BR112016013573B1 - processo para produção de lingotes de metais - Google Patents

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Harald Holzgruber
Rezvan Ghasemipour
Heinz Rumpler
Sebastian Michelic
Robert Pierer
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Inteco Special Melting Technologies Gmbh
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Abstract

PROCESSO E INSTALAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE LINGOTES LONGOS DE GRANDE SEÇÃO TRANSVERSAL. A presente invenção refere-se a um processo e a uma instalação para produção de lingotes de grande seção transversal de distintas formas de seção transversal e comprimentos de mais de 5 m, o dito processo envolvendo fundição em uma coquilha (4) curta, resfriada à água, e extração do lingote (6) em solidificação, até ser alcançado o comprimento de lingote desejado, bem como um aquecimento subsequente do poço de metal por um processo de eletroescória com eletrodos (18) de autoconsumo ou refusão de um recipiente intermediário (3) aquecido, ou uma cúpula (22) aquecível, bem como influenciando a estrutura de solidificação por aplicação de agitadores (10, 11, 13) eletromagnéticos durante a fundição, bem como após o final da fundição até o término da solidificação.

Description

ESTADO ATUAL DA TÉCNICA
[0001] A presente invenção refere-se a um processo para produ-ção de lingotes com grandes seções transversais e comprimentos, de metais, especialmente de aço, com áreas de seção transversal de ao menos 0,10 m2, de preferência em forma redonda, mas também qua- drada ou retangular, do tipo conhecido do documento JPH07144255, ou seja, por meio de derramamento de uma massa fundida de metal ou aço quer diretamente da panela de fundição ou por um recipiente intermediário revestido refratariamente de maneira em si conhecida em uma coquilha curta, resfriada à água, aberta para baixo, e extração do lingote em solidificação da mesma por meio de um punção de ex- tração móvel para baixo, sendo a operação de fundição continuada com uma taxa de fundição fixada, correspondente à seção transversal e fundição, até ser alcançado o comprimento de lingote desejado ou máximo, determinado pela altura de levantamento do punção de extra- ção e, após o final da operação de fundição, metal líquido continua a ser aduzido em uma extensão tal que ao menos é compensada a con- tração da massa fundida de metal ou aço que ocorre quando da solidi- ficação. É característico do processo de acordo com JPH07144255, que após o término do processo de fundição regular, e após o término da extração do lingote, metal líquido continue a ser aduzido em uma extensão tal que seja compensada ao menos a contração da massa fundida de metal ou aço que ocorre quando da solidificação.
[0002] O objetivo da invenção é produzir, por exemplo, lingotesredondos ou também formatos poligonais, quadrados ou retangulares com diâmetros para lingotes redondos na faixa de mais de 300 mm ou seção transversal equivalente com outras formas de seção transversal e comprimentos acima de 5 m.
[0003] De fato, é conhecida a produção de lingotes redondosgrandes, amplamente cilíndricos, com 6000 mm e mais e comprimen- tos de lingote de até 5 m ou um pouco mais mediante fundição em co- quilhas de ferro fundido, cabendo assinalar como problemas essenci- ais uma pendência do lingote na coquilha quando da decapagem do mesmo, como também uma insuficiente estrutura de solidificação no núcleo com segregações, pontos falhos e cavidades, além de outros.
[0004] Esses lingotes longos, amplamente cilíndricos, são empre-gados de preferências em laminadores anulares, onde são corados ao comprimento para placas de lingote curtas e furados antes do empre- go no laminador anular, de modo que a região do centro qualitativa- mente insuficiente é removida. O emprego desses lingotes para outros produtos, no entanto, devido à qualidade insuficiente do centro do lin- gote,é possível apenas de modo restrito.
[0005] Também, a vida útil das coquilhas de ferro fundido é limita-da e se apresenta assim um fator de custo não negligenciável.
