BR112016030017B1 - Pó fundente e escória fundente - Google Patents
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Abstract
pó fundente, escória fundente e processo para a fundição de aço. a presente invenção se refere a um pó fundente, a uma escória fundente e a um processo para a fundição de aço.
Description
[001] A presente invenção tem por base um pó fundente, uma escória fundente e um processo para a fundição de aço.
[002] O pó fundente é deitado, na fundição do aço, continuamente sobre a superfície do aço fundido, o qual se encontra em um molde de fundição, com frequência também com o nome de coquilha. Nesse caso, o mesmo é fundido pelo calor e forma uma camada de escória, a qual flui para a fenda entre o molde de fundição e a crosta solidificada do aço e é assim consumida. As funções mais importantes do pó fundente ou da escória daí resultante são a lubrificação entre o molde de fundição e a crosta de solidificação, o controle da dissipação de calor do aço solidificado, a absorção dos produtos de desoxidação, o impedimento da reoxidação e o isolamento térmico do aço fundido.
[003] Os pós fundentes típicos para a fundição contínua de aços são compostos de base de silicato de cálcio e contêm habitualmente uma quantidade considerável de dióxido de silício (SiO2) e de outros componentes de fácil redução, tais como, por exemplo, óxido de manganês (MnO) e óxido de ferro (FeO), pelo que, durante a fundição de aços com liga de alumínio, ocorre um forte aumento do teor de óxido de alumínio na escória fundente devido a uma reação química entre o alumínio (Al) do aço e o dióxido de silício, assim como óxido de manganês e óxido de ferro da escória fundente:
[004] A absorção típica de óxido de alumínio (Al2O3, também com o nome alumina) na fundição de aços acalmados com Al é de cerca de 2-4% em peso. Com um teor maior de alumínio no aço, aumenta a absorção de Al2O3 na escória fundente. Assim, por exemplo na produção de aços TRIP com um teor de Al de cerca de 1,2-1,5% em peso, a concentração de Al2O3 na escória fundente aumenta para cerca de 35-40% em peso.
[005] O teor de SiO2 da escória fundente diminui de modo correspondente, dado que o dióxido de silício é reduzido pelo alumínio. Dum modo geral, ocorre com isso uma modificação das propriedades da escória fundente. Por exemplo, devido à absorção de Al2O3 e à redução a isso associada do teor de SiO2, ocorre um aumento da alcalinidade, da viscosidade e da tendência de cristalização da escória fundente, o que tem por conseqüência um enfraquecimento de seu poder lubrificante. Em geral, as escórias fundentes de solidificação amorfa apresentam melhores poderes lubrificantes do que as escórias fundentes de solidificação cristalina. No estado da arte, se usa habitualmente sistemas de escórias com base em silicatos de cálcio. Esses sistemas de escória, que têm por base silicatos de cálcio, sofrem tipicamente solidificação sobretudo amorfa, desde que o teor de alumínio do aço não seja demasiado elevado, ou seja, seja em especial < 1% em peso. No caso de teores maiores de Al na massa fundida, os sistemas de escória com base em silicato de cálcio se solidificam porém sobretudo de forma cristalina.
[006] Na fundição de aços com liga de alumínio, os quais apresentem ao mesmo tempo um teor elevado de manganês (por exemplo, com teores de Mn > 15% em peso e teores de Al > 1% em peso), a operação de fundição é ainda dificultada por a temperatura do liquidus desses aços ser, devido ao teor elevado de Mn, cerca de 100°C mais baixa do que, por exemplo, a temperatura do liquidus dos aços TRIP. Isso significa que a temperatura de fusão e de cristalização da escória fundente para os aços contendo elevado teor de Al- Mn também tem de estar cerca de 100°C mais baixa do que para outros aços contendo elevado teor de Al. Caso contrário, a escória fundente na metade inferior do molde de fundição pode se cristalizar totalmente e, com isso, ser anulado seu poder lubrificante.
[007] Devido às modificações acima descritas das propriedades da escória durante a fundição de um aço com liga de Al, ela consegue com freqüência cumprir suas funções apenas de modo insatisfatório ou então não consegue cumpri- las de todo. Em especial aços com um teor elevado de alumínio ou de alumínio e manganês não podem por isso ser produzidos com segurança processual com os pós fundentes conhecidos do estado da arte.
[008] A partir do WO2011/090218, são conhecidas composições de pó fundente para a fundição de aço, as quais, porém, devido a seu teor elevado de SiO2 de 15-30% em peso, em especial não são apropriadas para uso na fundição de aço com um teor elevado de alumínio. O mesmo também se aplica aos pós fundentes conhecidos do W02007/148939 e seu uso na fundição do aço. O JP 57184563 A revela um pó para o revestimento de metal fundido com um teor relativamente baixo de SiO2. A escória obtida desse pó não consegue, porém, devido a sua composição química, garantir as propriedades funcionais necessárias, como, por exemplo,
[009] poder lubrificante e transferência de calor, em especial para aços com elevado teor de Al-Mn. De acordo com a experiência, as escórias, as quais resultam de pós fundentes revelados no JP 57184563, têm temperaturas de cristalização demasiado elevadas, bem como níveis de viscosidade demasiado elevados no âmbito da relevância processual.
