Uma placa de transição corretamente especificada e instalada melhora drasticamente a qualidade do lingote e do tarugo, suavizando o fluxo do metal fundido, reduzindo a turbulência, controlando a formação de óxido e diminuindo a carga de manutenção, enquanto a escolha do material, a geometria e o tratamento da superfície determinam a vida útil e a consistência da fundição.

1. Visão geral

Uma placa de transição é um inserto de sacrifício, termicamente robusto, colocado entre o sistema de vazamento e o corpo do molde. As suas principais funções são converter o fluxo de fluxo livre numa alimentação controlada, fornecer um limite térmico estável durante a frente de solidificação inicial e proteger as peças caras do molde contra a erosão e a contaminação. Uma conceção adequada produz reduções mensuráveis no óxido da superfície, na porosidade interna e na taxa de refugo, ao mesmo tempo que prolonga o intervalo de serviço dos componentes a jusante.

2. O que é uma placa de transição e onde se situa no trem de fundição

Local de instalação

Nos sistemas de tarugo hot-top e de resfriamento direto, a placa de transição fica entre a bucha do jito ou a placa de distribuição e o cristalizador ou lavador de molde. Ela forma uma passagem curta e controlada que molda o fluxo antes que o metal encontre a parede mais fria do molde. Esta posição confere-lhe uma influência desproporcionada no início da solidificação primária da cadeia nascente.

Relação com peças relacionadas

Os principais vizinhos incluem:

• o casquilho do jito ou o bico de vazamento

• lavador de distribuição ou prato de distribuição

• o cristalizador ou molde propriamente dito

• anéis de grafite, dedais e caixas de filtro

A placa de transição interage frequentemente com os tratamentos de controlo de óxidos e a geometria da lavagem para determinar se as inclusões escapam ou ficam presas na fundição.

3. Porque é que as placas de transição são importantes para a qualidade e o rendimento

Controlo do fluxo e redução da turbulência

Quando o alumínio fundido sai do canal de entrada, o fluxo caótico pode gerar turbulência na superfície que arrasta óxidos para o fluxo de metal. Uma placa de transição bem formada acalma o fluxo, permitindo o preenchimento laminar do furo do molde e reduzindo o aprisionamento de não-metálicos. A Pyrotek e os fabricantes de refratários apontam para a redução da mobilidade do óxido e para a melhoria do acabamento da superfície do tarugo quando são usadas placas de transição otimizadas.

Tampão térmico e controlo da solidificação

Ao proporcionar uma interface térmica controlada entre o metal quente e o molde mais frio, a placa de transição ajuda a posicionar a frente de solidificação num local estável e repetível. Isto reduz a contração interna e a porosidade central nos biletes, produzindo propriedades mecânicas mais uniformes.

Proteção contra o desgaste e redução da manutenção

As placas de transição suportam o impacto dos óxidos abrasivos e das inclusões arrastadas, protegendo os componentes de custo mais elevado. Substituir a placa é mais simples e mais rápido do que reparar ou recobrir o molde. As notas do fabricante realçam a redução do tempo de inatividade quando o elemento de transição é substituído num intervalo planeado, em vez de reparar o equipamento a jusante após uma falha.

4. Materiais típicos e suas vantagens e desvantagens

Famílias de materiais comuns

1. Silicato de cálcio: amplamente utilizado em sistemas de refrigeração direta devido ao seu isolamento térmico e maquinabilidade. As linhas do fabricante incluem placas axissimétricas para máquinas VDC.

2. Cerâmica de alta alumina (tipo N17, Sigma): refractários de engenharia que oferecem maior resistência ao desgaste, estabilidade química e vida útil mais longa. Estes materiais podem suportar ligas mais agressivas e contagens de ciclos mais elevadas.

3. Compósitos de grafite ou grafite revestida: utilizado quando é dada prioridade ao comportamento não molhante e à resistência ao choque térmico; frequentemente combinado com revestimentos protectores.

4. Placas de fibra de carbono projectadas: utilizado por alguns fornecedores para chapas leves e resistentes à corrosão, onde a geometria e o controlo da densidade são importantes.

