BR102018013644A2

BR102018013644A2 - liga de cálcio, alumínio e silício, bem como processo para a produção da mesma

Info

Publication number: BR102018013644A2
Application number: BR102018013644A
Authority: BR
Inventors: Xavier Da Silva Neto Francisco; Tarcísio De Oliveira Lupércio; Von Kruger Paulo; Alves Lage Wilson
Original assignee: Bozel Brasil S A
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-14
Also published as: US11486027B2; EP3817876A1; EP3818183A1; EP3818183A4; CN112400028A; EP3817876A4; US20210262067A1; WO2020010209A1; JP2021532273A; US11486026B2; WO2020010206A1; US20220033938A1

Abstract

liga de cálcio, alumínio e silício, bem como processo para a produção da mesma. descreve-se uma liga de cálcio (ca), alumínio (al) e silício (si), útil no processamento de ligas metálicas, e processo para sua produção.

Description

Relatório descritivo da patente de invenção para “LIGA DE CÁLCIO, ALUMÍNIO E SILÍCIO, BEM COMO PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DA MESMA.

Campo de aplicação [001] Os produtos e processos descritos a seguir podem ser aplicados na indústria siderúrgica, mais especificamente na produção de aços e outras ligas metálicas.

Fundamentos [002] O processo de produção do aço pode ser resumido em duas etapas básicas: formação da liga e refino da mesma, que são que são realizadas em sucessão. O aço é formado pela adição de várias ligas metálicas e, em seguida, é refinado por técnicas diversas.

[003] A etapa de refino pode incluir dessulfurização, modificação e remoção de inclusões não metálicas, como inclusões globulares, além de desgaseificação, isto é, a redução do teor de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio.

[004] A dessulfurização e modificação e remoção de inclusões não metálicas são fundamentais para a obtenção de um aço de qualidade, pois inclusões podem afetar as características mecânicas do produto. Inclusões não metálicas são impurezas presentes nos aços que alteram suas propriedades em maior ou menor grau, dependendo da quantidade, do tamanho, da morfologia e da composição química das mesmas. Em sua maioria podem ser consideradas deletérias

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2/31 ao produto. Por exemplo, inclusões de sulfeto de ferro (FeS) possuem um ponto de fusão muito baixo, em relação ao do aço (o FeS funde em torno de 1000°C), de modo que sua presença nos processos de conformação mecânica a quente, realizados normalmente acima de 1000°C, confere ao aço a chamada “fragilidade a quente”.

[005] Por esses motivos, as indústrias siderúrgicas têm procurado reduzir e controlar o nível de inclusões não metálicas nos aços, no sentido de produzir “aços mais limpos” e, consequentemente, mais homogêneos e com melhores propriedades mecânicas.

[006] Inclusões não metálicas, em geral, são originadas de reações durante o processo de fabricação, de precipitação durante o resfriamento ou ainda são resultantes de incorporação mecânica de materiais com os quais o aço líquido entra em contato. Essas inclusões podem ser modificadas morfologicamente ou eliminadas por meio de tratamentos com ligas de cálcio, silício e alumínio, por exemplo.

[007] Ligas metálicas utilizadas no refino de aço compreendendo cálcio, silício e alumínio são amplamente conhecidas na técnica, sendo produzidas e comercializadas em larga escala por dezenas de fabricantes e fornecedores ao redor do mundo.

[008] Entre tais ligas, estão, por exemplo, as ligas Cálcio-Silício (CaSi), Ferro-Sílico-Manganês (FeSiMn) e o

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aluminato d	e cálcio,	sendo a	primeira um	desoxidante	e
controlador	morfológico	de	inclusões, a	segunda	um
desoxidante	complexo	e a	terce	ira aumenta a	eficiência	do

refino e tem outros possíveis usos.

[009] Apesar das supracitadas ligas atualmente existentes serem relativamente úteis em seus respectivos propósitos, por exemplo, para eliminação de inclusões não metálicas, desoxidação e dessulfurização do aço em etapas intermediárias de produção, existe a necessidade de se desenvolver novos produtos mais baratos e eficientes, que atendam melhor as necessidades de produção de aços, por exemplo, com maior qualidade, melhores propriedades físicas e durabilidade, bem como processos aperfeiçoados para obtenção dos mesmos.

[010] Com base no acima exposto, pode-se depreender que uma liga Cálcio-Silício-Alumínio é, em teoria, um desoxidante altamente eficiente, pois conta com a ação simultânea do silício e do alumínio, com um aproveitamento elevado do cálcio no controle de inclusões, por exemplo.

