CAPLCAPL( Continuos Annealing and Processing Line )

I – Introdução

II – Programação para o CAPL

III – Processo de Recozimento Contínuo

1) Entrada

2) Centro

3) Saída

IV – Principais defeitos

I – IntroduçãoI – Introdução

Para atender a aplicação dos aços laminados a frio, convencionalmente são necessários 5 processos a saber:

1. Limpeza eletrolítica para remoção do óleo ou um sistema de emulsão adequando à limpeza da tira ( sistema “C” );

2. Recozimento tipo caixa que, através da recristalização, rearranja a microestrutura que foi deformada pela laminação a FRIO;

3. Resfriamento das bobinas recozidas até uma temperatura adequada ao processo seguinte;

4. Encruamento onde se desenvolve as propriedades mecânicas desejadas, melhora a planicidade e se dá o acabamento superficial desejado por meio de uma leve redução;

5. Inspeção e rebobinamento.

O processo convencional requer, portanto, vários tipos de equipamentos, grande espaço e um grande número de pessoas. Além disto ele requer vários dias para o processamento, um maior volume de estoque intermediário e um grande manuseio de bobinas.

O CAPL combina todos os processos citados acima em uma única linha, oferecendo altos níveis de eficiência.

Especificação básica CAPL ( Usiminas )Especificação básica CAPL ( Usiminas ) Produção: 600.000 t/ano;Produção: 600.000 t/ano; Capacidade de forno: 147 t/h;Capacidade de forno: 147 t/h; Velocidade máxima do forno em aquecimento: 220 Velocidade máxima do forno em aquecimento: 220

mpm;mpm; Espessura: 0,40 à 2,30 mm;Espessura: 0,40 à 2,30 mm; Largura: 700 à 1865 mm;Largura: 700 à 1865 mm; Peso máximo de bobina: 50 t. Peso máximo de bobina: 50 t.

Fluxo do CAPLFluxo do CAPL

Linha de Recozimento Contínuo

Máq

uin

a d

e S

old

a

Desb

ob

inad

eir

as

Tesou

raSistema de

Limpeza

Looper de Entrada

HF SF SCF OA1C 2C

WQ

Looper de Saída

Skin

Pass

Tesou

ra

Bob

inad

eir

as

Principais comprimentos:•Looper de Entrada = 443 metros

•HF = 310 metros

•SF = 113 metros

•SCF = 44 metros

•1C = 28 metros

•OA = 635 metros

•2C = 124 metros

•Looper de Saída = 443 metros

II - ProgramaçãoII - Programação Objetivo:Objetivo:

Orientar o processo de bobinas no CAPL, Orientar o processo de bobinas no CAPL, visando produtividade e qualidade.visando produtividade e qualidade.

Recomendações para formação de chanceRecomendações para formação de chance1) Procurar agrupar bobinas de mesmo ciclo de recozimento.

Ciclo de menor temperatura média temperatura alta temperatura média temperatura menor temperatura.

2) Na transição de um ciclo de material para outro, quando necessário, utilizar material de grau CQ sem garantia de propriedade mecânica.

3) Chace tipo caixão, alterando a largura das bobinas, ou seja, forma de serrote.

Largura

Largura

M N N M M N

M Maior largura

N Menor largura

4) Obedecer os critérios de mudança de espessura, assegurando a passagem da solda.

Espessura

E1 E2

E1 – E2 E1 – E2 0,4 mm ou inferior 0,4 mm ou inferior1,2 1,2 E E 2,3 mm 2,3 mmE1 – E2 E1 – E2 0,2 mm ou inferior 0,2 mm ou inferior0,6 0,6 E E 1,2 mm 1,2 mmE1 – E2 E1 – E2 0,1 mm ou inferior 0,1 mm ou inferiorE E 0,6 mm 0,6 mmMudanças de EspessuraMudanças de Espessura Espessura da TiraEspessura da Tira

Exemplo1,00 mm 0,80 mm 0,60 mm 0,80 mm 1,00 mm

5) Agrupar as bobinas pelo diâmetro interno do CAPL;

6) Agrupar as bobinas por tipo de óleo;

7) Agrupar as bobinas por tipo de borda.

