BR9915624B1 - mÉtodo para revestir uma tira de aÇo bem como mÉtodo para produzir aÇo galvanizado e aÇo galvanizado-recozido tendo uma superfÍcie de alta qualidade. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA REVESTIR UMA TIRA DE AÇO BEM COMO MÉTODO PARAPRODUZIR AÇO GALVANIZADO E AÇO GALVANIZADO-RECOZIDOTENDO UMA SUPERFÍCIE DE ALTA QUALIDADE".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a métodos para galvanização egalvanização-recozimento de aço. Mais particularmente a presente invençãoé direcionada a métodos para galvanização e galvanização-recozimentocontínua do aço empregando um banho de zinco e alumínio fundidos.

Antecedentes da Invenção

Na galvanização e galvanização-recozimento por imersão contí-nua a quente da tira de aço, um banho de zinco é empregado. Antes de en-trar no banho, a tira tipicamente submete-se a um tratamento térmico em umforno. Uma porção final do forno que se estende até o banho, chamada detúnel de imersão ou "snout", sela o forno do ar que o envolve. À medida quea tira passa pelo túnel de imersão, a tira fica imersa no banho. Tipicamente,dois ou mais cilindros são dispostos no banho fundido. Um cilindro de ba-nheira inverte a direção de movimentação da tira no banho, e um par de ci-lindros no banho estabilizam e guiam a tira através das lâminas de revesti-mento.

Na produção de produtos galvanizados e galvanizados-recozidos, o alumínio está tipicamente presente no banho de zinco fundidopara controlar o crescimento da liga de zinco-ferro. A liga interfacial de zinco-ferro no aço galvanizado é indesejável porque causa baixa aderência do re-vestimento de zinco na tira. Tipicamente, um teor de alumínio relativamentebaixo é usado para galvanização-recozimento (por exemplo,0,13-0,15% empeso), e um teor de alumínio relativamente alto é usado para galvanização(por exemplo, 0,16-0,2% em peso).

Em alguns processos convencionais, são usados dois banhosem uma linha de produção de forma a produzir tanto aço galvanizado quantoaço galvanizado-recozido. Nestes processos, um banho é necessário parafornecer um teor de alumínio relativamente baixo para galvanização-recozímento, e um segundo banho é necessário para fornecer um teor dealumínio relativamente alto para galvanização. Entretanto, dois banhos sãodesvantajosos porque a linha deve ser parada de forma a trocar de um ba-nho para o outro banho. Também dois banhos reduzem a flexibilidade deprogramação para a produção de aço galvazinado-recozido e de aço galva-nizado. Também um segundo banho é uma despesa de equipamento extra.

Nas linhas de produção convencionais que empregam um únicobanho, o teor de alumínio é elevado gradualmente entre a galvanização-recozimento e a galvanização. Isto pode resultar na produção de aço galva-nizado de baixa qualidade durante a transição de galvanização-recozimentopara galvanização porque, durante a transição, o teor de alumínio pode sermuito baixo para galvanização. Por exemplo, produtos com requisitos dequalidade de superfície crítica geralmente não podem ser feitos durante atransição, nem podem ser feitos aços de ultrabaixo carbono degaseificadosa vácuo, que são altamente reativos, nem podem ser feitos aços de alta re-sistência. Além do mais, os métodos convencionais têm geralmente umacirculação de banho pobre, que resulta em uma variação relativamente altana composição e temperatura do banho. Tal circulação pobre pode exacer-bar os problemas encontrados durante a transição de galvanização-recozímento para galvanização nos processos convencionais que empregamum banho simples.

Em processos de galvanização por imersão a quente, um com-posto indesejável intermediário de ferro-zinco ou de ferro-zinco-alumínio,chamado borra, pode se formar. A borra apanhada pelos cilindros no banho,e em seguida transferida para as superfícies da tira onde produz defeitos debolhas e impressão, é um problema maior com produtos galvanizados-recozidos e produtos galvanizados expostos. Manchas de superfícies cau-sadas pelas partículas da borra são particularmente visíveis quando um a-cabamento de pintura altamente Iustrosa é aplicado ao aço revestido, o queé comum nas indústrias automotiva e de eletrodomésticos. O uso de cilin-dros revestidos de carbonetos sinterizados no banho reduz, mas não eliminacompletamente, estes defeitos.Além de causar defeitos de superfície, a formação de borra podeaumentar diretamente o custo de produção. O zinco é uma das matérias-primas mais caras usadas na produção de aço galvanizado e aço galvaniza-do-recozido. Uma vez que o peso da borra é geralmente em média cerca de8 a 10% do zinco consumido durante a produção, os custos de produção sãoaumentados.

Os métodos convencionais geralmente empregam banhos comalto teor de alumínio para galvanização e baixo teor de alumínio para galva-nização-recozimento. O baixo teor de alumínio do banho durante a galvani-zação-recozimento pode levar à excessiva formação de borra e pega da bor-ra pela tira durante a galvanização-recozimento. Além disso, a acumulaçãode borra no fundo do banho pode limitar o comprimento de uma corrida deprodução de galvanização-recozimento e uma transição para galvanizaçãopode ser necessária para remover a borra do fundo através de conversãoquímica com uma alta adição de alumínio. Se o desenvolvimento de borra nofundo for muito pesado, a linha de produção pode ser desligada para remo-ção mecânica da borra.

