BRPI0714805A2 - fios com nécleo de altas dimensÕes, que contÊm removedores de oxigÊnio, e um processo para produzir os mesmos. - Google Patents

fios com nécleo de altas dimensÕes, que contÊm removedores de oxigÊnio, e um processo para produzir os mesmos. Download PDF

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BRPI0714805A2 BRPI0714805-4A BRPI0714805A BRPI0714805A2 BR PI0714805 A2 BRPI0714805 A2 BR PI0714805A2 BR PI0714805 A BRPI0714805 A BR PI0714805A BR PI0714805 A2 BRPI0714805 A2 BR PI0714805A2
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Abstract

FIOS COM NéCLEO DE ALTAS DIMENSÕES, QUE CONTÊM REMOVEDORES DE OXIGÊNIO, E UM PROCESSO PARA PRODUZIR OS MESMOS.A presente invenção refere-se a um fio com núcleo de altas dimensões,que contém material desoxidante está em forma granulada ou pulverizada finamente dividida, com um material de revestimento protetor, o diâmetro de referido fio com núcleo vasria entre 13 a 40 mm. Ainvenção também refere-se a um processo para produção do fio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FIOS COM NÚCLEO DE ALTAS DIMENSÕES, QUE CONTÊM REMOVEDORES DE OXIGÊNIO, E UM PROCESSO PARA PRODUZIR OS MESMOS".
A presente invenção refere-se a um fio com núcleo de altas di- mensões, que contém material desoxidante (ou removedor de oxigênio). A- lém disso, a invenção refere-se a um processo para produzir um fio com nú- cleo de altas dimensões.
A desoxidação desempenha um papel importante no processo da produção de aço, para a qual, convencionalmente, têm sido usados di- versos desoxidantes. O termo desoxidante significa um composto químico, liga ou elemento que remove o oxigênio ativo presente no metal líquido (por exemplo, aço) e forma um oxido como seu produto final, normalmente, como uma fase distinta e facilmente separável do metal líquido. Oxigênio, quando presente no aço na forma ativa/elementar resulta em furos e bolhas no pro- duto fundido, bem como obstrui o processo de fundição contínua do aço nas máquinas de fundição contínua modernas. Produtores de aço estão à procu- ra assídua de um método melhor e mais econômico para remover o oxigênio no aço, que, essencialmente, reduza o consumo de desoxidantes.
Convencionalmente, a desoxidação de aço era realizada pela adição de ligas de ferro ou lingotes de alumínio, barras ou fio de alumínio maciço. Para barras e lingotes, a recuperação (isto é, razão da quantidade efetiva e quantidade teórica de alumínio) foi deficiente, resultando em um consumo maior de alumínio. No caso do fio de alumínio, a recuperação foi melhor, mas o tempo de alimentação foi maior e, freqüentemente, o fio não conseguiu atingir a profundidade do banho de aço fundido.
Para fazer a desoxidação primária da remoção da massa de oxi- gênio (desoxidação primária) no aço, de um nível elevado de, por exemplo, 800-2000 ppm e acima, para um nível mais baixo de em torno de 100-200 ppm, são usadas ligas tais como "Ferro-Silício", "Ferro-Manganês", "Sílico- Manganês" e "Coque", embora em massa, e esses materiais têm servido bastante bem ao propósito. Essas ligas ou compostos de ferro têm uma limi- tação na extensão pela qual podem ser usadas na produção de aço e estão limitadas à quantidade da especificação que é permitida no aço. Em quase todas as qualidades de aço, são usados elementos de silício e manganês em diversas formas, para a desoxidação primária, junto com alumínio em diversas formas, tais como barras, lingotes, cubos ou fios maciços etc.
Para tratamento secundário de aço, para a finalidade de remover o remanescente de oxigênio, têm sido usados diversos desoxidantes, sele- cionados do grupo de alumínio, titânio e silicieto de cálcio. Mas, constatou-se que alumínio é o desoxidante mais apropriado por duas razões, por exem- plo, (i) afinidade de alumínio para oxigênio ativo e (ii) a exigência da presen- ça de alumínio em quantidades predeterminadas em algumas qualidades de aço no produto fundido. Alumínio é capaz de remover oxigênio presente em aço fundido a níveis muito baixos de em torno de 4 ppm ou até menos. Também é o elemento desoxidante, liga ou composto mais econômico co- nhecido atualmente.