[010] Por conseguinte, um objetivo da presente invenção é o de disponibilizar um pó fundente, bem como uma escória fundente, que permita a produção de aços com teores elevados de alumínio > 1% em peso e, eventualmente, teores elevados de manganês > 15% em peso, bem como, eventualmente, titânio > 0,2% em peso. Outro objetivo da presente invenção é o de disponibilizar um processo para a fundição do aço, em especial um processo para a fundição contínua de aço, com o uso desse pó fundente ou da escória fundente.
[011] Esse objetivo é atingido pelo objeto da descrição e das reivindicações.
[012] Em um primeiro aspeto, a invenção se refere a uma escória fundente compreendendo os componentes: 30-50% em peso de CaO; 20-45% em peso de Al2O3; 7-15% em peso de F-(íons de flúor); 5-15% em peso de Na2O; 3-6,5% em peso de SiO2; 2-5%% em peso de Li2O.
[013] A escória fundente resulta de um pó fundente, o qual contém os componentes CaO e Al2O3 fundamentalmente na forma de aluminato de cálcio pré-fundido. Fundamentalmente fundido significa, no sentido da presente invenção, que o aluminato de cálcio está pré-fundido em > 50 %, preferivelmente > 60%, com particular preferência > 70%, com total preferência > 80%, com absoluta total preferência > 90% até 100%.
[014] Além disso, o pó fundente contém um componente contendo fluoreto, preferivelmente CaF2, SiO2, eventualmente também na forma de CaSiO3, Na2O, eventualmente também na forma de Na2CO3, Li2O, eventualmente também na forma de Li2CO3, bem como eventualmente ainda Al2O3.
[015] O pó fundente também pode nesse caso conter elementos voláteis, os quais se evaporam, por exemplo, aquando de aquecimento, como, por exemplo, água ou CO2.
[016] Em outo aspecto, a presente invenção se refere assim a um pó fundente, compreendendo os componentes seguintes, não contabilizando os elementos voláteis: 40-60% em peso de aluminato de cálcio pré-fundido; 10-30% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente CaF2; 3-6,5% em peso de SiO2; 5-15% em peso de Na2O; 2-5,5% em peso de Li2O; < 10,5% em peso de AI2O3; < 15% em peso de carbono.
[017] É importante, para se atingir a composição de escória fundente pretendida e para se conseguir as propriedades de escória fundente requeridas, como, por exemplo, sua viscosidade, que a relação de CaO para Al2O3 no aluminato de cálcio pré-fundido seja de cerca de 40/60 (2:3) a cerca de 50/50 (1:1). A relação de CaO para Al2O3 no aluminato de cálcio pré-fundido não deverá ser claramente inferior a 0,6 ou claramente superior a 1,0, pois, caso contrário, a temperatura do liquidus do aluminato de cálcio será demasiado elevada e o aluminato de cálcio se fundirá como componente do pó fundente e, com isso, ocorrerá uma fusão somente insuficiente do pó fundente. Em termos preferenciais, a relação é de 0,6 a 1,1, com particular preferência de 0,65 a 1,05, com total preferência de 0,7 a 1 ou de 0,7 a 0,9.
[018] Além disso, é importante que o aluminato de cálcio esteja na forma pré-fundida no pó fundente. As composições preferidas do aluminato de cálcio se tratam de composições praticamente eutécticas, tendo por conseqüência uma fusão mais rápida do pó fundente, bem como uma tendência mais baixa de cristalização por parte das escórias fundentes obtidas a partir desse pó fundente, o que aumenta a segurança processual. Outro motivo para o uso de aluminato de cálcio pré-fundido é o do manejo mais fácil da adição de CaO. O uso de cal viva (CaO) dificulta a produção de um pó fundente devido a cal viva ser muito higroscópica e por seu peso poder mudar devido a uma absorção de umidade. Isso poderá levar a uma deslocação da relação de CaO/Al2O3 na composição de pó fundente ou de escória fundente e poderá piorar suas propriedades.
[019] O silício contribui para estabilização do estado amorfo e promove a solidificação amorfa da escória fundente. O teor de SiO2 no pó fundente não deverá ser inferior a 3% em peso, pois, caso contrário, o teor amorfo da escória fundente resultante será inferior a 60%. O teor de SiO2 no pó fundente não deverá ser superior a 6,5% em peso, pois, caso contrário, o teor adicional de SiO2 reagirá com o alumínio contido na massa fundida de aço. O oxigênio livre se ligará ao alumínio, fazendo com que a escória absorva adicionalmente Al2O3. O sistema de escória deixará de ser estável a nível químico, ou seja, a relação ótima pretendida de CaO para Al2O3 deixará de existir.
