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EMT 053 – Processos Metalúrgicos Assunto: Aciaria Elétrica Prof. Renato Minelli Figueira.

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1 EMT 053 – Processos Metalúrgicos Assunto: Aciaria Elétrica Prof. Renato Minelli Figueira

2 Produção mundial de aço:

3 Fundentes Minério Carvão Coqueria Sinterização Alto-Forno LD Forno Elétrico a Arco Forno Panela Sucata Reciclada

4 Forno Elétrico a Arco (EAF) Objetivo: fundir sucata metálica, convertendo-a em aço líquido, utilizando energia elétrica, convertida em calor através pela radiação de arcos elétricos criados entre o(s) eletrodo(s) e peças de sucata sólida (Metalurgia Primária). Após a fusão, a composição do aço é ajustada no processo subseqüente de Metalurgia Secundária ou Metalurgia de Panela.

5 Desenvolvimento do Processo Século 19: primeiros desenvolvimentos do uso de arcos voltáicos –1810: Sir Humphry Davy demonstrou uso do arco elétrico para fundir ferro –1815: Pepys usa o arco elétrico para solda –1853: primeira tentativa de desenvolvimento de um forno de fusão elétrico –1978/9: patente para um forno elétrico a arco por Sir William Siemens 1907: é instalado nos EUA o primeiro forno elétrico a arco comercial por Paul Héroult Após II Guerra: –Investimento em uma usina integrada: US$/t capacidade –Investimento em uma mini-steel (EAF): 140 – 200 US$/t cap. –Alta demanda de aço e grande disponibilidade de sucata no após guerra –Surgem empresas siderúrgicas na Europa a base de EAF para concorrer com as grandes usinas integradas americanas(Bethlehem Steel, US Steel) para produção de produtos longos a menor custo

6 Capacidade 80 toneladas/corrida Potência 60 MVA Voltagem volts Tap-to-tap minutos Forno Elétrico Médio Porte

7 Classificação dos FEA quanto à potencia:

8 Circuito elétrico Sub EstaçãoPrimárioSecundário Transformador Disjuntor Linha de alta tensão

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12 bica/canal de vazamento vazamento EBT

13 Carregamento Fusão Refino Vazamento Aço Vazamento Escória

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15 Fator custo: nível de limpeza presença de contaminantes

16 Densidade da Sucata Fator custo: impacto no desempenho do forno número de carregamentos

17 Efeito da densidade da sucata: Carregamento com 2 cestões: custo mais elevado (sucata de maior densidade) menor tap-to-tap (~ 5 minutos) menor perda térmica (~ 10 kWh/t) menor oxidação (maior rendimento metálico) Carregamento com 2 cestões ou 3 cestões: Mercado com alta demanda: produtividade é mais importante Mercado sem demanda: custo é mais importante

18 Sucata de chapa leve para amortecer o impacto da sucata pesada e facilitar a rápida formação do banho Preparação dos cestões de sucata Adição de carburante (coque ou restos de eletrodos)

19 Sucata pesada colocada abaixo do nível dos eletrodos Preparação dos cestões de sucata

20 Sucata média/pesada com tamanho limitado para evitar a quebra dos eletrodos Preparação dos cestões de sucata

21 Sucata leve/média que permita a penetração da chama dos maçaricos + cal Preparação dos cestões de sucata

22 Sucata leve para permitir uma rápida penetração dos eletrodos Preparação dos cestões de sucata

23 Restrições no carregamento: Sucata leve no topo da carga: evitar radiação sobre a abóbada operação com baixa potência (aumenta tap-to-tap) rápida penetração dos eletrodos de modo que a sucata sirva de barreira à radiação

24 Restrições no carregamento Sucata em frente dos queimadores: evitar rebote da chama sobre os painéis permitir uso de chamas longas Peças de grande peso(lingotes, restos de distribuidor): baixa relação área para transferência de calor/massa baixa velocidade de fusão conseqüências aumentam o tempo de fusão aumentam o consumo de energia e eletrodos obstrução do vazamento limite: 2 a 3% do peso da carga

