refino de aço

Refino do Aço

Definição

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O processo de fabricação do aço consiste no refino por

oxidação seletiva das impurezas que se incorporaram no

ferro gusa, principalmente o excesso de redutor (carbono). O fim

do refino acontece, então, quando se atinge o nível desejado

para os vários elementos que acompanham o ferro gusa. Este

processo é denominado refino do aço e é realizado em uma

instalação conhecida como aciaria.

Definição

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A transformação do gusa líquido em aço envolve:

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

b) Diminuição dos teores de carbono, silício, fósforo, enxofre e nitrogênio a níveis bastante baixos;

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

Processo de Refino

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Classificação

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Os processos de refino podem ser classificados de acordo com:

1. Em relação ao Agente oxidante

Processos pneumáticos – Agente Oxidante: ar ou oxigênio.

Processos Siemens-Martin, elétrico – Agente Oxidante: substâncias sólidas contendo óxidos.

2. Em relação a composição do gusa e do aço desejado

Processos ácidos – com exceção do fósforo e do enxofre, todos os demais elementos são diminuídos com facilidade.

Processos básicos – todos os elementos podem ser reduzidos aos valores desejados.

Processos Pneumáticos

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1. Processo Bessemer

Carcaça de chapas de aço, rebitada, revestida internamente por material refratário sílico-aluminoso (natureza ácida), suspensa por um eixo apoiada em dois munhões.

O fundo do conversor removível possui ventaneiras por onde o ar ou oxigênio é soprado sob pressão.

Não há necessidade de aquecimento da carga metálica no conversor reações exotérmicas

do gusa líquido.


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Reações no conversor

Reação ocorre devido a quantidade de ferro no banho (97%)

Reação ocorre devido à maior afinidade do silício e do manganês pelo oxigênio

2Fe + O2 2FeO

2FeO + Si SiO2 + Fe

FeO + Mn MnO + Fe

Eliminados sob a forma de escória

Soprado sob pressão


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Reações no conversor

Após aproximadamente 4 minutos tem início a oxidação do carbono

O fim do sopro é determinado pela coloração da chama.

O metal é vazado em panela de aço, onde se adicionam elementos para desoxidar e dessulfurar o metal.

Composição do aço: Si = 1,10 a 1,50%; Mn = 0,40 a 0,70% e P < 0,090%

FeO + C Fe + CO

Si - corrida fria Mn - escória fluida


Reação de Dessulfuração

FeO + Mn MnO + Fe

FeS + Mn MnS + Fe

Reação de Desoxidação

3FeO + 2 Al = Al2O3 + 3Fe

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2. Conversor com sopro no topo

Processo LD (Linz-Donawitz) também conhecido como processo BOF (Forno básico a oxigênio).

Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo.

Revestimento refratário dolomítico e magnesiano (básicos) podendo durar entre 4000 e 7000 corridas.


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LANÇA DE O2

Em todos os convertedores do tipo LD emprega-se uma lança para injeção de oxigênio.

Esta lança é retrátil e é geralmente constituída por 3 tubos de aço concêntricos, sendo o interior para oxigênio e os 2 externos para circulação da água de refrigeração.

Sublança (lança auxiliar) - Funções

- medição da temperatura do banho metálico;

- determinação da quantidade de oxigênio dissolvido no banho metálico;

- medição do nível do banho metálico;

- retirada de amostras para realização de análises químicas no laboratórios químicos.


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LANÇA DE O2

A lança não penetra no banho metálico, mas está próxima ao mesmo (distanciada de 1 a 2 metros), ficando imersa na emulsão escória-gases-gotículas de metal.

A interação do jato de oxigênio com o banho metálico pode ser definida basicamente por dois parâmetros: a profundidade de penetração (L) e o diâmetro da depressão formada na superfície (D)

A variável L0 corresponde ao nível do banho estático.


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MATÉRIAS-PRIMAS

1. Oxigênio:

Deve-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.

2. GUSA

Contém: 3,0 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 Se 0,05 a 0,15% de P.

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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4. ESCORIFICANTES

Usa-se cal (CaO), dolomita calcinada (CaMgO2) e fluorita (CaF2). A Cal dolomítica pode ser usada para proteger o revestimento de magnésia ou de dolomita do conversor. O consumo de cal dolomítica é da ordem de 30 a 35 kg por t de aço. A fluorita promove a dissolução da cal e baixa o ponto de fusão, alem de estimular a fluidificação da escória.

5. FERRO-LIGAS

Fe-Cr e maiores quantidades de Fe-Mn podem ser adicionados durante o vazamento.