Previamente, a desoxidação primária, fora do uso de ligas de ferro, era realizada pela adição de lingotes ou barras e fios maciços de alu- mínio, com medida de 13 mm, e a desoxidação secundária ou final, pela adi- ção de lingotes, barras com entalhe e, algumas vezes, até mesmo fio de a- lumínio maciço. A adição através de fio de alumínio maciço resulta em uma percentagem mais alta de recuperação de alumínio, em comparação com barras e lingotes. Nessa especificação, a não ser quando especificado de outro modo, o termo "recuperação" define a razão da quantidade efetiva de alumínio a ser adicionada para remover o oxigênio ativo para a quantidade teórica de alumínio necessária. Para barras e lingotes, a recuperação foi muito fraca e, consequentemente, o consumo de alumínio aumentou. No caso de fio de alumínio maciço, embora a recuperação tenha sido melhor do que barras e lingotes, o tempo de alimentação, no entanto, foi maior. O ta- manho normal do fio de alumínio que pode ser injetado no aço fundido é em torno de 3, 6, 9, 13 ou 16 mm.
O outro problema existente em fios de alumínio maciços é que, devido às altas temperaturas encontradas na produção de aço, alumínio tor- na-se muito macio, devido às altas temperaturas e não é capaz de penetrar profundamente no banho de aço fundido, o que, consequentemente, resulta em recuperação baixa.
Para solucionar um problema semelhante, no documento CN1498975 é proposto alimentar fio de alumínio com o núcleo extraído dire- tamente em aço fundido para desoxidação.
Um outro método de acrescentar alumínio a aço em uma panela de fundição, para o propósito de desoxidação é conhecido do documento GB892375. Esse método compreende alimentar progressivamente uma bar- ra ou fio do material a ser adicionado a uma profundidade apreciável abaixo da superfície do aço. O material pode ser em forma de pó ou granulado con- tido em um tubo de aço.
Um processo para a produção de fios com núcleo, que contêm constituintes desoxidantes como material pulverizado dentro de um tubo me- tálico, é conhecido da patente norte-americana 3.915.693. A tarefa da invenção é superar as desvantagens acima e pôr à
disposição um fio com núcleo de altas dimensões, bem como um processo para produzir um fio com núcleo de altas dimensões.
A tarefa é solucionada pelas características das reivindicações independentes. Modalidades preferidas da invenção estão descritas nas rei- vindicações subordinadas.
A presente invenção procura superar as desvantagens acima e põe à disposição fios com núcleo contendo material desoxidan- te/removedores de oxigênio, formados, de preferência, de chapas de aço laminado a frio, sendo que o referido material desoxidante está em forma granulada ou pulverizada finamente dividida, pelo menos parcialmente re- vestido com um material de revestimento protetor, tal como aqui descrito, sendo que o diâmetro dos referidos fios com núcleo extraída varia entre 13 e 40 mm, de preferência, 19 e 34 mm. De preferência, o material desoxidante revestido, enchido no núcleo, é mantido em posição em forma compactada pelas travas de costura, providas durante a formação dos referidos fios com núcleo depois do enchimento. O fio também pode ser feito soldando total- mente o envoltório, de modo que não há costura. Esta invenção também descreve um processo para produzir os fios com núcleo acima, contendo o desoxidante revestido com um revesti- mento protetor em uma forma compactada, garantindo melhor recuperação e rápida alimentação do material desoxidante em quantidades predetermina- das.
Em outras palavras, a presente invenção refere-se a fios com núcleo de altas dimensões, que contêm material desoxidante/removedores de oxigênio e processo para produzir os mesmos. Mais particularmente, esta invenção refere-se a fios com núcleo de altas dimensões enchidos com um material removedor de oxigênio, selecionado do grupo de alumínio, titânio, zircônio e silicieto de cálcio, de preferência, granulados finos de pó de alu- mínio reativo, com um revestimento de material inorgânico e/ou orgânico, sendo que o revestimento também pode ser uma mistura ou combinação de materiais diferentes, ou até mesmo sem revestimento e granulados simples, e a um processo para preparar esses fios com núcleo de altas dimensões.
