Title

DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO ABRANGENTE PARA A INTERAçãO ESCóRIA-AçO-INCLUSãO USANDO O MóDULO DE PROCESSAMENTO DE MACROS DO SOFTWARE FACTSAGE: UM ESTUDO DE CASO DA REOXIDAçãO DO AçO PELA ESCóRIA DO DISTRIBUIDOR

A COMPREHENSIVE MODEL FOR SLAG-STEEL-INCLUSION INTERACTION USING FACTSAGE MACRO PROCESSING MODULE: A CASE STUDY OF STEEL REOXIDATION BY TUNDISH SLAG

Authorship

Silva, Aline Lima da

Silva, Aline Lima da

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DOI

10.5151/2594-5300-34868

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Abstract

HÁ UMA CARÊNCIA DE MODELOS APLICADOS AO DISTRIBUIDOR FOCADOS NA ANÁLISE DA INTERAÇÃO ESCÓRIA-AÇO-INCLUSÃO, OS QUAIS SÃO MUITO IMPORTANTES PARA O ENTENDIMENTO DA REOXIDAÇÃO DO AÇO PELA ESCÓRIA DO DISTRIBUIDOR. EM ESTUDOS ANTERIORES DA LITERATURA NESTA ÁREA, VERIFICAM-SE DESVIOS RELEVANTES ENTRE OS RESULTADOS CALCULADOS E EXPERIMENTAIS, PRINCIPALMENTE PARA AS PREVISÕES DOS TEORES DE OXIGÊNIO E SILÍCIO. ALÉM DISSO, NENHUMA INFORMAÇÃO É FORNECIDA SOBRE O COMPORTAMENTO TEMPORAL DAS INCLUSÕES À MEDIDA QUE A COMPOSIÇÃO DO AÇO VARIA COM O TEMPO DURANTE A INTERAÇÃO AÇO / ESCÓRIA. NESSE CONTEXTO, O PRESENTE TRABALHO VISA CONTRIBUIR PARA O DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO ABRANGENTE CAPAZ DE PREVER COM PRECISÃO A COMPOSIÇÃO DO AÇO EM FUNÇÃO DO TEMPO. DESSE MODO, UTILIZA-SE UM MODELO DE ZONA DE REAÇÃO ACOPLANDO TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE MASSA, ADAPTADO DE (KIM ET AL., 2018) [11]. ALÉM DISSO, OS FUNDAMENTOS DESTE MODELO SÃO UTILIZADOS PARA O DESENVOLVIMENTO DE UM SUBMODELO CAPAZ DE SIMULAR A INTERAÇÃO AÇO / INCLUSÃO, PERMITINDO PREVER O COMPORTAMENTO DE UMA ÚNICA INCLUSÃO COM O TEMPO (TAMANHO E TRANSFORMAÇÕES DE FASE). A INTERAÇÃO ESCÓRIA-AÇO-INCLUSÃO É SIMULADA NO MÓDULO DE PROCESSAMENTO DE MACROS DO SOFTWARE FACTSAGE. O MODELO É CAPAZ DE REPRODUZIR COM PRECISÃO A EVOLUÇÃO COMPOSICIONAL DO AÇO, USANDO-SE DADOS EXPERIMENTAIS, EM ESCALA DE LABORATÓRIO, DA LITERATURA. VERIFICA-SE QUE QUANTO MAIOR A CONCENTRAÇÃO DE SIO2 NA ESCÓRIA, MAIOR A INCORPORAÇÃO DE SILÍCIO E OXIGÊNIO NO METAL LÍQUIDO. O SI É RAPIDAMENTE INCORPORADO AO AÇO; SUA CONCENTRAÇÃO PODE AUMENTAR DE 178 A 1487 PPM EM 20 MINUTOS. AS CURVAS DE CRESCIMENTO DE INCLUSÃO SEGUEM AS CONCENTRAÇÕES DE O NO AÇO, E O TAMANHO DE INCLUSÃO AUMENTA COM O AUMENTO DO TEOR DE SIO2 NA ESCÓRIA. ENQUANTO QUE, NO CASO DA ESCÓRIA DE ALTA SÍLICA, A INCLUSÃO É COMPOSTA APENAS PELA FASE AL2O3, NO CASO DA ESCÓRIA DE BAIXO TEOR DE SÍLICA, A INCLUSÃO CONSISTE EM UM NÚCLEO DE AL2O3 ENVOLTO POR UMA CAMADA DE ALUMINATO DE CÁLCIO LÍQUIDO, POIS O CA É TRANSFERIDO DA ESCÓRIA PARA O AÇO, PROMOVENDO A FORMAÇÃO DA FASE DE ÓXIDO LÍQUIDO.

