BRPI0520706B1

BRPI0520706B1 - Processo para a fabricação de tiras de aço e instalação para a produção de tiras de aço a partir de placas finas

Info

Publication number: BRPI0520706B1
Application number: BRPI0520706-1A
Authority: BR
Inventors: Giovanni Arvedi
Original assignee: Giovanni Arvedi
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2019-07-09
Also published as: CA2624700C; EP1963034B2; AU2005339365B2; JP5167145B2; CA2624700A1; CN101309763B; US8025092B2; EG25096A; WO2007072515A1; ES2361610T5; AU2005339365A2; AU2005339365A1; CN101309763A; ES2361610T3; RU2381847C1; BRPI0520706A2; EP1963034B1; JP2009520882A; US20110308289A1; EP1963034A1

Abstract

processo e instalação relacionada para a produção de tiras de aço sem interrupção da continuidade. é descrito um processo para a fabricação de tiras de aço sem interrupção da continuidade, compreendendo uma etapa de lingotamento contínuo para placas finas com uma alta "vazão de massa", uma etapa de corte e um aquecimento subseqtiente em forno, seguida por uma etapa de laminação em múltiplas cadeiras, em que a temperatura média do produto na entrada da laminação é maior que a temperatura superficial, que é igual a pelo menos 1.100 °c, menor que a medida na área central interna em cerca de 100 0c. é também descrita uma instalação para a realização de tal processo, em que, na entrada de um forno (25; 34), possivelmente do tipo por indução, combinada com um túnel de manutenção de temperatura (36), é provida uma tesoura (3) para dividir (24; 34) uma placa (22; 32) proveniente do lingotamento contínuo (21; 31) em peças, em que a distância entre a saída do dito lingotamento contínuo e a entrada no laminador de acabamento (29; 39) não é maior que 100 m.

Description

“PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE TIRAS DE AÇO E INSTALAÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE TIRAS DE AÇO A PARTIR DE PLACAS FINAS” [0001] A presente invenção diz respeito a um processo e instalação relacionada para a fabricação de tiras de aço.

[0002] Na indústria siderúrgica, apesar de aplicar-se a qualquer campo industrial, é de conhecimento a necessidade de se utilizarem métodos de fabricação que envolvem menores custos de investimento e de produção. É bem sabido que, nos últimos anos, métodos de fabricação baseados nas assim chamadas tecnologias de placa fina têm tido um notório desenvolvimento e sucesso no sentido de redução de custo, sobretudo do ponto de vista energético. Três tipos fundamentais de processos de fabricação e instalações relacionadas, que desempenham uma tecnologia como esta, podem ser distintos, a saber, um primeiro tipo que não proporciona uma solução de continuidade entre a etapa de lingotamento contínuo e a de laminação, um segundo tipo em que as ditas duas etapas são separadas, dessa forma com uma solução de continuidade que permite o uso de um laminador Steckel e, finalmente, um terceiro tipo, novamente com solução de continuidade, mostrado na figura 1, que representa a tecnologia mais próxima da presente invenção, realizada, por exemplo, na assim chamada usina CSP da American Company Nucor Steel em Crawfordsville, Indiana (US).

[0003] Com referência à dita figura 1, em que a máquina de lingotamento contínuo está representada esquematicamente por 1, uma placa fina 2 é produzida na sua saída com espessura de 45 a 80 mm e uma velocidade típica de 5 m/minuto. A placa é cortada por meio de uma tesoura 3 em um comprimento típico de 40 m, de qualquer forma dependendo de sua espessura, da sua largura e do peso da bobina da tira fina desejada. A placa fina, assim subdividida 4, entra em um forno tipo túnel 5, cujo propósito é homogeneizar a temperatura, especialmente em toda a seção transversal, da superfície externa até o núcleo, em seguida passa por um descarepador 8 antes de entrar no laminador de acabamento 9 compreendendo, no exemplo mostrado, seis cadeiras 9.1 - 9.6. Depois da laminação, da qual ela sai em uma mesa de rolos de resfriamento 15, ela vai para o bobinamento final por meio de

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2/9 uma ou duas bobinadeiras 16 a fim de formar a bobina desejada.

