Injeção de gases e de pós reativos em aço líquido

Abstract

No âmbito do projeto desenvolvido na empresa Ferespe – Fundição de Ferro e Aço, Lda. surge esta Dissertação de Mestrado, cujo tema passa pelo desenvolvimento e conceção de um equipamento que permita a injeção de gases e pós no banho de metal líquido. Sendo o principal objetivo a promoção da sua limpeza e homogeneização da composição do metal fundido. Com o intuito de obter conhecimento relativamente às práticas, equipamentos e recursos utilizados nesta fase do processamento do metal fundido, recorreu-se a pesquisas bibliográficas bem como foi realizada uma visita à Siderurgia Nacional, S.A. e paralelamente efetuou-se um acompanhamento in loco do processo na empresa. O estudo dos diversos dispositivos utilizados na injeção de gás e pós, as variáveis operacionais com influência na hidrodinâmica do banho, os processos de transporte e a gama de elementos normalmente utilizados nas práticas de refinação no forno, serviram de suporte ao desenvolvimento do projeto apresentado nesta dissertação. A definição do modo operativo do equipamento, bem como os diferentes passos para a sua construção, foram os alicerces essenciais para o desenvolvimento do trabalho. Com base nas práticas aplicáveis na empresa em conjunto com a informação recolhida, definiram-se diversos fatores do processo, como a determinação do árgon e da cal, elementos a insuflar. No seguimento destas opções foram definidos os principais subsistemas do equipamento de injeção, como o invólucro refratário, a tipologia de alimentação e o circuito de insuflação. Um primeiro esboço da lança, em particular a extremidade de injeção, possibilitou o início dos passos de experimentação para o dimensionamento dos subsistemas da lança. Foram realizados diversos testes, complementados por métodos numéricos, que permitiram estudar o sistema de insuflação. Numa primeira fase contemplando apenas a aspiração dos pós para posteriormente ser coadjuvado pela pressurização do depósito. Após os ensaios de todos os subconjuntos efetuou-se a sua assemblagem, originando a estrutura do protótipo final para o trabalho experimental no forno. O processo evolutivo de todos os componentes, ao longo do projeto, foi conseguido graças aos inúmeros testes realizados na fundição do metal líquido, onde foram adaptadas e otimizadas as técnicas de construção do refratário. Devido aos obstáculos presentes, como a frequente obstrução da lança, houve a necessidade de redefinir os valores teóricos da pressão a injetar, para posteriormente conjugá-los com a velocidade do fluxo, de modo a conferir estabilidade no comportamento de homogeneização do banho. Na sequência dos testes realizados para a otimização do protótipo, concluiu-se que os efeitos das suas ações sobre o banho são inofensivos. A consequente análise química e física às amostras recolhidas evidenciou os progressos na limpeza do banho fundido, em resultado das reações ao nível da composição das inclusões de óxidos e sulfuretos. Por fim foi realizada a automatização e dimensionamento do equipamento otimizado.

Under the project developed in FERESPE company - Iron and Steel Foundry Ltd. has appeared this Master's Thesis, which the main subject involves the development and design of an equipment that allows the injection of gases and powders in the liquid metal bath. The main goal is the promotion of its cleanliness and the homogenization of the molten metal composition. In order to obtain knowledge regarding to this application, equipments and resources were used at this phase of the molten metal processing, literature research and a visit to the National Steel Mill, SA were made and in the meantime makes a in loco process monitoring in the company. They were made studies to support the development of the presented project, such as, several devices were used during the gas injection and after that, operating variables which influence in the hydrodynamic bath, the transport processes and the range of elements normally utilized in oven refining practices. The setting of the operating equipment mode and the different steps for its construction, were crucial for the development work. Based on the company practices and information gathered, the process factors were defined, such as, argon flow and lime like the elements to insufflate. After get the major subsystems of the injection equipment they were defined the refractory casing, the feed type and the blowing circuit. A first draft of the spear, in particular the extremity of the injection, it made possible starting the experimental steps for the spear subsystems designing. Several tests were made, complemented by numerical methods, allowed studying the insufflation system. Initially looking only on the aspiration of the powders and later to be assisted by pressurizing the deposit. After testing all the system subsets its assembly has been made, creating the structure of the final prototype for the realization of the experimental work in the oven. Evolutionary process of all components throughout the project, was achieved due to the numerous tests performed on the fusion of the liquid metal, which have been adapted and optimized the refractory construction techniques. Due to present obstacles, like the frequent obstruction of the spear, there was the necessity to redefine the theoretical values of the pressure to inject for later conjugate them with the speed of the flow, in order to establish stability in the homogenization of the bath behavior. Following the tests carried out to achieve the main objective, it was concluded the optimization of the prototype, that the effects of their actions on the bath are inoffensive. The chemical and physical analysis results to the collected samples shows progress in the cleaning of the molten bath, as a result of the reactions in terms of the composition of inclusions of oxides and sulphides. Finally, the automation and the design of the optimized equipment was performed.