O alto teor de alumínio do banho durante a galvanização podelevar a um alumínio excessivamente alto no revestimento durante a galvani-zação. Alto teor de alumínio para galvanização é também prejudicial para atransição de galvanização para galvanização-recozimento bem como para atransição inversa, porque várias horas podem ser necessárias para comple-tar a transição de um teor de alumínio para outro. A transição de galvaniza-ção-recozimento para galvanização e vice-versa é dispendiosa porque amudança no teor de alumínio nos banhos resulta em produtos de baixa qua-lidade durante a transição de galvanização-recozimento para galvanização evice-versa. Assim, usando-se métodos convencionais, é difícil produzir pro-dutos de aço revestidos com qualidade exposta ou aços de ultrabaixo carbo-no com degaseificação a vácuo ou aços de alta resistência usando-se umbanho simples, tanto para galvanização-recozimento quanto para galvaniza-ção. Uma razão para a pobre qualidade de superfície durante a transição éque a borra do fundo está sendo convertida para borra de topo ou flutuante àmedida que o teor de alumínio aumenta durante a transição para galvaniza-ção, o que resulta no apanhamento da borra pela tira.

Embora o alumínio seja geralmente necessário no banho paracontrolar o crescimento da liga de ferro-zinco durante a galvanização e agalvanização-recozimento e para reduzir a quantidade de borra, um excessode alumínio não é desejável. Por exemplo, muito alumínio no revestimentopode diminuir a soldabilidade por pontos do produto.

Uma alta temperatura no banho aumenta a solubilidade do ferrono banho, o que arruina o teor do banho por causar a formação tanto de bor-ra de topo quanto de borra de fundo atribuídas à saturação do ferro. Em umbanho de zinco que está saturado com ferro, mesmo uma pequena mudançana temperatura do banho causa uma precipitação dos compostos da borra.

Assim, é vantajoso (a) diminuir o teor de ferro no banho de zinco de um es-tado saturado usando-se uma temperatura de banho de galvanização baixae constante e (b) manter o teor de ferro próximo ao limite de solubilidade, eassim minimizar a precipitação de partículas de borra do zinco fundido. Es-tas partículas são uma combinação de borra de fundo (FeZn2) e borra detopo (Fe2AI5). Estas partículas são discutidas em maiores detalhes na publi-cação de Kato et al, intitulada Dross Formation and Flow Phenomenon inMolten Zinc Bath Galvatech 95, Chicago, 1955, páginas 801-806. Esta pu-blicação está incorporada aqui como referência e como material de elabora-ção de fundo sobre tipos de partículas de borra que são formadas no ambi-ente no qual a presente invenção opera.

Se a tira estiver mais quente que o banho quando a tira for imer-sa no banho, o banho pode sobreaquecer, o que causa uma dissolução au-mentada do ferro da tira no banho. A tira está mais quente que o banho notúnel de imersão (isto é, próximo do ponto de imersão) a menos que a tiraseja suficientemente resfriada após o tratamento térmico que ocorre antesda imersão no banho. Nos processos convencionais, a temperatura do ba-nho é relativamente alta (por exemplo, cerca de 460OC) para evitar o conge-lamento do zinço na superfície do banho não importando se um ou dois ba-nhos são empregados para galvanização e galvanização-recozimento. O usode banho ou banhos significativamente mais frios, entretanto, pode causar ocongelamento do zinco na superfície do banho devido à pobre circulaçãonos banhos convencionais e devido à pequena diferença entre a temperatu-ra de imersão da tira e a temperatura do banho.

Tanto as altas temperaturas do banho quanto a formação deborra pode diminuir a vida do cilindro por aumentar a abrasão e a erosão.

Também outros componentes do banho, tais como mancais e luvas, têm suavida diminuída devido às altas temperaturas do banho e à formação de bor-ra. As vidas diminuídas de tais componentes aumentam o custo diretamente(por exemplo, custos de reposição) e indiretamente (por exemplo, cessaçãoda produção quando da reposição dos componentes).

Como resultado dos problemas acima, galvanizadores que usamum único banho são forçados a usar uma linha especial de programação(por exemplo, programar produzir tiras revestidas de qualidade exposta en-quanto os cilindros estão novos) e práticas de mantimento (por exemplo lim-par o banho mecanicamente), que são muito caras, cte forma a produzir pro-dutos de alta qualidade de superfície entre corridas de produção de aço gal-vanizado de baixa qualidade e aços galvanizadosc-recozidos de baixa quali-dade. Assim, a quantidade de produtos de qualidade exposta feitos usando-se métodos de banho único é menor que a capacidade de produção da linhapara produzir tiras revestidas.

A eletrogalvanização, em vez de galvanização por imersão, éfreqüentemente empregada para produzir produtos pretendidos para uso emaplicacões expostas porque o processo de eletrogalvanização convencio-nalmente resulta em uma melhor qualidade de superfície. Entretanto, a ele-trogalvanização é relativamente cara se comparada à galvanização-recozimento por imersão ou à galvanização por imersão.

Sumário da Invenção

Um método de acordo com a presente invenção para revestiruma tira de aço compreende as etapas de: fornecer um banho de zinco fun-dido tendo uma concentração efetiva de alumínio de cerca de 0,10% em pe-so até cerca de 0,15% em peso; manter o ponto de referência do banho auma temperatura de cerca de 440°C até cerca de 450°C; circular o zincofundido para homogeneizar o banho de alumínio e a temperatura e assimevitar o acúmulo de borra; submergir a tira de aço no banho para revestir atira, onde a tira tem uma temperatura no túnel de imersão ("snout") de cercade 470°C até cerca de 538°C; e dirigir o zinco fundido em direção da tira i-mersa para resfriar a tira.

O método pode compreender as etapas de manter o ponto dereferência do banho a uma temperatura de cerca de 445°C até cerca de450°C, e manter a temperatura do banho dentro de 1°C do ponto de referên-cia. O banho de zinco fundido pode ter uma concentração efetiva de alumí-nio de 0,13-0,14% em peso. Um outro aspecto do método é que a superfíciedo banho pode permanecer completamente fundida dependendo da posiçãodos meios de aquecimento do banho (por exemplo, os indutores).

