BR0306391B1 - valve sealing device for eliminating nitrogen contamination of air in steels in continuous casting. - Google Patents
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Description
"DISPOSITIVO DE SELAGEM DE VÁLVULAS PARA ELIMINAÇÃO DA CONTAMINAÇÃO PELO NITROGÊNIO DO AR EM AÇOS NO LINGOT AMENTO CONTÍNUO"."VALVE SEALING DEVICE FOR AIR NITROGEN CONTAMINATION IN STEELS IN THE LINGOT CONTINUOUS STEEL".
As indústrias siderúrgicas, no intuito de atender às necessidades e exigências dos grandes consumidores de aço, considerados como estratégicos, como a indústria automobilística e de construção civil, têm desenvolvido aços com qualidade crescente. Isso porque esses segmentos de mercado estão constantemente exigindo de seus fornecedores produtos cada vez mais nobres e sofisticados, em relação à sua qualidade e variedade de aplicações, além de forçar que esses produtos sejam mais baratos. Por isso, o desenvolvimento e a produção de aços de diferentes especificações e de custos mais baixos, para as mais diversas finalidades, são considerados atualmente como um dos grandes desafios das empresas siderúrgicas.The steel industries, in order to meet the needs and requirements of major steel consumers, considered as strategic, such as the automobile and construction industry, have been developing steels with increasing quality. This is because these market segments are constantly demanding from their suppliers increasingly noble and sophisticated products in relation to their quality and variety of applications and forcing them to be cheaper. Therefore, the development and production of steels of different specifications and lower costs for various purposes are currently considered one of the major challenges for steel companies.
Esses aços produzidos em panelas são vazados nos distribuidores das unidades de lingotamento contínuo, processo que consiste na transferência do aço líquido de uma panela de corrida para outra, chamada "tundish", que funciona como mesa distribuidora e alimenta um ou mais moldes de cobre refrigerados.These pan-produced steels are poured into the continuous casting units' distributors, a process of transferring liquid steel from one running pan to another called a tundish, which acts as a distributing table and feeds one or more refrigerated copper molds. .
Essas panelas de aço são recipientes metálicos revestidos internamente de refratário e providas de sistema de vazamento, para controle do fluxo de aço, e de dispositivo de injeção de gás inerte, para agitação e homogeneização do aço, ambos localizados no fundo da panela.These steel pans are refractory lined metal containers provided with a pouring system for steel flow control and an inert gas injection device for stirring and homogenizing the steel, both located at the bottom of the pan.
O sistema de vazamento do aço consiste, basicamente, de válvulas refratárias, sendo uma válvula superior, com sede fixa na parede de fundo da panela, e outra válvula inferior, móvel, externa à panela, o que garante maior segurança operacional na utilização das panelas de aço.The steel pouring system basically consists of refractory valves, one upper valve with seat fixed to the bottom wall of the pan, and another lower valve, movable, external to the pan, which ensures greater operational safety when using the pans of steel.
A válvula inferior está situada em um mecanismo "cassete", que permite seu deslizamento e promove a abertura e fechamento do sistema de vazamento da panela de aço.The lower valve is located in a "cassette" mechanism, which allows its sliding and promotes the opening and closing of the steel pan leakage system.
Para o vazamento do aço da panela para o distribuidor do lingotamento contínuo, essa válvula inferior é acoplada a uma válvula longa de transferência dotada de um sistema de injeção de argônio, o qual se distribui através de porosidades no refratário da parte superior da válvula longa, para promover o isolamento quanto à ação do ar atmosférico. A válvula longa é submersa no distribuidor, sendo o aço isolado da atmosfera por meio de uma camada de pó isolante térmico. O distribuidor é dotado, na sua parte inferior de válvula submersa, também isolada da atmosfera por pó fluxante, garantindo um lingotamento sem contaminação.For casting steel from the pan to the continuous casting distributor, this lower valve is coupled to a long transfer valve with an argon injection system, which is distributed through pores in the refractory of the upper valve, to promote isolation from the action of atmospheric air. The long valve is submerged in the distributor and the steel is isolated from the atmosphere by a layer of thermal insulating powder. The distributor is provided with a submerged valve on its underside, which is also isolated from the atmosphere by a fluxing powder, ensuring an uncontaminated casting.
