Metalurgia Tundish

Metalurgia Tundish

Para transferir o aço líquido de uma panela cheia para o molde da máquina de lingotamento contínuo, é usado um recipiente intermediário, chamado tundish. Tundish é um recipiente retangular grande, de ponta para cima, revestido de refratário, que pode ter uma tampa revestida de refratário na parte superior. O fundo do distribuidor tem uma ou mais portas de bocal com porta(s) deslizante(s) ou haste(s) de rolha para controlar o fluxo de aço líquido. O distribuidor é frequentemente dividido em duas seções, a saber (i) uma seção de entrada, que geralmente tem uma caixa de despejo e onde o aço líquido é alimentado a partir da panela cheia de aço, e (ii) uma seção de saída da qual o aço líquido é alimentado no lingotamento contínuo molde(s) da máquina. Vários dispositivos de controle de fluxo, como barragens, açudes, defletores com furos, etc., podem ser dispostos ao longo do comprimento do distribuidor. O caminho mais longo é preferido para prolongar o tempo de residência do aço líquido para promover a flutuação de macroinclusões. Elementos importantes da metalurgia do distribuidor são mostrados na Fig 1.

Fig 1 Elementos importantes da metalurgia tundish de um tundish





O distribuidor de lingotamento contínuo serve como amortecedor e liga o processo descontínuo da fabricação do aço secundário na panela com o processo de lingotamento contínuo no molde. Ele atua como um reservatório durante os períodos de troca de panelas e continua a fornecer aço líquido para o molde quando o aço líquido de entrada é interrompido, possibilitando o lingotamento sequencial por várias panelas. As principais causas para a formação de inclusão e contaminação do aço líquido incluem a reoxidação do aço líquido pelo ar e transportada pela escória de panela oxidante, arrastamento de tundish e escória de panela e emulsificação dessas escórias no aço líquido. Essas inclusões devem ser flutuadas para fora do aço líquido durante seu fluxo através do distribuidor antes de serem fervilhadas no molde.

No passado, quando a metalurgia da panela (ex. forno panela, LF) não estava totalmente desenvolvida, esperava-se que o distribuidor funcionasse como um refinador do aço líquido desoxidado transferido da panela onde as inclusões não eram totalmente removidas. Sem o processamento LF, o aço líquido desoxidado apresentava macroinclusões e um grande número de microinclusões de origem indígena que poderiam se aglomerar para formar macroinclusões durante a transferência do aço líquido. Um distribuidor é capaz de reduzir algumas frações de macroinclusões do aço líquido, ajustar as composições químicas e controlar a temperatura do aço líquido para um nível apropriado para alimentação no molde. Com o uso do LF e/ou desgaseificador, a limpeza do aço líquido melhorou significativamente ao longo dos anos para atender às demandas cada vez mais rigorosas dos clientes, e o tundish agora é visto mais como um contaminante do que um refinador. A contaminação apreciável geralmente ocorreu durante períodos transitórios (ou estado não estacionário) do lingotamento sequencial, ou seja, durante a abertura da panela, na transição de duas baterias (ou troca da panela) e durante o esvaziamento da panela.

Durante os períodos transitórios, a corrente de aço líquido que entra e qualquer respingo de metal líquido são fortemente reoxidados pelo ar ambiente e pela escória da panela oxidante que é transportada para o distribuidor com o aço líquido. A corrente de aço líquido atinge e emulsifica agressivamente a escória da panela e a escória do distribuidor que flutua na superfície do aço líquido, que eventualmente é arrastada para o aço líquido. Tanto a reoxidação quanto o arrastamento da escória geram inclusões de macroóxidos prejudiciais. O aço líquido desoxidado com Al, mesmo após a remoção de grandes partículas de produto de desoxidação no LF, contém um grande número de partículas finas de alumina suspensas. Essas partículas se aglomeram pelo fluxo turbulento do aço líquido durante a transferência do aço líquido da panela através do distribuidor para o molde, formando grandes aglomerados de alumina.

