ABM - Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço.pdf

Série: Capacitação Técnica em Processos Siderúrgicos Área: Aciaria INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE PREPARAÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA O REFINO DO AÇO Ernandes Marcos da Silveira Rizzo Sócio Titular da ABM, Técnico em Metalurgia (CEFETES), Engenheiro Mecânico (UFES), Mestre em Materiais e Processos de Fabricação (UNICAMP), Doutor em Materiais e Processos de Fabricação (UNICAMP e The University of lowa-EUA) Home-page: www.erct.com.br Ficha Catalográfica / Cataloguing Card Rizzo, Ernandes Marcos da Silveira Introdução aos processos de preparação de matérias-primas para o refino dos aços / Ernandes Marcos da Silveira Rizzo. São Paulo, Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2005. 71 p.: ilus. (Capacitação Técnica em Processos Siderúrgicos: Aciaria). Bibliografia. ISBN 85-86778-84-2 1. Siderurgia. 2. Aço : Processos de fabricação 3. Metalurgia. I. Título. CDD 669 índice para Catálogo Sistemático 1. Siderurgia: ferro-gusa : aço 2. Aciaria : processos de fabricação 3. Metalurgia 669 669.142 669 Direitos exclusivos desta edição reservados à Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais Rua Antônio Comparato, 218, Campo Belo Cep 04605-030 São Paulo, SP http://www.abmbrasil.com.br Proibida a reprodução, mesmo que parcial e por qualquer processo, sem autorização expressa e por escrito da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais - ABM DESSULFURAÇÃO DO FERRO-GUSA 55 BIBLIOGRAFIA 69 . nitrogênio e argônio) 33 4 .DESSILICIAÇÃO DO FERRO-GUSA 49 8 .FUNDENTES.DESFOSFORAÇÃO DO FERRO-GUSA 51 9 .E M.GASES (oxigênio. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço SUMARIO APRESENTAÇÃO 3 1 . DESOXIDANTES E REFRIGERANTES 35 5 .INTRODUÇÃO 5 2 .CARGA METÁLICA 7 3 .FERROS-LIGA 41 6-ADIÇÕES COMPLEMENTARES 47 7 .S. Belgo-Grupo Arcelor .M.A.Usina de Pindamonhangaba-SP José Domingos Diniz Filho . (V&M) Paulo Sérgio Bringhenti Lascosqui .Aços Villares-Sidenor .Rizzo Membros do comitê do PNCO-ABM elaborador da Norma de Requisitos de Qualificação para Certificação de Operadores da Área de Aciaria: Ernandes Marcos da Silveira Rizzo .ABM Mauro César Giacomin .ABM (Coordenador do Programa PNCO-ABM) João Carlos Robles .2 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.Usina de João Monlevade-MG José Carlos Gilson Parish .Vallourec & Mannesmann Tubes do Brasil S.S. R. Consultoria e Treinamento Ltda Fausto Leite Vasconcelos .Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST) .Grupo Arcelor Wanderlei Miguel Gonçalves .E.Belgo-Grupo Arcelor .Usina Grande Vitória-ES .Gerdau-Açominas Hélio Rodrigues . as principais variáveis ou parâmetros de controle destes processos e os principais tipos de equipamentos utilizados. Para a empresa. maior adequação da empresa para reconhecimento pelas normas de gestão da qualidade. conformação e aplicação dos aços. aumento da produtividade. eficiência. Equações matemáticas ou químicas só são utilizadas em casos essenciais para compreensão de um determinado fenômeno ou processo no grau de exigência típico de provas de certificação. A série Capacitação Técnica em Processos Siderúrgicos é subdividida em 4 áreas: Conhecimentos Básicos. comoção por mérito e melhoria do moral. técnicos e empresariais e sabe explicar ou compreende a importância de seguir as orientações do padrão. Por definição. Saliente-se que as publicações foram elaboradas com o intuito de apresentar e discutir os principais fluxos de processos. as atividades com maior eficácia. Redução. são feitas descrições objetivas de cada um dos itens de conhecimentos. material este de fundamental importância para o desenvolvimento da sociedade. autonomia e conscientização. objetivas e atualizadas a respeito dos diversos processos envolvidos na elaboração. Detalhes construtivos dos equipamentos. Ao invés de uma publicação que cubra todo o conteúdo de uma determinada área. as razões da existência de uma ampla gama de tipos de aços no mercado. Para atingir tal objetivo. as faixas de controle das variáveis ou parâmetros variam de empresa para empresa em função do fomecedor dos equipamentos. realizando. optou-se pela elaboração de diversas publicações de forma a cobrir os itens de conhecimentos específicos de cada especialidade. embora pudessem ser consideradas como enriquecedoras.M.S. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 3 APRESENTAÇÃO A série de materiais instrucionais denominada Capacitação Técnica em Processos Siderúrgicos foi elaborada com o intuito de oferecer aos interessados na área de metalurgia e materiais. . maior empregabilidade. e em consonância com a essência de um processo de certificação. Aciaria e Laminação. um funcionário certificado é aquele que cumpre as atividades de acordo com os cadrões operacionais. procurando assim cobrir todo o espectro de conhecimentos relacionados com a siderurgia. poderiam prejudicar a assimilação do conteúdo pelo público-alvo a que se destinam. Esta série de publicações também pode ser utilizada com o propósito de auxiliar na preparação dos funcionários das usinas siderúrgicas brasileiras para realização com sucesso das provas de órgãos certificadores de pessoal. O objetivo principal desta série de publicações é apresentar ao leitor um breve panorama da orodução dos aços. os parâmetros que governam a seleção de um determinado tipo de aço e as linhas gerais para estudo deste ramo relativamente complexo da ciência e tecnologia intitulado siderurgia ou metalurgia das ligas terrosas. portanto. procurando evitar um excesso de informações que. podem ser destacados: valorização e reconhecimento. não sendo. portanto.E. em detrimento de análises mais aprofundadas e quantitativas. Dentre os diversos benefícios advindos da aprovação em um processo de certificação ocupacional cara o funcionário. alvo desta série de publicações e sim de treinamentos específicos na função (on job training). As publicações podem ser utilizadas para aperfeiçoamento de profissionais que militam na área da siderurgia. ou peculiaridades cos equipamentos ou procedimentos de uma determinada empresa. outros benefícios podem ser enfatizados quando a mesma possui um quadro de funcionários devidamente certificados: menor variabilidade e maior estabilidade do processo. informações essenciais. o macrofluxo de obtenção e processamento deste material. por estudantes interessados em compreender a siderurgia ou para treinamento de novos funcionários em um determinado setor da indústria. grau de atualização tecnológica da empresa e tipo de produto produzido. Setembro de 2005. da ABM e de fornecedores de equipamentos e insumos para a siderurgia que forneceram informações vitais para a elaboração desta publicação. Prof.M.4 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.Açominas V & M do Brasil Companhia Vale do Rio Doce Sun Coke Voest-alpine Indústria Ltda SMS Demag Ltda Danieli do Brasil Ltda Vitória-ES.COSIPA Aços Víllares .Sidenor Gerdau . Dr. serão recebidas de bom grado. Rizzo As publicações foram elaboradas de forma a apresentar nos capítulos iniciais as principais características dos equipamentos utilizados e o fluxo de operações do processo em estude procurando deixar as informações relativas aos fenômenos físico-químicos que explicam os processos para os últimos capítulos. Como todo trabalho que se inicia.CST Companhia Siderúrgica Paulista . . cuja identificação.Grupo Arcelor Companhia Siderúrgica de Tubarão .S. forma ou abrangência. seja de conteúdo. bem como sugestões para aperfeiçoamento desta publicação. No caso específico das publicações para a área de aciaria. O autor também agradece às seguintes empresas e associações de classe que cederam imagens para ilustrar esta publicação: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais Instituto Brasileiro de Siderurgia Belgo Siderurgia S.A. Erneinaes Marcos cia Silveira Rizzo . além de terem participação fundamental na revisão ca mesma. os seguintes títulos estão disponíveis: O autor expressa seus agradecimentos aos funcionários das usinas siderúrgicas. este certamente apresentará falhas. ferro-esponja e aço) são obtidas.INTRODUÇÃO As principais matérias-primas e insumos utilizados para a produção do aço nos fornos elétricos a arco ou nos convertedores a oxigênio ou nas unidades de refino secundário. . . ainda no estado líquido.S. Os principais objetivos e/ou justificativas para aplicações destes tratamentos previamente à adição do ferro-gusa nos fornos de refino primário para elaboração do aço são: .Adições complementares (recarburante. etc).a redução do custo das operações. .E.Desoxidantes . :odem ser subdivididas de acordo com a função no processo.a redução da quantidade dos elementos químicos enxofre. nos fornos de refino primário ou secundário. Os principais tipos de operações de pré-tratamento do ferro-gusa são: . absorção de inclusões.dessiliciação. em alguns casos. ocasionando uma redução na taxa de sucata que pode ser utilizada no processo a fim de não resultar em um balanço térmico negativo para o processo. nas seguintes categorias: . eliminação de gases.a baixa eficiência do processo de dessulfuração no ambiente oxidante dos fornos de refino primário (convertedores ou fornos elétricos). a redução da perda de temperatura do aço líquido. após a transferência do ferro-gusa para as panelas utilizadas para armazenamento. Para um aprofundamento do processo de obtenção da cal a partir do calcário sugere-se a leitura da publicação de Introdução aos Processos de Calcinação. reduzem a capacidade de geração de calor na etapa de refino do aço no convertedor LD.Fundentes e/ou refrigerantes .Ferros-ligas e ligas nobres . Uma importante matéria-prima da aciaria é a cal. Nesta publicação também são feitos comentários sobre as características e o processamento de alguns materiais minerais que eventualmente também podem ser utilizados nas aciarias e sobre a produção e utilização dos gases industriais e de outras utilidades/insumos. transporte e carregamento do ferro-gusa líquido nos fornos de refino primário dos aços. Para compreender como as matérias-primas que constituem a carga metálica (ferro-gusa. fósforo e silício na composição química final do aço. apresentam normalmente um custo mais elevado e só são aplicados em casos de . antes do lingotamento. As operações de pré-tratamento do ferro-gusa. facilitando o cumprimento do sincronismo entre as etapas de refino e lingotamento na aciaria.Gases industriais . . Observa-se que a realização das etapas de desfosforação e/ou dessiliciação do ferro-gusa cuido. isolamento térmico e/ou químico. Porém. principalmente no caso de dessulfuração e desfosforação.Carga metálica . podem ser realizadas no canal de corrida do alto-forno. aquecimento do aço.desfosforação.M.dessulfuração. no carro-torpedo em unidades instaladas entre o altoforno e a aciaria ou. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 5 1 . tendência verificada nos últimos tempos. É importante salientar que as operações de desfosforação e dessulfuração também podem ser realizadas na panela de aço líquido nas estações de refino secundário. dessulfurantes.a redução do tempo de tratamento do aço nas estações de refino secundário e. . no próprio galpão da aciaria. recomenda-se que o leitor consulte a publicação denominada: introdução aos Processos Siderúrgicos. M.S. . mesmo o custo não sendo um item preponderante. Rizzo exigência de teores mínimos de alguns dos elementos citados. as condições de sincronismo da produção na aciaria limitam a possibilidade de aplicação dos citados tratamentos antes do lingotamento do aço.6 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. Em outras situações. justificando assim o seu emprego em função do maior valor agregado do aço produzido. superior a demanda pelas outras matérias-primas metálicas. Este fato também é preocupante para as aciarias a oxigênio (convertedores). apesar de em números absolutos corresponder a menos de 5% da demanda mundial de matérias-primas metálicas na indústria siderúrgica (cerca de 45 Mt). Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 7 2 . Normalmente.teor de impurezas na sucata. é digno de nota que se avaliarmos os dados relativos ao uso das matérias-primas metálicas nas últimas décadas e as previsões para os próximos anos. .tipo de processo . a carga líquida varia entre 80% para convertedores produzindo aços com baixo teor de carbono e 85 a 90% para aços alto carbono. da qualidade de carga sólida e da disponibilidade de sucata. cresce a uma taxa em torno de 10%. Em algumas situações.M.sucata de ferro fundido . . No caso das aciarias equipadas com convertedores a oxigênio.sucata de aço . .briquete de resíduos siderúrgicos. O uso de materiais pré-reduzidos (ferro esponja). Outro fator que determina o uso de ferro-gusa líquido está relacionado com a sua Disponibilidade na usina siderúrgica integrada.tipo de aço a ser produzido. Destaca-se que as principais vantagens desta opção são a redução do tempo de elaboração do aço e a economia de energia elétrica. incentivando o uso de ferro-gusa e de materiais pré-reduzidos. A utilização de ferro-gusa líquido pelas aciarias elétricas ocorre no caso da empresa contar com um alto forno na própria usina ou adquirir o ferro-gusa de empresas do tipo guseiras instaladas relativamente próximas da unidade industrial onde o forno elétrico está montado normalmente a uma distância de no máximo 30 km). podendo chegar até a 100% da oarga.limitações dos equipamentos/processos da aciaria para operar com determinados tipos de carga metálica. a proporção de ferro-gusa liquido na carga metálica do convertedor depende de sua composição e temperatura (conteúdo térmico). o uso de ferro-gusa sólido já é bastante difundido no Brasil (cerca de 32% contra menos de 5% na média mundial). nota-se que a geração de sucata não será suficiente para atender a demanda por este material pelas aciarias. .disponibilidade e preço das matérias-primas.produtos pré-reduzidos (ferro esponja.CARGA METÁLICA A carga metálica para elaboração do aço nos fornos elétricos a arco ou nos convertedores pode ser constituída dos seguintes materiais: .ferro-gusa líquido . Para o caso das aciarias elétricas. a sua taxa é definida pelo tipo de aço que será fabricado e das dimensões do convertedor.forno elétrico ou convertedor.E. . inclusive a sua variação ao longo dos lotes. Neste caso. . o ferro-gusa líquido é transportado por ferrovias ou por rodovias em panelas projetadas para reduzir a perda de calor e oferecer uma maior segurança no caso de solavancos. briquete HBI ou RDI) .composição química das matérias-primas. da qualidade do aço a ser produzido. No caso das aciarias elétricas. dentre os quais os mais importantes são: .prática adotada pela empresa para a preservação do revestimento refratário dos equipamentos. Com a utilização do ferro-gusa líquido temse a transferência do calor sensível e do calor latente para a carga metálica sólida.sucata de ferro-gusa . .S. A proporção entre os diversos tipos de carga metálica depende da combinação de uma série de fatores. podendo gerar flutuações de composição em função do tipo de carvão utilizado. etc. lingoteiras. reduz o volume ocupado no forno. Além das peças de ferro fundido. da quantidade de oxigênio soprado nas ventaneiras. a utilização de ferro-gusa apresenta a vantagem de uma menor temperatura de fusão. mais do que suficiente para o balanço energético da corrida. um menor tempo de carregamento (menos número de cestos no caso da aciaria elétrica). Assim como no caso do ferro-gusa líquido. tubos. 