Cr

    O4 (Para controlar a acidez utilizado o anidrido crmico,

    que em contato com a gua torna-se o cido crmico).

    2.4.7 Seo de Oleamento [2,19]

    O ltimo estgio da fabricao da folha de Flandres destinado aplicao de um filme

    fino de leo em ambos os lados da tira, a qual realizado pela oleadeira eletrosttica.

    A finalidade evitar abrases na folha durante o restante do processamento e no

    manuseio nas instalaes dos clientes. Um sistema de ar utilizado para levar o leo do

    reservatrio, atomizando o mesmo atravs dos injetores, para dentro da cmara por onde passa a

    tira. A nvoa de leo se move por uma srie de defletores que servem para remover

  • 52

    partculas/gotculas maiores no atomizadas e posteriormente, a nvoa carregada eltricamente

    pelos cartuchos de ionizao e se deposita na tira.

    O peso de leo depositado :

    - 4 a 8 mg/ m2 para peso de revestimento de 1,0 a 2,8 g/ m2

    - 8 a 12 mg/ m2 para peso de revestimento de 5,6 a 11,4 g/ m2

    Os tipos de leo utilizados so: D.O.S Dioctil Sebacate

    A.T.B.C Acetil Tributil Citrate

    A figura 16 mostra esquemticamente um corte transversal de uma folha de Flandres

    Figura 16 : Corte transversal de uma folha de Flandres

    Filme de Passivao

    Camada de liga FeSn2

    Filme de leo

    xido de estanho

    Estanho livre

    Ao base

    0,2 1,5 m (0,55 a 11,2 g/m2)

    0,1 m (0,6 a 0,9 g/m2)

    0,14 - 0,49 mm (T1 a T5, DR)

    0,001 m (4 a 10 mg/m2) 0,001 m (2 a 10 mg/m2)

  • 53

    A figura 17 mostra o aspecto de uma folha de Flandres com seu brilho caracterstico.

    Figura 17 - Aspecto de uma folha de Flandres com seu brilho caracterstico.

    2.5 - O Defeito Madeira

    Este defeito que ocorre nas folhas de Flandres, tem este nome pois se assemelha ao

    aspecto do corte longitudinal de uma rvore e se d sempre no sentido de laminao da folha

    metlica, onde podemos distinguir duas regies : uma clara e outra escura.

    A figura 18 mostra o aspecto da folha que se apresenta com o defeito madeira. Este

    defeito no implica em nenhuma diminuio da resistncia corroso da folha de flandres, mas

    sim na perda do brilho uniforme caracterstico e desejado da folha de flandres. O defeito em

    intensidade forte prejudica o resultado final no processo de litografia gerando contrastes na

    colorao final do produto.

  • 54

    Figura 18 Aspecto da Folha de Flandres com defeito Madeira

    Este fenmeno, at hoje, no foi totalmente entendido e diversos fatores podem contribuir

    para a sua ocorrncia. Fatores estes que podem ou no estarem associados e contribuindo para o

    problema. Uma observao geral deste fenmeno em funo da prtica operacional na CSN, e

    que tambm encontra igualdade nas experincias relatadas na literatura cientfica especializada,

    mostra que a maior tendncia de ocorrer o defeito para pesos de revestimentos leves,

    normalmente 2,8 g/m2.

    Esta situao agravada quando esto sendo praticadas velocidades baixas, que aqui

    consideraremos 215 m/min, durante o processamento. Porm, esta velocidade, como verificado

    na prtica, pode ser maior , principalmente para pesos de revestimentos cada vez menores

    (exemplo : 1,0 g/m2 ).

    Estudos realizados mostram que alguns fatores relacionados s variveis de processo, que

    podem atuar de forma conjunta ou no, podem ou no influenciar na ocorrncia do defeito

    madeira : tipo de eletrlito e aditivos, variveis de processo (concentraes do banho plating ,

    Regioclara

    Regioescura

    5 mm

  • 55

    temperatura do banho, velocidade de agitao), densidade de corrente do plating e decapagem,

    tipo de aplicao de corrente AC ou DC na torre de fuso , caractersticas do ao base.

    2.5.1 Fatores que podem provocar o defeito Madeira

    2.5.1.1 Tipo de Eletrlito e Aditivos

    Testes realizados com o eletrlito a base do cido parafenolsulfnico, mudando os tipos

    de aditivos, mostraram que estes no possuem relevncia para o aparecimento do defeito madeira.

