Ufrgs Laminação Tese

I

MINISTRIO DA EDUCAO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

Escola de Engenharia

Programa de Ps Graduao em Engenharia de Minas, Metalrgica e de Materiais

PPGE3M

DESEMPENHO SUPERFICIAL DE BARRAS LAMINADAS REDONDAS DE AO

SAE 1043 FRENTE S VARIVEIS DE CONDICIONAMENTO DE TARUGOS,

TEMPERATURA DE LAMINAO E USO DO DESCAREPADOR

EDUARDO WEIGELT BUENO

Engenheiro Mecnico

Dissertao para obteno do Ttulo de

Mestre em Engenharia, Modalidade Profissional, Especialidade Siderurgia.

Porto Alegre

2012

II

MINISTRIO DA EDUCAO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

Escola de Engenharia

Programa de Ps Graduao em Engenharia de Minas, Metalrgica e de Materiais

PPGE3M

DESEMPENHO SUPERFICIAL DE BARRAS LAMINADAS REDONDAS DE AO

SAE 1043 FRENTE S VARIVEIS DE CONDICIONAMENTO DE TARUGOS,

TEMPERATURA DE LAMINAO E USO DO DESCAREPADOR

EDUARDO WEIGELT BUENO

Engenheiro Mecnico

Dissertao apresentada ao programa de Ps-Graduao em Engenharia de Minas,

Metalrgica e dos Materiais PPGE3M, como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia, Modalidade Profissional, Especialidade Siderurgia.

Porto Alegre

2012

III

Esta dissertao foi julgada adequada para obteno do ttulo de Mestre em

Engenharia, Modalidade Profissional, Especialidade Profissional e aprovada em sua forma

final, pelo orientador e pela Banca Examinadora do Programa de Ps-Graduao.

Orientador: Prof. Dr. Afonso Reguly

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Andr Ronaldo Froehlich, UNISINOS

Prof. Dr. Fabiano Dornelles Ramos, IFRS - Caxias

Prof. Dr. Wagner Viana Bielefeldt, PPGE3M - UFRGS

Prof. Dr. Telmo Roberto Strohaecker

Coordenador do PPGE3M

Porto Alegre, agosto de 2012.

IV

Em nome de Al, clemente e misericordioso.

V

AGRADECIMENTOS

Agradeo, em primeiro lugar, a minha me, Enilda Maria Weigelt Bueno, por servir de

exemplo ao longo dos anos, ensinando e demonstrando os valores indispensveis a um bom

profissional, mas principalmente os requisitos necessrios a um homem de carter;

ao meu Orientador, Prof. Dr. Afonso Reguly, que me guiou e transmitiu, com pacincia e

dedicao, seu conhecimento e experincia para o desenvolvimento deste projeto;

aos amigos Jair Janoski, Rodrigo Rego, Claudiomiro de Freitas e Luis Henrique por no

medirem esforos no auxlio das atividades prticas necessrias elaborao deste projeto;

a minha esposa Mirelle Mosena, que contribui para a formatao deste trabalho. Pela

pacincia e apoio nos momentos difceis;

aos demais familiares e amigos pelo apoio incondicional;

a Universidade Federal do Rio Grande do Sul, por fornecer estudo de qualidade e estrutura

laboratorial para o desenvolvimento e aplicao do conhecimento;

aos profissionais Eng. MS Fabiana Lopes da Silva, Eng. Eduardo Ferreira, Pedro Ernani

Lanzarini e Eng. David Hill, pelo auxilio e conhecimento compartilhado;

a Gerdau, pela oportunidade de estudo, conhecimento e desenvolvimento profissional e

pessoal;

e, ao meu filho Lorenzo, por todo o ensinamento que, mesmo em gestao, tem nos

transmitido. Espero que algum dia possa ler estas pginas, e entender a importncia que j

tinha antes mesmo de nascer.

VI

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ VII

LISTA DE TABELAS .......................................................................................................... VIII

LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS ........................................................................ IV

RESUMO...... ............................................................................................................................ X

ABSTRACT... ........................................................................................................................... X

1. INTRODUO ................................................................................................................ 1

2. REVISO BIBLIOGRFICA ......................................................................................... 2

2.1 Laminao .................................................................................................................. 2

2.1.1 Processo de laminao ........................................................................................ 2

2.1.2 Classificao dos laminadores ............................................................................ 3

2.1.2.1 Quanto temperatura de trabalho ................................................................ 3

2.1.2.2 Quanto disposio das gaiolas .................................................................. 4

2.1.3 Matrias-primas .................................................................................................. 7

2.1.4 Reaquecimento para laminao .......................................................................... 7

2.1.4.1 Fornos de reaquecimento ............................................................................. 8

2.1.4.2 Carepa ........................................................................................................ 10

2.1.4.3 Descarepador ............................................................................................. 12

2.1.5 Calibrao ......................................................................................................... 15

2.1.5.1 Sequencias de calibrao ........................................................................... 15

2.1.6 Defeitos superficiais ......................................................................................... 17

2.1.6.1 Trincas de Aciaria ...................................................................................... 18

2.1.6.2 Trincas de painel ........................................................................................ 19

2.1.6.3 Escamas de Aciaria .................................................................................... 19

2.1.6.4 Macroincluses .......................................................................................... 19

2.1.6.5 Trincas de laminao ................................................................................. 20

2.1.6.6 Escamas de laminao ............................................................................... 20

2.1.6.7 Dobras ........................................................................................................ 20

VII

2.1.6.8 Incrustao de carepa ................................................................................. 21

2.1.6.9 Trincas em faixa ......................................................................................... 21

2.1.7 Defeitos superficiais gerados na laminao...................................................... 21

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................................................... 23

3.1 Materiais e mtodos .................................................................................................. 23

3.2 Teste de condicionamento superficial ...................................................................... 26

3.3 Teste de temperatura de laminao .......................................................................... 27

3.4. Teste de remoo de carepa - descarepador ............................................................. 28

4. RESULTADOS E DISCUSSES .................................................................................. 31

4.1 Teste de condicionamento superficial ...................................................................... 32

4.2 Teste de temperatura de laminao .......................................................................... 34

4.3 Teste de remoo de carepa - descarepador ............................................................. 37

4.4 Anlise dos defeitos superficiais encontrados .......................................................... 42

4.5 Consideraes finais ................................................................................................. 45

5. CONCLUSES .............................................................................................................. 47

6. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................................... 48

7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 49

VIII

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Representao de um trem contnuo com gaiolas horizontais (CODA 2006a) .... 5

Figura 2.2 Representao de um trem contnuo com gaiolas horizontais e verticais

intercaladas (CODA 2006a) ....................................................................................................... 5

Figura 2.3 Arranjo esquemtico de trem aberto (CODA 2006a) ........................................... 6

Figura 2.4 Arranjo de trem laminador semi-contnuo............................................................ 6

Figura 2.5 Arranjo de trem laminador semi-contnuo............................................................ 9

Figura 2.6 Representao esquemtica de camada de carepa e variao da composio

desta camada com relao temperatura (RIZZO 2007) ......................................................... 12

Figura 2.7 Efeito da altura dos bicos sobre o impacto (FRICK 2009)................................. 14

Figura 2.8 Demonstrao esquemtica de um descarepador hidrulico (FRICK 2004) ...... 15

Figura 2.9 Forma dos canais mais aplicados nas sequencias de laminao (Calibrao de

Produtos Longos 2008) ............................................................................................................. 17

Figura 2.10 Temperatura de reaquecimento x Rejeio Superficial (LIM 2000) .................. 22

Figura 2.11 Uso do descarepador x Rejeio Superficial (LIM 2000) .................................. 22

Figura 3.1 Volume de produo da Laminao x Rejeio Superficial na Linha ............... 24

Figura 3.2 Anel do Descarepador destinado as bitolas de 150 a 180 mm ........................... 30

Figura 3.3 Anel do Descarepador destinado as bitolas de 240 a 260 mm ........................... 30

Figura 4.1 Resultado do teste de Condicionamento Superfcicial dos Tarugos .................... 33

Figura 4.2 Resultado do Teste 1 de Temperatura de Laminao no Trem Acabador.......... 34

Figura 4.3 Resultado do Teste 2 de Temperatura de Laminao no Trem Acabador.......... 36

Figura 4.4 (a) Resultado primeiro teste de temperatura; (b) Resultado do segundo teste de

temperatura de laminao ......................................................................................................... 37

Figura 4.5 Resultado encontrado por Lim et al (2000) ........................................................ 37

Figura 4.6 Resultado do teste de Descarepao Hidrulica ................................................. 38

Figura 4.7 Resultado da corrida 1, quanto distncia dos bicos do descarepador .............. 39

Figura 4.8 Resultado da corrida 2, quanto distncia dos bicos do descarepador .............. 40

IX

Figura 4.9 (a) Resultado do teste de Presso do Descarepador; (b) Resultado dos testes de

variao de altura dos bicos do Descarepador .......................................................................... 41

Figura 4.10 Resultado encontrado por Lim et al (2000) ........................................................ 41

X

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Caratersticas das sequencias de calibrao e exemplos de sequencias mais

comumente utilizadas (CODA 2006c) ..................................................................................... 16

Tabela 2.2 Principais defeitos superficiais em barras laminadas sem acabamento (Albm de

Defeitos 2010) .......................................................................................................................... 18

Tabela 3.1 Temperatura de Laminao antes do Trem Acabador ........................................ 25

Tabela 3.2 Configurao de laminao da barra redonda de 101,60 mm ............................ 26

Tabela 4.1 Temperatura de Laminao antes do Trem Acabador, teste 1 (T1) ................... 34

Tabela 4.2 Temperatura de Laminao antes do Trem Acabador, teste 2 (T2) ................... 35

Tabela 4.3 Presses aplicadas na remoo de carepa ........................................................... 38

Tabela 4.4 Presses do descarepador, em Bar, para diferentes alturas de jato, em mm ...... 39

Tabela 4.5 Defeitos superficiais encontrados ....................................................................... 42

Tabela 4.6 Resumo dos resultados obtidos .......................................................................... 45

Tabela 4.7 Interao dos parmetros testados ...................................................................... 48

