Title

Compreensão dos mecanismos de desgaste na região de impacto de panelas de aço de Al₂O₃–mgo isentas de carbono por meio de análise integrada post-mortem, MEV/EDS e laser

Understanding wear mechanisms in the impact region of carbon- free Al₂O₃–mgo steel ladles through integrated post-mortem, sem/EDS, and laser analysis

Authorship

FONSECA, GUILHERME DIAS DA; COUTO, RICARDO ISRAEL DO; MARTINS, RODRIGO SEARA; DUARTE, ALAMAR KASAN; PAULO, JAQUELINE MARTINS DE; RIBEIRO, VINÍCIUS DOS SANTOS

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DUARTE, ALAMAR KASAN

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PAULO, JAQUELINE MARTINS DE

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RIBEIRO, VINÍCIUS DOS SANTOS

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DOI

10.5151/2594-5300-43982

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Abstract

Este estudo investiga os mecanismos de desgaste atuantes na região de impacto das paredes da linha de metal de panelas de aço revestidas com refratários isentos de carbono à base de Al2O3 durante a operação industrial na Aciaria 2 da Usiminas (Ipatinga, Brasil). A região de impacto é submetida a severas condições termomecânicas associadas ao impacto do jato durante o vazamento, o que pode acelerar a degradação localizada do refratário e reduzir o desempenho do revestimento. Nesse contexto, foi realizada uma análise integrada combinando avaliação post-mortem, caracterização por MEV/EDS, medições a laser e perfis de demolição, visando compreender os mecanismos de degradação atuantes na região de impacto da linha de metal. Os resultados mostram que a taxa de desgaste varia de 0,7 a 1,5 mm/corrida e é fortemente influenciada pelas condições operacionais e pelas tensões termomecânicas locais associadas ao impacto do jato. As análises microestruturais revelam que a degradação é governada pela nucleação e propagação de trincas induzidas por choque térmico, seguidas pela infiltração de escória e metal através de porosidade interconectada e de redes de trincas, levando ao enfraquecimento estrutural e à perda de coesão. Evidências de zonas densificadas e de transformações de fases indicam que o desgaste é controlado por um mecanismo acoplado termomecânico e assistido por infiltração, e não apenas por corrosão química.

This study investigates the wear mechanisms acting in the impact region of the metal line walls of steel ladles lined with carbon-free Al2O3 -based refractories during industrial operation at Usiminas Steelmaking Shop 2 (Ipatinga, Brazil). The impact region is subjected to severe thermo-mechanical conditions associated with jet impingement during tapping, which can accelerate localized refractory degradation and reduce lining performance. In this context, an integrated analysis combining post-mortem evaluation, SEM/EDS characterization, laser measurements, and demolition profiles was carried out aiming to understand the degradation mechanisms acting in the impact region of the metal line. The results show that the wear rate ranges from 0.7 to 1.5 mm/heat and is strongly influenced by operational conditions and local thermo-mechanical stresses associated with jet impingement. Microstructural analyses reveal that degradation is governed by thermal shock-induced crack initiation and propagation, followed by slag and metal infiltration through interconnected porosity and crack networks, leading to structural weakening and loss of cohesion. Evidence of densified zones and phase transformations indicates that wear is controlled by a coupled thermo-mechanical and infiltration-assisted mechanism rather than by chemical corrosion alone.

Keywords

Steel ladle, Refractories, Al₂O₃–MgO Wear Mechanisms

Steel ladle, Refractories, Al2O3 – MgO Wear mechanisms