Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. Florianópolis, 2008. / Made available in DSpace on 2013-12-05T21:43:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274970.pdf: 22137327 bytes, checksum: edf58635b3a65de2a2a6bc7392cfbead (MD5) / Recentemente, o uso de fluido dinâmica computacional, CFD, vem ganhando espaço no setor siderúrgico impulsionado pela crescente demanda e pela acirrada concorrência do mercado mundial. As operações siderúrgicas são por excelência fisicamente complexas conjugando diversos fenômenos físicos a temperaturas extremamente elevadas. A abordagem multifásica dos problemas que envolvem a fluido dinâmica do metal líquido ainda é rara, e os sistemas são geralmente tratados como monofásicos. Uma operação unitária crítica onde esta simplificação não é razoável é a de vazamento do alto-forno, que se constitui num sistema onde pelo menos três fases fluidas estão presentes: ferro-gusa, escória e ar atmosférico. A operação tem por objetivo separar a escória do metal líquido e a sua eficiência é grandemente influenciada pela interação dinâmica do jato de ferro-gusa proveniente do alto-forno com a superfície líquida de ferro-gusa contida no canal de extravazamento. O tempo de vida do equipamento, o canal, é determinado pela taxa de desgaste de seu revestimento refratário. O mecanismo pelo qual se dá o desgaste é complexo e muito controverso, contudo, sabe-se que o comportamento fluido dinâmico do sistema está de alguma forma diretamente ligado ao processo. Como uma primeira abordagem do seu tipo, este trabalho propõe um modelo matemático que descreva apenas o escoamento bifásico tridimensional, transiente e turbulento de ferro-gusa, desconsiderando a escória. O sistema é tratado isotermicamente. O modelo foi resolvido numericamente uando-se o código comercial ANSYS CFX® Release 11. Os resultados obtidos demonstraram que a abordagem multifásica considerando a interação jato/superfície livre é a mais apropriada no tratamento do problema, pois várias características intrínsecas do escoamento, como por exemplo o comportamento oscilatório da superfície livre, escoamento vorticoso e reverso na zona de mergulho do jato, até então observadas apenas experimentalmnete ou na planta industrial, foram também observadas na simulação. Os perfis de desgaste obtidos na planta industrial foram comparados com os campos de velocidade, tensão de cisalhamento, fração volumétrica de ar, e energia cinética turbulenta, e constatou-se que os níveis de energia cinética turbulenta aparentam ser o principal fator facilitador do desgaste seguido pela velocidade superficial. Estes dados corroboram o que se têm escrito sobre o problema, reforçando a idéia de que há uma provável sobreposição de efeitos dos mais diversos, sendo um deles a geração de turbulência junto à zona de impacto e as tensões cisalhantes (pequenas, mas contínuas) infligidas pelo escoamento às paredes do canal, promovendo a sua erosão físico-química.

The integrity of the rebars in reinforced concrete structures is related to the chemical and physical protection provided by the concrete layer that covers the steel. The destruction of the passivation layer precedes the onset of corrosion. Once the corrosion process starts, its rate of propagation will depend on the electrical resistivity between cathode and anode and the amount of oxygen available on the cathode. Concrete resistivity is a property linked both to the chemical and physical properties of the concrete. This study investigated the effect of the addition of blast furnace slag (BFS) on the electrical resistivity of concrete and correlated the effects of this addition on the concrete compressive strength as well as on changes in the chemical composition of aqueous phase and pore structure. Test specimens were prepared using different water/binder ratios (0.35, 0.50 and 0.65) and substitutions of 50 and 70% of BFS for cement by weight. A control sample (no BFS) was also prepared. Additionally, the effect of 4% sodium sulfate (Na2SO4) in samples with 50% BFS was also investigated. The electrical resistivity of concrete was determined using the fourelectrode method (Wenner s method adapted for use in concrete). Tests of compressive strength, porosimetry, electrical conductivity in the pore solution and the concentration of ions in the aqueous phase were performed. The tests showed there is an increase in the electrical resistivity of concrete as the degree of hydration and the concentration of BFS increase. This is related to the lower specific conductivity of the pore solution and the reduction in concrete pore size, which is shown by the good correlation between these two factors. The binary