Limpeza inclusionária em aciaria com vistas a interação de revestimentos refratários e escórias de distribuidor

O distribuidor de lingotamento contínuo de uma aciaria de aços especiais é peça fundamental no que se refere ao nível de inclusões contidas no aço a ser lingotado. Para obter um produto semiacabado com boa qualidade, inúmeras variáveis no processo devem ser controladas e otimizadas no intuito de mitigar a presença das macroinclusões. Inclusões não-metálicas causam danos catastróficos na estrutura do aço após a laminação e processos posteriores. Duas das variáveis de maior importância na formação/modificação e remoção de inclusões são estudadas a fundo nesta tese: a interação aço/escória com os revestimentos refratários do distribuidor e a interação do material de cobertura utilizado com a escória do processo. Neste trabalho são conduzidos diversos experimentos em forno resistivo laboratorial, simulando as condições do distribuidor da aciaria em questão (1540 ºC e dois diferentes tempos de patamar) com vistas a um melhor entendimento dos fenômenos envolvidos. Foram analisados diferentes revestimentos refratários (um à base de massa seca e outro uma massa de projeção) e três materiais de cobertura, empregados no arranjo experimental. Resultados obtidos através de microscopia eletrônica do tipo ASPEX e cálculos termodinâmicos via software computacional FactSage versão 7.3 indicam a preferência por uso da massa refratária do tipo spray e o material de cobertura do tipo cálcio-aluminato como menos prejudiciais quando se pensa em limpeza inclusionária. Isso tendo como base a comparação dos resultados de densidade e diâmetro médio das inclusões e cálculos termodinâmicos via FactSage (principalmente viscosidade das escórias e o desvio de saturação da Al2O3).The special melt shop continuous casting tundish reservoir is a key factor when referring to impurities level in steel to be casted. In order to a semi-finished product be obtained with good quality, several process variables must be controlled and optimized aiming mitigate macroinclusions appearance. Non-metallic inclusions cause catastrophic losses to steel structure, after rolling mill and further processes. Two of the most important variables in rising/modifying and removing inclusions are studied deeply in this thesis: the interaction steel/slag with refractory lining from the tundish, as well as the interaction of the covering material used in combination with the process slag. In this work, many experiments are conducted in a resistive laboratorial furnace, simulating the steel shop tundish conditions (1540 ºC and two different plateau times) with the view to a better understanding of the phenomena involved. It was analyzed different refractory linings (one made of dry mass and the other based on spray) and three covering materials employed in the experimental arrangement. The results obtained via electronic microscopy ASPEX and thermodynamic calculations via computational software FactSage version 7.3, indicate the preference of use of the refractory spray type and the covering material calcium-aluminate type as the least harmful when considering steel cleanliness. This is based on the comparison of the outcomes (mainly density and mean diameter of inclusions) and thermodynamic calculations via FactSage (mainly viscosity of slags and alumina thermodynamic driving force)

Evaluation of zinc removal and compressive strength of self-reducing pellets composed of Electric Arc Furnace Dust

The amount of Electric Arc Furnace Dust (EAFD) is continuously increasing in mini-mill steel plants. This dust is considered a hazardous waste because of the presence of elements like lead, cadmium and chromium. Among many different treatment processes for this issue, there is the possibility of returning the EAFD back to the Electric Arc Furnace. This article presents a study of the compressive strength of selfreducing cold bonded pellets as well as their zinc removal, in an agglomerate containing EAFD, petroleum coke (PET) and Portland cement. The effects of the reductant and binder employed were discussed. Moreover, an apparatus was built to prevent zinc gas reoxidation inside an electric vertical laboratory furnace. Thus, the fraction of weight loss complemented the result of a previous study indicating the optimal content of PET source usage between 10 to 15%, in mass. Zinc removal and additional X Ray Diffraction outcomes are shown and discussed, concluding that 80% of zinc removal for this system could indicate the possibility of the EAFD reuse

Analysis and verification of process variables as causes for macroinclusions and scrapping in a special steel melt shop

The technology used in manufacturing steel for mechanical constructions has made great progress in recent years, resulting in a remarkable reduction of the impurities in special steel. One of these impurities is known as macroinclusion, the presence of which can cause serious defects in the steel structure. In a melt shop, where the semi-finished product is formed, there are several variables that can cause the formation of impurities in the steel and must be controlled. Therefore, by analyzing the influence of the primary melt shop variables, including: the iron and manganese oxides of the ladle slag (FeO+MnO), the stopper rod level variation and the argon pressure in the shroud between ladle and tundish in continuous casting; it was possible to establish a relationship between scrap generation and these process variables, through the creation of an investigation method. As result it was possible to identify the scrapping relationship with the presence of high FeO and MnO contents in the slag, during ladle furnace starting operations, along with stopper rod level variation in the tundish

