Aciaria LD CHRIS

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Vazamento
da escória
Sopro
Siderurgia II – Módulo 3
 1856: Henry Bessemer propõe o uso de oxigênio (ar) para 
remoção do carbono do ferro gusa (tempo corrida = 8hs)
 1920: preço do oxigênio – US$ 720/t
 1930: Alemanha – uso de oxigênio no enriquecimento do ar 
para altos-fornos
 1948: conversor piloto de 2,5 t
 1950: primeiro conversor industrial (35 t) – Linz e Donawitz
 1957: primeiro conversor no Brasil (Belgo – Monlevade)
 1963: Mannesman e Usiminas
 1965: Cosipa
 2009: Mundo: 780 milhões t (65% produção) / Brasil: 23 milhões t 
(74% produção)
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Cubatão
Usiminas
1990
Siderurgia II – Módulo 3
PROCESSOS ATUAIS DE FABRICAÇÃO DO AÇO
PREPARAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS
. PELOTIZAÇÃO
. SINTERIZAÇÃO
. COQUERIA
. CARVOEJAMENTO
REDUÇÃO
. ALTO-FORNO
. COREX
. REDUÇÃO DIRETA
ACIARIA
. CONVERSORES A OXIGÊNIO
. FORNO ELÉTRICO
REFINO DO AÇO
LINGOTAMENTO
. CONVENCIONAL
. CONTÍNUO
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Usina Integrada
Usina Semi-Integrada
Fluxo de produção da ArcelorMittal – João Monlevade
Siderurgia II – Módulo 3
• Ala de Convertedores
– Fornos & sistema de limpeza de gases
– Lanças
– Silos de cal e fundentes
• Ala de Carregamento
– Recebimento/pesagem de gusa e sucata
– Misturadores de gusa
– Plataforma de operação
– Cabine de controle
• Ala de vazamento
– Preparação de panelas 
(montagem/reparo de refratários, 
montagem de válvulas gaveta)
– Sistema de pré-aquecimento de 
panelas
– Carro-panela
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Calha de carga
Panela de gusa
Exaustão de 
gases
Conversor
Lança de oxigênio
Sub-Lança de temperatura e 
carbono
Silo de adições
Panela de aço Pote de escória
Equipamentos
Ponte Rolante
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Sopro por baixo (Q-BOP)
Gás combustível como refrigerante
Oxigênio puro e escorificante em pó
Sopro combinado
Gas inerte (N2 ou Ar)
CO2
Oxigênio puro e escorificante em pó
Oxigênio puro
Sopro por cima
Oxigênio puro
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
CO CO2 N2 H2
68 8 12 12
Gás
100 Nm3/t
Composição (%)
CaO SiO2 MgO FeO
50 15 8 35
50 kg/t
Composição (%)
Escória
C Si Mn P S
0,04 0,01 0,15 0,01 0,007
Aço Líquido
1.000 kg
Composição (%)
Oxigênio
56 Nm
3
/t
Cal
80 kg/t
C Si Mn P S
4,2 0,4 0,3 0,01 0,007
Composição (%)
Gusa Líquido
750 kg/t
C Si Mn P S
0,05 0,03 0,05 0,03 0,009
Composição (%)
Sucata
340 kg/t
Gás Inerte (N 2 , Ar)
1,6 Nm3/t
Gusa líquido
Sucata
Cal
Oxigênio
Gás inerte (N2, argônio)
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
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)
Siderurgia II – Módulo 3
 Convetedor
◦ Refratários
 Óxidos básicos: CaO e MgO
 Consumo: 2 a 10 kg/t
 Projetos de revestimento:
 Balanceado: dimensões variadas
 Diferenciado: qualidade variável
 Misto: dimensões e qualidade variáveis
 Regiões de desgate critícas:
 Linha de escória: erosão
 Fundo: impacto da carga
 Prolongamento da vida do refratário
 Uso de projeção de massa para reparos a quente; 1 vez por turno
 Uso “slag splashing”: ao término de cada corrida
Siderurgia II – Módulo 3
Furo de vazamento
Cone superior
Região de vazamento
Região dos munhões
Região de impacto da carga
Cone inferior
Soleira (fundo)
Resto revestimento
Siderurgia II – Módulo 3
 Lança
◦ 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 supersonico.
