Os Processos de Refino Primário dos Aços nos Conversores.pdf

7/27/2019 Os Processos de Refino Primário dos Aços nos Conversores.pdf

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Sumário

1. Introdução 2

2. Conversor Bessemer 3

3. Conversor Thomas 4

4. Conversor LD (Linz Donawitz) 5

4.1 Ciclo de Operação de um Conversor LD 5

5. Vantagens e Desvantagens dos Conversores Bessemer, 10

Thomas & Linz Donawitz

6. Fornos Elétricos a Arco 10

6.1 Ciclo de Operação de um Forno Elétrico a Arco 10

7. Dados Gerais 14



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1. Introdução

A composição do ferro-gusa apresenta cerca de 4% de carbono e 0,4% de fósforo que

impossibilita sua conformação mecânica. Para converter ou transformar o ferro-gusa

em aço é necessário à redução dos teores de carbono, fosforo e silício. Assim se tornanecessário que ele passe por um processo de oxidação (combinação do ferro e das

impurezas com o oxigênio) até que a concentração de carbono e das impurezas se

reduza a valores desejados.

A ideia apresentada, simultaneamente, por um inglês, Henry Bessemer, e por um

americano, William Kelly, em 1847, foi injetar ar sob pressão em um forno a fim de que

ele atravessasse o gusa e favorecesse as reações de oxidação. Esse processo permitiu a

produção de aço em grandes quantidades.

Os fornos que usam esse princípio, ou seja, a injeção de ar ou oxigênio diretamente no

gusa líquido, são chamados “conversores” e são de vários tipos.

Os mais conhecidos são:

Conversor Bessemer

Conversor Thomas

Conversor LD (Linz Donawitz)



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2. Conversor Bessemer

É constituído por uma carcaça de chapas de aço, soldadas e rebitadas. Essa carcaça é

revestida, internamente, com uma grossa camada de material refratário, isto é, resiste

a altas temperaturas. Seu fundo é substituível e cheio de orifícios por onde entra o arsob pressão. O grande diferencial desse forno é seu formato semelhante a uma pera

que permite seu basculamento. Quer dizer, ele é montado sobre eixos que permitem

colocá-lo na posição horizontal, para a carga do gusa e descarga do aço, e na posição

vertical para a produção do aço.

Para o carregamento o forno é levado à posição quase horizontal. Carrega-se

imediatamente sucata, casca de óxido e até minério quando desejado ou necessário,

em seguida adiciona-se o gusa líquido.

Nesta posição se inicia o sopro de ar ou oxigênio pela parte inferior do forno enquanto

o conversor é lentamente reconduzido a posição vertical, na qual permanece até que a

reação de oxidação se complete.



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Este forno não precisa de combustível. A alta temperatura é alcançada e mantida,

devido às reações químicas que acontecem quando o oxigênio do ar injetado entra em

contato com o carbono do gusa líquido. Nesse processo, há a combinação do oxigênio

com o ferro, formando o óxido de ferro (FeO) que, por sua vez, se combina com osilício (Si), o manganês (Mn) e o carbono (C), eliminando as impurezas sob a forma de

escória e gás carbônico. Esse ciclo tem uma duração média de 20 minutos.

3. Conversor Thomas

Bastante semelhante ao Bessemer ele também é basculante, também processa gusa

líquido e também usa ar nesse processo. A diferença está no revestimento refratário

desse conversor, que é feito com um material chamado dolomita, que resiste ao

ataque da escória à base de cal e, por isso, esse material permite trabalhar com um

gusa com alto teor de fósforo.

As reações químicas que acontecem dentro desse conversor são as mesmas que

acontecem no conversor Bessemer, ou seja, oxidação das impurezas, combustão do

carbono e oxidação do ferro. Esse processo, porém, tem duas desvantagens: não

elimina o enxofre do gusa e o revestimento interno do forno é atacado pelo silício.

Assim, o gusa deve ter baixo teor de silício.



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4. Conversor LD (Linz Donawitz)

4.1 Ciclo de Operação de um Conversor LD

O ciclo de operações de refino no LD envolve seis etapas:

Carregamento de carga sólida;

Carregamento do gusa líquido;

Sopro;

Medição de temperatura e retirada de amostras;

Vazamento;

Vazamento de escória.

Para o carregamento, o conversor é basculado para uma posição inclinada de cerca de

60o em relação a vertical. O carregamento da carga sólida (sucatas de aço e ferro; gusa

solido) é geralmente realizado através de recipientes adequados (calhas de sucata),

que são manuseados por pontes rolantes.



