Utilização de carepas como componente da carga de um forno elétrico a arco

Abstract

As atividades industriais geram uma série de resíduos, muitos dos quais passíveis de reciclagem. Na indústria siderúrgica, em operações de lingotamento e conformação mecânica, forma-se uma casca sólida quebradiça, conhecida como carepa, a qual é originada a partir da oxidação da superfície do aço quando submetido ao gradiente térmico. Constituída por óxidos de ferro, portanto, carrega o elemento essencial para fabricação do aço. Esse trabalho se utilizou de análises, ensaios laboratoriais e testes industriais para direcionar a reciclagem da carepa de uma usina siderúrgica no próprio forno elétrico a arco. Foram analisadas as propriedades físicas e químicas do material, e nos ensaios de redutibilidade em laboratório o comportamento da carepa foi observado frente à mistura com um agente redutor. Em escala industrial a carepa foi introduzida no forno elétrico a arco juntamente com a sucata de carregamento, e o comportamento das principais variáveis do processo foram avaliadas. Pelo entendimento da sua influência sobre o processo foi possível determinar a viabilidade de promover a reciclagem do resíduo no próprio processo siderúrgico. As carepas geradas na planta siderúrgica se distinguiram, essencialmente, quanto ao tamanho de partícula e teor de umidade. Quimicamente, as amostras são semelhantes, com teor de ferro mínimo de 70%. Na sua composição, predominaram óxidos de hematita, magnetita e wustita, sendo este último o de maior importância. Nos ensaios de autorredução em laboratório, foram constatados melhores resultados para fração reagida e grau de metalização quanto mais alta a temperatura de ensaio. Nos testes em escala industrial, a adição de 1% de carepa na carga comprovou que não houve influência sobre o consumo de energia elétrica e o teor de FeO da escória. A desfosforação do aço líquido foi positivamente afetada com percentual médio de fósforo reduzido em 15% com utilização de carepa. Por outro lado, o indicador de rendimento metálico sofreu impacto negativo, evidenciando a necessidade de avaliações complementares para determinar a reciclagem deste resíduo no forno elétrico a arco.

Industrial processes generate several residues and many of them are suitable for recycling. In the steel industry, casting operations and mechanical forming originate a solid brittle layer of oxide known as scale, which is produced by oxidation of the steel surface when exposed to a thermal gradient. Consisting of iron oxides, it therefore holds the essential element for steel manufacturing. This study performed analysis, laboratory trials and industrial tests to investigate scale recycling in an electric arc furnace. Chemical and physical properties of the material were analyzed and, at reducibility laboratory trials, the behavior of the scale was observed when mixed with a reducing agent. In industrial tests, the scale was introduced in an electric arc furnace mixed with the loaded scrap and the behavior of the main process variables was evaluated. By understanding its influence on the process, it was possible to determine the feasibility of scale recycling in steelmaking. The scales generated in the steel plant were distinguished mainly by the particle size and moisture content. Samples were chemically similar, with minimum 70% iron content. In its composition predominate hematite, magnetite and wustita oxides, the latter being the most important. In self-reduction laboratory tests, the best results for fraction reacted and metallization grade were reached with the highest temperatures. In industrial tests, with 1% scale added to the scrap, there was no influence in the electric energy consumption or FeO content of the slag. The liquid steel dephosphorization was positively affected since the average phosphorus percentage was reduced by 15% with the scale utilization. However, the yield indicator suffered negative impact, suggesting the need for further assessments to determine the scale recycling feasibility in electric arc furnace process.