[020] Os componentes contendo fluoreto, Na2O e Li2O no pó fundente influenciam a temperatura de solidificação, bem como o comportamento de cristalização da escória fundente daí resultante. O teor de um componente contendo fluoreto não deverá ser inferior a 10% em peso, o teor de Na2O não deverá ser inferior a 5% em peso e o teor de Li2O não deverá ser inferior a 2% em peso, pois, caso contrário, ocorrerá um aumento da temperatura de solidificação e um aumento do teor de escória com solidificação cristalina. A influência do Li2O é nesse caso maior do que a do Na2O, razão pela qual é necessário dosear o Li2O somente em quantidades pequenas. Em todo o caso, o Li2O é muito caro em comparação com o Na2O, sendo assim, por motivos de custos, a ação do Li2O compensada com Na2O dentro do possível.
[021] O teor de um componente contendo fluoreto não deverá ser superior a 30% em peso, o teor de Na2O não deverá ser superior a 15% em peso e o teor de Li2O não deverá ser superior a 5,5% em peso, pois, caso contrário, a temperatura de solidificação será demasiado baixa e a escória fundente será demasiado fluida. A escória fundente muito fluida flui da superfície de aço, deixando de existir o poder lubrificante da escória em toda a superfície de contacto entre a crosta de aço e a parede da coquilha. Isso pode levar à rotura da crosta ainda fina e a quebras de produção devido a roturas do cordão. Além disso, uma película de escória não totalmente formada leva a condições de dissipação de calor não uniformes, as quais levam, por sua vez, a tensões térmicas na crosta e assim também eventualmente a roturas do cordão.
[022] É possível adicionar Al2O3 ao pó fundente além do Al2O3 ligado no aluminato de cálcio pré-fundido. O Al2O3 adicional é adicionado ao pó fundente, de modo a, em caso de teores maiores de componentes contendo cálcio, em especial de CaF2, manter a relação de CaO para Al2O3 no intervalo de valores ótimo pretendido de cerca de 0,6 a cerca de 1,0, visto que as adições de componentes contendo cálcio, em especial de CaF2, deslocarem a relação inicial, originada pelo aluminato de cálcio, de CaO para Al2O3. O teor de Al2O3 adicional não deverá ultrapassar 10,5% em peso, de modo a não deslocar demasiado a relação de CaO para Al2O3 em favor de Al2O3, o que por sua vez teria um efeito negativo na formação e na funcionalidade da escória fundente. No caso da adição de Al2O3 adicional, deu mostras de ser particularmente vantajosa uma relação de CaO para Al2O3 de 0,7 a 0,9 no pó fundente.
[023] É possível adicionar carbono ao pó fundente, de modo a acelerar a fusão do pó fundente. O teor de carbono no pó fundente não deverá ser superior a 15% em peso, de modo a impedir uma cementação da massa fundida de aço. Preferivelmente, o carbono pode estar presente em uma quantidade de 4-10% em peso, com particular preferência de 5-7% em peso, no pó fundente. O carbono pode nessa situação ser usado em uma forma usual conhecida do especialista, como, por exemplo, negro de carbono, grafite ou pó de coque.
[024] O especialista entende que o pó fundente de acordo com a invenção não tem de ser estritamente em pó, também podendo em vez disso existir pelo menos parcialmente, ou até mesmo totalmente, noutra forma, como, por exemplo, na forma de granulado ou na forma de esferas ocas, eventualmente até mesmo na forma líquida.
[025] A escória fundente de acordo com a invenção deverá apresentar essencialmente uma estrutura amorfa quando se solidifica, ou seja, o teor amorfo na escória fundente deverá ser de pelo menos 60%, preferivelmente de pelo menos 70%, com maior preferência ainda de pelo menos 80%. Propriedades mesmo muito boas são apresentadas por escórias com um teor amorfo de pelo menos 90%. O teor amorfo elevado é importante para manter propriedades lubrificantes boas e uma condução térmica uniforme.
[026] A escória fundente de acordo com a invenção apresenta em especial vantagens na produção de aços com teores de Al > 1% em peso, dado essas escórias fundentes também serem quimicamente estáveis no caso de aços com teores de Al > 1% em peso. Quimicamente estável significa que a escória não reage na operação de fundição com o alumínio dissolvido na massa fundida de aço e que sua composição química se mantém praticamente inalterada. Isso aumenta a segurança processual e a qualidade do produto.
[027] Também no caso de aços, que apresentam adicionalmente um teor elevado de manganês, por exemplo, > 15% em peso, é possível atingir uma segurança processual grande através do uso da escória fundente de acordo com a invenção. Aços com teores de Mn > 15% em peso têm uma temperatura do liquidus claramente mais baixa do que aços com teores de Mn mais baixos. As temperaturas do liquidus típicas para aços com teores de Mn > 15% em peso são 1400 - 1430°C.
