Avaliação da reoxidação do aço líquido durante a metalurgia do distribuidor a partir de experimentos em escala de laboratório

Abstract

O aumento da limpeza inclusionária em aços especiais impulsionou a pesquisa sobre a remoção e modificação de inclusões durante as etapas de refino do aço líquido na aciaria. A diminuição da reoxidação durante a metalurgia do distribuidor se apresenta como um dos principais desafios para indústria siderúrgica nos próximos anos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a reoxidação do aço líquido durante a metalurgia do distribuidor em escala laboratorial. As interações do aço líquido com os materiais presentes no distribuidor (escória de distribuidor, cinza de casca de arroz e massa refratária) foram analisadas. O arranjo experimental foi definido a partir de uma revisão da literatura sobre experimentos em escala de laboratório com foco nas reações entre o aço líquido e a escória. A partir desta revisão, os principais parâmetros a serem controlados foram definidos. Além disso, a importância de cada parâmetro e os efeitos de sua modificação são apresentados. Os resultados experimentais foram comparados com a literatura e o equilíbrio termodinâmico calculado pelo programa FactSage v7.1. A partir destas comparações houve a validação do arranjo experimental. A configuração proposta servirá como base para o planejamento de futuros experimentos envolvendo aço e escória no Laboratório de Siderurgia (LaSid). Com relação à reoxidação do aço líquido no distribuidor, os seguintes aspectos são destacados: entre as duas massas refratária utilizadas, o material a base de MgO-CaO apresentou uma menor reoxidação e formação de inclusões de espinélio como produto de reoxidação. Para a massa refratária a base de MgO, as inclusões formadas foram predominantemente de alumina e sólidos no sistema óxido CaO-Al2O3-SiO2. Com relação aos experimentos com a presença de escória, ao utilizar somente a escória de cálcio-aluminato as inclusões formadas se apresentaram como alumina e um bom nível de limpeza foi atingido. A adição de cinza de casca de arroz, junto a escória de distribuidor, aumentou a reoxidação do aço líquido. Nestes experimentos, foi verificado a formação de inúmeras inclusões líquidas no sistema óxido CaO-Al2O3-SiO2 além de um aumento no diâmetro médio das inclusões. Os experimentos com a massa refratária a base de MgO-CaO e somente com escória de distribuidor apresentaram os melhores resultados com relação a reoxidação, apresentando um bom nível de limpeza inclusionária. O uso destes materiais é recomendado para diminuir a reoxidação do aço líquido na metalurgia do distribuidor.

The increase of quality in clean steels boosted research on the removal and modification of inclusions during the refining of liquid steel in the steelmaking process. Reduction of reoxidation events during tundish metallurgy is one of the main challenges for steelmaking industry in the coming years. The objective of this work was to evaluate the reoxidation of liquid steel during tundish metallurgy in laboratorial scale. The interactions between the liquid steel and the materials present in the tundish (tundish slag, rice husk ash and gunning mass) were analyzed. The experimental arrangement was chosen based on a literature review focused in laboratorial scale experiments studying reactions between liquid steel and slag. From this review, the main parameters of experiments were defined. In addition, the influence of each parameter and the effects caused by its modification are presented. The experimental results were compared with the literature and the thermodynamic equilibrium, calculated by FactSage v7.1. From these comparisons, the experimental arrangement was validated. The proposed arrangement will be used as a standard for future experiments associated to steel and slag in the Ironmaking and Steelmaking Laboratory (LaSid). Regarding the reoxidation of liquid steel in tundish metallurgy the following aspects are highlighted: comparing the two gunning mass, the MgO-CaO material presented a lower reoxidation and formation of spinel inclusions as reoxidation product. For the MgO-based gunning mass, the inclusions formed were mostly alumina and solid inclusions in the CaO-Al2O3-SiO2 oxide system. Related to the experiments with the presence of slag, the usage of only calcium-aluminate slag formed alumina inclusions and a good steel cleanliness was reached. The addition of rice husk ash, along with the tundish slag, increased the reoxidation of the liquid steel. In these experiments, the formation of numerous liquid inclusions in the CaO-Al2O3-SiO2 oxide system was observed, furthermore an increase in the mean diameter of the inclusions was verified. The experiments with MgO-CaO gunning mass and only with tundish slag presented the best results with respect to reoxidation, presenting a good level of cleanliness. The usage of these materials is recommended to diminish the reoxidation of liquid steel in tundish metallurgy.