Condicionamento de escórias em forno elétrico a arco para otimização das condições de espumação da escória e refino do aço

• Main Author: Thiago Augusto Avila
• Other Authors: Roberto Parreiras Tavares
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2011
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8QVJ4C

=== Currently the greatest challenge for the steel industry is to increase the production in a sustainable way in order to be competitive with the Asian and also the subsidized products in the global market, while causing the least possible environmental impact due to their activities. Hence, the smelting shops, steel-producing unit in mini-mills (Electric Mills), employ significant effort to improve the electric arc furnace efficiency, which is responsible for melting and carrying out the first stages of the steel refining. The appropriate formulation and conditioning of the electric arc furnace slag enhance its foaming, achieving its maximal volume without increasing flux additions, and consequently decreasing the thermal losses, steel impurities, process time, energy and refractory consumption. In the present study, the process information of six different electric steel plants was collected. A mass balance coupled with thermodynamic models was created for each plant in order to determine the lowest cost flux recipe, given the steel impurity restrictions, MgO saturation and slag viscosity, both prone to foaming. Magnesia rich material was used as the MgO source, because of its refractoriness oxide characteristics, such as high melting point and lower solubility. Due to these properties, a small addition of the MgO-rich material, calculated by using mass balance and thermodynamic models, allows the slag to maintain its viscosity and saturation required for foaming. Furthermore, each formulation and recipe in particular was tested in their respective plant. The experimental results showed a considerable improvement in furnace thermal efficiency, electrical energy savings, process time, refractory wear and steel quality. The latter is related to improvements in the final slag composition properties, which was also assessed by using thermodynamic calculations. The calculations showed a positive relation between the CaO activity and MgO content in the slag, increasing its desulfurization capacity, as well as a strong relation among the precipitated MgO amount and the effective viscosity (considering solid and liquid phases) of the slag, all of them correlated and basicity dependent. === Atualmente, o maior desafio das indústrias siderúrgicas é aumentar a produção sustentavelmente a fim de obter competitividade com os produtos orientais e subsidiados, causando o mínimo impacto ambiental possível devido às suas atividades. Assim, as aciarias elétricas, unidades produtoras de aço nas mini-mills (siderúrgicas elétricas), empregam demasiado esforço na melhoria da eficiência do forno elétrico a arco, cuja responsabilidade é a fusão e elaboração primária do aço. A formulação e o condicionamento da escória no forno elétrico permitem espumá-la, atingindo seu volume máximo sem aumentar a adição de fundentes, e consequentemente, reduzir as perdas térmicas, impurezas do aço, tempo de processo, consumo de energia e refratário. No presente estudo, informações do processo do forno elétrico a arco de seis diferentes usinas foram coletadas. Dessa maneira, elaborou-se um balanço de massa acoplado a modelos termodinâmicos para cada usina a fim de estabelecer a receita de fundentes de menor custo, atendendo as restrições de pureza do aço, saturação em MgO e viscosidade da escória, ambas propícias à espumação. Um material rico em magnésia (MgO) foi utilizado como fonte de MgO por causa de suas características de óxido refratário, como: elevado ponto de fusão e baixa solubilidade. Devido a estas propriedades, uma pequena adição do material rico em MgO, calculada através do balanço de massa e modelos termodinâmicos, propicia à escória manutenção adequada da viscosidade e da saturação requerida à espumação. Além disso, cada formulação e receita em particular foram testadas em suas respectivas usinas. Os resultados experimentais mostraram uma melhoria considerável na eficiência térmica do forno, consumo específico de energia elétrica, tempo de processo, desgaste de refratário e qualidade do aço. Este último está atrelado à melhoria na composição final da escória, cuja avaliação também foi realizada através de cálculos termodinâmicos. Os cálculos mostraram uma relação positiva entre o teor de MgO e a atividade do CaO na escória, aumentando a capacidade de dessulfuração desta, bem como, uma forte relação entre a quantidade de MgO, precipitados e a viscosidade efetiva (considerando as fases sólidas e líquida) da escória, todas elas correlacionadas e dependentes da basicidade