zinco e aços galvanizados (carlaine de souza - csn)

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Zinco e Aços Galvanizados

XXIV Simpósio Mínero Metalúrgico da UFMG

"A Mínero-Metalurgia: Competitividade, Inovação e Produtividade".

Carlaine Fonseca de Souza• Engenheiro Metalurgista – UFMG 1997

• MBA Gestão Empresarial – FGV 2007

• Experiência Profissional– USIMINAS

• Engenheiro de Processos – Laminação de Encruamento: 1998-2000

• Gerente de Encruamento e Galvanização Eletrolítica: 2001-2008

– Companhia Siderúrgica Nacional (a partir de 2008)• Gerente de Processos de Laminação

– Engenharia de Produtos (LQ, LF, LZ, FM)

– Qualidade do produto

– Desenvolvimento de Processos

Histórico CSN

• Incorporada em 1941 - marco no processo de industrialização nacional;

• Operações iniciadas em 1946 (capacidade prevista 500 mil t/ano);

• Quatro grandes expansões concluídas até 1989 (capacidade 4,3 Mt/ano)

• Privatização em abril/1993;

• Programa de modernização de 1996 a 2003 (capacidade 5,75 Mt/ano)

Localização

Porto de ItaguaíTECAR (part. 100%)TECON (part.100%)

109 km

Arcos (minas próprias de calcário e dolomito)445 km

Casa de Pedra(mina própriade minério de ferro)328 km

Porto do Rio de Janeiro120 km

Ferrovia FCA

Ferrovia MRS(participação 43%)

CSN - UPV

Estadodo Rio de Janeiro

MRS

MRSFCA

GalvasudGalvasud

INAL

CSN – Negócios

Siderurgia – Usina Presidente Vargas

CSN Porto Real

CSN Paraná

CSN LUSOSIDER - Portugal

CSN LLC – Estados Unidos

CSN SWT Alemanha

CSN Aços Longos

A Mínero-Metalurgia: Competitividade, Inovação

e Produtividade.

XXIV Simpósio Mínero Metalúrgico da UFMG

708,8

107,2

88,6

76,7

70,6

69,3

42,7

35,9

34,7

32,9

27,2

20,7

18,2

15,6

14,5

13,7

13,6

9,8

8,4

7,4

China

Japan

United States

India

Russia

South Korea

Germany

Turkey

Brazil

Ukraine

Italy

Taiwan, China

Mexico

France

Iran

Canada

Spain

United Kingdom

Poland

Belgium

Fonte: Word Steel AssociationProdução mundial total = 1.510 milhões toneladas

20 maiores produtores de aço

O Brasil ocupa a 9ª posição entre os países produtores de aço.

O total de aço produzido no mundo é de

1,5 bilhões de toneladas/ano, para uma capacidade instalada de 1,9

bilhões de toneladas/ano.

Sobra de 400 milhões de toneladas/ano.

Consumo per capita de aço (kg/habitante)

14

É por isso que se diz que um “soluço” na China causa um “Tsunami” no Brasil

Brasil

137

México

184

EUA

308

Coréia do Sul

1.205

China

527

Fonte: Valor Econômico – Abril 2012

Competitividade

Competitividade

• Produzir metais não é tão difícil....

• O desafio é produzi-lo de forma sustentável e obtendo lucros que atraiam investimentos para o setor!

Necrópole de Varna na Bulgária– 4600 BC

100

93

87

74

61

39

36

35

34

33

24

18

17

10

37

3º Estados Unidos

6º Singapura

9º Australia

21º Alemanha

30º Coreia do Sul

47º Turquia

49º Argentina

50º Rússia

52º México

55º Chile

67º Africa do Sul

79º Brasil

82º China

93º India

Média Mundial *Produtividade = PIB/trabalhador.Fonte: Conference Board

Produtividade* em comparação aos trabalhadores dos EUA (%)

24

10

17

ProdutividadeProdutividade

AGRONEGÓCIO

Território e Clima – Natureza

Domínio da tecnologia

Brasil – Setores de Alta Competitividade

Brasil – Setores de Alta Competitividade

MINERAÇÃO

Reservas – Natureza

Preços e Volumes – China

Domínio da tecnologia

AERONÁUTICA

Embraer

CTA, ITA

Brasil – Setores de Alta Competitividade

Brasil – Setores de Alta Competitividade

AUTOMOBILÍSTICA

Mercado

Preços

Tradição

Siderurgia Brasileira – Competitividade Ameaçada

SIDERURGIA

Excesso de capacidade mundial

China – Exportador Líquido

Galvanização

Corrosão Eletroquímica do Aço

Proteção Galvânica e por Barreira – Zn

Processos de Galvanização Imersão a Quente

Eletrolítica

Tipos de Revestimento Cristal normal

Minimizado

BGA

Galvalume

Aplicações

Corrosão Eletroquímica A corrosão eletroquímica é um processo espontâneo, passível deocorrer quando o metal está em contato com um eletrólito, ondeacontecem, simultaneamente, reações anódicas e catódicas.

