Fabricação de Aço Liquido

Prévia do material em texto

A
Aspectos Gerais na Fabricação de 
Aço Líquido em Conversores LD
2ª Parte (2/2)
Antonio Malynowskyj
SOPRO NO CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
CONVERSOR LD
Reações no conversor
Oxigênio
Emulsão gás-
escória-metal
Escória
Metal
FeO(escória) + CO(g) = Fe(metal) + CO2(g)
2 Fe(metal) + O2(g) = 2 FeO(escória)
Sub-Lança (temperatura e teor de 
carbono)
2 C(metal) + O2(g) = 2 CO(g)
Reações Químicas 
O metal líquido carregado é refinado por meio das rápidas reações de oxidação que 
ocorrem durante o contato com o jato de oxigênio, condições estas favoráveis 
termodinamicamente para o deslocamento para a direita do equilíbrio das seguintes 
reações: 
C + ½ O2 → CO 
O CO é parcialmente oxidado para CO2, numa reação chamada de pós-combustão, e 
que ocorre acima do metal fundido. Estes produtos da reação gasosa são retirados 
através da cúpula de exaustão. A razão entre CO2/(CO+CO2) é chamada razão pós-
combustão (PCR).
Outras importantes reações de oxidação que ocorrem durante o refino incluem:
Si + O2 → SiO2
2P + (5/2)O2 → P2O5
Mn + ½O2 → MnO 
Fe + ½O2 → FeO 
2Fe + (3/2)O2 → Fe2O3
Estes óxidos se combinam com os outros óxidos carregados (provenientes dos 
escorificantes como a cal e a cal dolomítica) formando uma escória líquida, que, por 
diferença de densidade, flutua sobre o banho metálico. 
S
O
P
R
O
 N
O
 C
O
N
V
E
R
S
O
R
 L
D
Interação do jato com o banho metálico
•O impacto do jato transfere energia cinética para o banho causando uma 
depressão.
•Mais próximo do banho: “SOPRO DURO”
•Mais distante do banho: “SOPRO MACIO”
Penetração de eCoeficient
oL
L

Interação do jato com o banho metálico
L L EXP
h
L
ho
ho
 
 





0 78.
L L EXP
h
L
ho
ho
 
 





0 78.
L
Q
D
ho
EQUIV
 












63
2
3
.
D
n dc
k
EQUIV . 