Siderurgia II – Módulo 3
 Sub-Lança
◦ 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)
Siderurgia II – Módulo 3
 Carga Metálica
◦ Gusa líquido/sólido
◦ Sucata de aço/gusa
◦ Ferro esponja
 Fundentes
◦ Cal calcítica (CaO) ou dolomítica (CaO/MgO)
◦ Fluorita (CaF2)
◦ Minério de ferro
 Refrigerantes
◦ Minério de ferro
◦ Calcário
◦ Carepa
 Oxigênio
Siderurgia II – Módulo 3
 Gusa líquido
◦ Funções
 Fornecer energia para o processo (entalpia e reações de oxidação 
do C e Si)
 Fonte de metal primário (sem impurezas)
◦ Características de qualidade
 Temperatura: 1.300 a 1.400 C (constante)
 Composição química
C Si Mn P S
% 4,0 – 4,2 0,3 – 0,7 0,5 – 0,8 < 0,150 < 0,040
Obs. Com pré-tratamento de gusa 
%Si ~ 0,1
Siderurgia II – Módulo 3
 Gusa líquido
◦ % de gusa líquido na carga metálica depende
 Composição (%Si) – capacidade térmica e formação de escória
 Temperatura
 Qualidade do aço a ser produzido (elementos residuais)
 Qualidade da carga sólida (densidade e tamanho)
 Qualidade da cal
 Dimensões do conversor (efeito da perda térmica)
• Pequenos (~ 30 t): 85 – 90%
• Grandes (300 t): 70%
◦ % de gusa impacta diretamente no custo
 Alta %, custo mais alto
Carga metálica
Siderurgia II – Módulo 3
 Gusa líquido
◦ Importância do teor de silício
 Rendimento térmico processo AF/LD:
 Incorporação de 0,1% Si no AF = 25.000 kcal/t
 Oxidação de 0,1% Si no LD = 4.821 kcal/t
%3,19100x
000.25
821.4
térmico
Carga metálica
Siderurgia II – Módulo 3
 Gusa líquido: 
Efeito de se reduzir 0,1% no teor de Si do gusa
Alto-Forno LD
Consumo de carbono: -6,5 kg/t Rendimento metálico: +0,2%
Produtividade: +3,1% Número de corridas: +110
Consumo de cal: -6,3 kg/t
Consumo de dolomita: -2,9 kg/t
Conseqüência: é necessário reduzir a % Si no gusa antes do LD
Pré-tratamento do Gusa
Carga metálica
Siderurgia II – Módulo 3
Agente Dessiliconizador
Agente Desfosforante/Dessulfurante
Remoção 
de escóriaAlto-Forno
LD
Misturador 
de Gusa
Carro 
torpedo
Reciclagem de 
escória
Dessiliciação
Desfosforação
Dessulfuração
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
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Conversor LD
Sucata de aço
Gusa líquido
Fundente
Gases da reação
(CO / CO2)
Escória Líquida
Aço Líquido
O2
Siderurgia II – Módulo 3
 Sucata de aço
◦ Funções
 Fonte de ferro para o processo (%Fe>99%)
 Refrigerante para controle térmico
◦ Origem
 Geração interna (lingotamento/laminação)
 Externa (compras)
◦ Classificação
 Composição química: tipo de aço a ser produzido
 Dimensões: tempo necessário para fusão & desgaste do 
refratário
 Densidade: efeito na produtividade (úmero de cargas)
 Grau de contaminação: tipo de contaminante (Cu, Sn)
Carga metálica
Siderurgia II – Módulo 3
 Sucata de aço
◦ Classificação
 Primeira categoria: aparas de chapas grossa, tiras a 
quente e a frio, retorno de laminação. 
 Alta pureza e baixa densidade.
 Pesada : lingotes e placas de lingotamento sucatadas, 
aparasde corte de LC ou lingotes. 
 Elevada densidade, alto teor de S e P, precisa de preparação.