[011] Entretanto, no caso de uma mistura meramente física de Ca, Al e Si, cada elemento tem um comportamento independente per se. Assim sendo, no ambiente de um banho de aço oxidado, a reação de desoxidação preferencial será aquela com o elemento mais reativo. Deste modo, no caso de uma mistura física de Ca, Al e Si, o desoxidante principal seria

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4/31 o cálcio, o que o desvia da sua finalidade principal, que é o controle de inclusões. Além disso, sendo os componentes isolados, os respectivos pontos de equilíbrio serão atingidos prematuramente, diminuindo a extensão das reações desejadas.

Abordagem da solução para o problema e objetivos [012] Na tentativa de desenvolver uma nova liga metálica que supra as necessidades do mercado e supere as deficiências citadas acima, os inventores verificaram que os resultados de refino de aço usando ligas de Ca, Al e Si são otimizados quando os elementos Ca, Al e Si da liga estão interligados quimicamente, em relação a ligas em que os elementos estão ligados apenas fisicamente.

[013] A liga de Cálcio, Alumínio e Silício (CaAlSi) descrita e reivindicada a seguir é formada pela ligação química entre esses três elementos, sendo, como resultado disso, um excelente desoxidante, por causa do efeito sinérgico da ação combinada do alumínio e do silício, que preservam o cálcio quando ligados quimicamente ao mesmo, deixando-o totalmente disponível para agir sobre os produtos de oxidação (silicatos e aluminatos), transformando-os em inclusões globulares líquidas, facilmente removíveis por flotação do banho metálico, por exemplo.

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5/31 [014] Adicionalmente, a desoxidação extensa e a presença de cálcio elementar criam um ambiente propício à remoção do enxofre residual, por meio do próprio cálcio.

[015] Pode-se dizer, portanto, que os inventores verificaram que há um efeito sinérgico entre cálcio, alumínio e silício para a modificação e eliminação de inclusões não metálicas durante o refino de aço, quando tais elementos são ligados quimicamente. Tal fato é explicado pelas condições termodinâmicas do sistema. Com efeito, a ação simultânea de dois ou mais componentes gerando produtos complexos é mais extensa do que a de cada um dos componentes agindo isoladamente.

[016] Melhor explicando, reações de desoxidação pelo silício e pelo alumínio, ou seja:

Si + O2 = SiO2

2Al + 1,5O2 = Al2O3 atingem o equilíbrio, isto é, são menos extensas do que a reação simultânea dos dois componentes, qual seja:

SiAl2 + 2,5O2 = SiO2.Al2O3 [017] Todavia, durante o desenvolvimento das ligas CaAlSi conforme aqui propostas, em que os três elementos se encontram ligados quimicamente, os inventores encontraram diversas dificuldades. Por exemplo, a estabilidade dos óxidos de Si, Al e Ca é crescente nesta ordem (Si < Al < Ca), portanto a tendência é que ocorra redução preferencial

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6/31 do Si em temperaturas abaixo daquelas de redução dos demais, assim como a escorificação de Ca e Al.

[018] Além disso, a formação de carbetos é preferencial à formação de moléculas formadas apenas pelos elementos Ca, Al ou Si, justamente por causa do excesso de carbono não utilizado na redução de Al e Ca. Sendo assim, haverá formação de carbetos até a saturação. No caso do carbeto de silício, isso pode ocasionar encrostamento do forno, pois tal composto é refratário.

[019] O processo aqui descrito e reivindicado foi desenvolvido a fim de se obter a liga CaAlSi com as características aperfeiçoadas descritas anteriormente, ao mesmo tempo eliminando as dificuldades expostas acima.

[020] Portanto um dos objetivos do produto e processo aqui descritos e reivindicados é fornecer uma liga metálica de Ca, Al e Si onde os elementos C, Al e Si estão ligados quimicamente.

[021] Também é um dos objetivos fornecer uma liga de Ca, Al e Si que possui um efeito sinérgico no controle de inclusões não metálicas, desoxidação e dessulfurização.

[022] Além disso, um dos objetivos é fornecer uma liga metálica com as mesmas características citadas acima e compreendendo ainda outros elementos, como Ferro (Fe),

Titânio (Ti), Manganês (Mn), entre outros metais.

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7/31 [023] Constitui outro objetivo do processo aqui descrito e reivindicado a produção de ligas metálicas conforme as descritas acima, compreendendo uma etapa de fusão-redução carbotérmica simultânea dos três metais a partir de suas fontes.

Descrição da figura [024] A Figura 1 é um diagrama gerado na simulação correspondente a temperatura de fusão da escória.

