Desfosforação e Controle do Fósforo na Elaboração de Aços

Fornos elaboração do metal e vazamento Luiz Carvalho Segunda parte Fornos Elétricos à Arco FEA Fornos de Indução Elaboração de aços Cálculo e montagem de carga fria Fusão Refino oxidante Refino redutor Vazamento Desoxidação Índice Pêndencias Pêndencias Desfosforação Controle do Fósforo 3ou 4 n sendo nCaOP O P O nCaO 5 2 5 2 5 Fe P O 5 FeO P 2 2 5 3ou 4 n sendo 5 Fe nCaOP O nCaO 5 FeO P 2 5 2 DESFOSFORAÇÃO DESFOSFORAÇÃO Ca O O O Ca O Ca O Ca O O O O O O P P O O O O O P P Ca O Ca O O O O O O O O O P P P P AÇO LÍQUIDO BAIXA TEMPERATURA ALTO TEOR DE OXIGÊNIO GRANDE VOLUME DE ESCÓRIA ESCÓRIA ESCÓRIA CAL BASICIDADE DESFOSFORAÇÃO DESFOSFORAÇÃO Ca O O O Ca O Ca O Ca O O O O O O P P O O O O O P P Ca O Ca O O O O O O O O O P P P P AÇO LÍQUIDO BAIXA TEMPERATURA ALTO TEOR DE OXIGÊNIO GRANDE VOLUME DE ESCÓRIA ESCÓRIA ESCÓRIA CAL BASICIDADE Ca O O O Ca O Ca O Ca O O O O O O P P O O O O O P P O O O O O P P Ca O Ca O O O O O O O O O P P P P AÇO LÍQUIDO BAIXA TEMPERATURA ALTO TEOR DE OXIGÊNIO GRANDE VOLUME DE ESCÓRIA ESCÓRIA ESCÓRIA CAL BASICIDADE Fatores que promovem a desfosforação como alterar o equilíbrio para o lado correto basicidade da escória B22 escória básica alta concentração de cal Baixo teor de sílica e alumina na carga metálica teor de óxido de ferro sopro de oxigênio para aumentar a oxidação da escória temperatura do aço relativamente baixa porque a reação é exotérmica Controle do Fósforo DESFOSFORAÇÃO DESFOSFORAÇÃO Ca O O O Ca O Ca O Ca O O O O O O P P O O O O O P P Ca O Ca O O O O O O O O O P P P P AÇO LÍQUIDO BAIXA TEMPERATURA ALTO TEOR DE OXIGÊNIO GRANDE VOLUME DE ESCÓRIA ESCÓRIA ESCÓRIA CAL BASICIDADE DESFOSFORAÇÃO DESFOSFORAÇÃO Ca O O O Ca O Ca O Ca O O O O O O P P O O O O O P P Ca O Ca O O O O O O O O O P P P P AÇO LÍQUIDO BAIXA TEMPERATURA ALTO TEOR DE OXIGÊNIO GRANDE VOLUME DE ESCÓRIA ESCÓRIA ESCÓRIA CAL BASICIDADE Ca O O O Ca O Ca O Ca O O O O O O P P O O O O O P P O O O O O P P Ca O Ca O O O O O O O O O P P P P AÇO LÍQUIDO BAIXA TEMPERATURA ALTO TEOR DE OXIGÊNIO GRANDE VOLUME DE ESCÓRIA ESCÓRIA ESCÓRIA CAL BASICIDADE Controle do Fósforo CaO Ca 2 O 2 Teoria Iônica das Escórias SiO2 2 O 2 SiO4 4 alto teor de sílica e alumina reduzem a desfosforação através da redução da atividade da cal P2O5P Como reduzir o teor de fósforo após receber a análise do laboratório 1 manter a temperatura abaixo de 1580 C 2 remover a maior volume possível de escória 3 adicionar mais cal no FEA pela abóbada ou injetada e injetar O2 oxidação e efeito cinético 3a acrescentar alguma quantidade de fluorita para uma rápida dissolução da cal em basicidades elevadas É praticamente impossível abaixar o teor de fósforo após o aço ser vazado Controle do Fósforo Dessulfuração 3CaO 2Al 3S 3CaS Al2O3 in slag and in steel Controle do Enxofre Para uma eficiente dessulfuração é necessário minimizar a presença de oxigênio em solução adição de FeSi ou de Al A escória deve apresentar alta basicidade assim refratários de SiO2 não são recomendados e a composição da escória deve ter no máximo 30 SiO2 Refratário ideal seria de MgO mas em muitos casos seu custo torna sua aplicação inviável preferindose o uso de refratários dolomíticos MgOCaO Mecanismo de Dissolução da Cal SiO2 e FeO têm fundamental importância na dissolução da cal mecanismos de dissolução da cal trajetória de composição Controle do Enxofre Mecanismo de Dissolução da Cal A B Controle do Enxofre Controle do Enxofre 10 MgO 16 MnO Restante CaO Região ideal para dessulfuração Controle do Enxofre no FEA a remoção de enxofre é afetada por a basicidade da escória b nível de oxidação c fluidez da escória d teor de manganês no banho e volume de escória a remoção da escória com adição complementar de cal será necessária para melhorar a remoção de enxofre sob condições oxidantes Controle do Enxofre Como reduzir o teor de enxofre após receber a análise do laboratório 1 retirar a escória basculando o forno 2 adicionar cal em quantidade suficiente 3 soprar oxigênio ao mesmo tempo isto vai gerar uma boa mistura escóriametal 4 aumentar a temperatura Se a aciaria tiver um forno panela o teor de enxofre adequado pode ser obtido lá Desoxidação Controle do Oxigênio Controle do Oxigênio A desoxidação tem como função básica a redução da quantidade de oxigênio dissolvido nos aços antes do vazamento nos moldes e da solidificação Durante a solidificação ocorre a redução da solubilidade do oxigênio nos aços