About: Tozato Measurements

Frequência na mesa de oscilação irregular do molde gerada pela falta de calibração do sensor de nível de aço traz grandes prejuízos para a produção, manutenção e qualidade.

Aciaristas notam que a desclassificação de produtos em empresas siderúrgicas pode estar correlacionada a problemas com a mesa de oscilação de máquinas de lingotamento contínuo.
Conforme informado por um cliente, a equipe de manutenção estava lidando com excesso de tempo de parada de manutenção.

Incidentes contínuos de breakout ou problemas ligados à mesa de oscilação e ao molde também coincidiam com a queda da qualidade dos produtos, que vinham apresentando cada vez mais trincas e pele dupla.

Figura 1: Figura mostra consequência de breakout.

Figura 2: Figura mostra ambos tarugo e bloco com trincas.

Com o objetivo de investigar e solucionar os problemas que estavam acontecendo na siderúrgica, o cliente entrou em contato com a Tozato.

A pedido da empresa, a equipe de engenharia da Tozato viajou até a empresa com o objetivo de conduzir a investigação usando um equipamento que possibilita analisar a trajetória, vibrações e condições metalúrgicas da mesa de oscilação do molde.

Detecção e análise do problema

O agravante foi encontrado a partir da medição da mesa de oscilação com um equipamento de alta tecnologia da Tozato Measurements. Foi possível constatar que a frequência da mesa de oscilação estava sofrendo grandes alterações (de 81 cpm a 116 cpm) em questão de poucos segundos.

Esse aumento e redução abrupta da frequência não só causavam desgaste extra nos moldes de cobre como também repercutiram em breakouts, além de causar a desclassificação dos produtos formando trincas severas e sangrias recorrentes.

Figura 3: Figura mostra picos de variação de frequência na trend line.

A suspeita foi de que as altas e rápidas alterações na frequência de oscilação da mesa osciladora estavam sendo causadas pela falta de calibração do sensor de nível de aço líquido do molde de cobre.

Uma vez que este estava sem calibração adequada, o motor era acionado em comando do driver para compensar a frequência, ora para aumenta-la, ora para diminui-la.

Figura 4: Figura mostra, no curto tempo de exatos 14 minutos e 56 segundos, cuja variação mínima era de 81.37 cpm e máxima de 116.5 cpm.

É de conhecimento comum que a máquina de lingotamento contínuo opera a partir dos impulsos motorizados que por sua vez auxiliam na oscilação da mesa osciladora e, em uma frequência estável, proporciona qualidade na fabricação dos produtos finais. Todavia, quando há um problema com a calibração do sensor de nível de aço, essa frequência pode alterar e causar grandes problemas nas áreas de produção e qualidade de tarugos, como foi o caso deste cliente.

Soluções imediatas foram prestadas pela equipe de engenharia da Tozato. Após comprovar a eficácia do sistema de monitoração, a empresa fez a instalação permanente deste equipamento para dar continuidade ao controle sobre a mesa de oscilação do molde.

Conclusão

Com a utilização deste instrumento de alta precisão e resolução da Tozato, a empresa foi capaz de aumentar a produção, de maneira que a qualidade estivesse dentro dos padrões exigidos, evitando gastos maiores com manutenção e perda de produto para a empresa, uma vez que o uso deste sistema proporcionou maior vida útil para os moldes e da mesa osciladora, agindo contra romboidade e ovalidade, além de se provar eficiente na diminuição drástica da incidência de breakouts.

A relação entre deformações na parede externa do molde e a perda do taper no seu interior era pouco conhecida. A correlação entre esses dois fatores pode ser observada somente através de equipamentos precisos de medição, que auxiliam na detecção de anomalias internas, que por sua vez, podem ser milimétricas.

As causas das deformações na superfície externa do molde podem ser variadas, como erros no transporte e manuseio, erros de montagem na jaqueta d’água e erros de acoplamento dos parafusos da jaqueta. O molde de cobre, apesar de apresentar boa resistência mecânica para sua aplicação, pode sofrer com as consequências desses erros e apresentar deformações. Desse modo, quando causados, esses defeitos podem gerar graves transtornos na produção, uma vez que com o taper comprometido não é possível garantir a formação adequada da pele do aço.

[Estudo de caso] Erro de montagem da jaqueta d’água

Recentemente um cliente Tozato identificou uma deformação na parede externa do molde causada por um erro no processo de acoplamento na jaqueta d’agua que acabou danificando seriamente o taper no seu interior. Nessa ocasião, ao realizar o acoplamento do molde na jaqueta, os parafusos da mesma foram apertados sem controle causando assim uma deformidade na superfície externa do molde de cobre, que consequentemente deformou a superfície interna e ocasionou a perda do taper.

