Caracterização de diferentes tipos de areia de vedação de panela siderúrgica e o impacto de suas propriedades na abertura livre

Abstract

O processo de refino secundário do aço utiliza areia refratária como uma barreira térmica isolante que separa o metal líquido do contato direto com o sistema de válvulas que controlam o vazamento do aço. O uso eficiente de tal prática proporciona uma alta taxa de abertura livre, impactando no aumento da produtividade e da qualidade do aço, e diminuindo o número de paradas, perdas térmicas e até mesmo a reoxidação do aço. Muitas variáveis operacionais e características do material influenciam a taxa de abertura livre. A maioria dessas propriedades destes materiais e os parâmetros relevantes do processo foram avaliados em função da taxa de abertura livre em condições operacionais. O percentual de abertura livre é também fortemente influenciado pelo tempo e temperatura do aço na panela. Diante disso, foi realizado um estudo termodinâmico de três composições diferentes de areias de vedação, e a pesquisa foi focada no comportamento de sinterização e desempenho das areias. As caraterizações dos materiais (areias A1 e A2; a A3 foi utilizada somente na simulação termodinâmica) foram feitas através da análise granulométrica, fluorescência de raio X (FRX), difração de raios X (DRX), teor de carbono e índice de fluidez. Os dados experimentais de testes de sinterização foram comparados com as simulações termodinâmicas (software FactSage 8.3) em que se calculou a percentagem de todas as fases presentes nas areias à base de zircônia (A1), cromita (A2), e olivina (A3), em função da temperatura. Além disso, foi apresentado o resultado de um ensaio de ultrassom por imersão, de um aço que teve abertura “não livre” no lingotamento contínuo e os índices de abertura livre com areia à base de cromita (A2), e também os dados dessa mesma areia combinada com a areia à base de zircônia (A1). De acordo com o estudo realizado, os melhores índices de abertura livre foram obtidos para a combinação das areias A1+A2. As simulações termodinâmicas mostraram que as areias A1 e A2 tiveram uma sinterização adequada ao processo, e a areia A3 necessita de mais pesquisas, mas se mostrou uma boa opção de estudo para uma possível diminuição de cromo na composição de areia de vedação.

The secondary steel refining process uses refractory sand as an insulating thermal barrier that separates the liquid metal from direct contact with the valve system that controls the leakage of the steel. The efficient use of this practice provides a high free opening rate, increasing productivity and steel quality, and reducing the number of stops, thermal losses and even steel reoxidation. Many operational variables and material characteristics influence the free opening rate.Most of these material properties and relevant process parameters were evaluated as a function of the free opening rate under operating conditions. The percentage of free opening is also strongly influenced by the time and temperature of the steel in the ladle. Therefore, a thermodynamic study was carried out on three different compositions of sealing sands, and the research was focused on the sintering behavior and performance of the sands. The characterizations of the materials (sands A1 and A2; A3 was used only in the thermodynamic simulation) were made through particle size analysis, X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), carbon content and fluidity index. The experimental data from sintering tests were compared with thermodynamic simulations (FactSage 8.3 software) in which the percentage of all phases present in the sands based on zirconia (A1), chromite (A2), and olivine (A3) was calculated. depending on temperature. Furthermore, the results of an ultrasonic immersion test were presented for a steel that had a “non-free” opening in continuous casting and the free opening indices with chromite-based sand (A2), as well as data from the same sand combined with zirconia-based sand (A1). According to the study carried out, the best free opening rates were obtained for the combination of A1+A2 sands. Thermodynamic simulations showed that sand A1 and A2 had adequate sintering for the process, and sand A3 requires further research, but it proved to be a good study option for a possible reduction of chromium in the sealing sand composition.