Chap5_po_fluxante
19 pág.

Chap5_po_fluxante

Disciplina:Lingotamento Contínuo de Aços29 materiais60 seguidores
Pré-visualização3 páginas
1

Pó fluxante

Uma breve descrição das características de um pó fluxante, bem como de critérios
para sua seleção podem ser encontrados nas referências:
14- Mold fluxes for continuous casting of steel; H. Stoffel,21-39
15- Mould powder selection model for continuous casting; A.B. Fox et al;
Steelmaking Conference Proceedings, 2002, 133-144
16- Powder consumption and heat transfer for mould fluxes; K.C. Mills, ISSTech
Conference Proceedings, 693-701.

O fluxante do molde, logo acima do menisco de aço é constituído de três camadas
(em geral), vide figura 1:

• Porção não-fundida (pó);
• Porção sinterizada
• Porção líquida

Figura 1: Aspecto das camadas de pó fluxante no molde

O “pó” deve ser capaz de realizar as funções seguintes:

Isolamento térmico, para prevenir a solidificação do aço no topo. Esta função é ga-
rantida pela parte pulverulenta da camada, em função do contato deficiente entre as
partículas(o que reduz transporte de calor por difusão) e pela oclusão de gás(na au-
sência de convecção e radiação gases conduzem pouco calor). O efeito de isola-
mento estaria também associado ao conteúdo de carbono, pós com maior teor de
carbono são melhores em isolamento;

Prevenção da reoxidação, por contato com a atmosfera; o filme líquido por sobre o
metal pode ser considerado um isolante químico.

Absorção de inclusões, dependendo do tipo de inclusões e do pó; o requisito termo-
dinâmico é que a escória não esteja saturada no material que constitui a inclusão a

 2

ser absorvida. Tensão interfacial, viscosidade e padrão de fluxo no molde são tam-
bém determinantes; eventualmente a cinética da reação de dissolução, que ocorre
na interface inclusão-líquido, pode ser afetada pela composição química, figura 2

Figura 2: cinética da dissolução de alumina em função da basicidade..

Lubrificação entre a parede do molde e a pele solidificada, capacidade que é ditada,
primariamente, pela viscosidade e temperatura de solidificação;

Transferência de calor, isto é, o fluxante deve controlar a velocidade de transferência
de calor; a distribuição não uniforme de taxas de extração de calor pode resultar em
formação de trincas; viscosidade e temperatura de solidificação seriam os fatores
determinantes.

A figura 3 identifica, em um diagrama de fases, as regiões que proporcionam escó-
rias (fluxantes) com baixa temperatura de fusão. Escórias (fluxantes) na região B
seriam de alta alumina e portanto menos capazes de absorver inclusões. O material
de base para produção de pó é, em geral, (Wollastonita, Bauxita) com 0,6 <
CaO/SiO2 <1,5; % Al2O3 < 20%; a figura 4 exemplifica efeitos dos teores de CaO,
Al2O3 e R2O (K2O+Na2O+Li2O) sobre a temperatura de fusão e viscosidade. Nota-se
uma grande dispersão mas é o efeito esperado: a viscosidade decresce com o au-
mento do conteúdo de óxidos básicos; o efeito sobre a temperatura de fusão precisa
ser aferido a partir de diagramas de fases.

Figura 3: Material base para confecção de pós fluxantes

 3

Figura 4: Efeito de adições sobre temperatura de fusão e viscosidade

Carbono é utilizado para controlar a taxa de fusão. Em geral, admite-se que a escó-
ria não molha o carbono e este poderia então servir como barreira física ao coales-
cimento de gotas de escória, já fundidas. Como indica a figura 5 importam o teor e a
granulometria do carbono (além da fonte). A taxa de fusão é parâmetro importante
pois influencia sobre a profundidade do filme de escoria líquida. Filmes profundos
provêm maior capacidade de abastecimento de lubrificante ao gap, maior resistência
a flutuações de nível(filmes finos podem expor aço à atmosfera ou possibilitar o con-
tato direto com o mesmo com o pó), maior capacidade de absorção de inclusões. A
espessura do filme é ditada por um balanço que inclui a taxa de transferência de
calor do metal à camada de escória(portanto na direção vertical), as perdas térmicas
à atmosfera, ao comprometimento com reações endo e exotérmicas; o balanço sen-
do a velocidade de fusão debitada da taxa de consumo para lubrificação .