L
Q k
n dc
ho  














63
2
3
k   173 0 020 0 0044 2, , ,   
L
Lo
L = penetração do jato(mm);
h = distância lança-banho(mm);
Q = vazão de oxigênio( Nm3/h);
n = nº de furos da lança;
dc = diâmetro crítico(mm) -p. ex.: 46 mm
k = fator função do ângulo de saída;
 = ângulo do furo da lança com a 
vertical(graus); 17,5º
Lo = altura inicial da banho(mm).
S
O
P
R
O
 N
O
 C
O
N
V
E
R
S
O
R
 L
D
Formação de escória com a 
CAL
 O 2CaO.SiO2 (ortosilicato de cálcio) tem elevado ponto de
fusão (2.200°C)
FeO (sinter, min. 
De Fe, ou 
oxidação do 
banho)
n O FeO abaixa o ponto de fusão, tornando a escória
mais fluída.
Formação e Constituição da Escória 
A escória contém óxidos oriundos das reações de oxidação (SiO2, P2O5, 
FeO e MnO), fundentes adicionados (CaO, MgO) e de óxidos provenientes 
do desgaste dos refratários (MgO). Sua evolução durante a insuflação do 
oxigênio é a seguinte: 
Caminho da composição da escória durante o sopro:
1-2: Escória ácida formada pela oxidação do Si e Fe (Mn). A cal está parcialmente dissolvida. A 
temperatura é baixa, de forma que parte do fósforo está oxidada.
2-3: A cal progressivamente vai se dissolvendo, enriquecendo a escória líquida em CaO e reduzindo 
o teor de FeO por causa da diluição e também pela redução que ocorre durante a etapa de 
descarburação (em particular, quando a lança estiver muito baixa - sopro duro). A escória é 
heterogênea e não reativa com relação ao fósforo.
3-4: Escória reativa, adequada para a desfosforação final.
REAÇÕES DE REFINO NO SOPRO LD
S
O
P
R
O
 N
O
 C
O
N
V
E
R
S
O
R
 L
D
A DESCARBURAÇÃO........
2[C] + {O2} ---- 2 {CO} + ENERGIA 
Curva Real de Descarburação
Momento da Medição da 
Sublança
Dessiliciação
Descarburação 
MÁXIMA !
Oxidação do Ferro Líquido
A projeção que 
ocorre, durante 
a etapa de 
descarburação 
máxima no 
conversor LD
Por causa disto é que os conversores 
tem 90% de vazios........
SIMULAÇÃO ANSI/CFX SOPRO NO CONVERSOR LD
IMPORTÂNCIA DA RENOVAÇÃO DA INTERFACE METAL-
ESCÓRIA: aumenta a cinética da reação
é normal...........
ORIGEM DO CALOR NO PROCESSO LD
 Reações de oxidação exotérmica: 40%
 Calor sensível do gusa: 60%
Geralmente há um “overheat” no processo 
permitindo a adição de sucata no 
conversor
SUCATA + GUSA + O2 
AÇO LÍQUIDO + CALOR
Composição típica de fim de sopro
 C: 0,02 a 0,04% ou 200 a 400 ppm
 Si: 0%
 Mn: 0,10 a 0,15%
 P, S: 0,015% ou 150 ppm
RECEITA PARA FAZER AÇO:
RECEITA PARA FAZER AÇO:
REFRIGERANTES : Ajuste fino 
do Balanço Térmico
Minério de Ferro
 Aumenta o “input” de Fe
 Ganga: SiO2, Al2O3, MgO e P2O5, necessitando
de cal para “neutralizar”
 Granulometria muito fina, arraste para O.G.
 Muita umidade acarreta engaiolamento nos silos
 Substituto ideal para o Min. de Fe = SINTER
OUTROS REFRIGERANTES
 Calcário (CaCO3) : aumenta cascão de boca no conversor
 Dolomito crú (MgCO3)
 Sucata B
 Escória bitolada de LD
 Briquetes de resíduos de lama de aciaria
 Cal (em emergências)
 Ferro esponja (pré reduzido, + usado em FEA)
 Minério de Manganês (aumenta o Mn de Fim de Sopro, 
economia de ferroligas, aprox. R$ 12 milhões/ano)
TABELA DE S.T.E. (Sucata Térmica 
Equivalente)
Material kcal (TFS = 1900K) S.T.E. ºC/t 
Sucata Leve 
Sucata Pesada 
313 1,0 23,0 
FoFo 155 0,5 11,5 
Min.Fe 1172 3,7 85,1 
Min.Mn 1094 3,5 80,5 
Sinter 883 2,8 64,4 
Calcário 746 2,4 55,2 
Dol. Crú 710 2,3 52,9 
Cal 368 1,2 27,6 
Dol. Calc. 398 1,3 29,9 
Esc. Bitol. 519 1,7 39,1 
Carepa 889 2,8 64,4 
Fluorita 536 1,7 39,1 
 
