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. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-12-17T20:33:11Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SimulaçãoFrioReator.pdf: 3719991 bytes, checksum: b315e79d463af11d454173d9e7c8bb9c (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-01-16T15:30:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SimulaçãoFrioReator.pdf: 3719991 bytes, checksum: b315e79d463af11d454173d9e7c8bb9c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-16T15:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_SimulaçãoFrioReator.pdf: 3719991 bytes, checksum: b315e79d463af11d454173d9e7c8bb9c (MD5) Previous issue date: 2010 / Estudou-se através de modelagem física a influência de fatores geométricos e operacionais sobre o processo de mistura, velocidade de desgaseificação e taxa de ejeção de líquido em um reator de sopro combinado. Analisou-se a importância relativa da inclinação das ventaneiras, do ângulo de torção do bico da lança e do padrão de sopro (distância lança-banho, vazão pela lança e vazão pelas ventaneiras) tendo por base um reator industrial de 75 toneladas. De acordo com os resultados alcançados, as novas configurações de ventaneiras e ângulo de torção do bico da lança se mostraram, de uma maneira geral, eficazes com relação ao fator aumento de produtividade. Deve-se, porém, avaliar o aumento da taxa de projeção de modo a não comprometer a segurança operacional. Os menores tempos de misturamento e maiores velocidades de desgaseificação foram encontrados para o sistema com as ventaneiras inclinadas no sentido da parede do convertedor e ângulo de torção de 20° no bico da lança. Neste caso a velocidade de desgaseificação aumentou da ordem de 40% e o tempo de misturamento reduziu da ordem de 15% quando comparados ao sistema original (ventaneira perpendicular a base e lança convencional). ______________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The influence of geometric and operational parameters of a combined blow convertor on mixing, degasification and rate of projection were studied using a physical model of the convertor in the laboratory, varying bottom tuyere inclination, torsion angle of lance nozzles and blow pattern (with variation of top gas blowing rate, tuyere blowing rate and lance bath distance). The parameters for the model were evaluated considering similarity criteria from the operational and geometrical data of the 75 ton convertor of V&M of Brazil. From the analysis of results of experiments conducted with the physical model, new configurations of tuyeres and lance torsion angles have been suggested for increased productivity and optimum projection rate. A regression analysis of the data obtained resulted in several equations with variables considered. Relatively lower mixing time and high degasification rate resulted in the system with tuyeres inclined towards the wall of the convertor and the nozzle torsion angle of 20 degrees. In this case the degasification rate increased by 40% and mixing time got reduced by 15%relative to the original system with tuyere orientation perpendicular to the base and conventional lance without twist.

Há uma demanda por competitividade entre as indústrias de aços, a fim de alcançar a excelência definida pelo termo clean steel. O processo de desgaseificação a vácuo (VD) ocorre durante o Refino Secundário de aços especiais. Sua principal função é remover gases indesejáveis, especialmente o hidrogênio. Entretanto, durante este processo, o fenômeno de flotação e a absorção de inclusões são reportados. O objetivo do presente trabalho foi estudar a viscosidade de escórias e a capacidade da estação de desgaseificação a vácuo do tipo tanque na limpeza de aços sob uma perspectiva industrial. Para realizar este objetivo, foram coletadas amostras de escória e aço antes e após a etapa de vácuo. Os resultados em limpeza de aço foram relacionados à energia de agitação durante o tratamento a vácuo (associada a um parâmetro cinético - βs) e ao efeito da viscosidade de escórias. É possível observar um decréscimo expressivo na população de inclusões entre as condições antes e após tratamento de desgaseificação a vácuo. A remoção de inclusões durante o vácuo atinge 64, 75 e 78% para as faixas de diâmetro de 2,5-5, 5-15 e ≥ 15 μm, respectivamente. Após o processo de desgaseificação, a composição das inclusões não-metálicas aproxima-se da composição química da escória. O processo de agitação na estação de desgaseificação a vácuo promove uma diminuição significativa na densidade de inclusões na faixa de diâmetro de 2,5-15 μm. Além disso, ao aumentar a intensidade do parâmetro cinético, a composição química de inclusões não-metálicas foi afetada e o teor de enxofre presente no aço líquido foi reduzido. Quanto às viscosidades efetiva das escórias, conclui-se que, para valores mais baixos (0,20 Pa.s) aumenta-se a capacidade da escória na remoção de inclusões, enquanto que valores mais altos (> 0,40 Pa.s) aparentaram ser prejudiciais à limpeza do aço. / There is a demand in competitiveness within the steel industry towards achieving excellence defined by clean steel term. The