mixture with 50% BFS (50E) showed the best cost/benefit ratio for strength levels of 30MPa and 50MPa at 28 days and also for the strength level of 50MPa at 91 days. / A manutenção da integridade das armaduras nas estruturas de concreto é uma conseqüência da proteção física e química do concreto sobre o aço. A destruição da camada passivadora antecede o processo corrosivo. Uma vez iniciada a corrosão, a velocidade desta dependerá da resistividade elétrica existente entre o ânodo e o cátodo e também pela quantia de oxigênio presentes junto ao cátodo. A resistividade do concreto caracteriza-se por ser uma propriedade ligada tanto a características físicas como químicas do mesmo. Neste trabalho objetivou-se estudar o comportamento da adição de escória de alto forno na resistividade elétrica aparente dos concretos, assim como correlacionar com a resistência à compressão e as alterações químicas na fase aquosa bem como na estrutura dos poros. Foram realizadas investigações em misturas com relação a/agl 0,35, 0,50 e 0,65 com teores de substituição em massa de 0, 50 e 70% de EAF. Investigou-se também os efeitos produzidos pela incorporação de 4% de sulfato de sódio (Na2SO4) em misturas contendo 50% de EAF. A resistividade elétrica do concreto foi determinada utilizando o método dos quatro eletrodos (método de Wenner adaptado para uso em concreto). Foram também realizados ensaios de resistência à compressão axial, porosimetria, concentração de íons da fase aquosa e determinada a condutividade elétrica específica da solução dos poros. Constatou-se aumento na resistividade elétrica do concreto com o aumento no grau de hidratação e do teor de escória. Este comportamento está relacionado a menor condutividade elétrica específica da solução dos poros e ao refinamento dos poros comprovado pela boa correlação entre esses dois fatores. A mistura binária composta por 50% de escória (50E) apresentou a melhor relação custo/benefício para os níveis de resistência de 30MPa e 50MPa aos 28 dias e também para o nível de resistência de 50MPa aos 91 dias.

A Drenagem Ácida de Mina (DAM) é proveniente da oxidação natural de materiais sulfetados quando em contato com o ar e com a água. Este problema atinge em alto grau a mineração de carvão. A DAM advém principalmente de depósitos de rejeitos de carvão que contém uma alta concentração de pirita (FeS2). Uma das tecnologias de prevenção da geração da DAM consiste no método de aditivos alcalinos. Assim, o objetivo do presente trabalho foi avaliar, em estudos de laboratório, o controle da DAM pela mistura de um rejeito de carvão com um resíduo industrial alcalino. O rejeito de carvão estudado foi obtido de uma mineração de carvão do Rio Grande do Sul - Brasil. Os resíduos alcalinos avaliados foram cinzas leves e de fundos de termoelétricas bem como escórias de uma usina siderúrgica semi-integrada, situadas no mesmo Estado. Determinou-se o potencial de geração de acidez e o potencial de neutralização dos materiais pelo método de contabilização de ácidos e bases. Após, realizaram-se ensaios cinéticos em células úmidas pelo Método ASTM D 5744-96. Os resultados demonstram que o rejeito de carvão gera DAM. Contudo, os problemas ambientais podem ser em grande parte resolvidos pela mistura do rejeito com as cinzas de termoelétrica em uma proporção de 1:4 ou pela mistura do rejeito com a escória de aciaria em uma proporção de 4,8:1. Os ensaios cinéticos demonstram que, nesta condição, ocorre um aumento do pH e uma redução na liberação de acidez, metais e sulfatos na água lixiviada. Desta forma, foi demonstrada que a disposição conjunta de rejeitos de carvão com materiais alcalinos é uma alternativa viável para o controle da geração de DAM em minerações de carvão. / The Acid Mine Drainage (AMD) is the result of the natural oxidation of sulphide minerals when exposed to the combined action of water and oxygen. This problem reaches in high degree the coal mining. Sources of AMD are mainly the coal waste deposits that contain high pyrite (FeS2) concentrations. One of the technologies to prevent the AMD consists in the alkaline additive method. Thus, the aim of this work was to study, at laboratory scale, the AMD control by blending coal tailings with alkaline wastes. A coal-tailing sample was collected from a coal mine in Rio Grande do Sul State, Brazil. The alkaline wastes were bottom and fly ashes from thermoelectric plants and slags from a semi-integrated steel plant, both located in the same State. Static tests were carried out by the acid-base account method to determine the balance between the acid producing and acid consuming (neutralizing) mineral components of the sample. Later, kinetic tests were conducted in humidity cells, following the ASTM D 5744-96 method. The results showed that the coal tailing generates AMD. However, the environmental problems can be minimized by mixing the coal waste with bottom ash in 1:4 proportion or by mixing coal tailing with the metallurgical slag in a 4,8:1 proportion. The kinetic experiments proved that, in this condition, the lixiviate presents a higher pH and lower concentration of acidity, metals and sulphate. Finally, it is possible to conclude that blending coal tailings with alkaline wastes can be a viable alternative for DAM control in coal mining.