[0006] Também são conhecidas instalações para fundição contí-nua de grandes seções transversais com 600 mm e 800 mm de diâme- tro. A dificuldade reside então no fato de que as instalações, para se evitar extremas alturas de construção, devem ser executadas como instalações em arco, para se poder dominar os comprimentos de poço na faixa de 25 m a 30 m, aproximadamente, que ocorrem com veloci- dades de fundição usuais de 0,15 m/min a 0,30m/min. Com tempos de fundição usuais de no máx. 90 min, podem assim ser produzidos por bilete no máximo 22 m de bilete no caso de uma dimensão de fundição em torno de 600 mm ou 50 t, não estando o bilete plenamente solidifi- cado no final da fundição com um tempo de solidificação de cerca de 115 min. O bilete deve, portanto, ser descarregado e alinhado parcial- mente solidificado.
[0007] O decurso da solidificação no arco de fundição e em parte na horizontal tem uma solidificação residual excêntrica entre outros com um acúmulo de segregações e inclusões por consequência, de modo que tais produtos de fundição podem ser igualmente emprega- dos igualmente apenas condicionalmente para produtos de alto valor.
[0008] Lingotes mais longos com tempos de fundição correspon-dentemente mais longos podem então ser produzidos quando há um recipiente intermediário de volume suficiente e pode haver uma troca de cadinhos ou está disponível um aquecimento de cadinhos por meio de eletrodos ou queimadores a plasma.
[0009] Os grandes comprimentos de poço, como indicado acima,condicionam grandes raios de fundição de até 18 m, para garantir uma completa solidificação da grande seção transversal até ao final do tre- cho de extração-retificação e início do trecho de corte.
[00010] Em todo caso, a fundição contínua de grandes seções transversais em instalações em arco, devido aos elevados pesos de lingote, condiciona uma dispendiosa construção da cinta de rolos de apoio da instalação bem como o emprego de uma armação de extra- ção-retificaçãoigualmente dispendiosa, para extrair o lingote com uma velocidade precisamente controlada e retificar a grande seção trans- versal.
[00011] Essas instalações condicionam, portanto, altos custos de investimento, que, sobretudo, mal podem ser amortizados ou nem mesmo o podem, quando sua alta capacidade não pode ser aproveita- da.
[00012] Uma instalação de um lingote para uma seção transversal em torno de 600 mm tem uma potência de fundição de cerca de 550 kg/min ou 33 t/h, podendo, portanto, fundir uma massa de fundição de 50 t em 1,5 h. Calculando-se tempos de configuração de 2,5 h, uma tal instalação pode produzir com 6000 h de tempo operacional cerca de 75.000 t no ano. Com troca de cadinhos e tempos de fundição mais longos correspondentemente mais. Frequentemente são necessárias apenas 20.000 t a 25.000 t desses produtos. Com base nessas quan- tidades,não pode ser, porém, implementada uma amortização dessa instalação.
[00013] Sendo necessárias seções transversais ainda maiores, co- mo, por exemplo, em torno de 800 mm ou 1000 mm, as condições são ainda mais desfavoráveis.
[00014] Outra desvantagem da fundição contínua de grandes se- ções transversais é que, após o final da fundição, ocorre a formação de cavidades primárias profundas, com o que pode ser negativamente influenciada a produção.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[00015] Constitui objetivo da invenção evitar as desvantagens aci- ma expostas e possibilitar uma produção econômica também de quan- tidades pequenas de lingotes com 300 mm de diâmetro e mais e com- primentos de lingote de mais de 5 m e, simultaneamente, melhorar o nível qualitativo em comparação com os processos conhecidos acima descritos.
[00016] Esse objetivo é alcançado, de acordo com a invenção, em um processo com as características da reivindicação 1, pelo fato de que a operação de fundição é continuada com uma taxa de fundição fixada, correspondente à seção transversal de fundição, até ser alcan- çado o comprimento de lingote desejado ou máximo, determinado pela altura de levantamento do punção de extração e, após o final da ope- ração de fundição, metal líquido continua a ser aduzido em uma ex- tensão tal que ao menos é compensada a contração da massa fundida de metal ou aço que ocorre quando da solidificação.