[028] Aços com um teor de Al > 1% em peso e um teor elevado adicional de titânio de, por exemplo, > 0,2% em peso apresentam no processo a dificuldade de não somente existir Al como elemento quimicamente ativo, mas também Ti como elemento quimicamente ativo em teores elevados. É necessário que as escórias fundentes, que são usadas para a produção desses aços, apresentem uma boa estabilidade química relativamente a Al e Ti. Esse é o caso das escórias fundentes de acordo com a invenção.
[029] O titânio é um elemento quimicamente ativo e é capaz de liberar Si ou Mn da escória fundente, ao se ligar ao oxigênio ligado a Si ou Mn. Com um teor elevado de dióxido de titânio, se pode originar compostos de óxido de cálcio-titânio (TiO2-CaO), que promovem uma solidificação cristalina da escória fundente. De modo a resolver esse problema, se renuncia favoravelmente, nos pós fundentes de acordo com a invenção, à adição dos componentes correspondentes, como, por exemplo, óxido de manganês e óxido de ferro. Esses componentes não são por isso adicionados de modo específico, podendo, porém, estar presentes como elementos acompanhantes indesejados no pó fundente de acordo com a invenção e, com isso, na escória fundente de acordo com a invenção.
[030] A composição de escória fundente de acordo com a invenção pode conter outros óxidos de metais alcalinos, óxidos de metais alcalinoterrosos ou óxidos de metais de transição. Por conseguinte, a composição de escória fundente de acordo com a invenção pode compreender um ou mais dos componentes seguintes: < 5,0% em peso de TiO2; < 5,0% em peso de MgO; < 3,0% em peso de MnO; < 2,0% em peso de FeO.
[031] A composição de pó fundente preferida correspondente contém por isso adicionalmente um ou mais dos seguintes componentes: < 5,0% em peso de TÍO2; < 5,0% em peso de MgO; < 3,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de Fe2Oa; < 1,0% em peso de FeO.
[032] É possível adicionar TiO2 ao pó fundente de acordo com a invenção. O teor de TiO2 no pó fundente não deverá, porém, ser superior a 5,0% em peso, dado que o teor de TiO2 que ultrapasse esse valor reagirá com o alumínio contido na massa fundida de aço. O oxigênio livre irá se ligar ao alumínio, indo a escória absorver adicionalmente Al2O3. O sistema de escória deixará de ser estável a nível químico, ou seja, a relação ótima pretendida de CaO para Al2O3 deixará de existir. Além disso, no caso de teores de TiO2 > 5% em peso, o titânio poderá como elemento passar para a massa fundida de aço e modificar de modo indesejado sua composição química.
[033] MgO, MnO, Fe2O3, FeO podem estar presentes no pó fundente como elementos acompanhantes, não sendo, porém, adicionados de modo intencional para ajustar as propriedades da escória fundente.
[034] Em uma forma de realização preferida, a escória fundente de acordo com a invenção compreende os componentes seguintes: 33-48% em peso de CaO; 23-43% em peso de Al2O3; 7-13% em peso de F-(íons de flúor); 3-6,5% em peso de SiO2; 7-12% em peso de Na2O; 2-5% em peso de Li2O; < 3% em peso de TiO2. < 1,5% em peso de MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1% em peso de FeO
[035] A composição de pó fundente preferida correspondente compreende os componentes, não contabilizando os elementos voláteis: 40-60% em peso de aluminato de cálcio pré-fundido; 15-30% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente CaF2; 3-6% em peso de SiO2; 7-12% em peso de Na2O; 2-5,5% em peso de Li2O; < 10,5% em peso de AI2O3; < 15% em peso de carbono; < 3,0% em peso de TiO2; < 1,0% em peso de MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de Fe2O3; < 1,0% em peso de FeO.
[036] Os valores de peso indicados para as composições acima referidas das escórias fundentes e dos pós fundentes se referem respectivamente ao total dos componentes da composição de escória fundente ou das composições de pó fundente.
[037] Os íons de flúor ou os componentes contendo fluoreto nas escórias fundentes de acordo com a invenção e nas composições de pó fundente podem ser respectivamente adicionados na forma de fluoretos usuais, como, por exemplo, fluoretos de metais alcalinos, metais alcalinoterrosos ou metais de transição, em especial na forma de um fluoreto selecionado do grupo composto por CaF2, MgF2, NaF, LiF e misturas de dois ou mais desses fluoretos.
[038] Em formas de realização por sua vez particularmente preferidas das escórias fundentes e dos pós fundentes de acordo com a invenção, o teor de íons de flúor ou de componente contendo fluoreto provém de CaF2 (também denominado espatoflúor).
[039] A composição de um pó fundente contendo os componentes aluminato de cálcio (CaO-Al2O3) e CaF2 deu provas de ser particularmente vantajosa, com vista a melhorar a constância das propriedades da escória fundente obtida a partir daí e, assim, em especial também a segurança processual da produção de aços com liga de Al. Os componentes dessa mistura ternária de CaO-Al2O3-CaF2 não reagem com o alumínio contido no aço, se garantindo assim a estabilidade química do pó fundente, assim como propriedades constantes da escória fundente daí obtida durante a fundição.
