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Rossetti, CBMM e SSAB desenvolvem caçamba “super leve”

Com duas toneladas e meia a menos, veículo usa aços Hardox® 500 Tuf e Strenx® microligados ao nióbio, o que resulta em menor consumo de combustível e emissão de CO2

A adoção de novas tecnologias tem sido decisiva para enfrentar os desafios na indústria da mineração, setor que movimentou R$ 209 bilhões em 2020 e que representa 2,5% de todo o PIB do país.

Caçambas mais leves e resistentes são uma demanda recorrente neste mercado e reduzir impactos ambientais, custos de manutenção e aumentar o desempenho do transporte que sofre com o desgaste por carregamento e descarregamento já é realidade com a 2ª geração de aços de alta resistência que traz o uso do nióbio para melhoria de suas propriedades mecânicas.

A necessidade de ter um produto mais leve que permita um aumento da carga líquida transportada em uma operação de transporte de pirocloro levou a CBMM a procurar a Rossetti para produzir, em parceria com a SSAB, uma caçamba meia cana utilizando o aço Hardox® 500 Tuf microligado com nióbio.

Como resultado, o equipamento obteve redução de 35% em seu peso, reduziu o custo de transporte em torno de 5%, além do benefício da eficiência energética em um transporte mais sustentável com menos poluentes.

O projeto – A caçamba meia cana de 20m³ foi desenvolvida para montagem em um veículo 8×4 e sua principal função é o transporte de minério pirocloro. A versão inicial pesava 7.426 kg e era fabricada em aços carbono convencionais, com espessuras de 8mm no fundo e 6mm nas laterais.

Há 10 anos uma melhoria entrava em curso com a adoção de aços como o Hardox® 450 que trazia espessuras de 6mm no fundo e o aço Hardox® 400 na espessura de 4mm nas laterais, frontal e porta traseira.

“Agora, utilizamos o material Hardox® 500 Tuf e reduzimos ainda mais as espessuras das chapas da caixa de carga, como exemplo: a chapa do fundo, de 6mm para 5mm e de 4mm para 3mm nas laterais, frontal e porta traseira e o equipamento passou a pesar 4.780 kg. Também substituímos itens estruturais de média resistência por materiais de alta resistência como o aço Strenx® 700, permitindo eliminação de reforços e redução de espessuras do sobre chassis”, diz Hugo Leandro Rosa, Gerente de Manutenção da CBMM.

A redução de espessura das chapas só foi possível através da utilização do aço Hardox® 500 Tuf, que tem propriedades de resistência mecânica e ao impacto superiores se comparados aos outros aços na classe de 500 Brinell existentes anteriormente no mercado.

“Conseguimos uma redução significativa de 2.646 kg no peso do implemento desde o primeiro projeto”.

Motivação para mudança do projeto – Os principais objetivos da CBMM na busca por uma nova solução foram a redução direta de peso, aumentando proporcionalmente a capacidade de carga, o aumento da disponibilidade física do caminhão e a redução dos custos de manutenção e de transporte.

O redesenho da caçamba – A tampa traseira recebeu um desenho que favorece a rigidez da chapa ultra fina eliminando a necessidade de reforços, além de um sistema de abertura mais simples e adequada à solução, com menos itens de funcionamento, de acordo com a proposta da aplicação de nióbio.

O estabilizador de basculamento foi retirado, devido a inúmeros testes realizados anteriormente que comprovaram a segurança operacional de inclinômetro nas operações.

Atualização do projeto – Para Fábio Soave, Gerente de Engenharia de Produto da Rossetti, a reestruturação do produto foi feita a partir da constante busca por formas inovadoras de se realizar o mesmo trabalho.

“Este tipo de reformulação pode ser utilizado em inúmeras aplicações, mas basicamente os mercados com maior potencial de ganho são a mineração e a construção civil média e pesada. Nem todos os produtos da linha comportam uma alteração deste nível”, avalia.

Processos inovadores e mais eficientes – O aumento da dureza em 50 Brinell frente ao aço Hardox® 450, que já era utilizado pela CBMM, promoveu uma vida útil ao desgaste maior atrelada à redução de peso com a utilização de chapas de menor espessura.

Já nas regiões estruturais como sobre chassis, estrutura da porta, estrutura da caixa de carga, entre outros, foram substituídos materiais de 300 Mpa para 700 Mpa de limite de escoamento com o aço Strenx® 700, que tem o nióbio em sua composição.

A relevância da vida útil – O uso do aço Hardox® 500 Tuf proporcionou um implemento resistente e tenaz.

“Mais resistente, pois irá se desgastar menos por sua dureza maior, o que vai aumentar o ciclo de vida desse equipamento na ordem de 10%. E quando falamos que ele tem propriedades estruturais avançadas, ele vai reduzir significativamente as falhas e quebras por fadiga e a manutenção ganha, propiciando um aumento de 2% na disponibilidade física do equipamento”, afirma Hugo.

