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Ciência e Saúde

Cooperação entre indústria e universidade resulta em aço inovador

Novo método possibilita fundir o metal na horizontal, sem presença de oxigênio. Ainda em fase de testes, processo pode viabilizar produção de aço mais leve e de alta resistência em escala industrial.

Por um lado, aços precisam ser maleáveis – para facilitar a produção de carrocerias, por exemplo. Por outro, devem ter alta resistência e, ao mesmo tempo, ser o mais fino e leve possível. Teoricamente, tais exigências estão em contradição. Mas na cidade de Peine, no estado alemão da Baixa-Saxônia, um alto-forno piloto entrou em operação e, em breve, deverá ser capaz de fornecer produtos de ligas especiais desse tipo.

O desenvolvimento do alto-forno piloto rendeu aos desenvolvedores a nomeação ao Prêmio Alemão do Futuro em 2014. Uma das ligas especiais que ele pode produzir é o aço High Strength and Ductility (HSD) – em português, aço de alta resistência e ductilidade. O HSD possui um alto teor de manganês e pode ser bem maleável, mas também particularmente duro e firme.

Essa liga é especialmente interessante para a indústria automobilística. Com ela, seria possível, por exemplo, construir carrocerias mais leves, porque as placas do metal podem ser mais finas do que antes, porém, com a mesma estabilidade.

Deutscher Zukunftspreis Pressebilder

HSD possui um alto teor de manganês e pode ser maleável e resistente ao mesmo tempo

Contudo, por enquanto essa liga existe apenas em quantidades experimentais. Mas isso pode mudar em breve, pois, desde o final de 2012, o alto-forno piloto está sendo executado na Salzgitter, em Peine. A instalação, nos moldes de linha de montagem, utiliza a chamada Belt Casting Technology (BCT) e foi montada pela SMS Siemag, de Düsseldorf.

"Temos um processo de fundição completamente horizontal", afirma Jochen Wans, engenheiro da SMS Siemag. "Assim, não há carga sobre o produto que está sendo fundido." O processo, portanto, está completamente livre de tensão, estiramento e pressão. "Conduzimos o material a ser fundido pela máquina e o solidificamos", explica Wans.

No método convencional, o aço é fundido verticalmente na forma de blocos de metal, que geralmente têm 15 centímetros de espessura e vários metros de comprimento. Posteriormente, esses blocos são transformados em chapas e enrolados.

Esse método tem duas desvantagens: em primeiro lugar, as placas são conduzidas da vertical até a horizontal durante o processo de fundição. Elas ainda estão num estado semilíquido e sofrem uma contorção momentânea, para, em seguida, serem esticadas novamente. Isso leva a tensões dentro do aço, o que afeta a qualidade final do produto. Em segundo lugar, para transformar as placas grossas em chapas finas, é preciso adotar um processo semelhante ao do rolo de massa, a fim de esticar o metal.

No novo processo de fundição, não há tais empecilhos. Nada precisa ser levado de um canto para outro e, desde o começo do processo, os blocos já têm apenas 1,5 centímetro de espessura. Isso protege o material na posterior laminação a quente – ideal para ligas de difícil fabricação, como a HSD.

Deutscher Zukunftspreis Team 2 Horizontales Bandgießen von Stahl

Nomeados ao Prêmio alemão do Futuro (da esq. para dir.): Ulrich Grethe (Siemag), Burkhard Dahmen (Salzgitter) e Karl-Heinz Spitzer (Clausthal)

Mais qualidade

Outra vantagem do novo método é que o processo de fundição ocorre na ausência de oxigênio. A sala de fundição é preenchida com gás árgon. Dessa forma, o aço quente não oxida, e a qualidade da superfície é melhor.

As placas fundidas entram em contato com o ar apenas quando já estão arrefecidas e solidificadas. Elas também não entram em contato com água no arrefecimento, o que assegura que a estrutura interior do aço seja formada de modo uniforme.

Atualmente, as placas ainda são laminadas em outro local na fábrica Salzgitter. Se o projeto piloto for bem sucedido, planeja-se interligar a fundição e a laminação. A ideia é colocar as placas na usina de laminação imediatamente depois da fundição, algo que já é feito, em partes, no processo convencional.

O forno piloto foi projetado para uma produção anual de 40 mil toneladas de aço. O objetivo, portanto, é comprovar a capacidade industrial da nova tecnologia.

Na fase inicial, foram produzidos aços mais simples para testar a máquina e ganhar experiência. Desde fevereiro de 2014, a Salzgitter testa também a produção dos sofisticados aços HSD. "Até o fim de outubro, realizamos 76 fundições, 19 delas com manganês", diz o engenheiro Peter Juchmann, diretor de operações responsável pelo projeto na Salzgitter.

Deutscher Zukunftspreis Team 2 Horizontales Bandgießen von Stahl

No novo método, as placas são fundidas na horizontal e com uma espessura de 1,5 centímetro

A avaliação de Juchmann sobre os primeiros nove meses é predominantemente positiva. "O processo de fundição mostrou uma confiabilidade aceitável." Mas ainda há o que melhorar: "A qualidade dos subprodutos do HSD não é tão elevada para que possamos obter um resultado satisfatório na laminação a quente."

Em outras palavras, ainda vai levar certo tempo até que os primeiros aços HSD cheguem ao mercado. Mas talvez não muito. "Estamos afinando os processos para trazer um produto satisfatório ao mercado. Estamos trabalhando a todo vapor", diz Junchmann.

Em todo caso, todos os participantes do projeto estão confiantes de que a fundição horizontal pertence ao futuro da indústria siderúrgica – também porque, com esse processo, outros tipos de aços podem ser produzidos com mais facilidade.

Wans também está convencido da tecnologia. "Nós, como construtores de instalações, enxergamos o aço HSD como um abridor de portas para outros aços inovadores", disse o diretor da SMS Siemag.

Parceria bem-sucedida

Tudo isso não seria possível sem a estreita colaboração com a equipe de pesquisa da Universidade Técnica Clausthal, liderada pelo professor Karl-Heinz Spitzer. Ele realizou os trabalhos preliminares numa pequena instalação experimental.

"Muitos estudos foram feitos. Eles nos serviram como base para que pudéssemos realizar o procedimento em escala industrial", conta Jochen Schlüter, que estudou Metalurgia na universidade e atualmente é responsável por projetos especiais da SMS Siemag. "A estreita conexão entre indústria e universidade não é um fator de sucesso apenas para este projeto, mas também para todo o polo industrial da Alemanha", diz.

Como o novo método de fundição horizontal também permite a fabricação de novos produtos, baseados inteiramente em ligas industriais anteriormente não utilizadas, as próximas gerações de estudantes com certeza terão muito a explorar nessa área.

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