Se a tira compreende aços de baixa liga e de alta resistência ouaços de baixo carbono acalmados ao alumínio, a tira preferivelmente temuma temperatura no túnel de imersão ("snout") de cerca de 510°C. Se a tiracompreende aço degaseificado a vácuo com carbono ultrabaixo ou extrabai-xo então a tira preferivelmente tem uma temperatura no túnel de imersão("snout") de cerca de 471 °C.

Um outro aspecto da presente invenção é um método para pro-duzir aço galvanizado e aço galvanizadoer e cozido tendo uma alta qualida-de de superfície. Este método compreende as etapas de: fornecer um banhode zinco fundido tendo uma concentração efetiva de alumínio; manter o pon-to de referência do banho a uma temperatura de cerca de 440°C até cercade 450°C; e revestir as tiras de aço pela imersão das tiras no banho paraproduzir substancialmente tiras galvanizadas e tiras galvanizadas-recozidaslivres de borra. A concentração efetiva de alumínio no banho durante a gal-vanização pode ser substancialmente similar à concentração efetiva de alu-mínio no banho durante a galvanização-recozimento.

Em algumas representações, a concentração efetiva do alumíniodo banho varia não mais que 0,01% em peso entre a galvanização-recozimento e a galvanização. A concentração efetiva do alumínio no banhodurante a galvanização pode ser idêntica à concentração efetiva do alumíniodurante a galvanização-recozimento.

O ponto de referência do banho pode ser mantido a uma tempe-ratura de cerca de 445°C até cerca de 450°C e a temperatura do banho po-de ser mantida dentro de 10C do ponto de referência. O ponto de referênciapode ser mantido a cerca de 447°C. A concentração efetiva de alumínio nobanho pode ser de cerca de 0,10% em peso até cerca de 0,15% em peso, eé preferivelmente 0,13-0,14% em peso. As tiras podem ter temperaturas detúnel de imersão ou de "snout" na faixa de cerca de 470°C até cerca de 538°C.

O método pode incluir as etapas de dirigir zinco resfriado do fun-do do banho em direção às tiras que estão sendo imersas no banho paraevitar a formação de manchas de luz adjacentes às tiras imersas, evitandoportanto a vaporização do zinco, e resfriando rapidamente as tiras imersaspara aproximar-se à temperatura do banho.

Se uma tira compreende aço de baixa liga e alta resistência ouaço de baixo carbono acalmado ao alumínio, a tira preferivelmente tem umatemperatura no túnel de imersão ("snout") de cerca de 510°C. Se uma tiracompreende aço degaseificado a vácuo com carbono ultrabaixo ou extrabai-xo, a tira preferivelmente tem uma temperatura de cerca de 471 °C.

O método pode produzir produtos galvanizados-recozidos tendouma excelente aderência do revestimento, qualidade de superfície e soldabi-Iidade por pontos. Uma superfície do banho pode permanecer inteiramentefundida durante o revestimento.

Breve Descrição dos Desenhos

A Fig. 1 é um diagrama esquemático descrevendo o padrão defluxo do sistema descrito na Patente U.S. 4.971.842.

A Fig. 2(a) é um diagrama esquemático descrevendo uma vistalateral do resfriador/limpador da presente invenção, e o novo padrão de fluxodo método da invenção.

A Fig. 2(b) é um diagrama esquemático descrevendo uma vistafrontal do equipamento de controle do fluxo de zinco fundido.A Fig. 3 é um diagrama esquemático descrevendo a câmara deorifícios do sistema da presente invenção, e o fluxo de fluido que ocorrequando se executa o método da presente invenção.

A Fig. 4 é um diagrama esquemático descrevendo uma placadefletora ou difusor contendo orifícios.

As Figs. 5(a) e (b) são diagramas esquemáticos descrevendoduas vistas dos orifícios usados para injetar o zinco ao longo do comprimen-to e de ambos os lados da tira de aço.

As Figs. 6(a) - 6(c) são diagramas de processo descrevendouma comparação de vários aspectos operacionais da técnica convencional eda presente invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

Um arranjo de galvanização e galvanização-recozimento paraprocessar uma tira de aço contínua é parte de uma linha de revestimentocontínuo, e compreende um banho de zinco e alumínio fundidos. Dispostono banho está um aparato para refrigerar o banho, conforme discutido maiscompletamente abaixo.

A tira pode ser processada convencionalmente antes de atingir acalha final ou "snout" da última zona de um forno de poço. A "snout" esten-de-se no banho, selando portanto o forno do ar que o envolve. Tal processoconvencional antes de alcançar a "snout" pode incluir a limpeza química porimersão em uma solução de hidroxido de sódio e escovação, limpeza eletro-lítica, enxágüe e secagem. Após a limpeza química, a tira é tipicamente re-cozida antes de alcançar a "snout". Resfriadores a jato antes da "snout" di-minuem a temperatura do aço até a temperatura de túnel de imersão "snout",que é definida como a temperatura da tira quando entra no-banho.

A Fig. 1 é um diagrama esquemático descrevendo o padrão defluxo do sistema descrito na Patente U.S. N2 4,971,842. As Figs. 2(a) e 2(b)descrevem um sistema completo adequado para praticar a presente inven-ção. Como parte do processo da invenção, uma tira de aço recozida 2 correatravés de um banho de zinco 3 em volta de um cilindro de bacia 4 e entreum ou mais cilindros estabilizadores 5, que aplainam a tira antes da passa-gem da tira entre jatos de gás que controlam a espessura do revestimento.Um meio gasoso, tal como nitrogênio, pode ser usado nos jatos de gás. A-pós os jatos de gás, orifícios de jatos de gás ou orifícios de vapor d'água po-dem ser usados para resfriar a tira quando emerge do banho para solidificaro revestimento. As etapas de processamento antes da tira atingir o túnel deimersão ("snout"), e as etapas de processamento após a tira emergir do ba-nho, podem ser executadas convencionalmente. As Patentes U.S.4.361.448, 4.759.807 e 4.971.842, aqui incorporadas como referência, des-crevem arranjos para guiar uma tira para dentro e para fora de um banhofundido, embora nenhuma dessas patentes forneça um banho livre de borrae um revestimento livre de borra. Um outro arranjo para guiar uma tira paradentro e para fora de um banho fundido está descrito na Patente U.S.5.958.518, invenção do co-inventor Pertti J. Sippola da presente invenção eaqui incorporada por referência. Essa Patente US 5.958.518 também des-creve um dispositivo para resfriar um banho fundido, conforme descrito abaixo.

