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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 ).