Introdução ao processo de fabricação de aço em forno elétrico a arco e operações principais

Introdução ao Processo de Fabricação de Aço em Forno Elétrico a Arco e Operações Chave

1. Carregamento

O carregamento é a operação inicial no processo de fabricação de aço em forno elétrico a arco (EAF), envolvendo a carga de matérias-primas, principalmente sucata de aço e, às vezes, metal quente (ferro fundido), no forno.

2. Formação de Escória

Esta operação envolve o ajuste da composição, basicidade, viscosidade e reatividade da escória. Por exemplo, durante a injeção de oxigênio, o objetivo é gerar uma escória com fluidez e basicidade suficientes para transferir oxigênio efetivamente para a superfície do metal. Isso facilita a redução de enxofre e fósforo para níveis abaixo dos limites especificados para a classe de aço alvo, minimizando respingos e derramamento de escória.

3. Remoção de Escória

Dependendo das condições e objetivos específicos da fusão, a remoção ou substituição da escória é realizada em vários estágios. Por exemplo:

   Ao usar uma prática de escória única, a escória oxidante deve ser removida ("raspada") no final do período de oxidação.

   Ao usar uma prática de escória dupla para criar uma escória redutora, a escória oxidante inicial deve ser completamente removida para evitar a reversão do fósforo (o retorno do fósforo da escória para o aço fundido).

4. Agitação do Banho

Energia é fornecida ao banho fundido para induzir movimento no aço fundido e na escória, melhorando assim a cinética das reações metalúrgicas. A agitação pode ser alcançada por vários métodos, incluindo injeção de gás (por exemplo, gases inertes como Ar ou N₂), meios mecânicos ou indução eletromagnética.

5. Desfosforação

Esta é a reação química destinada a reduzir o teor de fósforo no aço fundido. O fósforo é uma impureza prejudicial, pois altos níveis podem causar fragilidade no aço em baixas temperaturas, conhecida como "fragilidade a frio". O efeito de fragilização piora com o aumento do teor de carbono. As especificações padrão normalmente limitam o fósforo a um máximo de 0,045% para as classes comuns, com limites ainda mais rigorosos para aços de alta qualidade.

6. Agitação no Fundo do EAF

Gases como N₂, Ar, CO₂, CO, CH₄ ou O₂ são injetados no banho fundido através de cadinhos (bicos) instalados no fundo do forno. Isso serve para acelerar a fusão e melhorar as reações metalúrgicas. Os benefícios da agitação no fundo incluem:

   Tempo reduzido de vazamento a vazamento e menor consumo de energia.

   Desfosforação e dessulfuração mais eficientes.

   Maior recuperação de elementos de liga como manganês.

   Melhor homogeneização da composição e temperatura do aço, levando a melhor qualidade, menores custos e maior produtividade.

7. Período de Fusão

Especificamente para operações EAF, o período de fusão se estende desde o início da energia até que a carga sólida esteja completamente liquefeita. Os principais objetivos são fundir a carga rapidamente, aumentar sua temperatura e formar uma escória preliminar.

8. Período de Oxidação e Descarburação

Na prática convencional do EAF, o período de oxidação normalmente começa após a fusão da carga e se estende até a remoção da escória oxidante. Uma tarefa fundamental é a descarburação, onde o oxigênio reage com o carbono para formar gás CO. Descarburação suficiente (frequentemente >0,2%) é crucial para refinar a pureza do aço, removendo gases e inclusões. O período de oxidação também lida com a remoção de fósforo e a homogeneização do banho. Com a ascensão da metalurgia secundária, grande parte desse refino de oxidação agora é frequentemente transferida para unidades de refino de panela ou separadas.

9. Período de Refino

Este termo geral se refere aos estágios do processo em que elementos ou compostos nocivos específicos são removidos do aço fundido. Isso é alcançado por meio de reações químicas que os transferem para a fase gasosa ou os flutuam para uma camada de escória para remoção.

10. Período de Redução

Na prática convencional do EAF, o período de redução segue o período de oxidação e precede a vazão. Seu principal objetivo é criar uma atmosfera de escória redutora para desoxidação final, dessulfuração, ajuste preciso da composição e homogeneização da temperatura. Este período é amplamente eliminado nas operações modernas de EAF de alta potência e ultra-alta potência, que se concentram na fusão rápida e na transferência de tarefas de refino para unidades externas.

11. Metalurgia Secundária (Refino em Panela)

Isso envolve a transferência do aço fundido primário do EAF (ou outro vaso de fabricação de aço primário) para um vaso separado para refino adicional. O processo de fabricação de aço é, portanto, dividido em duas etapas:

   Fusão Primária: Fusão, desfosforação inicial, descarburação e liga grosseira em uma atmosfera oxidante.

   Refino: Degasagem final, desoxidação, dessulfuração, remoção de inclusões e ajuste fino da composição, frequentemente sob vácuo, gás inerte ou atmosferas redutoras.

Esta divisão melhora a qualidade do aço, encurta o tempo do forno primário e otimiza o custo e a flexibilidade do processo. Os métodos de refino em panela variam amplamente, classificados por pressão (atmosférica ou vácuo) e abordagem de tratamento (processamento em panela vs. refino em forno de panela dedicado).

12. Agitação em Panela

A agitação do aço fundido durante a metalurgia secundária é fundamental. Ela homogeneíza a temperatura e a composição e acelera as reações de refino, melhorando a transferência de massa nas interfaces de fase. Reações que podem levar de 30 a 60 minutos estaticamente (por exemplo, dessulfuração) podem ser concluídas em 3 a 5 minutos com agitação. A agitação também aumenta drasticamente a taxa com que as inclusões não metálicas flutuam para fora do banho de aço.

13. Alimentação de Arame em Panela

Esta técnica envolve a alimentação de arames com núcleo ou sólidos (por exemplo, contendo pó de liga Ca-Si, alumínio ou carbono) na panela de aço fundido usando um alimentador de arame. Ela permite a dessulfuração profunda, tratamento com cálcio (para controle da forma de inclusão) e micro-ligação precisa ou ajuste da composição. Também contribui para a desoxidação final e melhora a limpeza do aço.

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