BR0317390B1 - elemento de cobertura para formar uma escória de topo em um banho de fusão de metal e processos para a produção de um elemento de cobertura. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTO DE COBERTURA PARA FORMAR UMA ESCÓRIA DE TOPO EM UM BA- NHO DE FUSÃO DE METAL E PROCESSOS PARA A PRODUÇÃO DE UM ELEMENTO DE COBERTURA".

A presente invenção refere-se a um elemento de cobertura ou

um material de cobertura para cobrir a superfície livre de um banho de fusão de metal em um recipiente metalúrgico aberto, especialmente para a produ- ção de aço na área da metalurgia de ferro gusa e da metalurgia secundária, e sua fundição contínua para a formação de uma escória de topo. A presen- te invenção refere-se também à utilização do elemento de cobertura.

O banho de fusão em recipientes metalúrgicos abertos da indús- tria de aço como, por exemplo, em distribuidores de fundição contínua (Tun- dish) usualmente é coberto com um elemento de cobertura ou um material de cobertura que derrete e forma a chamada escória de topo. A escória de topo garante uma camada de proteção líquida na superfície do banho de metal que é destinada a prestar um trabalho metalúrgico para, por exemplo, o grau de pureza de óxido, por exemplo, impedindo uma absorção de gás da atmosfera, e absorve da escória as inclusões não metálicas.

Os elementos de escória de topo para a cobertura de um banho de fusão, via de regra possuem um ponto de fusão que tipicamente fica 150°C abaixo da temperatura do líquido da massa fundida, de modo que depois da colocação eles derretem dentro de um curto tempo.

A composição da escória de topo depende das exigências do banho de fusão metálico. Para a produção de aço na maioria dos casos são utilizados elementos de cobertura alcalinos na base de aluminato de cálcio, por exemplo, C12A7 (12 CaO · 7 AI2O3). No caso, pode se tratar, por exem- plo, de conglomerado ou de produtos fundidos de um portador de AI2O3 co- mo bauxita ou alumina, e um portador de CaO, como pedra calcária, cal cal- cinada ou dolomita. Mas também são utilizados, por exemplo, pós de fundi- ção contínua como mistura de SiO2, CaO, AI2O3, flúor ou componentes de soda ou elementos de escória de vanádio.

A camada de escória líquida dissipa grandes quantidades de calor para fora do banho de fusão, assim causando grandes perdas de calor. Para impedir isso, um elemento de isolamento térmico é empilhado sobre a escória. Os elementos de isolamento térmico não podem derreter nas tem- peraturas do banho de fusão ou de fusão da escória e devem ser de tal mo- do inerentes ou não reagirem, de modo que não participam do trabalho me- talúrgico. Por exemplo, utiliza-se como elementos de isolamento térmico áci- do silícico biogênico na forma de cinzas de cascas de arroz. Além disso, são utilizados granulados secos por pulverização, presentes na forma de mini- esferas ocas.

Na prática, a massa fundida de metal freqüentemente primeiro é coberta com o elemento de escória de topo, depois o elemento de isolamen- to térmico é colocado sobre a escória de topo fundida líquida. A combinação de escória de topo mais o elemento de isolamento térmico também é deno- minado de "cobertura tipo sanduíche".

A desvantagem desse método de cobertura tipo sanduíche com isolamento térmico é, por um lado, que precisam ser utilizados dois elemen- tos diferentes. É preciso estocar dois produtos e prestar atenção que não sejam trocados no local de uso. Por outro lado, assim mesmo ocorrem rea- ções entre o elemento de isolamento térmico seco mais sólido e a escória de topo líquida, reações essas que prejudicam o trabalho metalúrgico da escó- ria de topo. A escória de topo pode absorver S1O2 das cinzas de cascas de arroz, por exemplo, até o limite de saturação, com a conseqüência de que a escória de topo libera oxigênio para a massa fundida de metal, o que na ver- dade deveria ser impedido pela escória de topo.

Massas fundidas em panelas de fundição metalúrgicas freqüen- temente também são cobertas com elementos de isolamento térmico. A su- perfície do banho de fusão de uma panela de fundição é coberta com o ma- terial de isolamento térmico, por exemplo, no término do trabalho metalúrgi- co, o que faz com que as perdas térmicas sejam reduzidas.

Em alguns casos, também já antes do término do trabalho meta- lúrgico, é colocado um isolamento térmico, por exemplo, quando são previs- tos tempos mais longos de transporte ou de parada entre a sangria até o próximo passo de processamento. No caso, eventualmente a cobertura de isolamento térmico antes do próximo passo de processamento precisa no- vamente ser retirada por meio da remoção da escória, pois poderia prejudi- car o trabalho metalúrgico seguinte de uma escória de topo colocada depois. Essa providência requer um dispêndio adicional, atrasa consideravelmente o trabalho metalúrgico e causa perdas de material consideráveis referentes ao elemento de isolamento térmico.

