Avaliação da camada protetora de silicato dicálcico em refratários doloma-C empregados na produção de aço

Abstract

O desempenho dos tijolos refratários doloma-C durante a etapa do refino do aço é fundamental para se atender às exigências técnicas de qualidade do aço e alcançar um menor custo de produção. Esses refratários são constituídos basicamente por óxido de cálcio, óxido de magnésio e carbono e são amplamente utilizados como revestimento de panela em processos siderúrgicos. O grande diferencial desse refratário deve-se à formação espontânea da fase silicato dicálcico (C2S) que protege o refratário da penetração de escória e é um exemplo de proteção por passivação à corrosão. Entender a atuação do C2S no mecanismo de corrosão dos refratários doloma-C é muito importante para se maximizar o desempenho do refratário e garantir a segurança operacional. Este estudo torna-se ainda mais importante, pois ocasionalmente, em operações de exceção, a prática industrial requer um rápido ajuste da composição da escória para suprir as exigências metalúrgicas. Este procedimento pode levar à corrosão ativa do refratário, o que diminui drasticamente a sua vida útil. O objetivo deste trabalho é investigar os fenômenos relacionados com a camada protetora (“coating”) de silicato dicálcico, a qual se origina da reação entre as escórias à base de sílica e cálcio e os refratários dolomíticos. Os fatores químicos e térmicos associados com a formação e degradação da camada de C2S foram investigados. As amostras de C2S foram coletadas em aciaria elétrica e caracterizadas quanto à composição química, fases formadas, granulometria e microestrutura. Avaliou-se o mecanismo de reação/dissolução do C2S em função dos principais compostos fundentes presentes no processo de aciaria, tais como, Al2O3, FeOn e CaF2. Especificamente, foi estudada a influência da formação de fases e da temperatura de reação das fases que levam à fusão/dissolução do C2S. A simulação termodinâmica (software FactSage) foi realizada para a melhor compreensão das reações citadas anteriormente, sendo que os dados gerados foram validados através de testes em forno de laboratório com controle preciso de temperatura e atmosfera. Adicionalmente, a formação do C2S na interface refratário/escória foi avaliada em função da variação da basicidade da escória. Os ensaios laboratoriais foram complementados com três estudos de caso envolvendo a corrosão do refratário doloma-C em ambiente industrial. Esses se referem a uma corrosão ordinária (usual), ao excesso de fluorita e ao excesso de alumina na composição das escórias. Os resultados obtidos fornecem importantes subsídios à compreensão dos fenômenos envolvidos e à otimização da prática industrial.

The performance of the doloma-C refractory bricks during the steel refining step is essential to ensure the technical requirements of quality and achieve a lower cost of production. These refractories are widely used as ladle lining for the steelmaking process and are essentially constituted by calcium oxide, magnesium oxide and carbon. The great advantage of this refractory is due to the spontaneous formation of dicalcium silicate phase (C2S) that protects the refractory from slag penetration and is an example of protection by passive corrosion. Understanding the role of the C2S in the corrosion mechanism of doloma-C refractory is very important to maximize the performance of the refractories and ensure operational safety. This study becomes even more important because, occasionally, in exception operations, the industry practice requires a fast adjust of slag composition to fulfill the metallurgical requirements. This procedure can lead to active corrosion of the refractory, which decrease dramatically its lifetime. This work aims to investigate the phenomena involving the protective layer (coating) of dicalcium silicate (C2S), which is formed through the reaction between lime/silica slag and doloma refractories. The chemical and thermal factors associated with the C2S layer formation and degradation was investigated. The C2S samples were collected in an electric steelmaking and characterized for chemical composition, formed phases, granulometry and microstructure. The mechanism of C2S reaction/dissolution was evaluated as a function of the main fluxing compounds present in the steelmaking process, such as, Al2O3, CaF2 and FeOn. Specifically, the influence of the phase’s formation and the reaction temperature of the phases, which leads to melting/dissolution of the C2S were studied. The thermodynamic simulation (FactSage software) was performed to better understanding the reactions aforementioned and these data were validated through testing in a laboratory furnace with precise control of temperature and atmosphere. In addition, the formation of the C2S in refractory/slag interface was evaluated as a function of the slag basicity variation. The laboratory tests were supplemented with three case studies involving corrosion of the refractory doloma-C in an industrial process. These refer to an ordinary corrosion (usual), the excess of fluorite and the excess of alumina in the slag composition. The results provide important information to the understanding of the phenomena involved and the optimization of industrial practice.