FUNDENTES  Missão : formar escória, 
neutralizar a sílica, abaixar o ponto de 
fusão da escória,proteger o 
refratário................
 Cal------------ neutralizar a SiO2, formar a escória
 Dolomita Calcinada---- proteger o refratário
 Fluorita ------ abaixar o P.F. da escória (> fluidez)
DISPOSIÇÃO DOS SILOS DE ESCORIFICANTES 
NOS CONVERSORES
Produção da CAL
CaCO3 + CALOR CaO + CO2
CAL
Propriedades Básicas
 Teor de CaO: 90 a 95%
 Teor de SiO2: o menor possível. 
Padrão: 1%
 Controle de Reatividade: Ácido, Txt
 Granulomentria: entre 10 e 40mm
 Porosidade (método BET)
 Área Superficial: 2 a 3m2/g
 Resistência Mecânica
ÁREA DE ACIARIAÁREA DE ACIARIA
CONVERSORES E REFINO SECUNDÁRIOCONVERSORES E REFINO SECUNDÁRIO
CalCal
Fabricada a partir do calcário (CaCO3),
calcinando este em fornos rotativos na aciaria.
A reação de calcinação é a seguinte:
CaCO3 ---> calor ----> CaO + CO2
Tem a função de neutralizar os óxidos ácidos
formados no sopro de oxigênio e manter um
caráter básico da escória, a fim de otimizar as
reações de refino (desfosforação).
Tem consumo variando entre 25 a 35 kg/t de
aço.
É basicamente constituída de CaO, com
traços de SiO2, MgO e S.
A boa cal tem baixa densidade, alta
reatividade e baixa perda por calcinação
(CO2 + H2O).
Características
Densidade: 1,5 a 1,6 g/cm3
CaO: 92 a 96 %
SiO2: 0,5 a 2,0 %
MgO: 1 a 3 %
S: 0,05 a 0,12 %
P.P.C.: 1 a 5 %
Granulometria: 10 a 40 mm
max 10% < 10 mm
ÁREA DE ACIARIAÁREA DE ACIARIA
CONVERSORES E REFINO SECUNDÁRIOCONVERSORES E REFINO SECUNDÁRIO
DolomitoDolomito
Usado para saturação da escória de refino em
MgO, a fim de não saturá-la com o tijolo
refratário (MgC).
Favorece a dissolução da cal.
É obtido através da calcinação de calcários
dolomíticos em fornaos rotativos na aciaria.
Possuem altos teores de CaO.
Na aciaria, substitue parte do uso da cal.
Deve ser adicionado logo no início do sopropara que seja absorvido pela escória o mais
rápido possível,
Tem consumo entre 18 e 22 kg/ton de aço
produzido.
A escória do conversor deve ter entre 7 a 10
% de MgO, contido.
Características
Densidade: 1,5 a 1,6 g/cm3
MgO: 30 e 40 %
CaO: 50 e 60 %
Fe2O3: 2 a 4 %
SiO2: <= 2 %
P.P.C.: 3 a 6 %
Granulometria: 10 a 40 mm
max 10% < 10 mm
MODELO DE ADIÇÃO DE ESCORIFICANTES DURANTE O SOPRO LD
ÁREA DE ACIARIAÁREA DE ACIARIA
CONVERSORES E REFINO SECUNDÁRIOCONVERSORES E REFINO SECUNDÁRIO
FluoritaFluorita
Importante fundente que tem por finalidade
diminuir a temperatura de fusão das escórias
em equilíbrio com CaO.2SiO2, uma vez que
ela impede a formação deste silicato.
Reduz a viscosidade das escória em função
desta diminuição das temperaturas de fusão.
Cristaliza-se no sistema cúbico e funde a
1330°C.
Seu consumo em aciarias a oxigênio varia de
2 a 4,5 kg /ton de aço.
As reservas nacionais são muito pequenas o
que obriga a importação.
Tem suas principais reservas em Santa
Catarina, Urussanga. A fluorita é explorada
por meio de poços e submetida a um processo
de lavagem e separação.
Características
Densidade: 3 a 3,6 g/cm3
CaF2: 86 a 92 %
SiO2: 5 % max.
BaSO4: 2% max.
S: 0,3 % max.
Granulometria: 5 a 20 mm.
OXIGÊNIO
 Quantidade típica: 50Nm3/t
 P. ex.: conversor CST, 330t, 330 x 50 = 16.500 Nm3
 Influência da Qualidade do Oxigênio de Sopro 
no Produto:
 99,2% O2 Nitrogênio de Fim de Sopro = 50 ppm
 99,7% O2 NFS = 18ppm
 Pureza do Oxigênio de Sopro: 99,7%
 Impurezas do Oxigênio de Sopro : 0,30% = 
3000 ppm
 Condição Normal:
 Argônio + Gases Raros: 2900 ppm
 Nitrogênio: 100 ppm (para capacitar a Usina, na 
fabricação de aços Interstitial Free – IF)
OXIGÊNIO
Medição e Amostragem: 
