BR102013003357B1

BR102013003357B1 - Composiqao lubrificante para processos continuos de fundiqao, processo para preparar a referida composiqao e processos continuo de fundiqao que a utiliza

Info

Publication number: BR102013003357B1
Application number: BR102013003357-0A
Authority: BR
Inventors: Riccardo Carli
Original assignee: Prosimet S.P.A.
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2020-11-24
Also published as: EP2626406A1; EP2626407A1; RU2013105761A; BR102013003357A2; SI2626407T1; US9109183B2; US20130206353A1; PL2626407T3; RU2625925C2; EP2626407B1

Abstract

COMPOSICAO LUBRIFICANTE PARA PROCESSOS DE FUNDICAO CONTINUOS A presente invengao se refere a uma composiCAO lubrificante para ser usada na fundigao de ago, em particular em processes de fundigao continues. Em particular, a presente invengao se refere a uma composigao lubrificante para processes para produgao de ago em fundigao continue compreendendo uma dispersao de um po lubrificante em um meio liquido.

Description

DESCRICAO CAMPO DA INVENCAO

[001]A presente invenpao diz respeito a uma composigao lubrificante a ser utilizada na fundipao de apo, em particular em processes de fundipao continues.

ESTADO DA TECNICA

[002]Duas principals categorias conhecidas de processes de fundipao continues de apo, ou seja, "fundipao fechada" e "fundipao aberta" sao conhecidas. Em processes de fundipao fechada, o uso de um tubo especial feito de material ceramico, conhecido como "bocal de entrada submerso" (NES), para transporter o apo liquido do funil de drenagem para o molde permite que os sistemas de lubrificapao mais modernos sejam utilizados, consistindo em pos de fundipao continues. Vice-versa, em fundipao aberta, em que o custo devido ao fornecimento do bocal de entrada submerso e certamente economizado, oleos lubrificantes de origem mineral, vegetal ou sintetica sao utilizados. Este tipo de lubrificante, no entanto, nao garante sempre uma lubrificapao eficaz. Consequentemente, existe a formapao excessiva de incrustapao, fissuras, escamas e dificuldade de laminapao.

[003]P6s de fundipao, que como aqui indicado sao usados na fundipao fechada, normalmente consistem de uma mistura de varios minerals. De acordo com as tecnicas de produpao adotadas, tais pos estao disponfveis em varias formas, por exemplo, pos granulares atomizados, pos extrudados, pos obtidos por frita. Em termos de composipao quimica, pos de fundipao consistem de uma mistura complexa de carbono, varios oxidos de origem mineral ou sintetica (incluindo SiO2, AI2O3, Na2O, CaO) e outros materials.

[004]Existem quatro principals funpoes realizadas pelos pos lubrificantes, uma vez adicionados a superffcie do apo fundido no molde de lingote, e elas podem ser resumidas da seguinte forma: i) isolamento de calor do apo Ifquido no molde de fundipao fechada , para evitar que ele solidifique; ii) proteCAO da superficie do aQO da oxidagao, e iii) lubrificagao e controle da troca de calor entre a parede do molde do lingote e a casca exterior de ago solidificado, iv) absorgao de possiveis inclusoes nao metalicas provenientes do ago.

[005]Os pos, uma vez vertidos no molde de lingote perdem parte do carbono por oxidagao e aquecem-se em contato com o ago liquido, formando uma camada sinterizada e uma fundida. Esta ultima e distribuida por toda a superficie livre do ago e, gragas as oscilagoes do molde, se infiltra na folga entre ele e o reservatorio externo de ago solidificado.

[006]Desta forma, a camada de liquido atua como um lubrificante. O liquido que se infiltrou por sua vez parcialmente solidifica em contato com o molde do lingote, a parede do qual e geralmente resfriada com agua, formando uma camada de escoria solida. O papel desta camada e permitir um nfvel adequado de transferencia de calor entre a casca de ago solidificado e o molde do lingote.

[007]Os pos de fundigao tornam possivel a obtengao de um ago de melhor qualidade, mas tern o inconveniente da sua fraca maneabilidade, o que os torna diffeels de aplicar em fundigao aberta. Em particular, a utilizagao de um po de fundigao e diffcil de realizar devido a sistemas de alimentagao especificos a serem implementados no que diz respeito aos detalhes eletromecanicos, eletronicos e de automagao.