III – Processo do Recozimento III – Processo do Recozimento Contínuo - CAPLContínuo - CAPL

Refere-se aos principais equipamentos do CAPL, a função destes e os controles exigidos.

Este assunto foi subdividido em :

-Entrada;

- Centro;

- Saída.

EntradaEntrada

1) Entrada1) Entrada

a)Máquina de Solda;

b) Limpeza Eletrolítica.

a) Máquina de Soldaa) Máquina de Solda

Tem por objetivo unir as pontas inicial e final da tira para soldagem por sobreposição. Este método é um dos mais eficazes , aplicável para pequenas regiões de sobreposicão ,com alta velocidade de soldagem, utilizando-se o calor gerado pela corrente elétrica.

b) Linha de Limpeza Eletrolíticab) Linha de Limpeza Eletrolítica

A linha de limpeza eletrolítica (LLE) tem por finalidade remover os resíduos da superfície da tira oriundos principalmente do processo de laminação a frio, tais como: óleo utilizado na emulsão, sujeiras e pó de ferro proveniente do atrito entre o cilindro e a tira.

Mecanismo de Limpeza Mecanismo de Limpeza

Podemos subdividir o mecanismo de limpeza em três itens:

-Desengraxamento alcalino;

-Limpeza por métodos mecânicos;

-Desengraxamento por eletrólise.

Desengraxamento AlcalinoDesengraxamento AlcalinoAo mergulharmos a tira num tanque de solução alcalina (NaOH + Água) a

uma temperatura de aproximadamente 80ºC o óleo reage com o álcali (NaOH) transformando-se basicamente em sabão e água. Esta reação química é denominada saponificação e se desenvolve da seguinte maneira:

Infiltração = Umedecimento do material oleoso pelo álcali.

Penetração = Após infiltração, a solução alcalina penetra nos elementos oleosos.

Dispersão = Após penetração o elemento álcali reage e desprende os óleos da superfície da tira.

Emulsificação = Dispersão dos elementos oleosos dentro da solução.

Limpeza por métodos mecânicosLimpeza por métodos mecânicosA limpeza mecânica é realizada por meio de rolos escovas e bicos spray.

Bicos Spray

Rolo Escova

Rolo de Encosto

Direção da Chapa

Direção da Chapa

Rotação da escova

Jato cheio

Evitar o super aquecimento e assim o sucatamento das escovas antes do tempo.

Desengraxamento EletrolíticoDesengraxamento EletrolíticoO processo consiste na passagem da corrente em solução

alcalina entre um pólo elétrico e a tira, promovendo reações químicas por efeito elétrico. Uma solução a base de água e soda cáustica ( NaOH ), atravessada por corrente elétrica, dá lugar as seguintes reações:

Reação no Catodo:

2H2O + 2e- H2 + 2OH-

Reação no Anodo

2OH- H2O + ½ O2 + 2e-

O- O- H+ H+

Na OH + H2O

-------

- - - - - - -

-------

+++++++

+++++++

+++++++

+++++++

-------

Eletrodos

OH- OH- Na+ Na+

Mecanismo de Limpeza EletrolíticaMecanismo de Limpeza Eletrolítica

Rinsagem a QuenteRinsagem a QuenteApós a limpeza eletrolítica, a tira é submetida a uma Após a limpeza eletrolítica, a tira é submetida a uma

lavagem a quente. Na 1.ª etapa a tira passa no sentido lavagem a quente. Na 1.ª etapa a tira passa no sentido horizontal num tanque equipado com bicos spray e 4 horizontal num tanque equipado com bicos spray e 4 conjuntos de rolos escovas onde juntamente com água a uma conjuntos de rolos escovas onde juntamente com água a uma temperatura aproximadamente de 80ºC é feito a remoção dos temperatura aproximadamente de 80ºC é feito a remoção dos resíduos remanescentes da solução. Esta operação é resíduos remanescentes da solução. Esta operação é completada num tanque ( somente com água quente ) onde a completada num tanque ( somente com água quente ) onde a tira na posição vertical imerge na água quente promovendo a tira na posição vertical imerge na água quente promovendo a lavagem finallavagem final

Secagem da TiraSecagem da Tira

Após a lavagem a quente, a tira passa por 2 Após a lavagem a quente, a tira passa por 2 rolos espremedores que secam a mesma pela ação de rolos espremedores que secam a mesma pela ação de uma determinada pressão.uma determinada pressão.