Para os fios de altas dimensões propostos na presente inven- ção, a alimentação de fio de alumínio maciço de altas dimensões, tal como disponível agora, torna-se muito difícil de alimentar com os alimentadores de fios convencionais.
A presente invenção tem por objetivo superar as deficiências precedentes da técnica anterior e realizar a produção de aço mais eficiente- mente, mantendo um nível ótimo de alumínio no aço.
Essa invenção também tem a vantagem de aumentar adicional- mente a recuperação de alumínio, reduzindo, simultaneamente, a quantida- de de consumo e tempo de alimentação de alumínio ao metal líquido.
Uma outra vantagem da presente invenção é pôr à disposição uma técnica para usar sucata de alumínio como desoxidante, depois de con- verter a mesma em granulados, seguido de revestimento com um material protetor, tal como grafite, polieteno de baixa densidade, poliamida, polímero de acetato vinílico de baixo peso molecular, talco, esteatita, silicieto de cál- cio, cal pulverizada e similares, para evitar fusão ou aderência das partículas granuladas em uma única massa, enquanto estão sendo comprimidas e ar- rastadas para dentro do fio. Também é possível usar granulados de alumínio sem revestimento.
Ainda uma outra vantagem desta invenção é pôr à disposição fios com núcleo de altas dimensões, contendo granulados de alumínio reves- tidos com grafite que, enquanto estão sendo arrastados através da máquina de moldar, fazem com que o conteúdo seja firmemente compactado, desse modo, conferindo uma rigidez dimensional e dureza ao fio.
Outra vantagem da presente invenção é pôr à disposição um processo para preparar fios com núcleo de altas dimensões, que contêm desoxidantes em forma granulada e revestidos com um revestimento prote- tor para evitar aderência e fusão em uma única massa, enquanto estão sen- do comprimidos e arrastados para dentro do fio. Além disso, durante a imer- são do fio em aço fundido, o fio começa de fundir-se e o revestimento (orgâ- nico) evapora rapidamente, desse modo provocando uma distribuição rápida e uniforme do material desoxidante dentro do aço fundido.
A presente invenção também refere-se a um processo para pre- parar fios com núcleo de altas dimensões, que contêm material desoxidan- te/removedores de oxigênio, tais como definidos acima, que compreende especialmente as etapas de (a) cortar longitudinalmente uma chapa de aço laminada a frio,
com uma espessura que varia entre 0,2 e até 1 mm e largura necessária de 90-110 mm, provendo as travas de costura duplas,
(b) alimentar as bobinas de peças cortadas a cilindros de forma- ção, o que dá às peças cortadas o formato aproximadamente redondo dese-
jado, com diâmetro de 13 a 40 mm, de preferência, entre 19 e 34 mm,
(c) preencher pó/granulados de alumínio reativo ou outros deso- xidantes de depósitos ou alimentadores nos espaços vazios do fio,
(d) vedar o fio preenchido com pó/granulado, quer de modo sim- ples ou duplo, no momento em que ele sai do último cilindro de formação,
(e) comprimir o conteúdo do fio com núcleo por cilindros de
compressão, para reduzir o diâmetro do fio com núcleo e conferir resistência e estabilidade dimensional, (f) enrolar o fio formado desse modo sobre um mandril, com di- âmetro interno que varia de 200 mm a 2,5 metros de diâmetro, em geral, em torno de 1 metro de diâmetro, dependendo das exigências do cliente,
(g) aplicar um filme fino de óleo ou solução anticorrosão à super- fície exposta da camada externa da bobina, para evitar a formação de corro- são, e
(h) enfaixar ou enrolar as bobinas com filme extensível de plásti- co, para impedir a entrada de umidade e, depois, colocando as mesmas so- bre estrados de madeira ou aço para entrega ao cliente.