SUMARIO DA INVENCAO

[008]A proposta da presente invengao e, portanto, fornecer uma composigao lubrificante para um molde, podendo ser utilizada tanto em processes continues de fundigao fechada e aberta, caracterizada por maneabilidade substancial na sua aplicagao ao processo, prolongada vida util e que torna possivel garantir um alto padrao de qualidade do ago produzido dessa forma.

[009]Tal finalidade e alcangada atraves de uma composigao lubrificante para um molde tai como descrito nas reivindicagdes anexas, as definigoes das quais fazem parte integrante do presente pedido de patente.

DESCRICAO DETALHADA DA INVENCAO

[010]O objeto da presente invenCAO e uma composiCAO lubrificante para fundiCAO contfnua de processes de produgao de aQO, que compreende uma dispersao de um po lubrificante em um meio liquido.

[011]O po lubrificante pode ser qualquer po de fundiCAO normalmente utilizado em processes de fundiCAO contfnua. Em particular, um lubrificante em po apropriado para os fins da invenCAO pode ser formulado de forma a maximizar a taxa de transigao de fase, de modo a formar a primeira fase Ifquida abaixo de 600°C, preferencialmente em torno de 580°C, e para se obter a respectiva escoria fundida que promove uma boa agao lubrificante do sistema.

[012]Em uma modalidade, tai po lubrificante compreende o carbono no grafite, coque mofdo ou na forma de negro de fumo, SiO2, AI2O3, Na2O, CaO, fluoretos, os oxidos de metais de transiCAO, e de outros oxidos e tern as seguintes caractensticas: - fndice de Basicidade calculado como CaO/SiO2 p/p, compreendido na faixa de 0,25-1,8; - Teor de alcali, compreendido na faixa de 0,1 - 15,0% em peso; - Teor de metal alcalino terroso, compreendido na faixa de 0,1 - 45,0% em peso; - Teor de Alumina, compreendido na faixa de 0,1 - 25,0% em peso; - Teor de MnO, MnCk e Fe2O3, compreendido na faixa de 0,1 -15,0% em peso; - Teor de Fluoreto, F’, compreendido na faixa de 0,1 -14,0% em peso; - Teor de outros oxidos como 0 TiCfe, B2O3, La20s, compreendendo a faixa de 0,1 - 15,0% em peso; - Tamanho medio de partfculas dos componentes de 0,1 - 40 pm, medidos de acordo com 0 metodo padrao ASTM D4464-10.

[013]O tamanho das partfculas solidas e uma caracterfstica importante, uma vez que ela define a fragao de empacotamento maxima (<Pm) e consequentemente a viscosidade relative da dispersao.

[014]O meio Ifquido e preferivelmente um meio oleoso. E possivel utilizar os oleos lubrificantes normalmente utilizados neste tipo de processo. Em uma modalidade, o meio oleoso compreende principalmente esteres glicericos de acidos graxos, de preferencia um ester glicerico de acido oleico, ou poli-a-olefinas.

[015]O meio liquido tern a fungao de um veiculo do componente solido. Deste modo, a composigao de lubrificante pode ser carregada pelo uso de metodos de bombas convencionais.

[016]O meio liquido tern uma viscosidade cinematica, po compreendida entre 25 e 100 mm2/s a 40°C (ASTMD445, metodo gravimetrico com viscosimetro capilar) e um ponto de fluidez < -20°C, medido segundo o metodo padrao ASTM D-97. Esta ultima caractenstica permite evitar a formagao de lamas em baixas temperaturas.

[017]Outra caractenstica importante da composigao do lubrificante da invengao e a fragao <t> em volume de solidos em relagao ao componente liquido, a qual e calculada de acordo com a expressao <D = CM/PP, onde CM e a concentragao massica do componente solido no componente liquido e pp e a densidade aparente do componente solido. No caso de misturas de componentes solidos, como no presente caso, a pp e a media ponderada das PP dos componentes individuals, que sao relatados na literatura.

[018]A composigao lubrificante da presente invengao, tern uma fragao em volume de solidos disperses no meio liquido compreendida entre 0,10 e 0,65, uma densidade pd compreendida entre 1,0 e 1,8 kg/l (medida de acordo com o metodo padrao ASTM D1298) e uma viscosidade relativa nr = q/po compreendida entre 1,25 e 2,50, onde q e a viscosidade cinematica da dispersao a 40°C (medida de acordo com o metodo padrao ASTMD445) e po e a viscosidade cinematica do meio liquido a 40°C (medido de acordo com o metodo padrao ASTM D445).

