1- Faça um breve comentário sobre o histórico dos processos pneumáticos de fabricação de aço liquido.

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.

Inicialmente o convertedor com sopro atmosférico utilizava revestimento ácido (pedra silicosa). Devido a necessidade de se baixar o teor de fósforo, foi-se necessário utilizar escórias básicas, desta forma, o revestimento ácido do convertedor Bessemer se consumia muito rapidamente, pois reagia com a escória.

Graças aos trabalhos de Sidney Gilchrist Thomas, o convertedor recebeu o revestimento básico (dolomítico), em 1877. Tal descobrimento permitiu a remoção do fósforo dos minérios europeus com teor mais elevado deste elemento.

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.

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.

A idéia original foi exposta pelo próprio Sir Henry Bessemer em 1856, porém, as dificuldades na obtenção do oxigênio puro, em quantidades industriais, não permitiram a sua utilização prática.

das grandes instalações para produção de oxigênio, é que a idéia foi novamente retomada por vários metalurgistas. Em 1939, Otto Lellep em Oberhausen e em 1941, Carl Valerian Schwarz em Aachen na Alemanha; em 1947, Prof. Robert Durrer na Suíça e, em 1949, Heribert Trenkler na Áustria, experimentaram a utilização de oxigênio em convertedores.

Finalmente, 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.

2- Explique as alas que compõem a aciaria LD.

A aciaria engloba 4 alas.

- ala de carregamento

- ala de convertedor

- ala de vazamento

- ala de lingotamento

ALA DE CARREGAMENTO: compreende

- recebimento e pesagem de gusa e sucata.

- plataforma de operações e a cabine de comando dos convertedores.

- panelas de gusa e escoria (auto-acionada).

ALA DE CONVERTEDORES: compreende

- fornos

- sistema de captação de gases

- lanças de oxigênio

- silos e sistema de carregamento de cal e fundentes

As lanças de oxigênio ficam suspensas acima do convertedor.

Normalmente duas lanças encontram-se ligadas aos sistemas de oxigênio e

Refrigeração.

Uma na posição de sopro e outra na reserva.

ALA DE VAZAMENTO: compreende

- área de preparação de panelas de aço, montagem e reparos do revestimento

refratário.

- montagem de válvulas gaveta.

- secagem e pré-aquecimento de panelas e o sistema de sua movimentação.

- O carro panela é geralmente, auto-acionado e desloca-se sobre trilhos entre a ala de lingotamento e a posição de vazamento sob o convertedor.

ALA DE LINGOTAMENTO: compreende

- lingotamento convencional

- lingotamento cont1nuo mais lingotamento convencional

- Lingotamento contínuo, etc. __

Quando se utiliza o lingotamento convencional deve-se considerar:

- Ala de preparação de lingoteiras e montagem de carros de .1ingotamento

- Ala de estripamento dos lingotes.

Quando se utiliza o lingotamento cont1nuo deve-se considerar:

- Ala de estocagem, escarfagem e despacho das placas ou blocos.

3- Ilustre o perfil geométrico do convertedor LD.

4- Explique o funcionamento da lança de oxigênio.

Pela lança é feita a injeção de oxigênio pela boca do convertedor, e pelo fundo sopra-se argônio com a finalidade de promover melhor homogeneidade do banho e facilitar as reações de oxidação. A lança consiste de 3 tubos concêntricos, de aço sem costura, terminando num bocal de cobre eletrolítico; no interno, flue o oxigênio; o intermediário, é para a alimentação da água de resfriamento e o esterno, para o retomo da água aquecida. A 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.

5- Cite e explique todas as matérias primas e insumos usados no convertedor LD.

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, (importante para evitar fenômenos de envelhecimento sob tensão).

A vazão de O2 deve ser a velocidades supersônicas para penetrar na camada de escória e, também, para evitar o entupimento dos bocais da lança. É, igualmente relevante para determinar a altura do bocal em relação ao banho, de importância para controlar o grau de oxidação da escória e de remoção do enxofre e do fósforo.

2- GUSA

Contém: 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 Se 0,05 a 0,15% de P.

O metal líquido, depois de vazado na panela, ao resfriar, atinge a saturação com o carbono.

