PT909334E - Processo de fabrico de aco num forno electrico com introducao no forno de ferro fundido liquido - Google Patents

Description

303 3bk DESCRIÇÃO "PROCESSO DE FABRICO DE AÇO NUM FORNO ELÉCTRICO COM INTRODUÇÃO NO FORNO DE FERRO FUNDIDO LIQUIDO" A presente invenção refere-se a um processo de fabrico de aço num forno eléctrico com introdução no forno de ferro fundido liquido.

Uma grande parte da reciclagem da sucata é efectuada com a ajuda de fornos eléctricos tais como fornos de arco. Estes fornos permitem fundir e reutilizar a sucata assim tratada para fabricar novos produtos de aço.

Um certo número de elementos residuais contidos na sucata tais como o cobre, o níquel, etc., não pode ser separado do aço e encontra-se em consequência disso nos produtos finais. Assim, quanto mais a sucata sofrer operações de reciclagem, mais a concentração destes elementos residuais é importante. Estes últimos constituem uma dificuldade para o fabrico de certos produtos tais como as chapas metálicas, etc.

Um meio de diminuir a concentração em elementos residuais no aço obtido a partir de sucata e de melhorar ao mesmo tempo os desempenhos energéticos do forno eléctrico consiste em juntar ferro fundido líquido ao forno eléctrico. Ora, devido ao teor bastante elevado em carbono e em silício do ferro fundido líquido (tipicamente 4,5% de C e 0,6% de Si), um introdução no forno de ferro fundido leva a um aumento considerável do teor nestes elementos do banho metálico. Resulta então uma fase de afinação do banho metálico mais longo para reduzir o teor em C 1 e em Si do banho metálico para os valores aceitáveis, que são em geral muito pequenos, por exemplo, para o teor em C entre 0,05% e 0,1%.

Para tal, nos processos de introdução tradicionais, após a introdução no forno de ferro fundido, procede-se a uma injecção de gás de afinação, por exemplo de oxigénio, para reduzir os teores em C e em Si. Sendo os teores destes elementos bastante elevados, o débito de oxigénio deve ser moderado afim de evitar que as reacções de redução do silício e de redução do carbono não ocorram muito violentamente. De facto, na presença de teores em C e Si elevados, o oxigénio injectado reage muito violentamente na zona de impacto no banho metálico, o que leva localmente a uma libertação muito brusca de energia e de gás de reacção, como por exemplo do CO. É evidente que uma tão violenta reacção é acompanhada de projecções de aço e de ferro fundido que correm o risco de fracturar e de estragar os painéis de arrefecimento que revestem o interior do forno. Daí a necessidade de diminuir o débito de oxigénio afim de moderar a dinâmica da reacção de afinação.

Todavia, devido ao débito limitado de oxigénio aquando da afinação, a duração desta última fase é bastante elevada e, para lá de uma certa quantidade de ferro fundido líquido introduzido, constitui o factor limitativo para a duração de um ciclo de fusão do forno. Com o objectivo de melhorar os desempenhos de produtividade do forno de arco, isto é, a fim de reduzir a duração de um ciclo de fusão, é pois indispensável reduzir a duração da afinação do banho metálico. A patente europeia n° EP-A-0 630 977 descreve um processo de tratamento de ferro fundido líquido num convertidor equipado com pelo menos um eléctrodo. Trata-se de um processo no qual a

quantidade total de ferro fundido é introduzida no convertidor antes que o arco eléctrico seja arrancado. 0 objecto da presente invenção é o de proporcionar um processo de fabrico de aço num forno eléctrico com introdução no forno de ferro fundido liquido, que permite reduzir a duração de um ciclo de fusão.

De acordo com a invenção, este objectivo é atingido por um processo de fabrico de aço num forno eléctrico, no qual uma quantidade de sucata é introduzida no forno eléctrico e fundida com a ajuda de um arco eléctrico, depois é introduzida no forno uma quantidade determinada de ferro fundido liquido no forno eléctrico após o que uma parte da sucata é fundida e um gás de afinação é injectado no forno após a introdução no forno da quantidade prevista de ferro fundido até que um valor aceitável do teor em C e/ou em Si do banho metálico seja atingido. A quantidade de ferro fundido liquido é introduzida no forno em continuo e o débito é controlado sem interrupção do aquecimento pelo arco eléctrico, e a injecção do gás de afinação no forno começa durante a introdução no forno em continuo, antes que o teor em C e/ou em Si do banho metálico tenha atingido um valor limite determinado, ocorrendo a injecção em continuo até ao fim da introdução no forno.