 4

Figura 5: Efeito do carbono sobre a taxa de fusão do pó

Como regras gerais de aplicação:
1- Cobrir toda a superfície do molde, camada de 25mm;
2- Cobrir o menisco para evitar a reoxidação, absorver inclusões;
3- A profundidade da camada líquida determina a capacidade de for-

necer, infiltração, de escória no gap; como valor de mínimo stroke +
variação média de nível;

4- Variações de nível devem ser controladas, pois, alto índice de vari-
ação implica em cordão escória mais espesso.

Como citado a profundidade da poça seria controlada pela diferença “taxa de fu-
são(função de composição, % e tipo de carbono) – consumo no gap (viscosidade,
temperatura de solidificação, velocidade de lingotamento)”. Obviamente parâmetros
operacionais como velocidade, stroke, dimensões devem ser incluídas na formula-
ção.

 O volume de porção líquida, além da composição, também é determinante quanto à
absorção de inclusões (quanto à possibilidade saturação). A figura 6 exemplifica um
dos métodos de medição, por inserção de varetas metálicas com diferentes pontos
de fusão. A Figura 7 mostra um resultado típico. Observe-se a porção líquida que
age como isolante químico, a porção pulverulenta como isolante térmico e camadas
intermediárias. Nestas se destaca uma camada com alta concentração de carbono;
esta resulta do fato de o carbono ser insolúvel na escória; flutuações excessivas de
nível podem fazer com que o aço entre em contato direto com esta camada, levando
ao pick-up de carbono.

 5

Figura 6: Conjunto de hastes para medição de espessura de camadas.

Figura 7: Estrutura típica das camadas, mostrando camada enriquecida em carbono

Inicialmente o teor de alumina no filme líquido é relativamente baixo. Gradualmente,
com absorção das inclusões o teor aumenta, tendendo a um valor limite, figura 8.
Este valor não representa saturação, mas sim o resultado do balanço entre o aporte
de alumina via pó recém-fundido, a quantidade de inclusões absorvida e a escória
consumida. As propriedades do filme líquido podem então diferir daquelas presumi-
das a partir da composição do pó.

 6

Figura 8: Absorção de alumina durante o lingotamento

Existe a tendência de que o consumo específico de pó[Kg de pó/m2 de superfície]
caia com o aumento de velocidade, o que poderia levar a breakout por colagem(falta
de lubrificação), figura 9. Para diminuir esta possibilidade viscosidade e temperatura
de fusão devem ser diminuídas, preferencialmente de modo a manter o consumo
específico, figura 10..

Figura 9: Consumo específico VS velocidade.

 7

Figura 10: Redução conjunta de viscosidade e temperatura de fusão para manuten-
ção do consumo específico.

Sugerem-se estratégias específicas para lingotamento, de acordo com a faixa de
carbono. Por exemplo, para aços ULC, %C<0,01, o pó deve conter baixo teor de
carbono, de modo a evitar pick-up deste elemento.

Aços médio carbono, 0,091 a 0,16% C , ou peritéticos são propensos a trincas. Os
possíveis mecanismos de formação de uma pele irregular foram discutidos anterior-
mente; um deles se baseia na contração adicional devida à transformação δ =>γ
figura 11. Fluxantes para este tipo de aço devem ser projetados para diminuir a taxa
de transferência de calor(o objetivo desta ação seria tornar mais fina a pele, de mo-
do que a pressão ferrostatica seria capaz de mantê-la contra as paredes do molde o
que, em conseqüência garantiria sua uniformidade) . Recomenda-se aumentar a
temperatura de solidificação para aumentar a espessura do filme de escória resolidi-
ficado junto ao molde(o filme sólido, mormente se contiver cristais, usualmente Cus-
pidina, 3CaO.2SiO2.CaF2, conduz menos calor que o filme líquido de lubrifican-
te);como contrapartida a viscosidade deve ser diminuída para garantir lubrificação.
Naturalmente menores