 Segunda categoria: sucata de bens de consumo 
(geladeira, automóveis, etc.). 
 Elevado nível de contaminantes e precisa preparação 
(seleção, limpeza, corte e prensagem)
 Sucata recuperada: proveniente da britagem e 
peneiramento de escória e resíduos de lingotamento. 
 Teor metálico variável.
Carga metálica
Siderurgia II – Módulo 3
Plate and Structural tamanho 
max. 1,50 x 0,60 m x 0,60 m e 6 
mm espessura; isento de tubos e 
peças ocas.
No1 Heavy tamanho max.1,50 x 0,60 
x 0,60 e 6 mm espessura contendo 
tubos, peças ocas, rodas pesadas de 
veículos e cabos de aço; isento de 
peças de veículos leves
No2 Heavy tamanho max. 1 x 0,60 
x 0,60 m contendo peças de rodas 
veículos leves e isento partes de 
veículos leves e eletrodomésticos
No1 Bundles chapas novas prensadas 
e amarradas com densidade mínima de 
1600 kg/m3 ; isento materiais de 
recobrimento contendo até 0,5% Si
No1 Bundles chapas velhas e 
galvanizadas prensadas e 
amarradas com densidade min de 
1600 kg/m3;
Shredded peças velhas fragmentadas 
tamanho max.200 mm; livre de terra e 
areia, metais não ferrosos e outros; 
baixa umidade; densidade min. 800 
kg/m3; teores max. Sn de 0,03% e Cu 
de 0,25%
No1 Busheling adequada par 
prensagem, livre de revestimentos 
a base de estanho
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
 Sucata de gusa
◦ Fonte
 Peças de ferro fundido (lingoteiras)
 Limpeza de canais de vazamento de AF
 Compras externas
◦ Vantagens sobre a sucata de aço
 Livre de elementos residuais
 Alto teores de C e Si (fontes de calor)
◦ Desvantagem
 Contaminação com sílica e alumina (terra, areia)
 Baixo teor de ferro (~ 90 a 94%)
Siderurgia II – Módulo 3
 Cal
◦ Funções
 Neutralizar a sílica proveniente da oxidação do silício do 
gusa formando 3CaO.SiO2 de modo a reduzir o consumo 
de refratário
 Obter uma basicidade (%CaO / %SiO2) da escória 
adequada para permitir a remoção de P e S.
◦ Característica importante: elevada velocidade de 
dissolução na escória
 Dissolução depende
• Qualidade da cal
• Condições operacionais
Siderurgia II – Módulo 3
 Cal
◦ Qualidade da cal
 Densidade: 1,5 a 1,7 g/cm3
• Indicativo da superfície específica
 Granulometria: 15 a 40 mm, max.10%<5mm
• Indicativo da superfície específica
• Perdas nos gases
 Baixo teor de CO2 (<5%)
• Maior consumo de energia
• Menor teor de CaO
 Baixo teor de silíca (SiO2)
• Menor teor de CaO
• Maior consumo de cal
 Baixo teor de enxofre
Siderurgia II – Módulo 3
Sequência de fabricação do 
aço na aciaria LD:
1. Carregamento de sucata
2. Carregamento gusa líquido
3. Sopro O2 + cal
4. Amostragem
5. Vazamento do aço + (ligas e 
desoxidantes)
6. Vazamento da escória
Siderurgia II – Módulo 3
Carregamento
de sucata
Carregamento
de gusa líquido
Sopro Vazamento
do aço
Vazamento
da escória
tap – to – tap (~50 min)
~4 min ~4 min ~30 min ~6 min ~6 min
Siderurgia II – Módulo 3
Amostragem
%C e temp.