    No entanto em condies especficas, aditivos como o Bisphenol A(0,5 a 1,0 g/l) em

    substituio ao cido sulfnico no favoreceram o aparecimento do defeito madeira. Em

    contrapartida, o aditivo Tergitol NPX em substituio ao cido sulfnico em condies

    especficas favoreceu o aparecimento do defeito madeira, para pesos de revestimento de 8,96

    g/m2 numa temperatura de 70C. Para o cido sulfnico nesta temperatura ocorreu o defeito para

    o peso mximo de revestimento de 7,84 g/m2 [20].

    Investigaes realizadas com vrios tipos de eletrlitos indicaram que o defeito madeira

    no um fenmeno associado a uma determinada formulao de eletrlito para estanhamento.

    Embora, alguns tipos de eletrlitos podem apresentar uma maior tendncia a produzir o defeito

    madeira.

    Entre os mais utilizados atualmente, o eletrlito a base de cido parafenolsulfnico tem

    uma maior incidncia do que os eletrlitos como metanosulfnico(MSA), fluobrico e o cloreto-

    fluoreto (processo halgeno). Estes eletrlitos tem a vantagem de alargar a faixa de densidade de

    corrente permissvel para o processamento da folha de Flandres. No entanto, so mais caros e

  • 56

    exigem equipamentos com maior resistncia qumica e exigem um consumo maior de energia

    eltrica[21].

    2.5.1.2 Concentrao, temperatura e velocidade de agitao do banho

    A estrutura do depsito de estanho influencia a qualidade e as propriedades do

    revestimento eletroltico, inclusive no brilho caracterstico da folha de Flandres, ao

    considerarmos o defeito madeira. A estrutura analisada de acordo com o tamanho de gro,

    classe dos cristais, orientao e uniformidade. Todos os parmetros de processo que influenciam

    o transporte de ions para o catodo(substrato), ou a difuso dos tomos metlicos (adtamo) ao

    longo da superfcie, podem alterar a estrutura do revestimento. [22]

    No aspecto geral , uma maior concentrao de ions metlicos, mantidas as outras variveis

    constantes, desloca a curva de polarizao para densidades de corrente maiores aumentando

    assim a densidade de corrente limite. O aumento da concentrao tende tambm a aumentar a

    eficincia catdica , pois h maior quantidade de ions disponveis para serem depositados, e a

    condutividade do banho. Em solues diluidas, o depsito apresenta granulao grosseira.

    A influncia da temperatura complexa. Por um lado um aumento da temperatura

    favorece a difuso dos ions, reduz a viscosidade do eletrlito e eleva o valor mximo da

    densidade de corrente. Mas por outro lado, diminui a polarizao catdica e favorece o

    crescimento do gro. Em testes realizados em laboratrios utilizando um eletrlito a base de

    cido parafenolsulfnico e em ocorrncias evidenciadas na prtica, foi mostrado que

    concentraes de Sn +2 e temperaturas abaixos do mnimo estabelecido e/ou na faixa inferior

    favorecem muito a ocorrncia do defeito madeira. [23]

  • 57

    O aumento de velocidade de agitao tambm favorece a difuso dos ions para a

    superfcie do catodo e sua incorporao rede cristalina, aumentando a densidade de corrente

    permissvel. Testes realizados mostraram que h uma tendncia de ocorrer o defeito madeira em

    velocidades baixas quando decrescemos a densidade de corrente. Porm, os testes no foram

    conclusivos e a velocidade no se apresentou como um fator crtico para o favorecimento do

    defeito. Nestes testes, a velocidade de circulao variou de 61 a 152,4 m/min e a densidade de

    corrente de 10,76 a 64,5 A/dm2 numa temperatura de 38C. [20,24]

    2.5.1.3 Densidade de corrente [20,25]

    Geralmente, densidades de corrente elevadas favorecem a formao de depsitos com

    estrutura fina, j que um nmero maior de ncleos formado. Deve-se porm buscar o valor

    timo. Este valor tanto maior quanto maior for a concentrao dos ons metlicos, a temperatura

    e a agitao do banho. Caso esteja acima da corrente limite, pode ocorrer o chamado defeito de

    densidade de corrente, devido ao grande desprendimento de hidrognio e outras possveis

    reaes paralelas; o depsito se torna poroso, pouco aderente ou mesmo pulverulento, havendo

    tambm queda de eficincia catdica. Isto gera segregaes de estanho produzindo revestimento

    sem brilho. [26]

    Um estudo sobre a qualidade da folha de Flandres [27], utilizando o cido

    parafenolsulfnico como eletrlito, mostrou que o melhor resultado, em termos de brilho e

    porosidade do material, foi obtido para depsito, com morfologia de gros arredondados,

    enquanto depsitos com uma morfologia piramidal ou dendrtica se apresentaram com pouco

    brilho. Vale lembrar que a morfologia piramidal(ou espiral) e morfologia dendrtica so

    caractersticas de muito baixo ou muito alto sobrepotencial, respectivamente.