Na Figura 1 estão apontadas as duas regiões que foram mais afetadas pelo prensamento exacerbado dos parafusos da jaqueta d’água. Percebe-se também que a deformação é prolongada ao longo do molde seguindo o mesmo caminho.

É importante mencionar que, a olho nu, essa deformidade causada pelos parafusos da jaqueta não aparentava ter causado um defeito no taper. Somente ao utilizar um equipamento de medição da Tozato, foi possível detectar essa anormalidade, que a princípio passaria despercebida dentro do molde. Dessa forma, a medição realizada no molde apresentou o seguinte resultado:

Na Figura 2, uma deformação grave é identificada na região indicada no gráfico, que foi a mais danificada pelo erro de acoplamento. Além disso, deste ponto em diante, observa-se um desgaste acentuado que se estende até o fim do molde.

Riscos à Produção

O uso de um molde fora das especificações pode acarretar defeitos no produto, como as trincas, que tem como uma de suas causas listadas os erros de conicidade, além da possibilidade de sangrias e breakouts. Com o resultado das medições em mãos concluiu-se que esse molde não estava dentro do esperado, logo poderia representar um risco a produção se não fosse descartado.

Por exemplo, o sucateamento do produto é um dos danos causados por um breakout, como vemos na Figura 3: uma fina camada de aço solidificada que foi rompida durante o estripamento negativo devido à pressão ferrostática.

Conclusão

Diversos prejuízos podem decorrer da soma dessas situações, como a desclassificação do produto, o longo tempo de parada das máquinas e o descarte prematuro dos moldes. Dessa forma, torna-se evidente a necessidade de uma cultura de manutenção preventiva, através da utilização de tecnologias precisas como as fornecidas pela Tozato, possibilitando medições dos moldes, tanto novos como usados, para evitar que sejam utilizados indevidamente. Além disso, a verificação preventiva garantirá o aumento da vida útil dos moldes, redução de defeitos de produção, como trincas e breakout, diminuição do tempo de parada para manutenção, além de evitar o descarte prematuro dos moldes de cobre.

A passagem indevida de escória da panela de aço para o distribuidor promove o acúmulo desse material no distribuidor, bem como causa corrosão e maior desgaste do refratário. Para evitar maiores danos, o número de corridas por sequência é limitado. Logo, o remanescente de aço dentro do distribuidor, devido à diminuição da quantidade de corridas, representa uma redução de rendimento metálico, e inversamente, elevam o custo de produção. Além disso, quando alcança o produto final, a escória acumula-se em inclusões que afetam diretamente qualidade produto.

Portando, para alcançar resultados positivos durante o processo, o controle da passagem de escória é necessário, e neste estudo, o sistema de detecção de escória mostrou-se uma ferramenta capaz de reduzir a passagem de escória da panela para o distribuidor em 8.6 segundos, em relação ao método tradicional de detecção.

Detecção da escória: método tradicional x sistema de detecção

Com o intuito de aumentar o rendimento metálico e a qualidade do produto final, um cliente da Tozato contratou o serviço de detecção de escória.

Em um dos testes realizados foi verificado um intervalo de 15.3 segundos entre o momento em que o sistema detecta a passagem de escória e o momento do fechamento manual da válvula gaveta pelo operador, como pode ser observado na Figura 1.

Figura 1: Momento da detecção da escória pelo sistema (15.3 segundos antes do encerramento do fluxo).

O círculo vermelho na Figura 1 destaca o momento em que ocorre redução da pressão ferrostática na panela. O operador, sem conhecimento do início da passagem de escória, ao invés de fechar a válvula gaveta, abre ainda mais, injetando mais escória no distribuidor e assim aumentando as camadas depositadas no recipiente.

Em outro caso, o tempo entre a detecção da passagem de escória pelo sistema e o fechamento da válvula foi ainda maior. O fluxo de escória/aço até que se fechasse a válvula foi de 18.6 segundos como pode ser observado na Figura 2.

Figura 2: Momento da detecção da escória pelo sistema (18.6 segundos antes do encerramento do fluxo).

Neste segundo caso, há um aumento no tempo de injeção de escória em relação ao primeiro, o que indica que sem uma ferramenta de precisão, o operador está sujeito a uma grande variação quanto ao tempo de reação para o fechamento da válvula.

Desse modo, com base no sistema de detecção de escória utilizado neste estudo, construiu-se a Tabela 1, com os registros dos tempos de reação do operador para o fechamento da panela, e a referida quantidade de escória e aço injetadas no distribuidor, em toneladas, a uma taxa de extração média de 105 ton/h.