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1. Carregamento de Sucata

2. Carregamento de Gusa

3. Sopro (varia entre 17 a 18 minutos) Adição de cal e fundentes.

4. Vazamento do Aço (Tempo total da corrida 35 miniutos – Temperatura 1620º a 1650ºC)

5. Vazamento da Escória

OPERAÇÃO DO CONVERTEDOR LD


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A sucata é adicionada por meio de canaletas com o convertedor a

oxigênio basculado para a posição de carregamento (posição

inclinada de cerca de 60° com relação à direção vertical).


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Reações no conversor LD

O Si e o Mn da carga metálica e uma pequena quantidade de Fe são oxidados, além da cal do fundente para formar a escória (final básica).

FeO + SiO2 → FeO.SiO2

CaO + SiO2 → CaO.SiO2

MnO + SiO2 → MnO.SiO2

Oxidação do carbono

2C + O2 → 2CO

C + O2 → CO2


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Reações no conversor LD – Período pós-sopro

Reações de desfosforação (a remoção do fósforo é favorecida por uma escória fluida, reativa com alta basicidade e alta concentração de FeO)

5 FeO + 2 P P2O5 + 5 Fe

FeO + P2O5 FeO.P2O5

FeO . P2O5 + CaO CaO.P2O5 + FeO

Reações de dessulfuração:

FeS + CaO CaS + FeO

FeS + O2 SO2 + Fe


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A oxidação do silício e a oxidação do ferro são reações altamente exotérmicas, isto é, à medida que ocorrem, a temperatura do banho metálico é elevada.

Assim que o sopro é interrompido o conversor é basculado para posição horizontal, a fim de medir a temperatura e retirar amostras de aço e escória.

Caso a composição química e a temperatura correspondam ao especificado o conversor é basculado no sentido contrário para vazamento da corrida na panela de aço.


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Vantagens dos processos a oxigênio

a) Rapidez na transformação do gusa em aço

b) Reaproveitamento da sucata de recirculação isenta de impurezas.


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ESCÓRIA

A escória pode ser definida como um banho líquido homogêneo constituído de um ou mais compostos químicos de vários óxidos, que se separa da fase metálica por ser insolúvel e de menor densidade.

Esta escória poderá desempenhar uma ou mais das seguintes funções:

- absorver e incorporar os elementos indesejáveis do banho metálico.

- controlar o suprimento de oxigênio da atmosfera para o metal;

- agir como um isolante físico dificultando a transferência para o metal de gases da atmosfera para o banho metálico (principalmente na panela de aço)

- reduzir a projeção de metal durante o período de sopro.

- atuar na proteção do revestimento refratário do convertedor (depois de concluído o sopro).

Forno Elétrico a Arco

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Constituído de uma carcaça de aço feita de chapas grossas soldadas ou rebitadas.

Neste tipo de forno ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica através de um arco voltaico entre os eletrodos e a carga.

O sistema de aquecimento é composto por 3 eletrodos de carbono ou grafite, ligados a um suprimento energético.


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Operação do FEA

A operação do FEA corresponde as etapas de (1) Carregamento, (2) Fusão, (3) Refino – Fervura e formação da escória, (4) Retirada da escória e (5) Vazamento do aço fundido.

A carga de um forno a arco é constituída, basicamente, de sucata, gusa e fundente.

O carregamento pode ser feito pela porta frontal, oposta ao local de vazamento, ou pelo topo através da retirada da abóboda.


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Carregamento

Adicionada para absorver o

Impacto da sucata mais pesada

Posição intermediária

para evitar arriamento

da carga


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Fusão da Carga – A fusão inicia-se pela perfuração da sucata através dos primeiros arcos formados, até a parte inferior.

1º 2º 3º

4º 5º 6º


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Vazamento – ocorre após o controle do teor de carbono, fósforo e silício.

Vazamento com EBT

(Eccentric Bottom Taping) Vazamento com Bica


Vantagens do processo do FEA

Maior quantidade de sucata a ser reciclada

Menor emissão de CO2

Dependendo do preço da energia elétrica e menor custo de investimento, o aço poderá ser produzido de forma mais econômica.

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Escórias

Principais funções:

Reter os óxidos ou outros compostos indesejáveis presentes nos minérios sujeitos ao refino

Reter compostos formados a partir das impurezas que se deseja remover dos metais sendo refinados.

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Metalurgia de Panela

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Refino Secundário: consiste no ajuste fino de composição química e acerto de temperatura.

Dentre os equipamentos destinados à metalurgia secundária estão o forno panela, capaz de realizar aquecimento por meio de energia elétrica, o desgaseificador RH, responsável pela eliminação de elementos indesejáveis como o hidrogênio, nitrogênio e carbono.

Após as etapas de refino secundário, o aço segue para o lingotamento.

Lingotamento

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refino de aço

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