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5438.pdf: 3446587 bytes, checksum: 582ddb721808f61e9c39774b9ef47b1a (MD5) Previous issue date: 2013-08-02 / Steel ladles are special vessels used for liquid steel transportation from the primary refining stage up to its solidification one at the casting shop. The MgO-C bricks have been used for lining this equipment due to its high chemical resistance to steel slags and thermal shock. However, new procedures during refining stages have increased the attack of the refractory lining, especially in the slag line, where the corrosion and wearing processes are intense. This fact has significant implications in reducing the ladle availability, leading to the need of intermediary repairs, besides increasing production costs and affecting the operational safety. In this context, the present study aims to evaluate the wear mechanisms of the steel ladle slag line by identifying the effects of some variables during the refractory production, placing and operation. In order to achieve that, the computational thermodynamics was widely used to understand the reactions and transformations that occur in complex systems, such as the interaction between refractory and slag. The software helped in evaluating the effect of raw materials, antioxidants additives and alternative materials (such as spinel) of new MgO-C ceramic compositions performance. The laboratory tests indicated the oxidation and corrosion as the main wearing mechanisms in MgOC refractory. In the first case, it was detected the importance to develop solutions for carbon protection, such as, applying a lining antioxidant coating for the first ladle heating. In addition, the slag conditioning efficiency to reduce the bricks corrosion rate was attested, due to the chemical potential decrease for dissolving the refractory constituents. Thus, this project has improved the knowledge of MgO-C behavior at high temperatures and also helped in the development of alternative solutions (focused in operational standards and formulations) to maximize the refractory performance. / Panelas de aço são recipientes especiais que transportam o aço líquido desde o final do refino primário até a sua solidificação no lingotamento. Os tijolos de MgO-C têm-se destacado no revestimento destes equipamentos devido a elevada resistência química às escórias siderúrgicas e ao choque térmico. Porém, as etapas de refino têm se tornado cada vez mais agressivas aos materiais cerâmicos, principalmente na linha de escória, onde os processos de corrosão e desgaste são intensos. Este fato tem implicações significativas na redução da disponibilidade de panelas na produção e na necessidade de reparos intermediários no revestimento, além de aumentar os custos produtivos e afetar a segurança operacional. Neste contexto, o presente estudo visou avaliar os mecanismos de desgaste na linha de escória das panelas de aço, identificando os efeitos das variáveis durante a fabricação, instalação e operação dos refratários. Para tanto, a termodinâmica computacional foi amplamente utilizada para entendimento das reações e transformações que ocorrem em sistemas complexos, como no caso da interação entre refratário e escória. Esta ferramenta auxiliou na avaliação do efeito das matérias-primas, aditivos antioxidantes e materiais substitutos (como espinélio) no desempenho de novas composições cerâmicas do sistema MgOC. Os ensaios laboratoriais indicaram a oxidação e a corrosão como os principais mecanismos de desgaste dos refratários MgO-C. No primeiro caso, verificou-se a importância de soluções na proteção ao carbono do revestimento, como por exemplo, a aplicação de tinta antioxidante no primeiro aquecimento. Adicionalmente, confirmou-se a eficiência do condicionamento de escórias na redução das taxas de corrosão dos tijolos, devido a redução do potencial químico de dissolução dos constituintes dos refratários. Assim, este projeto auxiliou a compreender o comportamento do sistema MgO-C em altas temperaturas e a propor soluções que maximizem a resistência físico-química deste refratário.