[0004] Deve-se notar que o forno tipo túnel 5 é caracterizado, como per se conhecido, por um comprimento de cerca de 200 m e por um tempo de permanência típico da placa no seu interior entre 20 e 40 minutos a uma velocidade supraindicada. Certamente, uma velocidade de lingotamento contínuo acima de 5 m/minuto requer um comprimento do forno tipo túnel ainda maior que 200 m a fim de aquecer a placa e uniformizar sua temperatura. Por exemplo, com uma velocidade de 7 m/min na saída do lingotamento contínuo, o forno tipo túnel deveria ter um comprimento de cerca de 300 m, caso não se queira manter o tempo de permanência da placa no forno maior que 40 minutos. Aumentando ainda mais a velocidade de lingotamento, ainda para o mesmo tempo de permanência no forno, isto teria um comprimento ainda maior, dificilmente viável de um ponto de vista técnico e econômico.

[0005] Ainda com referência à figura 1, ela mostra três placas 4, 4.1 e 4.2 dentro do forno 5, entre as quais a primeira está ainda conectada no lingotamento contínuo, antes de ser cortada pela tesoura 3, a segunda está livre dentro do forno, pronta para ser laminada, e a terceira já está processada pelo laminador de acabamento 9 através do descarepador 8. Os perfis virtuais de duas placas adicionais 4.3 e 4.4 estão ainda representados por uma linha pontilhada, que pode encontrar um local dentro do forno 5 sem ter que parar o lingotamento contínuo, no caso de paradas no laminador, ou de operações de troca dos cilindros, se esses problemas puderem ser solucionados em um tempo inferior a 20 minutos.

[0006] O perfil de temperatura transversal da placa, imediatamente à montante da primeira cadeira de laminação, foi representado pelo detalhe marcado pelo número de referência 7. O diagrama da figura 1a mostra adicionalmente que uma placa com uma temperatura média de 1.000 °C na entrada do laminador de acabamento exige uma pressão ou tensão de escoamento Kf no material igual a 100 N/mm², ao passo que uma temperatura de 800 °C, no caso de aço baixo carbono, envolve uma pressão Kf de cerca de 150 N/mm². Como pode-se notar no detalhe 7, o perfil de temperatura da placa na entrada do laminador de acabamento

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3/9 é substancialmente homogêneo, mostrado pela curva ligeiramente convexa que representa-a de um mínimo de cerca de 990 °C nas extremidades, correspondente à temperatura superficial, a um máximo de 1.010 °C na zona central, correspondente ao núcleo da placa, de onde vem o valor previamente indicado de cerca de 1.000 °C para a temperatura média.

[0007] De fato, de acordo com este tipo de tecnologia anterior, há muito acreditase que o produto na saída do lingotamento contínuo 2, com um perfil de temperatura mostrado no diagrama do detalhe 6, relativo a uma seção transversal da placa na entrada do forno 5, isto é, com uma temperatura superficial de cerca de 1.100 °C e de cerca de 1.250 °C no núcleo (isto é, o ápice do diagrama), deve passar por um processo de completa homogeneização de temperatura. A tendência era sempre homogeneizar tal temperatura ao máximo possível, especialmente através da seção transversal da placa, antes de entrar no laminador de acabamento. De fato, sempre se pensou que, uniformizando a temperatura entre a superfície e o núcleo do produto, a vantagem de um alongamento homogêneo das fibras poderia ser obtida, a fim de apresentar a mesma resistência a deformação substancialmente com a mesma temperatura. Com base em tal preconceito técnico constante, sempre se tentou ter uma diferença de temperatura menor que 20 °C entre a superfície e o núcleo do produto, conforme anteriormente indicado com referência ao detalhe 7, a fim de se ter um alongamento homogêneo das fibras, até agora considerado necessário para se conseguir uma boa qualidade do produto final.