A unidade de bicos 6, que aplica zinco ao aço, inclui bicos supe-riores 7 e bicos inferiores 8 (como mostrado nas Figs. 3 e 4). Em contraste, oresfriador da Patente U.S. 4.971.842 tem um bico superior 7 e um bico infe-rior 8, ambos formados como fendas igualmente sobre a largura da unidade6 sem a configuração da chapa difusora 9 (Fig. 4) que inclui uma pluralidadede bicos 8 arranjados para direcionar o zinco fundido a ângulos de substan-cialmente 90° ao longo do comprimento da tira. Também o resfria-dor/limpador 2 da presente invenção tem uma pluralidade dos bicos alonga-dos superiores 7, conforme mostrado na Fig. 4. Também os bicos inferiores8 são redondos e formados na configuração da chapa difusora 9.

A área de descarga dos bicos 7 e 8 deve cobrir pelo menos 50%da área da tira de aço 2 ao longo do comprimento de A até B da tira de aço 2conforme ilustrado na Fig. 2(a). Isto está em contraste ao bico inferior sim-pies 8 conforme descrito na Patente U.S. 4.971.842 e ilustrado na Fig. 1. Nosistema da presente invenção os bicos 8 são montados na chapa difusora 9de forma que uma metade do comprimento dos orifícios está em um lado e aoutra metade do outro lado da linha central da chapa difusora. Este arranjofornece o fluxo de zinco mais eficiente contra a chapa de aço.

Dentro da câmara de bicos 6 o zinco contaminado com borra ébombeado em direção da tira de aço para aderir as partículas de borra à su-perfície da tira de aço 2. Esta ação remove a borra do banho de zinco comoparte do revestimento de zinco na tira de aço. Como resultado, o aço pro-cessado subseqüentemente é manuseado em um banho de zinco livre deborra uma vez que toda a borra foi retirada pela aderência às tiras de açoprocessadas anteriormente. De forma a aderir as partículas de borra efeti-vãmente à tira de aço, o fluxo de zinco dos orifícios 8 devem ser direciona-dos para golpear a tira em uma direção virtualmente perpendicular ao invésde se moverem paralelamente à tira como no caso do refrigerador da Paten-te U.S. 4.971.842 mostrado na Fig. 1.

De forma a desenvolver um fluxo suficiente para aderir as partí-cuias de borra à tira 2, a área dos bicos 8 da invenção deve ser a mesmaque duas vezes a área da casa de bomba 10 conforme medido no agitador17. Regulando-se a velocidade de rotação da bomba, e assim, o volume dematerial sendo movido, a velocidade do fluxo de zinco dos bicos 7 e 8 podeser ajustada. A quantidade de zinco movida para a tira de aço 2 pode sermonitorada e controlada pelo desvio de material (aproximadamente 2% dozinco total no banho) de uma coluna de zinco através de uma fenda 12 nahabitação 11 acima da superfície 3 do banho de zinco. A fenda 12 tem prefe-rivelmente 25 mm de largura e 100 mm de altura. A habitação 11 é anexadaà casa de bomba 10 e se estende desde abaixo da superfície do banho dezinco até acima da superfície do banho de zinco. O nível de zinco na fenda édesviado do fluxo principal de zinco criado pela bomba 10, mas é indicadodo nível próprio de zinco no banho completo. Também, ajustando-se peque-nas quantidades de zinco desviando-as do ou adicionando-as ao fluxo prin-cipal de zinco aplicado ao aço, é possível ajustar precisamente os níveis dezinco para um revestimento ótimo e a geração da quantidade mínima de bor-ra. Este dispositivo de controle está ausente na Patente U.S. Ne 4.971.842.

Preferivelmente uma coluna de 5 mm de zinco (sobre a superfí-cie 3 do banho) se combina com o bombeamento de 1000 toneladas de zin-co por hora, e uma coluna de 10 mm é adequada para 2.000 toneladas dezinco por hora. Abaixo de 5 mm, o fluxo de zinco é muito pequeno, e acimade 10 mm o fluxo de zinco é muito alto criando problemas de erosão de ma-terial. Assim, o fluxo de zinco da invenção é assegurado pela manutençãode uma coluna de zinco preferivelmente igual a 5 mm até 10 mm na fenda12.

Após o processamento de três bobinas de aço, conforme indica-do na Fig. 6(c), o zinco que sai da unidade de bicos 6 é um zinco fundidovirtualmente livre de borra, porque virtualmente as partículas de borra aderi-ram à tira de aço 2 das bobinas previamente processadas. Portanto, o fluxode zinco de cada lado e abaixo do cilindro 4 não pode criar qualquer desen-volvimento de borra no cilindro 4. Nem qualquer outra borra é depositada natira 2.

A placa defletora 13 está posicionada abaixo do cilindro inferior4. Este fluxo de zinco manterá a superfície do cilindro inferior 4 limpa, e evitao desenvolvimento de qualquer borra nele. Assim, nenhuma raspagem me-cânica é necessária com os sistemas convencionais, para remover o desen-volvimento de borra no cilindro. Um cone 14 (Fig. 2(b)) no fim da placa defle-tora 13 direciona uma porção do fluxo de zinco livre de borra para o mancai15 no cilindro da banheira 4 anexado ao braço 16. Este fluxo minimiza odesgaste por erosão do mancai do cilindro devido às partículas duras de bor-ra que podem estar no banho durante os primeiros estágios (primeiras trêsbobinas) do processamento.

