Processo de Fabricação de Aço em Panela de Aço

1. Visão Geral do Processo de Fabricação de Aço em Panela LF

O LF (Panela de Aço) o processo de fabricação de aço envolve a transferência de aço fundido em seu estágio final de oxidação de um conversor ou forno elétrico para um forno LF. Aqui, 50-90% da escória oxidada é removida, e escória redutora, juntamente com um desoxidante, são adicionados para refino por redução. Ao aumentar adequadamente o tempo de agitação, a quantidade de escória e a potência de agitação durante o aquecimento, e obter a remoção completa da escória durante a sangria, o teor de enxofre no aço pode ser ainda mais reduzido para menos de 30 ppm para enxofre ([%S]) e menos de 20 ppm para oxigênio ([%O]), resultando em aço limpo.

2. Refino e Desoxidação LF

Solubilidade e Impacto do Oxigênio

O oxigênio tem solubilidade limitada tanto no aço líquido quanto no aço sólido, com solubilidade significativamente menor no aço sólido. No processo de refino LF, o aço fundido da fusão primária frequentemente exibe fortes propriedades oxidantes, apresentando desafios para tarefas de desoxidação profunda e dessulfuração. Os perigos do oxigênio são múltiplos:

1. Limitação da Dessulfuração: Alto teor de oxigênio ou potencial de oxigênio na escória afeta a distribuição de enxofre entre o aço e a escória, reduzindo a tensão interfacial e influenciando o caráter e a quantidade de inclusões não metálicas contendo enxofre. A dessulfuração eficaz exige desoxidação prévia.

2. Reoxidação do Carbono: À medida que o aço fundido esfria e cristaliza, [C] e [O] segregam, levando à reoxidação do carbono e à formação de bolhas de gás CO. Essas bolhas comprometem a compactação do aço, causando defeitos como porosidade e frouxidão.

3. Inclusões Não Metálicas: O oxigênio precipitado reage com elementos como Si, Mn e Al durante a solidificação, formando inclusões não metálicas que contribuem para defeitos capilares em aço de alta qualidade e degradam vários indicadores de desempenho, como limite de proporcionalidade, energia de impacto, alongamento e permeabilidade magnética.

4. Efeito Sinérgico com Enxofre: O oxigênio exacerba os efeitos nocivos do enxofre, formando eutéticos de baixo ponto de fusão com FeO e FeS, deteriorando a plasticidade do aço ou causando danos por trabalho a quente.

Métodos de Desoxidação

No processo LF, a desoxidação por precipitação e a desoxidação por difusão são comumente empregadas:

1. Desoxidação por Precipitação: Isso envolve a adição direta de um desoxidante em massa ao aço fundido após a remoção da escória oxidada. Os elementos desoxidantes reagem com o oxigênio dissolvido para formar compostos estáveis que se separam do aço fundido e entram na escória. Desoxidantes compostos contendo Al e elementos de terras alcalinas são amplamente utilizados devido à sua capacidade de formar produtos de desoxidação compostos de baixo ponto de fusão que facilitam a flotação e remoção de inclusões.

2. Desoxidação por Difusão: Aqui, um desoxidante em pó é adicionado à superfície da escória, onde a reação de desoxidação ocorre na interface aço-escória. Ao reduzir o teor de (FeO) na escória, o oxigênio no aço fundido se difunde na escória, diminuindo assim o teor de oxigênio do aço.

3. Dessulfuração por Refino LF

O enxofre é geralmente considerado um elemento prejudicial no aço, afetando sua qualidade de várias maneiras. A dessulfuração é, portanto, uma tarefa metalúrgica crítica na fabricação de aço. O forno LF oferece condições termodinâmicas e cinéticas favoráveis para a dessulfuração, tornando-o significativo para a produção de aço com baixo teor de enxofre.

Reações de Dessulfuração

Ao contrário da dessulfuração por escória oxidante alcalina, a dessulfuração por escória redutora alcalina LF segue estas reações:

1. [FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO)
2. [MnS] + (CaO) = (CaS) + (MnO)

Como a maior parte do enxofre no aço existe como [FeS], a principal reação de dessulfuração é baseada na primeira equação. A eficiência da dessulfuração depende da basicidade da escória, do teor de (FeO) e (MnO), da quantidade de escória e da fluidez.

Fatores que Influenciam a Dessulfuração

• Basicidade da Escória: Dentro de uma determinada faixa, o aumento da basicidade da escória aumenta a distribuição de enxofre, mas pode deteriorar as condições cinéticas além de um determinado ponto.
• Atmosfera Redutora: O refino LF opera sob uma atmosfera redutora, com escória reduzida de alta basicidade favorecendo a dessulfuração.
• Quantidade e Fluidez da Escória: Quantidade e fluidez adequadas da escória promovem reações escória-aço e dessulfuração. No entanto, o excesso de escória aumenta a espessura da camada, dificultando a dessulfuração e a flotação de inclusões, além de aumentar os custos de produção.

4. Remoção de Inclusões

A sopradura de argônio na parte inferior da panela é uma etapa crucial antes da fundição contínua, impactando significativamente a qualidade do aço fundido e da placa. Durante o movimento do aço fundido, as inclusões colidem, condensam-se em partículas maiores e flutuam devido à flutuabilidade (algumas aderem às superfícies das bolhas e sobem com a flutuabilidade das bolhas).

Processo de Remoção de Inclusões

O processo de remoção de inclusões via bolhas envolve várias etapas:

1. As bolhas se aproximam e colidem com as inclusões.
2. Um filme líquido se forma entre as bolhas e as inclusões.
3. As inclusões oscilam ou deslizam ao longo das superfícies das bolhas.
4. O filme líquido é expelido e se rompe, formando um núcleo de contato trifásico dinâmico (TPC).
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