Na produção de aço em fornos de arco elétrico, o consumo de materiais de carga metálicos e ligas tem um impacto direto no custo de produção, no rendimento do metal e na estabilidade operacional.
Este artigo aborda os pontos onde ocorrem perdas de sucata de aço e ligas durante o processo de produção de aço em fornos elétricos a arco e como essas perdas podem ser reduzidas na prática, com base em princípios metalúrgicos amplamente aceitos e na experiência de produção.
1. Onde ocorre a perda de carga metálica na produção de aço em fornos elétricos a arco?
Durante o processo de produção de aço em forno de arco elétrico, a perda de carga metálica ocorre principalmente pelas seguintes vias:
1.1 Perda por sopro durante a injeção de oxigênio
Durante o corte da sucata na fase de fusão e durante a descarbonetação na fase de oxidação, parte do ferro metálico é oxidada em FexOy, formando poeira que é extraída pelo sistema de exaustão de gases.
1.2 Perda de ferro com descarga de escória
O ferro também é perdido na forma de óxidos de ferro (FexOy) presentes na escória e em gotículas metálicas arrastadas. Além disso, parte das gotículas metálicas dispersas pode passar para a fase de poeira durante o processo de fundição.
1.3 Perda por evaporação na zona do arco elétrico
Na zona de arco de alta temperatura (aproximadamente 3000–6000 °C), uma pequena quantidade de ferro metálico pode evaporar. Em condições normais, essa perda é relativamente limitada e geralmente é negligenciada nos cálculos de balanço de massa.
1.4 Perda de aço fundido causada por descarbonização excessiva
Quando a reação de descarbonização ocorre muito rapidamente, ou após incidentes de ebulição intensa, o aço fundido pode ser perdido através da porta do forno ou de outras aberturas.
2. Medidas práticas para reduzir o consumo de carga metálica na produção de aço em fornos elétricos a arco.
Reduzir o consumo de carga metálica exige minimizar a oxidação, a evaporação e as perdas físicas, garantindo ao mesmo tempo que o material fundido entre rapidamente no banho de metal líquido e permaneça protegido pela escória.
2.1 Injeção controlada de oxigênio para minimizar perdas por sopro.
O fornecimento de oxigênio deve ser ajustado gradualmente.
Antes que a sucata atinja temperaturas muito elevadas, as taxas de fluxo de oxigênio devem permanecer limitadas. A injeção excessiva de oxigênio antes da formação da escória deve ser evitada. Durante a etapa de oxidação, a escória deve estar suficientemente desenvolvida para cobrir uniformemente a superfície do aço fundido, com formação moderada de espuma para reduzir o arraste de poeira e a evaporação do metal na zona do arco elétrico.
2.2 Manutenção de um equilíbrio adequado de carbono
O teor de carbono desempenha um papel fundamental no controle da perda de ferro.
Quando a entrada de carbono é muito baixa, a injeção de carbono torna-se essencial para reduzir o teor de FeO na escória. Por outro lado, o excesso de carbono prolonga o tempo de descarbonização, aumenta a geração de poeira e eleva a oxidação da escória, fatores que contribuem para o aumento da perda de ferro. Em geral, ciclos de fusão e refino mais curtos estão associados a menores perdas metálicas.
Ao mesmo tempo, a altura adequada da porta do forno e a disciplina operacional são necessárias para evitar o transbordamento de aço fundido durante o processo de descarbonização intensa.
2.3 Práticas racionais de gestão de escória e controle do volume de escória
Embora um certo teor de FeO na escória seja necessário para o refino, o volume excessivo de escória aumenta diretamente a perda de ferro. Os materiais formadores de escória devem ser adicionados apenas na quantidade necessária para atingir os objetivos metalúrgicos, evitando o excesso de escória.
2.4 Mistura de sucata e estrutura de carregamento otimizadas
A composição da carga de sucata influencia fortemente a eficiência da fusão e o rendimento metálico. Uma estrutura de carregamento comumente adotada é a seguinte:
- Pequenos pedaços de sucata no fundo.
- Sucata pesada ou média e ferro-gusa no meio.
- Pequenos arranhões na parte superior.
A sucata pesada deve ser mantida afastada dos centros dos eletrodos, das portas do forno, das zonas frias do EBT e das áreas diretamente em frente às lanças de oxigênio. A seleção e o posicionamento adequados da sucata ajudam a acelerar a perfuração inicial, reduzir a exposição ao arco elétrico e limitar a evaporação do metal.
2.5 Operações de carregamento padronizadas
Durante o carregamento, deve-se evitar a compressão excessiva da sucata para prevenir que o material caia da borda do forno para os poços de escória. Operações de carregamento limpas e controladas reduzem as perdas físicas evitáveis.