XI

LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS

A - comprimento do jato

B - espessura do jato

C - espessura do jato na direo de laminao

D - sobreposio de jatos

E - distncia entre bicos

H - distncia entre o centro do tubo e a face inferior da chapa

s - espessura do material em processo

d - dimetro do tubo

h1 - comprimento vertical do bico

h2 - comprimento vertical do jato

- ngulo de pulverizao do bico

- ngulo de inclinao do jato

T1 - Teste 1

T2 - Teste 2

XII

RESUMO

Os defeitos superficiais so os maiores problemas de qualidade em barras laminadas a quente,

representando inmeros transtornos durante o processo produtivo, pois dependendo de suas

caractersticas geram elevada rejeio durante o processo de inspeo. Elevada rejeio

significa retrabalho e possvel sucateamento. Dentre as diversas causas para a ocorrncia de

defeitos superficiais, esto os defeitos nos tarugos, a temperatura de laminao, conseqncia

da temperatura de reaquecimento e ritmo de laminao e a remoo de carepa aps o

reaquecimento. Definiu-se o ao SAE 1043 para o desenvolvimento deste trabalho devido aos

nveis de rejeio superficial e elevados volumes de produo, o que gera grande impacto na

produo das linhas de inspeo. Os resultados obtidos a partir dos testes realizados

demonstram que a temperatura de laminao at determinado limite no tem influncia na

rejeio superficial, mas que abaixo deste gera elevado ndice de rejeio. O uso do

descarepador tem grande influencia nos nveis de defeitos superficiais, e o controle de seus

parmetros principais fundamental. O condicionamento superficial dos tarugos o

parmetro que mais apresentou influncia positiva sobre a rejeio superficial, demonstrando

que defeitos pr-existentes na matria-prima tm grande impacto no produto final da

laminao.

Palavras-chave: Defeitos superficiais; Temperatura; Reaquecimento; Descarepador.

XIII

ABSTRACT

Surface defects are major quality problems in hot rolled bars, representing numerous

disturbances during the production process, as depending on their characteristics generate

high rejection during the inspection process. High rejection means rework and scrap. Among

the various causes for the occurrence of surface defects are defects in the billets, rolling

temperature, a consequence of the reheating temperature and rate of roll and removal of scale

after reheating. The steel SAE 1043 used in this work was selected due to its level of surface

defects and high production volumes, which generates large impact on production inspection

process. The results show that the rolling temperature of up to a certain limit does not

influence the surface defects, but below this generates a high rate of rejection. The use of

descaling has a large influence on the levels of surface defects, and control of its main

parameters is essential. The surface conditioning of billets is the parameter that showed a

positive influence on the reduction of surface defects, demonstrating that pre-existing defects

in materials has large impact on the final rolled product.

Key words: Surface defects; Temperature; Reheating; Hydraulic Descaling.

1

1. INTRODUO

Difcil imaginar o mundo atual sem a existncia do ao. Ele est presente em todos os

ramos da sociedade, de pequenos objetos aos equipamentos utilizados na fabricao destes.

Mas, dentre vasta gama de possibilidades de materiais conhecidos e tantos outros

recentemente desenvolvidos, por que o ao? A resposta simples, embora para seu

entendimento seja necessrio aprofundamento e dedicao: o ao liga de ferro e carbono,

um dos materiais mais versteis conhecidos, atendendo a um grande gama de propriedades

mecnicas.

Na indstria automobilstica, o ao matria-prima bsica, e para tal necessita ter

qualidade adequada s exigncias. Dentre os requisitos de qualidade do ao para esta

aplicao est a iseno de defeitos superficiais e internos, pois estes comprometem o

desempenho dos componentes de ao em trabalho.

Defeitos superficiais e internos oriundos dos processos de obteno do ao e sua

posterior conformao so detectados em etapa subseqente de inspeo. O nvel de defeitos

apresentados tem direta relao com os nveis de retrabalho remoo de defeitos e

sucateamento.

Tendo foco no processo de Laminao, neste trabalho apresentada uma anlise do

desempenho superficial de barras redondas laminadas a quente frente preparao da

matria-prima para este processo tarugos e com relao s variveis de temperatura de

laminao e nvel de descarepao.

Os resultados encontrados indicam claramente a necessidade de controle das variveis

testadas, pois seus efeitos na qualidade final das barras laminadas so fundamentais para um

bom desempenho e garantia de estabilidade do processo.

Em um trem laminador aberto ou semi-contnuo, ainda uma srie de aes so

necessrias para o controle da temperatura de laminao, j que nesta configurao de

equipamento as perdas trmicas so maiores.

Os testes contidos neste trabalho foram realizados na unidade siderurgia da Gerdau em

Charqueadas.

2

2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. Laminao

2.1.1. Processo de Laminao

A capacidade dos metais deformarem-se plasticamente sem se romper uma

propriedade extremamente til desde a pr-histria, quando o homem trabalhava metais que

apareciam na forma livre na natureza, tais como ouro ou ocasionalmente o ferro de

meteoritos, ou ainda metais como a prata, titnio, zinco e o cobre, que foram reduzidos a

partir de seus xidos sob condies naturais ou acidentalmente devido a incndios em

florestas e campos. As principais informaes tecnolgicas relativas forma de trabalhar os

metais foram desenvolvidas atravs dos sculos, como uma arte, em um grande nmero de

oficinas em vrias partes do mundo.

O forjamento e a fundio so processos de fabricao largamente utilizados h mais

de 3000 anos, enquanto que o processo de laminao assumiu uma maior importncia na

indstria durante o sculo XIX, embora os primeiros laminadores conhecidos tenham sido

empregados para processar a frio metais macios como o chumbo e o estanho no sculo XV. O

processo de laminao foi inclusive objeto de estudos de Leonardo da Vinci, que projetou

equipamento de laminao entre os anos de 1489 e 1495, provavelmente para laminao a frio

de barras chatas de ouro ou prata para cunhagem de moedas.

A laminao a quente do ao foi iniciada no final do sculo XVI, na Inglaterra, em

primeiro lugar para barras e no sculo seguinte para placas e chapas. As primeiras patentes de

laminao a frio de produtos planos so inglesas, do ano de 1761. Inicialmente o ao era

laminado predominantemente na forma de perfis trilhos, vigas, cantoneiras e barras, mas

desde 1930 os produtos planos chapas passaram a ser produzidos em volumes maiores

(RIZZO 2007).

3

Laminao o processo de deformao plstica por onde o metal passa entre rolos.

Este o processo de deformao plstica mais utilizado, pois apresenta alta produo e

possibilidade de controle do produto final. O processo consiste em aplicar elevadas foras

compressivas sobre o metal.

O processo de laminao pode ser dividido, com relao temperatura de trabalho, em

laminao a quente ou laminao a frio (DIETER 1988).

Conceitualmente, laminao um processo de conformao mecnica executado por

compresso direta, sem retirada de material, visando obter deformao plstica no material

conformado. Isto significa alteraes permanentes na forma e nas propriedades mecnicas de

um corpo slido, mantida sua massa volume constante (CODA 2006a).

2.1.2. Classificao dos laminadores

2.1.2.1. Quanto temperatura de trabalho:

Quanto temperatura, usual a classificao dos laminadores ou da prpria laminao

em laminadores para trabalho a frio e laminadores para trabalho a quente. Mais recentemente

desenvolveu-se a laminao a morno, e outros processos de laminao em temperaturas

intermedirias conhecidos ainda como laminao controlada (RIZZO 2007).

a) Laminao a frio:

usada para produo de folhas e chapas finas com acabamento superficial e com

tolerncia dimensional superiores, comparadas com as chapas finas produzidas por laminao

a quente. Adicionalmente a isso, o encruamento resultante da reduo a frio pode ser

aproveitado para dar maior resistncia ao produto final (DIETER 1988).

um processo que se caracteriza pela conformao do ao a temperatura abaixo da

necessria para que ocorra a recristalizao, tendo como conseqncia um aumento da dureza

e resistncia mecnica, ao mesmo tempo em que reduz a ductilidade e tamanho de gro do

ao. A profundidade at a qual a estrutura modificada depende da seo, tamanho da pea e

reduo em rea (ARAUJO 1997).

b) Laminao a quente:

Considera-se operaes de conformao por laminao a quente, aquelas efetuadas em

uma temperatura tal que aps certa deformao, estabelece-se um equilbrio entre as

velocidades de encruamento e de recuperao e\ou recristalizao (RIZZO 2007).

4

Recristalizar significa recuperar a estrutura cristalina que existia antes da deformao.

Trata-se de uma transformao de fases que se d por nucleao e crescimento (PADILHA

2005).

Na laminao a quente, o material aquecido inicialmente entre 1100 a 1300C

(DIETER 1988).

2.1.2.2. Quanto disposio das gaiolas:

O conjunto formado pelos cilindros de laminao, com seus mancais, montantes,

suportes e demais componentes denominado cadeira de laminao. O termo gaiola de

laminao tambm utilizado, sendo normalmente diferenciado do termo cadeira pela

caracterstica de que o primeiro pode ser removido de seu local de instalao para troca de

cilindros e ajustes, enquanto o ltimo no retirado de sua posio original.

Um conjunto de gaiolas forma um trem de laminao (RIZZO 2007).

a) Trem Contnuo:

O arranjo contnuo possui uma srie de gaiolas dispostas uma aps a outra, com

cilindros girando no mesmo sentido, ao longo de um mesmo eixo de laminao e com

pequeno afastamento entre as gaiolas. O material trabalhado ao mesmo tempo em vrias

gaiolas, cuja velocidade perifrica aumenta proporcionalmente, para compensar a reduo de

seo (ARAUJO 1997).

As gaiolas podem ser duo no reversvel ou qudruo.

So trens aplicados para a produo de fio-mquina, perfis pequenos e chapas finas a

quente ou a frio.

Neste tipo de trem, a perda de temperatura baixa e o sistema de guiagem fcil, mas

exige um bom controle de velocidade para evitar excessivo tracionamento ou formao de

lao entre as cadeiras, o que possvel com equipamentos de automao e controle do

processo (RIZZO 2007).

