Title

DESOXIDAçãO DO AçO: COMPARAçãO TERMODINâMICA ENTRE CARBETO DE CáLCIO (CAC₂) E ALUMíNIO COM ÊNFASE NA APLICAçãO DIRETA DURANTE O VAZAMENTO DO FORNO ELéTRICO A ARCO E NA MODIFICAçãO DE INCLUSõES

Steel Deoxidation: Thermodynamic Comparison of Calcium Carbide (CaC₂) and Aluminum with Emphasis on Direct Application during Electric Arc Furnace Tapping and Inclusion Modification

Authorship

LAIDENS, BRUNO WARTCHOW; MAIA, BRENO TOTTI; NASCIMENTO, LEANDRO MIRANDA; PEREIRA, IVAN RODRIGUES; MOTTA, LEONARDO; TRINDADE, LEONARDO BARBOZA; SILVA, VITOR HUGO NOGUEIRA DA

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TRINDADE, LEONARDO BARBOZA

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DOI

10.5151/2594-5300-42305

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Abstract

Este estudo compara o potencial de desoxidação do carbeto de cálcio (CaC₂) e do alumínio (Al) no aço líquido, com ênfase nas reações termodinâmicas envolvidas e na modificação das inclusões. Embora o alumínio apresente maior capacidade de remoção direta de oxigênio, sua aplicação resulta predominantemente na formação de inclusões sólidas de alumina (Al₂O₃), que possuem altos pontos de fusão e morfologia angular—características que podem prejudicar a qualidade do aço e causar obstrução dos bocais durante o vazamento. Por outro lado, apesar de apresentar menor força desoxidante direta, o CaC₂ favorece a formação de inclusões líquidas e esféricas de aluminato de cálcio, com pontos de fusão mais baixos, o que melhora a flotação das inclusões e contribui para a limpeza do aço. Adicionalmente, o CaC₂ atua como agente dessulfurante, reduzindo a formação de inclusões sulfetadas indesejáveis. Simulações termodinâmicas realizadas com o software FactSage 8.3 indicam que a adição de CaC₂ gera menor quantidade de óxidos sólidos e favorece a formação de produtos gasosos (CO e CO₂), promovendo a agitação do banho metálico e a remoção das inclusões. O uso combinado de CaC₂ e alumínio otimiza o processo de desoxidação ao unir a forte afinidade do alumínio pelo oxigênio com a capacidade do CaC₂ de modificar inclusões—resultando em aços mais limpos e uma operação mais econômica. Essa estratégia sinérgica apresenta-se como uma alternativa promissora para o aumento da pureza do aço e melhoria da eficiência na siderurgia moderna.

THIS STUDY COMPARES THE DEOXIDATION POTENTIAL OF CALCIUM CARBIDE (CAC₂) AND ALUMINUM (AL) IN MOLTEN STEEL, WITH PARTICULAR ATTENTION TO THERMODYNAMIC REACTIONS AND INCLUSION MODIFICATION. ALTHOUGH ALUMINUM DEMONSTRATES A HIGHER DIRECT OXYGEN REMOVAL CAPACITY, IT PREDOMINANTLY FORMS SOLID ALUMINA (AL₂O₃) INCLUSIONS—CHARACTERIZED BY HIGH MELTING POINTS AND ANGULAR MORPHOLOGY—WHICH CAN NEGATIVELY AFFECT STEEL QUALITY AND LEAD TO NOZZLE CLOGGING DURING TAPPING. IN CONTRAST, DESPITE ITS LOWER DIRECT DEOXIDATION STRENGTH, CAC₂ FACILITATES THE FORMATION OF LIQUID, SPHERICAL CALCIUM ALUMINATE INCLUSIONS WITH LOWER MELTING POINTS, IMPROVING INCLUSION FLOTATION AND OVERALL STEEL CLEANLINESS. ADDITIONALLY, CAC₂ ACTS AS A DESULFURIZING AGENT, REDUCING THE FORMATION OF HARMFUL SULFIDE INCLUSIONS. THERMODYNAMIC SIMULATIONS USING FACTSAGE 8.3 INDICATE THAT CAC₂ ADDITIONS PRODUCE FEWER SOLID OXIDES AND FAVOR THE FORMATION OF GASEOUS PRODUCTS (CO AND CO₂), WHICH ENHANCE BATH AGITATION AND PROMOTE INCLUSION REMOVAL. THE COMBINED USE OF CAC₂ AND ALUMINUM OPTIMIZES THE DEOXIDATION PROCESS BY COUPLING ALUMINUM’S STRONG OXYGEN AFFINITY WITH CAC₂’S ABILITY TO MODIFY INCLUSIONS—YIELDING CLEANER STEEL AND COST-EFFECTIVE OPERATION. THIS SYNERGISTIC STRATEGY OFFERS A PROMISING APPROACH FOR INCREASING STEEL PURITY AND IMPROVING EFFICIENCY IN MODERN STEELMAKING.

Keywords

CaC2, Aluminium, Deoxidation, Thermodynamic simulation, clean steel

CaC2, Aluminium, Deoxidation, Thermodynamic simulation, clean steel