reduÇÃo no consumo de hidrogÊnio em fornos de … · processo estável e que não tenha...

REDUÇÃO NO CONSUMO DE HIDROGÊNIO EM FORNOS DE

RECOZIMENTO TIPO SINO UTILIZANDO A CURVA DE DESTILAÇÃO DO ÓLEO

DE LAMINAÇÃO.

Fernando Kawata Julia Ferrari Pompeo

Ricardo Alves Almeida Carlos Roberto Gianini Jr.

No presente trabalho a ser apresentado foram analisadas o comportamento do

óleo de laminação em fornos de recozimento com hidrogênio EBNER utilizando

curvas de destilação do óleo de laminação para garantir que o material seja limpo

em uma determinada faixa de temperatura mais eficiente favorecendo a redução do

gasto com gás de atmosfera, além desse fator notamos que materiais com óleo

protetivo no recozimento ocasionam a impregnação de borras nas tubulações

aumentando os custos de operação.

Palavras-chave: Recozimento, Tiras relaminadas, Óleo de laminação,

Têmpera.

TTT 2012 - VI Conferência Brasileira sobre Temas de Tratamento Térmico17 a 20 de Junho de 2012, Atibaia, SP, Brasil

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INTRODUÇÃO

Devido a um mercado consumidor que exige cada vez mais baixos preços e

alta qualidade, existe a necessidade de se desenvolver processos com maior

produtividade, qualidade e baixo custos.

Além dos pontos descritos acima, precisamos sempre reduzir custos fixos

como: energia elétrica, gás combustível e atmosfera de fornos. Nos fornos de

recozimento do tipo sino (Figura 1), é ultilizado o gás hidrogênio puro para formação

da atmosfera redutora, fazendo com que o H2 combinado com o hidrocarboneto e o

residual da emulsão nas tiras relaminadas saturem a atmosfera e assim favorecer o

aspecto superficial de limpeza. Todo esse processo deve ser realizado em um

volume de hidrogênio ideal sem que ocorra o desperdício.

OBJETIVOS

O objetivo desse trabalho é diminuir o consumo de gás hidrogênio utilizado na

atmosfera dos fornos do tipo sino para recozimento de bobinas (Figura 1)

objetivando a melhoria no aspecto superficial utilizando a curva de evaporação do

óleo de laminação utilizado na relaminação a frio de tiras contínuas analisando

sempre as variáveis do processo e procedimentando, para uma melhor prática de

trabalho.

Figura 1 – Forno de recozimento do tipo sino.


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FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

PROCESSO DE RECOZIMENTO PLENO E A CONCEPÇÃO DO

EQUIPAMENTO

Como em qualquer outra relaminadora de aço é obrigatório ter um processo de

recozimento para que seja realizado a recuperação, recristalização e crescimento de

grão em materiais encruados. Os patamares de cada ciclo são definidos a partir da

qualidade do material e a temperatura crítica linha A1 do diagrama de fases Fe-C

(Figura 2).

Figura 2 – Diagrama de fases Ferro-Carbono.

(Fonte: www.docstoc.com)

Portanto a temperatura de recozimento do aço deve ficar abaixo da linha crítica

para que não ocorra a transformação de grãos austeníticos. O recozimento é

constituídos de basicamente dois tipos de ciclos: normalização e coalescimento. No

processo de normalização a intenção é aquecer os materiais até a linha crítica

Linha Crítica


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(Figura 2) e favorecer o resfriamento rápido para que a microestrutura final seja mais

homegênea e mais fina do que a bruta de fusão vinda das usinas siderúrgicas e o

coalescimento é um tipo de tratamento térmico onde temos o aquecimento até a

linha A1 (Figura 2), porém no resfriamento é feita por patamares com diminuições de

5ºC/h para favorecer a esferoidização dos carbonetos na matriz ferrítica

principalmente para melhorar a solubilização do carboneto no processo de

martêmpera. Nesse processo utilizamos fornos de alta convecção (Figura 3) como

podemos observar na figura abaixo.

Figura 3 - Corte esquemático de um forno tipo sino de recozimento de bobinas.

(Fonte: Revista Industrial Heating)

Recuperador: a função é utilizar o residual de hidrogênio para retornar para a

queima e ajudar no aquecimento da carga.

Queimador: maçarico de gás natural utilizado para aquecimento da carga.

Suporte: Em fornos de rolos utilizamos convectores e divisores para favorecer

uma melhor circulação da atmosfera interna da campânula do forno de

recozimento.

Ventilador: uma das principais partes de um forno, pois é ele que faz toda a

recirculação da atmosfera favorecendo a convecção dos gases.


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Motor do ventilador: realiza a rotação do eixo que está ligado as pás de

ventilação e este é refrigerado a água e blindado.

Forno: é o módulo que realiza o aquecimento utilizando maçaricos alimentados

por oxigênio e gás natural.

Campanula: é a parte do forno que utilizamos para enclausurar a carga e

eliminar o contato com a atmosfera oxidante.

Difusor: é utilizado para separar os rolos um dos outros favorecendo uma troca

térmica homogênia.

ÓLEO EMULSIVO

Na relaminação de tiras a frio além de todo a concepção do equipamento na

qual engloba um laminador é necessário a utilização de insumos para que torne o

processo estável e que não tenha problemas no decorrer do encruamento que

possam comprometer a qualidade.

A maior parte da emulsão é direcionada sempre nos cilindros, pois se hover

uma variação térmica brusca, pode favorecer o aparecimento de trincas ou até a

quebra no cilindro devido a dilatação entre a camada tratada e o núcleo ocasionado

pela diferença de dureza entre as camadas do cilindro.