Descrição detalhada [025] De maneira geral, a liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si), ou liga CaAlSi aqui descrita e reivindicada, compreende aproximadamente 15 a 45% de Ca, 20 a 40% de Al e 20 a 40% de Si. Tais porcentagens podem variar de acordo com o propósito de utilização da liga.

[026] Os inventores verificaram que há um efeito sinérgico entre cálcio, alumínio e silício para a modificação e eliminação de inclusões não metálicas durante o refino de aço, quando tais elementos são ligados quimicamente. Tal fato é explicado pelas condições termodinâmicas do sistema. Com efeito, a ação simultânea de dois ou mais componentes gerando produtos complexos é mais extensa do que a de cada um dos componentes agindo isoladamente.

[027] Melhor explicando, reações de desoxidação pelo silício e pelo alumínio, ou seja:

Si + O2 = SiO2

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2Al + 1,502 = A12O3 atingem o equilíbrio, isto é, são menos extensas do que a reação simultânea dos dois componentes, qual seja:

SiAl2 + 2,5O2 = SiO2.Al2O3 [028] Todavia, durante o desenvolvimento das ligas CaAlSi conforme aqui propostas, em que os três elementos se encontram ligados quimicamente, os inventores encontraram diversas dificuldades. Por exemplo, a estabilidade dos óxidos de Si, Al e Ca é crescente nesta ordem (Si < Al < Ca), portanto a tendência é que ocorra redução preferencial do Si em temperaturas abaixo daquelas de redução dos demais, assim como a escorificação de Ca e Al.

[029] Além disso, a formação de carbetos é preferencial à formação de moléculas formadas apenas pelos elementos Ca, Al ou Si, justamente por causa do excesso de carbono não utilizado na redução de Al e Ca. Sendo assim, haverá formação de carbetos até a saturação. No caso do carbeto de silício, isso pode ocasionar encrostamento do forno, pois tal composto é refratário.

[030] O processo aqui descrito e reivindicado foi desenvolvido a fim de se obter a liga CaAlSi com as características aperfeiçoadas descritas anteriormente, ao mesmo tempo eliminando as dificuldades expostas acima.

[031] Uma liga de acordo com os objetivos citados acima pode compreender aproximadamente 40% de Ca, 25% de Al e 35%

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9/31 de Si, ou 25% de Ca, 35% de Al e 40% de Si; ou 33% de Ca, 33% de Al e 33% de Si, ou 35% de Ca, 20% de Al e 40% de Si, sendo o restante da composição complementada por outros elementos, por exemplo.

[032] Em uma modalidade, os elementos Ca, Al e Si presentes na liga estão ligados quimicamente entre si. Conforme explicado acima, essa ligação química é benéfica pois deixa o Ca mais disponível para, por exemplo, participar das reações que facilitarão a eliminação de inclusões não metálicas, bem como para remoção de enxofre, ou dessulfurização.

[033] Portanto, em uma modalidade, a liga Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si) reivindicada possui atividade sinérgica, visto que os mesmos resultados não seriam alcançados pelos elementos isolados ou por uma liga em que tais elementos estejam ligados apenas fisicamente.

[034] Isso se explica pelo fato de que, independente da quantidade de alumina existente, o cálcio vai se combinar com todo o oxigênio disponível (conforme ilustrado abaixo), a não ser este se combine com componentes com maior afinidade:

Reação de formação de inclusões líquidas de CaO-Al2Os:

Ca + [O](diss) + Al2Oa(incl) = CaO.Al2O3 [035] Considerando que o cálcio é um componente mais nobre, procura-se adiciona-lo juntamente com agentes

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10/31 concorrentes, que sejam também técnica e economicamente compatíveis, de modo que o consumo de Ca se limite ao necessário para a formação dos aluminatos de cálcio. Considerados isoladamente, o silício e o alumínio não desempenhariam, numa extensão desejada, o papel de protetores do cálcio contra a ação do oxigênio excedente. Já, na forma do composto intermetálico Al-Si, eles agem como um terceiro elemento, com afinidade ao oxigênio superior àquela do cálcio.

[036] Em uma modalidade, as fontes de Cálcio usadas para a produção da liga aqui reivindicada podem ser, por exemplo, cal virgem, cal hidratada, calcários e outros carbonates de cálcio. Já as fontes de alumínio podem ser, por exemplo, bauxitas e silicates de alumínio. Por sua vez, as fontes de silício podem ser, por exemplo, quartzes, quartzites e silicates de alumínio.

[037] Alternativamente, em uma possível modalidade, as fontes de Ca, Al e Si podem ser, por exemplo, escórias, pós de filtros de fornos e outras ligas de Ca, Al e Si.