25 Restrições no carregamento Sucata contendo materiais isolantes: pneus, borracha propiciam a quebra de eletrodos Sucata contendo elementos não-oxidáveis: Cu, Ni, Sn, Sb, Mo, Co, As, W

26 Pré-reduzido

27 Gusa 4,2 %C 0,2 -0,6 %Si 0,3 – 0,6% Mn 1280 – 1400 ºC Economia de Energia sólido: 1,0 kWh/t gusa carregado líquido: 3,5 a 4,5 kWh/t gusa carregado antecipa a oxidação do carbono maior consumo de oxigênio e cal maior volume de escória (perda metálica)

28 O Arco Elétrico Arco elétrico como condutor flexível movimenta-se de acordo com as forças eletromagnéticas a posição do eixo do arco e seu comprimento determinam a direção do fluxo de calor volume do arco depende: tensão (comprimento) corrente (diâmetro) condições de transferência de calor dependem da tensão e corrente força eletromagnética

29 O Arco Elétrico Tensão constante corrente

30 O Arco Elétrico Tensão constante corrente direção do fluxo de calor baixa corrente: fluxo horizontal alta corrente: fluxo vertical

31 ignição do arco arco curto baixa tensão alta corrente penetração eletrodos arco longo alta tensão baixa corrente formação do banho líquido arco longo alta tensão baixa corrente

32 Queimadores Zonas Quentes Zonas Quentes Eletrodo Queimador 1 Queimador 2 Queimador 3

33 Radiação nas paredes

34 fusão arco longo alta tensão alta corrente formação escória espumante arco longo alta tensão alta corrente sem formação de escória espumante arco longo alta tensão alta corrente

35 Injetores de carbono/oxigênio

36 Sistema de refrigeração Injetor supersônico de oxigênio Injetor de carbono Linha de escória Linha de metal

37 Refino e Vazamento. Objetivo do refino (ou oxidação) 1.Atingir o nível de carbono especificado para o aço a ser produzido 2.Reduzir o teor de fósforo no aço líquido abaixo da especificação (usualmente abaixo de 0,015%) 3.Homogeneizar a composição e temperatura do aço 4.Aquecer o aço líquido até a temperatura necessária para o vazamento.

38 Injeção de oxigênio: jatos supersônicos & jatos coerentes

39 Vazamento Vazamento com EBT (Eccentric Bottom Taping) Vazamento com Bica

40 1. Reduzir a passagem de escória para a panela escória com altos teores de FeO e P 2 O 5 eleva consumo de desoxidantes provoca o retorno do fósforo camada mínima de escória para evitar absorção de gases reduzir a queda de temperatura excesso escória perda de tempo para remoção antes do forno panela perda metálica durante a remoção Restrições no Vazamento

41 2. Reduzir a absorção de gases forma do jato durante vazamento: aberto/fechado absorção de nitrogênio durante vazamento é menor quando o teor de oxigênio alto aços com alto teor de enxofre Absorção de hidrogênio é função da pressão parcial do vapor dágua no ar: depende umidade do ar (dias úmidos, maior absorção) depende temperatura ambiente (dias quentes, maior absorção) varia ao longo do dia 3. Reduzir a temperatura do aço queda de temperatura durante vazamento depende das condições prévias da panela jato aberto e jato fechado (condições do furo)

42 Esquema de potencia no FEA

43 Cestas para carregamento

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49 Aquecedores de panela

50 Sistema de limpeza de gases

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52 Pré-aquecimento de sucata Pré- aquecedor de sucata Cesta de carga de sucata Sistema de injeção de ar de combustão Lanças de carvão e oxigênio Eletrodos Queimadores EBT

53 Forno de carcaça dupla

54 Injeção de gases pelo fundo

55 Forno elétrico de corrente contínua Eletrodo (catodo) Eletrodo (anodo)

56 Sistema de basculamento

57 Aço 53% 10% Escória 20% Gases 17% Resfriamento Energia Elétrica 60 – 65% Energia Química 35 – 40%


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