1a Verificação Outubro/2010

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1a Questão (1.1) 1. Em uma tonelada de ferro puro, são adicionados, isotermicamente, a 1600oC, 3kg de grafita Marque com um X, no diagrama de equilibrio Fe-C ao lado, a posição aproximada do aço resultante e informe quantas fases existirão no sistema. Estime ou calcule a atividade do carbono nesta solução. X O ponto X está no campo onde existe apenas LÍQUIDO. 0,3%C pode ser aproximado por uma solução diluida. Pela Lei de Henry: 0,3% 1a Verificação Outubro/2010

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1a Questão (1.2) 1.2 Uma tonelada de ferro puro é mantida em um cadinho de grafita a 1600oC, até atingir o equilíbrio. Marque com um Y, no diagrama de equilibrio Fe-C ao lado, a posição aproximada do aço resultante. Estime ou calcule a atividade do carbono nesta solução. Y O ponto Y tem cerca de 5,5% de C. Não é uma solução diluida. Mas, nesta situação, o metal líquido está em equilibrio com a grafita. Logo: 1a Verificação Outubro/2010

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2a Questão (2.1) 2.Uma tonelada de ferro puro é equilibrada isotermicamente, a 1600oC, com um gás que tem uma pressão parcial de oxigênio de 36x10-10 atm. Ao fim do equilíbrio: 1.1 Quais fases estarão presentes no sistema?Qual será? Indique no diagrama de equilíbrio Fe-O, ao lado, e no diagrama da Lei de Sievert, com um X o aço resultante. X X A composição do metal se alterará como indicado na figura (até dissolver 0,17% O) Embora o óxido só se forme a cerca de 0,23% de O, neste gráfico, é preciso lembrar que o metal está em equilíbrio com o gás. 2 FASES (Ferro líquido com oxigênio dissolvido e gás). 1a Verificação Outubro/2010

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3a Questão Em uma tonelada de aço contendo 0,16% de oxigênio são adicionados, isotermicamente, a 1600oC, 3kg de carbono. Se o aço está a 1 atm, o que ocorrerá? Considere apenas os aspectos termodinâmicos. %O %C 0,16% Vai formar CO. Se quisermos saber o equilíbrio, é só resolver o sistema de equações: 0,3% 1a Verificação Outubro/2010

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4a Questão 4. Uma fundição dispõe de um forno elétrico a arco para produzir aço. Neste forno é preciso realizar a desfosforação e a desulfuração. 4.1 Indique em qual ordem estas etapas deverão ser realizadas e se há alguma operação importante a ser realizada entre as duas, justificando. 4.2 Indique qual o consituinte mais importante da escória que realizará estas operações, justificando. 4.3 Ao chegar a fundição você observa que quando a desulfuração se inicia, o teor de fósforo, que estava satisfatório, se eleva. Quais ações você propõe para evitar o problema? A desfosforação é mais eficaz e simples em meio oxidante, com escória básica. Favorecem a desfosforação a alta oxidação, a temperatura relativamente mais baixa e escória básica. A dessulfuração efetiva só é viável em condições redutoras (desoxidantes), com escória básica. Como a corrida começa pela fusão e oxidação, é melhor realizar a de-P, desoxidar o aço e depois realizar a de-S. Se mantivermos TODA a escória da de-P nesta etapa, haverá reversão de fósforo, que é o que está sendo observado. É preciso remover a escória, ao menos parcialmente, para limitar a desfosforação. Hoje em dia a de-S é normalmente feita em forno panela, de modo que a escória de de-P tem de “ficar no forno” e não vazar para a panela. 1a Verificação Outubro/2010

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5a Questão 5. Em um conversor são adicionados 100t de gusa contendo 0,1%Si e 4%C. São soprados 4000 Nm3 de oxigênio que são totalmente aproveitados, isto é, ficam no sistema, de alguma forma ou reagem com algum dos constituintes do gusa. Assuma que TODO o silício é oxidado a sílica Calcule quanta sílica se forma e quanto oxigênio é gasto neste processo. Sabendo que o conversor opera com basicidade binária (%CaO/%SiO2) igual a 4 calcule quanta CaO é adicionada. 1a Verificação Outubro/2010

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5a Questão (cont.) 5.2 Assuma que, ao final da adição do oxigênio, se obtém equilíbrio a 1650oC entre o carbono e o oxigênio dissolvidos no aço e a pressao de 1 atm de CO. Obtenha uma equação para expressar a relação entre os teores de C e de O em solução no metal, nestas condições. 1a Verificação Outubro/2010

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5a Questão (cont.) 5.3 Assuma também que se estabelece o equilíbrio entre o oxigênio dissolvido no metal e o FeO na escória. Obtenha uma equação para expressar a relação entre a atividade de FeO na escória e o teor de oxigênio no aço. 1a Verificação Outubro/2010

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5a Questão (cont.) 5.4 Por fim, assumindo que, na escória, escreva as equações de balanço de massa que permitiriam calcular quanto aço e com qual composição química será produzido. Balanço do oxigênio Balanço do Carbono É preciso assumir a composição do Gás, por exemplo, 100% CO Relação entre C e O do aço Relação entre O do aço e FeO da escória Peso de escória e % FeO Balanço de Fe 1a Verificação Outubro/2010