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A disposição na calha não é feita de maneira aleatória, mas por meio de um arranjo

que permita a presença de sucatas mais finas na borda da calha e sucatas mais

pesadas no fundo. Este procedimento visa proteger o revestimento do conversor,

amortecendo o impacto pela queda inicial de sucata mais fina.

Após o carregamento de sucata, o conversor é retornado à posição vertical e oscilado

em torno dela, para perfeito assentamento de carga; é então basculado novamente a

posição de carregamento para receber o gusa liquido. Este é vazado dos misturadores

ou carros torpedos em panelas especiais, com acentuado bico onde é pesado.

Após a medição de temperatura e amostragem, o gusa líquido é carregado no

conversor, através da ponte rolante de carregamento principal. A panela de gusa tem

um dispositivo que permite o seu basculamento pelo gancho auxiliar da ponte,

durante a operação de carregamento.

Terminado o carregamento do gusa líquido, o conversor é trazido novamente á

posição vertical, a lança de oxigênio é baixada e o sopro iniciado já durante a descida

da lança. Após alguns segundos, produz-se uma chama que caracteriza o início das

reações de refino.



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A duração do sopro depende basicamente da vazão específica de oxigênio, e a sua

interrupção pode ser realizada com base na avaliação visual da temperatura e teor de

carbono pelo soprador (operador que comanda o sopro), através da observação da

chama. A parada do sopro pode, também, ser feita baseada na indicação do volume de

oxigênio soprado, velocidade de descarburação, sublança e outros.

As adições de cal e fundentes são realizadas totalmente no início do sopro, ou

parceladamente durante seu transcurso. A altura de lança e vazão de oxigênio podem

permanecer constantes ou sofrer modificações durante o sopro, de acordo com opadrão de sopragem previamente definido.

As adições de minério de ferro ou carepa para controle da temperatura devem ser

realizadas na etapa final do sopro.

Caso o conversor não tenha o recurso tecnológico da sublança, assim que o sopro é

interrompido, este é basculhado para uma posição aproximadamente horizontal, a fim

de se medir a temperatura e retirar amostras de aço e escória.



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Se a composição química e a temperatura corresponderem ao especificado, o

conversor é basculhado no sentido contrário para vazamento da corrida na panela de

aço.

Se a temperatura estiver abaixo do previsto e/ou o teor de carbono acima do

especificado, o conversor retorna á posição vertical, a lança é baixada e a corrida

ressoprada, fazendo-se as necessárias adições. No caso da temperatura estar acima do

previsto, à corrida pode ser resfriada no conversor, com adição de minério de ferro,

calcário, ou ainda aparas de sucata, neste caso, através de uma calha especial.

O processo LD é oxidante, portanto o aço a ser vazado precisa ser desoxidado. Isto é

feito durante o vazamento do conversor para a panela de aço, normalmente, por meio

de alumínio e/ou silício, que são jogados diretamente no jato de aço através de calhas

direcionais. Durante o vazamento são adicionadas, ainda, as ferro ligas, que irão

conferir ao aço certas características desejadas. Esse material, na granulometria

adequada, é adicionado através da mesma calha direcional mencionada. O tempo de

vazamento deve estar dentro de uma faixa adequada, para minimizar a passagem de

escória para panela, evitar uma oxidação excessiva do metal pelo ar, bem como perdas

elevadas de temperatura, de forma a permitir uma produtividade adequada. Para



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minimizara passagem de escória do conversor para a panela de aço, utilizam-se

dispositivos de retenção de escória que previnem eficazmente esta transferência de

escória indesejada para panela.

Após o vazamento, o conversor é basculhado completamente para o lado de

carregamento, e a escória é vazada no pote de escória, pela sua boca, e ele volta á

posição inicial de carregamento, reiniciando o ciclo.



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A panela de aço, após medição de temperatura, é encaminhada para as operações de

metalurgia secundária, ou diretamente para o lingotamento contínuo.

5. Vantagens e Desvantagens dos Conversores Bessemer,Thomas & Linz Donawitz

O uso de conversores tem uma série de vantagens: alta capacidade de produção,

dimensões relativamente pequenas, simplicidade de operação e o fato de as altas

temperaturas não serem geradas pela queima de combustível, mas pelo calor que se

desprende no processo de oxidação dos elementos que constituem a carga de gusa

líquido.