O arranjo contnuo pode ser composto apenas por gaiolas horizontais, como

apresentado na figura 2.1, onde a operao se d por tores do material laminado entre as

gaiolas, ou por gaiolas horizontais e verticais intercaladas, sem a necessidade de toro do

material. Esta ltima configurao apresentada na figura 2.2 (CODA 2006a).

5

Figura 2.1. Representao de um trem contnuo com gaiolas horizontais (CODA 2006a).

Em ambas as figuras citadas, os retngulos representam uma gaiola duo horizontal,

cada conjunto de dois crculos indica uma gaiola duo vertical, os quadrados com um x

indicam o motor e a seta representa o sentido de laminao.

Figura 2.2. Representao de um trem contnuo com gaiolas horizontais e verticais

intercaladas (CODA 2006a).

b) Trem aberto:

So constitudos de diversas gaiolas colocadas lado a lado, dotadas de um

acionamento nico. As gaiolas podem ser trio ou duo-alternadas, reversveis ou no. A

extremidade da pea que est sendo laminada, ao sair de um passe, dobrada, entrando no

passe seguinte no mesmo lado do laminador de onde saiu (ARAJO 1997).

Evidentemente, para se ter flexibilidade necessria para o dobramento, a pea em

processo de laminao deve ter seo relativamente pequena. Quando a seo no permite o

dobramento, utilizam-se as mesas de deslocamento laterais, ocorrendo neste caso, uma maior

perda de temperatura (RIZZO 2007).

Na figura 2.3 apresenta-se de forma esquemtica um trem laminador aberto, onde o

primeiro retngulo representa uma gaiola trio e os trs ltimos representam cada um uma

6

gaiola duo horizontal, o quadrado com um x indica o motor e as setas representam o sentido

de laminao.

Figura 2.3: Arranjo esquemtico de trem aberto (CODA 2006a).

c) Trem Semi-contnuo:

A fim de suprimir as desvantagens dos trens abertos, desenvolveram-se os trens semi-

contnuos. Este tipo de configurao constitui, portanto, uma etapa de transio entre os trens

abertos velocidades mais baixas e sees maiores e os trens contnuos velocidades

maiores e menores sees, para se obter melhor qualidade superficial e compensar a reduo

de seo (RIZZO 2007).

A figura 2.4 apresenta o arranjo de um trem semi-contnuo, onde os primeiros passes

so realizados em configurao aberta e o trem acabador contnuo.

Figura 2.4: Arranjo de trem laminador semi-contnuo.

A figura 2.4 apresenta um trem semi-contnuo composto de uma seqncia de quatro

gaiolas duos dispostas lado a lado arranjo aberto, e uma seqncia de trs gaiolas duos

dispostas em linha arranjo contnuo. Este tipo de configurao surge normalmente a partir

da incluso do arranjo em linha, em um trem anteriormente aberto.

7

2.1.3. Matrias-primas

A matria-prima a ser laminada pode ser obtida atravs de processos de lingotamento

contnuo placas, blocos e tarugos e de lingotamento convencional lingotes. Esta matria-

prima pode passar por etapas de condicionamento antes de ser carregada no forno de

reaquecimento da laminao, em funo do tipo de ao, sua aplicao, roteiro de produo,

eventos de qualidade durante o lingotamento e solicitao do cliente.

Por condicionamento designa-se o conjunto de atividades realizadas com o intuito de

remover defeitos superficiais, internos, de forma e dimensionais dos produtos lingotados.

Podendo tambm ser consideradas como atividades desta etapa de preparao da matria-

prima a marcao/identificao, transporte, armazenamento e seqenciamento dos produtos a

serem laminados (RIZZO 2007).

Considerando as atividades de condicionamento de matria-prima com o objetivo da

melhoria superficial do produto final, atividades como escarfagem retirada de camada da

superfcie do material atravs de maaricos e esmerilhamento remoo de pequena

camada superficial atravs de rebolo abrasivo so comumente utilizadas (VILELA 2007).

Tanto a atividade de escarfagem quanto a operao de esmerilhamento podem ser

realizadas de forma completa remoo total da superfcie do material quanto de forma

parcial/localizada remoo de regio previamente definida ou marcada por mtodo de

inspeo superficial (RIZZO 2007).

2.1.4. Reaquecimento para Laminao

A etapa de aquecimento inicial da matria-prima necessria para que o ao apresente

alta plasticidade tanto no inicio como no fim do processo de laminao a quente. Esta

elevao de temperatura dos lingotes ou dos produtos semi-acabados placas, blocos e

tarugos at a temperatura de laminao deve ocorrer de uma forma segura, homognea e

econmica (RIZZO 2007).

Esta etapa do processo de laminao a quente exerce importante papel tanto para o

bom desenvolvimento da operao de laminao do ao quanto para a qualidade superficial e

interna do produto final (BLAIN 1964).

8

2.1.4.1. Fornos de Reaquecimento

Podem ser distinguidos dois tipos de fornos para reaquecimento inicial do material

para a laminao a quente: fornos-poo, utilizados para o aquecimento de lingotes e fornos de

reaquecimento, dedicados para produtos semi-acabados tais como tarugos ou placas, embora

eventualmente possam ser usados no aquecimento de lingotes pequenos (RIZZO 2007).

Os fornos de reaquecimento podem ser contnuos ou descontnuos, sendo estes ltimos

utilizados atualmente para o aquecimento de peas de forjamento, permitindo em alguns casos

virar os blocos ou lingotes a fim de homogeneizar o aquecimento.

Os fornos de reaquecimento contnuos tanto a carga como a descarga se realizam de

maneira peridica durante a operao em funo do mtodo de deslocamento das peas a

serem aquecidas e do formato do forno, podem ser classificados em:

- fornos de empurrar pusher furnace;

- fornos de vigas caminhantes walking beam furnace;

- fornos com soleira mvel walking hearth furnace;

- fornos circulares e

- fornos com mesa de rolos ou fornos tnel.

Dada a natureza deste trabalho, ser apresentado em detalhe somente o forno de

reaquecimento do tipo walking beam furnace forno de vigas caminhantes pois este o

forno envolvido no desenvolvimento deste projeto.

Nos fornos de vigas caminhantes o mecanismo de transporte consiste de um conjunto

de vigas e colunas, divididas em mveis e fixas. As peas so sustentadas pelas vigas fixas e

para o deslocamento durante o processo de aquecimento, as vigas mveis realizam um

movimento oscilatrio, conforme ilustra esquematicamente a figura 2.5. As colunas

atravessam a soleira e so apoiadas em um chassi mvel acionado por um sistema hidrulico

de elevada capacidade de carga. O chassi de translao move-se sobre um chassi de

levantamento, acionado por um sistema hidrulico, que se desloca sobre planos inclinados e

assegura os movimentos verticais (RIZZO 2007).

As vigas que sustentam o material so refrigeradas com gua o que acarreta uma

grande desvantagem em termos de perdas de energia, se comparada a fornos do tipo soleira

mvel walking hearth (GUIDE 1994).

9

Figura 2.5: Representao esquemtica do funcionamento do mecanismo de vigas

caminhantes (RIZZO 2007).

Neste tipo de equipamento, os tarugos so normalmente enfornados e desenfornados

lateralmente por meio de rolos. A presso no interior do forno pode ser ajustada por vlvulas

de controle de sada de fumos situadas entre o recuperador e as chamins. Os queimadores

esto distribudos na parte superior e inferior do forno (GUIDE 1994).

Os fornos de reaquecimento contnuo podem ter vrias zonas de pr-aquecimento,

aquecimento e encharque. Nas zonas de pr-aquecimento ou de recuperao o material que

entra a temperatura ambiente aquecido, em contracorrente, at uma temperatura da ordem de

700C, pelos gases de combusto, procedentes de outras zonas, em direo ao recuperador

onde aquecer o ar de combusto. As zonas de aquecimento ou intermedirias caracterizam-se

pelo grande fluxo de calor, onde o material aquecido na superfcie at uma temperatura da

ordem de 1150C a 1250C, principalmente por radiao do calor das chamas dos

queimadores. Finalmente, as zonas de encharque ou de equalizao de temperatura,

equipada com queimadores onde se consegue que a diferena de temperatura entre o ponto

mais frio ncleo e o ponto mais aquecido da pea, seja reduzido ao mnimo, no

representando problema para o trem de laminao ou para a qualidade do produto final

laminado.

A grande quantidade de calor arrastada pelos gases resultantes da combusto fumos

pode ser parcialmente aproveitada no aquecimento da carga nas zonas iniciais do forno e no

pr-aquecimento do ar de combusto em um equipamento denominado recuperador,

10

aumentando a eficincia do processo. Antes de serem evacuados por chamins tiragem

manual ou mecnica, os fumos podem eventualmente tambm aquecer o gs combustvel.

Para auxiliar no escoamento dos gases queimados na direo da chamin do forno e

atuar no controle da presso interna do forno, pode-se injetar entre o recuperador e a chamin

o ar de induo, ou seja, ar captado da atmosfera a temperatura ambiente. Um damper

localizado na entrada da chamin tambm atua no controle da tiragem dos gases queimados e,

conseqentemente no ajuste da presso interna do forno.

Recomenda-se trabalhar nas zonas de pr-aquecimento e aquecimento com atmosferas

com percentagem mnima de oxignio, tendendo mesmo a ligeiramente redutora. Entretanto,

na zona de encharque, pode-se trabalhar com um valor visado de excesso de 10% - faixa de 5

a 15% - de ar, de modo a tornar a atmosfera oxidante, favorecendo a formao de uma

camada de carepa de fcil remoo. Isto corresponde normalmente a um excesso de oxignio

nos fumos de 1,5 a 2,0%. O excesso de ar no pode ser exagerado para no comprometer a

eficincia trmica do forno. Por sua vez, a utilizao de uma atmosfera redutora falta de ar,

alm de acarretar em diminuio na formao de carepa, levaria a um aumento de

emissividade dos gases nas regies de mais alta temperatura, o que promove um aumento da

transferncia de calor dos gases para o material aquecido, o que reduz a temperatura dos gases

que deixam o forno, correspondendo a uma economia de energia. Porm, uma parcela do

combustvel no queimada, podendo gerar fumaa negra proveniente do carbono em

suspenso nos gases queimados.