[0008] Por outro lado, conforme visto anteriormente, a característica de uniformidade de temperatura das placas não permite construção de usinas com altas velocidades de lingotamento, que seria teoricamente possível de se conseguir (até valores de 12 m/minuto por causa do presente desenvolvimento tecnológico), e assim com produtividades muito altas, por causa do comprimento inadmissível que o forno deveria ter.

[0009] Por outro lado, seria desejável ter fornos de menor comprimento entre o lingotamento contínuo e a laminação a fim de obter economia de espaço e redução de investimentos, resultando em uma maior temperatura média do produto,

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4/9 envolvendo uma menor potência total das cadeiras para a mesma espessura de tira, conforme salientado no diagrama da figura 1 a já mencionada.

[0010] De fato, superando-se assim um preconceito da tecnologia anterior, observou-se que, com uma temperatura no meio da seção transversal da placa maior que 100 - 200 °C com relação à temperatura superficial, mantida a cerca de 1.100 °C, é necessária uma menor pressão de laminação Kf a fim de se obter a mesma espessura final da tira, em virtude de a temperatura de laminação média ser aumentada, sem de outra forma prejudicar a qualidade do produto.

[0011] Observou-se também que tais condições de temperatura não são prejudiciais para a qualidade do produto laminado final, quando as condições seguintes são atendidas: o produto lingotado apresenta um valor de fluxo de massa suficientemente alto (isto é, a quantidade de aço que escoa na unidade de tempo na saída do lingotamento contínuo), com uma velocidade de saída > 5 m/minuto depois de ter passado por um processo de redução do núcleo líquido ou redução leve, em particular de acordo com os preceitos da EP 0603330 em nome do mesmo requerente, a fim de garantir a característica assim chamada sanidade central da placa lingotada e ter uma maior temperatura no núcleo, e assim também uma maior temperatura média na etapa de laminação.

[0012] Portanto, é um objetivo da presente invenção prover um processo para a fabricação de tiras de aço com solução de continuidade, permitindo a máxima redução possível com mínima resistência de separação e, portanto, exigindo uma menor potência total das cadeiras de laminação com uma consequente economia de energia para uma dada espessura de tira na saída do laminador.

[0013] Um outro objetivo da presente invenção é prover um processo do tipo supramencionado que pode atingir, com um comprimento de forno limitado, produtividades muito altas em decorrência de uma alta velocidade de lingotamento.

[0014] Esses e outros objetivos são alcançados por um processo que tem as características mencionadas na reivindicação 1 e por meio de uma instalação cujas características são citadas na reivindicação 3, enquanto outras vantagens e características da presente invenção ficarão evidentes a partir da descrição

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5/9 detalhada seguinte de uma modalidade preferida da mesma, dada a título de exemplo não limitante com referência aos desenhos anexos, em que:

[0015] A figura 1 mostra esquematicamente uma instalação para a fabricação de tiras de aço a partir de lingotamento contínuo, com solução de continuidade, de acordo com a tecnologia anterior, já descrita anteriormente;

[0016] A figura 1a é um diagrama que mostra a tendência da pressão de laminação exigida em função da temperatura média do material a ser laminado;

[0017] A figura 2 mostra uma vista esquemática de uma instalação de acordo com a presente invenção; similar à da figura 1; e [0018] A figura 3 mostra uma vista esquemática de uma variante da instalação de acordo com a presente invenção, compreendendo um forno de indução.