Nos últimos anos, uma atenção considerável tem sido dada para o desenvolvimento de cimentos especiais, capazes de reduzir as emissões de CO2 e de energia, bem como o consumo de calcário. Cimentos supersulfatados são compostos principalmente de escória de alto forno (80-90%), sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino, tal como o cimento Portland (cerca de 5%) ou hidróxidos de metais alcalinos. Os cimentos supersulfatados (CSS) foram usados nos anos entre 1950- 1960 na Europa, especialmente para aplicações em concretos, mas o seu menor ganho de resistência em idades iniciais limitava a sua aplicação comercial. Mais tarde, mudança no processo de fabricação do ferro gerou implicou na geração de escórias que deixaram de apresentar o conteúdo mínimo de Al2O3 exigido para CSS, levando a sua utilização alternativa em misturas com cimento Portland (Cimento de alto forno). Recentemente, a norma para o cimento supersulfatado na Europa foi substituída pela norma EN 15743 (2010), no entanto, o mecanismo de hidratação bem como a sua composição ótima não são bem compreendidos. Nesta pesquisa, o efeito do tipo e teor de ativador alcalino (hidróxidos) e das proporções de escória e anidrita foi estudado. Os hidróxidos de cálcio e potássio foram estudados em teores de 0,2, 0,5 e 0,8% em formulações de CSS contendo entre 80 - 90% de escória de alto-forno e 10-20% de sulfato de cálcio (anidrita). Através de análise de resistência à compressão verificou-se que os teores de ativadores alcalinos apresentaram maior influência em comparação às proporções de anidrita e escória. Argamassas moldadas com KOH como ativador alcalino, com 0,2 e 0,5% apresentaram os maiores valores para resistência à compressão enquanto que as argamassas elaboradas com Ca(OH)2 apresentaram maior valor 0,8%. Todos os cimentos elaborados com utilização de 0,5% de KOH como ativador alcalino, e as proporções com 85% de escória e 15% de anidrita encontram-se dentro das exigências da EN 2010. Entretanto, nenhum dos cimentos elaborados com 0,8% de KOH atingiram o limite, apenas aqueles elaborados com 0,8% de Ca(OH)2. As medidas calorimétricas confirmaram que a utilização de KOH fornece maiores fluxos de calor e maior calor acumulado quando comparado com Ca(OH)2. Para ambos os ativadores, maiores teores aumentaram o fluxo de calor e o calor acumulado. As análises microestruturais (DRX, TG/DTG, MEV) comprovam que os principais produtos de hidratação dos cimentos supersulfatados são as fases de etringita, gipsita e C-S-H, e também que o teor de ativador alcalino influência na disposição de anidrita (sulfato de cálcio) na matriz sólida de cimento. A anidrita ue deveria ser consumida para formação de etringita, quando muito solúvel, propicia a maior formação da fase hidratada gipsita. / In recent years, considerable attention has been given to the development of special cements that can reduce CO2 emissions and energy and the consumption of limestone. Supersulfated cement are mainly composed of blast furnace slag (80- 90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator such as Portland cement (around 5%) or alkali metal hydroxides. The supersulfated cements (SSC) were used in the years between 1950 to 1960 in Europe, especially for applications in concrete, but its lower gain strength at initial age limited their commercial application. Later changes in iron manufacturing processes generated slag which Al2O3 no longer met the requirement of minimum content required for SSC, leading to its alternative use mixtures of Portland cement (blast furnace cement). Recently, the standard for Europe supersulfated cement was replaced by EN 15743 (2010), however, the hydration mechanism and its optimum proportion are not well understood. In this study, the effects of the type and content of the alkali activator (hydroxides) and the content of slag and anhydrite were studied. The calcium and potassium hydroxide were studied in 0.2, 0.5 and 0.8% with SSC formulations containing 80 - 90% blast furnace slag and 10-20% sulfate calcium (anhydrite). Compressive strength tests showed that the content of alkaline activators influenced more than slag/anhydrite content. Mortars made with KOH with of 0.2 and 0.5% presented the highest compressive strength values; however, mortars made prepared with Ca(OH)2 presented the highest values with 0.8%. All cements prepared with 0.5% KOH as alkaline activator containing 85% of slag and 15% of anhydrite reached the EN 15743 requirements. The calorimetric measurements confirmed that the KOH provided higher heat flow rate and increased the total heat in relation to Ca(OH)2. The microstructural analysis (XRD, TG/DTG, SEM) confirmed ettringite, gypsum and C-S-H as main phases. The anhydrite should be consumed for the formation of ettringite, however when very soluble, provided a higher formation of gypsum phase.

