BRPI0613441A2

BRPI0613441A2 - distribuidor para lingotamento contìnuo de aço fundido, elemento refratário, e, processo para o lingotamento contìnuo de aço

Info

Publication number: BRPI0613441A2
Application number: BRPI0613441-6A
Authority: BR
Inventors: Jose Simoes; Philippe Guillo; Dominique Janssen
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2012-11-06
Also published as: EP1904251A2; TWI380862B; WO2007009667A2; KR101241586B1; RU2008105488A; CN101242924B; US8631978B2; PT2158989E; MX2008000699A; WO2007009667A3; DE602006011014D1; ATE451192T1; UA89095C2; ES2337834T3; JP2009501085A; PL1904251T3; AU2006271972A1; ES2499022T3; ZA200800910B; PL2158989T3

Abstract

DISTRIBUIDOR PARA LINGOTAMENTO CONTìNUO DE AçO FUNDIDO, ELEMENTO REFRATóRIO, E, PROCESSO PARA O LINGOTAMENTO CONTìNUO DE AçO. A presente invenção diz respeito ao lingotamento contínuo de aço e, particularmente, ao problema de reoxidação de aço. Em particular, a invenção diz respeito a um distribuidor (50) que compreende um conjunto que compreende uma válvula (1) e um elemento refratário envolvente (4) que impede ou limita reoxidação do aço. De acordo com o outro de seus aspectos, a invenção também diz respeito a um elemento refratário envolvente como esse e a um processo de lingotamento contínuo de aço.

Description

"DISTRIBUIDOR PARA LINGOTAMENTO CONTÍNUO DE AÇO FUNDIDO, ELEMENTO REFRATÁRIO, Es PROCESSO PARA O LINGOTAMENTO CONTÍNUO DE AÇO"

A presente invenção diz respeito ao lingotamento contínuo de aço e, particularmente, ao problema de reoxidação de aço. Em particular, a invenção diz respeito a um distribuidor que compreende um conjunto que compreende um bico e um elemento refratário envolvente que impede ou limita reoxidação do aço. De acordo com o outro de seus aspectos, a invenção também diz respeito a um elemento refratário envolvente como esse e a um processo de lingotamento contínuo de aço.

Com a crescente demanda de controle de qualidade e propriedades, a limpidez do aço torna-se cada vez mais importante. Problemas como o controle da composição química e a homogeneidade têm sido suplantados por preocupações geradas pela presença de inclusões não metálicas. Especialmente a presença de inclusões de óxido de alumínio é considerada prejudicial tanto para o próprio processo de produção quanto para as propriedades do aço. Essas inclusões são basicamente formadas durante a desoxidação do aço na panela, que é necessária para o lingotamento contínuo. Remoção incompleta das inclusões não metálicas durante metalurgia secundária e reoxidação do banho de aço causam entupimento da válvula durante o lingotamento contínuo. A camada de material entupido contém em geral grandes agrupamentos de óxido de alumínio. Sua espessura está relacionada com a quantidade de aço Iingotado, bem como com a limpidez do aço. Entupimento do bico resulta em uma menor produtividade, em virtude de menos aço poder ser vazado por unidade de tempo (em decorrência da diminuição do diâmetro) e por causa da troca das válvulas, com simultâneas interrupções de lingotamento. Além do entupimento, a presença de produtos da reoxidação pode dar origem a erosão dos bicos e à formação de defeitos de inclusão no aço. Diversas soluções têm sido desenvolvidas na tecnologia para impedir reoxidação do aço. Em particular, a corrente de metal fundido é em geral protegida por uma barragem de vazamento durante sua transferência de um vaso de lingotamento para um vaso (ou molde) à jusante) para impedir contato direto entre o aço vazado e a atmosfera em volta. Argônio é geralmente injetado diretamente na superfície do bico de vazamento de maneira a proteger a corrente de metal fundido. A superfície da corrida de aço em um vaso metalúrgico (por exemplo, um distribuidor) é geralmente coberta por uma camada de escória líquida de maneira a impedir contato direto entre o aço e a atmosfera em volta. Alternativamente (ou adicionalmente), a atmosfera acima do distribuidor pode ser feita inerte (uso de removedor de oxigênio ou de gás inerte, tal como argônio).

Soluções adicionais foram desenvolvidas na tecnologia para remover inclusões não metálicas e produtos da reoxidação quando eles estão presentes no distribuidor. Essas soluções consistem em geral em facilitar a flutuação dessas inclusões e produtos de reoxidação para que esses sejam capturados pela camada de escória flutuante. Por exemplo, barragens, proteções, defletores e/ou almofadas de impacto podem ser usadas para defletir para cima a corrente de metal fundido no distribuidor. Dispositivo de borbulhamento de gás inerte pode também ser usado para flutuar inclusões e produtos da reoxidação.