A presente invenção tem a tarefa de garantir um trabalho meta- lúrgico bom feito por um elemento de cobertura para um banho de fusão me- talúrgico e um isolamento térmico mais simples. Essa tarefa é solucionada através das reivindicações 1, 12 e 24, 25. Formas de execução vantajosas da presente invenção são caracteriza- das nas sub-reivindicações.

A presente invenção, portanto, refere-se a um elemento de co- bertura granulado, cuja massa fundida possui uma composição química e mineralógica necessária para o trabalho metalúrgico e que em um banho de fusão metalúrgico forma tanto a massa fundida da escória, como também sobre a mesma, uma camada de isolamento térmico através da respectiva porosidade dos grãos.

Assim sendo, o material de escória de topo de acordo com a presente invenção também cumpre a função sinérgica de um elemento de isolamento térmico, sendo que os grãos, em virtude de sua formação de po- rosidade possuem uma porosidade de isolamento térmico.

Se o material de escória tornado poroso de acordo com a pre- sente invenção for colocado sobre o banho de fusão de metal, uma parte predeterminada do material da camada que entra em contato direto com a superfície do banho de fusão derrete e forma uma camada de escória líqui- da. Sobre esta se encontra um material de escória tornado poroso, seco, sólido a granel, sendo que em uma área de transição existem tanto massa fundida de escória como também material de escória tornado poroso. O iso- lamento térmico resulta essencialmente da porosidade dos grãos e dos es- paços intermediários entre os grãos do material de escória de topo (volume de grão intermediário) do granel. A quantidade do material de escória de topo a ser colocada de- pende do trabalho metalúrgico necessário e do isolamento térmico desejado.

Um outro trabalho sinérgico especial do material de escória de topo de acordo com a presente invenção é obtido pelo fato de que através do trabalho metalúrgico os elementos ou substâncias gastos da massa fun- dida de escória de topo podem automaticamente ser fornecidos pelo material da área de transição acima dela e/ou do material da camada de isolamento térmico. Se a massa fundida da escória fica pobre de um determinado com- ponente, resulta uma queda de concentração que é compensada pelo forne- cimento posterior do componente do material não fundido. Desse modo sur- gem automaticamente, a longo prazo, as condições otimizadas para o traba- lho metalúrgico.

Assim sendo, a presente invenção trilha um caminho completa- mente novo para garantir o isolamento térmico que surpreendentemente traz ainda muitas vantagens. Por exemplo, já não é nenhum problema, cobrir as panelas de fundição cheias que precisam passar por tempos intermediários mais longos, com o material de escória de topo de acordo com a presente invenção, primeiro apenas para fins de isolamento térmico, sem que sejam geradas quantidades grandes de escória líquida. Somente depois é derretido em cima o material de isolamento térmico para formar a escória de topo para o trabalho metalúrgico. A remoção do elemento de isolamento térmico antes do trabalho metalúrgico que até agora era necessária, fica então dispensada.

O material de escória de topo tornado poroso de acordo com a presente invenção pode ser produzido, por exemplo, utilizando-se pelo me- nos um material de partida que em reações de desidratação ou de calcina- ção libera substâncias gasosas, gerando poros. De preferência, as matérias- primas de escória de topo moídas, por exemplo, moídas para < 90 pm, são misturadas a um agente aglutinante que queima a temperaturas baixas e permite gerar, a partir do conglomerado em uma instalação de peletização ou de granulação, por exemplo, em um prato de granulação ou em um tam- bor de granulação, corpos com uma determinada granulometria. Os corpos ou péletes ou grãos são de tal modo tratados termicamente que o agente aglutinante queima, as matérias-primas desidratam e/ou calcinam, e uma ligação cerâmica e/ou de sinterização é providenciada. Depois do esfriamen- to recebe-se péletes ou grãos sólidos com poros que são feitos por meio de desidratação e/ou queima completa e/ou calcinação.

Como agentes aglutinantes, de preferência, são utilizados água, silicato de sódio, resinas sintéticas, lixívia de sulfeto, compostos de fosfato e/ou cal calcinada.

De acordo com uma forma de execução especial da presente invenção para a formação de poros, substâncias de queima total orgânicas são acrescidas às quantidades de matéria-prima dos agentes aglutinantes que geram a porosidade pela queima completa. Esses elementos de gerar porosidade, tais como fibras de papel, resíduos de serragem, serradura, re- síduos de madeira, granulados de estiropor ou semelhantes são utilizados especialmente quando as matérias-primas de partida não geram nenhum poro ou apenas poucos poros durante a queima.