O controle da qualidade da combusto objetiva o bom desempenho do forno, com a

menor quantidade de combustvel possvel. usualmente obtido pela variao da relao

combustvel/ar de combusto. A varivel que melhor indica a qualidade da combusto em

curso a composio dos gases que deixam o forno. Tal composio dever apresentar, na

maior parte dos casos, o mnimo possvel de combustvel no queimado e de oxignio e,

portanto a maior parte possvel de CO2. Quando for constatado excesso de oxignio nos gases

queimados, diz-se que a atmosfera do forno oxidante. Havendo, CO ou H2, a atmosfera do

forno dita redutora (RIZZO 2007).

2.1.4.2. Carepa

Um aspecto importante do ponto de vista da qualidade superficial e em certos casos

das camadas internas e de rendimento da laminao a quente dos aos esta relacionado com

11

a formao de carepa, que consiste em uma camada de xido depositada na superfcie dos

produtos semi-acabados e nos produtos finais do processo de laminao (RIZZO 2007).

A carepa formada a partir dos gases que esto na atmosfera do forno, como

conseqncia da combusto completa ou parcial, que podem ser classificados como:

i) gases oxidantes oxignio (O2), vapor dgua (H2O) e dixido de carbono (CO2);

ii) gases redutores monxido de carbono (CO) e hidrognio (H2).

A carepa gerada a partir destes gases constituda dos seguintes xidos: wustita,

hematita e magnetita.

A constituio das camadas de carepa varia conforme a temperatura. Acima de

1100C tem-se apenas Fe3O4 + FeO, abaixo de 500C tem-se Fe3O4 e na faixa intermediria

destes extremos de temperatura tem-se camada dos trs tipos de xidos.

A wustita FeO um xido mais macio do que a magnetita e hematita. No

estvel para temperaturas abaixo de 570C, mas com o aumento da temperatura a proporo

de FeO cresce, e para temperaturas acima de 700C, a wustita passa a ocupar cerca de 95% da

espessura da carepa. Apresenta um baixo ponto de fuso 1370 a 1425C quando

comparada ao ferro puro, e a sua fuso pode provocar penetrao de xido nos contornos de

gro acarretando uma deteriorao da qualidade superficial (RIZZO 2007). A dureza deste

xido da ordem de 250 a 350 HV (CASTILHOS 2008).

A hematita Fe2O3 formada a temperaturas acima de 800C. Em elevadas

temperaturas aproximadamente 1100C, a hematita ocupa aproximadamente 1% da

espessura da camada de carepa, mas um material duro e abrasivo, apresentando uma

colorao avermelhada (RIZZO 2007). A hematita apresenta dureza acima de 1000 HV

(CASTILHOS 2008).

A magnetita Fe3O4 estvel para temperaturas abaixo de 500C, sendo o nico

xido presente na carepa, cedendo lugar para o FeO para temperaturas acima de 700C. Em

altas temperaturas ocupa cerca de 4% da espessura da camada de carepa. A magnetita

apresenta uma colorao cinza azulada e, assim como a hematita, um material duro e

abrasivo (RIZZO 2007). Sua dureza est entre 450 e 550 HV (CASTILHOS 2008).

12

A figura 2.6a apresenta esquematicamente uma tpica camada de carepa na superfcie

de um produto semi-acabado, e na figura 2.6b apresenta-se a variao da composio desta

camada em funo da temperatura.

Figura 2.6: Representao esquemtica de camada de carepa e variao da composio desta

camada com relao temperatura (RIZZO 2007).

A carepa pode ser classificada em primria, formada no interior dos fornos de

reaquecimento, com espessura que no deve ultrapassar cerca de 1,8 a 2,0 mm, secundria,

formada durante a exposio do produto semi-acabado aquecido ao ambiente na etapa de

desbaste, aps a ruptura da camada de carepa primria, e a terciria, que aparece na etapa de

laminao de acabamento, aps a descarepao na sada do laminador de desbaste e na etapa

de resfriamento (GINZBURG, 1989).

2.1.4.3 Descarepador

A demanda por produtos de qualidade e aumento de produtividade tem gerado o

desenvolvimento de sistemas mais eficientes de descarepao hidrulica (FRICK 2009).

Descarepao do ao em um processo de laminao a quente trata-se da aplicao de

elevada presso de gua em bicos de pulverizao. A fora de impacto e a presso destes jatos

podem ser determinadas utilizando-se o segundo e o terceiro postulados de Newton. Estes

clculos permitem a aproximao dos valores de impacto e presso atravs de frmula

13

simples. possvel tambm a determinao direta do impacto atravs de transdutores de

fora, digitalizando a rea de impacto dos jatos.

O tamanho das gotas do jato dos bicos parece ser um fator secundrio, pois

consideraes puramente mecnicas conduzem a um modelo suficiente do impacto. Contudo,

a medio da rea coberta pelos jatos mostra que o filme de gua do jato foi desintegrado ao

colidir com a superfcie, mas no foi completamente atomizado. Diferentes pesquisas

comprovam a hiptese de que o choque trmico devido a gradientes elevados de temperatura

da superfcie da pea sob os jatos o mecanismo fsico dominante da descarepao,

especialmente para carepa secundria (BENDIG 2001).

Neste processo a carepa removida atravs de dois mecanismos:

i) Tempera local da superfcie, gerando tenses trmicas entre o xido e a superfcie;

ii) Fora dinmica imposta pelos jatos dgua.

As tenses trmicas so significativamente influenciadas pela dinmica do processo de

transferncia de calor. O coeficiente de transferncia de calor uma funo do tipo de bico,

da presso de gua, da temperatura da rea, da posio do bico em relao pea e tempo de

permanncia da pea no processo velocidade de deslocamento. O valor da fora de impacto

o principal fator de remoo da carepa (KOTRBCEK 2004). Porm, de acordo com

Bendig (2001), [...] uma estimativa do estresse mecnico, induzida pelo impacto do jato, e a

tenso de cisalhamento, criado pelo choque trmico, mostram que o ltimo pode ser cerca de

500 vezes maior e, portanto, dominante no processo. Isso demonstra que o mecanismo

fsico do processo de desparepao ainda objeto de controversa discusso.

Considerando-se que a fora de impacto o parmetro dominante no processo de

descarepao, a equao 1, que expressa este parmetro pela relao entre fora do jato e a

rea sob a qual a fora aplicada [N/mm2], indica que quanto menor a rea maior ser o

impacto. O ngulo e a largura do jato so, portanto, os parmetros do bico que afetam a rea

de impacto, desta forma, a partir da seleo de um determinado tipo de bico, a fora de

impacto depender somente da presso e da vazo de gua. Estudos demonstram que um

aumento da presso de gua aumenta significativamente o valor do impacto (FRICK 2004).

[1]

14

Portanto, o impacto depende da (1) rea sob o jato, (2) ngulo do bico, (3) vazo e

presso de gua e (4) altura do jato, sendo que estes parmetros apresentam um efeito linear

sobre o impacto, com exceo da altura que exerce influncia exponencial. Conclui-se que,

devido a esta influncia, a altura do jato o parmetro mais efetivo (FRICK 2009).

Na figura 2.7 demonstra-se o efeito da altura do jato sobre o impacto, considerando-

se uma vazo de 25,5 l/min, presso de 200 bar e ngulo de 26. Percebe-se que, medida que

aumenta a distncia entre o bico e a superfcie do material a rea sob o jato aumenta,

reduzindo o impacto.

Figura 2.7: Efeito da altura dos bicos sobre o impacto (FRICK 2009).

Na figura 2.8 apresenta-se de forma esquemtica um sistema tpico de descarepao

hidrulica, demonstrando-se os parmetros fsicos da instalao, conforme descrito abaixo:

A= comprimento do jato s= espessura do material em processo

B= espessura do jato d= dimetro do tubo

C= espessura do jato na direo de laminao h1= comprimento vertical do bico

D= sobreposio de jatos h2= comprimento vertical do jato

E= distncia entre bicos = ngulo de pulverizao do bico

H= distncia entre o centro do tubo e a face = ngulo de inclinao do jato

inferior da chapa

100% de impacto:

1,15 N/mm2

Aprox. 50% de impacto:

0,54 N/mm2

Aprox. 25% de impacto:

0,22 N/mm2

15

Figura 2.8: Demonstrao esquemtica de um descarepador hidrulico (FRICK 2004)

2.1.5 Calibrao

De acordo com Coda (2005), a calibrao consiste na distribuio da deformao

total desejada no material em um conjunto de deformaes intermedirias com o objetivo de

maximizar a produtividade, aprimorar a qualidade, reduzir as solicitaes, facilitar operaes

complementares guiagem e manuseio e reduzir custos. Estes objetivos so atingidos

atravs da escolha das seqncias de calibrao ideal para cada tipo de produto, e do

dimensionamento correto dos canais destas seqncias.

2.1.5.1 Seqncias de Calibrao

As seqncias de calibrao correspondem aos diferentes conjuntos de passes de

laminao, com caractersticas de aplicao e potencial de deformao especfica, e forma

geomtrica definida.

As seqncias de calibrao so formadas por deformaes intermedirias que se

denominam passes de laminao.

Podem-se classificar as seqncias de calibrao para a laminao de produtos longos

de ao em desbaste, intermedirio e acabador (CODA 2006c).

No desbaste, indicam-se canais que trabalhem bem com grandes sees tais como

chatos ou diamantes. O tipo de mecanizao tambm pode ser importante na definio da

calibrao.

16

Para os passes de reduo - intermedirios - aconselham-se seqncias com grande

capacidade de reduo de rea, tais como quadrado oval quadrado ou ovais suecos em

sees maiores.

No trem acabador onde so necessrias preciso e qualidade recomenda-se os passes

redondo oval redondo, ou seqncias especiais para cantoneiras ou perfis (Calibrao de

Produtos Longos 2008). Na tabela 2.1 apresentam-se mais algumas caractersticas destas

seqncias de calibrao, citando-se ainda outros exemplos de seqncias de calibrao

comumente utilizados.