Comparação de soluções de compromisso (resumo)

• O silicato de cálcio oferece baixo custo e facilidade de maquinagem, mas uma vida mais curta em condições altamente abrasivas.

• O N17 e as formulações semelhantes de alta alumina custam mais no início, mas resistem à erosão e ao ataque químico, proporcionando um custo de ciclo de vida mais baixo para operações de grande volume.

• As variantes de grafite resistem à aderência e têm uma excelente tolerância ao choque térmico, mas requerem uma gestão da superfície para reduzir a contaminação por partículas.

5. Geometria, normas dimensionais e considerações de montagem

Parâmetros geométricos fundamentais

• Diâmetro do furo: deve coincidir com o furo do molde para evitar um fluxo excêntrico.

• Abertura da garganta: controla a velocidade de entrada no molde e, por conseguinte, o número de Reynolds que rege a turbulência.

• Perfil de anel ou faces cónicas: podem direcionar o fluxo radialmente ou concentricamente.

• Caraterísticas do localizador: anéis ou patilhas de precisão que reforçam a concentricidade na instalação.

Os fabricantes oferecem concepções axissimétricas para máquinas de refrigeração direta verticais e configurações de transição de maior diâmetro para sistemas horizontais. As caraterísticas que proporcionam indexação mecânica ou posicionamento “ring-fit” eliminam o trabalho de adivinhação durante a instalação e reduzem o risco de desalinhamento.

Montagem e alinhamento

É necessário um assentamento correto contra a placa de distribuição e uma compressão correta com a flange do molde. Alguns sistemas utilizam pinos de localização e anéis de divisão para tornar o alinhamento repetível. O desalinhamento produz um sobreaquecimento localizado e um desgaste precoce.

6. Medidores de desempenho térmico e químico

O que medir

• Condutividade térmica e calor específico determinam a quantidade de calor que é removida na interface.

• Coeficiente de expansão térmica controla as tensões mecânicas durante os ciclos de arrefecimento e aquecimento.

• Inércia química em relação às ligas de alumínio e aos constituintes do fluxo prevê o risco de contaminação.

• Taxa de erosão sob cargas típicas de fluxo de óxido prevê a vida útil.

A literatura da Pyrotek enfatiza a tecnologia de revestimento e a química refratária que modificam a mobilidade do óxido e reduzem a manutenção.

Condutores típicos de vida útil

A vida útil depende da química da liga, da temperatura de vazamento, da carga de inclusão, da velocidade do fluxo e do programa de manutenção. As ligas com elevado teor de silício ou de magnésio podem aumentar as taxas de ataque químico. Os derrames frequentes a alta velocidade aceleram a erosão mecânica.

7. Métodos de fabrico e revestimentos comuns

Rotas de fabrico

• Blocos refractários maquinados para peças de silicato de cálcio.

• Prensagem isostática seguida de sinterização para placas de alta alumina.

• Maquinação de grafite seguida de impregnação para os tipos de grafite.

• Camada de compósito para variantes de placas de carbono.

Revestimentos e tratamentos de superfície

Os revestimentos influenciam a mobilidade dos óxidos e o comportamento de humidificação da placa. Os tratamentos comuns incluem:

• Revestimentos de grafite Pyroslip ou películas semelhantes à base de grafite para controlo da libertação.

• Esmaltes cerâmicos que não molham que limitam a aderência do metal.

• Químicos anti-óxido aplicado periodicamente para melhorar o fluxo e reduzir a acumulação.

A combinação correta diminui a manutenção entre paragens programadas e melhora a limpeza da fusão.

8. Instalação, controlos em tempo de funcionamento e protocolo de manutenção

Lista de controlo de pré-instalação

• Verificar o diâmetro da placa, a concentricidade do furo e o ajuste do modelo.

• Inspecionar as superfícies de contacto da placa de distribuição e do molde quanto a planicidade e danos.

• Confirmar a disponibilidade de placas e ferramentas sobresselentes para uma substituição rápida.

Controlos diários e por turnos

• Verificação visual da acumulação de óxido na coroa da placa.

• Verificações térmicas para detetar pontos quentes utilizando IR ou pirómetros de contacto.