A partir dos dados apresentados pela Tabela 1, conclui-se que o tempo médio de reação do operador, após a detecção da escória pelo sistema é de 8.6 segundos. Logo, considerando a taxa de extração média de 105 ton/h, estima-se que um excedente de aproximadamente 250 kg de escória e aço seja transferido da panela para o distribuidor por corrida.

Benefícios do sistema do controle de passagem de escória

It is worth mentioning that the increase in metallic yield and product quality are the main benefits sought by this customer with the use of the slag detection system. It is important to note that it is necessary to have a balance between yield and quality in order to assess the amount of slag that is acceptable in the tundish. In addition, the following benefits are observed:

• Benefícios Operacionais
• Aumento do Rendimento Metálico
• Aumento da Vida Útil do Distribuidor
• Aumento da Vida Útil da Válvula Gaveta
• Maior Segurança para os Operadores
• Aumento da Qualidade Superficial e Interna do Produto

Benefícios Operacionais

O acúmulo de escória no distribuidor exige paradas indesejadas do processo para removê-la e evitar que ela chegue ao produto final. Então, a detecção da passagem de escória por uma ferramenta de precisão reduz o número de paradas para fazer o transbordamento de escória (slag off) do distribuidor aos potes de escória. De forma operacional, mais corridas podem ser feitas por sequência.

Um grande benefício para esse cliente, já que ocorria um depósito de 10 mm de escória por corrida (Figura 3).

Figura 3: Típico acúmulo de escória no distribuidor que chega a 10 mm por panela.

Aumento do Rendimento Metálico

Esse cliente realizava o fechamento da válvula para evitar a passagem de escória quando a panela alcançava um certo peso médio determinado. Muitas vezes essa válvula era fechada de maneira precoce. Com o uso do sistema de detecção de escória, foi possível reduzir o remanescente de aço, alcançando uma economia de até 1.2 ton por panela, resultando em um substancial aumento do rendimento metálico.

Aumento da Vida Útil do Distribuidor

A redução de escória armazenada no distribuidor reduz proporcionalmente os processos químicos e físicos, de corrosão e desgaste do refratário e dos componentes utilizados para o esvaziamento do recipiente, como mostra a Figura 4. Logo, há uma possibilidade de aumentar a vida útil do distribuidor.

Figura 4: Resultado da corrosão e desgaste do refratário devido ao acúmulo de escória.

Aumento da Vida Útil da Válvula Gaveta

A grande quantidade de escória, devido à sua alta dureza (capacidade de abrasão), causa desgastes na válvula gaveta à medida que a atravessa, como pode ser observado na Figura 5. Logo, a rápida detecção da passagem de escória propicia um maior desgaste da válvula gaveta, e, por conseguinte, redução de sua vida útil.

Figura 5: Exemplo de desgaste da válvula gaveta gerado pela passagem excessiva de escória.

Maior Segurança para os Operadores

As perfurações no distribuidor, causadas pelo depósito de escória, representa grande perigo para os operadores. Contudo, quando a quantidade de escória depositada é menor, também é menor a chance de perfurações por corrosão que podem ocorrer no recipiente.

Aumento da Qualidade Superficial e Interna do Produto

Quanto maior a quantidade de escória remanescente no distribuidor, maiores são as possibilidades da escória alcançar o produto final do lingotamento e se aglomerar em inclusões, como pode ser observado nas Figura 6 e Figura 7. Sua presença afeta negativamente às propriedades mecânicas do produto, o que pode levar a formação de trincas, bem como à sua desclassificação. Logo, a ausência de escória representa uma maior qualidade superficial e interna do produto.

Figura 6: Defeitos superficiais e internos causados pela presença da escória no produto final.

Figura 7: Defeitos superficiais e internos causados pela presença da escória no produto final.

Conclusão

O estudo aponta que com o uso do sistema de detecção de escória é possível reduzir em média 8.6 segundos de fluxo de material enviado ao distribuidor, o que corresponde a aproximadamente 250 kg de escória e aço e ter um ganho no rendimento metálico em 1.2 toneladas por panela.

Além disso, com a redução da passagem de escória, o acúmulo que antes chegava a 10 mm de escória, diminuirá proporcionalmente. Logo, poderá ser observado a longo prazo, o aumento da vida útil do refratário do distribuidor, que não mais sofrerá potencialmente o ataque químico pelos óxidos que compõem a escória. Do ponto de vista operacional, o número de corridas por sequência será maior, pois o processo não precisará ser interrompido para esvaziamento da escória em potes de escória.

Por fim, é possível concluir que não há nenhuma vantagem em permitir a passagem de escória da panela para o distribuidor, e a aquisição de um sistema capaz de detectar a passagem de escória nesta etapa de transferência de aço líquido é uma ferramenta fundamental quando se deseja alcançar maior qualidade e rendimento.