Sublança e Controle Dinâmico; 
falaremos adiante......
Meios de Transferência da Escória 
do Conversor para a Panela:
Momentos da passagem da escória
(1) - Início de Vazamento 
Vazamento
Momentos da passagem da escória
Meios de Transferência da Escória 
do Conversor para a Panela:
(2) - Arraste pelo vórtex formado durante o Vazamento
Momentos da passagem da escória
(3) - Final de Vazamento
Meios de Transferência da Escória 
do Conversor para a Panela:
FIM DE SOPRO - VAZAMENTO DA CORRIDA
(metalurgia de panela no conversor)
FIM DE SOPRO - VAZAMENTO DA CORRIDA (metalurgia 
de panela no conversor)
Processos e Técnicas de Retenção de Escória Conhecidos
Retenção de escória
II - Processos baseados na Retenção através de Sólidos 
Refratários Flutuantes 
 Utilização de Retentor Refratário Esférico (Slagball)
Corpo 
refratário 
esférico 
(slagball)
Densidade intermediária metal / escória ~ 4,9 / 5,5 g / cm³
Processos e Técnicas de Retenção de Escória Conhecidos
Retenção de escória
Corpo refratário 
tipo dardo
 Utilização de Retentor Refratário tipo Dardo
 Utilização de Retentor Refratário Esférico (Slagball)
II - Processos baseados na Retenção através de Sólidos 
Refratários Flutuantes 
Camera Infravermelha
Interface do operador
Transição Escória-Aco
Verde, aço e Vermelho, escória
Verde, aco e Vermelho, 
escoria
SlagView System Schematic
1st Helper, LLC
Opti-Tap
FIM DE SOPRO - VAZAMENTO DA CORRIDA (metalurgia 
de panela no conversor)
Composição típica de fim de sopro
 C: 0,02 a 0,04%
 Si: 0%
 Mn: 0,10 a 0,15%
 P, S: 0,015%
 Oxigênio dissolvido: 400 a 1000ppm
FERROLIGAS 
e ALUMÍNIO
= AÇO FINAL
(PRODUTO)
Como calcular a ferroliga
necessária?
Dados iniciais:
Aço Líquido = 100t
Si objetivado = 0,4%
Si inicial = 0%
Liga = FeSi-75
Teor de Si na liga = 75%
Rendimento do Si = 80%
Vazamento de Aço Líquido do Conversor 
para a Panela de Aço slagstop
Borbulhamento de Argonio em Panela de Aço 
durante o Vazamento do Conversor LD 
Acoplamento automatico para panelas
Alguns processos de Metalurgia 
Secundária em Aciaria LD
Metalurgia secundária
REFRATÁRIOS
 Padrão de revestimento: MgO-C
 Características elevadas de resistência aos choques
térmicos, mecânicos e ataque químico por escória
 Maior teor de C no tijolo, maior condutividade
térmica, e maior expansão do tijolo.
 Menor teor de C no tijolo, maior resistência
mecânica ao impacto de sucata.
 Limite de C: até 20%
PERFIL CONVERSOR COM PROTEÇÃO DOS 
MUNHÕES E CONE INFERIOR
Refratários de Magnesia
Reparo de escória, ou 
slag coating, ou banho de escória
 Filosofia 1: em toda corrida, repara-se o 
refratário da próxima corrida; é uma atividade 
artesanal e depende da fluidez da escória; é 
preciso que a escória seja analisada a cada 
corrida.
 Filosofia 2: Não importa o recorde de no de 
corrida e sim o menor custo!
 Custo do revestimento do conversor: 
~ $ 1 milhão
22/02/2006 08/01/2007 7732
14/06/2006 11/03/2007 6595
05/04/2008 13/10/2008 5229
Melhor resultado LD5
Melhor resultado LD6
Melhor resultado LD7
MgO Saturation (slags at end of blow):
%MgO(sat) = 8.5 + 0.006(T-1650) + 0.25(%Fe) - 2(%CaO / 
(%SiO2 + %P2O5))
where T is the temperature in °C. 
Efeito do teor de MgO sobre a Desfosforação
O ‘SLAG SPLASHING’
1. TODA A ESCÓRIA RESTANTE É RETIDA 
DENTRO DO VASO 
2. É FEITA UMA AVALIAÇÃO DA 
‘VISCOSIDADE’ DA ESCÓRIA
3. APÓS AVALIAÇÃO DO 
INSPETOR/SOPRADOR DETERMINA-SE 
A ALTURA ADEQUADA DA LANÇA E A 
ADIÇÃO OU NÃO DE DOLOMITA
4. TROCA-SE A LANÇA DE O2 PARA N2
(OPCIONAL)
5. INICIA-SE O SOPRO DA ESCÓRIA COM 
NITROGÊNIO E A ADIÇÃO DE 
DOLOMITA SE NECESSÁRIA 