Tal como mencionado previamente, os desoxidantes podem ser
selecionados de produtos metálicos, alumínio, titânio, zircônio e silicieto de cálcio, mas verificou-se que alumínio dá os melhores resultados, uma vez que o óxido formado pode ser removido facilmente, devido à separação de fases e sua refratariedade. Alumínio é usado em forma granulada ou pulveri- zada, revestido com grafite. Alumínio em sucata, obtido de latas de bebida usadas, descartada, chapas/filmes/tiras/cabos elétricos velhos e similares são fundidos ou fragmentados e convertidos em forma de granulado, segui- do da aplicação de um material de revestimento protetor, tal como grafite, talco, pó de pedra calcárea, calcita, esteatita, LDP (polietileno de baixa den- sidade) e similares, para evitar a fusão ou aderência de granulados, no mo- mento em que estão sendo comprimidos e arrastados para dentro do fio. O revestimento de verniz nas latas de bebida usadas também podem servir para o propósito de revestimento protetor. O tamanho dos granulados de alumínio deve ser, idealmente, em torno de 0,375 mm (40 mesh), mas gra- nulados de tamanho mais fino ou mais grosso também podem ser igualmen- te usados; mas, deve ser tomado cuido para evitar perdas de manuseio. Ao arrastar o fio enchido com granulados de alumínio através da máquina de formar, o conteúdo fica firmemente compactado, desse modo, conferindo rigidez dimensional e dureza ao fio, garantindo facilidade de manuseio da bobina.
A desoxidação com alumínio por mudança da forma de adição de alumínio, que é realizada injetando fio com núcleo de altas dimensões, enchido com alumínio altamente reativo em forma granulada fina e revestido com um material orgânico, tal como grafite, para melhor recuperação e obter o nível ótimo de oxigênio e alumínio com consumo menor de alumínio, são uma característica exclusiva desta invenção. O revestimento não está Iimita- do a materiais orgânicos, mas também pode incluir materiais de revestimen- to inorgânicos, tais como oxido de cálcio, talco, pó de giz e similares. A de- soxidação de acordo com a presente invenção pode ser realizada tanto no nível primário como no secundário, de acordo com a necessidade do produ- tor de aço.
Tal como mencionado previamente, pó de alumínio é convertido
em granulados finos e depois revestido com um material de revestimento orgânico, inerte, tal como escamas de grafite ou qualquer material de reves- timento orgânico ou inorgânico, para impedir que o pó de alumínio adira e se funda em uma única massa, enquanto está sendo comprimido e arrastado para dentro do fio. Ao estirar o fio enchido com pó de alumínio, o conteúdo fica firmemente compactado, desse modo conferindo rigidez dimensional e dureza do fio. Isso também garante facilidade do manuseio da bobina.
Uma característica digna de nota desta invenção é usar sucata de alumínio de qualquer qualidade em forma de granulado ou pó como de- soxidante, apropriadamente revestido com material de revestimento orgânico ou inorgânico, tal como descrito acima. Os corpos de alumínio de suca- ta/desperdícios efetivamente aumentam a economia do processo geral.
Como característica adicional desta invenção, o enrolamento da bobina enchida de pó é submetida a "enrolamento com núcleo", de modo que a bobina pode ser desenrolada do diâmetro interno da bobina estacioná- ria, em geral chamado de "bobina de inversão", quer vertical quer horizontal. A bobina também pode ser feitoa como uma bobina com um núcleo feito de materiais, tanto de madeira, sintéticos, metálicos como de quaisquer outros materiais desse tipo.
O produto novo desta invenção, isto é, fio com núcleo de altas
dimensões, enchido com granulados finos de pó de alumínio revestido com grafite e mantido fixamente no interior, está dotado de travas de costura. Por "altas dimensões" quer se dizer que as dimensões do fio com núcleo varia entre 13 e 40 mm, idealmente, entre 19 mm e 34 mm, e o diâmetro interno do fio enrolado sobre o mandril pode variar entre 200 mm a 2,5 metros e o peso de cada bobina pode variar entre 1 MT a cerca de 20 MT (MT = tonela- da métrica, cuja abreviatura usual é t), dependendo da exigência do cliente.