[019]A composigao lubrificante da invengao e produzida com o processo que compreende as seguintes etapas de operagao: a)Fornecer um po lubrificante tendo um tamanho medio de partfcula compreendido entre 20 e 40 micra e de preferencia tendo um ponto de infeio de fusao abaixo de 600°C, de preferencia de cerca de 580°C; b)Fornecer um meio liquido com uma viscosidade cinematica, po compreendida entre 25 e 100 mm2/s a 40°C (medido de acordo com o metodo padrao ASTM D445); c)Dispersar o dito po lubrificante no referido meio liquido.

[020]O termo “ponto inicial de fusao” como usado na presente descrigao significa a temperatura mais baixa que o solido comega a fundir, que e a temperatura que a primeira gota de liquido e formada. Esta definigao e aplicavel a misturas de substancias que tipicamente fundem em uma ampla faixa de temperaturas.

[021]Em uma modalidade, a etapa a) de fornecer o po lubrificante com o tamanho de grao desejado e alcangada pela moagem do granulado com moinho de martelos, moinho de bolas ou por moinho de jatos e/ou pela peneiragao do granulado com peneiras de tamanho adequado de malha.

[022]Em uma modalidade a etapa c) de dispersar o solido no liquido sera efetuada pela adigao do solido ao liquido e utilizando um dispersor com um rotor com numero de Reynolds < 10. Por exemplo, e possivel a utilizagao de um disco de seis laminas como na turbina de Rushton, um rotor de serra como no rotor Cowles, rotor de ancoragem, rotores de fitas helicoidais ou do tipo Ekato PARAVISC (EKATO, Handbook).

[023]Em uma modalidade, durante a adigao do po lubrificante ao meio liquido de acordo com o passo c), a velocidade do rotor e levada de 80-120 rpm a 250-450 rpm, de forma gradual ou em incrementos discretos, e depois e aumentada para 650-950 rpm durante um tempo compreendido entre 45 minutos e 80 minutos.

[024]Mais especificamente, o meio liquido e carregado para o dispersor e depois e mantido sob agitagao a baixa rotagao, por exemplo, cerca de 100 rpm e em seguida o po lubrificante e adicionado em porgoes. Cada vez que o solido e adicionado a viscosidade aumenta, razao pela qual a velocidade do impulsor tambem aumenta, tipicamente ate 300- 400 rpm. Apos a ultima adigao, a velocidade do impulsor e levada a 700-900 rpm, durante cerca de 50 minutos. Depois de se ter verificado que a densidade e a viscosidade estao dentro das faixas indicadas acima, a mistura e agitada a 700-900 rpm por outros 10 minutos e os valores de tais propriedades, que tern de ser constantes dentro dos limites da precisao da medigao, sao verificadas novamente.

[025]A etapa c) pode compreender uma fase de pre-mistura do solido no liquido nas proporgoes adequadas como descritas acima. Tai pre-mistura pode por exemplo ser realizada num misturador de relha.

[026]O processo de acordo com a invengao permite obter um fluido que possui carater nao newtoniano, obtido atraves do ajuste do seu rendimento de esforgo por meio do grau tixotropico que e induzido pela dispersao do components solido no meio liquido. A taxa de sedimentagao e, deste modo, decrescida de maneira vantajosa.

[027]Em uma modalidade diferente, o processo da invengao e realizado em um unico estag io, introduzindo uma mistura de po lubrificante no meio liquido em um moinho de bolas ou em um moinho de coloides e ao mesmo tempo obtendo ambos a moagem do solido e sua dispersao no meio liquido. Nesta modalidade, entretanto, o controls do tamanho do grao do solido nao e ideal.