É lógico que também os agentes aglutinantes de queima com- pleta geram poros adicionais, de modo que a percentagem de poros pode ser controlada através da adição de agentes aglutinantes, da seleção de ma- teriais de partida desidrados e/ou calcináveis e/ou das substâncias de quei- ma completa.

De preferência são produzidos péletes ou granulados que pos- suem uma granulometria entre 1 e 50 mm, especialmente entre 3 e 20 mm, onde é vantajoso, quanto à distribuição da granulometria, utilizar frações de grãos mais estreitos possíveis, de modo que na quantidade de grãos sobre um banho de fusão ou sobre a massa fundida de escória haja o máximo de ar nos grãos o que aumenta mais ainda o isolamento térmico.

Com vantagem, os péletes ou granulados possuem no material de grão uma porosidade de 5 a 70% em volume, especialmente de 20 a 60% em volume.

Densidades de granel preferidas do material de escória de topo de acordo com a presente invenção ficam entre 0,2 e 1,6 kg/dm3, especial- mente entre 0,3 e 1,3 kg/dm3. Especialmente apropriados são elementos de escória de topo alcalinos tornados porosos para a produção de aço, na base de aluminatos de cálcio na proporção de:

CaCVAI2O3 de 0,25 a 4, especialmente de 1,0 a 1,5. Até 15% em massa de fases secundárias podem estar contidos. Estes são, por exemplo, MgO e/ou MgOSiO2 e/ou TiO2 e/ou Fe2O3 e/ou álcalis.

De acordo com uma outra forma de execução da presente in- venção é produzido um material de escória de topo de acordo com a presen- te invenção com a ajuda da adição de um agente de inchamento e água ou um agente espumante e água, de modo que a mistura incha ou espuma, gerando poros. Em seguida, a mistura inchada ou espumada pode ser calci- nada e depois do esfriamento, pode ser fracionada até a granulometria dese- jada.

No lugar de um agente espumante o conglomerado seco ou a mistura aquosa também pode ser misturado com uma espuma pré- espumada.

Esses métodos de processo também permitem de modo simples uma formação de porosidade predeterminável ou controlada, sendo que também pode ser escolhida uma combinação de geração de poros através de agentes de queima completa ou de calcinação.

Com a ajuda do exemplo seguinte, a produção de um produto de escória de topo de acordo com a presente invenção é explicada detalhada- mente.

Um conglomerado pós-formável foi produzido a partir de bauxita bruta e farinha de pedra calcária onde cada uma possuía uma granulometria de < 90 pm e água como agente aglutinante, cuja proporção de Ca0/Al203 resultou em 1,14. A quantidade de agente aglutinante foi ajustada de tal mo- do que em um prato de granulação podiam ser gerados granulados em uma fração de grãos entre 5 e 20 mm.

Os granulados foram de tal modo aquecidos até 1250°C que o agente aglutinante queimou completamente, o componente de bauxita e de pedra calcária calcinou e ocorreu uma ligação cerâmica dos grãos calcina- dos.

Depois do esfriamento resultou um material de escória de topo com poros, granular, em granel de aluminato de cálcio com a composição inicial referente ao AI2O3 e CaO e a fração de granulometria inicial que esta- va em condições de ser embalada e despachada.

Colocado sobre um banho de fusão de aço em um distribuidor de fundição contínua (Tundish) foram geradas uma sobre a outra, uma ca- mada de escória fundida líquida, uma área de transição e uma camada a granel de isolamento térmico. O isolamento térmico era comparável com e- Iementos de isolamento térmico convencionais. O trabalho metalúrgico da escória também era excelente e, sobretudo, mais duradouro do que no caso da escória convencional de cobertura tipo sanduíche idêntica. Isso resultou aparentemente pelo fornecimento posterior de substâncias de granulado de isolamento térmico sobre a escória, que eram gastos no trabalho metalúrgico na escória, e também através de evitar reações químicas entre a escória de topo e o elemento de isolamento térmico.

Dentro do escopo da presente invenção é combinado material de escória de topo conhecido, não tornado poroso, com material de escória de topo tornado poroso de acordo com a presente invenção, com a compo- sição mais idêntica ou mais parecida possível, isto é, com a composição me- talúrgica de efeito igual, sendo que primeiro o banho de fusão é coberto com o material de escória de topo conhecido, não tornado poroso, que derrete muito rapidamente. Em seguida, o material de escória de topo de acordo com a presente invenção é colocado sobre a massa fundida de escória que age essencialmente apenas como isolamento térmico e que pode fornecer substâncias gastas para a massa fundida de escória. Nisso - igual à "cober- tura mono" de acordo com a presente invenção acima descrita - o isolamen- to térmico pode ser regulado de maneira direcionada através da seleção da granulometria dos grãos e/ou da porosidade no material. Isto é possível, por exemplo, através da combinação de diversas frações de grãos e/ou de dife- rentes porosidades no material.