Corrosão Eletroquímica no Aço

Reação anódica (oxidação):

Fe → Fe2+ + 2e–

Reação catódica (redução):

H2O + ½ O2 + 2e– → 2OH–

Formação da Ferrugem - hidróxido ferroso

Fe2+ + 2OH– → Fe(OH)2

Galvanização

A galvanização é o processo físico-químico pelo qual ummaterial é revestido com outro metal, geralmente paraproteger da corrosão ou para fins decorativos. O nome doprocesso homenageia o cientista italiano Luigi Galvani (1737-1798), que descobriu como transferir íons a partir de ummetal para uma outra superfície através da eletrólise.

Mecanismos de ProteçãoBarreira mecânica

Exemplo: Aplicações sem pintura, silos, telhas galvanizadas, etc.

Mecanismos de ProteçãoBarreira mecânica

Exemplo: Aplicações sem pintura, silos, telhas galvanizadas, etc.

Sendo mais reativo que o Fe, o

Zn não será rapidamente consumido??

Ação atmosférica5Zn(OH)2.XH2O

Ação da água / umidade

Zn0

CARBONATO BÁSICO DE ZINCO - Filme cinza-fosco, cristalino, aderente, duro e impermeável à

água. Responsável pela proteção.

Processo 1

= Zn++ + 2e-2e- + O2 + 2H2O = 40H-

Zn++ + 2OH- + XH2O =

Zn(0H)2.XH2O

Processo 2

+ 2CO2 =

2 Zn.CO3.3Zn(OH)2.YH20

Proteção por barreira mecânica – ZnFormação da camada resistente

Ação atmosférica5Zn(OH)2.XH2O

Ação da água / umidade

Zn0

CARBONATO BÁSICO DE ZINCO - Filme cinza-fosco, cristalino, aderente, duro e impermeável à

água. Responsável pela proteção.

Processo 1

= Zn++ + 2e-2e- + O2 + 2H2O = 40H-

Zn++ + 2OH- + XH2O =

Zn(0H)2.XH2O

Processo 2

+ 2CO2 =

2 Zn.CO3.3Zn(OH)2.YH20

Proteção por barreira mecânica – ZnFormação da camada resistente

O Carbonato de zinco é compacto e estável, sua taxa de corrosão é da ordem de 10 a 100 vezes menor que a do Fe.

Falha na Proteção por Barreira

“Wet Storage Stain” – Corrosão Branca

Proteção Galvânica – ZnZinco – Metal mais eletronegativo que o Fe

Exemplo: Risco em pintura automotiva atingindo o substrato de aço.

Processos Industriais de Galvanização

Fluxo Siderurgia Integrada

Processos de Galvanização

• Linha de Galvanização por Imersão a quente (HDG)

Processos de Galvanização

• Linha de Galvanização por Imersão a quente ( HDG)

DESENROLADEIRA

Seção de Entrada

Seção de Entrada

MÁQUINA DE SOLDA

Seção de Entrada

ACUMULADOR DE ENTRADA( LOOP-CAR )

Seção do Forno de recozimento

Recozimento da tira laminada a frio para obter microestrutura recristalizada com propriedades mecânicas adequadas.

Seção do Forno de recozimento

100

200

300

400

500

600

700

800

900

100 200 300 400 500 600

Comprimento, m

Tem

pera

tura

, °C

Resf. Final

Aquecimento

Encharque

Resfriamento

Liga Zn-Fe

FH

QC, EM, EPEEP, EEP-IF

Zinco Puro

Seção do Pote de zinco

Cuba cerâmica com aquecimento por indução

Seção do Pote de zinco

Temperatura de processo: 463 a 466 °C

Composição do Banho de Zinco

• Al - Controle de reatividade0,16 a 0,25% para GI

0,11 a 0,13 para GA

• Pb ou Sb - “Formação” de cristaisIsento para superfície sem cristais aparentes

0,10 a 0,12% para formar cristais de zinco

• Fe - Forma partículas intermetálicas (Top & Botton Dross)0,015 a 0,030% - Proveniente do aço