Esse processo é ilustrado esquematicamente nas figuras 1 e 2, onde:This process is illustrated schematically in Figures 1 and 2, where:
1. panela de aço1. steel pan
2. aço líquido2. liquid steel
3. válvula superior3. upper valve
4. válvula inferior4. bottom valve
5. válvula longa5. long valve
6. manipulador de válvula longa6. long valve handler
7. distribuidor 8. sistema de injeção de argônio7. distributor 8. argon injection system
9. pó isotérmico9. isothermal powder
10. válvula submersa10. submerged valve
11. máquina de lingotamento11. caster machine
Apesar da proteção de argônio na válvula longa, quando do vazamento do aço, uma quantidade considerável de ar, além de impurezas, é, ainda, arrastada para o interior da válvula através do engate entre a válvula inferior da panela e a válvula longa do distribuidor, pela depressão provocada pelo fluxo do aço em vazamento. Esse fato, apesar de não trazer grandes inconvenientes para a produção da maioria dos aços comuns, pode provocar recusa de corridas por teores de nitrogênio não apropriados ou por inclusão de impurezas.Despite the argon protection on the long valve, when steel leaks, a considerable amount of air, in addition to impurities, is still drawn into the valve by engaging the lower pan valve and the distributor long valve. , by the depression caused by the flow of pouring steel. This fact, while not causing major drawbacks to the production of most common steels, can lead to refusal of runs due to inappropriate nitrogen content or the inclusion of impurities.
Um outro sistema existente para prevenir a entrada de ar envolve um complexo aparato eletro-mecânico que consiste na indicação da pressão de argônio no sistema de selagem. Ele exige a aquisição de válvula longa com "design" próprio e utilização de painel para monitoramento da deficiência de vazão de argônio da selagem detectada pela variação de pressão. Além de ser um sistema de alto custo, possui inconveniente de, no caso de irregularidade no acoplamento da válvula inferior com a válvula longa, apresentar selagem inadequada, permitindo arraste de ar pela conexão irregular, contaminando o aço.Another existing system for preventing air ingress involves a complex electro-mechanical apparatus consisting of the indication of argon pressure in the sealing system. It requires the acquisition of a custom designed long valve and the use of a panel to monitor the sealing argon flow deficiency detected by pressure variation. In addition to being a high cost system, it has the disadvantage that, in case of irregularity in the coupling of the lower valve with the long valve, has inadequate sealing, allowing air to drag through the irregular connection, contaminating the steel.
Para aços especiais, principalmente no caso do aço IF (.Intersticial Freé), qualquer contaminação pelo nitrogênio do ar altera significativamente suas propriedades, inviabilizando a utilização do produto final moldado.For special steels, especially in the case of IF (.Interstitial Freé) steel, any contamination by air nitrogen significantly alters their properties, making it impossible to use the molded end product.
Os aços IF, de baixo nitrogênio, são produzidos no lingotamento contínuo, sendo que os elementos carbono e nitrogênio são reduzidos, significativamente, pelo processo de desgaseificação a vácuo e devidamente estabilizados através da adição de micro- ligantes. Portanto, a contaminação pelo nitrogênio é fator extremamente crítico na sua produção, pois sua presença, formando nitretos, gera áreas de fragilidade no material, inviabilizando sua aplicação.Low nitrogen IF steels are produced in continuous casting, and the carbon and nitrogen elements are significantly reduced by the vacuum degassing process and properly stabilized by the addition of micro-binders. Therefore, nitrogen contamination is an extremely critical factor in its production, since its presence, forming nitrides, generates areas of fragility in the material, making its application unfeasible.