Nos últimos anos, uma atenção considerável tem sido dada para o desenvolvimento de cimentos especiais, capazes de reduzir as emissões de CO2 e de energia, bem como o consumo de calcário. Cimentos supersulfatados são compostos principalmente de escória de alto forno (80-90%), sulfato de cálcio (10-20%) e um ativador alcalino, tal como o cimento Portland (cerca de 5%) ou hidróxidos de metais alcalinos. Os cimentos supersulfatados (CSS) foram usados nos anos entre 1950- 1960 na Europa, especialmente para aplicações em concretos, mas o seu menor ganho de resistência em idades iniciais limitava a sua aplicação comercial. Mais tarde, mudança no processo de fabricação do ferro gerou implicou na geração de escórias que deixaram de apresentar o conteúdo mínimo de Al2O3 exigido para CSS, levando a sua utilização alternativa em misturas com cimento Portland (Cimento de alto forno). Recentemente, a norma para o cimento supersulfatado na Europa foi substituída pela norma EN 15743 (2010), no entanto, o mecanismo de hidratação bem como a sua composição ótima não são bem compreendidos. Nesta pesquisa, o efeito do tipo e teor de ativador alcalino (hidróxidos) e das proporções de escória e anidrita foi estudado. Os hidróxidos de cálcio e potássio foram estudados em teores de 0,2, 0,5 e 0,8% em formulações de CSS contendo entre 80 - 90% de escória de alto-forno e 10-20% de sulfato de cálcio (anidrita). Através de análise de resistência à compressão verificou-se que os teores de ativadores alcalinos apresentaram maior influência em comparação às proporções de anidrita e escória. Argamassas moldadas com KOH como ativador alcalino, com 0,2 e 0,5% apresentaram os maiores valores para resistência à compressão enquanto que as argamassas elaboradas com Ca(OH)2 apresentaram maior valor 0,8%. Todos os cimentos elaborados com utilização de 0,5% de KOH como ativador alcalino, e as proporções com 85% de escória e 15% de anidrita encontram-se dentro das exigências da EN 2010. Entretanto, nenhum dos cimentos elaborados com 0,8% de KOH atingiram o limite, apenas aqueles elaborados com 0,8% de Ca(OH)2. As medidas calorimétricas confirmaram que a utilização de KOH fornece maiores fluxos de calor e maior calor acumulado quando comparado com Ca(OH)2. Para ambos os ativadores, maiores teores aumentaram o fluxo de calor e o calor acumulado. As análises microestruturais (DRX, TG/DTG, MEV) comprovam que os principais produtos de hidratação dos cimentos supersulfatados são as fases de etringita, gipsita e C-S-H, e também que o teor de ativador alcalino influência na disposição de anidrita (sulfato de cálcio) na matriz sólida de cimento. A anidrita ue deveria ser consumida para formação de etringita, quando muito solúvel, propicia a maior formação da fase hidratada gipsita. / In recent years, considerable attention has been given to the development of special cements that can reduce CO2 emissions and energy and the consumption of limestone. Supersulfated cement are mainly composed of blast furnace slag (80- 90%), calcium sulfate (10-20%) and an alkaline activator such as Portland cement (around 5%) or alkali metal hydroxides. The supersulfated cements (SSC) were used in the years between 1950 to 1960 in Europe, especially for applications in concrete, but its lower gain strength at initial age limited their commercial application. Later changes in iron manufacturing processes generated slag which Al2O3 no longer met the requirement of minimum content required for SSC, leading to its alternative use mixtures of Portland cement (blast furnace cement). Recently, the standard for Europe supersulfated cement was replaced by EN 15743 (2010), however, the hydration mechanism and its optimum proportion are not well understood. In this study, the effects of the type and content of the alkali activator (hydroxides) and the content of slag and anhydrite were studied. The calcium and potassium hydroxide were studied in 0.2, 0.5 and 0.8% with SSC formulations containing 80 - 90% blast furnace slag and 10-20% sulfate calcium (anhydrite). Compressive strength tests showed that the content of alkaline activators influenced more than slag/anhydrite content. Mortars made with KOH with of 0.2 and 0.5% presented the highest compressive strength values; however, mortars made prepared with Ca(OH)2 presented the highest values with 0.8%. All cements prepared with 0.5% KOH as alkaline activator containing 85% of slag and 15% of anhydrite reached the EN 15743 requirements. The calorimetric measurements confirmed that the KOH provided higher heat flow rate and increased the total heat in relation to Ca(OH)2. The microstructural analysis (XRD, TG/DTG, SEM) confirmed ettringite, gypsum and C-S-H as main phases. The anhydrite should be consumed for the formation of ettringite, however when very soluble, provided a higher formation of gypsum phase.