[00017] Outras execuções vantajosas do processo de acordo com a invenção estão especificadas nas sub-reivindicações. Incluem-se no âmbito da invenção todas as combinações de ao menos duas caracte- rísticas apresentadas nas reivindicações, na descrição e/ou nas figu- ras.
[00018] O lingote extraído da coquilha é resfriado em uma zona de resfriamento secundária por água pulverizada, névoa pulverizada ou ar pressurizado durante a extração do lingote ou mesmo após o término da mesma. Após o término da operação de fundição e extração do lin- gote, o resfriamento secundário pode ser continuado até completa so- lidificação em extensão reduzida, continuando a ser aduzido aço líqui- do quer com velocidade de fundição nitidamente reduzida em compa- ração com a operação de fundição ou por fundição de um eletrodo de autoconsumo, de modo que é compensada ao menos a contração que ocorre quando da solidificação.
[00019] O fornecimento posterior de material fundido pode ocorrer, após o final da operação de fundição, por exemplo, pelo fato de que, após remoção do cadinho e de um recipiente intermediário em todo caso empregado, o nível de fundição na coquilha é coberto com uma camada de escória metalurgicamente ativa e, por fusão de um eletrodo de autoconsumo após o processo de refusão da eletroescória aqueci- daaté que toda a seção transversal de fundição esteja solidificada. É então essencial que imediatamente após o final da fundição com altas taxas de fusão em kg/h na faixa entre 0,5 a 2,5 vezes o diâmetro do lingote em mm seja aquecido. Em lugar do diâmetro de lingote, com lingotes quadrados, para a determinação da taxa de fusão é emprega- do o comprimento lateral e, com formatos retangulares, a metade da soma de lado estreito e longo.
[00020] Os eletrodos de autoconsumo empregados devem então corresponder essencialmente à composição do lingote quando à sua composição química.
[00021] O aquecimento é mantido de preferência durante toda a ope- ração de solidificação, sendo a taxa de fusão baixada gradativamente ou continuamente até ao final da solidificação para 5 - 10 % do valor inicial.
[00022] A quantidade de metal fundida deve então corresponder ao menos a 2 % até no máx. 10 % do peso total do lingote.
[00023] Um fornecimento posterior de material fundido após o tér- mino da operação de função regular e o término da extração do lingote pode também ocorrer com uma taxa de fundição reduzida ao menos do fato 10, sendo essa taxa de refusão reduzida até ao final da solidifi- cação para 10 % da taxa quando do início da refusão, de modo que o nível de metal na coquilha aumenta apenas ligeiramente.
[00024] O suprimento com material líquido adicional pode também ser obtido pelo fato de que, após o término da extração do lingote, a operação de fundição é continuada com no máximo a taxa de fundição regular, de modo que o nível de metal na coquilha aumenta até além da roda de coquilha superior em uma guarnição isolada, ceramicamen- te revestida, assentando sobre a coquilha, até ser alcançada uma altu- ra adicional de no máx. 10 % do comprimento de lingote regularmente fundido. Para evitar uma solidificação prematura do metal líquido na guarnição, a guarnição pode ser adicionalmente aquecida.
[00025] Para assegurar uma boa estrutura de solidificação, o poço pode ser movido durante a operação de fundição regular por um agita- dor eletromagnético, que fica disposto ou na região da coquilha ou imediatamente abaixo da coquilha, podendo a operação de agitação ser prosseguida mesmo após o final da fundição e o término da fase de queda.
[00026] Pode ser ainda previsto que o poço de metal seja agitado por um agitador eletromagnético verticalmente deslocável durante a operação de fundição e queda regular na parte de fundo imediatamen- te acima da plataforma de queda, podendo ainda depós do término da operação de queda o agitador ser deslocado para cima em direção vertical com progressiva solidificação.