6. DURANTE O SOPRO ( 03 MINUTOS ) 
PODE-SE VARIAR ALTURA DA LANÇA 
PARA ATINGIR DIVERSAS REGIÕES DO 
VASO
7. MUDA-SE PARA O2 OU TROCA-SE A 
LANÇA 
8. A TODA A OPERAÇÃO CONSOME ~ 6-7 
min
Problemas ocorridos nos primeiros 
projetos de revestimento com MgO-C
 Empenamento da carcaça do conversor; necessidade de
refrigeração do cone.
 Tcarcaça = 500°C
 Custo de uma carcaça de conversor: $2 milhões
Alguns problemas operacionais típicos 
na operação do conversor LD
 Projeção:
“Veneno” para a produtividade. Acaba com a carcaça do 
conversor, pois acarreta formação de cascão.
 Lança de oxigênio:
Nº limite: 150 a 200 corridas. Se ultrapassar este valor, 
pode-se perder o controle do processo; é uma decisão 
administrativa, pois cascão de lança também é função da 
relação Mn/Si do gusa
Projeção durante o sopro LD
DISPOSIÇÃO DAS LANÇAS DE 
OXIGÊNIO NO CONVERSOR
DISPOSIÇÃO DAS LANÇAS DE 
OXIGÊNIO NO CONVERSOR
DISPOSIÇÃO DAS LANÇAS DE 
OXIGÊNIO NO CONVERSOR
DISPOSIÇÃO DAS LANÇAS DE 
OXIGÊNIO NO CONVERSOR
Bocal de Lança de Oxigênio
 Objetivo: injetar a máxima vazão de oxigênio sem 
alterações operacionais como
 projeções de metal/escória para fora do conversor,
 desgaste acentuado do revestimento, 
 baixo rendimento metálico, 
 baixa eficiência energética.
 Corpo da lança: 3 tubos concêntricos (fluxo de 
oxigênio e água de refrigeração)
 Bico: 
 Material: cobre eletrolítico de alta condutividade 
térmica
 Projeto: 3 furos com seção convergente/divergente 
para obter jato supersônico.
Desgaste do bocal 
Refrigeração do Bocal de Lança
Hoje usa-se a sublança !
Seqüência de operação
Carregamento
de sucata
Carregamento
de gusa líquido
Sopro Vazamento
do aço
Vazamento
da escória
Charge – to – Tap (25~35 min)
~3min ~2 min ~12 min ~6 min ~2 min
Controle de sopro
Amostragem
%C e 
Temperatura.
Sopro &
Controle por 
Sub-lança
Ressopro
Amostragem manual Sub-lança
Esquema de amostragem no final de 
sopro
Amostragem: 
ACIDENTES 
GRAVES, por 
respingo de aço, 
devido a sucata não 
fundida no final de 
sopro, ou queda de 
cascão no interior 
do vaso.
Sublança
 Função: medir a temperatura e o teor de carbono durante o sopro
 Objetivo: atingir, ao final do sopro, as faixas de temperatura e 
teor de carbono objetivadas, sem necessidade de resopro
 Resultado: menor tempo de corrida (maior produtividade)
Esquema de uma sublança
Amostrador da sublança
Alguns problemas operacionais típicos 
na operaçãodo conversor LD (continuação)
 Velocidade de 
carregamento: se for 
muito rápido: 
POLUIÇÃO, pois 
sobrecarrega a 
capacidade de 
exaustão dos fumos 
para o 
despoeiramento 
secundário.
Alguns problemas operacionais típicos 
na operação do conversor LD (continuação)
 Zona de impacto de carregamento (da sucata 
e da carga líquida): dever ser lento para 
amenizar as injúrias sobre o refratário LD
 Sucata molhada: secá-la no conversor antes 
de enfornar o gusa líquido, senão: 
EXPLOSÃO
Alguns problemas operacionais típicos 
na operação do conversor LD (continuação)
 Resto de escória da corrida anterior: nunca 
enfornar gusa com escória de corrida anterior 
no conversor, senão: EXPLOSÃO!
 Balanças de Aciaria: devem ser auditadas e 
qualificadas pelo INMETRO. Idem para os 
termopares e CELOX.
Alguns problemas operacionais típicos 
na operação do conversor LD (final?)
 Distância lança-banho: Medição da distância 
lança-banho e lança-fundo a cada 20 corridas.
 Amostragem: ACIDENTES GRAVES, por 
respingo de aço, devido a sucata não fundida 
no final de sopro, ou queda de cascão no 
interior do vaso.
C
o
n
c
e
it
o
 d
a
 s
u
b
la
n
ç
a
 e
m
 