1 O ferro-gusa também pode ser obtido em fornos verticais do tipo cubilo. Observa-se que o ferro-gusa é uma liga Fe-C produzida nos alto-fornos. mas com granulometria reduzida. ou nos fornos de fusão redutora1. neste caso. acelerando a fusão da carga. . na injeção de finos de carvão. Mesmo no estado sólido. canais de fundição. também podem ser utilizados cavacos oriundos do processo de usinagem de peças de ferro fundido. Silício (Si). pode ter sido realizada a adição de uma série de elementos de liga para proporcionar propriedades adequadas à utilização da peça fundida. que apresenta uma composição próxima ao do ferro-gusa. Esta indicação é importante para ser feita a distinção em relação à utilização de sucata de peças de ferro-fundido (blocos de motores. a quantidade de calor assim gerada é. provocados pela rápida formação da escória. acelerar a formação da escória pela maior adição de material refrigerante e uma maior economia de oxigênio com menor tempo de sopro. Enxofre (S). Estes elementos em contato com o oxigênio reagirão produzindo parte da energia necessária para o aquecimento do aço durante a operação dos fornos de refino primário. pois. gerar uma energia adicional devido às reações de formação de CO e/ou CO2. Uma grande variação na composição química ou temperatura do ferro-gusa pode ocasionar uma operação mais errática. do tipo de minério. A sua maior densidade aparente.). Porém. pois. na vazão total de ar insuflado. tenderá a adotar uma composição de carga em desacordo com as necessidades. O ferro-gusa sólido é fornecido comumente na forma de pães de ferro gusa ou de ferrogusa granulado. Este fato possibilita gerar ganhos de rendimento metálico. devendo ser feita a apropriada separação das peças no pátio de sucata. normalmente utilizado err fundíções de peças. grelhas. Os principais componentes químicos do ferro-gusa são: Ferro (Fe). permitindo. pelo menos.M. A especificação da composição do ferro-gusa líquido varia conforme as peculiaridades regionais e a operação dos alto-fornos. gerando descontrole no sistema de captação de fumos. quando o ferro-gusa é recuperado a partir da solidificação deste material em formato irregular devido ao basculamento do carro-torpedo nos pátios. uma vez que os modelos de cálculo de carga são válidos geralmente para intervalos mais ou menos restritos das variáveis envolvidas. Uma variação brusca tem efeitos ainda mais desastrosos. que normalmente toma a corrida anterior como referência. podendo ocasionar fortes projeções na primeira parte do sopro aumento na geração de gás no convertedor pela maior disponibilidade de oxigênio no processo (adição de minério/sínter para refrigeração do banho). o teor de carbono é maior do que no caso da sucata de aço. Fósforo (P). cilindros de laminação. etc. na temperatura do ferro-gusa na saída do cadinho dentre outros. Também pode ser recuperado a partir da borra oriunda do processo de fabricação do ferro-gusa. isto pode provocar transtornos operacionais durante o sopro. podendo assim. Carbono (C Manganês (Mn).Rizzo O uso de maiores quantidades de ferro-gusa líquido nos convertedores apresenta grandes vantagens do ponto de vista de balanço térmico do processo. uma vez que o controlador do forno.S.8 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. O ferro-gusa deve apresentar características físico-químicas adequadas e com menor variação possível a fim de permitir uma operação regular e nas condições mais produtivas possível. em alguns casos. na maioria das situações. sendo em alguns casos denominado de ferro de primeira fusão. uma maior carga no forno ou. Sua queima produz parte do calor necessário ao processo. formando os gases CO e CO2. O carbono é quase todo queimado (oxidado) na operação de refino. O teor de carbono obtido depende das condições de operação e da composição da carga do alto-forno. Fe2O3) ou mesmo na forma metálica (Fe) e a maior parte formará o aço líquido. O silício é um elemento de grande importância na produção de calor na operação dos fornos de refino primário. sendo arrastado pelo sistema de desempoeiramento.E.1. evitar ao máximo a sua oxidação para não reduzir o rendimento metálico do processo. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 9 O ferro constitui o elemento predominante no ferro-gusa.M. conforme apresentado no diagrama de fases em equilíbrio ferrocarbono mostrada na Figura 2. Durante a etapa de refino. No processo de refino do aço objetiva-se manter em sua forma metálica. menor temperatura de fusão desta liga.0 a 95.S. Uma vez que não haja grandes variações não é motivo de preocupação. Além deste fator. ou seja.8 a 4. o teor de silício do ferro-gusa afeta o volume de escória formada. parte do mesmo se volatiliza. sendo recolhido posteriormente na forma de pó ou lama que pode ser reaproveitada.5%. O teor de carbono do ferro-gusa situa-se na faixa de 3. em torno de 94. o ferro-gusa situa-se na vizinhança do ponto eutético da liga Fe-C. Se o teor de silício for . ou seja. Uma outra parte do ferro migra para a escória em forma de óxidos (FeO. Nesta faixa de composição.0%. a escória fica mais viscosa. Porém. P. mesmo quando a unidade da aciaria está parada por alguns dias para uma manutenção preventiva ou não. adota-se a prática de continuar com a etapa de dessulfuração do ferro-gusa líquido. Ni e Sn presentes na carga metálica carregada no forno e também pela presença de gases tais como N e H também presentes nesta carga ou incorporados durante a elaboração do aço. outro cuidado importante é relativo à procedência da mesma. que pode apresentar altos teores de S. O teor de enxofre no ferro-gusa está relacionado diretamente com a qualidade do carvão ou coque usado no alto-forno e da prática operacional adotada nesta unidade fabril. o volume de escória será maior porque será necessário utilizar mais cal (CaO) para neutralizar a sílica formada. normalmente. existem certos cuidados que devem ser tomados quanto ao carregamento da sucata de ferro-gusa. O teor de fósforo no ferro-gusa está relacionado diretamente com a qualidade do minério de ferro usado no alto-forno. ferro fundido.M. Com o silício baixo (normalmente Si < 0. fundentes ou outras adições com altos teores destes elementos. o que provocam um aumento no custo. Isto se deve ao fato de que se o teor de manganês for elevado no ferro-gusa líquido (Mn > 0. . Urn baixo teor de Si também dificulta o consumo de sucata. O ferro-gusa pode ser dessulfurado antes do seu carregamento nos fornos de refino primário. Observa-se que no caso do uso do produto pré-reduzido DRI. Porém. dependendo da usina siderúrgica). Mesmo em pequenos teores estes elementos apresentam o risco de reduzir drasticamente as propriedades mecânicas dos aços. o fósforo contido no ferrogusa é absorvido pelo aço líquido. Rizzo considerado aito (normalmente Si > 0. ferros-liga. a sua utilização pode aumentar o tempo de refino nos fornos e o uso de fundentes (cal e dolomita). permitindo um significativo aumento do controle químico do aço. De forma contrária. visto que tanto no alto-forno como nos fornos de refino a dessulfuração é deficiente. uma vez que. pois se trata de um oxido ácido que provoca elevado desgaste do revestimento refratário básico normalmente utilizado nos fornos de refino primário. Tradicionalmente considera-se que a qualidade do aço produzida através do emprego de fornos de refino primário é restringida pelo teor de elementos residuais tais como Cu.70%. a unidade de alto-forno pode continuar produzindo regularmente. O manganês não é um elemento importante na geração de energia durante a sua oxidação nos fornos de refino primário. dependendo da usina siderúrgica) surge a necessidade da adição de materiais fornecedores de silício ao processo como FeSi e SiC. pois o MnO reduz a temperatura de fusão da escória. Como a velocidade de fusão do ferro-gusa é inferior a do aço.2 apresentam-se imagens de diversos tipos de sucata de ferro-gusa e de ferro fundido. pois. Em algumas usinas siderúrgicas. a obtenção de teores de fósforo cada vez mais baixos torna-se um dos grandes desafios na produção do aço nos fornos de refino primário. o fósforo está na forma de óxido e é absorvido pela escória no processo nos fornos de refino primário. é um elemento muito importante para a condução da etapa de refino e na qualidade do aço.10 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. Observa-se que os elementos enxofre e fósforo também podem ser incorporados ao aço líquido nos fornos de refino devido à utilização de sucata de aço. permite diluir estes contaminantes.80%). a melhoria continua dos equipamentos e do controle de processo nas aciarias e o uso de matérias-primas metálicas a base de minério de ferro pré-reduzido. Na Figura 2.20%. podendo prejudicar a prática operacional nos fornos de refino primário. Com o aumento das exigências do mercado. A queima do Si do ferro-gusa sólido no fundo dos fornos também pode provocar desgastes prematuros do refratário Em relação à utilização da sucata de ferro-gusa. ferro-gusa de formato irregular proveniente do basculamento a carga do carro-torpedo no chão (pátio de emergência).M.Exemplos de sucata de ferro-gusa: pães de ferro-gusa.2 . Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 11 Figura 2. .S.E. Exemplos de sucata de ferro fundido: sucata de peças fundidas e cavaco de usinagem de peças. ocasionado uma série de problemas. No caso dos convertedores a oxigênio. etc). . atrapalhando a movimentação dos carros de transporte das panelas de aço ou do pote de escória.preparação (não preparada. A sucata considerada pesada apresenta uma densidade aparente superior a 1200 kg/m3. a sucata pesada de retorno (lingotes sucatados. o grau de contaminação envolve os critérios composição química e teor de impurezas. concreto. Estes critérios podem ser combinados para gerar uma série de tipos de sucatas. Sucata muito pesada também pode danificar o revestimento refratário dos fornos de refino primário devido ao elevado impacto na operação de carregamento. a sucata deve ser rigorosamente selecionada para evitar a presença de elementos normalmente considerados contaminantes por prejudicar as propriedades dos aços (S. exigem um maior tempo para dissolverem-se.12 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. prensada. podem ser necessários vários carregamentos utilizando os cestões ou tamborões no caso dos fornos elétricos a arco ou de canaletas no caso de convertedores. . Cu.teor de impurezas (limpa e impura). . extintores de incêndio. Se a densidade aparente da sucata for baixa. Observa-se ainda que peças de elevada densidade. aumentando também o consumo de energia e o tempo necessário para elaboração do aço. No caso de aciarias elétricas. recomenda-se que o comprimento máximo da sucata deve estar em torno de 1 a 1.5 m para permitir a obtenção de uma densidade aparente adequada e se evitar problemas como dificuldades no fechamento da abóbada ou furos nos painéis refrigerados no caso do forno elétrico a arco.composição química (não ligada comum. tesourada. . como pedaços de barras ou tiras. Sn. graxas. P. fragmentada. não ligada ressulfurada baixa liga e alta liga).M. Rizzo A sucata de aço pode ser classificada de acordo com os seguintes critérios: . não ligada especial. Em algumas usinas. etc). portanto. demorando mais tempo para deslocarem-se para o banho líquido. . lingotes curtos. gases combustíveis. cortada e recuperada).características físicas: dimensões (livre e dimensionada) e densidade aparente (leve. média e pesada). Entre estes dois limites a sucata é considerada média. terra. podem se soldar uma as outras durante a etapa de aquecimento no interior dos fornos. ou sucata presa na boca do convertedor que pode vir a danificar a coifa ou cair sob o convertedor quando o mesmo for basculado. sucatas finas e largas.origem (de processamento e de obsolescência). A Norma ABNT NBR 8746 de 1985 (Sucata de Aço . queda de temperatura do refratário do forno ou da carga metálica já fundida e redução da produtividade da aciaria como um todo. A densidade aparente de carga de sucata deve ser tal que possibilite o seu completo carregamento com o mínimo de aberturas do forno a fim de não prejudicar a produtividade e o rendimento energético da aciaria.procedência (geração interna e geração externa à usina siderúrgica).Classificação) pode ser consultada para verificar os vários tipos de sucata de aço normalizados no Brasil. por provocarem problemas nos equipamentos envolvidos direta ou indiretamente na produção do aço (Zn) ou por representarem risco de explosões ou poluição durante o processo (óleos. Uma sucata considerada leve apresenta uma densidade aparente inferior a 600 kg/m3. por exemplo: perda de tempo.S. . as dimensões da sucata devem ser tais que permitam a sua completa fusão durante o tempo de sopro e. quebrada. como. sucatas de placas e blocos) deve ser previamente preparada através do corte com maçaricos ou guilhotinas. como lingotes e cortes da área de lingotamento continuo. briquetada. Assim. Em relação ao critério grau de contaminação. O estanho é proveniente de chapas revestidas (folhas de flandres) utilizadas na fabricação de embalagens para acondicionamento de alimentos e bebidas. em certos casos específicos. No entretanto. urânio. podem ser controlados pelo uso de telúrio. vanádio. ou . Um outro aspecto relativo á contaminação da sucata é a radiação contida na mesma. um detector parecido deveria ser colocado nos silos e filtros de manga. tanto a sucata recebida por caminhão quanto aquela recebida por estrada de ferro. que é capaz de coalescer o MnS. actínio. o alarme chega muito tarde para evitar a contaminação da usina. O fósforo é controlado por razões similares e por causa de efeitos adversos na soldagem dos aços inoxidáveis. A maioria das fontes de radiação está confinada em containeres de chumbo. sistemas de refrigeração. protactínio. conexões hidráulicas. Também merece atenção especial a presença de elementos de liga com tendência de aumentarem a resistência mecânica do aço (níquel. polônio. a não ser que o níquel esteja presente em quantidade suficiente para evitar estes efeitos e que a temperaturas e a atmosfera do reaquecimento dos produtos lingotados sejam rigorosamente controladas.S. Em alguns casos pode ser tolerado. frâncio). S. etc). Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 13 No aspecto de composição química. molibdênio. O enxofre é indesejável quando altos níveis de ductilidade transversal são exigidos. netúnio. Neste caso. é inevitável que se controlem fontes radiativas não for adequado. tório. No entanto. O fósforo tem origem nos aços produzidos com alto teor deste elemento e no ferro-gusa. os únicos aparelhos para trabalhar com mais de 95% de probabilidade de detectar uma fonte que chega são aparelhos sofisticados. é desejável utilizar detectores de radiação para monitorar todas as cargas que chegam de sucata. Detectores mais simples e baratos são freqüentemente colocados na tampa dos equipamentos de análise química para checar possível radioatividade da amostra de aço que está sendo analisada. resultará de sua incorporação dentro de uma carga de sucata ocasional. Em determinados casos os compradores podem solicitar a realização de e exames de radioatividade nos produtos siderúrgicos (placas ou tarugos de aço. formando trincas superficiais. V. como no caso de chapas de aço de alta resistência. Cr. O cobre é normalmente oriundo de fios e motores elétricos. O enxofre é encontrado em sucata de usinagem. cobalto. elementos de máquinas. Por este motivo. mas que também reduzem em muito a ductilidade quando em teores acima de determinados limites. etc. nióbio. Como elementos radioativos como o césio são vaporizados e recolhidos no equipamento de desempoeiramento. Ni. as sucatas provenientes do forjamento de ferramentas. O cobre causa fragilidade a quente. resultando em procedimentos muito caros de descontaminação. com alta sensibilidade. afetando a utilização dos aços em aplicação nas situações onde esta propriedade é de fundamental importância como é o caso de aços destinados a sofrer uma estampagem profunda ou no caso de aços para trefilação de arames. P. Os efeitos negativos no processo de soldagem. a sucata em geral pode ser classificada preliminarmente em sucata de aço. A sucata de aço pode sofrer uma nova classificação em função principalmente dos teores dos seguintes elementos químicos: Sn. por exemplo). Devido ao uso sempre crescente de isótopos radioativos na indústria e na medicina (césio. Para evitar qualquer possibilidade de que isto aconteça. ele pode ser substituído por elementos como o manganês no controle do endurecimento. podendo estar presente em faixa. Nb. A presença de estanho deve ser controlada por causa de possíveis problemas de fragilidade no trabalho a frio do aço produzido na aciaria. etc. Cu. rádio. Co e Mn. sucata de ferro-gusa e sucata recuperada. cilindros de laminação. devem ser separadas para uma análise química detalhada. cromo. Isto aconteceu duas vezes nos EUA. Mo. com esses métodos mais simples. M. radônio. o cobre é acrescentado como um elemento de liga para promover elevada resistência à corrosão.E. Mais