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Title: Estudo sobre o pick-up de nitrogênio após a etapa de refino primário do aço.
Authors: Silva, Hadriel Gonçalves da
metadata.dc.contributor.advisor: Silva, Carlos Antônio da
Keywords: Aço - refinação
Nitrogênio
Gás
Processos de fabricação
Issue Date: 2010
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: SILVA, H. G. da. Estudo sobre o pick-up de nitrogênio após a etapa de refino primário do aço. 2010. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2010.
Abstract: Com a necessidade crescente de maior qualidade exigida pelo mercado consumidor de aço, há uma grande demanda para o desenvolvimento da produção de aços com restrições cada vez maiores a determinados elementos químicos. Por exemplo, em relação aos efeitos de carbono e nitrogênio em aços do tipo Interstitial Free para indústria automobilística. Estas restrições muito se devem a aplicação final à qual o produto se destina. No caso de aços para aplicação em estampagem e que necessitam de certa deformabilidade, o percentual do elemento químico nitrogênio se torna um ponto crítico quanto às propriedades mecânicas deste material. Este estudo visa a analisar os fatores que determinam a variação do percentual de nitrogênio nos aços produzidos num convertedor a oxigênio até o momento em que ele é entregue a uma estação de refino secundário. Esta análise foi realizada a partir de uma base de dados correspondente aos processos da Aciaria da ArcelorMi ttal Tubarão, em Vitória. A variação do percentual de nitrogênio foi analisada sob uma ótica mais prática e em consonância com formulações matemáticas (regressões e modelos matemáticos), de tal forma a identificar o grau de influência de alguns fatores do processo. Podem ser citadas as seguintes conclusões: 1)_ Os resultados mostraram que com a presença de escória o pick-up de nitrogênio é pouco significativo (na média das corridas testadas o pick-up de nitrogênio se encontra em torno de 5,5 ppm entre as etapas fim de sopro e liberação da corrida para as estações de refino secundário ( 1 N D ) e 3,5ppm entre a etapa de liberação da panela o refino secundário e a primeira amostra retirada na estação de refino secundário ( 2 N D )). O caso mais significativo e que inspira maior cuidado envolve os aços API (neste tipo de aço, o valor de 1 N D se situa em torno de 13,9ppm e o valor de 2 N D em torno de 7,6ppm). Na fabricação destes aços se emprega uma maior quantidade de adições (até 5.000Kg) e de alumínio (em torno de 650kg) e borbulhamento de gás inerte (chegando até 10 minutos). Ressalta-se que estas operações de adição de materiais e borbulhamento de gás na panela são realizadas após a etapa de vazamento de aço do convertedor - na etapa de metalurgia inicial de panela - antes de liberá- la para as estações de refino secundário. 2)_ Em termos de avaliação estatística adotou-se como variáveis dependentes os pick-ups de nitrogênio já citados, DN1 e DN2. As variáveis independentes que apresentaram influência estatisticamente significativa foram:- para a determinação de DN1, a Massa de nitrogênio no alumínio adicionado na panela e o peso de aço líquido; - para a determinação de DN2, o tempo de borbulhamento. O valor de R2 ajustado para a regressão envolvendo DN1 foi de 0,21. No caso da regressão envolvendo DN2, o valor de R2 ajustado foi de 0,09. 3)_ A estimativa do possível pick-up de nitrogênio através do “olho da pluma”, utilizando dados da AM Tubarão, sugere valor relativamente baixo, que não explica todas a variações observadas. Sugere-se que contribuição importante deve -se às matérias-primas, principalmente nos aços API. 4)_ Os valores médios de pick-up de nitrogênio determinados neste trabalho podem ser considerados comparativamente baixos em relação ao que se observa entre o lingotamento contínuo e o refino secundário, em torno de 15 ou 20 ppm. Apesar de aparentemente pequeno o pick-up objeto deste estudo é parte importante na análise de vi abilidade de ser atingida a especificação do cliente. 5)_ Foi constatado que o pick-up de nitrogênio está ligado ao peso de alumínio adicionado no aço. Isto pode ser devido à liberação dos sítios interfaciais ocupados anteriormente pelo oxigênio ou enxofre.
metadata.dc.description.abstracten: With the growing need of high quality steel there is a great demand for the development and production of steels with ever stringent chemical composition restrictions. For instance the presence of carbon and nitrogen in Interstitial Free steels for automobile industry. These restrictions are defined by the final application to which the product is destined. In the case of steels for application in drawing which require a minimum deformability the nitrogen content becomes a critical point. This study seeks to analyze the factors that determine the variation of the nitrogen content until the moment the liquid steel is released to the secondary refining station. This was accomplished by analyzing a database from ArcelorMittal Tubarão Steelmaking Shop. The data has been analyzed under a more practical point of view and in consonance with mathematical models, in such a way to identify the degree of influence of some operational parameters. Some conclusions could be reached: 1) The results showed that with the presence of slag, the pick-up of nitrogen is negligible. The average nitrogen pick-up between the end of blow and release of steel to the secondary refining station, 1 N D , was close to 5.5 ppm; the average nitrogen pickup between releasing the steel to secondary refining and the first sample taken in the secondary refining station, 2 N D , was 3.5 ppm. API steel grades are a special case of comparatively high pickup( 1 N D was 13.9 ppm and 2 N D was 7.6 ppm). API grades require heavy addition of alloy material (up to 5,000 kg) and aluminum (around 650kg) and bubbling with inert gas up to 10 minutes. These alloy additions and gas bubbling in the ladle are performed after tapping steel from the converter before releasing it to secondary refining stations. 2) A statistical evaluation of variables affecting nitrogen pickup was performed for both 1 N D and 2 N D . The most influential independent variables have been found to be “ mass of nitrogen in the Aluminum addition” and “liquid steel weight” for 1 N D , and “ time of ladle bubbling” for 2 N D . The value of adjusted R2 was 0.21 in regard to 1 N D regression and 0.09 for 2 N D regression; 3)_ The estimate of possible nitrogen pick-up through the "eye of the plume”, using AM Tubarão data do not suggest a very significant value exception made for API grades ; argon rinsing alone do not explain all nitrogen pickup 4)_ The average nitrogen pick-up as determined through this work can be deemed small as compared to nitrogen pickup from secondary refining to continuous casting, which is around 15 or 20 ppm. Regardless the low value it must be taken in consideration when evaluating the feasibility of producing a given steel grade; 5)_ It was found that nitrogen pick-up is connected to the aluminum addition. This may be due to the release of interfacial sites previously occupied by oxygen or sulfur.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2762
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