A divisão do volume de zinco V manuseado pela bomba 10 é i-lustrada na Fig. 2(a). Aproximadamente 40% do volume de zinco manusea-do pela bomba fluem sob o cilindro 4, enquanto aproximadamente 30% flu-em acima do cilindro. Aproximadamente 15% do volume de zinco manusea-do pela bomba fluem do topo do bico 6 em cada lado da tira de aço 2. Todoeste volume de zinco flui de volta através da bomba, e constitui aproxima-damente 98% do zinco no banho. Os outros 2% são desviados na habitação11, fluindo através da fenda 12.A área de todos os bicos 7 e 8 deve ser substancialmente igual aduas vezes a área da casa de bombas 10. Conseqüentemente o fluxo dezinco para fora da fenda 12 é indicativo das quantidades de aumento críticode zinco que deveriam estar disponíveis no banho para alcançar o processopróprio que resultará em um banho livre de borra e eventualmente em umproduto livre de borra.

Os bicos 8 da invenção são preferencialmente tubulares com umdiâmetro entre 70 e 100 mm e um comprimento maior que 0,7 do diâmetrodo orifício. O material da unidade 6 é AISI 316 L (Iingotado) ou DIN 1,449.

Entretanto é mais importante para a unidade 6 ser uma estrutura completa-mente austenítica, isto é, livre de ferrita e a quantidade de ferrita deve sermenor que 0,2%. Também o material deve ser Iingotado e conformado semnenhum dobramento ou conformação a frio após o lingotamento.

O aparelho desta invenção cria o padrão de fluxo conforme mos-trado na Fig. 2 sem quaisquer zonas "mortas" no banho de zinco 3 e comuniformidade química através do banho de zinco. Este padrão de fluxo tornapossível atingir um método de execução de uma galvanização por imersãocom uma composição de banho de zinco livre de borra e com um aqueci-mento localizado mínimo de zinco próximo do túnel de imersão ("snout"). Ospadrões de fluxo do sistema convencional e do sistema mostrado na Fig. 1foram insuficientes para fornecer a homogeneidade química adequada, eassim não pode alcançar uma composição de banho livre de borra e o resul-tante produto livre de borra.

Os resultados destes testes em uma representação preferida dapresente invenção são fornecidos abaixo, e nas Figs. 6(a) e 6(b), para ilus-trar alguns dos detalhes específicos do sistema da invenção para galvanizartiras de aço. Tentativas em escala industrial foram executadas para compa-rar o resfriador da Patente U.S. N0 4.971.842 com o resfriador/limpador dapresente invenção. Se a temperatura de imersão da tira for muito alta, a rea-tividade do banho torna-se muito alta, resultando em borra suspensa. O sis-tema da presente invenção opera para alcançar o banho livre de borra e osubseqüente produto livre de borra a temperaturas de imersão da tira razoá-veis, preferivelmente cerca de 470°C até cerca de 538°C para a temperaturada tira de aço, preferivelmente cerca de 440°C até cerca de 450°C para oponto de referência da temperatura do banho, e mais preferivelmente cercade 445°C até cerca de 450°C para o ponto de referência da temperatura dobanho. Quando a temperatura do banho for menor que cerca de 445°C, po-de ocorrer algum congelamento do zinco na superfície do banho o que tornaa remoção da borra de topo por escumação mais difícil.

Conforme visto na Fig. 2(a), o refrigerador de banho inclui umprimeiro trocador de calor 19 que compreende um amarrado de tubos de açoinoxidável em forma de U 20 transportando nitrogênio e água deionizadacomo refrigerante através do banho. O refrigerante (enclausurado pelos tu-bos 20) entra no banho a cerca de 90°C até cerca de 100°C e sai do banhoa cerca de 250°C até cerca de 350°C. Um trocador de calor secundário(não-mostrado) fora do banho reduz a temperatura do refrigerante de umafaixa de cerca de 250°C até cerca de 350°C para uma faixa de cerca de30°C até cerca de 50°C. Então, após um soprador recircular a atmosfera devolta ao primeiro trocador de calor 19, o refrigerante é retornado ao banho auma temperatura de cerca de 90°C até cerca de 100°C.

O aparato pode assim controlar a temperatura do fluxo de zincoatravés dos orifícios para que seja de 0,1-3 graus Celsius abaixo da tempe-ratura de operação do banho de zinco. A temperatura de operação do banhode zinco é mantida a ± 10C do ponto de referência. Quando o ponto de refe-rência é mantido constante, não há transição da temperatura do banho e atemperatura do banho é dita como estando no estado estável.

Os bicos superiores 7 dirigem o fluxo de zinco obliquamente emdireção à tira de aço, preferivelmente contra a sua direção de movimenta-ção, evitando o aquecimento do zinco dentro do túnel de imersão ("snout") eevitando a formação de vapores de zinco no forno, o que no final das contasevita a formação de borra no banho e melhora a aderência do revestimento.

Os bicos inferiores 8 dirigem o fluxo de zinco e podem, por exemplo, direcio-nar o fluxo perpendicularmente na direção da tira de aço. A quantidade totaldo fluxo de zinco pode ser controlada por meio da velocidade de rotação dabomba 10.

Dois agitadores ou impulsores 17 localizados na bomba 10 emcada lado dos tubos de aço inoxidável em forma de U 20 retiram um zincorelativamente puro para cima a partir do fundo do banho para passar atravésdos orifícios próximos ao túnel de imersão ("snout"). O zinco resfriado entãoresfria a tira rapidamente à medida que a tira entra no banho. Também, de-vido ao zinco estar sendo circulado pelos agitadores 17, o aquecimento loca-lizado do zinco próximo do túnel de imersão ("snout") é minimizado ou evitado.