Outras soluções também existem para tornar as inclusões e produto da oxidação não prejudiciais. Por exemplo, ligas a base de cálcio podem ser usadas para eliminar alguns dos problemas gerados pela presença de inclusões de óxido de alumínio.

Todas essas soluções da tecnologia anterior contribuíram para melhorar a limpidez geral do aço, mas ainda não permitiram lingotar aço sem inclusões ou produtos da reoxidação. Além disso, algumas das soluções da tecnologia anterior, por sua vez, podem gerar novos defeitos no aço (tais com borbulhamento de gás, liga a base de cálcio);, pode ser cara (uso de atmosfera inerte) ou ambientalmente inaceitável. Por esses motivos, seria desejável propor uma solução alternativa que solucionasse o problema exposto, que fosse econômica e que não desse origem a problemas ambientais.

A presente invenção é baseada na hipótese de que, mesmo que o aço possa ser relativamente limpo, é impossível mantê-lo limpo até o molde em condição normal. Em particular, a reoxidação do aço por reação química entre os elementos refratários (geralmente óxidos metálicos) usados no lingotamento contínuo (revestimento do vaso, escória, bicos, tampões, etc.) pode também gerar produtos da reoxidação. Uma outra fonte potencial de reoxidação é o oxigênio que penetra nesses elementos refratários ou em uma junta permeável entre o revestimento da parede inferior e a entrada do bico, ou mesmo o oxigênio removido do elemento refratário.

Um objetivo da presente invenção é portanto solucionar os problemas expostos, impedindo que produtos da reoxidação atinjam um bico de lingotamento e/ou formem-se nas proximidades imediatas do bico de lingotamento.

De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado pelo uso de um distribuidor de acordo com a reivindicação 1,

Já é de conhecimento na tecnologia prover um elemento envolvente no orifício de válvula de um distribuidor. FR-A-2394348, por exemplo, revela um anel destinado a reter o aço no distribuidor até que um nível suficiente e assim uma massa térmica suficiente seja atingida a fim de evitar entrada de aço "frio" no orifício de vazamento. Entretanto, a tecnologia anterior não revela o nível mais baixo da superfície principal do elemento envolvente ou anel a ser menor que a borda externa superior do bico.

JP-A1-2003-205360 revela um distribuidor para o lingotamento contínuo de aço. O bloco da cavidade deste distribuidor é composto de dois elementos. O bico fica localizado na parte inferior do bloco da cavidade. Um elemento refratário adicional fica posicionado acima da parte superior do bico para cobrir e proteger a junta de cimento entre o bico e o bloco da cavidade. Entretanto, este documento não revela que a periferia externa do elemento refratário tem que ser mais alta que a superfície da parede inferior do distribuidor. Graças ao arranjo particular de acordo com a presente

invenção, os produtos da reoxidação e/ou inclusões presentes no vaso

metalúrgico e que tendem acumular-se na superfície inferior do vaso e que

são levados para baixo pela corrente de aço fundido não podem atingir a entrada do bico.

Deve-se entender que o elemento que envolve o bico pode ser de qualquer forma apropriada. Em função do desenho do vaso metalúrgico, ele pode ser circular, oval ou poligonal; seu orifício principal pode ser central ou ex-centralizado. O elemento envolvente do bico pode também ser cortado fora de maneira a acomodar esses casos em que uma ou mais paredes do distribuidor estão próximas do orifício de vazamento. A superfície principal do elemento pode ser plana ou não (ela pode ser frustocônica, ondulada, inclinada). O bico pode ser um bico interno (por exemplo, no caso de o fluxo de aço fundido ser controlado por uma válvula gaveta, ou se a instalação for equipada com um tubo ou trocador de bico calibrado), ou uma barragem de entrada submersa ou SES (por exemplo, no caso de controle de tampão). O vaso metalúrgico ou distribuidor pode ser equipado com um ou mais de tais conjuntos. O conjunto pode ser suprido como um artigo pré-montado de peça única (por exemplo, co-pressionado ou fundido) ou como artigos separados.