Em seguida a tira passa por secadores. Este Em seguida a tira passa por secadores. Este equipamento é usado para secar ambos os lados do equipamento é usado para secar ambos os lados do material. O processo consiste em soprar ar quente material. O processo consiste em soprar ar quente sobre as superfícies da tira.sobre as superfícies da tira.

CentroCentro

2)2) CentroCentro

Tempo

Tem

per

atu

ra

Aquecimento

HF

Encharque

SF Resfriamento lento 675ºC

SCF

Resfriamento Rápido

1C

Superenvelhecimento Resfriamento

Sec. 160 – 210ºC

2CResfriamento

com água

AquecimentoAquecimento

Tem

per

atu

ra

Tempo

1

23

45

67

Nesta etapa a tira entra a temperatura ambiente e através do aquecimento promovido pelos tubos radiantes atinge a temperatura de encharque ( 700ºC à 840ºC ), na qual varia conforme a composição química e a aplicação do material.

EncharqueEncharque

Tem

per

atu

ra

Tempo

1

23

45

67

Nesta fase ocorre o crescimento dos grãos. A temperatura bem como o tempo de encharque são os parâmetros mais importantes na definição do tamanho do grão recristalizado. O tempo nescessário nesta operação é maior ou igual a 40 segundos. A temperatura da tira pode variar, dependendo do ciclo, de 700ºC à 850ºC e é mantida por meio de resistências elétricas.

Resfriamento Lento SCFResfriamento Lento SCF

Tem

per

atu

ra

Tempo

1

2 34 5 6

7O resfriamento lento é muito importante no processo, pois este é o estágio onde ocorre

uma trasformação de grãos austeníticos, formados durante o encharque, em grãos ferríticos, exceto para aços IF que possuem microestrutura ferrítica, sendo esta melhor para aços destinados a estampagem. Além disto, visa-se obter também uma quantidade uniforme de carbono em solução. A taxa de resfriamento sugerida é de 12ºC por segundo a partir do fim de encharque até 675ºC.

Resfriamento Rápido Primário ( 1C )Resfriamento Rápido Primário ( 1C )

Tem

per

atu

ra

Tempo

1

2 34 5 6

7

Consiste em resfriar a tira rapidamente de 675ºC até 410ºC a uma velocidade de aproximadamente 60ºC/s. Nesta condição, consegue-se uma menor quantidade de carbono em solução sólida no aço, obtendo assim melhores valores de propriedades mecânicas.

Superenvelhecimento ( Overanging – OA )Superenvelhecimento ( Overanging – OA )

Tem

per

atu

ra

Tempo

1

2 34 5 6

7

Overaging é um tratamento térmico dado à tira para retardar o fenômeno de envelhecimento por deformação no aço laminado a frio. Este processo é a etapa seguinte ao resfriamento rápido primário. Ele consiste em submeter a tira a um determinado tempo e temperatura, para controle adequado da quantidade e forma do precipitado de carbono, na estrutura do aço laminado a frio ( O tempo e a temperatura variam com o ciclo – na maioria dos ciclos a temperatura é de 410ºC e o tempo maior que 120 segundos ).

Resfriamento Secundário ( 2C )Resfriamento Secundário ( 2C )

Tem

per

atu

ra

Tempo

1

23

45

67

Tem a finalidade de resfriar rapidamente a tira a partir de temperatura final de overanging até 160ºC ( para algumas qualidades até 210ºC ).

Resfriamento Brusco com Água ( WQ )Resfriamento Brusco com Água ( WQ )

Tem

per

atu

ra

Tempo

1

23

45

67

Tem a finalidade de resfriar bruscamente a tira por meio de spray de água e imersão da mesma até a temperatura abaixo de 45ºC, onde nesta condição a tira está apta a ser submetida ao processo de encruamento.

SaídaSaída

SaídaSaída

a)a) Encruamento;Encruamento;

b)b) Inspeção;Inspeção;

c)c) Aparamento de borda;Aparamento de borda;

d)d) Oleamento.Oleamento.

a)a) EncruamentoEncruamentoConsiste numa pequena deformação ( 1 a 2% ) com o objetivo de eliminar

o patamar de escoamento, evitando o aparecimento das linhas de distenção em peças estampadas.