comumente. O enxofre também afeta a soldagem e é um dos elementos de liga importantíssimo na obtenção de aços de corte rápido (aços ressulfurados). Rizzo exigir a instalação e utilização dos citados equipamentos para negociar com uma usina siderúrgica.M.3.14 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. uma vez que as mesmas são normalmente identificadas através da utilização do símbolo internacionalmente convencionado para tal.S.3 apresenta-se alguns sistemas para detecção de radioatividade.3 . Figura 2.Exemplo de sucatas de materiais radioativos identificadas pela presença do símbolo internacionalmente convencionado para tal e de sistema para detecção de radiatividade em caminhões e um detector portátil. . operadores de pontes rolantes e os demais operadores da aciaria devem ficar sempre atentos quanto à presença de sucatas de materiais radiativos. conforme apresentado na Figura 2. Os operadores da área de preparação de sucata. Na Figura 2. material proveniente do corte na tesoura de placas ou blocos (pontas) ou ainda o cascão do distribuidor de lingotamento contínuo (Figura 2. a utilização de pedaços com dimensões excessivas pode provocar problemas de desgaste de refratários (choque mecânico) e de material não fundido no final da etapa de refino do aço. A sucata de aço pesada também é de geração interna da usina siderúrgica. não havendo limites para a sua utilização. A sucata de aço de segunda categoria é obtida a partir do sucateamento de bens de consumo ou dos processos de fabricação (estampagem.) de peças. usinagem. etc. certos elementos de liga de pequena afinidade pelo oxigênio. Pode conter uma miscelânea de componentes metálicos. mas é constituída por lingotes. soldagem. densidade aparente e teor de impurezas) cada usina siderúrgica adota uma classificação da sucata de aço considerando ainda o seu processo produtivo. dimensões. Apresenta-se a seguir um exemplo de uma classificação que pode ser adotada por uma usina siderúrgica para a sucata de aço quanto a sua qualidade: . prensadas ou não (Figura 2. O problema surge apenas no caso de usinas com fabricação de aços ligados. forjamento. A sua única desvantagem é a baixa densidade que pode tomar impossível o seu carregamento total em apenas uma operação.Sucata de aço primeira categoria . pode ser possível o uso de sucatas mais contaminadas para diluir o efeito prejudicial dos mesmos. A sucata de aço de segunda categoria pode ser subdividida em várias subcategorias em função do tipo de material que a constitui ou tipo de beneficiamento ou preparação previamente aplicado. É uma sucata de excelente qualidade. quando presentes na sucata. tipos de aços produzidos. etc. podem exigir a sua classificação e a não utilização para aços que não contenham aquele elemento. 2 No caso de usinas que utilizam freqüentemente cargas com uma alta percentagem de ferro-gusa. chapas finas laminadas a quente e a frio e outros retornos das linhas de laminação a quente e a frio. pois. nãometálicos e não-ferrosos. naval. podendo ser fonte importante de contaminantes.5).4). ferroviária. laminação. dentre outros parâmetros. Este tipo de sucata normalmente é adquirido pela indústria siderúrgica no mercado interno (Brasil) ou externo (importação). Sua elevada densidade torna esse tipo de sucata altamente desejável. barras. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 15 Considerando uma análise em conjunto dos principais critérios citados (composição química. chapas grossas. a melhor carga de sucata é constituída pela mistura adequada de sucata de primeira qualidade e sucata pesada. porém. problemas quanto à presença de impurezas. Este tipo de sucata é constituído principalmente do elemento ferro. construção civil. De maneira geral.Sucata recuperada A sucata de aço de primeira categoria é uma sucata de geração interna da usina siderúrgica sendo constituída por aparas de perfis.E M. grandes blocos e placas sucatadas. percentual de ferro-gusa na carga2.Sucata de aço pesada . disponibilidade e confiabilidade dos fornecedores. máquinas ou estruturas de aço nas indústrias mecânicas. tipos de equipamentos utilizados na aciaria e no restante da usina.Sucata de aço de segunda categoria . não apresentando de maneira geral. Os dois tipos anteriores de sucata são denominados em alguns casos de sucata de aço de retorno. em termos de carregamento. critérios utilizados na programação da produção da aciaria. .S. Exemplos de sucata de aço pesada.Exemplos de sucata de aço de primeira categoria. Figura 2.5 .S. Rizzo . E.M.16 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço Figura 2.4 . A sucata de obsolescência é geralmente considerada limpa. forjamento. tubos de aço. a sucata é fornecida na forma solta. engates de vagão.E. desmonte de fábricas. automóveis. tambores. A sucata de obsolescência mista pode ser composta de perfis metálicos. podem ser distinguidos vários tipos de pacotes. latinhas estanhadas. conforme as suas dimensões. canos. fornecida solta é denominada de chaparia. A sucata composta de retalhos de chapas diversas. soldagem. cantoneiras. tratores. usinagem. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 17 O mercado de sucata distingue a denominada sucata de obsolescência quando a mesma é obtida com ou sem a industrialização da sucata de aço pesada e leve. A sucata de obsolescência pode ser fornecida na forma triturada (shredded). pregos de linhas. retalhos de chapa. desde os formados por sucatas isentas de impurezas (chaparia de estamparia com ou sem cavacos. a sucata não oriunda da indústria siderúrgica também pode ser fornecida na forma de pacotes utilizando processos de industrialização da sucata. com exceção da presença de revestimentos em alguns casos. latinhas ou chapas desestanhadas) até sucata com um certo grau de contaminação (chapas pintadas ou esmaltadas. desmontes de navios e máquinas industriais em geral. miúda e mista. máquinas agrícolas e rodoviárias. Porém. caminhões. Assim como a sucata de obsolescência. Neste caso. pontas de vergalhões de construção. vigas. retalhos de chapas. Se não for preparada. Estes pacotes podem se produzidos com sucatas originadas tanto de processos de fabricação como de obsolescência. a sucata de aço obtida a partir dos processos de fabricação ou processamento (estampagem. material ferroviário (trilhos usados. dormentes metálicos e eixos em gerai). etc.7). . tubos. média. provenientes da indústria automobilística e similar. tais como: pedaços de arames grossos. etc). pode ser classificada em graúda. partes de fogões e aços diversos (Figura 2.S. envolvendo operações de prensagem.) também pode ser fornecida na forma solta ou preparada por prensagem e corte (Figura 2.M. talas de junção. No caso anterior.6). Pode ser separada em sucata de estamparia revestida ou não. rodas de aço. laminação. Exemplos de sucatas de aço de segunda categoria com origem de processos de fabricação. solta ou prensada.M. Rizzo Figura 2.7 .18 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. solta ou prensada na forma de pacotes.Exemplos de sucata de aço de segunda categoria com origem de obsolescência.S. Figura 2.6 . . normalmente pela aciaria. As empresas que operam com aciarias elétricas.A sucata solta é alimentada por um lado. Esta classificação deve ser complementada. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 19 As etapas de coleta. chaparias e carros. Na maioria dos casos a industrialização para transporte.utilizados para cortar a sucata em dimensões adequadas para o carregamento no forno. sendo prensada e a seguir cortada por guilhotinas. de modo a se reduzir o custo dos fretes.9): . Utiliza-se normalmente acionamento hidráulico para efetuar as duas operações. 30% de resíduos e 1% de metais não-ferrosos. já é feita com a adequação ao uso final.S. . procura-se aumentar a densidade das sucatas.utilizadas para a fragmentação por corte de sucata mista.M. o material entra por um lado de uma estrutura na forma de um grande tambor cilíndrico de aço inclinado e dotado de um movimento giratório e sai pelo outro lado por uma correia transportadora.Utilizadas para produzir pacotes de sucata por prensagem.Prensas-tesouras . com dados relativos aos rendimentos de cada tipo de sucata. um teor adicional de 3 a 4% de metais não-ferrosos é produzido. No caso da industrialização para rendimento e uso. com o mínimo de contaminação do aço líquido. . pode ser citado que o processo de fragmentação de uma carroceria de automóvel realizado pelos fornecedores normalmente gera em torno de 69% de sucata de aço limpa. fragmentação e compactação de sucata são normalmente efetuadas por fornecedores externos à usina siderúrgica. . . Na Figura 2. . o fornecedor. pode-se realizar experiências na aciaria utilizando-se uma carga de sucata de rendimento previamente estabelecido (normalmente ferro-gusa com composição conhecida e constante) e uma grande proporção da sucata cujo rendimento deseja-se conhecer. Os fornecedores de sucata para as usinas siderúrgicas podem realizar a industrialização da sucata com o objetivo de facilitar o transporte e/ou para aumento do rendimento/uso. A classificação apresentada anteriormente para os tipos de sucata pode ser utilizada também pelos fornecedores. A título de exemplo.Maçaricos de oxicorte . Na determinação destes rendimentos.Máquinas trituradoras . embora na maioria dos casos estas etapas possam ser complementadas nas instalações da própria siderúrgica.Peneiras .8 apesenta-se um exemplo do processamento de sucata de obsolescência por um fornecedor de uma usina siderúrgica.Enfardadeiras ou empacotadeira . também utilizando sistemas hidráulicos. podem inclusive manter entrepostos em várias localidades do país.E. No caso da industrialização para o transporte. Após a realização de uma série de experiências. por pessoal próprio e/ou terceirizados. Se os resíduos forem reprocessados. .utilizado para realizar a separação magnética da sucata de aço de materiais não ferrosos ou orgânicos. Como exemplos de equipamentos utilizados nesta etapa podem ser citados (Figura 2. o rendimento da sucata pode ser determinado e posteriormente utilizado na programação da produção na aciaria. em estreita colaboração com o usuário (aciaria elétrica) realiza uma separação e classificação da sucata de forma a se obter o maior rendimento na etapa de refino. também é conhecida como shredder.Utilizados para fazer a separação de impurezas presentes na sucata adquirida do mercado.Tubulão . de modo a facilitar a comercialização da sucata bem como otimizar o transporte das mesmas. Exemplos do processamento de uma sucata de obsolescência por fornecedores de usinas siderúrgicas. seleção (manual e magnética). corte. envolvendo operações de recebimento. compactação e transporte. Rizzo Figura 2. Apresenta-se também uma vista de uma unidade de processamento de sucata com diversos tipos de equipamentos.S. . inspeção.8 .M.20 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. E.9 . 21 .S. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço Figura 2.M.Imagens de equipamentos e processos típicos ara preparação ou beneficiamento de sucata de aço (catálogo Hitachi-Scrap Metal Recycling). limpeza. principalmente escória de aciaria. pois pode conter resíduos metálicos que podem causar contaminação. motores com enrolamento de cobre. possui cerca de 25% de escória e seu uso é limitado principalmente em função disto.10). Entretanto. torna-se necessária a suspensão do uso de determinada carga sólida no convertedor pelo risco de explosões que isto gera. não é possível a sua remoção do aço líquido. favorece em muito a formação de escória e auxilia na desfosforação. Se a sucata for obtida a partir do beneficiamento da escória do convertedor a oxigênio. tintas. Para reduzir o risco de explosões na etapa de carregamento ou na etapa de elaboração do aço ou alterações indesejadas da composição química do aço. principalmente de segunda categoria. Alguns tipos de sucata. botijas de gás freon. Outro tipo de sucata recuperada é aquela proveniente da limpeza das bocas dos carros torpedo. possui aproximadamente 15% de escória e seu uso requer cuidados no carregamento pois pode causar explosões e também pode provocar aumento do S fim de sopro devido ao seu alto grau de contaminação. canal e bica de alto-forno. Normalmente a sucata de segunda categoria não pode ser utilizada diretamente necessitando um tratamento de seleção. tanques fechados. explosivos e combustíveis (Figura 2. alguns tipos de sucatas podem reter água devido a reentrâncias e vazios. pois em quantidades maiores essa sucata pode provocar fortes reações tanto no carregamento quanto no sopro (Figura 2. haja vista que sua presença pode ser desastrosa para o carregamento do ferro-gusa. qualquer recipiente fechado contendo produtos químicos. amortecedores de qualquer tipo ou tamanho. Ni. aços ligados. A sucata deve ser rigorosamente selecionada no que diz respeito a sua composição química. gerando também riscos ao processo. filtros de óleo. Como estes elementos não são praticamente oxidados nas condições termodinâmicas reinantes nos fornos de refino primário.M. há que se distinguirem duas formas de realização deste controle. deve-se também observar seu volume na carga. latas cheia de tinta/combustível. a utilização da sucata recuperada em quantidades adequadas. pois pode causar transtornos operacionais em seu enfornamento. Metalurgicamente é uma sucata que contribui para a formação da escória nos fornos de refino primário devido sua facilidade de fusão. Em determinadas situações. Neste equipamento o zinco será separado do sínter e irá se depositar nas paredes do refratário do alto-forno comprometendo o desempenho do mesmo. No que tange a utilização de sucata de aço para o controle de temperatura. Possui 30% de escória e seu uso requer muito cuidado devido sua alta contaminação por S.22 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. botijas de gás de qualquer tipo. compressores/motores de geladeira. principalmente em períodos chuvosos. a qual é enviada para a sinterização para ser reaproveitada como carga metálica no alto-forno. A contaminação da sucata no que diz respeito ao teor de óleo. influenciam decisivamente nas propriedades mecânicas do aço. de ar condicionado e de máquina de lavar. Cu. A sucata de aço recuperada é obtida através do britamento e do peneiramento de despejos das usinas siderúrgicas. corte e prensagem. umidade. Se a sucata for gerada a partir do beneficiamento do ferro-gusa remanescente do carro torpedo e da escória de ferro-gusa do skimmer. borracha e graxas merecem atenção especial. Elementos estranhos como: Sn.S. gases sob pressão ou ocultando materiais radioativos.11). Uma forma seria através da utilização dos . a sucata de segunda categoria não pode conter os seguintes materiais: extintores de incêndio. Rizzo Um aspecto importante relativo à utilização de sucata adquirida no mercado é concernente à dificuldade na utilização de sucata revestida com zinco devido aos prejuízos que este elemento provoca ao refratário do alto-forno. Por ser uma sucata leve. são extremamente higroscópicas e seu uso deve ser sempre acompanhado de uma maior atenção. Como o zinco é um elemento de baixo ponto de fusão (907°C) o mesmo é volatilizado e arrastado pelo sistema de desempoeiramento dos convertedores a oxigênio ou dos fornos elétricos a arco. sendo então depositado na lama formada pelo pó de ferro-gusa ou de aço. Além do mais. _ ~ ™ ™ _ _ „ ™ — . . . absorvendo calor nesta atividade resfriando. A preparação da sucata para ser carregada nos fornos de refino primário envolve etapas como inspeção. Esta sucata não deve interferir na composição química do aço. . este material pode ser carregado no convertedor através de silos. geralmente.15). separação da sucata por tipo. razão pela qual. corte e compactação da sucata (Figura 2. placa) sucatado e mergulhá-lo parcialmente na panela de aço líquido para que. No caso dos fornos elétricos a arco a sucata pode ser adicionada nas esteiras que fazem o carregamento da sucata nestes fornos por aberturas laterais (carregamento quase-contínuo Figura 2. . Para a preparação da carga sólida. o aço líquido. « _ _ ™ » — . Uma outra forma seria através da utilização de sucata de aço cortada em pequenas partes para ser adicionada na panela contendo o aço líquido. promova o desejado decréscimo de temperatura do aço líquido. de