[038] Em uma modalidade, a liga de Ca, Al e Si pode compreender ainda outros elementos, como Ferro (Fe), Titânio (Ti), Manganês (Mn), entre outros metais, na proporção de até 10%.

[039] Além da liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si) aqui reivindicada, também é objeto da patente

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11/31 um processo para produção de liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si) compreendendo uma etapa de fusão-redução carbotérmica simultânea de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si).

[040] Mais precisamente, em uma possível modalidade, o processo para produção de liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si) compreende uma etapa de fusão-redução carbotérmica simultânea de uma mistura de óxidos de silício, alumínio e cálcio.

[041] Em outra possível modalidade, o processo compreende a adição de proporções menores, Ferro (Fe), Titânio (Ti), Manganês (Mn), dentre outros, na proporção de até aproximadamente 10%.

[042] Em uma modalidade, as cargas das fontes de Ca, Al e Si usadas no processo reivindicado são escolhidas considerando as atividades termodinâmicas de cada fonte, limitadas a suas respectivas estabilidades, de modo a que a energia disponível durante a etapa de fusão-redução carbotérmica simultânea seja igualmente distribuída entre as reações de redução das fontes. Ou seja, as cargas das fontes de Ca, Al e Si usadas no processo reivindicado são feitas de tal modo que permitam a redução seletiva de suas fontes.

[043] Mais precisamente, as cargas das fontes de Ca, Al e Si são feitas considerando as atividades termodinâmicas de cada fonte limitadas a suas respectivas estabilidades.

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12/31 [044] No que se refere à redução seletiva, devem ser selecionadas matérias primas de modo que as condições de redução dos metais sejam as mais próximas possíveis. Por exemplo, as fontes de cálcio devem ter uma disponibilidade de CaO livre, a maior possível.

[045] As fontes de alumínio se dividem em dois tipos: as que têm alumina livre e as que a têm complexada.

[046] As fontes de silício também se dividem em dois tipos, como no caso anterior, isto é, as que têm silica livre e as que a têm complexada.

[047] Objetivamente, a proporção de CaO na carga é predominante, em relação aos demais componentes e a sua disponibilidade deve ser maximizada (CaO livre).

[048] A proporção de AI2O3 na carga está relacionada com a sua disponibilidade (atividade termodinâmica). Esta é ajustada utilizando proporções variáveis de fontes de alumina livre (como as bauxitas) e as de alumina complexada (silicatos, como os caulins) . Este ajuste é feito de tal modo que as condições termodinâmicas de redução do alumínio estejam o mais próximo possível daquelas de redução do cálcio.

[049] A proporção de S1O2 na carga obedece aos mesmos critérios que no caso da alumina. Neste caso o ajuste é feito utilizando proporções variáveis de fontes de silica livre (como os quartzos e quartzitos) e de silica complexada.

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13/31 [050] Considerando as proporções referidas às disponibilidades, ou seja, às atividades dos respectivos óxidos as proporções são decrescentes no sentido Ca=> Al =>

[051] Em uma modalidade, as fontes de Cálcio, ou óxidos de cálcio, usadas para a produção da liga aqui reivindicada podem ser, por exemplo, cal virgem, cal hidratada, calcários e outros carbonates de cálcio. Já as fontes de alumínio, ou óxidos de alumínio, podem ser, por exemplo, bauxitas e silicates de alumínio. Por sua vez, as fontes de silício, ou óxidos de silício, podem ser, por exemplo, quartzes, quartzites e silicates de alumínio. Além das fontes naturais, podem ser utilizadas outras, como escórias, pós de filtros de fornos de silício e suas ligas etc.

[052] Um outro aspecto considerado neste desenvolvimento se refere às características físico-químicas da escória formada na formação da liga de Ca, Al e Si. Como as temperaturas de redução são elevadas, o ponto de fusão da escória deve estar acima dessas para que elas ocorram.

[053] Para que as reações ocorram eficientemente, é necessária a mobilidade/contato entre as espécies (Ca, Al, Si, etc.), o que implica em uma temperatura acima do ponto de fusão da escória. Isto implica na correta relação tensãocorrente, no secundário do transformador, de modo que a posição da zona de reação e a concentração de energia sejam

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14/31 adequadas. Este ajuste foi feito por meio de avaliações teóricas preliminares e ensaios em instalação piloto, conforme demonstrado nos exemplos.

[054] Com referência ao redutor, no caso de deficiência ocorre a maior escorificação da carga, e no caso de excesso a formação de carbetos. No que se refere a este último aspecto, um grande excesso, em relação à estequiometria, leva a uma incrustação do forno. No entanto, um ligeiro excesso é desejável, uma vez que este carbeto vai contribuir para ajustar o ponto de fusão da escória.