  • 58

    Em testes realizados em laboratrio utilizando o eletrlito a base de cido

    parafenolsulfnico e em ocorrncias evidenciadas na prtica, foi mostrado que h uma grande

    tendncia de ocorrer o defeito madeira quando a densidade de corrente aumentada.

    A figura 19 apresenta esta tendncia. A faixa de densidade de corrente utilizada foi de 100

    a 600 A/ft2 (10 a 64,5 A/dm2), para temperaturas de 80 F, 100 F e 120 F (27,7 C, 37,7 C e

    48,8C), pesos de revestimento de 0,10 a 0,40 lb/bb1, (2,24 g/m2 a 8,96 g/m2) e velocidade de

    circulao constante de 122 m/min [20]. A prtica operacional mostra tambm que ao realizar a

    decapagem do material com aplicao de corrente, h uma grande probabilidade de ocorrer o

    defeito. Atualmente na CSN, a decapagem eletroltica utilizada somente para alguns tipos de

    materiais(DR). Comumente a decapagem somente qumica e na temperatura ambiente.

    _______________________________________________

    1 Libra por (base box) caixa base, a unidade empregada nos EUA e definida como sendo 112folhas, cada uma com dimenses de 14 x 20 (35,56 x 50,8 cm) e rea total (duas faces) de435,56 ft2 (40,5 m2). Assim, como exemplo, um revestimento de 1,0 lb/bb (22,4 g/ m2) utilizadopara cobrir uma rea de 435,56 ft2 (40,5 m2).

  • 59

    Figura 19 Ocorrncia do defeito madeira ( rea hachurada) como funo da densidade de corrente, temperatura e peso de revestimento. (velocidade de agitao 122 m/min) [20].

  • 60

    As condies mencionadas acima (concentrao, temperatura, velocidade de agitao do

    banho e densidade de corrente) so interdependentes e podem influenciar a ocorrncia do defeito

    madeira, como tambm influenciam na granulometria do eletrodepsito. Com relao ao efeito

    do tamanho de gros, interessante citar sobre o comportamento trmico, durante o aquecimento

    e incio da fuso, de pequenas partculas (clusters) de estanho, obtidas pelo mtodo de

    evaporao/condensao [ 28]. A figura 20 mostra o comportamento esperado, ou seja, um

    processo ( pico) endotrmico (curva a) e um comportamento no esperado de uma emisso de

    energia, associa a um processo ( pico) exotrmico (curva b).

    Foi sugerido que este ltimo comportamento influenciado por duas razes[28]:

    - o tamanho das partculas e

    - a coalescncia parcial das partculas.

    A figura 21 mostra o resultado tpico de um ensaio usando partculas com tamanho de 3 a

    12 nm. A troca do calor total obtida foi aproximadamente de 25 Jg-1 , muito menor que 60 Jg-1

    considerado o calor de fuso do estanho. As investigaes sobre a fuso de pequenas partculas

    de metal (clusters), indicam que a fuso se inicia pela superfcie dos clusters. Porm, foi

    constatado por microscpia eletrnica que este modelo de fuso pela superfcie vlido somente

    para clusters com tamanhos maiores que 5 nm. Neste caso, o comportamento endotrmico

    observado. Para partculas em torno de 5 nm, denominadas como uma fase pseudocristalina, o

    modelo de fuso por superfcie no se aplica [28].

    Estas partculas consistem em embries cristalinos que se apresentam praticamente no

    estado lquido em temperaturas abaixo da temperatura de fuso. Neste caso, um comportamento

    exotrmico evidenciado. Logo, estas parcelas positiva e negativa de calor contribuem para o

    calor total de fuso reduzido encontrado[28].

  • 61

    Com relao coalescncia parcial, presumido que alguns clusters que esto em contato

    iro se unir, reduzindo assim a rea superfcial total. Consequentemente, isto corresponder a

    uma diminuio da energia superficial, gerando o comportamento exotrmico.