A presente invenção é explicada adicionalmente pelos dados experimentais incluídos no exemplo abaixo, mas deve ser entendido que a invenção não está limitada aos resultados contidos no mesmo. Exemplo
Fio com núcleo de Altas Dimensões (Densidade do Pó)
Diâmetro Densidade Densidade Espessura do Razão de Razão de do fio da Massa da Massa Envoltório Enchimento Enchimento (mm) (min) g/cm3 (máx) g/cm3 (mm) (min) g/m (máx) g/m 19 1,4 2,5 0,4 364 650 1,4 2,5 0,4 405 724 21 1,4 2,5 0,4 449 801 22 1,4 2,5 0,4 494 883 23 1,4 2,5 0,4 542 968 24 1,4 2,5 0,4 592 1057 1,4 2,5 0,4 644 1150 26 1,4 2,5 0,4 698 1247 27 1,4 2,5 0,4 755 1348 28 1,4 2,5 0,4 814 1453 29 1,4 2,5 0,4 875 1562 1,4 2,5 0,4 938 1674 31 1,4 2,5 0,4 1003 1791 32 1,4 2,5 0,4 1070 1912 33 1,4 2,5 0,4 1140 2036 34 1,4 2,5 0,4 1212 2165 1,4 2,5 0,4 1286 2297 36 1,4 2,5 0,4 1363 2433 37 1,4 2,5 0,4 1441 2573 38 1,4 2,5 0,4 1522 2718 39 1,4 2,5 0,4 1605 2866 40 1,4 2,5 0,4 1690 3018
Diversas vantagens dos produtos da presente invenção podem
ser descritos resumidamente, tal como abaixo:
1. Uma quantidade crescente do desoxidante, tal como alumínio, pode ser enchido por unidade de comprimento de fio, e quando mais materi- al é compactado por metro de fio de grande dimensão, o custo do revesti- mento fica menor. 2. Há um substancial aumento na razão de alimentação, desse modo economizando tempo de alimentação e resultando em um tempo mai- or disponível para produção de aço.
3. Devido à dimensão maior, melhor rigidez e dureza, o fio de altas dimensões possibilita uma penetração mais profunda no aço, desse
modo resultando em melhor recuperação e homogeneização de alumínio.
4. Granulados de alumínio revestido com grafite são usados co- mo material de enchimento para produzir fio com núcleo de altas dimensões (conhecido como "ALUMÍNIO REATIVO"), que resulta em uma recuperação
mais alta, estimada em 15-25%, do que o fio de alumínio maciço, conven- cional. A reatividade é obtida por grãos de alumínio menores e, portanto, área superficial maior para reação. A recuperação pode até mesmo ser mais dependendo das práticas de produção de aço em razão ao sistema corrente, em uso, para a adição de alumínio ao aço fundido.
5. Como o fio com núcleo de alumínio é do "tipo de invenção",
há uma economia nos custos de conversão, ao converter o fio de alumínio maciço no "tipo de invenção".
6. Menos consumo de alumínio, por sua vez, reduz o custo de produção de aço, particularmente, em vista do uso da qualidade necessária
de sucata de alumínio de qualquer qualidade e revestida com material de proteção revestido.
7. Menos consumo de material de enchimento reduz os custos de produção.
Como a presente invenção pode ser concretizada em diversas
formas, sem afastar-se do espírito ou das características essenciais da mesma, também deve ser entendido que os dados experimentais descritos acima não estão limitados por qualquer um dos detalhes da descrição pre- cedente, a não ser quando especificado de outro modo, mas, na verdade, devem ser interpretados amplamente dentro de seu espírito e âmbito, tais
como definidos nas reivindicações anexas ao presente, e, portanto, todas as mudanças e modificações que se incluem em metas e limites das reivindica- ções, ou equivalências dessas metas e limites, pretendem, portanto, estar abrangidos pelas reivindicações anexas.

Claims (17)

1. Fio com núcleo de altas dimensões, que contém material de- soxidante disposto em um núcleo do fio, sendo que o referido material deso- xidante está em forma granulada ou pulverizada finamente dividida, revesti- do com um material de revestimento protetor, sendo que o diâmetro do refe- rido fio com núcleo varia entre 13 e 40 mm.
2. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizado pelo fato de que o mesmo é formado de chapa de aço, de preferência, chapa de aço laminada a frio.
3. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com a reivindi- cação 2, em que o mesmo compreende uma ou mais travas de costura, dis- postas, de preferência, longitudinalmente ao eixo do fio.
4. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com a reivindi- cação 3, em que o material desoxidante, revestido, enchido no núcleo, é mantido no lugar em forma compactada pela trava de costura provida duran- te a formação dos referidos fios com núcleo.
5. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com a reivindi- cação 4, em que o referido material desoxidante revestido é mantido no lu- gar em forma compactada pela trava de costura provida durante a formação dos referidos fios com núcleo, depois do enchimento.
6. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o diâmetro do fio com núcleo varia entre 19 e 34 mm.
7. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, em que granulados de pó de alumínio fina- mente divididos, revestidos com grafite, são usados como material desoxi- dante.
8. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que é usada sucata de alumínio, de prefe- rência, na forma de chapas, filmes, tiras, como material desoxidante.
9. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com a reivindi- cação 8, em que o material desoxidante é convertido por processo mecânico ou fusão em granulados ou pó finamente divididos.
10. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com a reivin- dicação 8 ou 9, em que o material desoxidante é um material fragmentado e convertido em forma granulada/pulverizada.
11. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, em que o material desoxidante é parcialmen- te ou totalmente revestido por um material de revestimento protetor, o reves- timento compreendendo, de preferência, um ou mais de grafite, talco, estea- tita, pó de pedra de cal, calcita, LDP.
12. Fio com núcleo de altas dimensões de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, em que enquanto o fio enchido de pó/granulado de alumínio é estirado, o conteúdo fica firmemente compacta- do, desse modo conferindo rigidez dimensional e dureza ao fio, garantindo facilidade de manuseio da bobina.
13. Processo para preparar um fio com núcleo de altas dimen- sões, que contém material desoxidante como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, que compreende as etapas de (a) cortar longitudinalmente uma chapa de aço laminada a frio, com uma espessura que varia entre 0,2 e até 1 mm e largura necessária de 90-110 mm, provendo as travas de costura duplas, (b) alimentar as bobinas de peças cortadas a cilindros de forma- ção, o que dá às peças cortadas o formato aproximadamente redondo dese- jado, com diâmetro de 13 a 40 mm, (c) preencher pó/granulados de alumínio reativo ou outros deso- xidantes de depósitos ou alimentadores nos espaços vazios do fio, (d) vedar o fio preenchido com pó/granulado, quer de modo sim- ples ou duplo, no momento em que ele sai do último cilindro de formação, (e) comprimir o conteúdo do fio com núcleo por cilindros de compressão, para reduzir o diâmetro do fio com núcleo e conferir resistência e estabilidade dimensional, (f) enrolar o fio formado desse modo sobre um mandril, com di- âmetro interno que varia de 200 mm a 2,5 metros de diâmetro, (g) aplicar um filme fino de óleo ou solução anticorrosão à super- fície exposta ou camada externa da bobina, para evitar a formação de corro- são, e (h) enfaixar e/ou enrolar as bobinas com filme extensível de plástico, para impedir a entrada de umidade e, depois, colocando as mes- mas sobre estrados de madeira ou aço para entrega ao cliente.
14. Processo de acordo com a reivindicação 13, em que a es- pessura da chapa de aço laminada a frio (qualidade DD e macia) varia entre 0,2 e 1 mm, sendo preferida a espessura de chapa de 0,4 mm, em que o peso de cada bobina varia, de preferência, entre 1 MT e 20 MT.
15. Processo de acordo com a reivindicação 13 ou 14, em que o diâmetro dos fios formados varia entre 13 e 40 mm, de preferência, entre 19 e 34 mm.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, em que o fio é enrolado sobre um mandril, com um diâmetro interno de cerca de 1 m.
17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, em que o enrolamento da bobina enchida com desoxidante é sub- metida a enrolamento com núcleo, desse modo permitindo que a referida bobina seja desemaranhada ou desenrolada do diâmetro interno da bobina estacionária.
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