[040] A composição precisa do pó fundente usado pode variar e ser ajustada posteriormente às condições que se apresentem, como, por exemplo, à composição do aço ou ao gênero de processo de fundição.
[041] Além disso, existe em princípio a possibilidade de usar trióxido de boro(B2O3) como adição de pó fundente. O trióxido de boro presente no pó ou na escória pode ser reduzido através do alumínio que está presente no aço de acordo com a fórmula de reação seguinte: 2Al + B2O3 <^ AI2O3 + 2B
[042] O boro reduzido pode ser introduzido na massa fundida como elemento acompanhante indesejado. De modo a impedir que tal aconteça, se renuncia preferivelmente a boro nas composições de pó fundente e de escória fundente descritas no presente documento.
[043] De modo a otimizar as propriedades funcionais, como, por exemplo, as propriedades lubrificantes na fenda de fundição entre aço e coquilha, é possível ajustar a composição das escórias fundentes à temperatura do liquidus dos produtos de aço a serem vertidos. Isso é por exemplo conseguido através do ajuste, no pó fundente, de teores definidos de fundentes, como óxido de sódio (Na2O) e/ou óxido de lítio (Li2O) e/ou do teor de componentes contendo fluoreto.
[044] Por exemplo, quando se verte os produtos de aço com uma temperatura do liquidus maior, como, por exemplo, de 1500-1530°C na escória fundente, é possível ajustar um teor de Na2O de 5-11% em peso, um teor de Li2O de cerca de 2-3% em peso e um teor de F-de 8-10,5% em peso, indo o total de Na2O, Li2O e F-ser preferivelmente < 25% em peso. O total de Na2O, Li2O e F-deverá ser < 25% em peso, para evitar que a escória seja demasiado fluida.
[045] Em outro aspecto, a presente invenção se refere assim a uma composição de escória fundente para aços com uma temperatura elevada do liquidus, a qual compreende os componentes seguintes: 30-50% em peso de CaO; 20-45% em peso de Al2O3; 8-10,5% em peso de F-(íons de flúor); 3-6,5% em peso de SiO2; 5-11% em peso de Na2O; 2-3% em peso de Li2O; < 3% em peso de TÍO2; < 5% em peso de MgO; < 3% em peso de MnO; < 2% em peso de FeO.
[046] A composição de pó fundente correspondente compreende, sem contabilizar elementos voláteis: 40-60% em peso de aluminato de cálcio pré-fundido; 10-30% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente na forma de CaF2; 3-6,5% em peso de SiO2; 5-11% em peso de Na2O; 2-3% em peso de Li2O; < 10,5% em peso de AI2O3; < 15% em peso de carbono; < 3,0% em peso TiO2; < 5,0% em peso de MgO; < 3,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de Fe2O3; < 1,0% em peso de FeO.
[047] Em uma forma de realização preferida, a composição de escória fundente para aços com uma temperatura elevada do liquidus compreende os componentes seguintes: 33-48% em peso de CaO; 23-43% em peso de Al2O3; 8-10,5 peso F-(íons de flúor); 3-5% em peso de SiO2; 5-11% em peso de Na2O; 2-3% em peso de Li2O; < 3% em peso de TÍO2. < 1,5% em peso de MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de FeO.
[048] A composição de pó fundente preferida correspondente contém, não contabilizando elementos voláteis: 40-60% em peso de aluminato de cálcio pré-fundido; 10-25% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente na forma de CaF2; 3-5% em peso de SiO2; 5-11% em peso de Na2O; 2-3% em peso de Li2O; < 8% em peso de Al2O3; < 5% em peso de carbono; < 3,0% em peso TiO2; < 1,0% em peso MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de Fe2O3; < 1,0% em peso de FeO.
[049] Para aços com uma temperatura baixa do liquidus, por exemplo, de 1400-1430°C, se tem em consideração em especial uma escória fundente com um teor de Na2O de 9-15% em peso, um teor de Li2O de 4-5% em peso e um teor de F-de 12,5-15% em peso, perfazendo o total de Na2O, Li2O e F-> 25% em peso. Nesse caso, a viscosidade medida para a situações com teores mais elevados de fundentes sofreu um deslocamento de cerca de 100°C em relação às temperaturas mais baixas (Fig. 2).
[050] Em outro aspecto, a presente invenção se refere assim a uma composição de escória fundente para aços com uma temperatura baixa do liquidus, a qual contém os componentes seguintes: 30-50% em peso de CaO; 20-45% em peso de Al2O3; 12,5-15% em peso de F-(íons de flúor); 3-6,5% em peso de SiO2; 9-15% em peso de Na2O; 4-5% em peso de Li2O; < 3% em peso de TÍO2; < 5% em peso de MgO; < 3% em peso de MnO; < 2% em peso de FeO.
