aciaria

ACIARIAACIARIA

AndersonÂngeloJulianaRomeu Thiago SilvaWillington

IntroduçãoIntrodução

Aço

É uma liga de ferro carbono (Fe-C) contendo geralmente de 0,001 a 2% de carbono, além de certos elementos resultantes do processo de fabricação.

Composição química: os elementos resultantes do processo de fabricação são o manganês (0,3 a 0,6%), silício (0,1 a 0,3%), fósforo (máximo de 0,04%), enxofre (máximo de 0,05%), carbono (0,08 a 2%) e ferro.

Efeito dos elementos : os aços comuns, além do carbono que é o seu principal elemento de liga, apresentam manganês (Mn), silício (Si), fósforo (P) e enxofre como elementos sempre presentes, em função das matérias primas que foram utilizadas na fabricação de ferro gusa e do aço. Por essa razão, esses elementos são normalmente especificados.

ClassificaçãoClassificaçãoQuanto ao grau de desoxidação: pode ser classificado quanto ao nível de oxidação, ou seja, menor ou maior teor de oxigênio solúvel no banho metálico. Acalmado ao alumínio: aço totalmente desoxidado através da adição de alumínio na panela durante o vazamento. Teor de oxigênio menor do que 5 ppm. Acalmado ao alumínio e silício: aço totalmente desoxidado através da adição de alumínio e silício na panela. Teor de oxigênio solúvel no aço menor do que 5 ppm. Acalmado ao silício: aço totalmente desoxidado através da adição de silício na panela. Teor de oxigênio solúvel no aço menor do que 30 ppm. Semi-acalmado: aço parcialmente desoxidado através da adição de alumínio e silício na panela. Teor de oxigênio solúvel no aço variando entre 70 e 120 ppm. Capeado e efervecente: aço parcialmente desoxidado através da adição de alumínio na panela. Teor de oxigênio solúvel no aço variando entre 250 a 350 ppm.

ClassificaçãoClassificação

Quanto ao teor de carbono e manganês:

Ultra baixo carbono (UBC): C ≤ 0,01% ou C ≤ 100 ppm Baixo carbono (BC): 0,01 % > C ≤ 0,30% Médio carbono (MC): 0,30 % > C ≤ 0,50% Alto carbono (AC): > 0,50% Baixo manganês (BMn): < 0,60% Médio manganês (MMn): 0,60% > Mn < 1,0% Alto manganês (AMn): ≥ 1,0%

Aço LigadoAço Ligado

É o aço que contêm elementos de liga ou apresenta elementos residuais acima dos valores considerados normais.

Efeito dos Elementos de Liga nos Aços

De um modo geral, ao introduzir-se elementos de liga nos aços, visam-se os seguintes objetivos:

· Alterar as propriedades mecânicas

· Aumentar a usinabilidade

· Aumentar a temperabilidade

· Conferir dureza a quente

· Aumentar a capacidade de corte

· Conferir resistência à corrosão

· Conferir resistência ao desgaste

· Conferir resistência a oxidação

· Modificar as características elétricas e magnéticas

ConvertedorConvertedor

Vaso metálico onde o refino do aço é realizado.

É revestido de tijolos refratários, MgO-C, com carbono variando de 13 a 17 %.

Possui movimento de 360° em torno do seu eixo, e volume específico para uma boa operação deve ser de 0,9 a 1,0 m³/t carga.

ConvertedorConvertedor Carregamento do Convertedor

Comumente é feita a forragem do convertedor com material escorificante, sobre a escória remanescente, com o objetivo de proteger a região de impacto da sucata no forno, principalmente se for utilizada sucata pesada e pontiaguda.

Em seguida o convertedor é basculado a cerca de 60 graus em relação à vertical, lado de carregamento, para que seja feito o carregamento da sucata.

Este carregamento é feito em canaletas apropriadas ou calhas de sucata, com auxílio de ponte rolante, própria para este fim. Estas têm que ser dimensionadas para que se tenha um só carregamento. Após esta operação, o convertedor volta para a posição vertical e é oscilado em torno dela, para o prefeito assentamento da carga, eliminando possíveis contaminações com água e/ou outras contaminações como óleos, etc.

O convertedor, então volta à posição de carregamento para se completar a carga metálica com gusa líquido, através de panelas de tipo pelicano, com bico acentuado, para uma operação mais adequada.