[055] Um possível redutor empregado no processo aqui reivindicado é o coque, mas pode-se, igualmente, empregar carvão vegetal, coque de petróleo, carvão mineral ou qualquer outra fonte de carbono similar.

[056] Finalmente, no que se refere à preparação da carga, objetiva-se fazer uma mistura dos componentes a mais íntima possível, de modo a minimizar o efeito de reações preferenciais. Assim, a o tamanho das partículas deve ser o menor possível, assegurada a permeabilidade do leito. Uma outra preparação possível é através da aglomeração dos componentes da carga metálica (pelotas, sinter, briquetes, entre outros), contendo parte ou a totalidade do redutor.

Exemplos [057] Para os ajustes do procedimento, foram simuladas várias alternativas de carga, variando as matérias primas,

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15/31 as formulações e a proporção de redutor. Estas alternativas foram ensaiadas em um forno elétrico de redução, em escala piloto.

[058] Foram realizadas 10 baterias de ensaio, nas quais, a partir segunda, eram realizados ajustes com base na(s) bateria(s) anterior(es).

[059] A metodologia adotada para os ensaios foi a que se segue.

[060] O forno piloto, monofásico, tem uma potência de 50 kVA e diâmetro de cadinho ajustável entre 15 cm e 30 cm.

[061] Naturalmente, para a obtenção das ligas calculadas naquelas simulações, parte-se do pressuposto que as condições operacionais e termodinâmicas sejam favoráveis.

[062] Do ponto de vista operacional, o requisito básico é que o forno tenha potência suficiente para atender às necessidades térmicas do sistema.

[063] Já as condições termodinâmicas básicas são as temperaturas adequadas para as reações de redução, a relação entre atividades dos óxidos dos elementos de liga, que devem guardar proporções tais, que assegurem uma distribuição mais homogênea da energia, entre as três reações de redução principais.

[064] Com base nestes princípios, foram feitas as formulações, na 1^a etapa e estabelecidas as condições de operação em cada ensaio.

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16/31 [065] Uma primeira ação foi a de produzir pelotas com a mistura dos componentes da carga, contendo os óxidos dos elementos de liga. O objetivo desta prática foi o de promover uma mistura íntima entre estes componentes e assegurar uma boa permeabilidade da carga [066] O redutor, no caso, coque metalúrgico, juntamente com componentes auxiliares, no caso pelotas de minério de ferro e fluorita, são carregados, misturados com as pelotas.

[067] No seguimento, são descritos e comentados os ensaios.

Teste #1 [068] Este primeiro teste é, na realidade, o ponto de partida, para estabelecer as referências básicas, a partir das quais serão introduzidos ajustes.

[069] A formulação escolhida foi o de uma mistura de dois tipos de bauxita, visando ajustar o Fe e o Al, com areia, complementando as necessidades de Si e cal, como fonte de cálcio.

[070] A proporção de redutor foi a estequiométrica, com a correção referente aos rendimentos esperados dos elementos de liga.

[071] A formulação da carga e as condições de operação do forno, estão consolidadas no quadro a seguir.

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Teste #1	20/11/2017
Aquecimento	4 hs	(08:00 -12:00)
Leito		Trafo
Bauxita 225	50 kg	Tap	2
Bauxita MPF	20 kg	V	20 V
Areia	30 kg	1 1500 A
Cal hidratada	80 kg
Pó dos filtros	3 kg	Dia. Cadinho	30 cm
Total pelota	183 kg	Pouca fusão.

Material sinterizado

Cogue 38 kg [072] Antes de comentar o ensaio, há que se registrar a inclusão de um novo componente: o pó dos filtros dos fornos da BOZEL, em São João Dei Rey.

[073] O objetivo inicial era de se usar o redutor contido neste pó. No entanto, como a geração é pequena em relação à produção pretendida, a sua participação na carga é demasiado baixa. Resta, porém, um aspecto altamente positivo, que é o seu reaproveitamento total.

[074] No que se refere ao desempenho do forno, houve pouca formação de liga e a quase totalidade da carga não fundiu, formando uma massa sintetizada, contendo pequenas esferas de liga.

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18/31 [075] Disto, depreende-se claramente que não houve energia suficiente para a fusão da carga e separação das fases. A extensão da reação de redução, também foi pequena, tanto pela falta de mobilidade das espécies, quanto pela relativamente baixa temperatura do forno.