Figura 4 - Processo de laminação

E o óleo de laminação é o principal insumo a ser utilizado, este tem

caracteristicas especificas de refrigeração, lubrificação, limpeza, melhorar a

velocidade devido a diminuição do atrito, qualidade de superfície e nível de sujeira e


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redução de atmosfera nos fornos sinos, a solução do líquido utilizado na

relaminação como emulsão tem aproximadamente 3% de óleo miscível na base

água. Tem base mineral e por isso é mais difícil a quebra intramolecular.

O óleo emulsivo com alta demugabilidade tendem a ser retirado no processo

de relaminação e assim não formar um contaminante que ao entrar no forno de

recozimento o resíduo possa gerar fuligem ou saturar a atmosfera com vapor de

óleo e aderir no material relaminado causando manchas e sujeira para o próximo

processo.

INFLUÊNCIA DAS VARIAVÉIS DE PROCESSO

Temperatura

Influencia no controle das 3 fases do recozimento pleno que é a recuperação,

recristalização e crescimento de grão, além dessa classe também realizamos a

esferoidização, mas para ambas o processo consiste em solubilizar todo o carbono e

elemento de liga na matriz ferritica e no processo de resfriamento controlado seja

favorecido a formação de carbonetos mais homogêneos para os processos

seguintes.

Vazão de hidrogênio

Quanto maior o volume de hidrogênio no interior da campânula, menor será a

sujidade encontrada no material processado devido um maior craqueamento do óleo

existente na superfície do material quando atrelado a faixa de temperatura de

evaporação do óleo.

Tempo

Chamamos de linha de encharque que é o tempo necessário que o forno leva

para termos toda a carga com a mesma temperatura e em todos os pontos de todas

as bobinas, dessa forma não teremos nenhuma heterogeneidade e

consequentemente diferenças nas propriedades físicas.


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MATERIAIS E MÉTODOS

DEFINIÇÃO DAS VARIÁVEIS DE PROCESSO

Abaixo temos a curva de evaporação do óleo que utilizamos para reduzir o

consumo de hidrogênio e direcionar o gás para a faixa.

Figura 5 - Reação generalizada do processo de craqueamento.

Gráfico 1 – Curva de evaporação do óleo emulsivo utilizado no processo de relaminação.

(Fonte: Daido Química do Brasil)


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A reação ocorre mais facilmente quando o óleo de laminação encontra-se no

estado gasoso, devido as moléculas estarem em maior agitação favorecendo assim

a reação entre a molécula de óleo de laminação e a molécula de hidrogênio,

favorecendo então a utilização da curva de evaporação. Alguns contaminantes

podem modificar a curva de evaporação dificultando assim a parametrização do

processo prejudicando a qualidade superficial, como por exemplo: vazamento de

óleo hidráulico e utilização de óleo protetivo com baixa compatibilidade.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Gráfico 2 – Curva das variáveis do processo de recozimento em forno tipo sino.

Para a análise comparativa de sujidade após o recozimento do material em

forno tipo sino, foi utilizada uma vazão média de hidrogênio no processo cerca de

35% menor que a anteriormente utilizada. Para verificar a eficiência na limpeza dos

materiais, foi realizado pela empresa Daido Química do Brasil o teste de reflectância

antes da redução de hidrogênio (Figura 7b) e após a redução de hidrogênio (Figura

8b).

Maior vazão de hidrogênio

entre as temperaturas de

150°C e 450°C, conforme

curva de evaporação do óleo.


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Figura 7a. Amostra após a redução de

hidrogênio no forno HC6.

Figura 7b. Resultado do teste:

96% de reflectância

Figura 6a. Amostra antes da redução de

hidrogênio no forno HC6.

Figura 6b. Resultado do teste:

92% de reflectância


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CONCLUSÃO

Com este trabalho, podemos identificar as seguintes conclusões acerca do uso

da curva de evaporação do óleo de laminação com o intuito de reduzir o consumo do

gás hidrogênio nos fornos tipo sino:

A utilização de uma maior vazão de hidrogênio somente na faixa onde o óleo

de laminação se encontra em fase gasosa, de acordo com a curva de evaporação,

faz com que o crequeamento deste seja mais eficiente, tendo uma redução da

sujidade na superfície da chapa superior a 4%, de acordo com o teste de

reflectância, utilizando uma vazão de hidrogênio cerca de 35% menor no processo

de recozimento.


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.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. CALLISTER JR., W. D. Ciência de engenharia de materiais: uma

introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2002.

2. ASM International - Metals HandBook - Heat Treating. Vol. 4. Detroit:

ASM, 1991.

3. HEIFELD, K. REINSTAEDTLER, R. – O LAMINADOR MKW – SEU

DESENVOLVIMENTO, SUA APLICAÇÃO, SUA POSSIBILIDADES –

METALURGIA vol. 25 – n143º: outubro 1969.

4. ANTUNES, A – Setores da Indústria Química Orgânica. Rio de

Janeiro: E-papers, 2007.


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REDUCTION IN CONSUMPTION IN HYDROGEN ANNEALING FURNACES

USING THE BELL CURVE TYPE OF OIL DISTILLATION OF ROLLING.

Fernando Kawata

Julia Ferrari Pompeo

Ricardo Almeida Alves

Roberto Carlos Gianini Jr.

In the present work to be made were analyzed the behavior of rolling oil into

the annealing furnace with hydrogen using EBNER distillation curves rolling oil to

ensure that the material is cleaned in a certain temperature range favoring more

efficient reduction of spent gas atmosphere, and this factor we note that materials

with protective oil in annealing cause the impregnation of sediment in the pipes

increasing operating costs.

Keywords: Annealing, rerolled strips, rolling oil, tempera.


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