segurança e custo. tanto na etapa de vazamento do aço nos fornos de refino primário quanto no processo de refino secundário. A prática considerada ideal é a de se trabalhar com sucata completamente seca.S. ^ Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço „ — „ — . Este tipo de sucata pode ser adquirido no mercado externo ou as placas de aço não aprovadas pelo controle de qualidade da usina siderúrgica podem ser aproveitadas para geração de sucata canivete por serem um material de composição química confiável (Figura 2. No caso da utilização de briquete. não necessitando estar presente na canaleta de sucata.13) e carregamento da sucata de aço na canaleta de adição no convertedor a oxigênio (Figura 2. uns dos itens de maior importância é a disponibilidade de sucata no pátio. metalúrgicos.E. bloco. O ideal é mesclar uma carga que atenda aos aspectos operacionais.14) ou nos cestões (tamborões) para adição no forno elétrico a arco (Figura 2. faz-se uma classificação da mesma em função da composição química. para evitar o risco de explosões durante o enfornamento do ferro-gusa líquido que sempre sucede ao carregamento da carga sólida.16) ou em cubas instalados na parte superior do forno para a realização do preaquecimento da sucata.12). Outro recurso utilizado para resfriar uma corrida é sustentar um produto semi-acabado (tarugo. portanto. — . principalmente levando-se em conta o teor de carbono. no processo de sua dissolução. . Rizzo .M. A sucata canivete deve ser adicionada em pequenos pedaços para ser rapidamente aquecida e fundida. — — ™ ™ — 23 •••• ^ _ ^ „ — diversos tipos de sucata no cálculo do balanço térmico durante a etapa de sopro de oxigênio no processo de elaboração de aço nos fornos de refino primário. Para esta finalidade pode ser utilizada a sucata denominada sucata canivete. motores. compressores. extintores de incêndio. . pneus.Exemplos de materiais considerados como contaminantes da sucata: recipientes para armazenamento de gases.obrigando por vezes a usina siderúrgica a abrir os fardos de sucata com maçaricos para realização de uma inspeção.10 . terra.S.24 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. peças para acondicionamento de materiais radioativos.M. Rizzo Figura 2. peças de aço com elevados teores de elementos de liga. etc. peças de cobre. . distribuidores.A. panelas de transporte de aço líquido sucata recuperada a partir de escória de refino.E.11 . resfriada. e Companhia Siderúrgica de Tubarão .M. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 25 Figura 2. beneficiada (britamento e peneiramento e separação da parte metálica através de meios magnéticos) e depois estocada para ser carregada nos fornos de refino primário (fotos cedidas pelas empresas Belgo Siderurgia S.CST).S.Exemplos de sucata de aço recuperada a partir de cascão de fornos. basculada no pátio. 12 . . tarugos e blocos de aço não aprovadas pelo controle de qualidade da usina siderúrgica podem ser aproveitadas para geração de sucata canivete por serem um material de composição química definida.Sucata de aço considerada leve sendo prensada e cortada para aumento da densidade aparente através do corte ou da formação de pacotes ou fardos de aço carbono e de aço inoxidável.13 .Placas. Figura 2. Rizzo Figura 2.S.26 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.M. .E. das etapas de carregamento da sucata de aço nas canaletas no pátio ou galpão de preparação de sucata e do carregamento de sucata no convertedor (fotos cedidas pela Companhia Siderúrgica de Tubarão .M. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 27 Figura 2.S.CST).14 .Exemplos dos equipamentos que podem ser utilizados no pátio de sucata. 15 .M. Rizzo Figura 2. . Exemplo de cestões ou tamborões utilizados no carregamento de sucata no forno elétrico a arco.Exemplos da etapa de carregamento da sucata de aço no cestão no pátio ou gaipão de preparação de sucata e etapa adição da sucata no forno elétrico a arco.S.28 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refmo do Aço E. (fotos ba e cedidas pela SMS-DEMAG Ltda). deve estar completamente seca. metalúrgicos. como os mais conhecidos HYL. Entretanto. diversas outras tecnologias utilizando gás natural. carepa de escarfagem manual de placas e resíduos terrosos adquiridos no mercado. Os produtos pré-reduzidos. O ideal é mesclar uma carga que atenda aos aspectos operacionais. visto que possibilita preparar previamente as canaletas além de evitar enganos na hora do carregamento. Os produtos destes processos podem ser o HBI [Hot Briquetted Iron). O briquete é uma matéria-prima gerada a partir do briquetamento de uma mistura contendo além dos aglomerantes. para evitar o risco de explosões durante o enfornamento do ferro-gusa líquido que sempre precede ao carregamento da carga sólida. algumas usinas adotam a prática de se trabalhar com uma carga constante de sucata. Além disto. Favorece a formação de escória nos convertedores a oxigênio e pode também ser utilizado como material refrigerante neste processo. o DRI (Direct Reduction Irorí) e o HDRI (Hot Direct Reduction Irorí). visto que possibilita preparar previamente as canaletas além de evitar enganos na hora do carregamento. Na Figura 2.2 são apresentados algumas das principais características das matérias-primas metálicas pré-reduzidas. variando-se o ferro-gusa líquido é vantajosa porque permite maior facilidade na área de preparação.17 apresenta-se uma imagem de um briquete.E. Pode também gerar reações durante seu carregamento nos fornos de refino primário. lama de aciaria. Para a preparação da carga sólida. carvão ou coque como redutores para obtenção de ferro metálico encontram-se em pesquisa ou desenvolvimento. as dimensões da sucata devem ser tais que permitam a sua completa fusão durante o processo e não causem estragos ao revestimento do convertedor ou do forno elétrico quando do seu carregamento. carvão ou finos de coque. uns dos itens de maior importância é a disponibilidade de sucata no pátio. segurança e custo. Na Tabela 2. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 29 Como já foi enfatizado anteriormente.M. Na Figura 2. Midrex. são fabricados através dos processos de redução direta de minérios de ferro utilizando como combustíveis/redutores gás natural. Normalmente possui em torno de 50% de escória e seu uso é limitado principalmente pelo seu teor de S.18 apresentam-se exemplos de ferro esponja DRI e ferro esponja HBI. mas é um tipo de material que é muito desejado devido seu baixo custo. . variando-se o ferro-gusa líquido é vantajosa porque permite maior facilidade na área de preparação. denominados genericamente aqui de ferro esponja. No caso dos convertedores a oxigênio. No caso dos convertedores. a prática de se trabalhar com uma carga constante de sucata. Os produtos pré-reduzidos apresentam a vantagem de propiciar a formação de uma escória espumante devido à presença de carbono e óxido de ferro.S. com intuito de proteger a abóbada ou o miolo refratário. toda sucata colocado no fundo.Sucata pesada 3º . evitar a colocação de cal no fundo do cestão. quando fica no fundo.Sucata de ferro-gusa Esta ordem tem por finalidade evitar danos ao revestimento refratário. esta ordem de carregamento ajuda a evitar o engaiolamento da sucata leve na boca do convertedor. que devido ao tipo de construção mecânica e o método de abertura dos diferentes tipos de cestos existentes. reduzindo a possibilidade da variação do teor de carbono da corrida relacionada com o fato de sucata pesada não fundida ou fundida apenas na etapa de fim de sopro.Sucata leve 2º . pois. apresentam uma distribuição menos distorcida no forno. tende a se deslocar para as paredes do forno no momento da abertura. e com isso provocar a formação de 'cargas altas'. . .No caso das aciarias que trabalhem com colocação de cal nos cestos. pois. podem ser deslocadas e provocar a quebra dos eletrodos. com forte possibilidade de aderência nas paredes e fervura. volume dos cestões e do forno elétrico a arco. estas tabelas podem variar muito de usina para usina. isto dificultaria e atrasaria a utilização da injeção de oxigênio.As sucatas de elevada densidade e de grandes dimensões devem ser usadas no fundo do cestão. uma aspecto de extrema importância é a estratificação (disposição em carnadas superpostas) da carga nos cestões/tamborões. São montadas tabelas que combinem as citadas variáveis com a pratica operacional adotada na aciaria. nos cestos do tipo clamp shell (mandíbulas).Rizzo A adição da sucata na canaleta para carregamento no convertedor deve ser feita normalmente obedecendo a ordem de entrada no convertedor.Fechar os cestões com sucata de fácil penetração dos eletrodos.Conhecer o funcionamento do tipo de cestão utilizado na aciaria. . considera-se que os principais pontos a serem considerados na estratificação de uma carga são: . Além disto.30 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. também deve-se evitar a colocação da cal junto com o cavaco. É importante salientar. Por exemplo. . . A correta realização desta etapa influencia diretamente na produtividade dos fornos elétricos a arco e normalmente é de responsabilidade da unidade de Pátio de Sucata. pois cria uma massa de difícil fusão. . Uma estratificação adequada é aquela que propicia uma distribuição de carga de tal forma que combine as variáveis: densidades dos tipos de sucata empregados. . No caso da utilização de cestões para o carregamento de sucata ou outras adições nos fornos elétricos a arco. De maneira geral. Os cestos do tipo orange peel (casca de laranja).Evitar que sucatas muito densas caiam na região da porta de escória. poderá provocar a indesejável elevação do nível da soleira do forno.Tomar cuidado com a utilização de retorno de laminação em forma de bobinas. Também é importante para se evitar que a sucata de ferro-gusa fique no fundo do convertedor. pois.Não colocar pacotes ou sucatas de grande volume na parte superior do forno ou cestão. ou seja: 1º .S. pois podem causar efeito 'mola' no ato da abertura dos cestos.M. M. . Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 31 Figura 2.18 .E.Exemplo do carregamento em esteiras de forma quase-contínuo de sucata ou materiais pré-reduzidos em fornos elétricos a arco. Processo Consteel da Techint. Figura 2.S.16 .Exemplos de matérias-primas metálicas pré-reduzidas utilizadas nos fornos de refino primário: (a) ferro esponja DRI e (b) ferro esponja HBI. . envio dos cestões/tamborões para o galpão da aciaria.32 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.A. Rizzo Figura 2. a etapa de carregamento de sucata seguida da etapa de carregamento de ferro-gusa líquido no forno elétrico a arco (fotos cedidas pela empresa Belgo Siderurgia S.).Exemplos de atividades de formação de cestões/tamborões para o carregamento de sucata.M.19 .S. O argônio e o nitrogênio podem ser empregados para homogeneizar a composição química e a temperatura do aço nos fornos de refino primário. O nitrogênio também pode ser utilizado como gás de purga (limpeza) de tubulações ou reservatórios (silos). Parte do oxigênio também é utilizada para oxidar os elementos que farão parte da escória. passando de cerca de 12 Nm3/t na década de 60 para mais de 35 Nm3/t de aço líquido na década de 90. nitrogênio e argônio. distância lança-banho. É digno de nota que embora tenham aplicações semelhantes. minério de ferro. Nitrogênio e Argônio) As reações exotérmicas entre o oxigênio e os elementos químicos que compõem a carga do forno elétrico a arco ou do convertedor a oxigênio. aliado a pós-combustão de uma parte do monóxido de carbono gerado nos fornos. O consumo de gás oxigênio depende do balanço de materiais e da composição química da carga. qualidade do ferro-gusa e proporção de sucata na carga). acima do limite permitido para uma série de aplicações. A presença de compostos que ao se dissociarem no forno elétrico a arco liberam oxigênio também reduz a necessidade de injeção deste gás pela lança (matérias-primas consideradas oxidantes como carepa de laminação. razão pela qual só é empregado nos casos onde não é tolerável a absorção do nitrogênio pelo aço em função da deterioração das propriedades mecânicas deste material. O consumo de oxigênio varia com a prática operacional (tipo de lanca. Uma outra parte do oxigênio ficará dissolvida ou absorvida pelo aço líquido e pela escória. A necessidade de realizar etapas de ressopro para correção de composição química ou temperatura do aço líquido também aumenta o consumo de oxigênio. Quanto maior o teor de sucata de aço. No caso dos convertedores a quantidade de oxigênio é normalmente maior.GASES (Oxigênio. É importante o conhecimento dos riscos potenciais na manipulação e utilização dos gases obtidos e distribuídos pelo setor de utilidades de uma usina siderúrgica. nas estações de refino secundário ou mesmo em diferentes posições nas máquinas de lingotamento contínuo.1 apresenta um resumo dos riscos representados pelos gases. Normalmente o oxigênio é produzido na própria usina siderúrgica nas estações de fracionamento de ar que são responsáveis pela captação do ar atmosférico e o seu fracionamento (subdivisão) em oxigênio.8%. etc). utiliza-se oxigênio de elevada pureza. com o restante constituído de argônio e cerca de 50 ppm de nitrogênio. principalmente o silício e o carbono do ferrogusa ou o carbono injetado no caso do forno elétrico a arco. . Nos processos de refino primário e secundário. Pode ser citado como exemplo que a diminuição da pureza de 99. menor o consumo de oxigênio. A Tabela 3. nas panelas de armazenamento e transporte do aço líquido na etapa de metalurgia de panela.5% para 98. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 33 3 .E M. o argônio apresenta um custo muito mais elevado do que o nitrogênio.7 a 99. A presença de elementos facilmente oxidáveis no ferro-gusa provoca um aumento do consumo de oxigênio. fornecem uma parcela considerável da energia necessária para aquecer. a fim de manter os teores de nitrogênio do aço dentro dos limites exigidos para a adequada qualidade do produto. O valor mínimo de pureza aconselhável é 99. calcário.S.5% acarreta um aumento no teor de nitrogênio do metal de 30 ppm para 70 ppm. maximizar a produtividade do forno e a capacidade de fundir a sucata. fundir e superaquecer a carga metálica sólida adicionada. A quantidade de oxigênio injetado no forno elétrico a arco sofreu um grande incremento. M.S. Rizzo .34 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. A título de ilustração.Calcário .Carbeto de silício . Os fundentes também podem atuar no sentido de controlar o ponto de fusão e a viscosidade da escória.Dunito . de maneira a manter a trajetória de composição da escória em condições de alta basicidade a maior parte do tempo. As reações químicas que esclarecem como a cal atua no processo de dessulfuração e desfosforação e sobre o processo de dissolução da são discutidas nas publicaçãos referentes aos processos de refino primário dos aços.Não produzir vapores prejudiciais no domínio de temperatura dos fornos de refino.Proporcionar uma boa dessulfuração e desfosforação devido a presença do CaO na escória.Cal calcítica .Não contaminar o aço com elementos nocivos.Cal dolomita . utilizados em uma aciaria são listados a seguir: .Fluorita . Cal Calcítica A cal calcítica é utilizada no processo de elaboração de aços nos fornos de refino primário principalmente com os seguintes objetivos: .Não apresentar toxicidade para o pessoal da aciaria. Essa basicidade é determinada em função da qualidade da cal e das condições operacionais dos fornos de refino primário. . Deseja-se que a dissolução da cal seja a mais rápida possível. os fundentes devem ainda satisfazer outras condições como: . valores típicos de consumo de cal calcítica e de cal dolomítica estão nas faixas de 35 a 50 kg/t e 10 a 15 kg/t de aço líquido produzido respectivamente no caso de um convertedor LD. Além das ações discutidas.M.Não provocar corrosão significativa no revestimento refratário do forno.S. . Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 35 4 . DESOXIDANTES E REFRIGERANTES A utilização de fundentes na aciaria é necessária principalmente para a remoção de impurezas durante o refino dos aços e para o controle da basicidade da escória gerada durante o refino.Minério de ferro . da composição desejada para o aço líquido. que em certos casos exercem também a função de elementos refrigerantes.FUNDENTES.E. . da prática adotada para conservação do refratário dos fornos. . reduzindo o desgaste do refratário básico dos fornos de refino primário.Conversão da escória ácida em uma escória básica.Acelerar a formação da escória reduzindo assim a projeção de aço durante o sopro de oxigênio e para absorção de impurezas oriundas do processo de refino do aço.Minério de Manganês O consumo de fundentes em uma aciaria depende da composição química e temperatura da carga metálica utilizada. .Sinter . panelas de armazenamento e transporte do aço líquido e dos distribuidores.Não deteriorar as propriedades dessulfurante e desfosforante da cal. . tubos e válvulas utilizados para controlar o fluxo de aço líquido. Os principais fundentes. . M. No caso da cal calcítica. Observa-se que enquanto a densidade real é uma característica do material em si. ou seja. suas características serão pelas condições de manuseio e transporte. Pequenas dimensões provocam perda de cal pela exaustão desta pelo desempoeiramento primário e pela não penetração da cal no banho metálico. os teores de sílica e enxofre deverão ser os menores possíveis a fim de diminuir o volume de escória e a contaminação de enxofre. diminuindo a sua fluidez e dificultando as reações químicas no processo de refino do aço. portanto. dificultando também a saída de gases. da forma das partículas e da porosidade. Quanto maior o seu valor. Devido à natureza friável da cal. Como referência. sua tendência de fragmentar-se facilmente. uma vez que mede a quantidade de calcário não decomposto.36 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.S. a cal é considerada adequada quando apresenta uma estrutura esponjosa e uma densidade aparente na faixa de 1. Rizzo Uma análise constante da cal destinada aos fornos de refino primário é importante para a manutenção de uma prática controlada de adição de fundentes. As características físicas de cal como a densidade aparente e a granulometria e. Na Tabela 4. A perda por calcinação (CO2 + H2O) deve também ser controlada.1 apresenta-se uma relação das propriedades típicas das cales calcítica e dolomítica utilizadas na aciaria. Sua adição visa fornecer para a escória uma quantidade de óxido de magnésio suficiente para aumentar a . A presença de Al2O3 na cal também torna a escória mais viscosa.5 a 1. sua superfície especifica. A granulometria da cal deve obedecer alguns critérios que são importantes para o processo. a utilização da cal dolomítica é efetuada primordialmente a fim de neutralizar os óxidos ácidos formados nas reações de oxidação principalmente do silício contido na carga metálica do forno elétrico a arco que. maior o consumo de calor no forno elétrico a arco e menor a reatividade da cal. Particularmente.6 g/cm2. A presença de sílica diminui o teor de CaO disponível para neutralizar os óxidos ácidos do processo. a densidade aparente depende do material. Cal Dolomítica Apesar de a cal dolomítica cumprir em parte as funções citadas anteriormente para a cal calcítica. Grandes dimensões atrasam a formação da escória porque a cal demora a dissolver-se. governam a velocidade de sua dissolução nas escórias de aciaria. A cal dolomítica é formada em sua maior parte pelo óxido binário CaO-MgO. no caso dos fornos de refino primário. a presença de um elevado teor de MgO atrasa a dissolução da cal e a formação da escória. da distribuição granulométrica. atacariam violentamente o revestimento básico do forno. de outra maneira. aumentando-se portanto. em alguns casos. do tipo de aço que se deseja fabricar e da prática operacional.) Calcário O calcário é utilizado como fornecedor de CaO ou MgO em substituição ao emprego de cal calcítica ou dolomítica devido seu menor custo. A adição de fluorita deve ser parcelada. será o revestimento refratário.5% (soma dos óxidos tipo Al2O3+Fe2O3. o processo de fabricação.S. A utilização da cal dolomítica também tem ação favorável sobre a dissolução da cal calcítica. Seu uso aumenta o tempo de sopro devido a sua presença atrasar as reações e sua dissolução pode acarretar fortes reações pela reação: <CaCO3> + calor <-> <CaO> + (CO2)g (a1) <MgCO3> + calor <-» <MgO> + (CO2)g (a2) ou . O uso excessivo de fluorita acelera o desgaste do refratário dos fornos de refino primário e das panelas para transporte e armazenamento do aço líquido e. Na maioria das aciarias. pois neste caso ela perderia parte da sua eficiência.85% P < 0.40% S < 0. neste caso. portanto. O principal composto é o CaF2. A temperatura necessária para a calcinação do calcário calcítico (900 a 1200°C) é menor do que para o calcário dolomítico (750 a 950°C). dificultando as reações de dessulfuração e desfosforação.40% Outros < 1. A prática mais geral é a adição necessária para a cbtenção de teor de MgO na escória de fim de sopro de 6 a 10%. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 37 basicidade da escória. é maior do que o preço da matéria-prima. encarecendo. o equilíbrio dos óxidos fica comprometido. As impurezas mais comuns são a SiO2 e o CaCO3 sendo o SiO2 a mais prejudicial.M. sendo utilizada como fundente da cal para acelerar a sua dissolução e aumentar a fluídez das escórias muito viscosas. a cal dolomítica é utilizada em substituição a uma parcela da cal calcítica. O seu consumo varia de acordo com a qualidade da carga.0% SiO 2 <14. não devendo ser feita ao final do refino. Em caso de falta deste elemento na escória. provocando a procura do MgO em outras fontes que. etc. dos tubos. que em muitos casos. o peso de cal carregado e o volume de escória. visto que a escória até este momento está grossa. aumentando a capacidade de desfosforação do banho metálico pela escória.0% CaCO 3 <0. que é uma substância neutra com baixo ponto de fusão. Uma composição típica do mineral fluorita é apresentada a seguir: CaF2 > 80. Fluorita A fluorita é constituída basicamente de fluoreto de cálcio. mantendo-se constante a basicidade. A utilização da cal dolomítica foi iniciada em torno de 1962-1963 e o seu consumo varia de zero a mais de 50% do peso de cal carregado. Porém o preço final da cal depende ainda do preço da matéria-prima (calcário) e do frete para o transporte da mesma.E. válvulas e distribuidores. Deve-se notar que a utilização de grande quantidade de minério aumenta o volume de escória e agrava o risco de projeções.0% Carbeto de Silício Material utilizado para ajustar (reduzindo) a basicidade da escória e também quando o balanço térmico desfavorece a adição de dunito.0% C <6. . mas principalmente no final de sopro para controle de temperatura. sendo então adicionada em qualquer etapa. pois ele deve ter teores baixos de impureza.0% SiO2 < 3. O calcário resfria o banho metálico cerca de 10% a mais do que a sucata de aço. Sua quantidade varia em função do balanço térmico no sopro. Rizzo A liberação de bolhas do gás CO2 promove uma agitação do banho metálico que proporciona uma maior homogeneização do banho metálico. Também pode ser empregado para o ajuste do balanço térmico no sopro de oxigênio.0% Al2O3 < 1.0% Ni < 0.S. Uma composição típica do carbeto de silício é apresentada a seguir: SiC > 85. principalmente P e S. pois promove o resfriamento do banho. Uma atenção especial deve ser tomada na escolha do minério de ferro. Uma toneladas de minério de ferro pode gerar cerca de 206 Nm3 de O2. quando adicionada no inicio do sopro ou agente refrigerante. Dunito O dunito é um mineral utilizado nos fornos de refino primário para ajuste da basicidade da escória e como fornecedor de MgO.50% Umidade < 6. consequentemente. calor ao processo. Uma composição típica do mineral dunito é apresentada a seguir: MgO > 30.M. Sendo o seu poder refrigerante bastante elevado o seu consumo deve ser o menor possível para se obter um maior rendimento térmico do forno e um maior consumo de sucata (quando assim for desejável). A granulometria (40 a 70 mm) e a porosidade são também fatores importantes que influem sobre a absorção de calor e a velocidade de reação.0% Minério de Ferro Sua utilização nos fornos de refino primário pode ter duas funções: acelerador da dissolução da cal.0% SiO2 < 42. O minério de ferro pode ser um grande gerador de emissões se adicionado em taxas não controladas. fornecendo silício e. um aumento da interação do metal líquido com a escória facilitando as reações químicas entre os componentes destes dois sistemas e resfriando o banho metálico devido à absorção de calor para reação e devido de calcinação e devido à agitação mecânica.5% Fe2O3 < 2.38 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. não deve causar agarramento de material nos silos.Alumínio .E. em uma menor oxidação do banho metálico. . Implica ainda. o que permite eliminar a necessidade de redução de vazão de O2 no período de sua para adição. o que poderia acarretar um aumento do tempo médio de sopro. Os materiais desoxidantes são normalmente adicionados durante a etapa de vazamento nos fornos de refino primário objetivando corrigir o grau desoxidação do aço visando aumentar o rendimento das ligas adicionadas para correção de composição química.5 vezes mais do que a sucata de aço.S. A redução do consumo de fluorita pode ser obtida. favorecendo a desfosforação.M. O minério de Mn é utilizado durante o sopro para fornecer. Devido ao teor de O2 mais baixo ocorre menor geração de gás durante a adição. Os desoxidantes também são adicionados nas estações de refino secundário com o objetivo de reduzir a oxidação do aço líquido e aumentar a temperatura do aço líquido. tendo a vantagem de não aumentar muito os níveis de oxidação da escória. Devido às características higroscópicas. Os principais fundentes utilizados em uma aciaria são: . um teor de Mn mais elevado no aço. no final deste. Isto implica evidentemente em uma menor necessidade de adição de ferroliga. O grau de pureza deve ser tal que não acarrete em aumento desnecessário no custo de produção/aquisição desta matéria-prima. adicionando-se minério de manganês no início do sopro. parâmetros fundamentais para o correto vazamento do aço nas máquinas de lingotamento contínuo ou mesmo convencional.Silício na forma de Ferro-Liga Alumínio É o desoxidante mais poderoso da siderurgia devido a sua alta reatividade química com o oxigênio. cujo custo é elevado. aumentar o rendimento em massa de aço na panela e adequar o grau desoxidação para as operações de refino secundário e lingotamento contínuo. A sua utilização também resulta em um aquecimento da corrida devido à elevada geração de calor resultante da sua oxidação. ou granulado em pequenas ou grandes esferas (gotão ou gota) conforme a necessidade de precisão de dosagem. É utilizado em todos os tipos de aço acalmado como desoxidante e/ou fornecedor de Al. O grau de oxidação da escória também pode ser afetado pela adição destes materiais. o que é um fenômeno extremamente prejudicial para a qualidade do aço produzido. O alumínio é fornecido na forma de metal puro com uma pequena quantidade de írrpurezas para não afetar a composição química do aço. Também atua como refinador de grãos durante a solidificação ou tratamento térmico do aço. Pode ser conhecido na forma de pequenas barras. balanças e tremonhas além de evitar fortes reações durante as adições com material úmido. Minério de Manganês O minério de manganês resfria o banho metálico cerca de 2. Se o alumínio entrar em contato com a escória durante a sua adição ele transformará o P2O5 em Al2O3 revertendo o fósforo para o aço líquido. evitar projeções devido ao excesso de oxigênio no aço. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 39 Sínter Possui o mesmo poder refrigerante do minério de ferro. evita porosidades e concorre para a remoção de gases e óxidos do aço. Rizzo Ferro-Silícío (Fe-Si) O silício é três vezes menos desoxidante que o Al. É considerado um elemento purificador. .S.M.40 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. A sua utilização se dá apenas em corridas AS (desoxidada com Si) e AC (desoxidada com Si e Al) como desoxidante e fornecedor de Si. O silício aumenta a dureza e a tenacidade do aço. os quais não seriam fundidos ou demandariam um longo tempo para fundir na temperatura reinante no banho metálico no momento do vazamento do aço do convertedor para a panela. justificando o emprego do ferro-liga. que vem a ser muito mais caro do que a obtenção do ferro-liga Fe-Mn através da utilização de alto-fornos ou fornos elétricos trabalhando-se com uma carga constituída de minérios de ferro e de manganês. simplificando assim os métodos ou instalações de adição. alguns dos elementos de liga devem ser adicionados na forma de ferro-liga devido a uma série de fatores. outros elementos apresentam um baixo ponto de ebulição. A primeira vista poderia parecer mais interessante se os elementos de liga fossem adicionados no seu estado puro (grau comercial de pureza) de modo a reduzir a quantidade mássica adicionada. por exemplo. é necessária a utilização do processo de eletrólise. por exemplo.1 apresenta-se os principais ferros-liga utilizados nos fornos elétricos a arco com composições químicas típicas. É necessário que seu rendimento seja o mais estável possível e que possuam menor porcentagem de impurezas. Além disso. reduzindo o espaço necessário para armazenamento de materiais e facilitando a dissolução e homogeneização das ligas no aço líquido. Por exemplo. alguns elementos de liga apresentam um elevado ponto de fusão no estado puro. A título de ilustração apresenta-se na Figura 5.M.FERROS-LIGA Os ferros-liga são materiais usados primordialmente para acerto da composição química do aço sendo adicionados no forno elétrico a arco ou na panela durante o vazamento.S.6°C).E.1 o diagrama de fases binário em equilíbrio Fe-V para demonstrar como a utilização deste ferro-liga permite a incorporação do elemento de liga V ao aço. podendo causar inclusive problemas ambientais e toxicológicos. Ti (1675°C). V (1900°C). Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 41 5 . como é o caso do Nb (2468°C). bastando para isto adequar-se a porcentagem relativa entre ferro e um ou mais elementos de liga. Fe-Cr e Fe-Mn. sendo portanto evaporados no momento da adição no banho. para obtenção do manganês com alta pureza. Cr (1890°C). Porém. . Em algumas empresas pode-se utilizar um forno a indução para efetuar a fusão de alguns ferros-ligas. B (2300°C). O processo de obtenção do ferro-liga também pode ser muito mais vantajoso economicamente do que a obtenção do elemento puro. dependendo é claro do tamanho das partículas adicionadas. Porém. Em ambos os casos a mistura dos elementos de liga como ferro para formar os ferros-ligas reduz o ponto de fusão ou aumenta o ponto de ebulição. Este é o caso. Nestes casos o carbono e as outras impurezas são oriundos do processo de fabricação. para evitar um superaquecimento do aço líquido para efetuar a fusão destes ferros-liga. o que a princípio permitiria uma adição sem problemas na panela de aço líquido. do manganês que apresenta um ponto de fusão igual a 1244°C. Na Tabela 5. como é o caso do P (280°C) e o S (444. mas não estão representados neste diagrama binário.M. Os outros elementos de liga que compõem o ferro-liga Fe-V também afetam na temperatura de fusão (provavelmente reduzindo-a).42 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.1 .S.Diagrama de fases em equilíbrio Fe-V. Rizzo Figura 5. . E.S.M. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 43 . Rizzo .44 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.M.S. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 45 .E.S.M. M. Rizzo .S.46 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. NaAIF4. Coque Moído Adicionado como recarburante na panela de aço. Uma composição típica do coque é apresentada a seguir: C = 88. Isto pode ser necessário porque o teor de carbono obtido no forno elétrico a arco pode ser menor do que o especificado. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 47 6 .7% Material volátil < 0. Pode gerar problemas no sistema de tratamento de efluentes se a madeira for fornecida com casca.5% Escórias Sintéticas São escórias que devem apresentar as seguintes características: .0% Cinza < 7.ADIÇÕES COMPLEMENTARES Os principais materiais considerados como adições complementares utilizados em um convertedor a oxigênio são listados a seguir: . Para definir a composição da escória sintética deve-se utilizar os diagramas ternários visando uma proporção entre os 3 óxidos principais que resulte em um ponto de fusão da escória abaixo de 1300°C e uma baixa atividade de oxigênio. CaF2 ou outros compostos.facilidade de absorção de inclusões .E. A adição de CaF2 favorece a dessulfuração do aço.0 a 92. devido a necessidade de injeção de uma quantidade de oxigênio para aquecimento da corrida através da oxidação do carbono.Escórias Sintéticas Madeira Utilizado in natura na fase finai do sopro de oxigênio para promover a redução do volume da escória na panela de aço.Madeira .Coque Moído . Na2CO3. através da promoção do desprendimento das bolhas de CO da emulsão. através de reações químicas que geram calor formação e também para redução do teor de fósforo no banho através da formação de P2O5. com adições de AIF3.0% Umidade < 1.M.elevada fluidez As escórias que normalmente apresentam tais características pertencem ao sistema CaOAl2O3-SiO2. .baixo ponto de fusão .S.0% Enxofre < 0.baixo potencial de oxigênio . M. sinterização ou convertedor. o aço líquido seria adicionado em um outro convertedor para as operações de descarburação e correção dos outros elementos químicos. pode ser necessário realizar uma etapa de dessiliciação em larga escala no próprio convertedor.S. o consumo de cal e a deterioração do refratário do convertedor também podem ser reduzidos com a prática de duplaescória. é constituída de um elevado teor de SiO2. o que causaria uma baixa eficiência no processo de desfosforação. devido à produção do SiO2 e a necessária adição de cal para neutralização deste óxido ácido. o processo de dessiliciação ocorre principalmente através da consumação da seguinte reação exotérmica: [Si] + 2(FeO) <-> (SiO2) + 2{Fe} (i3) No caso da usina siderúrgica operar com o alto-forno em condições tais que um elevado teor de silício estiver sendo produzido. São normalmente empregados materiais gerados na própria usina siderúrgica. através da adição de fluxantes a base de óxido de ferro.DESSILICIAÇÃO DO FERRO-GUSA A etapa de dessiliciação pode ser efetuada no canal de corrida do alto-forno ou no próprio carro-torpedo. a reação do silício com o oxigênio é preferencial à reação do fósforo como o oxigênio3. que devido às condições termodinâmicas reinantes. Neste caso. o processo de elaboração do aço é interrompido para basculamento do convertedor e retirada da escória formada no início do sopro de oxigênio. podem ser utilizados dois convertedores. provoquem indesejáveis projeções de escória na boca ou na coifa do convertedor. . 3 Na faixa de temperatura em que o ferro-gusa ou o aço estão no estado líquido. A desfosforação do aço também seria prejudicada se este procedimento não for efetuado. pós dos sistemas de desempoeiramento do alto-forno. Esta opção permite uma seleção dos refratários dos convertedores que possibilita uma redução do consumo deste importante item de custo da aciaria. Nesta situação. como por exemplo. a seguir. Pelos mesmos motivos. pois. Este procedimento evita que o excesso de escória gerada. No caso de usinas que operem em condições normais com um alto teor de silício. carepa de laminação ou lingotamento contínuo.E. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 49 7 . deve-se realizar previamente o processo de dessiliciação. No caso de uma rota de produção que inclua uma etapa de desfosforação do ferro-gusa líquido. um para a realização da etapa de dessiliciação e. A menor necessidade de desfosforação na operação dos convertedores. o que causaria uma baixa eficiência no processo de desfosforação. é necessário realizar em primeiro lugar a etapa de dessiliciação do ferro-gusa. por exemplo) pode levar a uma espumação da escória durante o vazamento do aço. a etapa de desfosforação do ferro-gusa líquido pode ser dispensada para a maioria dos tipos de aços comercializados. como o boro. Por outro lado. Neste caso. onde é possível obter no alto-forno teores de fósforo na faixa de 0. reduzindo os valores de tenacidade à fratura em baixas temperaturas e a soldabilidade do aço.150% para 0. não favorecer a eliminação por oxidação do fósforo.M. onde a escória é removida e o ferro-gusa líquido poderá ou não ser submetido a um segundo tratamento de dessulfuração. É o caso do minério de ferro utilizado em países da América do Norte. Na etapa de obtenção do ferro-gusa no alto-forno. que nos anos 70 e 80 desenvolveram esses processos com o objetivo de atender especificações mais rigorosas em termos de teor de fósforo residual e reduzir o volume de escória nos convertedores. o ferro-gusa obtido utilizando-se alto-fornos a carvão vegetal apresenta normalmente um teor mais alto de fósforo oriundo deste combustível. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 51 8 . em alguns casos a presença do fósforo pode ser benéfica quando associada com outros elementos de liga. no interior do banho de ferro-gusa líquido.E. exigindo uma desoxidação prévia do mesmo com alumínio. A utilização de um carregamento de ferro-gusa previamente desfosforado. prática corrente para atender as especificações do teor de fósforo exigido para o aço. . Além disso. devido ao fato do ambiente redutor deste reator metalúrgico.040% a 0. o carro torpedo é levado para a estação de limpeza com skimmer. e a um rigoroso controle do processo de fabricação para aumento da resistência mecânica do aço. no próprio carro torpedo ou na panela de carregamento de gusa no convertedor.050%. aumentando os custos e a complexidade da operação de vazamento do aço. e que exige a adição de recarburante na etapa de metalurgia de panela. permite reduzir a contaminação com fósforo no convertedor e a quantidade de oxigênio injetado pelas lanças.020%. Entretanto. através de injeção profunda com lanças apropriadas. De forma mais freqüente o fósforo é um elemento indesejável nos aços por ser prejudicial às propriedades mecânicas. Nota-se que esta é uma situação oposta à desfosforação do ferro-gusa ou do aço no convertedor. não é necessário reduzir muito o teor de carbono no final de sopro.S. A desfosforação prévia do ferro-gusa líquido antes de seu carregamento convertedor é mais utilizada nas usinas siderúrgica japonesas. antes do refino no convertedor. O teor de fósforo do ferro-gusa é reduzido de cerca de até 0. a valores abaixo de 0. no caso da desfosforação do ferro-gusa líquido no carrotorpedo.020% a 0. deve-se dar preferência a utilização de minérios de ferro com baixo teor de fósforo. Em algumas usinas não é feita a limpeza da escória após desfosforação. oxido de ferro. haja vista que aproximadamente 100% deste elemento são incorporados ao ferro-gusa. carbonato de sódio e outros. a reação do silício com o oxigênio é preferenciai à reação do fósforo como o oxigênio.DESFOSFORAÇÃO DO FERRO-GUSA O elemento fósforo pode apresentar aspectos benéficos e maléficos às propriedades dos aços. O fósforo também pode ser utilizado para aumentar a resistência à corrosão do aço. Usinas siderúrgicas Como já foi dito anteriormente. Lembra-se que a operação de adição de recarburantes (coque moído. Após esta etapa. permite redução no consumo de cal nos convertedores para valores abaixo de 20 O processo de desfosforação do ferro-gusa líquido no carro-torpedo é efetuado através da injeção de uma mistura a base de cal. pois. Estas condições possibilitam uma maior estabilização do sopro.050% ou no caso da utilização rigoroso controle da matéria-prima (principalmente o coque). fluorita. S.. que prossegue atingindo taxas elevadas.004 a 0.M. com o aumento do teor de P do metal (refosforação). O teor de silício do ferro-gusa influencia diretamente na quantidade de escória formada. O pentóxido de fósforo formado tem uma reatividade muito alta.0010% (que também pode ser expresso como 40 a 100 ppm . do consumo de cal e da temperatura da escória. dependendo da capacidade do carro torpedo. A quantidade de escória que passa do convertedor para a panela no momento do vazamento do aço e o teor de fósforo presente nas adições realizadas na seqüência do tratamento do aço (metalurgia da panela e refino secundário) afetam diretamente no teor final de fósforo no aço. o que em conjunto com o aumento da oxidação da escória e da dissolução da cal.52 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. gerando o oxigênio que atua na seguinte reação: 2[P] + 5[O] -» (P2O5) (p2) t Esta reação predomina na segunda etapa de sopro. da ordem de 400 a 700 kg/min. para dadas condições operacionais. Portanto. de modo que a reação (p2) ocorre também em sentido contrário (reação reversível). do teor em ferro (FeT) da escória. Na terceira etapa de sopro a temperatura está mais elevada. A desfosforação do ferro-gusa no convertedor prossegue durante toda a primeira etapa com a dissolução da cal. O processo de desfosforação é caracterizado por uma elevada taxa de injeção. a desfosforação do ferro-gusa é iniciada rapidamente na primeira etapa do sopro através da seguinte reação: 2[P] + 5[FeO] -» (P2O5) + 5[Fe] (p1) A reação p1 é altamente exotérmica. ou mesmo invertida. O teor de fósforo do aço no final do sopro dependerá. . da composição química da carga metálica. o que faz com que a reação de desfosforação indicada pela equação p2 seja interrompida. cria condições favoráveis à remoção do fósforo. Existem sistemas que possuem lança para sopro de oxigênio na superfície do ferro-gusa. pela sua dissolução na escoria e sua fixação pelo óxido de cálcio na forma de fosfato cálcico. quando as condições de baixa temperatura e elevado teor de FeO (elevado potencial de oxigênio) na escória favorecem a reação de oxidação do P.partes por milhão). (P2O5) -» 2[P] + 5[O] (p3) Isto corresponde à estabilização da dissolução da cal calcítica. Rizzo mantendo no carro torpedo a escória remanescente. devido à diminuição do teor de Fe da escória e ao aumento da temperatura. A queda de temperatura no processo é da ordem de 100°C a 120°C. Na elaboração dos aços no convertedor LD é possível obter um teor de fósforo na faixa de 0. No convertedor. dependendo dos teores de silício e fósforo presentes no ferro-gusa líquido. Através de uma análise termodinâmica pode-se observar que a reação de desfosforação (p2) só será possível com a diminuição da reatividade do pentóxido de fósforo. O tempo de injeção é de 30 a 40 minutos com um ciclo total um pouco acima dos 50 minutos. para aproveitar o CaO residual para o tratamento seguinte. na qual o óxido P2O5 formado durante a desfosforação será fixado. tende a ocorrer na primeira etapa do sopro. sem desoxidação na panela.E. com adição de fundentes para formar uma nova escória. Este processo é denominado de dupio-vazamento. o convertedor retorna a posição vertical e dá-se a continuidade do sopro. permite obter uma redução de fósforo em torno de 50 ppm. Esta operação pode apresentar certos riscos pelo fato da panela de aço não se do tipo pelicano. com baixa atividade do P2O5 e elevada basicidade. e carregado em um outro convertedor para novo sopro. quando o teor de fósforo no ferro-gusa líquido for considerado muito elevado. Assim como no processo de dessiliciação.baixa temperatura.escória rica em CaO. utilizando-se as estações de refino secundário para efetuar o aquecimento do aço necessário para a realização sem problemas da etapa de lingotamento contínuo. .S. é constituída de um elevado teor de P 2 0 5 . o processo de elaboração do aço é interrompido para basculamento do convertedor e retirada da escória formada no início do sopro de oxigênio. Uma outra possibilidade é vazar o ferro-gusa dessiliciado e desfosforado. .elevado potencial de oxigênio do sistema. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço (P2O5) + 3(CaO) <r> (3CaO-P2O5) (p4) (P2O5) + 4(CaO) <-> (4CaO-P2O5) (p5) 53 ou A análise termodinâmica da reação de oxidação do fósforo permite concluir que a oesfosforação durante o refino LD será favorecido por: . alguns autores indicam que uma redução de aproximadamente 50ºC na temperatura de fim de sopro. A seguir. A título de referência.M. a desfosforação pode ser realizada em duas etapas no convertedor. . Este processo é denominado de dupla-escória. Uma alternativa para reduzir o teor de fósforo no refino primário é procurar vazar o aço com uma baixa temperatura de final de sopro. que devido às condições termodinâmicas reinantes. dificultando o carregamento no convertedor. Durante o vazamento da escória é aumentada a vazão de gás pelo fundo para facilitar a sua retirada. ou seja. dificultando o processo de elaboração dos aços. MnS e FeS2).003% no caso de aços especiais. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 55 9 .050%S) para não prejudicar a resistência à corrosão destes aços. Uma situação mais comum do benefício da presença de enxofre é o aumento da. Por maior que seja a eficiência do alto-forno. mas também pode estar presente no minério de ferro na forma de sulfetos (FeS.010% de S. usinabilidade dos aços.DESSULFURAÇÃO DO FERRO-GUSA A presença do elemento enxofre apresenta aspectos benéficos e maléficos às propriedades dos aços. se o teor presente no ferro-gusa não for suficiente. ocorre a fusão deste composto na etapa de reaquecimento de placas de aço para laminação (operação realizada na faixa de temperatura da ordem de 1200 a 1250°C). contribuindo para um aumenta da velocidade de corte (aumento de produtividade) e reduzindo o desgaste da ferramenta de corte. requerendo a adição de elementos que modifique a morfologia dos sulfetos formados (como por exemplo. Em certos casos a presença do enxofre pode ser benéfica. por apresentar um baixo ponto de fusão (em torno de 980°C). pode-se eliminar a etapa de dessulfuração do ferro-gusa líquido ou.015% para aços carbono e de 0. da ordem de 0. De forma mais freqüente o enxofre4 é um elemento indesejável nos aços por ser prejudicial às propriedades mecânicas. alongando-se na forma de planos de baixa resistência durante a formação do cavaco. daí o termo dessulfuração para o fenômeno de redução do teor deste elemento no aço.M. introduzindo anisotropia de propriedades mecânicas nas chapas laminadas com o alongamento dos sulfetos de manganês na direção de laminação. 