Claims (19)

1. Elemento de cobertura para formar uma escória de topo em um banho de fusão de metal, o qual funde em um banho de fusão e realiza um trabalho metalúrgico, caracterizado pelo fato de que a) consiste de um material granulado que foi feito poro- so, os grãos deste possuem uma porosidade de 5 a 70 % em vo- lume, b) o material granular consiste de aluminatos de cálcio com a seguinte análise química: CaO/AI2C>3 de 0,25 a 1,5, preferencialmente de 1,0a 1,5, em que até 15% da massa de fases secundárias, preferencialmente MgO e/ou MgOSiO2 e/ou TiO2 e/ou Fe2O3 e/ou álcalis podem seletivamente ser incluídos.

2. Elemento de cobertura de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que está presente em uma fração granulométrica entre 1 e 50 mm, especialmente entre 2 e 20 mm.

3. Elemento de cobertura de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que é um produto de granulados formados e/ou um produto peletizado.

4. Elemento de cobertura de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que é um produto de espuma granulado e/ou um produto inchado granulado.

5. Elemento de cobertura de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os grãos possuem uma porosidade ge- rada por meio de desidratação e/ou calcinação.

6. Elemento de cobertura de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os grãos possuem uma porosidade ge- rada com a ajuda dos agentes orgânicos de queima completa.

7. Elemento de cobertura de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os grãos possuem uma porosidade 20 a 60% em volume.

8. Processo para a produção de um elemento de cobertura como definido em uma das reivindicações 1 a 7, onde são misturadas e aquecidas até a reação matérias-primas minerais, de granulometria fina, apropriadas para uma escória de topo que reagem entre si em temperaturas altas e que garantem na mistura a seguinte análise química: CaO/AI2C>3 de 0,25 a 1,5, preferencialmente de 1,0 a 1,5, carac- terizado pelo fato de que, a) utiliza pelo menos uma matéria-prima desidratável e/ou calci- nável e no processo libera vapor de água e/ou produtos gasosos; b) o conglomerado é preparado com um agente aglutinante ca- paz de queimar completamente para se tornar uma massa pós-formável; c) a massa formável é formada em um material granular, especi- almente granulada em grânulos ou peletizada em péletes; d) o material granular é aquecido de tal modo que o agente aglu- tinante queima completamente, que são gerados poros através de desidra- tação e/ou calcinação, e em seguida é gerada uma junção cerâmica e/ou uma junção sinterizada das matérias-primas.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que são utilizadas matérias-primas moídas com granulometrias < 90 pm.

10. Processo de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracteriza- do pelo fato de que como agentes aglutinantes são utilizados água, silicato de sódio, resinas sintéticas, lixívia de sulfito residual, compostos de fosfato e/ou cal calcinado.

11. Processo para a produção de um elemento de cobertura co- mo definido em uma das reivindicações 1 a 7, onde são misturadas e aque- cidas até a reação matérias-primas minerais, de granulometria fina, apropri- adas para uma escória de topo que reagem entre si em temperaturas altas e que garantem na mistura a seguinte análise química: CaCVAI2O3 de 0,25 a 1,5, preferencialmente de 1,0 a 1,5, carac- terizado pelo fato de que, a) as matérias-primas são misturadas com água ou com um a- gente espumante e/ou um agente de inchamento e/ou uma espuma, de mo- do que na massa aquosa são criados poros; b) a massa é queimada até que seja gerada uma ligação cerâ- mica e/ou uma ligação sinterizada.

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o produto queimado é fracionado e classificado.

13. Processo de acordo com uma das reivindicações 8 a 12, ca- racterizado pelo fato de que para a formação de poros são acrescidos ao conglomerado agentes orgânicos de queima completa.

14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que são acrescidos fibras de papel, serradura, aparas de madei- ra e/ou granulado de isopor.

15. Processo de acordo com uma das reivindicações 8 a 14, ca- racterizado pelo fato de que são utilizadas matérias-primas com um módulo de fineza de < 90 μm.

16. Processo de acordo com uma das reivindicações 8 a 15, ca- racterizado pelo fato de que são utilizadas matérias-primas que possuem até 15% da massa de fases secundárias.

17. Processo de acordo com uma das reivindicações 8 a 16, ca- racterizado pelo fato de que as fases secundárias são MgO e/ou Mg0Si02 e/ou TiO2 e/ou Fe2O3 e/ou álcalis.

18. Processo de acordo com uma das reivindicações 8 a 17, ca- racterizado pelo fato de que a queima é feita a temperaturas de até 1250°C.

19. Processo de acordo com uma das reivindicações 8 a 18, ca- racterizado pelo fato de que são utilizadas matérias-primas que desidratam e/ou que calcinam.