No vazamento do alto forno, a temperatura do gusa é de 1480 a 1510°C, pois até o carro torpedo chegar ao convertedor haverá uma perda de temperatura do gusa de cerca de 135o C, e o processo de refino necessita de uma temperatura do gusa acima de 1400o C. Com a queda da temperatura, o excesso de carbono deixa o banho sob a forma de grafite, poluindo o ambiente.

Entre 80 a 75% da carga do convertedor é constituída de gusa líquido, sendo o restante, de sucata.

A 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.

Os agentes dessulfurantes utilizados são: Magnésio, Carboneto de Cálcio e o Carbonato de Cálcio. O uso deste último tem dois inconvenientes: alto consumo específico e baixo poder dessulfurante.

A injeção de magnésio tem como base a elevada afinidade deste com o enxofre. Como o magnésio tem baixo poder de ebulição (1100oC) e vaporiza facilmente, deve ser misturado com cal ou coque (formando briquetes).

A geração de escória varia de 5 a 16 kg/t de gusa, dependendo da taxa de injeção e da escumagem efetuada.

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.).

4- ESCORIFICANTES

Usa-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, procurando-se operar com 4 a 6% de MgO na escória.

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 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.

6- REFRATÁRIOS

A 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.

Um amplo leque de materiais está à disposição, como tijolos de dolomito ligado com alcatrão; dolomito enriquecido com carbono, ligado com alcatrão; dolomito-grafite enriquecido com carbono, ligado com alcatrão; dolomito enriquecido com magnésia, ligado com alcatrão; magnésia, ligada

com alcatrão; magnésia, ligada com alcatrão e impregnada com piche; magnésia-grafite, ligada com alcatrão ou resina, magnésia, queimada, impregnada de alcatrão.

Aditivos metálicos, como alumínio, magnésio e silício, ou combinações destes elementos, são usados para evitar a oxidação do carbono. Estes metais não só aumentam a resistência à oxidação, como também, reduzem a porosidade e evitam a penetração da escória, pela formação de óxidos e carbonetos; outrossim, melhoram a resistência a quente, tanto à corrosão com à erosão.

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.

6- Explique as matérias primas usadas na fabricação dos refratários, bem como os tipos de tijolos refratários.

Matérias primas utilizadas para a fabricação de Tijolos refratários para LD.

-Doloma – obtido a partir da calcinação da dolomita

(CaO.MgO) CaCo3 MgC03

- Magnésia - CMgO) - obtida da calcinação da magnésia (MgC03)

-Doloma - Magnésia

Tipos de tijolos

Alcatroados - baixa resistência a compressão

- são fabricados impregnando-se uma mistura de doloma e/ou magnesia

- com material recuperado (tijolos usados)

- o ligante é geralmente o alcatrão

Curados - são tijolos alcatroados onde são curados a T = 1300QC, para remover parte das matérias voláteis e endurecer o alcatrão.

- melhora a resistência compressão

Queimados - são tijolos prensados sem ligantes e aquecidos a T = 1600QC de modo se fizer uma liga cerâmica.

- alta resistência a compressão

- estes tijolos podem posteriormente ser impregnados, com alcatrão a fim de atingir o adequado % C residual sendo também aumenta à sua resis-tência mecânica.

7- Explique a operação do convertedor LD.

Com o convertedor inclinado, a sucata é carregada por uma calha ou por um vagão basculador, seguindo-se o gusa líquido.Colocado na posição vertical, introduz-se a lança de oxigênio até a altura pré-determinada (1,0 a 1,5m distante do banho). A pressão de oxigênio varia de 10,5 a 12,6 atmosferas.Após 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%. O 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.No final do vazamento, retém-se a escória no conversor com o "tampão flutuante" de modo a vedar o furo de corrida quando a escória começar a vazar.Para 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.

8- Cite todas as reações químicas Do processo LD.

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%).

A reação então é:

2Fe + O2 → 2FeO

Em seguida devido à maior afinidade do silício pelo oxigênio, este reage com o FeO, retornando o ferro para o banho.

2FeO + Si → SiO2 + 2Fe

Em seguida o manganês se oxida da mesma forma.

FeO + Mn → MnO + Fe

A silica formada combina-se com o FeO, MnO e cal do fundente para formar a escória

FeO + SiO2 → 2FeO.SiO2

CaO + SiO2 → CaO.SiO2

MnO + SiO2 → MnO.SiO2

Em seguida a oxidação do carbono

FeO + CO → Fe + CO2

2C + O2 → 2CO

C + O2 → CO2