Self-reducing pellets composed of wastes from steelmaking production for their recycling

This paper presents a study about the recycling of a mixture of EAF filter dust and mill scale; and slag, in the form of self-reducing pellets. At first, chemical and morphological characteristics of the material were investigated. Pelletizing was carried out manually, with the use of graphite 100% fixed carbon and molasses as binder with moisture. The results of reduction tests under the temperature of 1200 ºC for the wastes could be analyzed according to the use of different contents of reducing agent, time and mass loss. It was found that 20% of the carbonaceous material was the best configuration for a maximum mass loss, for both wastes. Furthermore, the pellets composed of stainless steel slag, added to the metallic bath presented a chromium recovery of around 95%, indicating its potential reuse

Obtenção de pelotas autorredutoras com poeira de aciaria elétrica para uso em fornos elétricos a arco

O Pó de Aciaria Elétrica (PAE) é um resíduo sólido originado na fabricação de aços em Fornos Elétricos a Arco (FEA), classificado como resíduo perigoso pela ABNT NBR 10004- 2004. Isto porque ele contém metais nocivos ao meio ambiente (como chumbo e cádmio), embora seja constituído, em sua maior parte, pelos elementos ferro, zinco e oxigênio. Devido aos custos onerosos para disposição e por tratar-se de resíduo perigoso, a indústria procura pela possibilidade de retorno ao processo produtivo do aço. Uma das alternativas é a reintrodução na aciaria elétrica através de aglomerados autorredutores como parte da carga do FEA. Neste trabalho, são produzidas misturas autorredutoras contendo PAE e coque de petróleo, apresentando as correspondentes caracterizações químicas e físicas. Através de ensaios termogravimétricos é feita uma avaliação do comportamento destas misturas, mostrando a possibilidade do emprego desta técnica na aferição prática do teor ótimo de coque, em aglomerados. Além disto, foram produzidas pelotas autorredutoras através do uso de um disco laboratorial, sendo as pelotas submetidas a testes físicos e mecânicos, com uso de aglomerantes e também testes de autorredução em fornos mufla e em aparato experimental. Como resultados destes experimentos pode-se concluir que o cimento Portland ARI e a combinação de cal hidratada com cinza de casca de arroz possuem melhor resistência a compressão frente aos outros ligantes utilizados. O grau de metalização obtido para a maior parte das amostras não passou de 35%. A remoção de zinco foi de aproximadamente 85%, para temperatura de 1100 ºC, com 45 minutos e com 10% de coque de petróleo. Isto indica a possibilidade de enriquecimento da nova poeira gerada em zinco. Fato este que agrega valor para tratamento do resíduo em outros processos externos.The Electric Arc Furnace Dust (EAFD) is a solid waste generated by electric steelmaking, in Electric Arc Furnaces (EAF), being considered a hazardous waste by the Environmental Protection Agency. That is because of its harmful metals, although it is composed, in majority, by elements iron, zinc and oxygen. Due to high costs involved for its disposal and because it is a hazardous waste, industry seek for the possibility of returning the EAFD back to the steelmaking process. One of the alternatives is by reintroduction via electric meltshop through self-reducing agglomerates as part of the furnace burden. In this work, self-reducing mixtures of EAFD and petroleum coke were produced, showing as result corresponding chemical and physical characterizations. Using thermogravimetric tests, an evaluation of the mixtures behavior was carried out, demonstrating the possibility of using this technique in a practical measurement of optimal content of coke, in agglomerates. Furthermore, selfreducing pellets were pelletized using a laboratorial disc, with these agglomerates being tested in physical and mechanical strength essays, with different binders employed and also selfreduction tests in vertical electric furnace and experimental apparatus. As part of the results it could be concluded cement and the combination between hydrated lime and rice husk ash achieved the best results, in compressive strength, comparing to other binders. The metallization degree for almost all samples achieved a maximum of 35%. Zinc removal, for temperatures around 1100 ºC, in an experiment of 45 minutes and using 10% of petroleum coke, was approximately 85%. It indicates the dust to be enriched with zinc. This fact adds value to the waste for treatment in other processes

Obtenção de pelotas autorredutoras com poeira de aciaria elétrica para uso em fornos elétricos a arco