DESCRIÇÃO DE EXEMPLOS DE EXECUÇÃO
[00027] Na fig. 1 está representada esquematicamente uma instala- ção apropriada para a execução do processo de acordo com a inven- ção durante a operação de fundição regular. O metal 2 líquido contido na panela de fundição 1 revestida, de preferência aço líquido, chega por um recipiente intermediário 3 igualmente revestido à coquilha 4 curta, oscilante, resfriada à água, que pode ser provida de um agitador de coquilha 10, ao poço de metal 5 líquido, que é encerrado pela cros- ta do lingote 6 solidificada, que se forma.
[00028] O nível de metal na coquilha 4 é usualmente recoberto por pó de fundição 7. Mas também é possível que a adução de metal à coquilha 4 ocorra diretamente da colher de fundição 1 e se dispense um recipiente intermediário 3. Para proteção contra oxidação, o metal 2 líquido é conduzido por assim chamados tubos de sombra 24 cerâ- micos.
[00029] O lingote 6 que se forma, assentando sobre uma placa de fundo 8 com um mecanismo de extração 9, é extraído para baixo em correspondência à velocidade de fundição, até que seja alcançado o máximo comprimento de lingote possível em virtude da configuração da instalação ou desejado.
[00030] Além de um agitador de coquilha 10 eletromagnético opcio- nalmente previsto, pode também ser empregado um agitador 11 ele- tromagnético abaixo da coquilha 4 na região da zona de resfriamento secundária 12.
[00031] Um agitador 13 eletromagnético deslocável em direção ver- tical pode ainda ser movido para baixo durante a operação de fundição com a placa de fundo 8 e, após o término da operação de baixa, com solidificação progressiva, ser movido para cima ao longo do lingote 6.
[00032] Na fig. 1 está ainda mostrada uma instalação de aqueci- mento de eletroescória em posição de espera, que após o término da operação de fundição pode ser deslocada para a posição de fundição, fusão. A instalação consiste em um dispositivo de deslocamento 14, que pode também ser executado como dispositivo pivotante. Este por- ta um mastro 15, ao longo do qual está disposto deslocável um carro de eletrodo 16, que por sua vez porta em um braço de suporte de ele- trodo 17 um eletrodo de fusão 18 consumível. Em lugar de um eletrodo de fusão, pode também ser empregado um eletrodo de grafite não consumível. A instalação está unida por trilhos de alta corrente 17 e cabos de alta corrente 25 flexíveis mostrados na fig. 2 com uma fonte de corrente alternada ou corrente contínua 19.
[00033] A fig. 2 mostra uma instalação de acordo com a invenção, em que o lingote 6, após o término da operação de fundição regular pelo processo de eletroescória, depois de aplicação de um banho de escória 20 metalicamente ativo, mediante fusão de um eletrodo 18 consumível de um lado é aquecido e, de outro lado, material líquido é realimentado no poço de massa fundida 5.
[00034] Na fig. 3 é mostrada uma instalação de acordo com a in- venção com um recipiente intermediário 3, que é aquecível por exem- plo por uma bobina de indução 21 embutida.
[00035] A fig. 4 mostra uma instalação de acordo com a invenção com um recipiente intermediário 3, que é aquecido pelo processo de aquecimento de eletroescória depois da aplicação de um banho de escória 27 metalicamente ativo por eletrodos 28, que são eletricamen- te alimentados por uma fonte de corrente 26.
[00036] A fig. 5 mostra a parte de coquilha de uma instalação de acordo com a invenção, sobre a qual está assentada uma guarnição 22 isolante, cerâmica, que, após alcançado o comprimento de lingote previsto e após o término da extração do lingote, foi cheia por continu- ação da operação de fundição com massa fundida líquida, que pode ser mantida quente por um aquecimento 23 indutivo, por exemplo.