Tabela 2.1: Caractersticas das seqncias de calibrao e exemplos de seqncias mais

comumente utilizadas (CODA 2006c). Caracterstica Desbaste Intermedirio Acabador

Sees

deformadas Robustas Mdias Pequenas

Esforos Elevados Mdios Menores

Agarre Possvel problema de

agarre

Baixa ocorrncia de

problemas de agarre Raros problemas de agarre

Reduo de rea Mdias Elevadas Menores

Objetivo

Refinar e compactar a

estrutura bruta de fuso;

Reduzir rea da matria-

prima.

Preparar progressivamente

a forma e as dimenses do

material para obteno do

produto final.

Conferir forma, dimenses

e tolerncias adequadas e

qualidade superficial ao

produto final.

Exemplos de

seqncias

- Caixa/caixa

- Caixa/oval/redondo

- Quadrado/oval

sueco/quadrado

- Quadrado/diamante/

quadrado

- Diamante/diamante

- Redondo/oval/redondo

- Falso redondo/oval/falso

redondo

- Quadrado/oval/quadrado



- Falso redondo/ova/

redondo

- Quadrado/diamante/

quadrado

- Chato mesa lisa/chato

mesa lisa

17

Atravs da figura 2.9 pode-se observar o detalhe de forma dos canais utilizados nas

seqncias de calibrao aplicadas ao desbaste, intermedirio e trem acabador.

Figura 2.9: Forma dos canais mais aplicados nas seqncias de laminao (Calibrao de

Produtos Longos 2008).

2.1.6 Defeitos Superficiais

O processo de laminao a quente fornece matria-prima para processos de forjamento

a quente ou a frio, alm de vrios outros processos de fabricao de peas e componentes

mecnicos. A qualidade dos produtos manufaturados depende em muito da qualidade da

matria-prima fornecida pela laminao. Como conseqncia, o cliente sempre exigir de seus

fornecedores produtos com melhor qualidade.

Entre os problemas de qualidade associados a barras laminadas a quente, o problema

da qualidade da superfcie o mais importante e significativo (IM 2008).

Defeitos superficiais podem ser definidos como descontinuidades na superfcie do

material, sendo caracterizados pela forma, profundidade, dimenso e distribuio ao longo da

barra laminada. Tem sua origem relacionada aos processos de lingotamento, solidificao,

conformao, tratamento trmico, usinagem e manuseio (lbum de Defeitos 2010).

Mantendo-se o foco no presente trabalho, sero apresentados defeitos com origem no

processo de Aciaria, e os defeitos superficiais oriundos do processo de Laminao a Quente.

18

Os defeitos com maior ocorrncia em barras laminadas sem acabamento so

apresentados na tabela 2.2, com sua respectiva origem e breve descrio.

Tabela 2.2: Principais defeitos superficiais em barras laminadas sem acabamento (lbum de

Defeitos 2010). Origem Nome Descrio

Aciaria

Trincas Trincas apresentam-se nas barras laminadas, mas so oriundas de

defeitos superficiais nos tarugos.

Trinca de painel Trincas apresentam-se com elevada profundidade

Escamas Sobreposio de material semelhante a escamas de peixe.

Macroincluses Partculas no metlicas em nveis fora do especificado.

Laminao

Trincas Trincas oriundas do processo de laminao.

Escamas Sobreposio de material semelhante a escamas de peixe.

Dobra uma sobreposio do material de forma varivel que penetra em

direo ao ncleo.

Incrustao de

carepa

Incrustao de carepa aderente originadas do processo de

aquecimento ou conformao.

Trincas em faixa Pequenas trincas alinhadas, com baixa profundidade, porm

contnuas.

2.1.6.1 Trincas de Aciaria

O tarugo apresenta uma estrutura bruta de fuso, portanto com defeitos internos do

tipo vazios, trincas, incluses entre outros (CODA 2006b). Podendo apresentar ainda defeitos

superficiais tipo trincas longitudinais e transversais nas faces ou cantos, depresses,

marcas de oscilao, blowholes, pinholes entre outros (VILELA 2005).

a) Trinca longitudinal de canto:

So trincas abertas, localizadas nos cantos e paralelas ao eixo do tarugo. Tem origem

ligada ao desenho incorreto ou desgaste do molde ou problemas na refrigerao.

19

b) Trinca transversal de canto:

So trincas perpendiculares ao eixo do tarugo, localizadas nos cantos ou muito

prximas a ele, na maioria das vezes aparecem no fundo das marcas de oscilao. Tm origem

em diferenas de temperatura, problemas de refrigerao ou oscilao do molde.

c) Trinca longitudinal de face:

So trincas abertas, centralizadas nos lados ou nas zonas prximas aos cantos e em

muitos casos aparecem nas regies afundadas. Tem origem devido a defeitos na refrigerao,

na superfcie do molde ou no uso de p inadequado.

d) Trinca transversal de face:

So trincas perpendiculares ao eixo do tarugo localizadas lateralmente e de

profundidade varivel. Tem origem devido a problemas na extrao do tarugo,

endireitamento, agarramentos no molde, oscilao do molde e flutuaes do nvel de ao no

molde (lbum de Defeitos 2010).

2.1.6.2 Trinca de Painel

Trincas longitudinais localizadas no meio da face do tarugo. Podendo ou no aflorar

superfcie. Tm origem a partir de choques trmicos, pontos quentes e tem influncia com a

composio qumica do ao, sendo mais crticas para sees maiores (lbum de Defeitos

2010).

2.1.6.3 Escamas de Aciaria

So sobreposies do material semelhante escama de peixe que, em geral, se

desenvolvem predominantemente seguindo uma linha reta e a 90, fortemente

descarbonetadas. Geralmente causadas pela borra de oxicorte, ou por marcas ou riscos durante

o manuseio do tarugo na aciaria (lbum de Defeitos 2010).

2.1.6.4 Macroincluses

Partculas no metlicas, normalmente xidos e sulfetos, em nveis fora da

especificao. Relacionado principalmente s macroincluses que afloram do ao lquido para

20

as faces dos tarugos, ou arraste de p de molde em direo s marcas de oscilao (lbum de

Defeitos 2010).

Estes defeitos, apresentando-se nos tarugos, podem abrir durante a laminao, caso a

seqncia de deformao no tenha sido adequadamente projetada, dando origem a defeitos

superficiais no produto final (CODA 2006b).

2.1.6.5 Trincas de Laminao

So descontinuidades que penetram radial ou obliquamente e na mesma direo de

laminao. So defeitos de profundidade e comprimento variveis, apresentando-se de forma

alinhada. Tipicamente sem ou com pouca descarbonetao (lbum de Defeitos 2010).

2.1.6.6 Escamas de Laminao

So sobreposies de material de forma e tamanho varivel, que se estendem de

maneira irregular sobre a superfcie do material laminado, aderindo ao metal base somente em

alguns pontos. Pode ser ocasionado por cilindros patinando ou pelo atrito da barra quente com

pontos frios durante a laminao e por marcas de manuseio nos fornos de reaquecimento

(lbum de Defeitos 2010).

2.1.6.7 Dobras

So descontinuidades longas, em linhas nicas ou paralelas ao eixo longitudinal,

uniformes e em geral penetram obliquamente da superfcie para o interior do material. A

causa mais freqente est associada ao excesso de material no canal que forado para fora

na luz do cilindro bigode - e nos passes seguintes dobrado e laminado sobre a superfcie

do material. Podem tambm se formar quando os canais no so preenchidos suficientemente

e assim o perfil laminado magro demais vira no canal. Tambm pode ser conseqncia de

desalinhamento de gaiolas, causando arestas que so dobradas nos passes seguintes. Quando

aparecem em apenas um lado do produto, podem ser causadas por guias mal alinhadas


21

2.1.6.8 Incrustao de Carepa

So incrustaes de xido do material durante a laminao. Este xido o resultado da

reao entre o material aquecido e o oxignio do ar. Esta camada de xidos pode ter espessura

varivel em funo da temperatura, tempo de permanncia em altas temperaturas e atmosfera

do forno de reaquecimento, aderindo com maior ou menor firmeza na barra. Se a carepa no

eliminada nos descarepadores, a presso exercida pelos cilindros pode provocar a sua

incrustao, dificultando sua remoo posterior (lbum de Defeitos 2010).

2.1.6.9 Trincas em Faixa

Pode surgir devido rugosidade excessiva na superfcie desgastada ou danificada dos

cilindros de laminao, associado a um alto grau de reduo. Este um tipo especial de trinca

de laminao, no qual vrias trincas rasas encontram-se alinhadas em uma ou mais geratrizes


2.1.7 Defeitos Superficiais gerados na Laminao

Uma variedade de problemas gerados na laminao, principalmente defeitos

especficos, podem surgir a partir da interao entre deformao plstica da pea e

deformao elstica dos rolos durante a laminao, devido influncia das elevadas foras de

laminao (DIETER 1988). Por isso, uma especificao apropriada das prticas de trabalho a

quente importante. Em particular, a ductilidade e a tenso de escoamento podem ser

estabelecidas em funo da temperatura e da taxa de deformao (RIZZO 2007).

Quanto formao de trincas na laminao, os fatores de maior influncia so a

temperatura de laminao e a seqncia de calibrao, porm a influncia de outros fatores,

como apresentados anteriormente, tambm deve ser considerada (LIM 2000).

Neste trabalho, tem-se o objetivo de explorar o efeito da temperatura de

reaquecimento, e por conseqncia a temperatura de conformao a quente do material, e a

influncia do uso do descarepador na formao de defeitos superficiais. E, a fim de eliminar

ou minimizar os efeitos de defeitos pr-existentes nos tarugos, avalia-se tambm o

desempenho superficial das barras laminadas frente prvia preparao da superfcie do

tarugo.

22

A figura 2.10 demonstra a relao entre o aumento da temperatura de reaquecimento

com a rejeio superficial de barras laminadas.

Figura 2.10: Temperatura de reaquecimento x Rejeio Superficial (LIM 2000).

Um aumento de temperatura de reaquecimento propicia que o material seja laminado a

uma temperatura mais elevada, o que corresponde a deformaes em situao de melhor

ductilidade do material, reduzindo o surgimento de trincas por esforos em zonas de baixa

ductilidade.

E na figura 2.11 tem-se o efeito da remoo ou no da carepa oriunda do

reaquecimento dos tarugos, atravs de descarepador hidrulico.

Figura 2.11: Uso do descarepador x Rejeio Superficial (LIM 2000).