As outras finalidades de encruamento são:

• Melhoria superficial da tira através do ajuste de rugosidade;

• Melhoria da forma ( empeno, ondulação central, de borda, localizada e cruzada ).

UCMILL - CAPL

Shape Meter

b) Inspeçãob) Inspeção

A inspeção é feita com a tira na posição horizontal e vertical,

sendo que nesta última possibilita a inspeção nas duas faces.

c) Aparamento de Bordac) Aparamento de Borda

O equipamento possui 2 conjuntos de lâminas em cada lado que permitem a troca / regulagem / manutenção de um conjunto enquanto o outro estiver em operação, não havendo necessidade de parar a linha.

d) Oleamento d) Oleamento

Tipo de oleadeira – Eletrostática.

Peso da camada de óleo – 0,3 g/m2 (por face).

Tanques de trabalho – 3 tanques com capacidade de

500L cada.

IV – Principais Defeitos no CAPLIV – Principais Defeitos no CAPL

a)Heat Buckle;

b)Walking;

c)Revenido.

d)Manchas de Parada.

a) Heat Bucklea) Heat Buckle

O defeito ocorre no HF (Heat Furnace) sob a forma de um repuxado forte, apresentando vinco e dobra no sentido logitudinal da tira em qualquer região em relação a largura.

Este defeito além de causar o sucatamento da região afetada, pode provocar um deslocamento de tira dentro do forno e consequentemente ruptura da mesma.

a.a.11) Mecanismo de Ocorrência do Defeito Heat Buckle (HB)) Mecanismo de Ocorrência do Defeito Heat Buckle (HB) O defeito ocorre quando a tensão de compressão é excessiva. A aparência externa da tira fica como na figura abaixo.

Heat Buckle

Heat Buckle

Tensão de Compressão

Os principais motivos que causam o Os principais motivos que causam o excesso de tensão de compressão são:excesso de tensão de compressão são:

1) Temperatura da tira alta (provocado geralmente pela necessidade de redução de velocidade ou parada da linha). Com isto o material apresenta-se muito macio, consequentemente o limite de escoamento fica muito baixo facilitando assim , a deformação do material.

2) O H.B. pode ocorrer também devido a tensões termicas por diferenças de temperatura ao longo da largura da tira durante as mudanças de largura da chance.

Solda

Tem

per

atu

ra d

o ro

lo

Tr = Temp. do rolo

Tr Tt

Tem

per

atu

ra d

a T

ira

Tt2Tt1

Tt = Temp. da tira

T = Tt2 - Tt1

Diferença da temperatura transversal

3)3) O problema de forma ( ondulação central, ondulação de O problema de forma ( ondulação central, ondulação de borda, empeno ) dependendo da intensidade pode borda, empeno ) dependendo da intensidade pode provocar o Heat Buckle, daí a necessidade de se ter uma provocar o Heat Buckle, daí a necessidade de se ter uma materia prima com boa planicidade.materia prima com boa planicidade.

b)b) WalkingWalking

O walking é um deslocamento da tira para a direita ou O walking é um deslocamento da tira para a direita ou para a esquerda durante o processo da mesma no forno.para a esquerda durante o processo da mesma no forno.

Isto acontece devido principalmente aos seguintes fatores:Isto acontece devido principalmente aos seguintes fatores: Coroamento Alto;Coroamento Alto; Cunha Alta;Cunha Alta; Rugosidade Baixa;Rugosidade Baixa; Forma.Forma.

c)c) RevenidoRevenido

O defeito apresenta-se como manchas com coloração amarela, castanha, azul, ou cinza.

Causado geralmente por excesso de oxigênio durante o processo de recozimento.

d)d) Manchas de ParadasManchas de Paradas

São manchas fortes escuras podendo ocorrer na São manchas fortes escuras podendo ocorrer na forma de coloração castanha ou azul, causadas por forma de coloração castanha ou azul, causadas por paradas superiores a 1 minuto dentro dos fornos, tanques paradas superiores a 1 minuto dentro dos fornos, tanques da limpeza eletrolítica e de resfriamento com água da limpeza eletrolítica e de resfriamento com água ( WQ ).( WQ ).