Menos peso, mais carga – Com um equipamento mais leve, é possível compensar a retirada do peso do aço adicionando carga, um ganho proporcional de 6,3% de carga útil.

“A redução de duas toneladas e meia se transformaram em material transportado, ou seja, carregamos mais de 2,5 toneladas, por viagem, para serem processadas. O implemento trabalha 50% do tempo cheio e 50% do tempo vazio. Quando ele está cheio, compensamos com carga útil; e quando estamos voltando para a praça de carregamento, o equipamento “roda” com 2,5 toneladas a menos – o que nos dá um ganho de 8% de consumo de combustível e 7% de consumo de pneus. Pela necessidade de racionalizar e melhorar a utilização dos recuros naturais, assumimos o compromisso de melhorar a eficiência energética de produtos e processos e entregamos neste projeto um equipamento 9,9% mais eficiente”, salienta Hugo Rosa.

Perspectiva mais amigável ao meio ambiente – Em um cenário em que o mercado solicita projetos cada vez mais eficientes, a solução vem do uso mais sustentável de matérias-primas com aços mais resistentes e mais leves.

A utilização do material Hardox® 500 Tuf no equipamento fabricado pela Rossetti, na perspectiva operacional para o usuário final, ainda reduz as emissões dos gases de efeito estufa em torno de 195 toneladas por ano na frota.

Mais resistente e mais leve – “Aumentando a resistência do implemento, promovemos projetos mais leves com redução de espessuras e reforços”, diz o Gerente de Manutenção da CBMM.

O nióbio é o metal responsável por evoluir e melhorar as propriedades mecânicas do aço e promover um melhor desempenho do implemento – que passa a suportar maiores cargas com menos deformação, menos desgaste e intervenções para manutenção – e como consequência, entregar um veículo energeticamente mais eficiente.

Um metal transformado – O nióbio é um metal transformado a partir do minério pirocloro e pode ser encontrado na mina da CBMM. Há também ocorrências de minerais com nióbio em mais de 85 tipos de rochas espalhadas pelo mundo.

São mais de 160 processos químicos e metalúrgicos em 15 plantas diferentes para se chegar ao ferro nióbio e para que ele se torne aplicável e para comercialização.

Com a adição de cerca de 500 gramas de nióbio por tonelada de aço, refina-se o tamanho do grão, requisito essencial e único mecanismo que consegue melhorar a resistência e a tenacidade simultaneamente do material, transformando-o em um aço mais resistente e melhorando suas propriedades mecânicas, como maior tenacidade, melhor conformabilidade e melhor soldabilidade.

Implementos inovadores com nióbio – A concepção de projetos de caçambas ultraleves e resistentes sempre esbarrou nos limites de propriedades dos aços encontrados no mercado.

Elemento chave para o futuro, o nióbio possibilita a produção de materiais avançados para a construção de cidades mais inteligentes em diversos setores, auxiliando as siderúrgicas a superarem os maiores desafios da indústria do aço.

“O nióbio faz o refino da malha do material e lança todas essas propriedades que a gente acabava perdendo em função de outros processos metalúrgicos, para cima. Ao invés de um grão, teremos 100 menores grãos que fazem esse joguete do desenvolvimento dos aços que estamos chamando de 2ª geração de aços de alta resistência”, afirma Hugo.

Solução para outros clientes – “Identificamos que o aço Hardox® 500 Tuf é o material que pode nos permitir desenvolvimentos mais agressivos quanto a redução de peso e redesenho dos produtos”, diz Fábio.

A Rossetti, após a consolidação do case na CBMM, estendeu a solução e a aplicou em outro projeto de caçamba meia cana mais leve para aumento da carga com o conceito do aço Hardox® 500 Tuf combinado ao nióbio.

Semelhante à proposta da CBMM, foram substituídos materiais estruturais de média resistência por materiais de alta resistência reduzindo as espessuras.

12 unidades já foram fabricadas – Hoje, a CBMM tem uma frota de oito caminhões fabricados com o aço Hardox® 500 Tuf microligado ao nióbio.

O primeiro projeto tem mais de um ano em operação com mais de 5 mil horas sem registro de falhas estruturais.

Os outros sete implementos começaram a operar em janeiro de 2021 na mina de Araxá (MG) após a consolidação do trabalho realizado com o caminhão como laboratório. A Rossetti já produziu 12 caçambas meia cana.

“O projeto contou com a experiência do corpo técnico da CBMM, Rossetti e SSAB quanto a outras soluções de engenharia que contribuíssem para a redução de peso”, salienta Fábio da Rossetti.

Um projeto a seis mãos – A SSAB atua no Brasil com um time técnico local disponível para auxiliar seus clientes em todos os passos no projeto de upgrade de implementos de carregamento e transporte.

Na visão da Rossetti, trabalhar com o suporte dos profissionais da siderúrgica é sinônimo de garantia de performance das propriedades do aço.

“Recebemos todo o apoio necessário, tanto comercial quanto técnico e de desenvolvimento”, finaliza Fábio Soave.

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