• Observação do caudal durante o vazamento para detetar salpicos ou remoinhos.

Manutenção programada

• Retirar e inspecionar a placa em intervalos planeados com base na tonelagem ou nas horas de funcionamento.

• Revestir ou substituir quando a erosão atingir o limite definido.

• Registar os padrões de desgaste para análise da causa raiz.

As orientações do fabricante sugerem uma substituição planeada antes de uma falha catastrófica para evitar danos no molde e tempos de inatividade prolongados.

9. Modos de falha e lista de verificação da resolução de problemas

Padrões de falha comuns

• Desgaste excêntrico devido a um desalinhamento.

• Fragmentação térmica após repetidos ciclos de choque.

• Corrosão química em ambientes de ligas incompatíveis.

• Acumulação excessiva de óxido devido a más práticas de fluxo ou a turbulência a montante.

Passos para a resolução de problemas

1. Confirmar o alinhamento e a concentricidade.

2. Medir a uniformidade do desgaste ao longo da face da placa.

3. Verificar os registos químicos das ligas para detetar elementos que aceleram a corrosão.

4. Rever o procedimento de vazamento quanto à velocidade e aos pontos de salpico.

5. Testar a aderência do revestimento se for tratado.

Um registo simples de resolução de problemas acelera a tomada de decisões de reparação e reduz a repetição de erros.

10. Lista de verificação de seleção para compradores e engenheiros

Questões-chave de seleção

• Qual é o método de fundição utilizado: refrigeração direta vertical, refrigeração direta horizontal ou hot-top?

• Que ligas dominam o programa de fusão?

• Qual é a tonelagem de produção planeada por dia?

• Com que rapidez deve ocorrer a troca de substituição durante as janelas de manutenção?

• Que orçamento de ciclo de vida existe para as peças consumíveis?

Dê prioridade às caraterísticas de concentricidade e ao suporte do fabricante para correspondência de geometria para reduzir os erros de instalação.

11. Sugestões de otimização do desempenho para linhas de fundição de lingotes e biletes

Ajustes práticos que melhoram o rendimento

• Reduzir a velocidade de vazamento através de pequenos ajustes na geometria do jito ou do bico.

• Utilizar lavadores de distribuição para equalizar o fluxo antes da placa.

• Implementar revestimentos específicos que reduzam a adesão do óxido e promovam a mobilidade do óxido para longe da frente de enchimento.

• Monitorizar a uniformidade da temperatura em toda a placa utilizando o varrimento por infravermelhos; corrigir o aquecimento localizado.

Pequenas alterações iterativas com medição controlada permitirão reduções contínuas do desperdício.

12. Notas ambientais, de segurança e regulamentares para as fundições

Manuseamento de materiais e EPI

O controlo das poeiras refractárias durante o manuseamento das placas é essencial. Utilizar máscaras respiratórias e luvas adequadas durante a maquinação ou eliminação de placas gastas. Conservar a documentação relativa às fichas de segurança dos materiais.

Resíduos e reciclagem

As placas cerâmicas ou refractárias usadas devem ser tratadas de acordo com as regras locais de eliminação. As opções de reciclagem variam consoante o material; alguns resíduos de alta alumina podem ser recuperados por fornecedores especializados.

13. Aquisição, factores de custo e economia do ciclo de vida

Factores de custo

• Química do material de base e complexidade de fabrico.

• Tolerâncias de maquinagem de precisão e caraterísticas de ajuste do anel.

• Revestimentos aplicados e opções de pré-tratamento.

• Custos de envio para peças pesadas ou frágeis.

As chapas de alta qualidade com um custo inicial mais elevado podem produzir um custo total mais baixo por tonelada quando se mede a extensão da vida útil e a redução do tempo de inatividade.

Exemplo de abordagem de cálculo

1. Estimar a vida útil da placa em toneladas ou horas.

2. Medir o tempo de inatividade evitado pela troca planeada versus reparação de emergência.

3. Calcular o custo total de substituição dividido pelas toneladas úteis para obter o custo por tonelada.

4. Comparar as escolhas de materiais.

A adoção de uma prática de contabilidade do ciclo de vida produz decisões objectivas que favorecem a continuidade operacional.

