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PRODUÇÃO DO AÇO EM CONVERTEDOR:

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PRODUÇÃO DO AÇO EM CONVERTEDOR:

Os processos de fabricação de aço são designados pelo tipo de forno (Bessemer,Siemens-Martin, LD, Elétrico, etc.) e a natureza da escória (ácida ou básica).

A transformação do gusa líquido em aço envolve:

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PRODUÇÃO DO AÇO EM CONVERTEDOR:a) a diminuição dos teores de carbono,

silício, fósforo, enxofre a níveis bastante baixos:

b) a adição de sucata ou minério de ferro para ajustar a temperatura do aço bruto;

c) o ajuste dos teores de carbono, manganês, elementos de liga e da temperatura no forno ou na panela de vazamento.

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De um modo geral, os processos de produção de aço podem ser classificados de acordo com o agente utilizado:

• Processo pneumático onde o agente oxidante é o ar ou oxigênio puro;

• Processo Siemens-Martin, elétricos, duplex, etc onde os agentes oxidantes são substancias sólidas contendo óxidos.

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PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO:

Até 1856, quando Henry Bessemer na Grã-Bretanha e William Kelly, nos Estados Unidos, quase simultaneamente, inventaram o processo de sopro pneumático, o aço era obtido apenas pela refusão de pequenas quantidades de sucata em fornos de cadinho ou pelo penoso processo de pudlagem em fornos de revérbero (O ferro impuro obtido era refundido em forno de soleira rasa (de reverbero), entrando em contato com os gases oxidantes. Mediante a agitação por meio de barras ( to puddle, em inglês), todo o banho entrava em contato com o oxigênio dos gases e assim, gradualmente, queimava-se o carbono e o gusa transformava-se em ferro pudlado (ferro doce).

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Inicialmente o convertedor com sopro atmosférico utilizava revestimento ácido (pedrasilicosa).

Devido a necessidade de se baixar o teor de fósforo, foi necessário utilizar-se escórias básicas, desta forma, o revestimento ácido do convertedor Bessemer se consumia muito rapidamente, pois reagia com a escória.

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Graças aos trabalhos de Sidney Gilchrist Thomas, o convertedor recebeu orevestimento básico (dolomítico), em 1877.

Tal descobrimento permitiu a remoção do fósforo dos minérios europeus com teor mais elevado deste elemento.

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PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO:No processo Bessemer ácido, o conversor é carregado com gusa líquido a uma temperatura de 1300 a 1400°C e o calor necessário para:a) elevar a temperatura do ar até a do metal líquido,b) fundir as adições,c) compensar as perdas térmicas de condução e convecção através do revestimento e pela radiação da camada superior do banho.

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PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO:Carregamento:

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PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO:Carregamento:

Inicia-se a entrada de ar, ao mesmo tempo em que o aparelho é colocado paulatinamente na posição vertical, posição em que permanece até que a operação de oxidação se complete.

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Em princípio, a operação do conversor consiste na injeção de ar sob pressão pela parte inferior por meio de canais nos refratário chamados de ventaneiras, fazendo com que o ar atravesse o banho de gusa líquido.

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O oxigênio do ar combina-se com o ferro, formando o FeO que, por sua vez, combina-se com o silício, o manganês e o carbono; portanto, estas impurezas são eliminadas, seja sob a forma de escória, (SiO2, MnO), ou de gás, (CO), que inflama-se na boca do convertedor.

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PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO:À medida que o sopro continua, depois de cerca de 4 minutos, a chama começa a alongar-se e torna-se brilhante e se inicia o período de oxidação do carbono.FeO + C Fe + COQuando a eliminação do carbono aproxima-se do fim, a chama muda novamente de aparência, encurta-se e parece desaparecer.

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Olhando-se através de visores apropriados as cores adquirem raias vermelhas na altura da boca do conversor e imediatamente sua coloração amarelo-dourada passa a avermelhada.

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PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO:Neste momento, tem-se o chamado ponto final ou fim de sopro.

O conversor é novamente basculado e o sopro de ar é desligado paulatinamente. O metal é vazado na panela.

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A observação da radiação da chama exige experiência dos forneiros, mas existem instrumentação para tal fim: Espectrocóspio, células fotoelétricas.

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Convertedor Bessemer no

museu Kelham Island,

Sheffield, Inglaterra (2002).


No processo Thomas, patenteado em 1879 na Inglaterra, diferencia-se do anterior (Bessemer) por apresentar revestimento de dolomita, de natureza básica.

As características físicas e o sistema de sopragem são muito semelhantes às do conversor Bessemer.