Por outro lado, as desvantagens são: impossibilidade de trabalhar com sucata, perda

de metal por queima, dificuldade de controlar o processo com respeito à quantidade

de carbono, presença de considerável quantidade de óxido de ferro e de gases, que

devem ser removidos durante o vazamento.

6. Fornos Elétricos a Arco

Os processos de elaboração que utilizam a eletricidade como principal fonte deenergia necessária para fundir e refinar o aço apresentam a vantagem de utilizarem

uma elevada quantidade de sucata, que em alguns casos pode chegar até 100% da

matéria-prima metálica, contribuindo assim decisivamente para a reciclagem desta

sucata, que do contrario exigiriam grandes depósitos para seu armazenamento. Além

disso, reduzem a exploração de minério de ferro, carvão mineral ou vegetal e outras

matérias-primas, bem como diminuem a necessidade de construção dos

equipamentos da área de redução que sem duvida são potenciais poluidores do meio-

ambiente.

6.1 Ciclo de Operação de um Forno Elétrico a Arco

A elaboração dos aços nos fornos a arco compreende normalmente as seguintes

etapas de processo:

Carregamento da carga metálica e dos fundentes;

Fusão;



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Refino;

Retirada da escória e amostragem;

Vazamento.

Antes de efetuar o carregamento da sucata, é necessário proceder-se uma inspeção do

estado das paredes, soleira e abóbada. Quando necessário, deve ser feita à reparação

com dolomita ou magnésia sinterizada.

Inicia-se então o carregamento dos fundentes: a cal, em seguida a “carepa” de

laminação ou minério quando necessário.

Em seguida deve ser feito o carregamento. A sucata leve fica por baixo para amortecer

a queda do restante do material, em seguida é colocada a sucata mais pesada efinalmente conclui-se o carregamento com sucata leve para facilitar a formação do

arco voltaico.

A sucata mais pesada deverá ficar diretamente debaixo dos eletrodos, para fundir mais

rapidamente e evitar que durante a fusão, caiam de encontro com os mesmos,

partindo-os.



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Efetuado o carregamento e recolocada a abóbada, fecham-se às portas do forno e

baixam-se os eletrodos, ligando-se o arco. Gradualmente, os eletrodos vão descendo

até quase tocar a soleira, onde, pouco a pouco, vai se formando uma poça do metal

líquido. É essencial que essa se forme antes dos eletrodos atingirem a soleira, a fim de

protegê-la contra perfuração.

Depois de completada a fusão retira-se uma amostra para análise, para verificar a

composição e ajustar a temperatura e o refino, fases que tem o objetivo de eliminar os

elementos indesejados e adicionar os elementos de liga necessários para a produçãodo aço desejado.

Após isso a escória é retirada.



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E em seguida é realizado o vazamento do aço.



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7. Dados Gerais

Tipo de Forno Combustivel Tipo de Carga Capacidade de carga Vantagens Desvantagens

Conversor Bessemer Injeção de arcomprimido.

Gusa liquido. 10 a 40 ton Ciclo curto deprocessamento (10 a20 minutos).

Impossibilidade decontrole do teor decarbono.

Elevado teor de oxidode ferro e nitrogeniono aço.

Gera poeiracomposta de oxido deferro, gases e escória.

Conversor Thomas Injeção de arcomprimido.

Gusa liquido, cal. Em torno de 50 ton Alta capacidade deprodução.

Permite usar gusacom alto teor defosforo.

O gusa deve ter baixoteor de silicio e

enxofre.

Elevado teor de oxidode ferroe nitrogenio no aço.

Gera poeiracomposta de oxido deferro, gases e escoria.

Conversor LD Injeção de oxigeniopuro sob alta pressão.

Gusa liquido, cal. 100 ton Minimacontaminação pornitrogenio.

Gera poeiracomposta de oxido deferro, gases e escoria.

Forno a arco elétrico Calor gerado por arcoeletrico.

Sucata de aço + gusa,minério de ferro, cal.

40 a 70 ton Temperaturas maisaltas.

Rigoroso controle dacomposição quimica.

Bom aproveitamentotermico.

Pequena capacidadedos fornos.

Custo operacional

Forno de indução Calor gerado porcorrente induzidadentro da propriacarga.

Sucata de aço. Em torno de 8 ton Fusao rápida.

Exclusao de gases.

Alta eficiencia

Pequena capacidadedos fornos.

Custo operacional.

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