[0019] Com referência à figura 2, está mostrado esquematicamente um exemplo de instalação que realiza o processo de acordo com a presente invenção, começando de uma placa fina 22 na saída de uma zona de lingotamento contínuo, representada esquematicamente no geral por 21 e compreendendo, como é de conhecimento, um possível dispositivo adequado para conseguir uma redução do núcleo líquido ou redução macia. A placa fina 22 sai do lingotamento contínuo 21 com os mesmos valores de espessura e velocidade já indicados para a placa 2 da instalação da figura 1 relacionada com a tecnologia anterior, isto é, com uma espessura entre 45 e 80 mm, por exemplo, 60 mm, uma velocidade igual a 5 mm/minutos e uma largura igual a 1.600 mm, ou seja, com uma alta vazão de massa supradefinida. O perfil de temperatura na zona à montante do forno 25 (aqui não mostrado) é ainda o mostrado com detalhes 6 da figura 1, com uma temperatura superficial de cerca de 1.100 °C e cerca de 1.250 °C no núcleo (ápice do diagrama).

[0020] A placa é ainda subdividida, tipicamente em partes com comprimento de 40 m, por meio de uma tesoura 3, de acordo com o peso da bobina final desejada, e entra em um forno tipo túnel tradicional 25 (aquecido a gás), mas que é de um comprimento limitado, tendo o propósito de manter a placa fina 24 na temperatura pelo aquecimento da mesma. Daí, ela passa através de um descarepador 8 para um laminador de acabamento 29 do qual ela vai, após sua laminação, para uma mesa

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6/9 de rolos 15 a fim de ser bobinada por meio de uma ou duas bobinadeiras 16, conforme já visto de acordo com a figura 1.

[0021] Diferente da instalação da figura 1, o forno tipo túnel 25 aqui mostra o comprimento que tem que ser o menor possível e, de qualquer maneira, não maior que 100 m, para que o tempo de permanência da placa fina no seu interior seja o menor possível. Isto tem o propósito de manter um perfil com uma tendência triangular na sua saída, indicado pelo detalhe 27, sendo caracterizada pela temperatura superficial de cerca de 1.100 °C, uma temperatura no núcleo da placa de cerca de 1.200 °C e uma temperatura média de cerca de 1.150 °C. A tendência resultante é assim substancialmente menos homogênea do que o perfil mostrado no detalhe 7 da figura 1, para a mesma velocidade de alimentação.

[0022] Dentro do forno 25, duas placas 24 e 24.2 estão representadas, das quais a primeira está ainda conectada no lingotamento contínuo antes de ser cortada pela tesoura 3 e a segunda já processada pelo laminador de acabamento 29 através do descarepador 8, e assim já está na etapa de laminação. A linha pontilhada 24.1, intermediária às duas placas, por sua vez representa o espaço disponível para uma placa adicional, servindo como um pulmão no caso de paralisação do laminador, se a espessura de placa na saída e o peso da bobina desejados permitirem ter placas de comprimento < 30 m, dados os limites supramencionados do comprimento geral do forno. Cada placa, depois do corte na tesoura 3, é acelerada e transferida para a parte central do forno até que ela atinja a velocidade de entrada do laminador de acabamento, igual a cerca de 15 - 20 m/min, a fim de reduzir o tempo de permanência no próprio forno ao máximo possível, que poderá ser reduzido ainda mais que 10 minutos, em vez de 20 - 40 minutos previstos para a instalação de acordo com a tecnologia anterior mostrada na figura 1.

[0023] Conforme previamente declarado, deve-se notar que de qualquer maneira a distância entre a saída do lingotamento contínuo 21 e o laminador de acabamento 29 não será maior que 100 m, com a consequente vantagem adicional de se ter uma instalação mais compacta que exige um menor espaço também com altas velocidades na saída do lingotamento contínuo. Desta maneira, a temperatura média

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7/9 do produto será maior que a temperatura superficial, sendo maior que pelo menos 100 °C no núcleo com relação à superfície externa. Pelo diagrama da figura 1a fica claro que um valor Kf de cerca de 70 N/mm² corresponde a uma temperatura média de 1.150 °C, em vez de 100 N/mm² como acontece com a temperatura média de 1.000 °C resultante da instalação da figura 1.