De acordo com a presente invenção, o elemento refratário compreende uma superfície principal e uma periferia em volta da superfície principal; a face superior da periferia sendo mais alta que a superfície principal do elemento refratário. Assim, um tipo de armadilha de deflexão é criado na área em volta do bico. Deve-se entender que a face superior da )

periferia não precisa ser plana. Ela pode ser ondulada ou ter diferentes alturas

ao longo da periferia (por exemplo, de maior área na periferia próxima de

uma parede lateral do vaso e menor no outro lado). O nível da periferia

externa de pelo menos um elemento refratário é mais alto que da superfície da

parede inferior do distribuidor. Assim, um segundo obstáculo é criado em

tomo do bico do distribuidor, impedindo que inclusões ou produtos da

reoxidação cheguem na sua entrada. Este tipo de arranjo é particularmente vantajoso.

Vantajosamente, o elemento refratário envolvente é feito de um material impermeável a gás, preferivelmente um material fondível. Para ser considerado impermeável a gás, tal material tem uma porosidade aberta (na temperatura de uso) que é menor que 20% (assim menor que a porosidade aberta de material de revestimento convencional que é tipicamente maior que30%). Para materiais refratários e, em particular, materiais íundíveis, a permeabilidade é em geral diretamente relacionada com a porosidade. Portanto, um material fundível de baixa porosidade tem uma baixa permeabilidade a gases. Uma baixa porosidade como essa pode ser obtida incluindo materiais captadores de oxigênio (por exemplo, antioxidantes) no material que constitui o elemento envolvente. Materiais adequados são boro e carboneto de silício, ou metais (ou suas ligas) tais como silício ou alumínio. Preferivelmente, eles são usados em uma quantidade que não excede 5% em peso. Alternativamente (ou adicionalmente), produtos que geram fase de &são (por exemplo, B2O3) podem também ser incluídos no material que constitui o elemento envolvente. Preferivelmente, eles são usados em uma quantidade que não excede 5% em peso. Alternativamente (ou adicionalmente), materiais que formam novas fases mais volumosas (tanto mediante reação quanto pelo efeito da temperatura) e que fecham assim a porosidade existente podem também ser incluídos no material que constitui o elemento pré-formado. Materiais adequados incluem composições de alumina e magnésia. Assim, reoxidação do aço na área em volta do bico é impedida.

De acordo com uma modalidade particularmente preferida da invenção, o próprio bico (ou uma camada deste) é feito de um material impermeável a gás. Em geral, este bico é feito de óxidos refratários (alumina, magnésia, cálcia) e é prensado isostaticamente. Para ser considerada impermeável a gás no sentido da presente invenção, uma amostra de 100 g do material candidato é colocada em um forno com atmosfera de argônio (uma suave corrente de argônio é continuamente soprada) (cerca de 1 L/minuto) no forno) e a temperatura é aumentada para 1.000 °C. A temperatura é então aumentada progressivamente para 1.500 °C (1 hora) e em seguida deixada a 1.500 °C por duas horas. A perda de peso da amostra entre 1.000 °C e 1.500 °C é então medida. Esta perda de peso tem que ser menor que 2% para qualificar o material como impermeável a gás. Assim, não somente a inclusão ou produtos da reoxidação não podem atingir o bico, mas, além do mais, eles não podem formar no bico propriamente dito. Esta combinação particular fornece assim um efeito sinergístico de acordo com o qual um aço perfeitamente sem inclusões e produtos da reoxidação pode ser lingotado.

O material que constitui o bico pode ser selecionado de três diferentes categorias de materiais:

a) materiais que não contêm carbono;

b) materiais constituídos essencialmente de óxidos refratários não redutíveis em combinação com carbono; ou

c) materiais que compreendem elementos que reagirão com o monóxido de carbono gerado.

Preferivelmente, o material selecionado apresentará duas ou três das categorias citadas.

Exemplos de material adequado da primeira categoria são materiais a base de alumina, mulita, zircônia ou magnésia (espinélio).

Materiais adequados da segunda categoria são, por exemplo, composições de alumina-carbono puras. Em particular, essas composições devem conter quantidades muito baixa de sílica ou de impurezas convencionais que são normalmente encontradas em sílica (óxido de sódio ou potássio). Em particular, a sílica e suas impurezas convencionais devem ser mantidas abaixo de 1,0% em peso, preferivelmente abaixo de 0,5% em peso.

Materiais adequados da terceira categoria compreendem, por exemplo, metal livre capaz de combinar com monóxido de carbono para formar um óxido de metal carbono livre. Silício e alumínio são adequados para esta aplicação. Esses materiais podem também, ou alternativamente, compreender carbonetos ou nitretos capazes de reagir com composto de oxigênio (por exemplo, carbonetos de silício ou boro).

Preferivelmente, o material selecionado pertencerá à segunda

ou terceira categoria, ainda preferivelmente pertencerá à segunda e terceira categoria.

