Papel da formação inicial de escória durante a fase de fusão.
A formação inicial de escória durante a fase de fusão desempenha um papel fundamental na estabilização do arco elétrico, na transferência de calor, na proteção do banho metálico e na criação de condições oxidantes favoráveis para as reações de refino.
Estabilização do arco e eficiência térmica
Uma camada de escória cobrindo o aço fundido estabiliza o arco elétrico e reduz a perda de calor por radiação. O aumento da opacidade da escória melhora a absorção de calor e a eficiência geral da transferência de calor.
Proteção do banho de metal fundido e absorção de inclusões.
A formação inicial da escória isola o aço fundido da atmosfera do forno, reduzindo a absorção de gases e retendo as inclusões introduzidas com a sucata.
Controle da oxidação e evaporação dos elementos.
A cobertura de escória limita a volatilização dos elementos e proporciona condições adequadas para a oxidação e remoção de fósforo, silício e manganês.
Para a estabilização do arco elétrico e a cobertura da poça de metal fundido, uma quantidade de escória de aproximadamente 1,0 a 1,5% do peso da sucata é suficiente. O excesso de escória aumenta o consumo de energia não produtivo.
Práticas iniciais de desfosforização durante a fase de fusão.
Para que a desfosforização ocorra na fase de fusão, a escória deve possuir potencial oxidante, basicidade e volume adequados. A prática moderna de fornos elétricos a arco frequentemente transfere a desfosforização da fase de oxidação para a fase de fusão, permitindo que os níveis de fósforo atinjam a faixa controlada assim que a fusão for concluída.
Em temperaturas típicas da fase de fusão, entre 1500 e 1540°C, escórias de baixa temperatura, básicas, fluidas e oxidantes são termodinamicamente favoráveis para a remoção de fósforo. Os materiais da escória são, portanto, adicionados antecipadamente, elevando o volume total da escória para 3 a 5% do peso da sucata.
Durante a fusão assistida por oxigênio, a temperatura relativamente baixa do banho e as reações fracas entre carbono e oxigênio permitem que o teor de FeO na escória ultrapasse 20%. Com a basicidade da escória controlada entre 1,8 e 2,0, aproximadamente 50 a 70% do fósforo presente na carga pode ser removido. A remoção da escória em tempo hábil após a fusão reduz significativamente a duração da etapa de oxidação. Essa prática é atualmente amplamente aplicada na produção de aços carbono e de baixa liga.
Operação de fusão assistida por oxigênio na etapa de fusão do forno elétrico a arco.
A fusão assistida por oxigênio começa quando a sucata próxima à porta do forno atinge o rubro e o aço fundido se torna visível ao inclinar o forno. Algumas usinas iniciam a fusão assistida por oxigênio mais cedo, incendiando a sucata próxima à porta do forno com o uso de materiais carbonáceos auxiliares.
Os princípios operacionais incluem:
- Cortando e empurrando sucata simultaneamente;
- Evitar a aplicação de oxigênio concentrado em um único ponto;
- Cortando imediatamente a sucata que forma pontes para permitir a imersão no banho de metal fundido;
- Abertura do canal da porta do forno antes da injeção completa de oxigênio.
Principais métodos de injeção de oxigênio durante o processo de fusão.
Método de corte para sucata em ponte
É utilizado para quebrar pontes de sucata e permitir a imersão gradual no banho. O consumo de oxigênio é relativamente baixo e a velocidade de fusão é mais lenta.
Injeção de oxigênio na superfície da escória
Aplicado quando não há formação de pontes de sucata e o teor de carbono é elevado. Este método oferece alta eficiência de oxigênio e aquecimento rápido, mas produz grandes chamas e condições operacionais severas.
Estabelecendo e expandindo a poça de metal fundido central
O oxigênio é inicialmente injetado no centro para conectar as três zonas de fusão dos eletrodos, formando uma poça de metal fundido que se expande gradualmente. Combinado com a alta potência de entrada e a formação de escória espumosa, esse processo acelera a fusão.
Estratégia de injeção de oxigênio para zonas frias
A estratégia de perfuração deve ser ajustada de acordo com a fase da campanha do forno. No início da vida útil do forno, a sucata na zona dos eletrodos pode ser removida primeiro. Em fases posteriores da vida útil do forno, a sucata próxima às paredes do forno deve ser removida sequencialmente em direção ao centro.
A experiência prática demonstra que a adição adequada de carbono durante a fase de fusão, combinada com a descarbonetação sob fornecimento de energia e agitação do banho por meio de reações carbono-oxigênio, proporciona um mecanismo de fusão eficiente assistido por oxigênio.
Segurança e condições anormais durante a fase de fusão.
As lanças de oxigênio não devem se aproximar da zona do arco elétrico, pois a corrente elétrica pode ser transmitida através da lança, representando um sério risco de choque elétrico.
A baixa condutividade elétrica durante a fusão é tipicamente causada por:
- Materiais não condutores misturados na sucata;
- Espaços excessivos entre os pedaços de sucata;
- Falha mecânica no sistema de elevação do eletrodo.
As medidas corretivas incluem a adição de materiais condutores sob o eletrodo, como ferro fundido ou pequenos pedaços de eletrodo, evitando o excesso de absorção de carbono.
Fenômeno de formação de pontes de sucata na fase de fusão
A formação de pontes de sucata resulta do carregamento inadequado da sucata e da fusão localizada. Essas pontes podem causar o colapso repentino da sucata, a quebra dos eletrodos ou a ebulição violenta do banho. A prevenção depende da distribuição adequada da sucata e da fusão controlada com auxílio de oxigênio.
Controle de potência no final da fase de fusão.
Quando mais de três quartos da sucata já derreteram, o arco elétrico deixa de estar protegido. A operação contínua na potência máxima pode danificar o teto e as paredes do forno, tornando necessária a redução da potência.
Medidas para reduzir o tempo da fase de fusão na produção de aço em fornos elétricos a arco.
As medidas eficazes incluem:
- Tempo de processamento rápido do forno e carregamento racional da sucata;
- Fusão assistida por oxigênio;
- Queimadores de combustível-oxigênio;
- Pré-aquecimento da sucata;
- Carregamento de metal quente;
- Prática de retenção de aço e escória;
- Estratégia racional de fornecimento de energia.