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Bessemer Thomas LDOxidação Ar pelo fundo Ar pelo fundo O2 puro (lança aço/bocal cobreFonte de energia Reações químicas Reações químicas Jato de O2 - 3000 °CRevestimento Ácido (pedra silicosa) Básico dolomítico Básico (dolomítico/magnésia)Agente desfosforizante Básico Básico Nos aços brasileiros teor P é bem menorDesgasteRevestRefrat Acentuado Normal p/ S, mas atacado pelo SiTempo de Corrida 20 min 20 min 35 minObservações Elimina P. Não eliminaS e deve ter baixo teor de Si

QUADRO COMPARATIVO ENTRE OS CONVERTEDORES MAIS UTILIZADOS

PROCESSO DE SOPRO A OXIGÊNIO

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PROCESSOS DE SOPRO A OXIGÊNIO:A idéia original foi exposta pelo

próprio Sir Henry Bessemer em 1856, porém, asdificuldades na obtenção do oxigênio puro, em quantidades industriais, não permitirama sua utilização prática.

Somente após do desenvolvimento das grandes instalações para produção de oxigênio, é que a ideia foi novamente retomada por vários metalurgistas.

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PROCESSOS DE SOPRO A OXIGÊNIO:

Em novembro de 1952, iniciou-se a operação da Aciaria I da Voest, com dois convertedores de 30 ton., sendo que a primeira instalação no hemisfério sul foi a da Cia. Siderúrgica Belgo-Mineira em Monlevade-MG, inaugurada em outubro de 1957.

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PROCESSOS DE SOPRO A OXIGÊNIO:As vantagens dos processos a

oxigênio são:a) rapidez na transformação do gusa em aço;b) o reaproveitamento da sucata de recirculação, (gerada na própria usina) e que corresponde a 20% do aço bruto.

Esta sucata é isenta das impurezas que a sucata externa contêm (ferro velho por exemplo).

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MATERIAIS UTILIZADOS:1- OXIGÊNIODeve-se ter no mínimo 99,5% de pureza. Os restantes 0,2 a 0,3% consistem em: 0,2%de argônio e 0,005% máximo de nitrogênio, (importante para evitar fenômenos deenvelhecimento sob tensão).

A vazão de O2 deve ser a velocidades supersônicas para penetrar na camada deescória e, também, para evitar o entupimento dos bocais da lança.

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MATERIAIS UTILIZADOS:1- OXIGÊNIO

A vazão de O2 é igualmente relevante para determinar a altura do bocal em relação ao banho (1,0 a 1,5m distante do banho), para controlar o grau de oxidação da escória e de remoção do enxofre e do fósforo.

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MATERIAIS UTILIZADOS:2- GUSAContém: 4,0 a 4,5% de C, 0,5 a 1 ,5% de Si, 0,3 a 2,0% de Mn, 0,03 a 0,05% de S e 0,05 a 0,15% de P.Entre 80 a 85% da carga do convertedor é constituída de gusa líquido, sendo o restante, de sucata.

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MATERIAIS UTILIZADOS:2- GUSAA dessulfuração do gusa pode ser feita no carro torpedo ou na panela de carga. Neste último caso, o grau de tratamento pode ser ajustado individualmente para cada corrida.A geração de escória varia de 5 a 16 kg/t de gusa, dependendo da taxa de injeção e da escumagem efetuada.

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MATERIAIS UTILIZADOS:3- SUCATA

São usadas: tanto a sucata interna, (pontas de lingotes, de placas ou blocos, de tarugos ou de corte de chapas), como a externa, (sucata de operações industriais: de estamparia ou prensagem, ou de obsolescência: ferro-velho). Com a sucata externa, há o risco de contaminação, (metais não ferrosos, tintas, etc.).

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MATERIAIS UTILIZADOS:4- ESCORIFICANTESUsa-se cal, dolomito calcinado e fluorita. Na cal, procura-se alta porosidade e elevada reatividade.Cal dolomítica pode ser usada para proteger o revestimento de magnésia ou de dolomita do conversor.

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MATERIAIS UTILIZADOS:4- ESCORIFICANTESA fluorita (composto basicamente de fluoreto de cálcio-CaF2) promove a dissolução da cal e baixa o ponto de fusão, além de estimular a fluidificação da escória.

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MATERIAIS UTILIZADOS:5- FERRO-LIGASFe-Cr e maiores quantidades de Fe-Mn podem ser adicionados no estado líquido durante o vazamento. Pode-se empregar um forno de indução para este fim, evitando-se ter que superaquecer o banho para dissolver as ferro- ligas.

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MATERIAIS UTILIZADOS:6- REFRATÁRIOSA duração do revestimento tem evoluído pela utilização de refratários de melhor qualidade e pelo emprego de revestimentos diferenciados, embora, por outro lado, as temperaturas do aço líquido tenham aumentado por causa do lingotamento contínuo e do desenvolvimento da metalurgia secundária.