O no uso do descarepador permite que a carepa permanea aderida a superfcie do

tarugo, e seja laminada, propiciando a nucleao de defeitos superficiais nos passes seguintes.

23

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1 Materiais e Mtodos

O desenvolvimento deste trabalho foi realizado de acordo com as etapas apresentadas

no fluxo abaixo:

Para a definio do ao e bitola para desenvolvimento deste trabalho, tendo-se como

objetivo a reduo da rejeio superficial nas linhas de inspeo, aumentando-se desta forma

a produtividade destes equipamentos, utilizou-se como parmetros de seleo a rejeio

superficial e o volume de produo de cada material, focando-se em bitola igual ou acima de

50,80 mm e menor ou igual a 101,60 mm, material produzido no laminador 1 e inspecionado

de forma automtica na Linha de Inspeo 3, na unidade siderrgica de Charqueadas.

O teste de condicionamento superficial foi definido devido ao material atualmente

utilizado na bitola selecionada ser aplicado de forma bruta de lingotamento, tornando

fundamental a avaliao do desempenho superficial deste material quando condicionado

superficialmente enquanto tarugo.

O teste de descarepao foi organizado devido ao entendimento, via reviso

bibliogrfica, de que este equipamento tem grande influncia no desempenho superficial de

barras laminadas a quente, e a percepo de que existem oportunidades de melhoria no uso

deste equipamento na laminao da unidade de Charqueadas.

A opo por variar a presso e a distncia dos bicos do descarepador superfcie do

tarugo deve-se ao fato de que estes parmetros tm, conforme reviso bibliogrfica, a maior

influncia nos resultados do processo de remoo de carepa.

24

Por fim, o deste de temperatura de laminao visa quantificar o real impacto da perda

de temperatura durante o processo, por tratar-se de um trem semi-contnuo, definir a

temperatura limite para o trem acabador e aes para a manuteno da temperatura de

aquecimento durante o processo.

As temperaturas de 880C e 840C para o teste foram selecionadas a partir de anlise

do histrico de temperaturas mdias atingidas na entrada do trem acabador.

As variveis respostas so a rejeio superficial, que a relao entre a quantidade de

barras que apresenta e a quantidade total de barras do lote, e o nmero mdio de defeitos por

barra, neste caso a relao da quantidade total de defeitos encontrados e o total de barras que

apresentou defeito superficial.

Os defeitos superficiais so detectados atravs de inspeo automtica via principio de

campo de fuga. O equipamento denominado Circoflux. A rejeio superficial e a quantidade

de defeitos por barra so obtidas atravs dos resultados da inspeo superficial, via

supervisrio.

Na figura 3.1 pode-se observar que a bitola redonda de 101,60 mm apresenta elevada

rejeio superficial e volume de produo, considerando-se dados do ano de 2010. Na

seqncia, o desdobramento dos aos produzidos na bitola redonda de 101,60 mm indica que

uma oportunidade de trabalho est no ao SAE 1043.

Figura 3.1: Volume de Produo da Laminao x Rejeio Superficial na Linha de Inspeo.

Objetivando a melhoria no desempenho superficial da barra laminada redonda de

101,60 mm no ao SAE 1043, realizaram-se testes em trs pontos de possvel gerao de

25

defeitos superficiais em barras laminadas a quente, a saber: (1) condicionamento superficial

da matria-prima, considerando-se que os defeitos pr-existentes nos tarugos podem abrir

durante a laminao (CODA 2006b), este teste visa quantificar a influncia da qualidade

superficial dos tarugos no produto final da laminao; (2) sendo a temperatura de laminao

um dos mais importantes fatores na gerao de defeitos superficiais (LIM 2000) busca-se

determinar uma temperatura mnima de laminao, acima da qual o impacto na rejeio

superficial das barras, e seu possvel sucateamento, sejam controlados, considerando-se a

ductilidade e a tenso de escoamento em relao temperatura e a taxa de deformao

(RIZZO 2007); (3) quanto remoo de carepa formada a partir do reaquecimento para

laminao, sabe-se que sua no eliminao atravs do descarepador pode gerar aderncia da

camada de xido na barra, devido presso exercida pelos cilindros de laminao, tendo-se

como conseqncia o defeito superficial denominado incrustao de carepa (lbum de

Defeitos 2010), mas tambm podendo gerar defeito tipo trincas de laminao, a partir da

marca deixada na barra, no caso de aderncia de carepa e posterior queda, antes dos ltimos

passes de laminao.

A tabela 3.1 apresenta os testes executados, de forma a simular condies prticas de

trabalho, com o objetivo de quantificar o impacto destas variaes no resultado de rejeio

superficial e quantidade de defeitos por pea.

Tabela 3.1: Resumo dos ensaios realizados.

Teste Parmetro Detalhe

Condicionamento superficial dos tarugos

Esmerilhamento total Remoo superficial completa das quatro faces e cantos dos tarugos.

Sem condicionamento Aplicao na laminao na condio bruta de lingotamento.

Temperatura de laminao

880C

Temperatura de laminao no trem acabador, mantendo-se no desbaste e trem intermedirio as mesmas condies de laminao.

930C

840C

915C

Remoo de carepa

175 Bar Presso de gua aplicada nos bicos do descarepador, mantendo-se constante a distncia dos bicos de asperso do descarepador em relao face dos tarugos. 209 Bar

85 mm Distncia dos bicos de asperso do descarepador em relao s faces do tarugo, mantendo-se a presso de gua constante. 140 mm

26

A configurao da laminao dos tarugos quadrados de 240 x 240 mm de 8 metros,

para obteno de barras laminadas redondas de 101,60 mm de dimetro ocorre conforme

apresentado na tabela 3.2:

Tabela 3.2: Configurao de laminao da barra redonda de 101,60 mm.

Trem Tipo Caracterstica Equipamento N Passes

Perfil

Desbaste Uma cadeira duo reversvel

Fabricante: M&N/GKN Tipo: Baby Blooming Compresso: at 400 t Velocidade mxima: 2,5 m/s

- 9 - Quadrado - Losango

Intermedirio duas cadeiras trio horizontais

Fabricante: M&N/GKN Compresso: at 200 t Velocidade mxima: 1,8 m/s

1 cadeira 2 - Chato - Quadrado

2 cadeira 2 - Oval - Falso Redondo

Acabador

duas gaiolas duo em linha, vertical e horizontal

Fabricante: Danieli Velocidade: de 0,3 a 1,0 m/s

1 gaiola 1 - Oval

2 gaiola 1 - Redondo

Para determinao dos defeitos encontrados foi realizada a caracterizao

metalografica no Laboratrio Metalrgico da Unidade Siderrgica de Charqueadas, atravs de

microscpio ptico Olympus BX60M, e analisador de imagens LEICA QWINV3. As

amostras foram preparadas para anlise segundo procedimento de metalografia com desbaste

seguindo a seqencia 120, 320 e 600 grid e polimento em feltro com pasta de diamante 7 e 1

m. Para revelar a microestrutura, as amostras foram atacadas com soluo Nital 2%.

3.2 Teste de condicionamento superficial

Rizzo (2007) designa por condicionamento de matria-prima para a laminao o

conjunto de atividades realizadas com o intuito de remover defeitos superficiais, internos, de

forma e dimensionais dos produtos a serem laminados. Considerando as atividades de

condicionamento de matria-prima com o objetivo da melhoria superficial do produto final,

atividades como escarfagem retirada de camada da superfcie do material atravs de

maaricos e esmerilhamento remoo de pequena camada superficial atravs de rebolo

abrasivo so comumente utilizadas (VILELA 2007).

27

A matria-prima aplicada atualmente para a produo do material em estudo no

presente trabalho um tarugo quadrado proveniente de lingotamento contnuo, com

dimenses de 240 x 240 mm e comprimento de 8 metros, sem condicionamento superficial.

Com o intuito de quantificar o impacto dos defeitos superficiais prvios dos tarugos no

resultado final da laminao, dividiu-se uma corrida do ao SAE 1043 em duas ordens de

produo, aplicando-se em uma das ordens o condicionamento superficial dos tarugos atravs

do esmerilhamento total das quatro faces. A outra ordem de produo no recebeu

condicionamento, sendo aplicada na condio bruta.

O esmerilhamento total foi realizado em esmerilhadeira automtica Centro Maskin,

com remoo via rebolo abrasivo gro 12, com fora de 1000 kg. A camada removida em

cada face de aproximadamente 1,5 mm de profundidade.

As ordens de produo foram laminadas em seqncia, com os mesmos parmetros de

reaquecimento temperatura, tempo e atmosfera do forno e mesma condio de

descarepao.

O Forno de reaquecimento do tipo walking beam, do fabricante Bendotti, divido em

trs zonas pr-aquecimento, aquecimento e encharque, e utiliza como combustvel gs

natural.

3.3 Teste de temperatura de laminao

O reaquecimento , conforme Blain (1964), a etapa do processo de laminao a quente

que exerce importante papel tanto para o bom desenvolvimento da operao de laminao do

ao quanto para a qualidade superficial e interna do produto final, e torna-se ainda mais crtica

quando se leva em conta as perdas de temperatura que ocorrem em um trem aberto ou semi-

contnuo (RIZZO 2007), devido a necessidade de manuseio do material e dependncia da

habilidade operacional, e ainda considerando-se possveis interrupes do processo.

Com o objetivo de determinar a influncia da temperatura de laminao, dividiu-se

uma corrida de tarugos em dois grupos de 8 e 9 peas, de forma que as condies de

lingotamento fossem iguais. Estes tarugos no receberam condicionamento superficial.

Realizou-se o enfornamento para reaquecimento dos tarugos em seqncia, com os mesmos

parmetros de reaquecimento temperatura, tempo e atmosfera do forno e mesma condio

de descarepao.

28

As etapas de desbaste e intermedirio foram executadas conforme ritmo de produo,

para os dois grupos de tarugos da corrida. Processou-se o primeiro grupo de tarugos da

corrida 8 tarugos, sendo laminado no trem acabador na temperatura de aproximadamente

930C. O segundo grupo de tarugos 9 tarugos foi laminado normalmente nas etapas de

desbaste e intermedirio e, a partir deste momento aguardou-se que a temperatura destes

tarugos atingisse 880C, e ento as peas seguiram para o trem acabador.