As macroinclusões e grandes aglomerados de alumina são conhecidos por serem a principal causa de problemas de processamento a jusante e defeitos que ocorrem nos fios e seus produtos finais. Os clientes das siderúrgicas geralmente exigem aços mais limpos e com menor tamanho de macroinclusões e aglomerados para melhor desempenho dos produtos siderúrgicos. Assim, o projeto e a operação de um distribuidor devem ser direcionados para minimizar a formação das macroinclusões e aglomerados de alumina, e removê-los uma vez formados. Caso contrário, todos os esforços feitos na limpeza do fundido no LF e durante as outras etapas do processo não têm valor.

Em seus estágios iniciais de desenvolvimento, o tundish era considerado nada mais do que um reservatório para conter aço líquido suficiente para fornecer uma altura constante sobre o molde e permitir que uma troca de panelas ocorresse sem interrupção da sequência de vazamento. Com ênfase contínua na qualidade superior do aço, agora está cada vez mais claro que o distribuidor de lingotamento contínuo tem uma função muito mais importante como reator contínuo do que originalmente previsto. O Tundish, que é um acoplador importante no processo de fundição contínua de aço de alta qualidade, agora se tornou verdadeiramente reconhecido como um reator metalúrgico crítico. Como tal, é uma embarcação na qual ocorre uma série de operações que requerem controle químico, térmico e físico.

Várias tecnologias, como um bocal longo ou um tubo de proteção de gás inerte, foram implementadas para reduzir a reoxidação do ar e a emulsificação da escória. Da mesma forma, dispositivos de controle de fluxo de fusão têm sido usados ​​para aumentar a flutuação de inclusões formadas durante o processo. A implementação do controle ativo da temperatura do aço líquido no tundish também contribuiu para a fundição do aço limpo. Estas medidas provaram ser bastante bem sucedidas, pelo menos durante a operação de tundish em estado estacionário, mas podem não ser suficientes para a operação em estado não estacionário. A operação em estado não estacionário é parte integrante da fundição sequencial longa para melhor rendimento do metal. Embora seja desejável fundir aço de alta qualidade, sempre foi alcançado um compromisso entre a qualidade e o custo em qualquer operação de tundish.

A qualidade do aço líquido entregue do distribuidor ao molde depende muito do grau e controle de interação da escória, gás e fases refratárias com o aço líquido. Um tundish moderno é projetado para fornecer a máxima oportunidade para a realização de várias operações metalúrgicas, como separação de inclusão, flutuação, liga, modificação de inclusão por tratamento com cálcio, controle de superaquecimento, homogeneização térmica e de composição, levando ao desenvolvimento de uma área separada de fabricação de aço secundário de aço, chamada de metalurgia tundish.

O distribuidor de lingotamento contínuo tem diversas funções que incluem (i) um elo crítico na cadeia siderúrgica de qualidade, (ii) um refinador contínuo e (iii) um transmissor de sinais metalúrgicos. O ponto crucial do processo continua sendo que um distribuidor descontrolado se torna um contaminante em vez de um refinador. É inegável que o tundish faz parte das práticas do aço limpo tanto quanto a panela antes dele e o molde subsequente a ele. Se a qualidade incorporada ao aço nas operações de fabricação de aço primária e secundária for perdida no distribuidor, a capacidade de produzir um produto de qualidade que atenda à aplicação pretendida depende totalmente da recuperação no molde. Esta é uma tarefa muito mais árdua, considerando o tempo limitado que o aço permanece nos confins do molde, o que fornece uma capacidade finita de limpar o aço no último estágio antes da solidificação completa.

Muitos operadores de usinas siderúrgicas estudaram seus distribuidores a fim de maximizar os benefícios do tempo de residência disponível para a flutuação e assimilação dos produtos de reação do aço líquido na fase de escória. Estes podem ser produtos de desoxidação, reoxidação, precipitação, emulsificação e/ou arrastamento de componentes refratários no aço líquido e, assim, englobam inclusões nativas e exógenas. Com base em uma boa escolha do design do distribuidor, a operação de um distribuidor precisa ser orientada para o seguinte.

