Desfosforação em convertedores do tipo LD : uma análise via termodinâmica computacional e modelagem do processo

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Matos, Werner Arêdes
• Orientador(a): Bielefeldt, Wagner Viana
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Desfosforação; Termodinâmica computacional; Aço : Fabricação
• Palavras-chave em Inglês: LD Converter; Dephosphorization; Thermodynamic simulation; Modeling
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/266141

Atender à demanda por aços de baixo teor de fósforo requer uma abordagem estratégica, equilibrando aspectos técnicos e econômicos. Devido a escassez e o alto preço dos minérios de ferro de alta qualidade, é necessário explorar o uso de matériasprimas de baixa qualidade, com alto teor de fósforo. Neste contexto, a Usiminas busca soluções inovadoras e viáveis para garantir a oferta de aços de alta performance aos seus clientes, mantendo-se competitiva no mercado. Este trabalho teve como objetivo avaliar termodinamicamente o processo de desfosforação nos convertedores LD da Aciaria 2 da Usiminas. Foram realizadas análises a partir de simulações termodinâmicas utilizando o software FactSage, para um banco de dados com informações de 3102 corridas, com o objetivo de investigar as propriedades das escórias ao final do processo de sopro. Adicionalmente, foram avaliados diferentes modelos de partição encontrados na literatura para os dados simulados e, por meio de técnicas de machine learning, foram desenvolvidos modelos preditivos para partição de fósforo e fósforo fim de sopro. Os resultados das simulações revelaram que a fração líquida das escórias esteve entre 78,60% e 100,00%, enquanto a presença de fase sólida foi observada em 99% das corridas, divididas em soluções sólidas ricas em MgO e CaO. Os modelos de literatura analisados apresentaram limitações na determinação da partição de fósforo para o banco de dados industrial estudado, porém podem ser úteis para comparações entre corridas. Em termos termodinâmicos, foram identificadas relações diretas entre a partição de fósforo e variáveis como (%P2O5), basicidade (%CaO/%SiO2) e (%FetO). Por outro lado, (%Al2O3), (%MgO), (%MnO) e a temperatura final de sopro apresentaram relações inversas. Além disso, observou-se que o aumento do teor de MgO resulta na redução do teor de CaO na escória líquida, contribuindo para redução da basicidade e, consequentemente, da partição de fósforo. As simulações termodinâmicas também demonstraram que os convertedores LD operam em condições distantes do equilíbrio termodinâmico, apresentando relação de partição de fósforo média 1,8 vezes maior do que a obtida industrialmente. Deste modo, a cinética das reações de sopro é de caráter fundamental na produção de aços com baixo e ultrabaixo teor de fósforo. Os modelos desenvolvidos apresentaram resultados de previsibilidade razoáveis, dada a complexidade do processo. O modelo para avaliar a partição de fósforo considerou os componentes da escória líquida CaO-SiO2-MgO-FetO-MnO-Al2O3-P2O5 e a temperatura no fim do processo, o erro médio absoluto foi de 18,9% da partição média do banco de dados analisado. Por outro lado, o modelo para determinar o teor de fósforo no aço ao fim do processo levou em consideração as variáveis temperatura fim de sopro, manganês do aço ao fim do processo, oxigênio dissolvido no aço e carbono no aço ao fim do sopro, onde o erro médio absoluto foi de 14,3% do fósforo médio fim de sopro do banco de dados. O presente trabalho buscou fornecer subsídios técnicos à Usiminas, visando aprimorar o processo de desfosforação e contribuir significativamente para a fabricação de aços de baixo e ultrabaixo teor de fósforo nos convertedores do tipo LD.