[051] O pó fundente correspondente apresenta uma composição, a qual compreende, não contabilizando os elementos voláteis, os seguintes componentes: 40-60% em peso de aluminato de cálcio pré-fundido; 15-30% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente na forma de CaF2; 3-6,5% em peso de SiO2; 9-15% em peso de Na2O; 3-5% em peso de Li2O; < 10% em peso de AI2O3; < 15% em peso de carbono; < 3% em peso de TÍO2; < 5% em peso de MgO; < 3% em peso de MnO; < 1% em peso de Fe2O3; < 1% em peso de FeO.
[052] Em uma forma de realização preferida, a composição de escória fundente de acordo com a invenção para aços com uma temperatura do liquidus baixa compreende os componentes seguintes: 33-48% em peso de CaO; 23-43% em peso de Al2O3; 12.5- 15% em peso de F-(íons de flúor); 3-5% em peso de SiO2; 11-15% em peso de Na2O; 3-5% em peso de Li2O; < 3% em peso de TiO2. < 1,5% em peso de MgO; < 1% em peso de MnO; < 1% em peso de FeO.
[053] A composição de pó fundente preferida correspondente, calculada sem componente voláteis, compreende: 40-60% em peso de aluminado de cálcio pré-fundido; 15-30% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente na forma de CaF2; 3-5% em peso de SiO2; 11-15% em peso de Na2O; 3-5% em peso de Li2O; < 10% em peso de AI2O3; < 15% em peso de carbono; < 3,0% em peso de TÍO2; < 1,5% em peso de MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de Fe2O3; < 1,0% em peso de FeO.
[054] Outra propriedade importante das escórias fundentes é sua condutibilidade térmica. Ela determina na fenda de fundição a transferência de calor do aço para a coquilha. A condutibilidade térmica é principalmente influenciada pelo comportamento de cristalização das escórias fundentes. Aqui é significativo se a escória fundente se solidifica de modo amorfo ou cristalino. As escórias fundentes típicas com base em silicato de cálcio se solidificam principalmente de modo amorfo ou formam componentes amorfos e cristalinos aquando de esfriamento rápido. O teor amorfo das escórias fundentes é vantajoso para as propriedades lubrificantes e garante uma transferência de calor mais forte.
[055] Na fundição de aços de solidificação peritética, é desejável uma transferência de calor mais baixa para prevenir roturas longitudinais. Isso pode ser alcançado, por exemplo, através de escórias fundentes com um teor cristalino maior, se a relação amorfa/cristalina, e logo a condutibilidade térmica a isso associada das escórias fundentes, for ajustada aos produtos de aço. O ajuste é por sua vez possível através do teor dos fundentes (Na2O, Li2O, F-). O teor mais elevado dos fundentes leva ao mesmo tempo para teores amorfos maiores na escória fundente.
[056] Uma adição de 6,5% em peso no máximo de SiO2 impede um teor amorfo demasiado grande na escória fundente.
[057] Em formas de realização preferidas da presente invenção, nas composições acima referidas o teor do componente SiO2 é por isso < 6% em peso, preferivelmente < 5,5% em peso, com particular preferência < 5% em peso.
[058] A introdução de um teor mais baixo de TiO2 permite outra redução do teor de SiO2 nas composições de pó fundente acima mencionadas. O TiO2 favorece igualmente a formação do teor amorfo das escórias fundentes e é ainda mais estável a nível termodinâmico do que o SiO2 em relação a reação com o Al existente no aço. A viscosidade das escórias fundentes permanece inalterada aquando de redução de SiO2 e adição em simultâneo de TiO2 (Fig.3).
[059] Em outro aspecto, a presente invenção se refere assim a uma composição de escória fundente, a qual apresenta os componentes seguintes: 30-50% em peso de CaO; 20-45% em peso de Al2O3; 8-15% em peso de F-(íons de flúor); 3-5% em peso de SiO2; 5-15% em peso de Na2O; 2-5% em peso de Li2O; 1.5- 5% em peso de TiO2; < 5% em peso de MgO; < 3% em peso de MnO; < 2% em peso de FeO.
[060] O pó fundente correspondente apresenta uma composição, a qual, sem contabilizar componentes voláteis, compreende os componentes seguintes: 40-60% em peso de aluminado de cálcio pré-fundido; 10-30% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente na forma de CaF2; 3-5% em peso de SiO2; 5-15% em peso de Na2O; 2-5% em peso de Li2O; < 10% em peso de AI2O3; < 15% em peso de carbono; 1.5- 5% em peso de TiO2; < 5% em peso de MgO; < 3% em peso de MnO; < 1% em peso de Fe2O3; < 1% em peso de FeO.
[061] Em uma forma de realização preferida, a composição de escória fundente de acordo com a invenção compreende os componentes seguintes: 33-48% em peso de CaO; 23-43% em peso de Al2O3; 8-13% em peso de F-(íons de flúor); 3-4% em peso de SiO2; 8-13% em peso de Na2O; 3-5% em peso de Li2O; 1.5- 3% em peso de TiO2. < 1,5% em peso de MgO; < 1% em peso de MnO; < 1% em peso de FeO.