4 Enxofre em latin é escrito como sulphurium e em inglês como sulfur. provocando o surgimento de trincas a quente neste processo ou em operações de tratamentos térmicos (por isso costuma-se dizer que a presença de enxofre induz a uma fragilidade a quente nos aços). devido ao efeito de quebra dos cavacos provocado pela presença de sulfeto de manganês (MnS). consumindo elementos de liga que formariam carbonetos (por exemplo. Nestes casos. evitando o superaquecimento da ferramenta de corte causada por cavacos contínuos. A eliminação completa do enxofre no alto-forno não encontra um ambiente muito favorável porque a presença do oxigênio (oriundo do minério ou do ar soprado pelas ventaneiras) desfavorece a combinação dos outros elementos ou compostos químicos presentes na carga com o enxofre. o titânio) para formar sulfetos reduzindo o limite de escoamento.001% a 0. deve-se ter o cuidado com a relação entre o teor de manganês e o teor de enxofre para se evitar a formação de sulfeto de ferro (FeS). Um primeiro caso a ser citado é o aumento da penetração da solda no caso de aços inoxidáveis com um mínimo de 0. reduzindo os valores de tenacidade à fratura.E. sem ultrapassar muito este valor (máximo em torno de 0. a adição de Ca). O enxofre é considerado o elemento de liga mais barato para promover uma melhoria na usinabilidade do aço. prejudicando a obtenção de uma determinada textura de laminação. . O enxofre presente no ferro-gusa é oriundo principalmente do coque. Nos casos da necessidade de um maior teor de enxofre. os teores obtidos de enxofre no ferro-gusa líquido não conseguem atender os valores máximos normalmente exigidos atualmente. O sulfeto de manganês é uma inclusão que apresenta uma elevada ductilidade. o que poderia levar o enxofre para a escória. composto que se localiza nos contornos de grãos dos aços e. demasiadamente longos e que evitam a penetração de fluido de refrigeração ou da troca de calor entre a ferramenta e o meio-ambiente. realizar a adição do ferro-liga Fe-S durante a etapa de elaboração do aço. atuando como lubrificante reduzindo a força de corte e a temperatura. Outro aspecto que contribui para a melhora da usinabilidade é o fato das partículas de MnS depositarem-se na ferramenta. eliminando-o do ferro-gusa líquido.S. Nos dois casos. Este mesmo problema pode ocorrer em algumas das operações no refino secundário nas quais pode ser necessária a adição de oxigênio por lanças ou o oxigênio estar presente nas escórias sintéticas empregadas nestes processos. [ ] . Para efetivar a dessulfuração são utilizadas matérias-primas denominadas de misturas dessulfurantes. aumentando o custo de produção desta unidade. Neste caso a dessulfuração do ferro-gusa líquido pode ser realizada no carro-torpedo que transporta o ferro-gusa líquido do alto-forno para a aciaria ou em panelas de ferro-gusa que transportam o ferro-gusa líquido do carro-torpedo para ser carregado no convertedor. e houver um teor suficiente de CaO. A redução acentuada do teor de enxofre do aço na aciaria só é possível se o meio for redutor ao invés de oxidante. ( )g . Quanto maior for o teor de cal mais favorecida é a realização desta reação. uma certa dessulfuração pode ocorrer para um aço que apresente um teor inicial relativamente elevado de enxofre (para um teor de 0. Se o ferrogusa apresentar um alto teor de carbono e de silício. pois. Esta reação é mais provável devido ao excesso de carbono reinante no alto forno.S. ocorrerá a preferência à formação de óxido ao invés de sulfeto. para reduzir o tempo de tratamento. agitação do banho metálico através da injeção de gases inertes e adicionamse compostos a base de cal para efetuar a dessulfuração. devido ao fato de ser endotérmica é5: <FeS> + <CaO> + <C> <-> [Fe] + <CaS> + (CO)gás +43. a taxa de dessulfuração também diminui). Quando a temperatura for elevada. os seguintes símbolos são usualmente empregados: < > . Os principais agentes dessulfurantes presentes nestas misturas dessulfurantes são: 5 Nas equações representando reações químicas apresentadas neste texto. Como salientado anteriormente. através do sopro de oxigênio no convertedor LD. . O agente dessulfurante utilizado deve possuir estas características. no último estágio do sopro. Entretanto.040%S é possível atingir 40% de dessulfuração. { } . como este processo pode demandar um certo tempo. Estes dois processos serão apresentados neste texto. o maior teor de cal no altoforno demandaria o consumo de uma maior quantidade de coque para promover a fusão deste escorificante. o nível de oxidação do banho e da escória não for elevado.escória. sendo que a medida que cai o teor de enxofre no ferro-gusa.56 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. realiza-se a desoxidação do banho e da escória. Outros autores preferem utilizar outra simbologia: soluto na fase metálica e sem símbolo para gás. esta redução não é muito efetiva. Entretanto.gás. De uma maneira geral podemos dizer que o óxido utilizado como agente dessulfurante deve ser instável e o sulfeto formado o mais estável possível. é preferível deslocar a dessulfuração do aço para a etapa de metalurgia de panela (durante ou após a etapa de vazamento do aço) ou para a metalurgia secundária (refino secundário). ou empregam-se escórias sintéticas.sólido.6 kcal/Mol (s5) Observa-se a importância da presença da cal (CaO) para que a reação se processe.soluto na fase metálica. evitando assim que a cinética da reação esteja limitada pela difusão.líquido. Este fato ajuda a explicar porque na fase de refino primário do aço. pois aumenta a facilidade de formação de sulfetos. A dessulfuração do ferro-gusa tem como premissa básica a preferência de formação do sulfeto em detrimento a formação de óxido. a dessulfuração será beneficiada. O processo de dessulfuração deve estar associado também a uma forte agitação. ( ) . prejudicando a produtividade do forno. o ambiente reinante no recipiente onde deve ser efetuada a dessulfuração deve ser redutor. Rizzo A reação que mais favorece a dessulfuração no alto-forno acontece em temperaturas mais elevadas. Em resumo pode-se dizer que a dessulfuração do ferro-gusa antes da sua adição no convertedor LD é mais vantajosa do que a dessulfuração do ferro-gusa no alto-forno ou do aço na aciaria. em ambiente oxidante.M. Para controlar a velocidade de evolução de magnésio foi desenvolvido nos anos setenta o processo Mag-Coke. A utilização de aditivo aluminoso aumenta a eficiência da mistura dessulfurante à base de cal. Por ser um excelente dessulfurante. No Brasil foi utilizado pela CSN e Usiminas. do teor inicial e final de enxofre do ferro-gusa.Carboneto ou carbureto de cálcio CaC2 . que consistia na impregnação do coque metalúrgico com magnésio. que possui alto ponto de fusão (2130°C) e é formado na superfície dos grãos de cal. de acordo com as seguintes reações: <CaO> +[S] -> (CaS) + 1/2(O2)gás 2[C] + (O2)gás -> 2(CO)gás [Si] + (O2)gás -» (SiO2) A baixa eficiência da mistura a base de cal. Como o teor de oxigênio no ferrogusa líquido é muito baixo. Exemplos da formação desta mistura são apresentados na Tabela 4. do saldo de ferro-gusa disponível na aciaria (define o tempo disponível para realização da dessulfuração) e da quantidade de escória que pode ser gerada na etapa de dessulfuração sem comprometimento do grau de limpeza do carrotorpedo. Esta desoxidação também reduz a formação de orto-silicato de cálcio. apresenta uma forte reatividade.1.M. que reage com o carbono ou silício dissolvidos no ferro-gusa líquido.Carbonato de sódio 57 Na2CO3 . Os compostos citados são utilizados na forma de mistura com ativadores como calcário e o coque e com aditivos aluminosos. O MagCoke era imerso no banho metálico com o uso de um sino perfurado. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço . quando o Mg for empregado. . O baixo preço da cal e sua farta disponibilidade em grandes siderúrgicas integradas.S. a reação inicial ocorre rapidamente. porém atualmente é muito pouco empregado. As misturas são elaboradas em função da disponibilidade e custo das matériasprimas.Óxido de cálcio (cal) CaO . porque atua como um desoxidante do meio.E. Cálcio silício (CaSi) também pode ser utilizado para efetuar a dessulfuração. tanto em carros torpedo como em panelas. o que reduz a eficiência de dessulfuração.Cianamida cálcica Ca(CN)2 O magnésio também pode ser empregado como dessulfurante. reduzindo a formação de escória e a perdas de ferro. pode ser explicada pelo aumento do potencial de oxigênio. que é liberado na reação apresentada acima. tem sido o grande atrativo na sua utilização como dessulfurante. além do carbono injetado na mistura (coque). a quantidade de mistura dessulfurante a ser injetada diminui. formando sulfeto de cálcio e liberando oxigênio. porém. 58 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.M.S. Rizzo O calcário é empregado para aumentar a agitação do banho metálico, resultado da reação de calcinação que libera o gás CO2, aumentando o contato entre o CaC2 com o S. O coque é considerado um agente que aumenta a fiuidez e promove a formação do necessário ambiente redutor, ocasionando elevação na eficiência na dessulfuração, quanto mais próximo do final da injeção, baseada na seguinte reação: [C] + (CO2)gás -» (CO)gás A adição de coque na mistura dessulfurante também se justifica pelo fato do teor de oxigênio no banho metálico apresentar-se superior ao teor de carbono livre no ferro-gusa, ocasionado pela decomposição do calcário (CaCO3). Assim o carbono do coque adicionado no ferro-gusa líquido, reage com o oxigênio em excesso, neutralizando a ação do ambiente oxidante no banho. As reações apresentadas a seguir permitem demonstrar o efeito da presença do carbono do coque em evitar a reversão da reação de dessulfuração: <CaO> + [S] + [C] -»(CaS)+ (CO)gás AG0 = 28.550 - 29,4 T É possível para uma dada composição química do ferro-gusa, calcular teoricamente a quantidade de enxofre que está em equilíbrio (dissolvido) no banho de ferro-gusa líquido. Esta quantidade de enxofre diminui com o aumento da temperatura conforme apresentado na Figura 9.1. Na prática, o teor de enxofre remanescente no ferro-gusa líquido é maior do que o estipulado pela termodinâmica e apresentado na Figura 9.1. Isto se deve ao fato de que fatores cinéticos são importantes e limitadores da reação de dessulfuração. Figura 9.1 - Representação gráfica do cálculo termodinâmico da relação teórica entre o teor de enxofre em equilíbrio no ferro-gusa líquido e a temperatura do mesmo. Como o alumínio é um forte desoxidante, ele retira o excesso de oxigênio surgido após a reação do CaO, evitando o oxigênio livre no ferro-gusa, deixando o Ca livre para reagir com o S. Isto se processa através da reação: 3<CaO> + 2[AI] -> 3[Ca] + (Al2O3) Além de melhorar o poder dessulfurante da mistura à base de cal, o aditivo aluminoso contém óleo de silicone e outros elementos que melhoram sua fluidez. E.M.S. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 59 Tanto na utilização do CaC2 como da Ca(CN)2 pode haver o problema da formação do gás acetileno ou do gás cianeto, no caso de haver contato com a água, exigindo que o recebimento, estocagem e injeção seja feito de forma isolada da atmosfera, prevendo-se inclusive a purga das tubulações ou recipientes com o nitrogênio e o monitoramento constante do teor de acetileno. A injeção de nitrogênio também previne a deterioração e solidificação da mistura dessulfurante. A reação básica de formação do acetileno é: CaC2 + H2O -> C2H2 + Ca(OH)2 O acetileno formado apresenta explosividade ao ar em ampla faixa de concentração, na faixa de 2,3% a 73%. Resumindo, considera-se que uma mistura dessulfurante a base de carbureto de cálcio promove a dessulfuração através da realização da seguinte reação: <CaC2> + 2<CaCO3> + 2[C] + 3[S] -» 3(CaS) + 6(CO)gás Uma mistura dessulfurante a base de cal e promove a dessulfuração através da realização da seguinte reação: 2[AI] + [C] + 2<CaO> + <CaCO3> + 3[S] -» 3(Cãs) + 2(CO)gás + (Al2O3) No caso da dessulfuração em carro-torpedo, a mistura dessulfurante é injetada no interior do carro torpedo contendo o ferro-gusa líquido, através de uma lança com revestimento refratário. A mistura dessulfurante a base de carbureto de cálcio apresenta um alto poder dessulfurante, considerado um excelente dessulfurante na indústria siderúrgica, porém apresenta um alto custo. É a mistura ideal para dessulfuração de ferro-gusa com alto índice de enxofre, pois o seu maior rendimento compensa o seu custo mais alto para estas situações. A mistura a base de CaO mostra-se como o mais econômico reagente para o pré-tratamento do ferro-gusa líquido. Contudo, na pratica, a quantidade de escoria gerada durante a dessulfuração é elevada e em virtude deste fato ocorrem maiores quedas de temperatura e perdas metálicas do aumento, o que encarece o processo. Os processos de dessulfuração de ferro-gusa em estação de tratamento antes da aciaria são realizados no próprio vasilhame de transporte do ferro-gusa líquido do alto-forno até a aciaria e não apresentam maiores diferenças se é feito no carro torpedo ou em panela (utilizada em algumas usinas). Porém, nos carros torpedo a eficiência é prejudicada pela dificuldade de homogeneização completa, devido à presença de zonas mortas nas suas extremidades. Como o carro-torpedo é o meio mais utilizado, a dessulfuração em panela de transporte não será apresentada, visto que o seu processo e resultados são comparáveis ao da panela de carregamento do convertedor, que será discutido mais adiante. O processo de dessulfuração em carro-torpedo utilizado pode ser descrito de maneira simplificada nas seguintes etapas: a) O carro-torpedo com ferro-gusa, proveniente do alto-forno é transportado à unidade de dessulfuração. b) O carbureto de cálcio (CaC2) e os agentes ativadores da reação são injetados no carrotorpedo por determinado tempo, usando o gás nitrogênio como gás de arraste através de uma lança suportada por equipamento de içamento. Os particulados na tubulação de injeção podem atingir 10% do volume total, o restante é ocupado pelo nitrogênio, que atua como gás de arraste. Este processo é em alguns casos denominado de dessulfuração em fase densa. 60 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.M.S. Rizzo c) Durante o tratamento para dessulfuração do ferro-gusa líquido, são coletadas amostras para análise de carbono e enxofre e realizadas medições de temperatura, para controle do processo e geração de informações para o planejamento do sequenciamento de corridas e seleção do tipo e quantidade de carga de sucata no convertedor da aciaria. d) Após a amostragem final, se não houver necessidade de reinjeção de mistura dessulfurante, o carro-torpedo é transportado para a área de carregamento do convertedor. e) O ferro-gusa do carro-torpedo é transferido para a panela de carregamento, no poço de transferência. Em algumas aciarias são utilizados retentores de escória, que são dispositivos, normalmente refratários, que colocados na boca do carro torpedo, permitem a passagem de metal líquido e bloqueiam a passagem da escória para a panela. Nestes casos, a reversão de enxofre para o ferro-gusa líquido é reduzida. f) Parte da escória de dessulfuração fica retida no carro torpedo, g) Se a quantidade de escória sobre o ferro-gusa líquido for apreciável, efetua-se a remoção da mesma empregando-se uma empilhadeira com um raspador ou o equipamento denominados escumador ou Skimmer para evitar a reversão de enxofre para o aço, durante o refino no convertedor. Se esta operação não for bem executada, pode-se obter na aciaria um teor de enxofre acima do valor obtido na estação de dessulfuração, em função da reversão do enxofre da escória para o ferro-gusa. h) O carro-torpedo, após a operação de transferência do ferro-gusa na panela de carregamento, é levado a área de retirada de escória, onde é basculado mais de 180º para retirar a escória remanescente. O sistema de injeção do tipo fase densa apresenta a vantagem de gerar um menor volume de gás do que sistemas do tipo fase diluída, facilitando o contato da mistura dessulfurante com o metal líquido. Isto se deve ao fato de que o sistema do tipo fase diluída propiciar a formação de grandes bolhas de nitrogênio, levando a mistura para a superfície do banho metálico, sem que o material tenha reagido, aumentando a perda de agente dessulfurante. A vantagem da utilização de um lança de injeção de forma inclinada é a maior agitação do banho de ferro-gusa líquido no interior do carro torpedo, sem ocorrer projeções tão acentuadas quanto aquelas provocadas com o uso de lança vertical. Desta foram, tem-se um maior aproveitamento do volume útil do carro torpedo. Pelo fato de ser menos exigida, este tipo de lança pode apresentar um menor diâmetro, sendo também mais leve e de menor custo. Normalmente a lança é descartada a cada seis tratamentos. Visando reduzir o desgaste do refratário do fundo do carro torpedo, as lanças são preparadas com curvatura no bico, de modo que a mistura dessulfurante é injetada paralelamente ao fundo do carro torpedo. A curvatura no bico possibilita também um beneficio extra ao processo, pois, com a passagem da mistura, ocorre o efeito de turbilhonamento, facilitando a separação entre o nitrogênio e o particulado, o que melhora o contato deste com o banho metálico. Entretanto, este tipo de lança apresenta a desvantagem de uma menor homogeneização do ferrogusa, ficando o lado oposto à lança, logo após o tratamento, com um teor de enxofre mais elevado. Porém, considera-se que a agitação inerente ao deslocamento do carro torpedo e o seu basculamento na aciaria, contribui para a obtenção de uma maior homogeneização do banho de ferro-gusa líquido. Outro fator que influencia na eficiência da dessulfuração em carro torpedo é a quantidade de escória remanescente de tratamentos anteriores e do alto-forno, que por serem ricas em enxofre provocam um aumento do seu teor durante o vazamento no alto-forno e o transporte até a estação de dessulfuração. As escórias provenientes de dessulfuração com mistura de CaC2 apresentam maior reversão de enxofre para o banho, em comparação com as misturas a base de cal. Desta forma após o esgotamento do carro torpedo na Aciaria, ele é levado para uma estação, onde é feita a retirada de escória remanescente pelo basculamento ou uma limpeza mais rigorosa, 2.E. Deve ser soprado nitrogênio no interior do silo prevenindo a deterioração e solidificação da mistura. fundição (se existir) e máquina de moldar ferro-gusa. Durante a transferência da mistura da estação de moagem para o silo. Para ferro-gusa destina à máquina de moldar ferrogusa. pode-se ainda mudar