Ainda outra corrida de lingotamento foi dividida em dois grupos, de 10 e 11 tarugos,

sendo os 10 primeiros laminados em ritmo normal de laminao, atingindo temperatura de

aproximadamente 915C, e o grupo com 11 tarugos recebeu o mesmo tratamento do primeiro

teste ritmo normal no desbaste e trem intermedirio e parada em frente ao trem acabador

neste caso, at aproximadamente 840C.

Com esta configurao de teste, partiu-se da temperatura atingida pelo ritmo normal

de laminao, em torno de 920C, e reduziu-se a temperatura para alguns tarugos, 880C e

840C, situao que pode ocorrer na prtica por variao de ritmo devido a problemas

operacionais ou de manuteno.

Objetiva-se quantificar os impactos das variaes no processo devido ao laminador

de configurao semi-contnua na rejeio superficial e quantidade de defeitos por barra.

3.4 Teste de remoo de carepa - descarepador

Frick (2009) observa que a demanda por produtos de qualidade e aumento de

produtividade tem gerado o desenvolvimento de sistemas mais eficientes de descarepao

hidrulica. No processo de descarepao, a remoo do xido ocorre atravs de dois

mecanismos: (1) tempera local da superfcie, gerando tenses trmicas entre o xido e a

superfcie do material e (2) fora dinmica imposta pelo jato dgua. O valor da fora de

impacto o principal fator de remoo da carepa (KOTRBCEK 2004).

Considerando-se que a fora de impacto o parmetro dominante no processo de

descarepao, a equao 1, que expressa este parmetro pela relao entre fora do jato e a

rea sob a qual a fora aplicada [N/mm2], indica que quanto menor a rea maior ser o

impacto (FRICK 2004).

29

[1]

Portanto, o impacto depende da (1) rea sob o jato, (2) ngulo do bico, (3) vazo e

presso de gua e (4) altura do jato, sendo que estes parmetros apresentam um efeito linear

sobre o impacto, com exceo da altura que exerce influncia exponencial. Conclui-se que,

devido a esta influncia, a altura do jato o parmetro mais efetivo (FRICK 2009).

A partir de uma corrida de ao SAE 1043, criaram-se dois grupos de tarugos com 8

peas cada um, e em cada um destes grupos trabalhou-se com presses do jato dgua

diferentes. Estes tarugos no receberam condicionamento superficial.

O descarepador utilizado da marca Procome, modelo PF-190/50, com presso de 240

Bar e vazo de 220 l/min.

No grupo 1, utilizou-se presso do descarepador em aproximadamente 209 Bar e no

grupo 2 manteve-se a presso em torno de 175 Bar. Como se realizou nos testes anteriores, o

enfornamento para reaquecimento dos tarugos ocorreu em seqncia, mantendo-se os mesmos

parmetros de reaquecimento temperatura, tempo e atmosfera do forno - para os dois grupos

de peas da corrida.

No segundo teste realizado envolvendo a remoo de carepa, duas corridas de

lingotamento foram divididas em dois grupos cada uma. A primeira corrida gerou dois grupos

de 9 tarugos, e na segunda corrida os grupos formados foram de 8 tarugos cada.

Manteve-se constante a presso do jato dgua, e variou-se a distncia altura - dos

bicos de asperso das faces do tarugo. Repetindo-se o teste de impacto da altura do jato nas

duas corridas.

Variou-se a altura dos bicos atravs da seleo dos anis de bicos do descarepador. O

equipamento possui dois anis de diferentes alturas, destinados a diferentes bitolas de tarugos.

A configurao apresentada na figura 3.2 usualmente destinada a bitolas de tarugos de 150 a

180 mm. Na figura 3.3 apresenta-se o anel usualmente utilizado nas bitolas de 240 mm.

30

Figura 3.2: Anel do Descarepador destinado s bitolas de 150 a 180 mm.

Figura 3.3: Anel do Descarepador destinado s bitolas de 240 a 260 mm.

Destaca-se que o ao em estudo no possui caractersticas qumicas para grande

aderncia de carepa, porm ainda assim verificou-se expressivo resultado de qualidade

superficial nos testes realizados.

Avaliaram-se os resultados dos testes descritos anteriormente atravs do comparativo

entre o percentual de rejeio superficial e nmero de defeitos por pea nas duas condies

31

testadas para cada parmetro (condicionamento superficial, temperatura de laminao e

remoo de carepa).

32

4. RESULTADOS E DISCUSSO

4.1 Teste de condicionamento superficial

A figura 4.1 apresenta o resultado do teste de condicionamento superficial dos tarugos

provenientes do lingotamento contnuo, demonstrando como varivel resposta: (1) Relao

entre a Rejeio Superficial, ou seja, quantas barras apresentaram defeito superficial do total

de barras da ordem de produo, nas duas condies testadas; e a (2) Quantidade de Defeitos

por Barra, indicando quantos defeitos superficiais cada barra rejeitada apresentou em mdia.

Os defeitos apresentados no material com condicionamento superficial dos tarugos,

conforme caracterizao em laboratrio foram dobras e escamas de laminao, indicando que

defeitos oriundos dos tarugos provavelmente foram eliminados pelo esmerilhamento total.

Os tarugos aplicados na condio bruta de lingotamento tiveram seus defeitos

caracterizados como escamas de laminao e trincas de aciaria. O material com

esmerilhamento total dos tarugos apresentou menor rejeio superficial e os defeitos com

menor profundidade mdia, quando comparados com a ordem de produo em que os tarugos

no receberam condicionamento.

33

Figura 4.1: Resultado do teste de Condicionamento Superficial dos Tarugos.

O nmero de defeitos superficiais por barra no correspondeu ao tipo de

condicionamento superficial realizado nos tarugos, ou seja, o material com esmerilhamento

total de superfcie apresentou na mdia 3,1 defeitos por barra, enquanto a aplicao de tarugos

brutos do lingotamento apresentou 2,2 defeitos por barra.

Como se trata de mesma corrida, e por conseqncia semelhantes condies de

lingotamento, e considerando-se que o enfornamento das duas condies de tarugos foi

efetuado em condies semelhantes, mesmo sendo a laminao em seqncia, provvel que

o fato de elevado nmero de defeitos na condio de preparao dos tarugos deva-se a alguma

ocorrncia operacional durante a laminao, seja de ajuste ou desgaste nos laminadores, seja

por mudana operacional nas cabines de comando.

Fica evidente que o condicionamento superficial exerce influncia positiva no

desempenho superficial do material durante a inspeo, atravs da eliminao de defeitos e

marcas superficiais existentes nos tarugos, comprovando-se os dados da literatura citados por

Rizzo (2007) e Lim (2000).

Porm, apesar da evidente melhora nas condies superficiais, o processo de

esmerilhamento dispende tempo, aumentando o tempo total de produo, e agrega custo ao

produto. Desta forma, fazem-se necessrias aes no lingotamento do ao, e fim de buscar

melhores condies superficiais nos tarugos brutos, e controle rigoroso dos parmetros de

reaquecimento e laminao que, como demonstrados na seqncia deste trabalho, tem forte

34

influncia na gerao de defeitos, mas tambm na eliminao de defeitos superficiais pr-

existentes nos tarugos brutos.

4.2 Teste de temperatura de laminao

Na tabela 4.1 apresentam-se as temperaturas de cada tarugo do primeiro teste, em C,

obtidas no pirmetro localizado prximo tesoura de desponte. Observando-se que, dividiu-

se a corrida em dois grupos de 8 e 9 tarugos.

Tabela 4.1: Temperatura de Laminao antes do Trem Acabador, teste 1 (T1), oC.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Grupo 1 923 931 930 935 938 930 936 934 -

Grupo 2 880 882 882 881 875 885 880 885 878

Observa-se na figura 4.2 o resultado do teste de variao de temperatura de laminao

durante o trem acabador. Mantem-se a considerao das variveis respostas do teste anterior:

(1) Relao entre a Rejeio Superficial das condies testadas e (2) Quantidade de Defeitos

por Barra.

Figura 4.2: Resultado do Teste 1 de Temperatura de Laminao no Trem Acabador.

35

A rejeio superficial apresentou-se mais elevada em situao de laminao com

temperatura em torno de 880C, com diferena para a condio de temperatura em

aproximadamente 930C de 5,3%. Analisando-se a quantidade de defeitos superficiais, os

resultados apresentam-se contrrios em relao rejeio superficial, ou seja, durante a

laminao em temperatura mais elevada - 930C o material apresentou significativamente

mais defeitos por barra, 6,2 defeitos em mdia, frente aos 4,3 defeitos por barra apresentados

pela condio de laminao temperatura de 880C.

Como, em ambas as condies de temperatura testadas, os tarugos estavam em estado

bruto de lingotamento e a caracterizao de defeitos via laboratrio indicou, para todas as

amostras nas duas condies, a ocorrncia de trincas de aciaria, a elevada diferena de

defeitos por barra provavelmente est ligada condio superficial dos tarugos e no a

variao de temperatura durante a laminao no trem acabador.

No teste de condicionamento superficial observamos a melhora do desempenho

superficial das barras quando obtidas a partir de tarugos esmerilhados, ou seja, a eliminao

da camada superficial dos tarugos brutos resultou em ganho de desempenho do material. O

que se observa com relao temperatura de laminao condiz com as afirmaes de Blain

(1964) e Rizzo (2007), quando afirmam que a temperatura, alm de facilitar o processo de

laminao, tem forte influncia na gerao de defeitos superficiais e na sua eliminao ou

reduo quando considerados os defeitos pr-existentes nos tarugos.

Os resultados aqui obtidos demonstram que para temperaturas mais elevadas,

considerando-se as semelhantes condies de laminao aplicadas aos dois grupos de tarugos

da corrida, o impacto dos defeitos pr-existentes nos tarugos foi minimizado quanto

consideramos a rejeio superficial, embora se observe que a quantidade de defeitos por pea

no apresente esta influncia.

Na tabela 4.2 demonstra-se das temperaturas praticadas no segundo teste de qualidade,

em C, obtidas no pirmetro prximo a tesoura de desponte.

