Na fabricação de aço em forno elétrico a arco, o período de oxidação desempenha um papel crucial na descarbonetação, desfosforização e na melhoria da limpeza do aço fundido.
Em um artigo anterior, diferentes métodos de oxidação usados durante o período de oxidação do forno elétrico a arco — nomeadamente, oxidação por adição de agentes oxidantes, sopro de oxigênio e o método de oxidação combinado — foram sistematicamente apresentados.
Este artigo aborda as precauções operacionais práticas associadas a esses métodos de oxidação, a fim de evitar condições anormais no forno e garantir a estabilidade da qualidade da produção de aço.
Por que não se deve adicionar agentes oxidantes em excesso antes do carregamento em um forno elétrico a arco?
As reações de descarbonetação em um forno de arco elétrico requerem uma temperatura adequada do aço fundido. A adição excessiva de agentes oxidantes antes do carregamento introduz um forte efeito endotérmico, o que aumenta o consumo de energia elétrica e reduz a temperatura do banho.
Mais importante ainda, os óxidos de ferro tendem a se acumular na interface aço-escória. Assim que a temperatura se torna adequada, reações intensas de carbono-oxigênio podem ocorrer, potencialmente levando à ebulição violenta do banho.
Portanto, grandes quantidades de agentes oxidantes não devem ser adicionadas antes do carregamento. Apenas uma pequena quantidade pode ser usada, o que é benéfico para a formação inicial de escória e desfosforização preliminar.
Por que é necessária uma temperatura mínima antes de iniciar a oxidação do minério?
As reações carbono-oxigênio no aço fundido só podem ocorrer intensamente acima de uma determinada temperatura. Para o aço fundido com um teor de carbono de aproximadamente 1%, a oxidação significativa do carbono começa por volta de 1550°C.
Se o minério for adicionado muito cedo e a uma temperatura insuficiente, a eficiência da descarbonetação permanece baixa, enquanto os óxidos de ferro podem se acumular na interface. À medida que a temperatura aumenta posteriormente, essa condição pode facilmente desencadear uma ebulição repentina e severa.
Por esse motivo, uma temperatura mínima para a oxidação do minério é especificada na prática de fabricação de aço em forno elétrico a arco para garantir reações estáveis e reduzir os riscos operacionais.
Por que a sequência “minério primeiro, oxigênio depois” é recomendada na oxidação combinada?
Ao aplicar o método de oxidação combinada durante o período de oxidação no forno elétrico a arco, a sequência operacional recomendada é adicionar primeiro o minério e depois injetar oxigênio.
A adição prévia do minério promove uma ebulição relativamente uniforme e generalizada no banho, o que é favorável à remoção de gases dissolvidos e inclusões não metálicas. Ao mesmo tempo, a oxidação do minério absorve uma grande quantidade de calor, ajudando a reduzir a temperatura do banho e criando condições mais favoráveis à desfosforização.
Se a injeção de oxigênio for aplicada primeiro, a temperatura do aço fundido tende a subir rapidamente, o que é desfavorável para a remoção do fósforo e reduz a eficácia metalúrgica geral do período de oxidação.
Como controlar a profundidade e o ângulo de imersão da lanceta durante a insuflação de oxigênio?
Durante a injeção de oxigênio na fabricação de aço em forno elétrico a arco, a operação da lança tem um impacto direto na segurança do forno e no desempenho metalúrgico.
- A imersão excessiva pode fazer com que o jato de oxigênio atinja o fundo ou a parede lateral do forno, resultando em danos severos ao refratário. Também aumenta o respingo de metal, a absorção de gases e as perdas por resfriamento, retarda a elevação da temperatura e promove a adesão de escória ao metal no teto do forno. Isso aumenta o risco de falha do painel resfriado a água e acelera o consumo da lança.
- A profundidade de imersão insuficiente limita a interação do oxigênio principalmente à superfície da escória, resultando em baixa eficiência de descarbonetação e baixa utilização de oxigênio. No entanto, a injeção superficial de oxigênio pode acelerar o aumento da temperatura do banho e, por vezes, é benéfica quando a temperatura do aço está muito baixa.
Na prática, a lança de oxigênio é normalmente posicionada a aproximadamente 5–10 cm da interface aço-escória.
O ângulo da lança é igualmente importante. Um ângulo excessivamente íngreme causa sopro excessivo, enquanto um ângulo muito raso resulta apenas na oxidação da superfície da escória. Um ângulo de lança em torno de 30° é comumente adotado em operações industriais de forno elétrico a arco.
Como a pressão do oxigênio deve ser controlada adequadamente durante a administração de oxigênio?
A pressão de oxigênio influencia significativamente a eficiência da fusão, as reações no banho e a qualidade do aço durante o período de oxidação no forno elétrico a arco.
- A pressão de oxigênio excessivamente alta pode acelerar a fusão da sucata e a descarbonetação, mas também causa respingos severos de óxido, aumenta a aderência do aço frio nas paredes e no teto do forno e reduz a utilização de oxigênio. Durante a descarbonetação, a ebulição excessivamente violenta pode promover a absorção de gases pelo aço fundido, deteriorando a qualidade do aço e piorando as condições de operação na frente do forno.
- Uma pressão de oxigênio excessivamente baixa resulta em fusão e descarbonetação lentas, prolonga o tempo de aquecimento e produz uma ebulição fraca no banho, o que é desfavorável para a remoção de gases e inclusões.
Portanto, a pressão de oxigênio deve ser cuidadosamente selecionada e controlada de forma consistente de acordo com as condições do forno.
Por que a administração de oxigênio é proibida quando a pressão de oxigênio está muito baixa?
Quando a pressão de oxigênio é muito baixa, a maior parte do oxigênio reage com o ferro na interface aço-escória, formando óxidos de ferro que se acumulam na escória. Enquanto isso, a agitação insuficiente do banho limita a transferência de massa de carbono em direção à interface de reação.
Nessas condições, assim que a temperatura sobe, o banho torna-se altamente suscetível à ebulição repentina e violenta. Por esse motivo, a injeção de oxigênio não deve ser realizada quando a pressão de oxigênio for insuficiente durante a fabricação de aço em forno elétrico a arco.