14. Resumos de casos e exemplos aplicados

Exemplo 1: Linha de tarugos VDC, alta cadência

Um moinho VDC de médio porte adotou placas N17 de alta alumina e implementou o alinhamento por encaixe de anel. Resultado: diminuição do aprisionamento de óxido, menos reparos no topo quente, intervalos mais longos entre o recobrimento do molde. A literatura do fabricante sustenta que os projetos de ajuste em anel reduzem o desalinhamento da instalação.

Exemplo 2: Operação de pequenos lotes a quente

Uma pequena oficina de hot-top utilizava placas de silicato de cálcio revestidas a grafite para trocas rápidas. Davam prioridade à substituição rápida em detrimento da vida útil das placas, o que se coadunava com a economia do processo, em que os custos de inatividade eram baixos.

15. Tabelas

Quadro 1: Matriz de comparação de materiais

(Fontes: páginas de produtos e brochuras técnicas dos fornecedores).

Tabela 2. Modelos dimensionais típicos para placas VDC

(Utilizar desenhos específicos do fornecedor para os dados finais de maquinagem).

Quadro 3. Matriz de decisão de manutenção

16. Perguntas mais frequentes

1. Qual é o principal objetivo de uma placa de transição?
   O objetivo principal é moldar o fluxo do jito ou do distribuidor para o orifício do molde, protegendo simultaneamente os componentes do molde a jusante contra danos térmicos, químicos e mecânicos.

2. Qual é o material que proporciona a vida útil mais longa?
   Em ambientes abrasivos e de elevado volume, as formulações de elevada alumina, como a N17, proporcionam geralmente a vida útil mais longa.

3. Com que frequência deve uma placa ser inspeccionada?
   Os calendários de inspeção dependem da tonelagem e do tipo de liga; uma prática comum é a verificação visual em cada turno e a inspeção pormenorizada num intervalo de tonelagem fixo ou durante a manutenção planeada.

4. Uma placa de transição pode resolver problemas de porosidade?
   Não pode corrigir todos os tipos de porosidade, mas pode reduzir significativamente a retração central e a porosidade relacionada com o óxido, estabilizando o fluxo e a frente de solidificação.

5. O revestimento é necessário?
   Os revestimentos prolongam frequentemente a vida útil e melhoram a mobilidade do óxido, tornando-os recomendados em muitas operações. A orientação do fornecedor ajuda a escolher a melhor química para a película.

6. O que causa o desgaste excêntrico?
   O desalinhamento durante a instalação ou a falta de concentricidade no sistema de distribuição provoca normalmente o desgaste excêntrico. As caraterísticas do localizador atenuam este risco.

7. Existem tamanhos normalizados?
   Os tamanhos variam consoante a máquina e o molde. Muitos fornecedores oferecem modelos padrão e permitem a maquinação personalizada para moldes não padrão.

8. A placa influencia as propriedades mecânicas?
   Ao controlar a porosidade e o teor de inclusão, a placa melhora indiretamente a consistência à tração e à fadiga dos biletes e lingotes.

9. As placas gastas podem ser recicladas?
   A reciclagem depende do material; alguns refractários podem ser recuperados por transformadores especializados, enquanto outros exigem uma eliminação controlada.

10. Que documentação devem os fornecedores fornecer?
    Solicite desenhos mecânicos, fichas de dados de materiais, especificações de revestimento recomendadas e dados típicos de vida útil em condições de liga comparáveis.

Resumo de encerramento e recomendações para as próximas etapas

As placas de transição são um consumível económico que influencia fortemente a qualidade da fundição. Para as equipas que planeiam actualizações, os próximos passos são:

1. Auditar os actuais padrões de desgaste das placas e os incidentes de tempo de inatividade.

2. Recolher o mix de ligas e os números diários de tonelagem.

3. Contactar vários fornecedores para obter orçamentos com correspondência geométrica e estimativas de custos do ciclo de vida.

4. Experimentar uma placa de grau superior com recolha métrica controlada durante 30 dias.