THERE IS A LACK OF TUNDISH MODELS FOCUSED ON THE ANALYSIS OF SLAG-STEEL-INCLUSION INTERACTION, WHICH ARE VERY IMPORTANT FOR UNDERSTANDING THE STEEL REOXIDATION BY TUNDISH SLAG. IN PREVIOUS STUDIES FROM LITERATURE IN THIS FIELD, IT IS FOUND RELEVANT DEVIATIONS BETWEEN CALCULATED AND EXPERIMENTAL RESULTS, ESPECIALLY FOR PREDICTIONS OF OXYGEN AND SILICON CONTENTS. BESIDES, NO INFORMATION IS PROVIDED REGARDING TEMPORAL BEHAVIOR OF INCLUSIONS AS STEEL COMPOSITION CHANGES WITH TIME DURING STEEL/SLAG INTERACTION. IN THIS CONTEXT, THE PRESENT WORK AIMS AT CONTRIBUTING TO THE DEVELOPMENT OF A COMPREHENSIVE MODEL ABLE TO ACCURATELY PREDICT STEEL COMPOSITION AS A FUNCTION OF TIME. FOR THIS PURPOSE, A REACTION ZONE MODEL COUPLING THERMODYNAMICS AND MASS TRANSFER, ADAPTED FROM (KIM ET AL., 2018) [11], IS EMPLOYED. IN ADDITION, THE FUNDAMENTALS OF THIS MODEL ARE USED FOR DEVELOPING A SUB-MODEL ABLE TO SIMULATE STEEL/INCLUSION INTERACTION, ALLOWING TO PREDICT THE BEHAVIOR OF A SINGLE INCLUSION WITH TIME (SIZE AND PHASE TRANSFORMATIONS). THE SLAG-STEEL-INCLUSION INTERACTION IS SIMULATED IN FACTSAGE MACRO PROCESSING MODULE. THE MODEL IS ABLE TO ACCURATELY REPRODUCE COMPOSITIONAL EVOLUTION OF MOLTEN STEEL, USING LABORATORY SCALE EXPERIMENTAL DATA FROM LITERATURE. IT IS FOUND THAT THE GREATER THE SIO2 CONCENTRATION IN THE SLAG, THE GREATER SILICON AND OXYGEN PICK-UP. SI IS QUICKLY INCORPORATED INTO BULK STEEL; ITS CONCENTRATION CAN INCREASE FROM 178 TO 1487 PPM IN 20 MINUTES. THE INCLUSION GROWTH CURVES FOLLOW THE O CONCENTRATIONS IN BULK STEEL, AND INCLUSION SIZE INCREASES WITH INCREASING SIO2 CONTENT IN THE SLAG. WHILE, IN THE CASE OF HIGH SILICA SLAG, INCLUSION IS COMPOSED ONLY OF AL2O3 PHASE, IN THE CASE OF LOW SILICA SLAG, INCLUSION CONSISTS OF AL2O3 CORE SURROUNDED BY A LIQUID CALCIUM ALUMINATE LAYER, BECAUSE CA IS TRANSFERRED FROM SLAG TO STEEL, PROMOTING LIQUID OXIDE PHASE FORMATION.

Keywords

Interação aço-escória; Inclusões; Equilíbrio local; Transferência de massa

Steel-slag interaction; Inclusions; Local equilibrium; Mass transfer