Termodinâmica computacional como ferramenta para o estudo da desoxidação e controle de inclusões nos aços

Abstract

O processo de fabricação do aço via aciaria elétrica consiste numa sequencia de etapas de oxidação e redução. Inicia-se pela fusão da carga metálica e pelo refino oxidante em um forno elétrico a arco; em seguida, passa por um refino secundário no forno-panela; posteriormente, ele é solidificado no lingotamento continuo seguindo para a etapa de conformação mecânica. Na etapa de refino redutor, é onde ocorre a desoxidação do aço, visando melhorar a sua limpidez, a fim de garantir uma melhor qualidade ao material. Este trabalho consiste no estudo da desoxidação do aço e controle das inclusões geradas como produto desta etapa. Para isto, foram realizados cálculos com base nas reações estequiométricas: (i) para a desoxidação simples utilizando alumínio, manganês e silício como agentes desoxidantes; (ii) para a desoxidação complexa utilizando silício e manganês. Foram realizadas simulações termodinâmicas auxiliadas pela computação por meio do programa FactSage, para desoxidações simples utilizando os mesmos agentes desoxidantes e também desoxidações complexas com manganês/silício e alumínio/titânio. Os resultados obtidos a partir dos cálculos estequiométricos e da termodinâmica computacional foram comparados, no objetivo de verificar a equivalência entre estas duas ferramentas, e validados com estudos experimentais realizados por outros autores. Observou-se que o alumínio foi capaz de produzir os menores teores de oxigênio dissolvido no banho, seguido do silício e por fim, o manganês. Com as desoxidações complexas, foi possível identificar a proporção dos agentes desoxidantes a serem utilizados para obterem-se as inclusões desejadas. O trabalho consolidou a utilização da termodinâmica computacional como uma ferramenta auxiliar na produção do aço.

The steelmaking through eletric arc furnace consists of a sequence of stages of oxidation and reduction. It begins by the melting of the metallic charge and the oxidizing refining in an eletric arc furnace; then, occurs the secondary refining; subsequently, it is solidified in continuous casting following to the mechanical conformation step. In the reducing refining stage, it is where the deoxidation of the steel takes place, aiming to improve the clarity of the steel, in order to guarantee a better quality to the material. This work consists in the study of steel deoxidation and control of the inclusions generated as a product of this stage. For this, calculations were made based on stoichiometric reactions: (i) for simple deoxidation using aluminum, manganese and silicon as deoxidizing agents; (ii) for complex deoxidation using silicon and manganese. Was performed thermodynamic simulations supported by computation through the FactSage software, for simple deoxidations using the same deoxidizing agents and also complex deoxidations with manganese/silicon and aluminum/titanium. The results obtained from the stoichiometric calculations and the computational thermodynamics were compared in order to verify the equivalence between these two tools, and validated with experimental studies performed by other authors. It was observed that the aluminum was able to produce the lower dissolved oxygen contents in the bath, followed by the silicon and, finally, the manganese. With the complex deoxidations, it was possible to identify the proportion of the deoxidizing agents to be used to obtain the desired inclusions. The work consolidated the use of computational thermodynamics as an auxiliary tool in the steelmaking.