Assim, com o objetivo de possibilitar o lingotamento de aços IF, preservando todas suas características de qualidade, foi desenvolvido um dispositivo de selagem para ser aplicado no acoplamento da válvula inferior da panela de aço com a válvula longa do distribuidor. Esse dispositivo impede o arraste de ar, rico em nitrogênio, para dentro da válvula longa, durante a operação de vazamento do aço, eliminando totalmente sua contaminação por nitrogênio. O dispositivo de selagem e sua aplicação são ilustrados esquematicamente nas figuras 3 a 6, onde:Thus, in order to enable the casting of IF steels, preserving all their quality characteristics, a sealing device was developed to be applied in the coupling of the lower valve of the steel pan with the long valve of the distributor. This device prevents nitrogen-rich air from entering the long valve during the steel pouring operation, completely eliminating its nitrogen contamination. The sealing device and its application are illustrated schematically in figures 3 to 6, where:
2. aço líquido2. liquid steel
4. válvula inferior4. bottom valve
5. válvula longa5. long valve
6. manipulador de válvula longa6. long valve handler
7. distribuidor7. distributor
8. injeção de argônio8. argon injection
9. pó isotérmico9. isothermal powder
12. dispositivo de selagem 13. anel de selagem12. sealing device 13. sealing ring
14. furos de injeção14. injection holes
15. apoio e espaçador15. support and spacer
16. haste de manuseio e de alimentação de argônio16. argon feed and handling rod
17. mangueira de alimentação de argônio17. argon feed hose
18. cortina de argônio18. argon curtain
O dispositivo de selagem (12) desenvolvido é constituído, basicamente, de um anel de selagem (13), metálico, provido de furos (14), para injeção de argônio, e de uma haste de manuseio (16), figura 3. Os furos (14) são distribuídos alternadamente ao longo da circunferência do anel de selagem (13), em duas camadas, com ângulos diferentes, em relação ao plano do anel de selagem (13), de modo a formar uma cortina de vedação de argônio (18) em forma de leque, figura 4. Esse anel de selagem (13) é, ainda, dotado de dois apoios-espaçadores (15) e de uma haste de manuseio (16). Os apoios- espaçadores (15) são soldados perpendicularmente ao plano do anel (13), em pontos opostos diametralmente, e garantem o posicionamento correto do dispositivo (12) durante a aplicação. A haste de manuseio (16) é uma tubulação metálica, soldada ao anel (13), num ponto de seu plano, perpendicularmente ao diâmetro de fixação dos apoios- espaçadores (15), que serve também como duto de injeção de argônio, a partir da mangueira de alimentação (17).The developed sealing device (12) consists basically of a metal sealing ring (13) provided with holes (14) for injection of argon and a handling rod (16), figure 3. holes (14) are distributed alternately along the circumference of the sealing ring (13) in two layers at different angles to the plane of the sealing ring (13) to form an argon sealing curtain ( 18) fan-shaped, figure 4. This sealing ring (13) is further provided with two spacer supports (15) and a handling rod (16). The spacer supports (15) are welded perpendicular to the plane of the ring (13) at diametrically opposite points and ensure the correct positioning of the device (12) during application. The handling rod (16) is a metal pipe, welded to the ring (13), at a point of its plane, perpendicular to the fixing diameter of the spacer supports (15), which also serves as an argon injection duct from the supply hose (17).
O dispositivo (12) é disposto sobre o manipulador da válvula longa (6), de modo que o centro do anel (13) coincida paralelamente com o ponto de união da válvula longa (5) com a válvula inferior (4), fazendo-se em seguida a injeção de argônio. Esse dispositivo (12), aplicado na junção da válvula inferior da panela (4) com a válvula longa (5), sob determinadas condições de vazão e pressão de argônio, gera a cortina de argônio (18), que impede a penetração de ar evitando a contaminação do aço pelo ar atmosférico e por outros elementos, isolando a região, tanto acima quanto abaixo, do ponto de conexão das válvulas citadas.The device (12) is arranged over the long valve handle (6) so that the center of the ring (13) coincides parallel with the point of attachment of the long valve (5) with the lower valve (4), making it then the injection of argon. This device (12), applied at the junction of the lower valve of the pan (4) with the long valve (5), under certain conditions of argon flow and pressure, generates the argon curtain (18), which prevents air penetration. avoiding the contamination of steel by atmospheric air and other elements, isolating the region, both above and below, from the connection point of the mentioned valves.
O dispositivo desenvolvido apresenta como principal vantagem propiciar o lingotamento de aços especiais, com baixos teores de nitrogênio, com economia considerável no processo através da aplicação de uma metodologia de selagem, por injeção de argônio, simples, segura, eficiente, barata e que não requer manutenção.The developed device has as its main advantage to provide the casting of special steels, with low nitrogen contents, with considerable economy in the process by applying a simple, safe, efficient, inexpensive and inexpensive argon injection sealing methodology. maintenance.
Isso traz como vantagem adicional, com a aplicação do dispositivo, considerável redução na recusa de placas lingotadas, devido à contaminação pelo nitrogênio e outras impurezas, pela sensível diminuição, ou quase eliminação, de defeitos originados principalmente pela acentuada presença do nitrogênio nos aços.This has as an additional advantage, with the application of the device, a considerable reduction in the refusal of ingot slabs, due to the contamination by nitrogen and other impurities, by the sensible decrease, or almost elimination, of defects originated mainly by the marked presence of nitrogen in the steels.
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