[076] Com efeito, a temperatura de fusão prevista para a escória é elevada, o que é desejável para favorecer as reações de redução. O diagrama gerado na simulação correspondente (Figura 1), mostra isto.

[077] A liga recuperada foi analisada em Espectrômetro de Energia Dispersiva de Raio X - Acoplado ao MEV. Os resultados são os que se seguem.

Si57,62

Al18,7

Ca12,02

Fe9,8 6

Mn0,44

Ti0,59 [078] Observa-se uma ordem de prioridade das reações de redução dos elementos de liga (logicamente faz-se abstração do Fe, cuja reação é preferencial).

[079] No entanto, como não houve fusão da maior parte da carga, os resultados são uma sinalização positiva. Com efeito, houve uma redução numa extensão relativamente alta

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19/31 para o cálcio, o que sugere que em condições mais favoráveis, este resultado deve melhorar.

[080] Com vistas a se aumentar a concentração de energia, o diâmetro do cadinho foi reduzido de 30 cm para 20 cm no segundo teste.

Teste #2 [081] Foram mantidas as mesmas condições do teste anterior, como mostrado no quadro que se segue.

teste.

Teste #3

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20/31 [083] Visando melhorar as condições da escória e a extensão das reações de redução o Al e do Ca, foi adicionada fluorita à carga e aumentada a proporção de coque, para três vezes a estequiométrica.

[084] Os dados deste ensaio estão compilados no quadro a seguir.

Teste #3	30/11/2017
Aquecimento	hs
Leito
Bauxita 225	5 0 kg
Bauxita MPF	2 0 kg
Areia	3 0 kg
Cal hidratada	8 0 kg
Pó dos filtros	3 kg

(08:00 - 12:00)

Traf o

Tap3

V 33V

I 1300A

Dia. Cadinho 20cm

Obs: Forno não correu e não produziu liga

Total pelota 183 kg

7,32 kg

Coque

100 kg [085] O forno não correu e não produziu liga.

O excesso de carbono, sem a contrapartida do aporte de energia levou a formação de carbetos. Não houve produção de liga.

Teste #4

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21/31 [086] Mantida a mistura básica, foi removida a fluotita e mantido o excesso de coque. Do lado operacional, o forno passou para o tap 1, aumentando a corrente e o diâmetro do cadinho foi reduzido para 15 cm, conforme mostrado no quadro que se segue.

Teste #4 04/12/2017

Aquecimento hs

Bauxita 225	50	kg
Bauxita MPF	20	kg
Areia	30	kg
Cal hidratada	80	kg
Pó dos filtros	3	kg

(08:00 - 12:00)

Traf o
Tap	1
V	19	V
I	2300	A

Obs: Forno não foi vazado - apenas um pouco de liga e muita escória [087] A produção de liga foi pequena, indicando a persistência do problema de deficiência de energia.

[088] A composição da liga foi:

Si 53,01

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22/31

Al12,55

Ca23,28

Fe8,18

Mn0,60

Ti2,21 [089] Pode-se dizer que os resultados são comparáveis aos do Teste #1. As oscilações podem ser atribuídas às condições precárias da marcha do forno.

[090] De qualquer maneira, como no caso anterior, o indicativo é interessante.

Teste #5 e Teste #6 [091] Nos testes #5 e #6 foi feito um aumento de 10% no redutor, em relação às duas anteriores e acrescentado minério de ferro, na forma de pelotas de hematita.

[092] O objetivo deste procedimento foi o de investigar a influência da redução associada dos óxidos de ferro, na extensão da redução dos elementos de liga.

[093] Os dados destes dois testes estão compilados nos dois quadros que se seguem.

Teste #5	06/12/2017
Aquecimento	hs	(08:00 - 12:00)
Leito		Trafo
Bauxita 225	5 0 kg	Tap	1
Bauxita MPF	20 kg	V	19 V

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 27/36

23/31

Areia	30	kg	I		2300 A
Cal hidratada	80	kg
Pó dos filtros	3	kg	Dia. Cadinho	15 cm
				Obs:	Vazaram 195
Total pelota	183	kg		g de liga. Eletrodo
Pelotas min de Fe	32			operando no limite superior
Fluorita	0	kg

Coque	110	kg
[094] Houve vazamento de	liga	, aquém	do desejável, mas

compatível com as	condições	de operação.
[095] A liga	produzida	tem as características que se
seguem.
	Si	35, 96
	Al	7,91
	Ca	0, 81
	Fe	51,89
	Mn	0, 61
	Ti	2,15
[096] Como se	pode observar esta liga se aproxima da de
um ferrosilício.	A redução do Ca foi inibida pela

concorrência do Fe.

