Caracterização e remoção da calamina do aço laminado

Abstract

O trabalho de projeto foi desenvolvido em parceria com a empresa Plafesa com o intuito de comparar processos não-químicos de remoção da calamina de laminagem da superfície de chapas de aço-carbono. De entre as várias técnicas possíveis, o estudo incidiu em processos de decapagem mecânica (erosiva e abrasiva) e física (ablação a laser), atualmente procurados dado o seu baixo impacto ambiental. Os métodos utilizados foram os seguintes: jateamento erosivo por via seca, jateamento erosivo por via húmida, jateamento com água a alta pressão, escovagem rotativa com escovas ou lamelas de manta abrasiva e remoção por ablação a laser. Para esta investigação foi feita a caracterização da calamina e da superfície das chapas de aço-carbono, recorrendo a técnicas como: microscopia ótica, eletrónica de varrimento com análise química (SEM-EDS), difração de raios-X (DRX) e perfilometria ótica 3D. Todas as técnicas testadas no trabalho mostram ser capazes de remover a calamina, havendo algumas diferenças no grau de remoção, aspeto e rugosidade final da superfície metálica. A técnica de jateamento erosivo por via seca aumenta a rugosidade (Sa = 4,3-4,7 m) relativamente à original (Sa = 2,1-2,4 m) e leva à formação de resíduos de agente erosivo (alumina ou carboneto de silício) que ficam incrustados no aço. As técnicas de jateamento com água a alta pressão e jateamento erosivo por via húmida provocam uma agressão significativa da superfície da chapa (Sa = 16,5-19,7 m). O método de escovagem rotativa é a técnica que proporciona melhor acabamento superficial, com valores mínimos de rugosidade (Sa = 0,6-1,8 m). A ablação laser garante igualmente a remoção de calamina e valores de rugosidade reduzidos (Sa = 2,0 m) mas o controlo dos parâmetros do processo é crítico, para não ocorrerem fenómenos de sobrefusão e evitar a marcação da superfície.

This project was developed in partnership with Plafesa company in order to compare non-chemical processes for descaling of hot rolled steel sheets. Among the various possible techniques, the study focused on mechanical stripping processes (erosive and abrasive) and physical (laser ablation), currently under scrutiny because of their low environmental impact. The methods used were: dry erosive blasting, wet erosive blasting, high pressure water blasting, brushing with rotating brushes or abrasive lamellae blankets and laser ablation removal. For this investigation the oxide scale and the surface of the carbon steel plates were characterized using techniques such as optical microscopy, scanning electron microscopy with chemical analysis (SEM-EDS), X-ray diffraction (XRD) and 3D optical profilometry. All of the techniques tested in this work were able to remove the oxide scales, although with some differences in the degree of removal, appearance and final roughness of the metal surface. The dry erosive blasting technique increases the surface roughness (Sa = 4.3 to 4.7 μm) relatively to the original one (Sa = 2.1-2.4 μm) and leads to the embedding of the erodent (alumina or silicon carbide) into the steel. The high pressure water blasting and erosive wet blasting techniques cause significant damage to the plate surface (Sa = 16.5 to 19.7 μm). The rotating brush method is the technique that provides better surface finishing with minimal roughness values (Sa = 0.6-1.8 μm). Laser ablation also ensures the removal of scale and the achievement of reduced roughness values (Sa = 2.0 μm). The control of the process parameters is critical to prevent over fusion phenomena and additional markings to the surface.