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.

Os componentes automotivos em geral devem atender a especificações rigorosas de propriedades mecânicas, requisitos de limpeza inclusionária, entre outros. Enxofre e alumínio são elementos adicionados ao banho líquido de aço que desempenham um papel importante na obtenção destas propriedades. Porém, eles que dificultam o processo de produção por lingotamento contínuo por favorecerem a formação de partículas sólidas de alto ponto de fusão, que podem causar a obstrução das válvulas de lingotamento e dificultar o processo de desenvolvimento de aços com alta limpeza inclusionária. O objetivo do presente trabalho foi estudar a composição química do aço DIN 38MnSiVS6, focando nos elementos químicos que afetam a formação e remoção de inclusões, assim como a composição química da escória e outros parâmetros da aciaria como a temperatura e a lingotabilidade do processo de produção em escala industrial. Neste estudo, foi avaliada a hipótese de melhoria da lingotabilidade e da limpeza do aço através da alteração da etapa de adição de enxofre e também da quantidade de adição de cálcio Amostras de aço retiradas ao longo do processo foram analisadas através de microscopia ótica e eletrônica de varredura e também por ultrassom por imersão. Os dados de composição química foram sobrepostos a janelas de lingotabilidade e as características das escórias foram avaliadas por simulação termodinâmica. Foram avaliadas as correlações entre os resultados das diferentes técnicas de análise e com as referências de literatura. A hipótese de redução da quantidade de cálcio se mostrou satisfatória tanto para a melhoria da lingotabilidade quanto para a limpeza do aço. Porém, a alteração da etapa de adição de enxofre necessita de mais testes para comprovar sua eficiência. Dentre as técnicas empregadas, o uso do microscópio eletrônico de varredura acoplado a um sistema automatizado de análise de inclusões (ASPEX) se mostrou como uma ferramenta vantajosa por fornecer uma ampla gama de informações que podem auxiliar no entendimento da lingotabilidade e da limpeza inclusionária do aço. / Automotive components in general must meet stringent specifications of mechanical properties, inclusionary cleanliness requirements, among others. Sulfur and aluminum are elements added to the liquid steel bath which play an important role in obtaining these properties, but which hinder the production process by continuous casting by favoring the formation of solid particles of high melting point, that can cause the nozzle clogging and hamper the development process of steels with high inclusionary cleanliness. The aim of the present work is to study the chemical composition of the DIN 38MnSiVS6 steel, focusing on the chemical elements that affect the formation and removal of inclusions, as well as the chemical composition of the slag and other parameters such as temperature and castability in an industrial scale production process. In this study, the hypothesis steel cleanliness improvement was evaluated by changing the stage of sulfur addition as well as the amount of calcium addition. Steel samples collected throughout the process were analyzed by optical and scanning electron microscopy, and by immersion ultrasound. The chemical composition data were superimposed on liquid windows and the slag characteristics were evaluated by thermodynamic simulation. The correlations between the results of the different analysis techniques and the literature references were evaluated. The hypothesis of reduction in the amount of calcium was satisfactory both for the improvement of the castability and for the cleanliness of the steel, but the change of the sulfur addition stage requires more tests to prove its efficiency. The scanning electron microscope coupled with an automated inclusion analysis system (ASPEX) has proved to be an advantageous tool to provide a wide range of information that can help in the understanding of the castability and cleanliness of steel.