[0024] Deve-se notar que, usando a maior temperatura supramencionada do fluxo de massa, maiores reduções podem ser obtidas, em particular nas primeiras cadeiras de laminação, permitindo obter menores espessuras com um número igual ou inferior de cadeiras, com relação à tecnologia anterior. Na figura 2, por exemplo, as cadeiras de laminação 29 foram representadas em um número de cinco, contra seis do laminador 9 da figura 1.

[0025] A figura 3 mostra uma outra modalidade da presente invenção, em que o forno tipo túnel 25, tipicamente aquecido a gás, é substancialmente substituído por um forno de indução 35. Nos fornos de indução da tecnologia anterior (ver, por exemplo, EP 041987 em nome do mesmo requerente) foram usados a fim de aquecer uma placa fina, previamente laminada em uma espessura de cerca de 15 mm em um laminador de desbaste, e torná-lo adequado para a etapa de laminação de acabamento subsequente. Como o núcleo da placa foi de qualquer maneira mais quente que a superfície, a frequência de trabalho do forno foi no geral escolhida suficientemente alta de forma que a profundidade de penetração da energia térmica, inversamente proporcional à frequência, fosse tal a basicamente aquecer a camada superficial caracterizada por uma menor temperatura.

[0026] Ao contrário, de acordo com a presente invenção, o forno de indução 35 da figura 3 é usado com uma frequência de trabalho suficientemente baixa de forma que a ação de aquecimento, sendo realizada de uma maneira praticamente homogênea em toda a seção transversal da placa para o núcleo, mantém substancialmente a mesma tendência na sua entrada até o final, tal tendência sendo mostrada pelo diagrama de detalhes 6 na figura 1. Assim, se na entrada do forno 35 a placa 34, a ser cortada pela tesoura 3 da placa 32 proveniente do lingotamento contínuo 31, tiver uma temperatura superficial de 1.100 °C e de 1.250 °C no núcleo,

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8/9 na saída do dito forno ela poderá ter também uma temperatura superficial de 1.150 °C ou mais e de cerca de 1.250 °C no núcleo, não somente mantendo uma sensível diferença de temperatura interna-externa, mas também aumentando a temperatura média da placa que está sendo laminada, com todas as vantagens previamente mostradas com referência à figura 1a.

[0027] Antes de entrar no forno de indução 35, a placa fina 32 proveniente do lingotamento contínuo 31 passa de qualquer forma, depois da tesoura 3, para um túnel de manutenção de temperatura e possível aquecimento 36, que tem o propósito de limitar perdas térmicas.

[0028] Deve-se notar que o forno de indução 35, diferentemente do que está mostrado na figura 3, poderia também ser colocado antes do dito túnel 36, de uma maneira tal a aumentar a temperatura da placa enquanto esta está ainda conectada no lingotamento contínuo, com o propósito de limitar seu dimensionamento de potência. Depois do corte pela tesoura 3, a placa cortada 34 é acelerada, conforme já dito para a placa 24 com referência à figura 2, a fim de atingir a velocidade de entrada do laminado 39, igual a 15 - 20 m/min. O túnel 36 compreendendo mesas de rolos entre o lingotamento contínuo e o laminador, à montante e à jusante do forno 35, é formado de painéis isolantes, que podem ser providos com queimadores de gás e/ou resistores a fim de reduzir ainda mais as perdas de calor. Resumidamente, dado o menor comprimento de um forno de indução com relação a um tradicional, pode-se dizer que também neste caso, levando-se em consideração o túnel 36, sendo de um comprimento reduzido com relação ao forno 25 da figura 2, a distância total entre a saída do lingotamento contínuo e a entrada do laminador novamente não é maior que 100 m.