[097] Com estes resultados não foi possível se concluir sobre o efeito do ferro no sistema.

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 28/36

24/31 [098] Com o objetivo de se obter mais dados, este teste foi repetido, conforme mostra o quadro seguinte.

[099] Neste caso, o forno operou por mais tempo, produzindo duas corridas.

seguir:

	Corrida a	Corrida b
Si	34,45	32,77
Al	19, 83	12,84
Ca	4,72	1,53

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 29/36

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Fe	36, 17	50,43
Mn	0, 61	0,76
Ti	2, 66	1,34
101] Observa-se	uma maior	recuperação de Al e Ca, esta

última, porém, muito discreta.

Teste #7 [102] Considerando a pouca objetividade de testes com ferro com as condições do forno, a carga retornou à formulação anterior, sem o minério de ferro e sem os 10% a mais de coque. Neste caso, porém, foram mantidas as condições elétricas, com a corrente mais alta.

[103] As condições deste teste estão compiladas no quadro mostrado a seguir:

Teste #7

Aquecimento

Leito

Bauxita 225

Bauxita MPF

Areia

Cal hidratada

Pó dos filtros

Caulim

Total pelota

Fluorita

12/12/2017 hs (08:00

Traf o kg Tap

0 kg V kg I

0 kg kg Dia.

kg

183 kg kg

- 12:00)

V

2300 A

Cadinho 15 cm

Obs: Pouca liga e escória

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 30/36

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Coque 100 kg [104] A geração deliga foi pequena, dentro dos mesmos padrões anteriores. A composição da liga é a apresentada abaixo.

Si	41,7
Al	20,32
Ca	9,1
Fe	10,85
Mn	0,41
Ti	2,35

[105] Observa-se um aumento da recuperação de Ca e Al, com a saída do efeito inibidor do ferro.

Teste #8 [106] Neste ensaio foi testada uma nova formulação, substituindo as bauxitas e a areia por caulim.

[107] Um dos objetivos seria o de diminuir as atividades da sílica e alumina, na forma de silicato de alumínio e mantendo o CaO livre.

[108] As características do teste são mostradas a seguir:

Teste #8	15/12/2017
Aquecimento	hs	(08:00 - 12:00)
Leito		Trafo
Bauxita 225	0 kg	Tap	1

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 31/36

27/31

Bauxita MPF	0	kg	V	19 V
Areia		kg	I	2300 A
Cal hidratada	80	kg
Pó dos filtros	0	kg	Dia.	Cadinho 15 cm
Caulim	100	kg		Obs: Eletrodos saíram
Total pelota	183	kg		(T2) Corrente do
				primário no limite(150A) - 30’ .
Fluorita	0	kg		Depois Tap 1. Não houve liga vazada -
Coque	100	kg		só um pouco de escória.

[109] A análise a seguir é a da liga coletada no fundo do forno.

Si	50, 13
Al	1, 1
Ca	0,47
Fe	37,23
Mn	2,76
Ti	6, 74

[110] Esta análise é incompatível dos componentes da carga. O com as características de ferro sugere uma contaminação da amostra, ou da carga. Assim sendo ela não será considerada.

Um único comentário é sobre o ponto de fusão da escória que é elevado, acima dos recursos do forno para fundi-la.

Teste

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 32/36

28/31 [112] Para este teste foi feita uma nova formulação, visando gerar uma escória mais fusível. Como uma redução demasiada do ponto de fusão da escória e, portanto, da temperatura do forno, inibiría a redução dos óxidos mais estáveis, direcionou-se a formulação par que o ponto de fusão da escória ficasse em torno de 1600°C.

[113] Na realidade, esta temperatura está abaixo da ideal, mas ela é mais compatível com os recursos do forno.

[114] Quando, nas etapas posteriores, forem usados fornos mais potentes, as temperaturas de fusão das escórias, voltarão a ser mais elevadas.

[115] Os dados deste teste são mostrados no quadro a seguir.

Teste #9 19/12/2017

Aquecimento hs (08:00-12:00)

Leito				Traf o
Bauxita	225	55	kg	Tap	1
Bauxita	MPF	0	kg	V	19	V
Areia		8	kg	I	2300	A

Obs: Marcha regular, dando duas corridas.

A primeira com Ih e a segunda com cerca de 40' (eletrodo no fim de curso)

Cal hidratada 61 kg

Pó dos filtros 0 kg Dia. Cadinho 15 cm

Caulim 61 kg

Total pelota 185 kg

Fluorita 0 kg

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 33/36

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Coque 100 kg [116] Este foi o teste mais regular, apesar de a fusão da carga ainda estar inibida.

