Tipos e Processos de Refinamento Secundário

Tipos e Processos de Refino Secundário

O refino secundário engloba processos críticos realizados após a produção primária de aço (em um BOF ou EAF) para obter controle preciso sobre a química, temperatura e limpeza. Os principais objetivos incluem dessulfurização e desfosforização profundas.

I. Desfosforização do Aço Líquido

Embora conversores modernos possam atingir níveis de fósforo de 40-100 ppm, isso depende muito do teor inicial de silício e fósforo do metal quente. A desfosforização eficaz requer a formação de P₂O₅ e sua fixação em uma escória básica. As práticas avançadas atuais se concentram em minimizar o volume de escória no estágio final do conversor.

   Pré-tratamento do Metal Quente (Desfosforização): Uma estratégia popular, especialmente no Japão, envolve a dessiliconização e desfosforização do metal quente em um recipiente separado ou em uma operação inicial do conversor antes da carga principal do conversor. Isso permite que o conversor principal opere com baixas entradas de silício, permitindo uma sopro eficiente "menos escória" ou "sem escória". Uma desvantagem importante é uma menor taxa de carga de sucata.

   Processo de Conversor de Dois Estágios (Duplex): Este método usa dois estágios de conversor:

    1.  O primeiro conversor realiza a dessiliconização e desfosforização.

    2.  A escória do primeiro estágio é completamente removida ("slag-off").

    3.  O metal semi-refinado é então descarbonetado e finalizado no segundo conversor.

    Ao evitar a reversão do fósforo da escória, este processo pode atingir níveis de fósforo no final da sopro tão baixos quanto 30 ppm.

   O Papel do Refino Secundário: O teor final de fósforo é influenciado pelas práticas de vazamento e pelas etapas subsequentes. Qualquer transferência de escória durante o vazamento pode levar à reversão do fósforo, pois o P₂O₅ na escória é reduzido. Além disso, adições de ligas contendo fósforo (por exemplo, algumas qualidades de ferro-manganês) podem aumentar o fósforo. Normalmente, o fósforo do produto final é cerca de 10 ppm maior do que no ponto final do conversor.

   Refino Avançado em Panela para Fósforo Ultra-Baixo: Utilizando um Forno de Panela (LF) com práticas de escória especializadas permite um fósforo final ainda menor. Uma abordagem estratégica é vazar o conversor a uma temperatura ~50°C mais baixa, o que favorece a retenção de fósforo na escória. A energia térmica necessária é então fornecida por reaquecimento por arco no LF sob condições controladas e redutoras para evitar a reversão. A modelagem mostra que, com escória otimizada (por exemplo, ~18% FeO, 0,4% P₂O₅) e vazamento controlado, é possível obter aço com ~20 ppm de fósforo.

II. Dessulfurização

A dessulfurização na produção integrada de aço ocorre em três estágios: dessulfurização do metal quente, dessulfurização limitada no conversor e dessulfurização em panela durante o refino secundário.

   Dessulfurização do Metal Quente: Obtida pela injeção de reagentes como carbeto de cálcio, magnésio ou misturas de cal-magnésio na panela de ferro. Isso pode reduzir o enxofre a níveis muito baixos (por exemplo, 20 ppm), dependendo do consumo de reagente.

   Dessulfurização em Panela (Estágio Principal): Para uma dessulfurização profunda eficiente na panela, três condições são primordiais:

    1.  Condições Fortemente Redutoras: Alumínio suficiente deve ser adicionado para desoxidar o aço completamente, criando um baixo potencial de oxigênio.

    2.  Química Ótima da Escória: A escória da panela deve ser saturada com cal (saturada com CaO). O "Grau de Saturação de Cal" é um parâmetro chave:

           =1: A escória é saturada com CaO (ideal para alta atividade de CaO).

           <1: A escória é insaturada, líquida, mas com menor atividade de CaO, reduzindo a eficiência.

           >1: A escória é supersaturada, heterogênea e menos reativa.

    3.  Agitação Intensiva: O aço líquido deve ser violentamente agitado (por meio de borbulhamento de argônio) para garantir um forte contato escória-metal e condições cinéticas para a reação.

Sob condições ideais (escória saturada com CaO + agitação intensa), as taxas de dessulfurização podem atingir 95%. A eficiência diminui significativamente com agitação mais fraca ou escória não otimizada.

   Complexidades Durante a Agitação: A agitação intensa da panela desencadeia outras reações simultâneas:

       Redução de SiO₂ na escória por [Al] dissolvido, aumentando o teor de silício do aço.

       Re-oxidação do alumínio pelo ar.

       Redução de MnO da escória, aumentando ligeiramente o teor de manganês.

    O aumento do teor de silício é particularmente prejudicial para a produção de aços com baixo teor de silício (por exemplo, para tiras finas) e pode, por si só, dificultar a dessulfurização.

   Estratégia Integrada de Dessulfurização: Atingir um teor de enxofre ultra-baixo (por exemplo, <20 ppm) requer uma abordagem integrada:

       A Dessulfurização do Metal Quente deve atingir uma eficiência de ~75%, reduzindo o enxofre para <30 ppm.

       A Dessulfurização em Panela deve então operar com alta eficiência (>90%). Se a eficiência da dessulfurização em panela for baixa (por exemplo, 35%), a dessulfurização do metal quente deve ser ainda mais agressiva para atingir um ponto de partida de ~30 ppm de S para atingir uma meta final de ~50 ppm.

       Para uma meta final de ~100 ppm de S, o pré-tratamento do metal quente normalmente precisa reduzir o enxofre para ~150 ppm.

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