[0029] Sistemas de resfriamento ou possivelmente sistemas de aquecimento intermediários, não mostrados no desenho, podem ser providos entre as cadeiras do laminador de acabamento 29 ou 39, sendo dispostos entre uma cadeira e uma outra de acordo com a velocidade de laminação e com o tipo de aço a ser laminado.

[0030] Finalmente, a presente invenção pode também ser usada a fim de realizar processos e em instalações relacionadas com duas linhas de lingotamento

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9/9 suprimento o mesmo laminador 29 ou 39.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a fabricação de tiras de aço, compreendendo uma etapa de lingotamento contínuo de placas finas, com uma espessura entre 45 e 80 mm e alta vazão de massa, isto é, a quantidade de aço que passa por unidade de tempo na saída do lingotamento contínuo, com solução de continuidade, sendo provida uma etapa de corte e subsequente aquecimento, seguida por uma etapa de laminação em múltiplas cadeiras, caracterizado pelo fato de que dito aquecimento é obtido, pelo menos parcialmente, por aquecimento por indução com, frequência de trabalho suficientemente baixa a fim de levar a ação de aquecimento ao núcleo da placa e para substancialmente manter a mesma diferença de temperatura entre o interior e o exterior da placa quando ela entra na etapa de laminação, pelo que a temperatura média do produto em qualquer seção transversal do mesmo é mais alta do que a temperatura na superfície, esta sendo igual ou superior a cerca de 1100°C, e em que na zona interna central, ou núcleo, da placa a temperatura é pelo menos 100°C mais alta que a temperatura da superfície.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um resfriamento e/ou aquecimento intermediário é provido entre as cadeiras de laminação.
3. Instalação para a produção de tiras de aço a partir de placas finas com espessura entre 45 e 80 mm provenientes de lingotamento contínuo (21; 31), compreendendo pelo menos um forno de aquecimento (25; 35, 36) à montante de um laminador de acabamento de múltiplas cadeiras (29; 39), em que o dito produto do lingotamento entra com solução de continuidade, depois do corte em placas (24; 34) por meio de uma tesoura (3), sendo provido um descarepador (8) entre o forno (25; 35, 36) e o laminador (29; 39), caracterizada pelo fato de que um de ditos pelo menos um forno é um forno de indução (35), cuja frequência de trabalho é escolhida suficientemente baixa a fim de levar a ação de aquecimento ao núcleo da placa e para manter substancialmente a mesma diferença de temperatura entre o interior e o exterior na extremidade de dito forno na entrada da primeira cadeira de laminação do dito laminador de acabamento (29-39), pelo que a temperatura média da placa é

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2/2 mais alta que a temperatura na superfície e na zona interna central, ou núcleo, ela é pelo menos 100°C mais alta que a dita temperatura na superfície, que é igual ou superior a 1100°C, a distância entre a saída do lingotamento contínuo (21, 31) e a entrada do laminador (29; 39) não sendo maior que 100 m.
4. Instalação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que além do dito forno de indução (35), é previsto um segundo forno tipo túnel aquecido a gás.
5. Instalação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que apenas um forno (35) é previsto, do tipo de indução.
6. Instalação, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que um túnel de manutenção de temperatura (36) é provido em combinação com o dito forno de indução (35), à montante e/ou à jusante do mesmo, de um comprimento tal a manter a distância total entre o lingotamento contínuo e o laminador de acabamento não superior a 100 m, adequada para limitar as perdas térmicas.
7. Instalação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o dito túnel (36) é formado por mesas de rolos providas com painéis isolantes.
8. Instalação, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que o dito túnel (36) é provido com queimadores de gás e/ou resistores elétricos.
9. Instalação, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que o dito forno de indução (35) é colocado imediatamente à montante do descarepador (8).
10. Instalação, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de que o dito forno de indução (35) é colocado imediatamente à jusante da tesoura (3).
11. Instalação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente dispositivo de resfriamento e/ou aquecimento intermediário entre as cadeiras do laminador (29; 39).