A drenagem ácida de minas (DAM) é formada quando certos minerais sulfetados são expostos a condições de oxidação. A DAM é normalmente associada com a mineração de carvão, principalmente de depósitos de rejeitos de carvão, que possuem alta concentração de pirita (FeS2). A neutralização da DAM usando materiais alcalinos, como calcário e escórias de aciaria é uma das técnicas utilizadas para remediação deste problema. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o desempenho da escória de aciaria elétrica do forno-panela na neutralização da DAM em leitos de percolação em comparação com calcário, material tradicionalmente empregado para tal fim. A metodologia de trabalho consistiu na construção de dois sistemas em escala de laboratório, um leito em canal aberto e um reator de leito empacotado. Estudos foram conduzidos para avaliar a capacidade de neutralização e a qualidade do efluente tratado, considerando os seguintes parâmetros: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, dureza, sulfatos, condutividade e efeitos toxicológicos para microcrustáceos e peixes. Adicionalmente, foram conduzidos estudos de caracterização da escória antes e após aplicação na neutralização da DAM, visando sua futura destinação. O uso de reator de leito empacotado para tratamento da DAM obteve melhores resultados do que o sistema de canal aberto. O reator evita a percolação do efluente por caminhos preferenciais, aumentando a relação volume tratado/volume de leito. Os ensaios realizados com a escória do forno-panela no reator de leito empacotado demonstraram que esse material apresenta uma alta basicidade, permitindo equalização do efluente de saída para que seja descartado na faixa neutra de pH com a remoção dos metais, enquanto com calcário a remoção dos metais foi parcial, ficando o Fe e Mn com valores acima do permitido pela legislação para o descartes de efluentes. Em ambos os casos, o efluente tratado não apresentou toxicidade. Um dos problemas identificados, para ambos os materiais, foi o recobrimento das partículas pelos hidróxidos metálicos na superfície dos materiais, que reduziu a vida útil dos sistemas e o volume de efluente tratado. O ensaio de expansibilidade demonstra que a escória do forno-panela, na sua forma original, apresenta característica expansiva. Após a neutralização do efluente, a escória apresentou expansão menor que o limite estabelecido na norma ASTM C1260, o que poderia viabilizar sua utilização como agregado na construção civil. Os estudos realizados neste trabalho permitiram concluir que o uso de escórias do forno-panela para neutralização de DAM é uma solução, no sentido de melhorar a qualidade da água em depósitos de rejeitos de carvão, possibilitando um destino para a escória de aciaria elétrica após o tratamento da DAM. / The acid mine drainage (AMD) is formed when certain sulfide minerals are exposed to oxidizing conditions. The AMD is commonly associated with coal mining, especially in coal waste deposits that contain high pyrite (FeS2) concentration. The neutralization of AMD using alkaline materials, like limestone and steel slag is one of the useful remediation techniques. The aim of this work was to study the performance of an electric steel slag of a ladle furnace in the neutralization of the AMD in a percolation bed in a comparative way with limestone, material normaly used for this purpose. The methodology of this work is based in the set up of two systems at labotatory scale, one with open channel bed and the other with bed packed reactor. The studies were directed in order to evaluate the neutralization capacity and the quality of the treated effluent, considering the following parameters: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, hardness, sulphate, conductivity, and toxicological efects to microcrustacean and fish. Addicionaly, some studies was carried out to caracterize the slag before and after application in the neutralization of the AMD, looking for a future destination. The use of the packed bed reactor for the AMD treatment showed better results than the open channels. The reactor avoids the percolation of the effluent to preferential ways, increasing the volume treated/volume of the bed ratio. The tests carried out with slag of the ladle furnace in the packed bed reactor proves that this material have great basicity allowing the equalization of the effluent output to be discharged in a neutral pH degree with metals removal, while with limestone the metals upstake is partial, remainig Fe and Mn with values above than the allowed by the legislation to effluent discharge. In both cases, the efluent didn’t show toxicity. One of the identified problems to both materials was the metalic hidroxid recovering in the surface, reducing the useful life of the system and the volume of treated effluent. The expansibility tests showed that the ladle furnace slag in the original form have expansive characterists. After the neutralization of the effluent, the slag expansion remains below of the standard border ASTM C1260, and could be possible the use as an aggregate in the civil construction. The results showed in this work allows the conclusion that the use of the ladle furnace slag for neutralization of the AMD is a possible solution to improve the water quality in coal waste deposits.