o ângulo de injeção.MS. Primeiramente o operador de dessulfuração verifica com a central de ferrogusa a qual área se destina o ferro-gusa. Também deve-se certificar se o carro-torpedo está parado na posição do ângulo de dessulfuração especificado (70s ou 110s). Para ferro-gusa destina à aciaria verifica-se a seqüência de vazamento para definir o enxofre visado. usando as mangas cilíndricas de feltro. Esta transferência é feita através do cone de fluidização. Essa mistura é injetada dentro do carro torpedo com vazão constante. tipo coletor de pó seco. A freqüência e definição do tipo de limpeza dependem das condições operacionais de cada usina e da situação de momento. descarregar e injetar uniformemente a mistura por sistema de fluidização com nitrogênio. Verifica-se a existência e a localização de cascão na boca do carro torpedo. de forma que não haja cascão na região de imersão da lança. O pó aderido a manga cai para dentro do tanque de agente e o gás limpo é descarregado na atmosfera. . Se for detectada a existência de cascão. Uma representação esquemática da unidade de dessulfuração é apresentada na Figura 9.010%. proveniente da estação de moagem para ser posteriormente transferido para o silo-balança. o mesmo objetivado para ferro-gusa destinado à fundição de lingoteiras (se existir). b) Silo-balança ou dispenser -> Esse equipamento está instalado sob o silo de estocagem para pesar. O nível de ferro-gusa pode ser também verificado através da medição da distância entre o nível do ferro-gusa e o refratário da abóbada do carrotorpedo. c) Carro-Lança —>• Está instalado no piso de trabalho da estação de dessulfuração. Caso os procedimentos citados acima não resolvam o problema do cascão. Basicamente o processo de dessulfuração em carro torpedo ocorre de acordo com as seguintes etapas: a) Recebimento e Inspeção do carro-torpedo —> No recebimento do carro-torpedo deve-se certificar se a quantidade ferro-gusa está na faixa ideal para ser dessulfurado. Portanto. O pó e o gás (nitrogênio + agente dessulfurante) sobem pela entrada do filtro saco (topo do tanque) onde a mistura é filtrada pela manga. o nitrogênio deverá ser separado da mistura e descarregado para a atmosfera. deve-se quebrá-lo com aríete ou cortá-lo com lança de oxigênio. Se o peso de ferrogusa líquido no carro-torpedo estiver abaixo do limite mínimo permitido. que é uma máquina de alta eficiência. a velocidade de escoamento tende a ser constante sob as condições previstas no sistema. Permite a imersão da lança em uma posição adequada no carro torpedo. envia-se o mesmo à aciaria ou ao pátio de emergência para que se possa vazar uma quantidade de ferro-gusa que possibilite um nível adequado à dessulfuração. A injeção de gás N2 ocorre em uma velocidade supersônica no bocal de vazamento. objetivar o enxofre de no máximo de 0. b) Programa de dessulfuração no carro-torpedo —> O programa de dessulfuração no carrotorpedo é definido em função da programação da aciaria. Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 61 abrangendo retirada de cascões internos e da boca. Esta unidade está ocalizada entre os alto-fornos e a aciaria. No tanque de agente se encontra o filtro saco. deve-se retorná-lo ao altoforno e se estiver acima do limite máximo. e filtragem por filtro da manga. Os principais equipamentos da estação de dessulfuração são apresentados a seguir: a) Tanque de agente dessulfurante —> É um equipamento de estocagem de mistura dessulfurante. Uma estação de dessulfuração pode ser composta de duas alas. que a seguir é fragmentada até conseguir os menores pedaços possíveis para análise do teor de enxofre. Para realizar o reparo adiciona-se a massa retratária nos pontos identificados para reparo ao longo da lança de injeção. O cálculo da quantidade de mistura a ser reinjetada é realizado pelo computador de processo. deve-se fazer a homogeneização injetando apenas nitrogênio até a eliminação completa de toda mistura acumulada sobre a escória. Quando for atingido o peso pré-determinado pelo cálculo. Esta injeção é constante durante todo o período de dessulfuração do ferro-gusa no carro-torpedo (uma taxa típica de injeção é da ordem de 120 kg/min). A operação do carro-lança pode ser feita em manual ou automático. . mantendo-se a extremidade superior do termopar fora do ferro-gusa.62 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E. para facilitar o vazamento do ferro-gusa na panela de ferro-gusa. f) Operação do carro-lança e injeção de mistura —• Na injeção a 70e o operador deve ter o cuidado de deixar a parte curva do bico voltado exatamente para cima. Porém antes de se iniciar a reinjeção deve-se inspecionar visualmente a superfície da escória formada no carro-torpedo e caso seja constatado acúmulo de mistura dessulfurante sobre a escória. e) Cálculo de dessulfuração —• O cálculo da quantidade de mistura a ser usada no carro-torpedo é realizado via computador de processo. sendo esta introduzida no ferro-gusa líquido. sempre observando a imersão no banho de ferro-gusa. Esta lança é introduzida no ferro-gusa líquido. deve-se recolher a lança com o amostrador do carro torpedo e retirar a amostra do interior do amostrador. Após um certo tempo. o teor de enxofre inicial do ferro-gusa. dando o acabamento ideal para operação.S. i) Liberação do carro-torpedo —• Ao fim da injeção de material dessulfurante o operador faz a amostragem e analisa o teor de enxofre. j) Reparo e troca de lança de injeção —• Deve-se inspecionar a lança após cada dessulfuração para decidir se haverá reparo ou troca da mesma. Após o corte é feita a inclinação na horizontal onde é retirada a sobra da lança de injeção e instalada uma nova lança. o alto-forno de onde veio o ferro-gusa.M. permanecendo nesta posição até a efetivação da medição. d) Análise inicial do teor de enxofre do ferro-gusa --• A amostra obtida é examinada para verificar para que sejam escolhidos pedaços maciços e isentos de escória. A amostragem do ferro-gusa antes da dessulfuração é feita através de um amostrador de imersão que é conectado a uma lança. A troca da lança é realizada cortando-se a lança com problema em duas partes. até o fim do percurso. mantendo a extremidade superior do amostrador fora do ferro-gusa até a conclusão da amostragem. havendo necessidade de reinjetar uma nova quantidade de mistura. Terminando o ajuste de posicionamento o operador desce a lança com o controle remoto. o teor de enxofre intermediário e o teor de enxofre visado. ou seja. o operador de dessulfuração libera o carro-torpedo. Conforme se procede a descida da lança deve-se injetar N2 para promover uma limpeza da linha de mistura e impedir que o ferro-gusa entre na lança. onde o operador informa o número do carro-torpedo. a injeção é finalizada automaticamente. Rizzo c) Amostragem e medição de temperatura antes da dessulfuração --• A medição de temperatura no ferro-gusa no carro torpedo antes da dessulfuração é feita através de um termopar de imersão conectado a uma lança. h) Reinjeção —• A reinjeção de mistura dessulfurante é realizada após a dessulfuração quando não se consegue o teor de enxofre objetivado. este estando na faixa desejada. A seguir a válvula de injeção de mistura no banho é acionada. Em seguida a amostra deve ser mergulhada no interior de um tanque água corrente para o seu total resfriamento. do retorno da lança de injeção. o peso do ferro-gusa líquido. e a lança irá subir totalmente. g) Amostragem após a dessulfuração —• A amostragem após a dessulfuração depende do término da mesma. Em seguida procede-se da mesma forma que na amostragem do ferro-gusa antes da dessulfuração. e na injeção a 110e para baixo. .CST).S.E.Representação esquemática da dessulfuração do ferro-gusa líquido em um carrotorpedo através da injeção de misturas dessulfurante via lança e uma imagem de uma unidade de dessulfuração com duas alas para realização desta operação (foto cedida pela Companhia Siderúrgica de Tubarão .M.2 . Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 63 Figura 9. processo carbocal . de fácil execução pois não precisa de nenhum equipamento especial. como no caso da figura. O gás de arraste utilizado é o nitrogênio e o tempo de tratamento varia de 10 a 20 minutos. que aliada a própria queda do ferro-gusa líquido na panela. O tempo de adição da mistura é de 10 a 15 minutos.SiC ). 15% de calcário e 10% de fluorita.adição de pó com agitação mecânica O processo conhecido como carbocal é um método mais antigo de dessulfuração na panela de ferro-gusa. o processo tornou-se mais atrativo.64 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.injeção profunda de pó . A injeção é realizada através de lança vertical. com taxa de injeção variando de 30 a 60 kg/min. com boa eficiência e de baixíssimo custo.3 apresenta uma representação esquemática de uma unidade de dessulfuração pelo processo KR.7 mm) para injeção de pós para transporte pneumático em fase densa.M. Dependendo das condições operacionais da aciaria e do tipo de aço. provocam grande movimentação do metal líquido e são os responsáveis pelo aumento da cinética da reação. seguido de uma etapa de escorificação. pode ser uma dessulfuração complementar àquela do carro torpedo.5 metros de profundidade. e a queda de temperatura é da ordem de 3°C por minuto. pode ser citada que atualmente a campanha do rotor tem sido acima de 300 tratamentos. Este processo foi desenvolvido na segunda metade dos anos 60 e persistiu até o final dos anos 70. o borbulhamento de nitrogênio continua para homogeneização do ferro-gusa líquido e limpeza da linha de transporte pneumático. O tratamento de dessulfuração na panela de carregamento do convertedor. As estações podem ser fixas com a panela sendo deslocada para baixo do sistema de injeção ou móvel. A reação do calcário produz uma grande geração de gás. Com o aparecimento dos inversores de freqüência e o desenvolvimento de um novo tipo de refratário (desenvolvimento de cimento com adição de carbeto de silício . principalmente. As lanças são protegidas do metal líquido por plugs refratários.S. Este processo é considerado muito simples. Neste caso utiliza-se um dispositivo de injeção lateral com 12 lanças de pequeno diâmetro (11. Nesta situação é possível obter taxas de dessulfuração de até 90%. porém tem tido o seu uso limitado devido à elevada poluição atmosférica que provoca. Um outro processo de dessulfuração em panela de carregamento de ferro-gusa líquido é através da injeção na lateral inferior da carcaça da panela6. 6 Existe um instalação deste tipo para dessulfuração de gusa em panela de 70t na Vallourec & Mannesmann. o qual consiste na adição de barrilha ou carbonato de sódio (Na2CO3) e calcário no fundo da panela de ferro-gusa líquido antes do basculamento do carro torpedo para pesagem do ferro-gusa. a uma profundidade de imersão de 2. de Belo Horizonte . com taxas de injeção da ordem de 45 kg/min. Como referência. ao elevado desgaste do refratário do agitador ou rotor (impeller) e a baixa profundidade de imersão e rotação obtida para o agitador. em que a estação é que se desloca na direção da panela. dependendo dos teores de enxofre inicial e visado. O processo KR consiste basicamente na adição de mistura dessulfurante (à base de cal) através de uma calha e a agitação mecânica promovida pelo rotor após o vazamento do ferro-gusa líquido do carro-torpedo para a panela de carregamento do ferro-gusa no convertedor. Após a injeção da mistura dessulfurante. através de injeção de pós. Um exemplo de mistura dessulfurante utilizada neste tipo de tratamento é composta de 75% de cal. Rizzo Os processos de dessulfuração do ferro-gusa após a transferência do ferro-gusa líquido do carro-torpedo para a panela podem ser realizados de formas distintas: . Um processo de dessulfuração por agitação na panela que vem sendo rentroduzido nos últimos anos é denominado de KR (Kambara Reactor). quando deixou de ser competitivo devido. na maioria dos casos envolve misturas à base de cal e magnésio.MG. . A Figura 9. A granulometria dos componentes é: cal < 3 mm. através do uso de magnésio (Mg) e carbureto de cálcio (CaC2). bem como sistema de tomada de amostras e de temperatura. O impeller penetra 1. No processo KR a panela de ferro-gusa é colocada sobre um carro dotado de dispositivo de basculamento (para posterior remoção da escória oriunda do processo). Com o processo KR é possível reduzir o teor de enxofre de 300 para 30 ppm.4 mostram imagens do processo KR de uma usina siderúrgica. Se o tempo de tratamento no processo de dessulfuração no carro-torpedo é de cerca de 30 minutos. ou seja. É possível o aumento da taxa de dessulfuração. silos de estocagem. Um exemplo da composição da mistura dessulfurante empregada no processo KR é 90% de cal. Em empresas que introduzem o processo KR após utilizarem por algum tempo o processo de dessulfuração em carro-torpedo. para melhorar a eficiência do processo. Neste caso considera-se a utilização de uma mistura à base de CaO com adições de CaF2 e Al2O3. com uma queda máxima de temperatura de 50°C.. é realizada a limpeza de escória antes do tratamento. A dessulfuração KR tem apresentado maiores taxas de dessulfuração do que os processos por injeção. aiumina e fluorita < 1 mm. A unidade deve dispor de um sistema de movimentação vertical do agitador. com maior região de atuação do agente dessulfurante.M. sistema de transporte pneumático das amostras ao laboratório e sistema de despoeiramento.500 mm no banho (em média) e a borda livre remanescente depende da rotação imposta ao agitador e do desgaste do refratário da panela. devido ao fato da a cinética das reações ser favorecida no último caso. pesagem e adição da mistura dessulfurante. são necessários cerca de 12 minutos no processo KR. 5% de fluorita e 5% de borra de alumínio. uma melhor disponibilidade/operacionalidade dos carros-torpedo e uma melhor consistência dos resultados da dessulfuração. nos processos por injeção. o mesmo apresenta um melhor desempenho em relação aos seus custos operacionais. que proporciona uma maior homogeneização no banho metálico do que no carro-torpedo.3 e 10. é necessário o aumento da borda livre da panela de ferrogusa com tijolos refratários para permitir a dessulfuração sem redução da capacidade de armazenamentò e transporte de ferro-gusa líquido. e também à geometria da panela. caçamba intermediária móvel e carro do pote de escória para colocação do pote ao alcance da ponte rolante de ferro-gusa. . O melhor desempenho deste processo é atribuído ao maior contato que a agitação mecânica proporciona entre a mistura dessulfurante e o metal líquido. sistema de remoção de escória dotado de {skimmer). Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 65 Segundo dados mais recentes das empresas que implantaram processo KR. Esta melhor taxa de dessulfuração é atribuída a forte agitação do processo. As Figuras 10. maior redução do teor de enxofre e maior homogeneidade desta redução ao longo da carga metálica líquida.E. Em algumas unidades.S. proporcionando um menor consumo de agente dessulfurante e uma menor % Fe total na escória. 4 .O agitador mecânico (mpeller) com um revestimento refratário novo.66 Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço E.S.3 .M. . Rizzo Figura 9.Representação esquemática de uma unidade de dessulfuração pelo processo KR. Figura 9. Algumas das etapas do tratamento de dessulfuração no processo KR: a) posicionamento da panela de ferro-gusa líquido.5 . . Rizzo Introdução aos Processos de Preparação de Matérias-Primas para o Refino do Aço 67 Figura 9. b) imersão do agitador mecânico (impeller).M.E.S. remoção de escória com skimmer (foto cedida pela Gerdau-Açominas). 470p.. R. EAF Technology . Álbum de fotografias dos tipos de sucatas compradas pela CST. M. 1966. TURKDOGAN. ABM. Salvador.F.E. A.22. BOOM. Refino e Solidificação dos Metais.M. The Making. Prentice Hall International. 2000. H. BRUMANA.2.A. 9. McGANNON. 1993. BOYNTON. GARCIA. PETERS. 1997. n.G.G.A. BARÃO. The Institute of Materials. A. G.100-104. John Wiley & Sons. New York. Jan. W. 2004. 1982. L. ARAÚJO. A. C. Editora Arte e Ciência.State of the Art and its Future Evolution. ADAMS. XXXII Seminário de Fusão. D. 17 a 19 Maio. p. J.R. Apostila de curso.Vol 1 . B. E. Seminar papers.Classificação. Fundamentais of Steelmaking Metallurgy. 1996. 1995. LORENZONI. 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