[028]Deve ser entendido que a composigao lubrificante de acordo com a invengao pode ser adaptada para os diferentes requisitos do processo e para os diferentes tipos de ago que e desejado produzir, enquanto tambem permanece dentro dos limites dos parametros definidos acima. Por exemplo, e possivel adaptar a viscosidade cinematica do lubrificante para os requisitos de transporte particular do mesmo para a maquina de fundigao contfnua, levando em consideragao as perdas de carga da linha de alimentagao ou e possivel adaptar a fragao de solido disperse de modo que para o mesmo volume bombeado seja possivel alimentar a maquina de fundigao contfnua com uma quantidade adequada de po disperse. Alem disso, a composigao mais recente pode, por sua vez, ser adaptada para os requisitos do processo como geralmente conhecido para pos de fundigao continues, e, em particular e possivel adaptar o fndice de basicidade de acordo tanto para se agos de fixagao ou sensfveis a rachadura estao sendo produzidos. Em um caso particular da fundigao do ago de construgao em barras quadradas, com segao de 145 - 160 mm na velocidade de 2,5 - 3,5 m/min o lubrificante pode ter as seguintes caractensticas: - Fragao solida de 55 - 60% em peso; - Base liquida feita de um ester glicerico de acido oleico de viscosidade cinematica compreendida entre 60 e 75 mm2/s a 40°C; - Viscosidade relativa do lubrificante compreendida entre 3,7 e 4,2; - Indice de basicidade calculado como CaO/SiOa p/p, compreendido no faixa de 0,81 ± 0,05; - Teor de alcali, compreendido na faixa de 5,0 - 8,0% em peso; - Teor de oxido de calcio, compreendido na faixa de 35,0 - 39,0% em peso; - Teor de silica, compreendido na faixa de 44,0 a 48,0% em peso; - Teor de alumina, inferior a 2,0% em peso; - Teor de fluoreto, F’, compreendido na faixa de 5,0 - 7,0% em peso; - Tamanho de partfcula medio dos componentes de 0,1 - 40 gm.

[029]A composigao lubrificante da invengao pode ser usada em quantidades compreendidas entre 100 e 500 g/ton de ago fundido.

[030]O uso da composigao lubrificante da presente invengao tornou possivel obter vantagens substanciais nos processos de fundigao continues, em ambas fundigbes abertas e fechadas, tais como o desaparecimento de escamas e o consequente desaparecimento de rachaduras nas extremidades, um aumento do rendimento gragas ao decrescimo substancial na formagao de escamagao (redugao de 30 - 40% em peso de escama) e um decrescimo na formagao de rachaduras em geral.

[031]Outra vantagem importante e a possibilidade de aumento na velocidade da fundigao apos ajuste adequado dos fluxos da agua de resfriamento primaria e secundaria.

[032]O uso da composigao lubrificante da invengao tambem torna possivel usar, como uma fonte de ago, sobras de baixa qualidade, tornando possivel fundir ago que contem ate 30 ppm de enxofre.

[033]Em conclusao, a composiCAO lubrificante da presente invenpao tem as vantagens tipicas de oleos, i.e., facil estocagem, facil maneabilidade, nao forma poeira no ar durante seu uso, menor susceptibilidade a umidade, prazo de validade prolongado, sem, contudo, perder os padroes de qualidade que podem ser obtidos com os pos fundidos. Outra vantagem e a compatibilidade ambiental aumentada com respeito as composiQoes lubrificantes conhecidas.

[034]Naturalmente, um tecnico no assunto pode trazer modificagoes adicionais e variantes para a composigao lubrificante de acordo com a presente invenpao, de modo a satisfazer requisitos especificos e inesperados, todas as quais estao, de qualquer modo, cobertas pelo escopo da invenpao, como definido pelas seguintes reivindicagoes.

Claims

1. ComposiCAO lubrificante para processes continues de produCAO de a?o de fundiCAO, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida composiCAO lubrificante compreende uma dispersao de um po lubrificante em um meio liquido, em que o po lubrificante tern um ponto inicial de fusao abaixo de 600 °C, para se obter uma escoria fundida no processo contfnuo de produCAO de aQO de fundiCAO, o po lubrificante compreende carbono em grafite, coque moido ou forma de negro de fumo, SiCh, AI2O3, Na2O, CaO, fluoretos, oxidos de metals de transiCAO e outros oxidos e tern as seguintes caractensticas: - fndice de Basicidade calculado como CaO/SIO2 p/p, compreendido na faixa de 0,25-1,8; - teor de alcali, compreendido na faixa de 0,1 - 15,0% em peso; - teor de metal alcalino terroso, compreendido na faixa de 0,1 - 45,0% em peso; - teor de alumina, compreendido na faixa de 0,1 - 25,0% em peso; - teor de MnO, MnCk e Fe2O3, compreendido na faixa de 0,1 - 15,0% em peso; - teor de fluoreto, F’, compreendido na faixa de 0,1 - 14,0% em peso; - teor de outros oxidos selecionados dentre TiO2, B2O3, La20s, compreendidos na faixa de 0,1 - 15,0% em peso; - tamanho medio de partfcula dos componentes de 0,1 - 40 p.m, medidos de acordo com o metodo padrao ASTM D4464-10.