2.6 Reutilização de materiais ferrosos recuperáveis
Quando viável, a escória de ferro recuperada, os finos metálicos separados magneticamente e a carepa proveniente dos processos de fundição contínua e laminação podem ser parcialmente reutilizados, reduzindo a necessidade de matéria-prima metálica virgem.
2.7 Nível adequado do banho de metal fundido e práticas de retenção de aço.
A manutenção de níveis adequados de aço retido e escória garante que a injeção de oxigênio atue principalmente no banho fundido, e não na sucata exposta. Uma vez que a sucata derrete, a rápida imersão no banho e a proteção da escória reduzem significativamente as perdas por oxidação.
3. Como reduzir o consumo de ligas metálicas na produção de aço em fornos elétricos a arco.
O consumo de ligas representa outro componente de custo controlável na produção de aço. O principal objetivo é melhorar a recuperação das ligas, mantendo a qualidade do aço.
3.1 Gerenciamento de sucata classificada e entrada direcionada de ligas metálicas
Diferentes tipos de sucata devem ser armazenados separadamente e utilizados de acordo com os requisitos do tipo de aço a ser produzido. Sucatas com maior teor de manganês ou cromo podem ser usadas seletivamente na produção de aços-liga correspondentes, sem interferir no processo de descarbonização.
3.2 Minimização do arraste de escória durante o vazamento
Evitar o arraste de escória durante o vazamento do metal cria um ambiente mais limpo para a adição de ligas. Quando combinado com escórias de refino econômicas e práticas de pré-desoxidação, a recuperação de ligas pode ser significativamente melhorada.
3.3 Retenção de carbono para reduzir o teor de oxigênio
A retenção de carbono durante a fusão em forno elétrico a arco ajuda a reduzir o oxigênio dissolvido no aço, melhorando diretamente o rendimento da liga durante o vazamento e a metalurgia secundária.
3.4 Temperatura de vazamento e intensidade de agitação controladas
A temperatura de vazamento adequada e a intensidade da agitação com argônio garantem a dissolução completa da liga, prevenindo a aglomeração de liga não fundida na superfície da escória da panela de vazamento e perdas desnecessárias por oxidação durante o reaquecimento subsequente.
3.5 Cronograma para ligas caras e difíceis de dissolver
Ligas de alto valor ou de difícil dissolução devem ser adicionadas em condições de desoxidação adequadas na panela de vazamento para maximizar a recuperação.
3.6 Faixas de metas de composição razoáveis
O controle da composição do aço deve evitar o direcionamento persistente para valores próximos aos limites superiores, o que leva a um excesso de qualidade e ao consumo desnecessário de ligas.
3.7 Redução das perdas mecânicas durante a adição de ligas metálicas
As ligas adicionadas manualmente devem ser carregadas através de calhas de alimentação de ligas designadas para evitar derramamento fora da concha de vazamento.
3.8 Pré-aquecimento para adições de ligas grandes ou difíceis
Para aços de alta liga ou com grandes adições de ligas, colocar as ligas no fundo da panela de vazamento e pré-aquecê-las sob o aquecedor da panela melhora a eficiência da fusão e reduz as perdas na etapa de refino.
4. Reduzindo o consumo a longo prazo por meio do projeto da fábrica e da gestão da produção.
Em operação contínua, o consumo de sucata de aço e ligas metálicas é influenciado não apenas pelas corridas individuais, mas também pelo layout da fábrica, pelo fluxo de materiais e pelas práticas de gestão da produção.
Um projeto racional da oficina e rotas otimizadas de carregamento e vazamento ajudam a encurtar os percursos de movimentação de materiais, reduzir o manuseio repetitivo e diminuir o risco de perdas físicas. Procedimentos operacionais claros e executados de forma consistente para sopro de oxigênio, carregamento, vazamento e adição de ligas reduzem a variabilidade entre turnos e operadores.
Essas medidas devem ser adaptadas às condições reais da planta, incluindo espaço disponível, orçamento do projeto, estrutura local de matéria-prima e nível de qualificação da mão de obra. Não existe um modelo de gestão universal aplicável a todos os projetos de forno elétrico a arco.
Na prática, o SME Group fornece serviços de gestão de produção e suporte operacional para projetos de fabricação de aço em forno elétrico a arco em todo o mundo, tanto para usinas siderúrgicas novas e completas quanto para instalações existentes que buscam otimização operacional. Todas as soluções de gestão de produção são desenvolvidas sob medida para cada local, visando garantir a operação estável e a qualidade do produto, reduzindo progressivamente o consumo de carga metálica e de ligas.