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MATERIAIS UTILIZADOS:6- REFRATÁRIOSUm amplo leque de materiais está à disposição, mas, predomina combinações de dolomita e magnésia.O consumo de refratário depende do tipo de revestimento, da geometria do conversor e do programa de produção, variando entre 1 ,5 a 8 kg/t de aço.

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MATERIAIS UTILIZADOS:6- REFRATÁRIOS

Outras referências:06 meses(Magnesita);4.000 a 7.000 t processadas (Rizzo)

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CONVERTEDOR LDO convertedor tem a forma de um barril sendo basculado para carga ou vazamento, em torno de um eixo horizontal, acionado por conjuntos de motores e redutores. Para a chaparia, é utilizado um aço baixa liga ao cromo-molibdênio.

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CONVERTEDOR LDACIARIA

Logo junto à carcaça metálica, em aço resistente ao envelhecimento, com 35 a 75 mm de espessura, é colocada uma camada de tijolos de magnésia calcinada, como revestimento permanente, seguindo-se uma camada de magnésia apisoada, como separação e uma camada de desgaste, em blocos de dolomita calcinada impregnada com alcatrão.

CONVERTEDOR LDACIARIA

O fundo é de chapa metálica reforçada, seguindo-se várias fieiras de tijolos de magnésia, até a camada de desgaste, em blocos de magnésia calcinada e impregnada.

CONVERTEDOR LDA

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Lança consiste de 3 tubos concêntricos, de aço sem costura, terminando num

bocal de cobre eletrolítico; no tubo interno, flui o oxigênio;

o intermediário, é para a alimentação da água de resfriamento e o externo, para o retomo da água

aquecida.Na extremidade inferior é

soldado o bico e, na superior são conectadas as

mangueiras de O2 e água

CONVERTEDOR LDA ponta da lança contém 3 a 5 dutos em forma de venturi, para obter a velocidade supersônica do gás. Um sistema de talha elétrica, comandado da plataforma do conversor, suspende ou abaixa a lança. Dispositivo de segurança impede a sua queda, no caso de ruptura do cabo de sustentação; A duração média de uma lança é de algumas centenas de corridas.

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Carregamentode Sucata

Carregamentode Gusa

Sopro de Oxigênio

Vazamento do Aço Vazamento da Escória

Etapas do Refino Primário

OPERAÇÃOCom o convertedor inclinado, a

sucata é carregada por uma calha ou por um vagãobasculador, seguindo-se o gusa líquido.

Colocado na posição vertical, introduz-se a lança de oxigênio até a altura prédeterminada (1,0 a 1,5m distante do banho).

A pressão de oxigênio varia de 10,5 a12,6 atmosferas.

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OPERAÇÃOApós a ignição, que ocorre depois

de alguns segundos, faz-se o carregamento da cal por meio do silo montado sobre o forno.O tempo de sopro varia entre 17 a 18 minutos e o tempo total da corrida é de aproximadamente 35 minutos. O rendimento em aço produzido, em relação aos materiais carregados, é da ordem de 90%.

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OPERAÇÃOO consumo de oxigênio a 99,5% de

pureza é, aproximadamente, de 57 Nm3 por tonelada de aço.Completado o sopro, a lança é retirada e o conversor basculado para a horizontal.Mede-se a temperatura do banho com um pirômetro de imersão e colhe-se uma amostra para análise, que é feita entre 3 a 5 minutos.

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OPERAÇÃOPara vazar a escória, bascula-se completamente o conversor para o lado oposto sobre o pote de escória e prepara-se o conversor para a corrida seguinte.As adições de liga são feitas no jato, durante o vazamento na panela.

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REAÇÕES:A primeira reação que ocorre no convertedor é o oxigênio que sai da lança e encontra o ferro metálico no banho líquido. Este contato ocorre não pela afinidade do oxigênio pelo ferro, pois outros elementos como silício, carbono e manganês, possuem mais afinidade pelo oxigênio, mas pela grande quantidade de ferro no banho (mais de 97%).

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REAÇÕES:A reação então é:2Fe + O2 → 2FeOEm seguida devido à maior afinidade do silício pelo oxigênio, este reage com o FeO, retornando o ferro para o banho.2FeO + Si → SiO2 + 2Fe

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REAÇÕES:Em seguida o manganês se oxida da mesma forma.FeO + Mn → MnO + FeA sílica formada combina-se com o FeO, MnO e cal do fundente para formar a escóriaFeO + SiO2 → 2FeO.SiO2CaO + SiO2 → CaO.SiO2MnO + SiO2 → MnO.SiO2

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Em seguida a oxidação do

carbonoFeO + CO → Fe +

CO22C + O2 → 2COC + O2 → CO2

REAÇÕES:A partir dos convertedores LD desenvolveram-se outros processos de refino a oxigênio procurando-se fazer uma melhor distribuição dos gases no interior do convertedor de modo a facilitar as reações de oxidação das impurezas e com isto melhorar a qualidade do aço produzido.

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