O Pó de Aciaria Elétrica (PAE) é um resíduo sólido originado na fabricação de aços em Fornos Elétricos a Arco (FEA), classificado como resíduo perigoso pela ABNT NBR 10004- 2004. Isto porque ele contém metais nocivos ao meio ambiente (como chumbo e cádmio), embora seja constituído, em sua maior parte, pelos elementos ferro, zinco e oxigênio. Devido aos custos onerosos para disposição e por tratar-se de resíduo perigoso, a indústria procura pela possibilidade de retorno ao processo produtivo do aço. Uma das alternativas é a reintrodução na aciaria elétrica através de aglomerados autorredutores como parte da carga do FEA. Neste trabalho, são produzidas misturas autorredutoras contendo PAE e coque de petróleo, apresentando as correspondentes caracterizações químicas e físicas. Através de ensaios termogravimétricos é feita uma avaliação do comportamento destas misturas, mostrando a possibilidade do emprego desta técnica na aferição prática do teor ótimo de coque, em aglomerados. Além disto, foram produzidas pelotas autorredutoras através do uso de um disco laboratorial, sendo as pelotas submetidas a testes físicos e mecânicos, com uso de aglomerantes e também testes de autorredução em fornos mufla e em aparato experimental. Como resultados destes experimentos pode-se concluir que o cimento Portland ARI e a combinação de cal hidratada com cinza de casca de arroz possuem melhor resistência a compressão frente aos outros ligantes utilizados. O grau de metalização obtido para a maior parte das amostras não passou de 35%. A remoção de zinco foi de aproximadamente 85%, para temperatura de 1100 ºC, com 45 minutos e com 10% de coque de petróleo. Isto indica a possibilidade de enriquecimento da nova poeira gerada em zinco. Fato este que agrega valor para tratamento do resíduo em outros processos externos.The Electric Arc Furnace Dust (EAFD) is a solid waste generated by electric steelmaking, in Electric Arc Furnaces (EAF), being considered a hazardous waste by the Environmental Protection Agency. That is because of its harmful metals, although it is composed, in majority, by elements iron, zinc and oxygen. Due to high costs involved for its disposal and because it is a hazardous waste, industry seek for the possibility of returning the EAFD back to the steelmaking process. One of the alternatives is by reintroduction via electric meltshop through self-reducing agglomerates as part of the furnace burden. In this work, self-reducing mixtures of EAFD and petroleum coke were produced, showing as result corresponding chemical and physical characterizations. Using thermogravimetric tests, an evaluation of the mixtures behavior was carried out, demonstrating the possibility of using this technique in a practical measurement of optimal content of coke, in agglomerates. Furthermore, selfreducing pellets were pelletized using a laboratorial disc, with these agglomerates being tested in physical and mechanical strength essays, with different binders employed and also selfreduction tests in vertical electric furnace and experimental apparatus. As part of the results it could be concluded cement and the combination between hydrated lime and rice husk ash achieved the best results, in compressive strength, comparing to other binders. The metallization degree for almost all samples achieved a maximum of 35%. Zinc removal, for temperatures around 1100 ºC, in an experiment of 45 minutes and using 10% of petroleum coke, was approximately 85%. It indicates the dust to be enriched with zinc. This fact adds value to the waste for treatment in other processes

Análise e verificação de variáveis do processo como causas para o sucateamento por macroinclusões em uma aciaria de aços especiais