Este processo apresenta em primeiro lugar a vantagem de a introdução no forno se fazer em serviço, isto é sem interrupção do aquecimento pelo arco eléctrico. Por consequência, a fusão da sucata não é interrompida e é realizada mais rapidamente que nos processos tradicionais de introdução no forno de ferro fundido liquido. Em segundo lugar, a afinação por injecção de um gás começa antes do fim da introdução no forno, isto é, num momento que é avançado em relação aos processos de introdução no forno tradicionais. Resulta assim que a duração de um ciclo 3

de fusão é reduzido, mesmo que o débito da injecção do gás não seja aumentado.

Começando a afinação antes do fim da introdução no forno, este processo permite ainda reduzir o teor máximo em C e/ou em Si do banho metálico no decurso de um ciclo de fusão por uma adaptação dos débitos de introdução no forno e de injecção de gás. De facto, no principio da afinação, o teor por exemplo em C do banho metálico é claramente inferior ao que se obtém nos processos tradicionais em que a afinação começa apenas após a introdução no forno da quantidade total de ferro fundido liquido (acontecendo o mesmo para o teor em Si) . Mais ainda, uma parte pelo menos do C é oxidada no banho à medida da sua introdução de forma que o aumento do teor em C do banho metálico com a introdução no forno é substancialmente reduzido e a sua concentração não ultrapassa um valor limite determinado, que é para o teor em C por exemplo inferior a 2%, de preferência inferior a 1,5%. 0 teor em Si apresenta um comportamento semelhante, mas a uma escala reduzida. 0 valor limite determinado para o teor em Si é, por exemplo, inferior a 0,3%, de preferência inferior a 0,2%.

Estando os teores em C e em Si limitados desta forma, pode-se aumentar o débito de oxigénio sem que a reacção de afinação se efectue muito violentamente. Deste modo, o facto de uma introdução de Si e C ser limitada, a reacção de afinação já não é localizada no ponto de impacto do gás no banho mas o oxigénio coloca-se intermediariamente sobre o ferro. Em seguida à mistura das fases em presença (metal e escória), o óxido de ferro assim produzido reage posteriormente com o Si e o C que ele encontra num ponto diferente do ponto de injecção. A libertação de gás de reacção, como por exemplo o CO, e as projecções produzem-se então de forma mais uniforme sobre toda a superfície do banho metálico e por consequência muito menos 4

violentamente. Assim, pode ser obtido um aumento do débito de oxigénio e por consequência a velocidade de afinação sem provocar projecções de aço e de ferro fundido muito importantes que possam fracturar e estragar os painéis de arrefecimento que revestem o interior do forno. Os ciclos de fusão do forno são então abreviados e a produtividade do forno aumenta. É de salientar que a introdução no forno de ferro fundido é realizada sem interrupção do aquecimento pelo arco eléctrico e que a abóbada do forno deve permanecer fechada durante o tempo de introdução no forno. Esta é feita de preferência através de uma abertura lateral no forno. Estando a abóbada fechada durante todo o ciclo de fusão, as entradas de ar na câmara do forno são evitadas e a introdução de azoto é consideravelmente reduzida. Mais ainda, a afinação precoce e em continuo conduz a uma lavagem continuada do banho metálico pelos gases de reacção, como o CO. Por meio desta lavagem pelo CO, o azoto dissolvido no banho metálico dissolve-se nas bolhas de CO que o faz sair do banho metálico. 0 azoto é de seguida eliminado da câmara juntamente com o gás de reacção pelo sistema de efluentes do forno. Uma tal lavagem em continuo conduz assim a teores de azoto muito baixos no aço produzido.

Resulta assim que o processo de acordo com a invenção está perfeitamente adaptado ao fabrico de aços de qualidade, especialmente para os aços muito maleáveis, para os quais são requeridos teores muito baixos em azoto.

Os débitos do gás de afinação e de introdução no forno de ferro fundido são de preferência adaptados de forma a que o teor em C e/ou em Si do banho metálico não aumente após o inicio da afinação. Pode-se por exemplo ajustar o débito de introdução no forno de ferro fundido ao débito de oxigénio máximo de forma a oxidar todo o carbono do banho à medida da 5

sua introdução. Desta forma, os teores em C e em Si do banho metálico podem ser controlados de forma muito precisa no decurso de um ciclo de fusão do forno e é possível limitar o teor máximo a valores muito pequenos, por exemplo para o C um teor de 0,5%.