[117] Foram feitas duas corridas. A segunda foi antecipada porque o eletrodo chegou no fim de curso superior.

[118] Os resultados das análises são mostrados a seguir:

	Si	32,57	24,41
	Al	35,16	28,3
	Ca	14,14	3,42
	Fe	11,06	41,67
	Mn	0,82	0,93
	Ti	4,14	0,43
[119] A	primeira	corrida	mostra	uma tendência
interessante,	que pode	ser melhorada	com condições de

operações mais adequadas.

[120] A segunda corrida ocorreu prematuramente, o que resultou numa maior concentração de ferro, cuja redução é preferencial. Assim sendo, este dado não é representativo.

Teste #10 [121] Os dados e resultados da décima bateria, encerrando os ajustes finais, são apresentados a seguir.

Teste #10 Carga metálica	aglomerada em pelotas
Aquecimento hs	(08:00 - 12:00)
Leito	Trafo

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 34/36

30/31

Bauxita 225	55 kg	Tap	1
Bauxita MPF	0 kg	V	19 V
Areia	8 kg	I	2300 A
Cal hidratada	61 kg
Pó dos filtros	2 kg	Dia. Cadinho	15 cm
Caulim	61 kg
Total pelota	187 kg

Fluorita 0 kg

Coque Estequiométrico + 30%

Corrida:

Elemento	Concentração Media		DP
Mg	0.78	±	0.07
Al	30.33	±	0.16
Si	32.09	±	0.18
S	0.66	±	0.07
K	0.16	±	0.05
Ca	33.10	±	0.17
Ti	0.20	±	0.05
Mn	0.08	±	0.05
Fe	0.20	±	0.05
Cu	0.06	±	0.06
Zn	0.07	±	0.06
Sb	2.25	0.04	0.29

Petição 870180147908, de 05/11/2018, pág. 35/36

Claims

1. Liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si) caracterizada pelo fato de compreender uma composição aproximada de 15 a 45% de Ca, 20 a 40% de Al e 20 a 40% de Si.

2. Liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que Ca, Al e Si estão ligados quimicamente.

3. Liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de possuir um efeito desoxidante sinérgico resultante da ligação química entre Ca, Al e Si.

4. Liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as fontes de Cálcio são cal virgem, cal hidratada, calcários e outros carbonatos de cálcio.

5. Liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as fontes de fontes de alumínio são bauxitas e silicatos de alumínio.

6. Liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as fontes de silício são quartzos, quartzitos e silicatos de alumínio.

Petição 870180057539, de 03/07/2018, pág. 8/49

2/3

7. Liga de Cálcio (Ca) , Alumínio (Al) e Silício (Si) , de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de compreender proporções menores, Ferro (Fe), Titânio (Ti ), Manganês (Mn), dentre outros. 8. Liga de Cálcio (Ca) , Alumínio (Al) e Silício (Si) , de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de compreender Ferro (Fe) , Titânio (Ti), Manganês (Mn) , ent re outros metais. 9. Liga de Cálcio (Ca) , Alumínio (Al) e Silício (Si) , de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8,

caracterizada pelo fato de que fontes são escórias, pós de filtros de fornos e outras ligas de Ca, Al e Si.

10. Processo para produção de liga de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si) caracterizado pelo fato de compreender a etapa de fusão-redução carbotérmica simultânea de Cálcio (Ca), Alumínio (Al) e Silício (Si) .

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de compreender a etapa de fusãoredução carbotérmica simultânea de uma mistura de óxidos de silício, alumínio e cálcio.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que as fontes de Cálcio são cal virgem, cal hidratada, calcários e outros carbonates de cálcio.

Petição 870180057539, de 03/07/2018, pág. 9/49

3/3

13. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que as fontes de fontes de alumínio são bauxitas e silicatos de alumínio.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado, pelo fato de que as fontes de silício são quartzos, quartzitos e silicatos de alumínio.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de compreender a adição de proporções menores, Ferro (Fe), Titânio (Ti), Manganês (Mn), dentre outros.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que cargas das fontes de Ca, Al e Si são feitas considerando as atividades termodinâmicas de cada fonte, limitadas a suas respectivas estabilidades, de modo a que a energia disponível durante a etapa de fusãoredução carbotérmica simultânea seja igualmente distribuída entre as reações de redução das fontes.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que cargas das fontes de Ca, Al e Si são feitas considerando as atividades termodinâmicas de cada fonte limitadas a suas respectivas estabilidades.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de compreender a adição de Ferro (Fe), Titânio (Ti), Manganês (Mn), entre outros metais.