ConvertedorConvertedorSão utilizados dois tipos de carga: sucatas metálicas e gusa líquido

Sucatas metálicas

São sobras de gusa e aço geradas no Alto Forno, Aciaria e Laminação, que são aproveitadas no convertedor como matéria-prima na produção do aço, contribuindo para o acerto do balanço térmico.


Gusa líquido:

É uma liga de ferro carbono com teor de carbono em torno de 4,5 %. O gusa é obtido através da redução do minério de ferro nos ALTOS FORNOS.

Constitui parte predominante da carga metálica, devendo suas características físico-químicas (temperatura e composição química) variem o mínimo possível, o que permitirá uma operação mais regular.


Dessufuração do gusa – Processo KR

O processo KR (KAMBARA REACTOR) consiste na redução do enxofre por meio de agitação mecânica provocada pelo impeller e uma adição a base de finos de: Cal (< que 3mm), fluorita e óxidos de alumínio (< que 1mm).

Consumo médio desses materiais é:

Cal: 8 kg/t gusa Fluorita: 0,5 kg/t gusa Óxido de alumínio: 0,5 kg/t gusa

ConvertedorConvertedorA reação química principal que ocorre no processo é:

CaO + S → CaS + ½ O2

ConvertedorConvertedorLança de Oxigênio

É usada para injeção de oxigênio no banho. É constituída de três tubos concêntricos de aço, sendo:

Tubo interno: por onde passa o oxigênio;Tubo intermediário: tubo de entrada de água de refrigeração;Tubo externo: tubo de saída de água de refrigeração.

ConvertedorConvertedorReações químicas no convertedor :

1. Oxidação das impurezas do ferro:

2 Fe + O₂ → 2 FeO + calor

2FeO + Si → 2Fe + SiO₂ + calor

FeO + Mn → Fe + MnO + calor

2. Combustão intensa do carbono:

FeO + C → CO + Fe

2CO + O₂ → 2 CO₂

3. Desoxidação do aço, adiciona-se produtos desoxidantes:

FeO + Mn → Fe + MnO

4. Combustão do fósforo:

2P + 5 FeO → P₂O₅ + 5 Fe + calor

P₂O₅ + 4 CaO → (CaO)₄ . P₂O₅ = escória

5. Dessulfurização:

FeS + CaO → CaS + FeO


Amostragem e ações corretivas

Após o término do sopro, é feita a amostragem e a medição de temperatura para a checagem dos parâmetros objetivados de composição química e temperatura do aço no final do sopro. Quando não se utiliza sublança, o convertedor é basculado para a posição horizontal, a de vazamento da escória residual, e nesta posição efetuadas as amostragens. Com a sublança não é necessário o basculamento do forno, ganhando-se pelo menos dois minutos neste procedimento.

Qualquer desvio em relação à composição química e/ou temperatura objetivadas, deve-se proceder às ações corretivas como ressopro ou resfriamento.

O tempo para a amostragem e ações corretivas deve ser no máximo de cinco minutos.

ConvertedorConvertedorVazamento de aço

O vazamento convertedor-panela é necessário para que se proceda a correção da composição química do aço no final de sopro para os níveis desejados no produto, para tratamentos posteriores e para o lingotamento da corrida.

As ligas necessárias são calculadas, pesadas e adicionadas automaticamente pelo sistema de controle de processo, sob a supervisão do operador de sopragem.

O tempo de vazamento deve estar compreendido numa faixa que permita a mínima passagem de escória do convertedor para a panela, o que evita problemas de qualidade do aço, e permita ganhos de produtividade. Para reduzir a passagem de escória, são utilizados dispositivos para a retenção da escória inicial e final, como rolhas refratárias, cone metálicos, tampões flutuantes, além de outros dispositivos mais sofisticados como o tampão pneumático.

Um tempo médio adequado para esta etapa é de seis minutos.


Vazamento de escória

O vazamento da escória residual é feito tão logo termine o vazamento do aço.

O convertedor é então basculado para o lado contrário ao deste vazamento, para o esgotamento da escória.

É comum a prática de banhos de escória saturada em MgO para a maior proteção das regiões do leito de vazamento e impacto de sucata do revestimento refratário. Para isto, é mantida parte da escória no forno e feita adição de dolomita crua para a sua adequação. Então, o convertedor é basculado várias vezes para a cobertura das referidas áreas.

