LINGOTAMENTO: Um Estudo dos Tipos e das Variáveis de Fabricação

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Devido a isso, no caso dos aços – objeto de estudo nesse caso – apenas aqueles fabricados em pequenas quantidades e com precisas exigências quanto a solidificação é empregado o processo de lingotamento convencional.

Essa vazão pode ocorrer de duas maneiras: Direta: o aço é vazado por cima das formas, sendo impulsionado pela ação da gravidade (nesse estilo desgasta-se mais as lingoteiras além de possibilitar a formação de bolhas de ar no interior do material); Indireta: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base por meio de tubulações com material refratário (processo mais caro devido a maior utilização de materiais refratários entretanto, além de permitir o enchimento simultâneo de várias moldes, esse enchimento é mais uniforme).

3.1.1 Tipos de lingoteira

Precedentemente à explanação dos tipos de lingoteiras se faz necessária a sua conceituação:

Lingoteiras têm, em geral, a forma de uma caixa, feita de ferro fundido, pesando 1-1,5 vezes o peso do lingote a ser produzido. O projeto da combinação lingoteira/lingote é feito visando otimizar as varáveis de solidificação e considerando sua conformação mecânica posterior. (COSTA & MEI,2010, p. 503-504)

Nesse sentido, é correto afirmar que extrema é a valia do formato desses moldes uma vez que, como será visto adiante, as condições de resfriamento e de surgimento de trincas ou empenos no material está umbilicalmente relacionado com as lingoteiras.

Comumente os lingotes apresentam uma variação na área da região superior e inferior, favorecendo a solidificação direcional. Ademais suas diversas seções transversais possíveis – cilíndrica, quadrada ... – suas faces podem apresentar-se com distintas estruturações, prevenindo a propagação de trincas na superfície do lingote.

3.1.2 Aços efervescentes semiacalmados e acalmados

A produção de aços efervescentes está relacionada a uma desoxidação mínima do aço. Nesse sentido, à proporção que o lingote se solidifica, forma-se uma superfície de ferro quase puro nas paredes da lingoteira.

Além disso, praticamente todas as impurezas não retiradas da estrutura segregam no núcleo do material. Em especial, pode-se mencionar o oxigênio, que juntamente com o carbono, forma o monóxido de carbono gasoso que é retido no metal na forma de bolhas que dificultam uma maior contração durante o resfriamento.

Quanto aos aços semiacalmados ou parcialmente desoxidados a porcentagem de oxigênio no metal líquido é controlada por meio de uma estrutura na parte superior da lingoteira. Aços semiacalmados apresentam uma composição mais uniforme no núcleo que os aços efervescentes.

Já nos acalmados, remove-se todo o oxigênio posteriormente à solidificação do material, evitando assim o processo de efervescência. Esse tipo de ação permite a formação de um material mais homogêneo.

Não obstante, com o processo de lingotamento contínuo, não se fez mais necessário a formulação desses tipos de aços.

3.2 LINGOTAMENTO CONTÍNUO

A maior parte da produção global de aço é executada por meio do lingotamento contínuo, tanto pelo fato desse procedimento ser mais barato que o lingotamento convencional como por não se ter todas aquelas preocupações de formação de trincas que as lingoteiras oferecem.

Esse procedimento consiste no escorrimento, assim como o processo anterior, do metal a partir das panelas, entretanto, agora, o material fundido cai em um distribuidor que permite a alimentação de vários moldes assim como um derramamento suave e constante nos mesmos. É válido ressaltar que o distribuidor também possui materiais refratários.

Após o distribuidor, o metal cai em um molde de cobre refrigerado em água, como esse choque térmico inicial, forma-se uma superfície sólida que vai sendo puxada por rolos onde ocorre o resfriamento do material com jatos d’água e outras maneiras.

4 TRANSMISSÃO DE CALOR NA SOLIDIFICAÇÃO

A forma como um metal solidifica dentro de um molde é muito importante para que se saiba quais as propriedades que o produto possui. É o modo como o calor é retirado do metal que define o esse modo de solidificação.

Existe uma solução matemática para determinar a extração de calor durante a solidificação de um metal puro em contato com um molde. Essa solução é complexa e exige o uso programas computacionais. Mas em alguns casos, é possível encontrar uma solução por análise.

4.1 FUNDIÇÃO EM MOLDE ISOLANTE

Se for considerado que o metal tem temperatura constante e o molde é semi-infinito, pode-se definir a espessura solidificada S no instante t, através desta equação:

[pic 1] (1)

Levando em consideração que toda a área de contato do molde com o metal tenha capacidade de extrair calor do metal de mesma forma, sem depender do formato do material fundido, pode-se substituir:

[pic 2] na equação (1)

E se terá:

[pic 3]ou [pic 4]

Adotando [pic 5] como o tempo total de solidificação de fundidos de geometria simples. A equação formada é a Regra de Chvorinov, que serve para comparar tempos de solidificação dos fundidos que possuam geometria simples.

4.2 SOLUÇÕES ANALÍTICAS PARA LINGOTES

Pode-se chegar a uma solução através da análise de moldes mantidos a uma mesma temperatura ou moldes semi infinitos, em casos onde despreza-se a resistência do contato. Os resultados das análises levam a uma equação:

[pic 6] (3)

É notado que no início da solidificação existe um retardo que é representado por “–b” na equação (3) e associa-se à liberação e dissipação do calor do liquido lingotado superaquecido e também se associa à resistência do molde-metal.

Esta lei não descreve o fim da solidificação de lingotes comuns, pois ocorrem alguns fenômenos no material que influenciam na estrutura do lingote.

Por existir diferença de densidade entre o sólido e o líquido, ocorre contração durante a solidificação. Para garantir um bom rendimento e não permitir espaços vazios no lingote, é preciso concentrar