Tabela 4.2: Temperatura de Laminao antes do Trem Acabador, teste 2 (T2), C

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Grupo 1 921 941 937 900 898 932 932 908 888 916 -

Grupo 2 848 846 841 850 833 857 839 837 838 823 821

No segundo teste, como esperado e seguindo os resultados do primeiro teste, a rejeio

superficial apresentou-se mais elevada em situao de laminao com temperatura mais baixa,

36

em torno de 840C, neste teste com expressiva diferena de rejeio superficial, conforme se

apresenta na figura 4.3.

Observando-se a quantidade de defeitos superficiais, os resultados apresentam a

mesma tendncia, ou seja, maior nmero de defeitos superficiais por pea apresenta-se na

parte da corrida laminada em temperatura mais baixa, em torno de 840C.

Figura 4.3: Resultado do Teste 2 de Temperatura de Laminao no Trem Acabador.

Considerando agora os resultados do segundo teste de temperatura no trem acabador,

fica evidente a importncia da temperatura de laminao para a melhoria de desempenho

superficial do ao, observando-se que a caracterizao dos defeitos de ambas as condies do

segundo teste, assim como no primeiro, foi de trincas de aciaria.

Comparativamente, e considerando-se que os testes realizados por Lim et al (2000)

quanto temperatura de aquecimento elevaram a temperatura de laminao, pode-se verificar

atravs da figura 4.4, que demonstra o resultado da rejeio superficial dos testes 1 e 2,

respectivamente, com a figura 4.5 que, demonstra os resultados obtidos por Lim et al (2000),

que os resultados aqui obtidos seguem a tendncia observada na referida literatura.

37

(a) (b)

Figura 4.4: (a) Resultado primeiro teste de temperatura; (b) Resultado do segundo teste de

temperatura de laminao.

Figura 4.5: Resultado encontrado por Lim et al (2000)

4.3 Teste de remoo de carepa - descarepador

Na tabela 4.3 apresentam-se as presses aplicadas na descarepao de cada tarugo, em

Bar, obtidas atravs de controle supervisrio. Observando-se que, dividiu-se a corrida em dois

grupos de 8 tarugos.

38

Tabela 4.3: Presses aplicadas na remoo de carepa, Bar

1 2 3 4 5 6 7 8

Grupo 1 209 207 210 210 209 209 212 207

Grupo 2 175 173 177 176 176 176 175 177

Observa-se na figura 4.6 o resultado da variao de presso na retirada de carepa dos

tarugos brutos de lingotamento. Novamente, consideram-se as variveis respostas: (1)

Relao entre a Rejeio Superficial, ou seja, quantas barras apresentaram defeito superficial

do total de barras da ordem de produo, nas duas condies testadas; e a (2) Quantidade de

Defeitos por Barra, indicando quantos defeitos superficiais cada barra rejeitada apresentou em

mdia.

Figura 4.6: Resultado do teste de Descarepao Hidrulica.

A queda de 3% na rejeio superficial, a partir da aplicao de maior presso durante a

remoo da carepa, embora pequena, torna-se interessante quando se considera a queda na

quantidade de defeitos superficial mdia apresentada por barra. Os defeitos apresentados, nas

duas situaes, so de origem laminao, a saber, dobra, trinca e escamas, e mesmo no caso

de menor presso na descarepao, no houve ocorrncia de defeito do tipo incrustao de

carepa. Lembrando-se que o enfornamento e laminao ocorreram em seqncia, e trata-se de

mesma corrida em Aciaria, observa-se que a retirada ou no de carepa apresenta certa

correlao com a formao de outros defeitos durante a laminao, lembrando que a carepa

39

que permanece aderida nos tarugos aps o reaquecimento laminada nos primeiros passes de

laminao, nucleando defeitos superficiais (LIM 2000).

No segundo teste de remoo de carepa realizado, objetiva-se quantificar a influncia

da distncia altura do jato dgua do descarepador na melhoria do processo de remoo de

carepa aps o reaquecimento.

Na tabela 4.4, apresentam-se as presses aplicadas em cada grupo de tarugos, em Bar,

indicando a distncia em que os bicos de asperso estavam da superfcie do tarugo.

Tabela 4.4: Presses do descarepador, em Bar, para diferentes alturas de jato dgua, em mm

Altura 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Corrida 1 Grupo 1 140 mm 231 230 229 230 230 231 229 230 230

Grupo 2 85 mm 228 236 235 234 234 233 233 233 233

Corrida 2 Grupo 1 140 mm 230 230 230 230 229 229 229 229 -

Grupo 2 85 mm 233 232 232 232 231 232 232 232 -

Desta forma, observa-se que a presso utilizada manteve-se constante, proporcionando

boas condies de avaliao da influncia da altura dos bicos na remoo de carepa.

Na figura 4.7, apresenta-se o desempenho superficial das barras laminadas referentes

corrida 1.

Figura 4.7: Resultado da corrida 1, quanto distncia dos bicos do descarepador.

40

A figura 4.7 demonstra a reduo da rejeio e nmero de defeitos por pea nas barras

em que os tarugos foram descarepados com o jato dgua em menor distncia com relao

sua superfcie.

O desempenho superficial das barras da corrida 2 apresentado na figura 4.8.

Figura 4.8: Resultado da corrida 2, quanto distncia dos bicos do descarepador.

Rejeio superficial e quantidade de defeitos por barra apresentam-se melhores

quando o tarugo foi descarepado com menor distncia dos bicos em relao superfcie dos

tarugos, confirmando-se os resultados obtidos no teste realizado com a corrida 1.

Evidente a influncia da distncia dos bicos na rejeio superficial e quantidade de

defeitos por pea.

Em ambos os testes realizados, envolvendo diferentes corridas, o desempenho

superficial do material descarepado com menor altura distncia dos bicos do descarepador

melhor, apresentando expressiva reduo da quantidade de defeitos superficiais por pea.

Comparando-se a melhoria obtida com a variao da presso de descarepao frente

aos resultados obtidos variando-se a altura dos bicos do jato dgua, demonstrados nas figuras

4.7 e 4.8, percebe-se que o ltimo fator tem maior influncia sobre o resultado da

descarepao, e por conseqncia, do desempenho superficial do material laminado.

41

Esta forte tendncia de melhoria do desempenho superficial com a variao da altura

dos bicos do descarepador vai ao encontro dos resultados indicados por Frick (2009), quando

este afirma que a altura dos bicos exerce influncia exponencial no impacto, e desta forma o

parmetro mais efetivo com relao fora dinmica do jato impacto.

(a) (b)

Figura 4.9: (a) Resultado do teste de Presso do Descarepador; (b) Resultado dos testes de

variao de altura dos bicos do Descarepador.

Comparando-se na figura 4.9, considerando-se somente a rejeio superficial, a

tendncia de reduo no ndice de defeitos assemelha-se aos resultados obtidos por Lim et al

(2000), apresentado na figura 4.10, em seu estudo de otimizao de parmetros de processo

para a melhoria da qualidade superficial, com relao remoo de carepa da superfcie da

matria-prima de laminao.

42

Figura 4.10: Resultado encontrado por Lim et al (2000).

4.4 Anlise dos defeitos superficiais encontrados

De forma a ilustrar os defeitos superficiais encontrados nos diversos testes realizados

ao longo deste estudo, apresenta-se na tabela 4.5 uma caracterizao representativa destes

defeitos.

43

Tabela 4.5: Defeitos superficiais encontrados.

46

4.5 Snteses dos Resultados

Na tabela 4.6 plota-se de forma resumida os resultados dos testes realizados durante

este estudo, de forma a possibilitar ainda outras anlises com respeito aos seus resultados

obtidos.

Tabela 4.6: Resumo dos resultados obtidos.

Testes Parmetro Rejeio superficial

Quant. defeitos/ pea

Profund. mdia

Tipos de defeitos

Condicionamento superficial dos tarugos

Esmerilhamento total

61,7% 3,1 0,34 mm Escamas, trincas de Laminao e dobra*

Sem condicionamento

70,2% 2,2 0,70 mm Escamas e trincas de Laminao

Temperatura de laminao

880C 84,6% 4,3 0,55 mm Trincas de Aciaria

930C 80,1% 6,2 0,68 mm Trincas de Aciaria

840C 87,5% 3,7 0,41 mm Trincas de Laminao e dobra

915C 60,8% 2,6 0,32 mm Trincas de Aciaria e Laminao

Remoo de carepa

175 Bar 70,8% 5,3 0,35 mm Escamas

209 Bar 68,7% 4,1 0,11 mm Trincas de Laminao e dobra

85 mm 77,8% 2,1 1,24 mm Trincas de Laminao e dobras

140 mm 88,9% 3,9 0,42 mm Trincas de Laminao

85 mm 83,3% 2,8 0,21 mm Trincas de Aciaria e Laminao

140 mm 89,6% 8,7 0,46 mm Trincas de Laminao

*Gerou uma barra sucateada.

Fica evidente a importante influncia de cada parmetro testado no desempenho

superficial do material, observando-se que o condicionamento superficial dos tarugos resultou

em um dos menores ndices de rejeio superficial.

As temperaturas mais baixas no trem acabador apresentaram rejeies superficiais

maiores, quando comparadas com tarugos da mesma corrida laminados em temperaturas mais

elevadas.

47

Os dois testes realizados com relao remoo superficial de carepa demonstraram o

impacto da efetiva eliminao do xido formado durante o reaquecimento, visto que maiores

presses e menores distncias corresponderam importante reduo de rejeio superficial.

48

5. CONCLUSES

O condicionamento superficial dos tarugos eliminou a ocorrncia de defeitos

superficiais com origem na Aciaria e permitiu reduo de 12,1% na rejeio superficial;

O processo de retirada da carepa oriunda do reaquecimento tem importante influncia

na rejeio superficial;

Conforme demonstrado neste estudo, a reduo de presso do jato dgua representou

um aumento de 3% na rejeio superficial, reduzindo 22,6% quantidade mdia de defeitos

por barra;

Ainda no processo de descarepao, a aproximao dos bicos do descarepador com a

superfcie dos tarugos representou uma reduo mdia de 9,5% na rejeio superficial dos

defeitos, e 55% de reduo da quantidade mdia de defeitos superficiais por barr

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