2. ComposiCAO lubrificante, de acordo com a reivindicaCAO 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o po lubrificante tern um ponto inicial de fusao de 580 °C.

3. ComposiCAO lubrificante, de acordo com a reivindicaCAO 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido meio liquido e um meio oleoso.

4. ComposiCAO lubrificante, de acordo com a reivindicaCAO 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido meio oleoso compreende esteres glicericos de acidos graxos ou poli-a-olefinas como um componente predominante.

5. ComposiCAO lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicaQoes 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o referido meio liquido tem uma viscosidade cinematica Po compreendida entre 25 e 100 mm2/s a 40 °C medida de acordo com o metodo padrao ASTM D445, e um ponto de fluidez < - 20 °C, medido de acordo com o metodo padrao ASTM D-97.

6. Composigao lubrificante, de acordo com qualquer uma das reivindicagoes 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a referida composiCAO lubrificante tem uma fragao em volume <P de solidos dispersos no meio liquido, calculada de acordo com a expressao 0 = CM/PP, em que CM e a concentragao massica do componente solido no componente liquido e PP e a densidade aparente do componente solido, compreendida entre 0,10 e 0,65, uma densidade pd compreendida entre 1,0 e 1,8 kg/L, medida de acordo com o metodo padrao ASTM D1298, e uma viscosidade relativa nr=r|/po compreendida entre 1,25 e 2,50, em que q e a viscosidade cinematica da dispersao a 40 °C medida de acordo com o metodo padrao ASTM D445 e po e a viscosidade cinematica do meio liquido a 40 °C medida de acordo com o metodo padrao ASTM D445.

7. Processo para preparar a composigao lubrificante, como definida em qualquer uma das reivindicagoes 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido processo compreende as seguintes etapas operacionais: a) fornecer um po lubrificante tendo um tamanho medio de particula compreendido entre 20 e 40 micra e um ponto inicial de fusao abaixo de 600 °C; b) fornecer um meio liquido tendo uma viscosidade cinematica, po compreendida entre 25 e 100 mm2/s a 40 °C medida de acordo com o metodo padrao ASTM D445; c) dispersar o referido po lubrificante no referido meio liquido.

8. Processo, de acordo com a reivindicagao 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida etapa a) de fornecer o po lubrificante com o tamanho de grao desejado e realizada atraves do trituramento do granulado com moinhos de martelo, moinhos de bolas ou moinhos de jato e/ou pelo peneiramento do granulado com peneiras tendo finura apropriada da malha.

9. Processo, de acordo com a reivindicagao 7 ou 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida etapa c) de dispersar o solido no liquido e realizada pela adigao do solido no meio liquido e usar um dispersador tendo um rotor com o numero de Reynolds < 10.

10. Processo, de acordo com a reivindicagao 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida etapa c) e realizada usando, como rotor, rotores ancora ou rotores de faixa helicoidal.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicagoes 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que durante a adigao do po lubrificante no meio liquido de acordo com a etapa c), a velocidade do rotor e levada de 80 - 120 rpm para 250 - 450 rpm de uma maneira gradual ou em incrementos discretos, e entao, e aumentada para 650 - 950 rpm por um tempo compreendido entre 45 minutos e 80 minutos.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicagoes 7 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida etapa c) compreende uma etapa de pre- mistura do solido no liquido.

13. Processo, de acordo com a reivindicagao 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido processo e realizado em uma unica etapa, pela introdugao de uma mistura do po lubrificante no meio liquido em um moinho de bolas ou em um moinho coloidal e ao mesmo tempo obtendo ambos a moagem do solido e sua dispersao no meio liquido.

14. Processo continue de fundigao de ago CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma etapa de adicionar uma composigao lubrificante, como definida em qualquer uma das reivindicagoes 1 a 6, em que a referida composigao lubrificante e usada em uma quantidade compreendida entre 100 e 500 g/ton de ago fundido.