Durante a fabricação do aço, a etapa de refino secundário tem como um de seus objetivos a redução do teor de hidrogênio. Porém, as previsões finais do teor de hidrogênio no produto devem presumir a existência de um fator de captura deste elemento pelo aço líquido, proveniente de diferentes fontes. Este trabalho tem como objetivo quantificar, através de estudo termodinâmico, a influência de um dos principais contribuintes com o aumento dos teores finais de hidrogênio: a umidade do ar capturada pela escória de refino secundário e repassada ao aço líquido. Para tanto, foi utilizado o programa de simulação termodinâmica FactSage. Primeiramente, foi realizado um estudo para a escolha das bases de dados do FactSage mais adequadas à pesquisa em questão. Posteriormente, foi realizada a simulação da exposição de escórias líquidas dos sistemas ternário CaO-MgO-SiO2 e quaternário CaO-MgO-SiO2-Al2O3 a duas diferentes pressões parciais de água na atmosfera, a fim de quantificar a solubilidade da água nestas escórias. Após, as escórias umidificadas foram simuladas em contato com o ferro líquido e a quantidade de hidrogênio transferido ao ferro foi analisada. Por fim, foi realizado um estudo termodinâmico de solubilidade de água em escórias do sistema quaternário CaO-MgO-SiO2-Al2O3, com basicidade binária igual a 2 e temperatura de 1600 °C; a exposição dessas escórias a duas pressões parciais de água na atmosfera foi simulada, sob duas abordagens: uma considerando escórias líquidas e outra considerando escórias com possíveis frações sólidas. A relação entre o teor de água destas escórias úmidas e o teor de hidrogênio no ferro também foi analisada. Desta forma, a influência das diferentes escórias na captura e transferência de hidrogênio ao ferro líquido foi relacionada com as composições de escória e com a pressão parcial de água na atmosfera. Foi observado que o teor de hidrogênio no ferro possui dependência linear com o teor de água na escória. No entanto, é possível variar a composição da escória e diminuir a quantidade de água que ela absorve da atmosfera e, desta forma, diminuir a quantidade de hidrogênio repassada ao metal. / During steelmaking, one of the main processes is the reduction of hydrogen levels. However, the degassing process and the final predictions of hydrogen levels in steel must presume the existence of a hydrogen pick-up factor in liquid steel, originated from different sources. This work aims to quantify, thermodynamically, the influence of one of the main contributors to the high final levels of hydrogen in steel: air humidity captured by the slag and transferred to the liquid steel. To achieve this, the thermodynamics software FactSage was used. First, the databases from FactSage were studied and the most adequate were chosen for the purpose of this work. After, the exposition of liquid ternary CaO-MgO-SiO2 and quaternary CaO-MgO-SiO2-Al2O3 slag systems to two different water pressures was simulated, to quantify the water solubility in these slags. Then, the moist slags were simulated with liquid steel and the hydrogen content transferred to the metal was analyzed. Finally, the solubility of water in slags of the system CaO-MgO-SiO2-Al2O3, with binary basicity equal to 2 and temperature of 1600 °C, was studied; the exposition of these slags to two different water pressures was simulated, under two views: considering liquid slags and slags with solid fractions. The relationship between water content in these slags and hydrogen content in steel was analyzed. Hence the influence of slags on water capture from atmosphere and transfer of hydrogen to liquid iron was related to the slag chemical compositions and to water vapor partial pressures. It was observed that hydrogen content in iron is linearly dependent on the water solubility of slags. However, according to the variation of the slag composition, it is possible to lower the quantity of water captured by the slag and therefore the steel hydrogen pick-up.