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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
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