[062] O pó fundente preferido correspondente apresenta uma composição, a qual, não contabilizando componentes voláteis, compreende os componentes seguintes: 50-60% em peso de aluminado de cálcio pré-fundido; 15-25% em peso de componente contendo fluoreto, preferivelmente na forma de CaF2; 3-4% em peso de SiO2; 8-13% em peso de Na2O; 3-5% em peso de Li2O; < 10% em peso de AI2OS; < 15% em peso de carbono; 1.5- 3% em peso de TiO2; < 1,5% em peso de MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1% em peso de Fe2O3; < 1% em peso de FeO.
[063] As escórias fundentes de acordo com a invenção se distinguem em especial por mostrarem nenhuma ou somente uma reatividade muito reduzida relativamente a um teor de alumínio em aços, se aumentando assim o espectro de tipos de aço passíveis de fundição e sendo igualmente possível produzir de modo fiável aços com um teor elevado de alumínio ou um teor elevado de alumínio e manganês. Isso também leva, por último, a uma melhoria da qualidade dos produtos de aço obtidos com o uso desses pós fundentes.
[064] Outro aspecto da presente invenção se refere a um processo para a fundição de aço com o uso de um pó fundente como descrito anteriormente.
[065] Todas as formas de realização preferidas, as quais foram descritas anteriormente em ligação com o pó fundente de acordo com a invenção, também se aplicam em conformidade ao processo de acordo com a invenção para a fundição de aço e, por isso, as mesmas não serão aqui repetidas.
[066] Preferivelmente, o processo para a fundição de aço é realizado por um processo contínuo, em especial por um processo de fundição contínua.
[067] Em uma forma de realização preferida, a presente invenção se refere a um processo de acordo com a invenção para a fundição de aço com um teor de alumínio > 1% em peso, preferivelmente > 1,5% em peso, com particular preferência > 3,0% em peso, com total preferência > 5,0% em peso.
[068] Em outra forma de realização preferida, a presente invenção se refere a um processo de acordo com a invenção para a fundição de aço com um teor de manganês > 15% em peso, preferivelmente > 17,5% em peso, com particular preferência > 20% em peso.
[069] Em outra forma de realização preferida, a presente invenção se refere a um processo de acordo com a invenção para a fundição de aço com um teor de titânio > 0,2% em peso, preferivelmente > 0,5% em peso.
[070] Em uma forma de realização preferida, a presente invenção se refere a um processo de acordo com a invenção para a fundição de aço com um teor de alumínio > 1% em peso, preferivelmente > 1,5% em peso, com particular preferência > 3,0% em peso, com total preferência > 5,0% em peso e, eventualmente, um teor de manganês > 15% em peso, preferivelmente > 17,5% em peso, com particular preferência > 20% em peso e, eventualmente, um teor de titânio > 0,2% em peso, preferivelmente > 0,5% em peso. Descrição breve das figuras Figura 1 mostra composições vantajosas dos componentes CaO, Al2O3 e CaF2. Figura 2 mostra a viscosidade, medida com um viscosímetro rotativo de alta temperatura da Bâhr, de algumas escórias fundentes em função da temperatura para diferentes teores de fundentes. Figura 3 mostra a viscosidade medida de algumas escórias fundentes em caso de redução do teor de SiO2 e aumento do teor de TiO2 (Pr.9 e Pr.25 com cerca de 5% em peso de SiO2; Pr.42 e Pr.44 com cerca de 4% em peso de SiO2 e cerca de 2% em peso de TiO2).
[071] Em seguida se descreve a invenção com base em exemplos. Essas descrições são somente exemplificativas e não limitam as reflexões gerais da invenção.
[072] Foram analisados diferentes pós fundentes com as composições indicadas na Tabela 1. As amostras contendo C N.° 5, 19, 32, 40 e 44 foram pré-recozidas durante 8 horas nos 600°C e foram fundidas sob atmosfera de árgon nos 1500°C. As amostras sem C não foram pré-recozidas, mas sim diretamente fundidas sob atmosfera de árgon nos 1500°C. Após a fusão, as amostras foram respectivamente mantidas durante 15 minutos nos 1500°C e foram depois vertidas para um substrato de aço, o qual tinha temperatura ambiente, com vista a esfriamento ao ar à temperatura ambiente. As amostras esfriadas apresentavam diferentes espessuras de até 15 mm ao longo da superfície da amostra. Para as análises seguintes, foram escolhidos pontos nos quais a camada de escória solidificada tinha uma espessura de 5 a 7 mm. Nesses pontos, foi determinado o teor solidificado amorfo ou cristalino na secção da amostra recorrendo a um microscópio luminoso.