Papel do Al no Banho de Zn

Navalhas de Ar / Nitrogênio

Sistema de controle do revestimento

• navalhas de ar / N2

• sopradores

• medidor da camada de Zn

Navalhas de Ar / Nitrogênio

Seção de processo

MEDIDOR DE REVESTIMENTO

Seção de processo

TRATAMENTO QUÍMICO

Roll CoaterSistema de spray

Seção de processo

LAMINADOR DE ENCRUAMENTO

Seção de saída

INSPEÇÃO

Oleadeiras eletrostática (névoa)

Oleadeira comum - bicos - rolos

Seção de saída

PÁTIO DE EMBALAGEMENROLADEIRA

Aspecto Superficial dos

Produtos Galvanizados - HDG

GI - CHAPA ZINCADACRISTAIS NORMAIS

GI - CHAPA ZINCADACRISTAIS MINIMIZADOS

GA - GALVANNEALED

Revestimento GI com Cristais (Spangles)

• Cristais são formados durante solidificação do revestimento.

• Adição de Pb ou Sb diminuem os sítios de nucleação gerando cristais de tamanho visível.

• Uso principalmente na construção civil.

Revestimento GI sem Cristais (Spangle Free)

• Cristais invisíveis a olho nu, superfície adequada para pintura.

• Uso para linha branca e automotivo, especialmente para montadoras americanas e européias.

• Fina camada de AL-Fe entre aço base e revestimento de Zn.

Revestimento GA (Galvanneal)

• Obtido com tratamento térmico após revestimento.

• Ocorre difusão entre o aço base e o revestimento.

• Uso automotivo, especialmente para montadoras japonesas.

• Teor de Fe no revestimento entre 9 e 12%.

Aço Base

Revestimento Galvanneal – Forno

Aquecimento entre 565 e 590 °C por 10s.

Processo de Galvanização Eletrolítica

1 – Desbobinadeira

2 - Tesoura guilhotina

3 - Máquina de solda

4 - Acumulador de entrada

5 - Desengraxante alcalino

6 - Desengraxante eletrolítico

7 - Lavagem

8 - Decapagem eletrolítica

9 - Lavagem

10 - Seção de revestimento

11 - Lavagem

12 - Seção úmida

13 - Fosfatização

14 - Lavagem

15 - Secagem

16 - Acumulador de saída

17 - Oleadeira eletrostática

18 - Tesoura Guilhotina

19 - Bobinadeiras

Galvanização por Eletrodeposição

Processos de Galvanização

• Eletrolítico ( EG)

- +

2e-

Retificador24V 23000A

Anodo

Rolo Condutor

Célula Gravitel

2e - Zn2+

TIRA(Catodo)

ANODO

ELETRÓLITO

Distância Tira - Anodo8 ~ 11 mm

H2OZn

TIRA(Catodo)

ANODO

ELETRÓLITO

2e -

H+

H+

1/2O2

Zn

TIRA(Catodo)

ANODO

ELETRÓLITO

2e -2e - Zn2+ H2O

H+

H+

1/2O2

TIRA(Catodo)

ANODO

ELETRÓLITO

Zn2+ + 2e- Zn0

H2O 2H+ + 1/2O2 + 2e-

2e -2e -

H+

H+

1/2O2

TIRA(Catodo)

ANODO

ELETRÓLITO

H+

H+

H+

H+

H+

H+

2e -2e -

2e -2e -

2e -2e -

1/2O2

1/2O2

1/2O2

Morfologia do Revestimento

Galvalume®Galvalume® é a chapa de aço revestida com a liga 55%Al-Zn, aplicada por meio de imersão à quente similar ao processo dezincagem convencional.

Galvalume®

Galvalume

Representação da seção transversal da camada de revestimento da liga 55%Al- Zn

Características do Galvalume®

O Galvalume recebe a aplicação de uma camada de passivaçãoque proporciona maior durabilidade ao produto. Essa passivação éobtida através:

• Resina Acrílica

• Cromo

• Óleo Protetivo:

Características do Galvalume®

• O Galvalume possui maior refletividade térmica quando comparado

com o Galvanizado Convencional;

• Mantém o interior de silos e galpões, para estoque de alimentos, em

menor temperatura propiciando, conseqüentemente, maior conservação dos

alimentos.