Conforme mostrado na Tabela 1, o resfriador/limpador pode pro-duzir um produto com revestimento livre de borra.

TABELA 1

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Os teores de alumínio e ferro foram medidos pela análise quími-ca das amostras retiradas do banho de zinco. A solubilidade do ferro para ozinco a 447°C é de 0,020% em peso quando o teor de alumínio for de0,14%. Assim o teor de ferro do banho é igual à solubilidade do ferro. Comoresultado o método da invenção é capaz de manter um banho de zinco livrede borra para produzir um produto livre de borra.

Os três gráficos das Figs. 6(a) - (c) descrevem o resultado douso da presente invenção como oposto aos que ocorrem quando se usa osistema da Patente U.S. Nq 4.971.842. Em particular, a eficácia (eficácia =remoção de borra por unidade de tempo) do sistema da presente invenção ésuperior se comparado àquele da Patente U.S. N0 4.971.842. Isto é ilustradopelo gráfico na Fig. 6(c), ilustrando a remoção de borra por um período detempo, para uma pluralidade de bobinas que estão sendo processadas. Ca-da uma das bobinas tem aproximadamente 20 toneladas de aço e toma a-proximadamente 30 minutos para ser processada. Na ocasião em que a ter-ceira bobina é processada, a operação da presente invenção é para removerrapidamente as partículas de borra do banho de zinco saturado de ferro.

Subseqüentemente a bobina 4 torna-se a primeira bobina processada emum ambiente livre de borra, que é o objetivo da presente invenção. O resul-tado foi impossível de ser alcançado com o sistema da Patente U.S.4.971.842.

Em muitos processos convencionais, a tira deve ser resfriada atécerca de 460°C no túnel de imersão ("snout") para evitar a formação da ligade ferro-zinco na tira enquanto ainda está no banho. Uma vez que a presen-te invenção minimiza o resfriamento da tira antes da imersão da tira, confor-me mostrado pelos dois exemplos imediatamente abaixo, o rendimento datira pode ser aumentado.

Para uma tira composta de aço de baixa liga e alta resistênciaou aço regular de baixo carbono acalmado ao alumínio, a temperatura deimersão da tira ou a temperatura de túnel de imersão ("snout") tanto paragalvanização quanto para galvanização-recozimento pode ser da ordem de471°C, é preferivelmente de cerca de 510°C, e pode ser de até cerca de538°C. Próximo a 538°C, entretanto, a vaporização do zinco pode começar aocorrer e há um leve aumento na formação de borra.

Para uma tira composta de aços degaseificados a vácuo, tantoestabilizada quanto não estabilizada, a temperatura da tira na imersão ou notúnel de imersão ("snout") tanto para galvanização quanto para galvaniza-ção-recozimento é preferivelmente de 471 °C, mas pode ser de cerca de471°C até cerca de 510°C. A maiores temperaturas, ocorre mais crescimen-to da liga de ferro-zinco.

Em ambos os exemplos imediatamente acima, uma temperaturade banho de 447°C é preferida mas qualquer temperatura de banho na faixade cerca de 445°C até cerca de 450°C é adequada.

A concentração efetiva de alumínio no banho está próxima, e àdireita, do ponto de joelho do diagrama ternário de solubilidade ferro-zinco-alumínio. O alumínio efetivo não inclui o alumínio que está amarrado às ligasintermetálicas. Em outras palavras, o aluminio efetivo é definido como o a-lumínio em solução no banho,que pode controlar a formação da liga de ferro-zinco entre o revestimento e o aço. As concentrações de alumínio efetivo decerca de 0,10% em peso até cerca de 0,15% em peso são adequadas parauso de acordo com a presente invenção para a produção tanto de aço gal-vanizado-recozido quanto de aço galvanizado do mesmo banho fundido. Asconcentrações preferidas de alumínio efetivo são de 0,12 a 0,15% em pesopara a produção tanto de aço galvanizado-recozido quanto de aço galvani-zado do mesmo banho fundido, e as concentrações de alumínio efetivo maispreferidas são de 0,13 a 0,14% em peso. As concentrações de alumínio efe-tivo foram medidas usando-se um sensor dinâmico que foi desenvolvido peloNagoya Institute of Technology e que foi descrito no artigo Development ofAl Sensor in Zn Bath for Continuous Galvanizing Processes by S. Yamagu-chi, N. Fukatu, H. Kimura, K. Kawamura, Y. Iguchi e T. O-Hashi, Galvatech1995 Proceedings, pp. 647-655 (1995). O sensor dinâmico foi fabricado pelaYamaru Industries Ltd. Of Japan e foi comercializado pela Cominco.

Se a concentração de alumínio efetivo estiver do lado direito doponto de joelho do diagrama ternário de solubilidade ferro-zinco-alumínio, aformação de borra é aceitavelmente baixa (a formação de borra geralmentedecresce com o aumento do teor de alumínio) e a transição de galvanizaçãopara galvanização-recozimento e vice-versa é relativamente fácil. Também oteor de alumínio relativamente baixo que resulta da operação logo à direitádo ponto de joelho do diagrama de solubilidade ferro-zinco-alumínio resultaem um produto com menos alumínio no revestimento do que o produzidoconvencionalmente o que leva a uma soldabilidade de pontos melhorada.

A concentração de alumínio dos revestimentos produzidos con-vencionalmente é tipicamente 2,5 a 4 vezes a concentração de alumínio dobanho dependendo da temperatura do banho, da temperatura da tira, do pe-so do revestimento, e de outros fatores. A concentração de alumínio dos re-vestimentos produzidos pela presente invenção varia entre cerca de 1,5 a2,5 vezes a concentração de alumínio no banho.No banho da presente invenção, a temperatura e a uniformidadede composição são importantes, e a circulação do banho ajuda a alcançarambas as características. Em métodos convencionais, apenas o movimentoda tira e dos cilindros no banho, e a força causada pelos indutores do banho,resultam na circulação do zinco. Tal circulação mínima leva a temperaturasdesiguais e a uma composição não-uniforme através do banho. Também,como o alumínio é mais leve que o zinco, o alumínio flui para a superfície dobanho, também aumentando a não-uniformidade da composição.

