1 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Equilibrio Metal-Escória em aço Si Mn

André Luiz V da Costa e Silva2012

2 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Como formular o problema (1)

• Dificuldade: Só é possível entrar com oxidos ou com elementos. A composição do aço é mais bem compreendida em elementos e a da escória, em óxidos. Usar um artifício….

• Quais as variáveis Thermo-calc que tratam de cada composição? – W(Ca): Fração de massa de Ca no sistema todo – W(SLAG,Ca): Fração de massa de Ca na fase SLAG– W(Fe_L, Ca): Fração de massa de Ca na fase Fe_L

• Fazendo a fração de uma fase igual a ZERO, a concentração do sistema é igual a concentração da outra fase: Isto permite CONTROLAR a composição de uma fase (SLAG, por exemplo) e ver o que acontece com a outra (FE_L, por exemplo)

3 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

O modelo

Steel

Slag

Fe_L (Zero Kg)

Slag

Total= 1mol

W(Ca)=W(SLAG,Ca) porqueW(Ca)=fSlagW(Slag,Ca)+fFe_LW(Fe_L,Ca)and fFe_L=0

4 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Formulação do Problema

• Use SLAG2• Selecionar os elementos (Si, Mg, Mn, Ca, Al, O, Fe)• Set conditions: Composição da escória, T, P, N e alguma

condição da composição do aço (Fe_L)• Para calcular a composição da escória usar uma planilha

que converta, via estequimetria, dos oxidos para o conteudo metálico. (ver proximo slide) FIX Fe_L=0 moles.

• Calcular o equilibrio.• Criar USER FUNCTIONS para recalcular a composição da

escória.

• ASSIM É POSSÍVEL VARIAR A ESCÓRIA E VER O EFEITO SOBRE O AÇO.

5 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Example with a Si Mn semi-killed steel

• Steel has 0.134%Si and 0.84%Mn • T 1600C, N=1 P=1e5• Escória:

– %CaO 18,5% (%Ca=13,21%) (CaO= (16+40)*Ca/40)– %MgO 12,6% (%Mg=7,56%) MgO= (24+16)*Mg/24)– %Al2O3 2,7% (% Al=1,43%) (Al2O3= (48+54)*Al/54)– Silica is the rest of the slag, together with some FeO e MnO

• Assim é possivel ver:– O aço está em equilibrio com a escória– O que ocorre quando a composição da escória varia?

6 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

É preciso DESLIGAR a otimização global!!

7 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Desmarcar o quadradinho da esquerda!

8 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Para facilitar a convergência, entramos com SiO2 da escória (os 19,55) e %Si do aço (o 1,34e-3)

9 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Entrando a composição do Fe_L

Esta condição entra aqui.Lembre que o W é 0,01 da percentagem.0,134% vira 1,34E-3 !

10 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Fixando o Fe_L e suspendendo o GAS

11 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Resultado do primeiro equilibrio, para ajudar o TC

12 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Eliminar a condição W(Si) e entrar com o Mn do aço

13 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Novo equilibrio

14 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Criar as funções e tabelas que queremos para “ver”!

15 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Primeiro exemplo: Variar a Alumina da Escória

16 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

O teor de O dissolvido no aço em função da % Alumina na escória. (Função ALESC)

17 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Variando a % CaO na escória

18 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

O que mais?

• Todos os cálculos foram feitos considerando que o Mn e o Si do aço estavam constantes.

• Além disto, a variação do CaO ou Al2O3 era feita trocando pela Silica da escória.

• Qual o efeito de variar o Si do Aço (para ver se esta SiO2 que está na escória está em equilíbrio com ele?

• Qual o efeito de adicionar mais ou menos CaO na escória (sem mudar nada!)

19 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Variando o Si do aço: o que ocorre com SiO2 e MnO

O resultado indica que o SiO2 e MnO da escória não estão exatamente, em equilibrio com o Si e Mn do aço. Mas a diferença é pequena. Pode ser apenas precisão do cálculo-dados.

20 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Uma alternativa possivel é mudar para MASSA (ao invés de % na escoria)

21 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Uma composição inicial, para começar o cálculo

22 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Esta escória, está em equilíbrio com este aço.

23 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Fe_L Fixed e trocando as condições

24 © 2005, 2007, 2012 André Luiz V. da Costa e Silva

Equilíbrio calculado com Fe_l fix=0