• Promover a flutuação da inclusão maximizando o tempo de residência
• Para garantir a assimilação da inclusão por uma escória cativa e não corrosiva
• Para reduzir as perdas térmicas e químicas do aço líquido
• Para minimizar curtos-circuitos e zonas mortas
• Oferecer ao operador um design ideal para qualidade e rendimento.

A eliminação da contaminação pelo ar e/ou fases refratárias e tecnologias para apoiar práticas de aço limpo é parte integrante das operações de tundish sólidas. Critérios de projeto, modelagem, controles de fluxo de distribuidor, escórias, controle de temperatura e melhorias de limpeza, assim como operações de estado não estacionário, são aspectos importantes da metalurgia de distribuidor. Uma vez que o projeto do distribuidor tenha sido finalizado para uma aplicação específica, os operadores estão em posição de maximizar as melhorias de qualidade quando o distribuidor é considerado e operado como um refinador contínuo. O operador precisa estar ciente de que os desvios das práticas estabelecidas de aço limpo podem ter resultados desastrosos.

Com ênfase em taxas de produtividade mais altas impulsionadas por maiores velocidades de fundição, maior disponibilidade da máquina e melhor rendimento do produto, distribuidores maiores e mais profundos tornaram-se a norma na indústria. Isso proporcionou um efeito benéfico na limpeza do aço, pois a separação das inclusões geralmente é facilitada em um recipiente tundish mais alto e mais volumétrico, especialmente se for tomado cuidado para que as inclusões não sejam fisicamente arrastadas para níveis desnecessariamente profundos.

A busca de maiores profundidades de operação do tundish não só aumentou o tempo de residência do metal, mas também proporcionou o benefício adicional de reduzir o potencial de vórtice de escórias tundish, especialmente durante condições transitórias, como trocas de panelas. Isto é verdade independentemente do tipo de dispositivo de medição de tundish para molde usado, que pode ser orifícios de medição simples, controle de haste de rolha, mecanismos de comporta deslizante multiplaca ou as válvulas de controle de precisão introduzidas mais recentemente. Para utilizar o distribuidor como um navio de refinação, então, os seguintes critérios devem ser satisfeitos:

• Eliminação de fontes de contaminação de aço fundido, por exemplo, erosão refratária, reoxidação, arraste de escória de panela e emulsificação de escória tundish.
• Promoção da flutuação de inclusão e separação do aço líquido por meio de dispositivos modificadores de fluxo (FMDs), filtros e escórias de engenharia.
• Introdução de tecnologias como controle térmico, transferência sem escória e sistemas otimizados de entrega de metal ao molde.

O papel e as funções do distribuidor no processo de lingotamento contínuo e sua importância na produção de lingotamento de aço limpo estão resumidos abaixo.

• O distribuidor liga a panela ao molde de uma máquina de lingotamento contínuo. Ele aceita aço líquido de uma panela e o entrega em moldes de lingotamento contínuo com contaminação mínima, uniformemente e com vazão e temperatura desejadas.
• O tundish é um recipiente revestido refratário que consiste em seções de entrada e saída e dispositivos de controle de fluxo, como barragens e açudes ou um defletor com furos, ao longo de seu comprimento. Um distribuidor pode ter uma tampa revestida de refratário e portas de fundo que são montadas com portas deslizantes ou hastes de rolha através das quais o fundido é fervido no molde.
• A reoxidação do ar do fluxo de aço líquido de entrada é evitada com o uso de um bico longo imerso no aço líquido no tundish ou por um tubo blindado com fluxo de gás argônio.
• O bocal longo e o tubo revestido também servem para reduzir a emulsificação da escória no aço líquido.
• Dispositivos de controle de fluxo no distribuidor aumentam o tempo de residência do aço líquido e ajudam na redução de macroinclusões originadas da reoxidação do ar e emulsificação da escória. Ao mesmo tempo, aglomerados de inclusões de alumina aglomerada são reduzidos pela flutuação dessas inclusões.





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