O tempo médio para o vazamento da escória deve situar entre dois e três minutos. Com o banho de escória, este tempo é maior.

Refino SecundárioRefino Secundário

Forno Panela

No início, os fornos panela apareceram especialmente nas aciarias elétricas, produzindo aços de alta qualidade. O motivo era evitar os longos períodos de refino que diminuem a produtividade. Além disso, um ajuste estreito de temperatura foi se tornando uma necessidade primordial para o lingotamento contínuo de aços de qualidade, com alta produtividade.

Com a finalidade de atender às exigências de qualidade do atual mercado siderúrgico, novos processos de fabricação do aço foram introduzidos nas aciarias.

Atualmente, produtos com maiores exigências de qualidades internas e superficiais, baixos níveis de segregação, elevados índices de limpeza, baixos teores de inclusões não metálicas, aliados com alto índice de produtividade, tem sido exigidos pelo mercado.


Forno Panela

Dentre os novos processos de refino secundário o forno panela tem seu lugar de destaque em razão da sua elevada versatilidade:

Pulmão para cadenciamento convertedor-lingotamento;Aquecimento do aço;Remoção de inclusões não metálicas e controle de morfologia;Dessulfuração;Desoxidação;Aços com faixa estreita de composição química e altas adições de ligas;Homogeneidade química e térmica;Redução do sobreaquecimento do aço líquido no convertedor;Possibilidade de fabricação de aços com baixo teor de fósforo.


Desgaseificação à vácuo

O consumo sempre crescente de aço de características mais nobres, como os aços estruturais se alta resistência, aços para esmaltação, exige cada vez mais, uma produção com maior rigor de composição química e grau de pureza. Isto levou ao desenvolvimento de novas técnicas de tratamento do aço na panela, entre as quais a desgaseificação à vácuo.

O objetivo principal do tratamento à vácuo era o de reduzir os teores de gases solúveis no aço, principalmente o hidrogênio, oxigênio e, em menor escala o nitrogênio. Como vantagens adicionais a desgaseificação a vácuo, possibilitam melhor controle de composição química e temperatura, redução de inclusões não metálicas, reações de refino como descarburação, maior homogeneidade de composição química e de propriedades, além de possibilitar a fabricação de aços especiais em aciaria LD, desde os aços ultra baixo carbono a média liga.


Desgaseificação à vácuo

O processo consiste basicamente na circulação do aço da panela para a câmara, na qual é feita o vácuo e desta para a panela, através das pernas mergulhadas no banho.

Com a câmara evacuada por um sistema de produção de vácuo, o aço líquido sobe na câmara a uma altura de 1,4 m coluna barométrica, devido a diferença de pressão entre o interior da câmara e a pressão atmosférica.

LingotamentosLingotamentos

Lingotamento Convencional

Após o refino secundário o aço segue o destino do lingotamento, onde são produzidos lingotes em formas especiais denominadas lingoteiras.

No caso dos lingotes produzidos pelo método convencional, estes seguem para a laminação onde serão conformados através de um conjunto de cilindros, a tarugos, blocos ou placas, dependendo do produto final a que se destinam.


Lingotamento Convencional


Lingotamento Contínuo

Lingotamento contínuo é um processo de transformação do metal líquido em produto ou semi-produto sólido, podendo ter a forma de tarugos, placas, blocos, perfis semi-acabados, etc. Esta transformação se dá pela modelagem ininterrupta do metal líquido, em moldes, impondo-se a este um resfriamento forçado intenso.

O lingotamento contínuo é portanto, um processo no qual o metal sai do molde sob a forma desejada, já solidificada externamente.


Lingotamento Contínuo

LaboratórioLaboratório

O Laboratório Químico da Aciaria

O Laboratório Químico da Aciaria participa efetivamente do processo de produção do aço através da informação da composição química durante a produção, através do controle de qualidade do produto final e através de análises de escórias que fornecem informações sobre o consumo dos refratários dos fornos. Também é no Laboratório Químico da Aciaria que são feitas as análises de controle de produção do Alto Forno.


Em seqüência TC-136, CS-244 e DH-103

LaboratórioLaboratórioEspectrômetro de Fluorescência de Raio-x


Espectrômetro de Emissão Ótica

FluxogramaFluxograma

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