• Em termos de aparência a altas temperaturas o Galvalume mantém o

brilho superficial até 320ºC.

Aplicações do Galvalume®

Aços Planos Revestidos - Parque Industrial Brasileiro

• Companhia Siderúrgica Nacional– 3 Linhas HDG em Volta Redonda, RJ

– 1 Linha HDG em Porto Real, RJ (antiga Galvasud)

– 1 Linha HDG + Galvalume em Araucária, PR

• USIMINAS– 2 Linhas HDG em Ipatinga, MG

– 1 Linha EGL em Ipatinga, MG

• Arcelor Mittal– 1 Linha HDG em São Francisco do Sul, SC

– 1 Linha HDG + Galvalume em São Francisco do Sul, SC

LINHA DE ZINCAGEM CONTÍNUA Nº 1 (LZC#1)

Evolução:1973 - Início de operação

Dados Gerais:Fabricante: AETNA / Eletric Furnace / GECapacidade: 240.000 t/anoTemperatura máxima do forno: Pré Aquecimento: 1200 ºC

Encharque: 890 °CGás de proteção: 25 %H2, 75 %N2

Produção Nominal: 31 t/h Velocidade máxima: 137 m/min

Dimensões da chapa:Largura: 610 a 1220 mmEspessura: 0,30 a 1,95 mmPeso máximo: 25 t

LINHA DE ZINCAGEM CONTÍNUA Nº 2 (LZC#2)

Evolução:1989 - Início de operação

Dados Gerais:Fabricante: DMS Dujardin / Ajax /

SchneiderCapacidade: 280.000 t/anoTemperatura máxima do forno: Pré Aquecimento: 1200 ºC

Encharque: 890 °CGás de proteção: 25 %H2, 75 %N2

Produção Nominal: 39 t/h Velocidade máxima: 122 m/min

Dimensões da chapa:Largura: 610 a 1524 mmEspessura: 0,40 a 3,00 mmPeso máximo: 27 t

LINHA DE ZINCAGEM CONTÍNUA Nº 3 (LZC#3)

Evolução:1984 - Início de operação1998 - Instalação do Laminador de Encruamento (Skin Pass Mill)

Dados Gerais:Fabricante: Nippon SteelFabricante Skin Pass: SumitomoCapacidade: 220.000 t/anoTemperatura máxima do forno: Pré Aquecimento: 1200 ºC

Encharque: 850 °CGás de proteção: 25 %H2, 75 %N2

Produção Nominal: 26,8 t/h (0,38 x 1000 mm)Comprimento da linha 253mVelocidade máxima: 150 m/min

Dimensões da chapa:Largura: 610 a 1270 mmEspessura: 0,21 a 0,91 mmPeso máximo: 40,8 t

Início das Obras em Porto Real: Março de 1999 Investimento Total: US$ 236,000,000.00 Acionista:

100% CSN Até Julho de 2004: 51% CSN e 49% TKS

Informações GeraisInformações Gerais

EquipamentosEquipamentos Capacidade de Capacidade de ProduçãoProdução

Início de OperaçãoInício de Operação

Linha de Galvanização

350.000 t/ano 22/12/2000

Slitter 170.000 t/ano 23/04/2001Press Blank Line 48.000 t/ano 24/02/2001

Tailored Welded Blank 16.000 t/ano 12/02/2001Lavadora de Blanks 12.000 t/ano 29/08/2003

CSN Paraná

CSN Paraná

Setores Consumidores

Os Laminados Planos Zincados da CSN são oferecidos ao mercado com as seguintes especificações:

Aços para Uso Geral e Qualidade Comercial

Aços para Estampagem

Aços Estruturais

Aços Microligados de Alta Resistência

Aços Refosforados de Alta Resistência

Aços Bake Hardening

Setores Consumidores

NORMAS TÉCNICAS DE FABRICAÇÃO

Os produtos são fabricados em equipamentos, que conferem elevado padrão de qualidade e características conforme as principais normas nacionais e internacionais, tais como:

ASTM – American Society for Testing and MaterialsAS – Australian StandardsBS – British StandardDIN – Deutches Institut für Normung E.V.EN – EuronormFIAT - Norma Técnica FIATJIS – Japanese Industrial StandardsNBR – Norma BrasileiraNM – Norma MercosulNT CSN – Norma Técnica CSNSAE – Society of Automotive EngineersSEW – Material Especification by Organization of the German Iron and Steel IndustryVW – Norma Técnica Volkswagen

Obrigado!!

carlaine@csn.com.br