c
o
n
v
e
rs
o
r 
L
D
.
BOF Dynamic Process 
Control with Sublance
• Calculation of Decarburization Rate
• Calculation of Steel & Slag Analysis
• Determination of Corrections
• BlowEnd Determination
Process Computer
off gas analysis
data 
actual process
data 
Controle Dinâmico baseado em análise dos 
gases de saída.
Esquema de sopro
 Deve ser o mais simples possível em função 
do grau de automação existente.
 H1, H2, H3, H4 ,......
Display do Esquema de Sopro.
REFORÇANDO O FLUXO DA 
ACIARIA
Limpeza da boca do conversor
Limpeza da boca do conversor
Remoção de escória da panela de gusa
Carregamento de sucata
Carregamento de gusa
Carregamento de gusa
Carregamento de 
Gusa
Sopro de Oxigênio
Vazamento
do aço
Basculamento para vazamento de escória
Vazamento de escória
Retorno após vazamento de escória
Transporte da panela de aço para o lingotamento
Padrões Operacionais do LD
O2 Lime Flourspar Ore
20%
50%
100%
30%100%
0%
Stirring
Blown O2
Ar
Lance height
Blown O2
O2 flow
ACIARIA LD - Sistema de Limpeza de Gases
Gasômetro
da AciariaResfriamento
do Gás
Exaustor
Chaminé
para queima 
do CO
Scrubber
Recuperador de 
Energia
Resfriador
Tratamento 
de Lama
Dezincagem Secador Filtro Prensa
/Vácuo
Conversor LD
Coifa do LD
Estação de
Briquetagem
For the waste gas cooling plants, also called cooling stacks, 
there are three different cooling
systems:
- evaporation cooling
- pressurized water cooling (closed circuit)
- water cooling in an open circuit
Sistema de limpeza de gases no 
conversor por precipitador 
eletrostático.
precip
BOA SORTE!
Agora , Prova de Conteúdo – Nota mínima = 7,0
Tel: (11) 5534-4333
Rua Antonio Comparato, 218
Campo Belo - São Paulo/SP
www.facebook.com/AbmBrasil
twitter.com/abm_brasil
www.abmbrasil.com.br