Quando se opera próximo ao ponto de joelho do diagrama terná-rio ferro-zinco-alumínio usando-se os métodos convencionais, há vários gra-dientes no banho. Também, se o alumínio em um método convencional forbaixo, então o teor de ferro aumenta. Portanto, forma-se mais borra de fun-do. Também, a alta temperatura do banho e a alta variação de temperaturapodem levar à formação de borra.

Empregando-se os métodos da presente invenção, a aderênciade revestimento é melhorada devido a uma camada de ferro-zinco mais finacom um teor de alumínio baixo. Uma aderência melhorada foi alcançadacom pesos de revestimento de 88 e 145 g/m2/lado. Também resultou umaqualidade de superfície superior porque não houve virtualmente nenhum a-panhamento de borra pela tira durante as condições de estado estável.Também a velocidade da tira na linha (ou rendimento) foi mais rápida, por-que o processo não foi limitado à taxa de resfriamento de jato antes da imer-são da tira.

O peso da borra formada foi em média de apenas cerca de 6 a7% do zinco consumido durante os exemplos acima da presente invençãocomparados a cerca de 8 a 10% nos processos de revestimento convencio-nais. Enquanto os métodos convencionais de galvanização empregandomenos de 0,15% de alumínio no banho fundido produzem tipicamente tirastendo aderência pobre de revestimento e muito apanhamento de borra, opresente método produz tiras galvanizadas com excelente aderência do re-vestimento e virtualmente com nenhum apanhamento de borra enquantoemprega menos que 0,15% de alumínio.Além disso, o aço galvanizado de alta qualidade de superfície foirevestido no mesmo banho fundido (com substancialmente a mesma con-centração efetiva de alumínio) que o aço galvanizado-recozido. A concentra-ção de alumínio efetivo durante o revestimento para galvanização-recozimento é substancialmente a mesma que a concentração de alumínioefetivo durante o revestimento para galvanização. Substancialmente a mes-ma, neste contexto, significa que nenhum agente abrilhantador foi adiciona-do de uma fonte externa entre a galvanização-recozimento e a galvanização,e nenhuma etàpa (por exemplo, adição de zinco puro) foi tomado para redu-zir a concentração de alumínio entre a galvanização-recozimento e a galva-nização. Variações de ± 0,005% de alumínio podem ser esperadas devido àpequena e localizada concentração variada de alumínio nos locais onde aconcentração de alumínio efetivo é medida. Assim, leituras múltiplas de con-centração de alumínio efetivo devem ser tomadas para alcançar uma çon-centração média de alumínio efetivo. Em algumas representações, a con-centração de alumínio efetivo do banho varia de não mais do que 0,01% empeso entre a galvanização-recozimento e a galvanização.

A aderência do revestimento pode ser determinada pela exposi-ção da tira galvanizada a um impacto severo para produzir uma mossa eentão aplicando-se fita SCOTCH® à área que sofreu o impacto. Se não o-correu nenhuma fratura ou descascamento então a aderência do revesti-mento é considerada excelente. O apanhamento de borra é determinadovisualmente examinando-se a superfície da tira revestida para bolhas queindicam a presença de borra. Uma tira revestida substancialmente livre deborra é definida como uma tira revestida que não tenha bolhas detectáveispor inspeção visual.

Em processos convencionais, o baixo alumínio no banho causao crescimento excessivo da liga de ferro-zinco, o que, por sua vez, causabaixa aderência do revestimento sobre a tira. O baixo alumínio no banho emprocessos convencionais também causa a excessiva formação de borra. Emcontraste, nos métodos presentes, o baixo alumínio no banho pode ser em-pregado sem formação de borra porque a temperatura do banho baixa econstante e a composição uniforme do banho diminuem o teor de ferro dobanho até próximo do limite de solubilidade do ferro. A temperatura baixa econstante e a composição uniforme do banho resultam do dispositivo de re-frigeração do banho discutido acima. As baixas temperaturas do banho al-cançadas pela presente invenção fariam o zinco congelar próximo à superfí-cie se empregadas nos métodos convencionais.

No presente método, o baixo crescimento da liga de ferro-zincoé alcançado porque mais alumínio efetivo está presente no banho e a tem-peratura do banho pode ser menor que nos métodos convencionais. Emboraconvencionalmente o revestimento para aço galvanizado seja maior em teorde alumínio do que o revestimento para aço galvanizado-recozido, a presen-te invenção permite a produção de revestimentos galvanizados de alta quali-dade de superfície sem muito teor de ferro (isto é, com boa aderência) emum banho que tenha um teor de alumínio efetivo na faixa de galvanização-recozimento. Assim, o método presente permite que o mesmo banho sejaempregado para produzir tanto aço galvanizado-recozido quanto aço galva-nizado, uma vez que o banho tem substancialmente a mesma concentraçãode alumínio efetivo durante a galvanização quanto durante a galvanização-recozimento.

Um banho novo ou sem uso é inicialmente livre de borra. Entre-tanto, um banho que tenha previamente sido usado para os métodos con-vencionais de galvanização e galvanização-recozimento contém alguma bor-ra. Para remover a borra de forma que um banho previamente usado possaser usado para produzir uma tira revestida substancialmente livre de borra,uma ou mais bobinas podem ser passadas pelo banho. Tal bobina ou bobi-nas apanharão a borra, livrando o banho da borra para as bobinas subse-qüentes. Uma vez que a borra tenha sido removida, a presente invençãopermite a produção de aço galvanizado-recozido por períodos extensos detempo sem que a borra seja apanhada pela superfície do aço. Alguma borrade topo pode se formar enquanto se emprega o presente método. Entretan-to, esta pode ser removida pela escumação da superfície do banho.