De acordo com uma realização preferida do processo, o gás de afinação é injectado num dos dois quadrantes do forno, que são opostos à abertura de introdução no forno em relação a um eléctrodo do forno eléctrico. Neste caso, a direcção de injecção do gás é orientada de forma a que um primeiro plano vertical que contém a direcção de introdução no forno e um segundo plano vertical que contém a direcção de injecção se intersectem essencialmente na região do eléctrodo do forno.

Os gases de reacção, como por exemplo o CO, que são libertados durante a afinação em contínuo são mais abundantes na região de encontro dos fluxos de gás e de ferro fundido do que nas regiões envolventes. Saindo do banho metálico, estes gases removem o azoto da câmara e criam por cima da superfície do banho metálico uma atmosfera protectora contra a entrada de azoto no banho.

Devido às temperaturas muito elevadas ao redor do arco eléctrico, a presença de azoto nesta região conduz de forma privilegiada a uma nitretação do banho metálico. É pois muito favorável dirigir os fluxos de ferro fundido e de gás de afinação de forma a que eles se encontrem na região situada por baixo do arco eléctrico. A atmosfera protectora criada ao redor do arco eléctrico é, por consequência, particularmente densa e uma entrada de azoto no banho pode ser impedida de forma muito eficaz. 6 c~-

É de salientar que o ferro fundido liquido pode ser introduzido no forno numa quantidade compreendida entre 20% e 60% da carga total do forno e que o débito de introdução no forno de ferro fundido é de preferência inferior a 4% da capacidade do forno por minuto. O débito de injecção de oxigénio por tonelada de capacidade do forno está vantajosamente compreendido entre 0,5 e 1 m3 de O2 por minuto.

Em seguida, é comparada uma forma de realização do processo com um processo de introdução no forno tradicional com a ajuda de um exemplo que é ilustrado pelas figuras 1 e 2. Estas apresentam:

Fig. 1: as variações da potência eléctrica, da quantidade de metal liquido e de teor em C com o tempo para um processo de introdução no forno tradicional;

Fig. 2: as variações da potência eléctrica, da quantidade de metal liquido e de teor em C com o tempo para um processo de introdução no forno de acordo com a invenção.

As hipóteses comuns para os dois processos de introdução no forno de ferro fundido liquido são as seguintes: • capacidade do forno: 100 t + 20 t de pé de banho; • introdução no forno: 66 t + 44 t de sucata de ferro fundido liquido, isto é 40%;

• potência activa máxima do forno: 60 MW • teor em C do ferro fundido 4,5%, da sucata 0,5%.

Neste exemplo, apenas o teor em C do banho metálico é considerado. O teor em Si apresenta um comportamento essencialmente semelhante ao teor em C, excepto que o Si se oxida antes do C. Resulta então que após atingir o valor 7

aceitável do teor em carbono, o silicio é praticamente eliminado do banho metálico.

Com vista a facilitar a comparação, parte-se desde logo de um mesmo débito de oxigénio máximo para os dois processos, que é da ordem de 4000 m3/h e que corresponde a um débito de descarbonação de 60 kg de C/min.

No processo tradicional (fig. 1)/ o forno eléctrico é desde logo colocado à potência máxima para fundir uma certa quantidade de sucata. Após dez minutos, o arco eléctrico é de novo cortado, a tampa do forno é levantada e introduz-se no forno ferro fundido liquido durante 5 minutos. Após a introdução no forno, a tampa do forno é recolocada e o arco é reacendido. Nota-se que devido ao tempo necessário para a abertura e para o fecho da tampa do forno, uma introdução no forno de 5 minutos leva a uma paragem do forno durante aproximadamente 10 minutos.

Durante a introdução no forno de ferro fundido, a massa de metal liquida e o teor em C do banho metálico aumenta de forma linear em razão de débito de introdução no forno, e no fim da introdução no forno, o teor em C atinge um valor de 3% (o teor em Si aumenta para 0,4%). É especialmente em razão destes teores muito elevados em Si e em C que é necessário limitar o débito de oxigénio aquando da afinação no débito de 4000 m3/h. Durante esta afinação, que começa após a colocação da tampa, o teor em C é reduzido de forma substancialmente linear para terminar com um valor inferior a 0,1%. É de salientar que em razão da quantidade de C introduzida no forno com o ferro fundido e a sucata e em razão do débito limitado de oxigénio, a descarbonação dura no total 38 minutos.

Uma vez que ela começa apenas 20 minutos após o inicio do ciclo de fusão, o ciclo de fusão inteiro dura 58 minutos.