Um material adequado constituindo a camada que não

produzirá monóxido de carbono na temperatura de uso pode compreender 60

a 88% em peso de alumina, 10 a 20% em peso de grafite e 2 a 10% em peso

de carboneto de silício. Um material como esse é constituído essencialmente

de espécies de não óxidos ou óxidos não redutíveis, e compreende carboneto

de silício que pode reagir com o oxigênio se houver algum em condição funcional.

Em uma variante, somente um revestimento presente na superfície de contato do aço (dentro e fora do bico) é feito de um material

como esse. Em uma outra variante, o bico e o elemento envolvente são feitos integrais (uma peça). No caso de união entre o elemento envolvente e o bico não ser perfeitamente justa, pode ser vantajoso prover uma junta de argamassa que é feita de uma argamassa impermeável a gás. Argamassas convencionais têm uma porosidade aberta de 40 a 50%. De acordo com esta modalidade vantajosa, a argamassa deve ter uma porosidade aberta de menos de 20%. Uma baixa porosidade como esta da argamassa pode ser obtida adotando-se as mesmas medidas para o elemento envolvente.

De acordo com um outro de seus aspectos, a invenção diz

respeito a um elemento refratário envolvente particular que é usado no

conjunto de acordo com a invenção. Este elemento envolvente compreende

um orifício principal adaptado para encaixe casado com pelo menos uma

parte da superfície externa do bico, uma superfície principal em volta do

orifício principal e uma periferia externa envolvendo a superfície principal, o

nível da face superior da periferia sendo mais alto que da superfície principal.

Vantajosamente, o elemento refratário envolvente é feito de um material

impermeável a gás. Assim, reoxidação do aço na área em volta do bico é

impedida. Por exemplo, uma composição particularmente adequada para esta

finalidade é composta essencialmente de um material de alta alumina que

compreende pelo menos 75% em peso de Al2O3, menos de 1,0% em peso de

SiO2, menos de 5% em peso de C e o restante sendo constituído de óxidos

refratários ou compostos óxidos que não podem ser reduzidos pelo alumínio

(particularmente alumínio dissolvido em ferro fundido) na temperatura de uso

(por exemplo, cálcia e/ou espinélio). Um material particularmente adequado é

o CRITERION 92SR fundível disponível pela VESUVIUS UK Ltd. Este

material tem um material fundível de baixo cimento alta alumina reforçado

com espinélio alumina-magnésia fundido. Uma análise típica deste produto é a seguinte:

Al2O3 92,7% em peso MgO 5,0% em peso CaO 1,8% em peso SiO2 0,1% em peso Outros 0,4% em peso

De acordo com mais um outro de seus aspectos, a invenção está voltada para um processo para o lingotamento contínuo de aço que compreende vazar o aço fundido de um distribuidor da maneira supradescrita.

A invenção será agora descrita com referência aos desenhos anexos, em que:

A figura 1 mostra uma seção transversal da parede inferior de

um vaso metalúrgico provido com um conjunto de acordo com a invenção;

As figuras 2 e 3 mostram respectivamente vistas de topo e em perspectiva de um elemento envolvente de acordo com a invenção

As figuras 4 e 5 mostram cascoes coletados no final das operações de lingotamento na parte superior do bico;

As figuras 6 e 6a mostram respectivamente vistas de topo e lateral de um elemento envolvente de acordo com uma modalidade da invenção;

A figura 7 mostra uma vista de topo de um distribuidor de acordo com a invenção. O distribuidor 50 (com uma parede inferior 3) compreende um elemento refratário 4 que tem um recorte de maneira a acomodar-se nas proximidades da parede do distribuidor. O bico 1 não está detalhado por questão de clareza,

A parede inferior 3 do vaso metalúrgico (aqui um distribuidor) é constituído no geral de um revestimento permanente 33 feito de tijolos refratáríos ou material fundível. Uma camada funcional 32 do material fundível em geral está presente acima do revestimento permanente 33. A superfície 31 da camada funcional fará contato com o aço fundido durante as operações de lingotamento, Uma camada de material isolante 34 está normalmente presente sob o revestimento permanente 33 a fim de proteger o envelope metálico 35 do vaso metalúrgico.

Um bico 1 atravessa a base do distribuidor e serve para transferência do aço fundido do distribuidor para o molde de lingotamento contínuo. O bico é provido com uma entrada 11 que abre-se para um furo que define assim uma passagem 2 para o aço fundido. A borda superior da entrada está representada como referência 12. A figura 1 mostra uma bairagem de entrada submersa ou SES, mas, conforme explicado anteriormente, outros tipos de bicos (tal como bicos internos) são também englobados no escopo da presente invenção. No caso de uma SES, a operação de lingotamento contínuo é em geral provida com uma guilhotina 37 para quebrar o bico 1 e permitir a continuidade das operações de lingotamento no caso de entupimento. Em geral, a SES é mantida na posição por meio de uma massa de pancada 36.