A tecnologia utilizada na fabricação de aços de construção mecânica teve um grande avanço nos últimos anos, resultando em notável redução nas impurezas no aço. Impurezas neste trabalho estão relacionadas à presença inclusões não-metálicas. O foco nesse trabalho serão as macroinclusões. Macroinclusões são impurezas que geram defeitos graves na estrutura dos aços, sendo o seu aparecimento altamente prejudicial. Muito material se perde na indústria siderúrgica, antes de ser enviado ao cliente, devido à presença de macroinclusões no produto final. Em uma aciaria, local onde o produto semiacabado é formado, existem variáveis que podem causar o aparecimento de macroinclusões no aço e que devem ser controladas. Portanto, por meio da análise da influência das variáveis consideradas no trabalho: óxidos de ferro e manganês na escória da panela (FeO+MnO), tempo de vácuo durante a desgaseificação e tempo de flotação após a desgaseificação, abertura da válvula gaveta da panela para o início do lingotamento contínuo, variação do nível da válvula tampão no distribuidor e pressão de argônio no tubo longo entre panela e distribuidor no lingotamento contínuo; foi possível estabelecer uma relação entre sucata gerada e variáveis de processo, considerando o peso do material refugado e o comportamento dos parâmetros que mais fortemente causam sucateamento para determinada qualidade de aço. Como resultado deste trabalho foi possível estabelecer-se uma relação entre o índice de sucateamento e a abertura da válvula gaveta da panela para início do lingotamento contínuo para o aço DIN 20Mn5Cr Mod, além de também relacionar a geração de sucata ao alto teor de óxidos de ferro e óxidos de manganês na escória, no momento da chegada ao forno panela, para a qualidade SAE 1050.The technology used in mechanical construction steel manufacture have made great progress in recent years, resulting in noted reduction in impurities in the steel. Impurities in this study are related to the presence of non-metallic inclusions. The focus of this work will be macroinclusions. Macroinclusions are impurities that cause serious defects in steel’s structure and its appearance is highly detrimental. Much material is lost in the steel industry, before being sent to the client, due to the presence of macroinclusions in the final product. In a melt shop, where the semi-finished product is formed, there are numerous variables that can cause the appearance of impurities in the steel and must be controlled. Therefore, by analyzing the influence of the variables considered in the study: iron and manganese oxides of the ladle slag (FeO+MnO), time during vacuum degassing and flotation time after degassing, opening of the ladle’s slide gate for starting the continuous casting, stopper rod level variation and argon pressure in the shroud between ladle and tundish in continuous casting; it was possible to establish a relation between scrap generated and process variables, considering the weight of wasted material and parameters behavior that most strongly determined to cause scrap steel in a specific grade. As result of this work it was possible to establish that relation between the rate of scrapping and the opening of the ladle’s slide gate for starting the continuous casting of the DIN 20MnCr5 Mod steel. And also relate scrapping to the high content of iron oxides and manganese oxides in the slag , at the time the ladle get in the ladle furnace, for the SAE 1050 steel

Análise e verificação de variáveis do processo como causas para o sucateamento por macroinclusões em uma aciaria de aços especiais

A tecnologia utilizada na fabricação de aços de construção mecânica teve um grande avanço nos últimos anos, resultando em notável redução nas impurezas no aço. Impurezas neste trabalho estão relacionadas à presença inclusões não-metálicas. O foco nesse trabalho serão as macroinclusões. Macroinclusões são impurezas que geram defeitos graves na estrutura dos aços, sendo o seu aparecimento altamente prejudicial. Muito material se perde na indústria siderúrgica, antes de ser enviado ao cliente, devido à presença de macroinclusões no produto final. Em uma aciaria, local onde o produto semiacabado é formado, existem variáveis que podem causar o aparecimento de macroinclusões no aço e que devem ser controladas. Portanto, por meio da análise da influência das variáveis consideradas no trabalho: óxidos de ferro e manganês na escória da panela (FeO+MnO), tempo de vácuo durante a desgaseificação e tempo de flotação após a desgaseificação, abertura da válvula gaveta da panela para o início do lingotamento contínuo, variação do nível da válvula tampão no distribuidor e pressão de argônio no tubo longo entre panela e distribuidor no lingotamento contínuo; foi possível estabelecer uma relação entre sucata gerada e variáveis de processo, considerando o peso do material refugado e o comportamento dos parâmetros que mais fortemente causam sucateamento para determinada qualidade de aço. Como resultado deste trabalho foi possível estabelecer-se uma relação entre o índice de sucateamento e a abertura da válvula gaveta da panela para início do lingotamento contínuo para o aço DIN 20Mn5Cr Mod, além de também relacionar a geração de sucata ao alto teor de óxidos de ferro e óxidos de manganês na escória, no momento da chegada ao forno panela, para a qualidade SAE 1050.The technology used in mechanical construction steel manufacture have made great progress in recent years, resulting in noted reduction in impurities in the steel. Impurities in this study are related to the presence of non-metallic inclusions. The focus of this work will be macroinclusions. Macroinclusions are impurities that cause serious defects in steel’s structure and its appearance is highly detrimental. Much material is lost in the steel industry, before being sent to the client, due to the presence of macroinclusions in the final product. In a melt shop, where the semi-finished product is formed, there are numerous variables that can cause the appearance of impurities in the steel and must be controlled. Therefore, by analyzing the influence of the variables considered in the study: iron and manganese oxides of the ladle slag (FeO+MnO), time during vacuum degassing and flotation time after degassing, opening of the ladle’s slide gate for starting the continuous casting, stopper rod level variation and argon pressure in the shroud between ladle and tundish in continuous casting; it was possible to establish a relation between scrap generated and process variables, considering the weight of wasted material and parameters behavior that most strongly determined to cause scrap steel in a specific grade. As result of this work it was possible to establish that relation between the rate of scrapping and the opening of the ladle’s slide gate for starting the continuous casting of the DIN 20MnCr5 Mod steel. And also relate scrapping to the high content of iron oxides and manganese oxides in the slag , at the time the ladle get in the ladle furnace, for the SAE 1050 steel