No processo de acordo com a invenção, ilustrado com a ajuda da fig. 2, a introdução no forno começa após 10 minutos em continuo e a um débito de 3 t/min, isto é numa duração de cerca de 15 minutos. Durante a introdução no forno, o forno mantém-se sob potência, de forma a que a quantidade de metal liquido do forno aumenta não apenas devido à introdução no forno mas igualmente devido a fusão simultânea da sucata. Por consequência, a fusão da sucata termina 10 minutos mais cedo do que no processo da fig. 1.

Mais ainda, a descarbonação, que necessita de 38 minutos para o mesmo débito de 4000 m3/h, começa pouco após o inicio da introdução no forno antes de o teor em C do banho metálico ultrapassar um valor de 1,5%. Este inicio antecipado em relação ao processo da fig. 1 permite já reduzir a duração do ciclo de fusão em mais de 10%. Se se aumentar agora o débito máximo de oxigénio, o que é possível sem risco de projecções devido ao baixo teor em C do banho metálico, a velocidade da descarbonação aumenta e a duração de um ciclo de fusão é mais reduzida. Resulta assim que o processo de acordo com a invenção permite melhorar a produtividade de um forno eléctrico em pelo menos 10%.

Numa versão optimizada de introdução no forno contínuo do ferro fundido, pode-se ajustar o débito da introdução no forno do ferro fundido ao débito de oxigénio de descarbonação máxima, de forma a oxidar o C à medida da sua introdução no banho metálico. Desta forma, é possível limitar o teor em C a valores inferiores a 0,5%. Em razão deste baixo teor em C, pode-se aumentar consideravelmente o débito máximo de oxigénio, de forma a aumentar a velocidade de descarbonação. Para um ferro 9 fundido com um teor de 4,5% em C, a relação entre o débito de ferro fundido e o débito de oxigénio é a seguinte: q de ferro fundido (t/min) = q de 02 (mVmin)/43

Um tal processo com introdução no forno antecipado e optimizado é representado a ponteado na fig. 2 para um débito máximo de oxigénio de 5200 m3/h. A introdução no forno ocorre neste caso a um débito de 2 t/min. Nota-se que a introdução no forno começa desde o inicio do ciclo e que, por consequência, a massa de metal liquido cresce de forma linear desde o principio. O teor em C, por outro lado, mantém-se substancialmente constante durante toda a introdução no forno e inferior a 0,5%. Este processo permite ganhar 20% de produtividade em relação aos processos de introdução no forno tradicionais.

Lisboa, 26 de Julho de 2000.

CÍAGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAI 10

Claims (7)

1. /7 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de fabrico de aço num forno eléctrico, no qual é introduzida uma quantidade de sucata num forno eléctrico e é fundida com a ajuda de um arco eléctrico, é introduzida uma quantidade determinada de ferro fundido líquido num forno eléctrico após uma parte do ferro fundido ser fundido, e é injectado um gás de afinação no forno após a introdução no forno da quantidade prevista de ferro fundido até que um valor aceitável de teor em C e/ou em Si do banho metálico seja atingido, caracterizado por a quantidade de ferro fundido líquido ser introduzida em continuo e a débito controlado sem interrupção do aquecimento pelo arco eléctrico, e a injecção do gás de afinação no forno começar durante a introdução no forno em continuo do ferro fundido liquido, antes que o teor em C e/ou em Si do banho metálico tenha atingido um valor limite determinado, ocorrendo a injecção em contínuo até ao fim da introdução no forno.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o débito da introdução no forno e o débito da injecção do gás de afinação serem adaptados de modo a que o teor em C e/ou em Si do banho metálico não aumente após o início de afinação.
3. 3. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o gás de afinação ser injectado num dos dois quadrantes do forno, que estão opostos à abertura da introdução no forno em relação a um eléctrodo do forno eléctrico, sendo a direcção da injecção 1 do gás orientada de modo que um primeiro plano vertical contendo a direcção da introdução no forno e um segundo plano vertical contendo a direcção da injecção se intersectem essencialmente na região do eléctrodo do forno.
4. 4. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o valor do teor em C do banho metálico ser inferior a 2%, de preferência inferior a 1,5%.
5. 5. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o ferro fundido líquido ser introduzido no forno numa quantidade compreendida entre 20% e 60% da carga total do forno.
6. 6. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o débito de introdução no forno ser inferior a 4% da capacidade do forno por minuto.
7. 7. Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o débito da injecção de 02 por tonelada de capacidade do forno estar compreendido entre 0,5 e 1 m3/min. Lisboa, 26 de Julho de 2000.

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