process of vacuum degassing (VD) occurs during the secondary refining of special steels. Its main function is to remove undesirable gases, primarily hydrogen. However, during this process, flotation phenomenon and inclusions absorption are reported. The aim of the present work was to study the slag viscosity and vacuum degassing (tank type) capacity in steel cleanliness from an industry perspective. To achieve this objective, slag and steel samples were taken before and after vacuum stage. The results in steel cleanliness were related to the stirring energy of the vacuum station (associated to a kinetic parameter – βs) and to the effect of slag viscosity. It is possible to observe an expressive decrease in the population of inclusions between the conditions before and after vacuum degassing treatment. The removal of inclusions during the vacuum stage reaches 64, 75 and 78% in the diameter ranges of 2,5-5, 5-15 and ≥ 15 μm, respectively. After the degassing process, the composition of non-metallic inclusions seemed to approach the slags’ chemical compositions. The stirring process in the vacuum degassing station promotes a significant decrease in the inclusion density with 2,5-15 μm diameter range. Also, by increasing the kinetic parameter intensity, the composition of non-metallic inclusions was affected. The sulfur content present in liquid steel was reduced. Regarding the effective viscosities of slags, it was concluded that lower values (0,20 Pa.s) increased slag capacity in inclusion removal, whereas higher values (> 0,40 Pa.s) was detrimental to steel cleanliness.

Há uma demanda por competitividade entre as indústrias de aços, a fim de alcançar a excelência definida pelo termo clean steel. O processo de desgaseificação a vácuo (VD) ocorre durante o Refino Secundário de aços especiais. Sua principal função é remover gases indesejáveis, especialmente o hidrogênio. Entretanto, durante este processo, o fenômeno de flotação e a absorção de inclusões são reportados. O objetivo do presente trabalho foi estudar a viscosidade de escórias e a capacidade da estação de desgaseificação a vácuo do tipo tanque na limpeza de aços sob uma perspectiva industrial. Para realizar este objetivo, foram coletadas amostras de escória e aço antes e após a etapa de vácuo. Os resultados em limpeza de aço foram relacionados à energia de agitação durante o tratamento a vácuo (associada a um parâmetro cinético - βs) e ao efeito da viscosidade de escórias. É possível observar um decréscimo expressivo na população de inclusões entre as condições antes e após tratamento de desgaseificação a vácuo. A remoção de inclusões durante o vácuo atinge 64, 75 e 78% para as faixas de diâmetro de 2,5-5, 5-15 e ≥ 15 μm, respectivamente. Após o processo de desgaseificação, a composição das inclusões não-metálicas aproxima-se da composição química da escória. O processo de agitação na estação de desgaseificação a vácuo promove uma diminuição significativa na densidade de inclusões na faixa de diâmetro de 2,5-15 μm. Além disso, ao aumentar a intensidade do parâmetro cinético, a composição química de inclusões não-metálicas foi afetada e o teor de enxofre presente no aço líquido foi reduzido. Quanto às viscosidades efetiva das escórias, conclui-se que, para valores mais baixos (0,20 Pa.s) aumenta-se a capacidade da escória na remoção de inclusões, enquanto que valores mais altos (> 0,40 Pa.s) aparentaram ser prejudiciais à limpeza do aço. / There is a demand in competitiveness within the steel industry towards achieving excellence defined by clean steel term. The process of vacuum degassing (VD) occurs during the secondary refining of special steels. Its main function is to remove undesirable gases, primarily hydrogen. However, during this process, flotation phenomenon and inclusions absorption are reported. The aim of the present work was to study the slag viscosity and vacuum degassing (tank type) capacity in steel cleanliness from an industry perspective. To achieve this objective, slag and steel samples were taken before and after vacuum stage. The results in steel cleanliness were related to the stirring energy of the vacuum station (associated to a kinetic parameter – βs) and to the effect of slag viscosity. It is possible to observe an expressive decrease in the population of inclusions between the conditions before and after vacuum degassing treatment. The removal of inclusions during the vacuum stage reaches 64, 75 and 78% in the diameter ranges of 2,5-5, 5-15 and ≥ 15 μm, respectively. After the degassing process, the composition of non-metallic inclusions seemed to approach the slags’ chemical compositions. The stirring process in the vacuum degassing station promotes a significant decrease in the inclusion density with 2,5-15 μm diameter range. Also, by increasing the kinetic parameter intensity, the composition of non-metallic inclusions was affected. The sulfur content present in liquid steel was reduced. Regarding the effective viscosities of slags, it was concluded that lower values (0,20 Pa.s) increased slag capacity in inclusion removal, whereas higher values (> 0,40 Pa.s) was detrimental to steel cleanliness.