O elemento refratário envolvente 4 envolve a parte de entrada11 do bico 1. O elemento envolvente 4 é composto de uma superfície principal 41 que envolve um orifício principal 40. A superfície principal foi representada de forma frustocônica na figura 1 e plana nas figuras 2 e 3, mas, conforme explicado anteriormente, outros arranjos são possíveis. Uma periferia externa saliente envolve a superfície principal 41. A face superior 42 da periferia é mais alta que o nível da superfície principal 41.

Conforme pode-se ver na figura 1, é vantajoso ter a face superior 42 a periferia salientando-se mais que a superfície 31 do distribuidor.

Uma junta de argamassa ou cimento na junção 5 entre o

elemento refratário 4 e o bico 1 pode ser provida para melhorar ainda mais a hermeticidade.

Foi realizada uma experiência para ilustrar o efeito da

invenção. O cascão de aço solidificado que permanece no bico interno no

final das operações de lingotamento foi coletado e cortado verticalmente ao

meio. A figura 4 (dada a título de comparação) mostra um cascão como esse

coletado em uma instalação convencional (sem o elemento refratário

envolvente) e a figura 5 mostra um cascão como esse coletado em uma instalação de acordo com a invenção.

O cascão 20 da figura 4 mostra perturbação significativa na região 21,21', indicando a presença de depósito de alumina na parede interna do bico. Este depósito de alumina é responsável pelo entupimento do bico com todas as conseqüências detrimentais explicadas anteriormente. O cascão20 da figura 4 mostra também uma parte ampliada na região 22, 22', indicando uma severa erosão da entrada do bico.

O cascão 20 mostrado na figura 5 corresponde à forma interna do bico, indicando assim que o bico não foi submetido a erosão nem entupimento por alumina.

Uma modalidade particular da invenção ilustrando um elemento envolvente 4 provida com um corte está mostrada nas figuras 6, 6a e 7.

Claims

1. Distribuidor para lingotamento contínuo de aço fundido que compreende pelo menos um conjunto de um bico refratário (1) que forma uma passagem (2) para transferir um metal fundido através da parede inferior (3) de um vaso metalúrgico e um elemento refratário (4) que envolve uma parte de entrada (11) do bico (1), o elemento (4) que compreende um orifício principal (40) adaptado para encaixe casado com pelo menos uma parte da superfície externa do bico (1), uma superfície principal (41) envolvendo o orifício principal (40) e tendo um nível mais baixo, o nível mais baixo da superfície principal (41) do elemento refratário (4) sendo inferior ao da borda externa superior (12) da parte de entrada (11) do bico (1), uma periferia envolvendo a superfície principal (41) do elemento (4), a face superior (42) da periferia sendo mais alta que a superfície principal (41) do elemento refratário (4), caracterizado pelo fato de que a periferia (42) do elemento refratário (4) é mais alta que a superfície (31) da parede inferior (3) do distribuidor.

2. Distribuidor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento (4) é feito de um material refratário impermeável a gás.

3. Distribuidor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o bico (1) é constituído essencialmente de um material refratário impermeável a gás.

4. Distribuidor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma junta de argamassa (5) está presente entre o bico (1) e o elemento refratário (4) e em que a 7 (5) é impermeável a gás.

5. Elemento refratário (4) para uso em um distribuidor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, o elemento (4) que compreende um orifício principal (40) adaptado para encaixe casado com pelo menos uma parte da superfície externa do bico (1), uma superfície principal (41) envolvendo o orifício principal (40) e uma periferia envolvendo a superfície principal (41), o nível da face superior (42) da periferia (42) sendo mais alto que o da superfície principal (41), caracterizado pelo fato de que o elemento (4) é composto de material impermeável a gás.

6. Elemento (4) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende essencialmente um material de alta alumina que compreende pelo menos 75% em peso de Al2O3j menos de 1,0% em peso de SiO2s menos de 5% em peso de C e o restante sendo constituído de óxidos refratários ou compostos óxidos que não podem ser reduzidos pelo alumínio na temperatura de uso.

7. Elemento (4) de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o elemento (4) é cortado.

8. Processo para o lingotamento contínuo de aço, que compreende vazar o aço fundido de uma panela em um distribuidor e de um distribuidor em um molde de lingotamento, caracterizado pelo fato de que o distribuidor é um distribuidor como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.