Sopro &
Controle por 
Sub-lança
Re -Sopro
Amostragem manual Sub-lança
Siderurgia II – Módulo 3
45
Aciaria – CONVERSOR LD
Transforma FERRO GUSA em AÇO CARBONO 
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
Carregamento de sucata
Siderurgia II – Módulo 3
Limpeza da boca do convertedor
Siderurgia II – Módulo 3
Limpeza da boca do convertedor
Siderurgia II – Módulo 3
Remoção de escória da panela de gusa
Siderurgia II – Módulo 3
Carregamento de Gusa
Siderurgia II – Módulo 3
Carregamento de gusa
Siderurgia II – Módulo 3
Carregamento de gusa
Siderurgia II – Módulo 3
Sopro de Oxigênio
Siderurgia II – Módulo 3
Vazamento do aço
Siderurgia II – Módulo 3
Basculamento para vazamento de escória
Siderurgia II – Módulo 3
Vazamento de escória
Siderurgia II – Módulo 3
Retorno após vazamento de escória
Siderurgia II – Módulo 3
Transporte da panela de aço para o lingotamento
Siderurgia II – Módulo 3
 Reações
◦ Oxidação do Carbono: mais importante, pois 
determina a produtividade
◦ Oxidação do Silício
◦ Oxidação do Manganês
◦ Oxidação de Ferro
◦ Oxidação do Fósforo 
◦ Dessulfuração
Siderurgia II – Módulo 3
Siderurgia II – Módulo 3
62
Conversor LD
O sopro de O2 “queima” o excesso de 
carbono (e de impurezas) a níveis 
aceitáveis para se tornar AÇO
Siderurgia II – Módulo 3
Variação da composição química dos principais elementos
Siderurgia II – Módulo 3
Reações:
C + O  CO (direta)
C + FeO  Fe + CO (indireta)
Etapas:
1º Período:
Veloc. Lenta – oxidação de 
outros elementos (Si)
2º Período:
Velocidade constante e limitada 
pela vazão de O2
3º Período:
Veloc. Diminui  redução do teor 
de carbono no banho
Oxidação do Carbono
Siderurgia II – Módulo 3
Oxidação do Silício
Reações:
Si + 2 O  SiO2 (l)
Si + 2 FeO  2 Fe + SiO2
SiO2 + 3CaO  3CaO.SiO2 (l)
1º Período:
Termodinâmica:
- Si tem alta afinidade pelo oxigênio
- oxidação praticamente total ao 
final do 1º Período
- Dissolução da cal: a cal deve 
estar totalmente dissolvida antes do 
término do Período I (presença de 
FeO e MnO na escória favorece a 
dissolução – escória fica mais 
líquida)
SOPRO MACIO
Adição de fluxantes:
Fluorita
Minério
Abaixar Tf dos silicatos
Siderurgia II – Módulo 3
Oxidação do Manganês
Reações:
Mn + O = MnO (l)
1º Período:
Oxidação do Mn
2º Período:
Redução do MnO
MnO (l) + C = Mn + CO 
(g)
3º Período:
Oxidação do Mn
Siderurgia II – Módulo 3
Oxidação do Ferro
Reações:
Fe (l) + O = FeO (l)
1º Período:
Oxidação do Fe
2º Período:
Redução do FeO
FeO (l) + C = Fe(l) + CO 
(g)
3º Período:
Oxidação do Fe
 Importante para o 
rendimento metálico do 
LD
1. Sopro macio
2. Adição 
FeO/Fe2O3
3. Escória corrida 
anterior
Siderurgia II – Módulo 3
Oxidação do Fósforo
Reações:
2 P + 5O + 4CaO(l) 
P2O5.4CaO (l)
Termodinâmica:
-alta atividade CaO na 
escória 
-(cal dissolvida): Períodos I 
e II devido a presença de 
FeO e MnO
- baixa temperatura: 
Período I
1º Período:
Alta taxa desfosforação
2º Período:
P2O5 que não reagiu CaO  P 
no banho  %P aumenta devido 
descarburação
3º Período:
Siderurgia II – Módulo 3
Dessulfuração
Reação
S + CaO (l) = CaS (l) + O
1º Período:
2º Período:
alta atividade CaO na escória (cal 
dissolvida): Períodos I e II devido a 
presença de FeO e MnO
3º Período:
alta temperatura 
- 50% S carregado permanece
Parte do S é vaporizado (SO, SO2 
e COS)
Siderurgia II – Módulo 3
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Tempo de Sopro (%)
pp
m
 O
limitação da
descaburação
alta taxa de
descarburação