promovendo a geração de bolhas de CO que permanecem nas peças fundidas na forma de porosidades O procedimento de desoxidação ocorre essencialmente durante o vazamento do metal dos fornos para as panelas de vazamento Controle do Oxigênio Controle do Oxigênio Efeito dos elementos de liga na solubilidade do oxigênio em aços a 1600C Controle do Oxigênio O Alumínio é o principal elemento desoxidante utilizado em aços devido ao seu baixo custo e elevada eficiência de desoxidação Entretanto a desoxidação com Al apresenta dois problemas importantes 1 A geração de inclusões de Al2O3 que prejudicam a fluidez a ductilidade e a usinabilidade do aço fundido 2 Tendência à segregação do alumínio residual para contornos de grãos podendo gerar a precipitação de nitretos de alumínio que fragilizam o aço Controle do Oxigênio 2Al 3O Al2O3 heat energy KAlO aAl2O3 aO3 a2Al O ppm Al wt 001 002 003 004 005 006 007 008 0 5 10 15 20 1623C 26288F 1600C 2592F 1550C 2512F Controle do Oxigênio Para contornar estes efeitos deletérios da desoxidação com Al normalmente adotase a técnica de desoxidação múltipla ou seja fazse uma desoxidação prévia com Si fornos de indução ou MnSi fornos elétricos a arco para em seguida adicionar o Al Controle do Oxigênio ΔG RT ln pO2 kJ mol1 M melting point B boiling point S sublimation 2H2 O2 2H2O 4F e O2 6FeO 6FeO 2Fe2O3 2Mg O2 2MgO 2Ca O2 2CaO Controle do Oxigênio A determinação da quantidade de Al residual nos aços é extremamente importante para de um lado minimizar a possibilidade de formação de nitretos de Al e de outro lado estabelecer um mínimo de Al residual no aço para evitar problemas de reoxidação durante o vazamento Entretanto esta determinação da quantidade de Al residual é complicada em fornos elétricos a arco devido à presença de porções de escória que passam do forno para a panela ou seja o consumo de Al será tanto maior quanto maior for a quantidade de escória vazada do forno para a panela Controle do Oxigênio Assim quando grandes porções de escória passam do forno para a panela aumenta o consumo de Al reduzindo o Al residual e aumentando a possibilidade de problemas de reoxidação Quando pequenas porções de escória vazam para a panela o teor de Al residual aumenta aumentando a possibilidade de precipitação de nitretos de Al durante a solidificação Controle do Oxigênio Visando melhorar o controle do teor de Al residual as melhores técnicas são 1 Desoxidação com Al através da adição de arame recheado na panela de vazamento e 2 Controle do teor de oxigênio residual via célula de oxigênio Controle do Oxigênio Após a desoxidação com Al restam pequenas inclusões sólidas de Al2O3 2038C em suspensão no banho que prejudicam a fluidez usinabilidade e ductilidade do aço Visando sua minimização é feita uma adição de Ca na forma de CaSi ou CaSiMn formando aluminato de cálcio líquido 1500C que coalescem e flotam mais rapidamente Controle do Oxigênio A adição de Ca transforma as inclusões de alumina sólida em aluminato de cálcio líquido aumentando a fluidez dos aços Esta novas inclusões coalescem e flotam com facilidade Controle do Oxigênio Agitação com argônio através de plug poroso no fundo da panela de vazamento para homogeneização e facilitar a flotação de inclusões Controle do Oxigênio TÉCNICA DE DESOXIDAÇÃO PARA AÇOS 1 Adição de FeSi no forno desoxidação parcial03 a 05 2 Adição de Al desoxidante principal 005 a 010 3 Adição de FeSiZr ou FeTi fixação de nitrogênio015a20 4 Adição de CaSi controlar as inclusões de alumina e de sulfetos 020 Resumo de desoxidação de aços Vazamento Vazamento Vazamento Vazamento Vazamento pelo fundo Vazamento por cima bico Vazamento por cima com bico de chaleira Vazamento Vazamento Problema de turbulência durante o vazamento pelo fundo Vazamento Reoxidação Escória Refratário Desoxidação Vazamento Vazamento Sem preenchimento da bacia de vazamento Efeito Venturi aspiração de ar Aceleração do metal Turbulência no preenchimento do molde V1 V2 V3 Exemplo de um molde ineficiente para evitar a formação de inclusões de óxidos Vazamento Canal de ataque Superior Causa turbulência Inferior Evita turbulência Vazamento Bacia de Vazamento Superior Causa turbulência Inferior Evita turbulência Vazamento O metal acelera de V1 a V2 pela ação da gravidade O canal de descida cônico permite que A1V1 A2V2 Canal de Descida Vazamento Canal de Ataque Vazamento Vazamento Vazamento Filtros cerâmicos Vazamento Perguntas a T3 T2 T1 P w3 w1 w2 Liquid Sn Pb