[073] Na Tabela 2, se indica as composições químicas e o teor amorfo das escórias resultantes. A composição química dos pós fundentes e das escórias fundentes foi determinada três vezes, respectivamente, em amostras através do método de fluorescência por raios X. O teor dos íons de flúor foi determinado através de uma hidropirólise de acordo com a DIN 51723 e a DIN 51727 com cromatografia iônica posterior de acordo com a DIN EN ISO 10304. A concentração de Na2O foi determinada após uma preparação de amostra correspondente através de uma medição ICPOS de acordo com a DIN EN ISO 11885.
[074] Além disso, se fez contactar as amostras de pó fundente com a composição das amostras 31, 40 e 48 com massas fundidas selecionadas e elas foram mantidas nos 1450°C - 1550°C durante 15 minutos sob atmosfera de árgon (ver a Tabela 3). Em seguida, as escórias e massas fundidas foram vertidas em separado e foram respectivamente analisadas. As temperaturas do liquidus correspondentes foram determinadas através de termoanálise diferencial (DTA). As composições de escórias fundentes que se ajustam e o teor de escória fundente amorfa são idênticos aos resultados das amostras 31, 40 e 48 na Tabela 2. Desse modo, foi possível comprovar que os sistemas de escória fundente analisados anteriormente também são representativos em caso de contacto com massas fundidas de aço.
[075] As composições de pó fundente de acordo com a invenção indicadas na Tabela 1 se adequam assim de forma extraordinária à produção das escórias fundentes pretendidas. Tabela 1: Composição do pó fundente em % em peso, sem componentes voláteis, e relação de CaO para Al2O3 no aluminato de cálcio pré-fundido (sem dimensão)
Tabela 2: Composição das escórias laboratoriais em % em peso (normalizadas) e teor solidificado no estado amorfo 
[076] Na amostra de escória 26 existem 0,7% em peso de dióxido de silício, embora não se tenha adicionado ativamente dióxido de silício à amostra de pó fundente correspondente. A causa disso é se ter encontrado, no material refratário de forno de fundição e cadinho usado, pouca quantidade de dióxido de silício, que pudesse ter entrado por difusão na escória fundente fundida durante o ensaio. Tabela 3: Exemplos de massas fundidas de aço usadas em um ensaio de contacto (aços à base de ferro, bem como os elementos de liga mais importantes em % em peso, temperatura do liquidus Tliq em °C,):
Claims (10)
1. PÓ FUNDENTE, caracterizado por compreender os componentes, sem elementos voláteis: 40-60% em peso de aluminato de cálcio pré-fundido; 10-30% em peso de componente contendo fluoreto; 3-6,5% em peso de SiO2; 5-15% em peso de Na2O; 2-5,5% em peso de Li2O; < 10,5% em peso de AI2O3; < 15% em peso de carbono; compreendendo um ou mais dos seguintes componentes: < 5,0% em peso de TiO2; < 5,0% em peso de MgO; < 3,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de Fe2O3; < 1,0% em peso de FeO; em que a relação de CaO para Al2O3 no aluminato de cálcio pré-fundido é de 0,6 a 1,1.
2. PÓ FUNDENTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender os componentes 40-60% em peso de aluminado de cálcio pré-fundido; 15-25% em peso de componente contendo fluoreto; 3-6% em peso de SiO2; 7-12% em peso de Na2O; 2-5,5% em peso de Li2O; < 10% em peso de Al2O3; < 15% em peso de carbono; < 3,0% em peso de TiO2; < 1,0% em peso de MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1,0% em peso de Fe2O3; < 1,0% em peso de FeO.
3. PÓ FUNDENTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo componente contendo fluoreto ser CaF2.
4. PÓ FUNDENTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo teor de TiO2 ser de 1,5-3% em peso.
5. PÓ FUNDENTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo teor de SiO2 ser de 3-5% em peso e o teor de TiO2 ser de 1,5-3% em peso.
6. ESCÓRIA FUNDENTE, caracterizada por compreender os componentes: 30-50% em peso de CaO; 20-45% em peso de Al2O3; 7-15% em peso de F-(íons de flúor); 3-6,5% em peso de SiO2; 5-15% em peso de Na2O; 2-5% de Li2O, compreendendo um ou mais dos seguintes componentes: < 5, 0% em peso de TiO2; < 5, 0% em peso de MgO; < 3, 0% em peso de MnO; < 2, 0% em peso de FeO.
7. ESCÓRIA FUNDENTE, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por compreender os componentes: 33-48% em peso de CaO; 23-43% em peso de Al2O3; 8-13% em peso de F- (íons de flúor); 3-6,5% em peso de SiO2; 7-12% em peso de Na2O; 2-5% em peso de Li2O; < 3% em peso de TÍO2. < 1,5% em peso de MgO; < 1,0% em peso de MnO; < 1% em peso de FeO.
8. ESCÓRIA FUNDENTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizada pelo teor de íons de flúor ser ajustado através de CaF2.
9. ESCÓRIA FUNDENTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizada pelo teor de TiO2 ser de 1,5-3% em peso.
10. ESCÓRIA FUNDENTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizada pelo teor de SiO2 ser de 3-5% em peso e o teor de TiO2 ser de 1,5-3% em peso.
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