Claims (7)

1. Processo para produção de lingotes de metais, especi- almente de aço, com áreas de seção transversal de ao menos 0,10 m2, de preferência em forma redonda, mas também quadrada ou retangu- lar, por meio de derramamento de uma massa fundida de metal ou aço quer diretamente da panela de fundição (1) ou por um recipiente in- termediário (3) revestido refratariamente de maneira em si conhecida em uma coquilha (4) curta, resfriada à água, aberta para baixo, e ex- tração do lingote (6) em solidificação da mesma por meio de um pun- çãode extração (8) móvel para baixo, sendo a operação de fundição continuada com uma taxa de fundição fixada, correspondente à seção transversal e fundição, até ser alcançado o comprimento de lingote desejado ou máximo, determinado pela altura de levantamento do punção de extração (8) e, após o final da operação de fundição, metal líquido continua a ser aduzido em uma extensão tal que ao menos é compensada a contração da massa fundida de metal ou aço que ocor- re quando da solidificação, caracterizado pelo fato de que, após o término da operação de fundição regular e o término da extração do lingote, a operação de fundição é continuada com uma taxa de fundição reduzida em ao me- nos o fator 10 da panela de fundição (1) aquecível, ou do recipiente intermediário (3) aquecível, ou um recipiente distribuidor (21) e, pro- gressivamente ou continuamente, reduzida até ao final da solidificação para 10 % da taxa quando do início da pós-fundição.
2. Processo para produção de lingotes de metais, especi- almente de aço, com áreas de seção transversal de ao menos 0,10 m2, de preferência em forma redonda, mas também quadrada ou retangu- lar, por meio do derramamento de uma massa fundida de metal ou aço quer diretamente da panela de fundição (1) ou por um recipiente in- termediário (3) revestido refratariamente de maneira em si conhecida em uma coquilha (4) curta, resfriada a água, aberta para baixo, e ex- tração do lingote (6) em solidificação da mesma por meio de um pun- çãode extração (8) móvel para baixo, sendo a operação de fundição continuada com uma taxa de fundição fixada, correspondente à seção transversal e fundição, até ser alcançado o comprimento de lingote desejado ou máximo, determinado pela altura de levantamento do punção de extração (8), e após o término da operação de fundição re- gular mais metal líquido é aduzido em tal medida que ao menos é compensada a contração da massa fundida de metal, sendo que ime- diatamenteapós o final da operação de fundição a panela de fundição (1) e/ou o recipiente distribuidor (3) é removido, o nível de fundição na coquilha (4) é coberto por uma camada de escória (7) líquida metalur- gicamente ativa e, por fusão de um eletrodo (18) consumível, pelo pro- cesso de eletroescória é aquecido até toda a seção transversal de fundição da massa fundida de metal ou aço estar solidificada, caracterizado pelo fato de que a taxa de fusão do eletrodo (18) de autoconsumo no início da operação de aquecimento a eletro- escória é selecionada em kg/h entre 0,5 a 2,5 vezes o diâmetro do lin- gote ou o comprimento lateral em lingotes quadrados ou a metade da soma de lado estreito e longo em formatos retangulares em mm, e a taxa de fusão durante a operação de solidificação até seu final é bai- xada continuamente ou progressivamente para 10 - 15 % do valor ini- cial.
3. Processo de acordo com reivindicação 1 ou 2, caracteri- zado pelo fato de que o lingote (6) extraído da coquilha (4) durante a operação de fundição é resfriado em uma zona de resfriamento se- cundária (12) por água pulverizada, névoa pulverizada ou ar pressuri- zado, e esse resfriamento é progressivamente ou continuamente redu- zido durante a fase de solidificação restante após o final da operação de fundição e término da extração de lingote.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o eletrodo de fusão (18) empregado corresponde em sua composição química à composição química do lingote (6).
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 2 a 4, caracterizado pelo fato de que a quantidade fundida duran- te a solidificação corresponde a 2 - 10 % do peso total do bloco (6).
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que após o término da operação de fundição regular e o término da extração do lingote a operação de fun- dição é continuada com no máximo a velocidade de fundição regular, de modo que o nível do metal na coquilha (4) aumenta até além da borda da coquilha, até em uma guarnição (22) isolada, ceramicamente revestida, assentando sobre a coquilha (4), ser alcançada uma altura adicional de no máximo 10% do comprimento do lingote.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a guarnição (22) isolada, ceramicamente revestida, é adicionalmente aquecida.
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