Há uma demanda por competitividade entre as indústrias de aços, a fim de alcançar a excelência definida pelo termo clean steel. O processo de desgaseificação a vácuo (VD) ocorre durante o Refino Secundário de aços especiais. Sua principal função é remover gases indesejáveis, especialmente o hidrogênio. Entretanto, durante este processo, o fenômeno de flotação e a absorção de inclusões são reportados. O objetivo do presente trabalho foi estudar a viscosidade de escórias e a capacidade da estação de desgaseificação a vácuo do tipo tanque na limpeza de aços sob uma perspectiva industrial. Para realizar este objetivo, foram coletadas amostras de escória e aço antes e após a etapa de vácuo. Os resultados em limpeza de aço foram relacionados à energia de agitação durante o tratamento a vácuo (associada a um parâmetro cinético - βs) e ao efeito da viscosidade de escórias. É possível observar um decréscimo expressivo na população de inclusões entre as condições antes e após tratamento de desgaseificação a vácuo. A remoção de inclusões durante o vácuo atinge 64, 75 e 78% para as faixas de diâmetro de 2,5-5, 5-15 e ≥ 15 μm, respectivamente. Após o processo de desgaseificação, a composição das inclusões não-metálicas aproxima-se da composição química da escória. O processo de agitação na estação de desgaseificação a vácuo promove uma diminuição significativa na densidade de inclusões na faixa de diâmetro de 2,5-15 μm. Além disso, ao aumentar a intensidade do parâmetro cinético, a composição química de inclusões não-metálicas foi afetada e o teor de enxofre presente no aço líquido foi reduzido. Quanto às viscosidades efetiva das escórias, conclui-se que, para valores mais baixos (0,20 Pa.s) aumenta-se a capacidade da escória na remoção de inclusões, enquanto que valores mais altos (> 0,40 Pa.s) aparentaram ser prejudiciais à limpeza do aço. / There is a demand in competitiveness within the steel industry towards achieving excellence defined by clean steel term. The process of vacuum degassing (VD) occurs during the secondary refining of special steels. Its main function is to remove undesirable gases, primarily hydrogen. However, during this process, flotation phenomenon and inclusions absorption are reported. The aim of the present work was to study the slag viscosity and vacuum degassing (tank type) capacity in steel cleanliness from an industry perspective. To achieve this objective, slag and steel samples were taken before and after vacuum stage. The results in steel cleanliness were related to the stirring energy of the vacuum station (associated to a kinetic parameter – βs) and to the effect of slag viscosity. It is possible to observe an expressive decrease in the population of inclusions between the conditions before and after vacuum degassing treatment. The removal of inclusions during the vacuum stage reaches 64, 75 and 78% in the diameter ranges of 2,5-5, 5-15 and ≥ 15 μm, respectively. After the degassing process, the composition of non-metallic inclusions seemed to approach the slags’ chemical compositions. The stirring process in the vacuum degassing station promotes a significant decrease in the inclusion density with 2,5-15 μm diameter range. Also, by increasing the kinetic parameter intensity, the composition of non-metallic inclusions was affected. The sulfur content present in liquid steel was reduced. Regarding the effective viscosities of slags, it was concluded that lower values (0,20 Pa.s) increased slag capacity in inclusion removal, whereas higher values (> 0,40 Pa.s) was detrimental to steel cleanliness.