Empregando o presente método, a vida do cilindro é aumentadabem como a vida dos mancais e luvas do dispositivo de revestimento. A vidaaumentada daquele equipamento vem da menor quantidade de borra e douso de uma menor temperatura de banho que reduz a erosão. A vida au-mentada do equipamento resulta em uma produção aumentada porque oscilindros trabalham por um período de tempo mais longo. Adicionalmente, háuma redução no custo de reposição de cilindros.

Assim, a presente invenção permite transições de produtos maisrápidas de galvanização-recozimento para galvanização e vice-versa, tirasgalvanizadas de maior qualidade produzidas durante a transição de galvani-zação para galvanização-reozimento, e, devido à menor temperatura de ba-nho que diminui a solubilidade do ferro, a qualidade de superfície da tira re-vestida é melhor que a tira revestida convencionalmente produzida mesmodurante a produção convencional no estado estável. Também o rendimentopode ser aumentado para a capacidade do forno, aumentando portanto avelocidade das linhas de produção previamente limitada pela capacidade deresfriamento dos jatos. O rendimento de produtos substancialmente livres dedefeitos pode ser aumentado porque menos depósitos de borra aparecemnos cilindros e, conseqüentemente, menores defeitos de revestimento sãoproduzidos.

Embora as representações preferidas tenham sido descritas co-mo exemplo, a presente invenção não deveria ser construída como sendopor elas limitada. Conseqüentemente, a presente invenção pode ser consi-derada como incluindo todas e quaisquer equivalências, modificações, varia-ções e outras representações limitadas apenas pelo escopo das reivindica-ções do dispositivo.

Claims (21)

1. Método para revestir uma tira de aço, compreendendo as etapas de:fornecer um banho de zinco fundido contendo alumínio; tendouma concentração de alumínio;rtianter um ponto de referência do banho a uma temperaturapredeterminada;circular o zinco fundido para evitar uma acumulação de borra;submergir a tira de aço no banho para revestir a tira;direcionar o zinco fundido para a tira imersa para resfriar a tira;caracterizado pelo fato de que, em combinação:a concentração efetiva do alumínio no referido banho é de cercade 0,10% em peso até cerca de 0,15% em peso;o ponto de referência do referido banho é de cerca de 440°C atécerca de 450°C; eao ser submergida no banho, a tira apresenta uma temperaturano túnel de imersão ("snout") de cerca de 470°C até cerca de 538°C.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o ponto de referência do banho é mantido a uma temperatura decerca de 445°C até cerca de 450°C.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a temperatura do banho é mantida dentro de 10C do ponto dereferência.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o banho de zinco fundido tem uma concentração de alumínioefetivo de 0,13-0,14% em peso.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a superfície do banho está completamente fundida.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que:a tira compreende um aço de baixa liga e alta resistência ou umaço de baixo carbono acalmado ao alumínio;a tira tem uma temperatura no túnel de imersão ("snout") de cer-ca de 510°C.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que:a tira compreende aço degaseificado a vácuo com carbono ul-trabaixo ou extrabaixo; ea tira tem uma temperatura no túnel de imersão ("snout") de cer-ca de 471°C.

8. Método para produzir aço galvanizado e aço galvanizado-recozido tendo uma superfície de alta qualidade, compreendendo as etapasde:fornecer um banho de zinco fundido tendo uma concentração dealumínio efetivo;manter um ponto de referência do banho a uma temperaturapredeterminada; erevestir as tiras de aço pela imersão das tiras no banho;caracterizado pelo fato de que, para produzir tiras galvanizadase tiras galvanizadas-recozidas substancialmente livres de borra:a referida temperatura predeterminada do ponto de referência dobanho é de cerca de 440°C até cerca de 450°C; ea concentração de alumínio efetivo do banho durante a galvani-zação é substancialmente similar à concentração de alumínio efetivo no ba-nho durante a galvanização-recozimento.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a concentração de alumínio efetivo do banho varia de não maisque 0,01% em peso entre a galvanização e a galvanização-recozimento.

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a concentração de alumínio efetivo do banho durante a galvani-zação é idêntica à concentração de alumínio efetivo do banho durante a gal-vanização-recozimento.

11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que:o ponto de referência do banho é mantido a uma temperatura decerca de 445°C até cerca de 450°C; ea temperatura do banho é mantida dentro de 1°C do ponto de re-ferência.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que o ponto de referência é mantido a 447°C.

13. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a concentração de alumínio efetivo do banho está entre cerca de 0,10% em peso e 0,15% em peso.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de que a concentração de alumínio efetivo do banho é 0,13-0,14%em peso.

15. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que as tiras têm uma temperatura no túnel de imersão ("snout") nafaixa de cerca de 470°C a cerca de 538°C.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que:as tiras compreendem um aço de baixa liga e alta resistência ouum aço de baixo carbono acalmado ao alumínio; eas tiras têm uma temperatura no túnel de imersão ("snout") decerca de 510°C.

17. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que:as tiras compreendem um aço degaseificado a vácuo com car-bono ultrabaixo ou extrabaixo; eas tiras têm uma temperatura no túnel de imersão ("snout") decerca de 471 °C.

18. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que as tiras galvanizadas e galvanizadas-recozidas têm excelenteaderência de revestimento.

19. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a superfície do banho está completamente fundida.

20. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que as tiras galvanizadas e galvanizadas-recozidas têm excelentesoldabilidade de pontos.

21. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de compreender ainda a etapa de:direcionar o zinco relativamente frio do fundo do banho em dire-ção à tira que está sendo imersa no banho para evitar a formação de pontosquentes adjacentes à tira imersa, e para resfriar rapidamente as tiras imer-sas para aproximar a temperatura do banho.