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.

Estima-se que 60 a 70% do carvão ROM (run of mine) de Santa Catarina é descartado em módulos de rejeitos. Para mitigar o impacto ambiental decorrente deste armazenamento, cabe o manejo do rejeito integrando-o à paisagem através da implantação de cobertura vegetal. Neste sentido, este trabalho teve por objetivo propor a produção de solo a partir de rejeito de carvão mineral. Esse solo é passível de ser empregado na própria recuperação de áreas degradadas, evitando a extração de solo em áreas de empréstimo. O método consistiu na coleta e caracterização de rejeito de carvão (substrato), escórias e calcário (materiais alcalinos) e de lodo de estação de tratamento de esgoto (fonte de carbono orgânico, nitrogênio e fósforo). O rejeito foi beneficiado em meio denso para retirada de material carbonoso como flutuado na densidade de 2,2 e de material pirítico como afundado na densidade de 2,6; seguido de britagem e moagem para granulometria inferior a 2,0 mm. Escórias de aciaria, decorrentes da produção de aços especiais e aço ao carbono, foram britadas, moídas para granulometria inferior a 2,0 mm e utilizadas separadamente. O calcário já é comercializado abaixo de 2,0 mm não necessitando processamento extra. Lodo de ETE foi submetido a processo térmico, para desinfecção e secagem, destorroado também abaixo de 2,0 mm constituindo um biossólido. Adotou-se solo de área de empréstimo como material de controle. Estudos de crescimento vegetal foram conduzidos em um modelo experimental fatorial (dezesseis tratamentos implantados em triplicata): substrato principal (rejeito de carvão ou solo de área de empréstimo), misturado ou não a lodo de ETE, misturados ou não, separadamente, a três fontes de alcalinidade (escória de aço especial, escória de aços carbono e carbonato de cálcio). Os tratamentos com rejeito receberam cinzas de casca de arroz como condicionador físico. Os tratamentos foram dispostos em vasos, semeados com Avena strigosa (Aveia Preta), caracterizados e monitorados considerando-se parâmetros químicos (pH, macro e micro nutrientes), físicos (porosidade, densidade, capacidade de campo e condutividade elétrica) e ambientais (metais ambientalmente disponíveis). A Aveia Preta foi colhida próximo ao encerramento de seu ciclo. O material vegetal produzido foi pesado e analisado em termos de nutrientes e metais. Os resultados mostram que a mistura de rejeito da mineração de carvão (0,8% enxofre total) com a cinza de casca de arroz, concomitantemente a fonte de alcalinidade (escória ou calcário) e material orgânico (biossólido), resultou em um solo com propriedades químicas adequadas ao crescimento da Aveia Preta. Análises de tecido vegetal mostraram valores de macro e micronutrientes dentro dos padrões estabelecidos para esta espécie. A combinação rejeito de carvão dessulfurizado/cinza de casca de arroz/escória de aciaria/lodo configura-se como uma alternativa à disposição dos mesmos em módulos de rejeito e aterros. O uso de escórias de aciaria mostra-se uma alternativa viável ao calcário para neutralização de rejeito de carvão nas condições do experimento. Ainda que as escórias de aciaria, e em especial a escória de aço especial, tenham incluído cromo ao sistema solo-planta, as condições edáficas favoreceram o crescimento da Aveia Preta, denotando pouco efeito do mesmo no crescimento vegetal. / It is estimated that 60 to 70% of South Brazilian run of mine (ROM) coal is discharged into refuse piles as coal waste. In order to mitigate the environmental impact caused by storage, coal waste management is necessary through its integration into the landscape by the establishment of a vegetational cover. Because of this, the objective of this study was to propose the production of a soil from coal waste. This soil could be used in restoration itself, avoiding the extraction of soil from borrow areas. Methodology included sample collection and characterization of coal waste (main material), steel slag and agricultural lime (alkaline materials), and sewage sludge from a waste water treatment plant (organic carbon, nitrogen and phosphorous sources). Coal waste beneficiation used dense medium gravity separation to remove carbonaceous material that was floated at a density of 2.2 and pyritic material that sank at a density of 2.6, followed by blasting and milling to a particle size smaller than 2.0 mm. Steel slag derived, from special and carbon steel mills, were blasted, milled to particle size smaller than 2.0 mm and used separately. Commercial agricultural lime has a particle size smaller than 2.0 mm and did not need further processing. Sewage sludge from an urban waste water treatment plant was submitted to a thermal process for disinfection and drying, clods were broken to less than 2.0 mm rendering it into a biosolid. Soil from a borrow area was used as a control. Growth vegetation studies were conducted in a factorial delineation (sixteen treatments, all in triplicate): main substrate (coal waste or borrow area soil), main substrate mixed or unmixed with sewage sludge, than each combined with three sources of alkalinity (special steel slag, carbon steel slag and agricultural lime), or a non-alkaline treatment. Treatments composed of coal waste were mixed with rice husk ash to act as a physical soil amendment. All treatments were put in vessels and sown with Avena strigosa (Black Oat), characterized and monitored by chemical (pH, macro and micronutrients), physical (porosity, density, field capacity and electric conductivity), and environmental (readily available metals) parameters. Black Oat was harvested close to the end of its biological cycle. Plant tissue produced was weighed and analyzed for nutrients and metals. Results show that a mixture of coal waste (0.8% total sulfur) with rice husk ash combined concomitantly with a source of alkalinity (steel slag or agricultural lime) and organic material (biosolid) produced a fabricated soil with chemical properties adequate for the growth of Black Oat. Plant material showed that macro and micronutrient values were in agreement with standards established for this species. The combination - dessulfurized coal waste/rice husk ash/steel slag/sewage sludge could serve as an alternative to their disposal in refuse piles and landfills. The use of steel slag was shown to be a feasible alternative to agricultural lime to neutralize coal waste under these experimental conditions. Even though steel slag, especially special slag, added chromium to the soil-plant system, edafic conditions favored Black Oat growth which indicates a minor effect of the chromium present in the soils.

Estima-se que 60 a 70% do carvão ROM (run of mine) de Santa Catarina é descartado em módulos de rejeitos. Para mitigar o impacto ambiental decorrente deste armazenamento, cabe o manejo do rejeito integrando-o à paisagem através da implantação de cobertura vegetal. Neste sentido, este trabalho teve por objetivo propor a produção de solo a partir de rejeito de carvão mineral. Esse solo é passível de ser empregado na própria recuperação de áreas degradadas, evitando a extração de solo em áreas de empréstimo. O método consistiu na coleta e caracterização de rejeito de carvão (substrato), escórias e calcário (materiais alcalinos) e de lodo de estação de tratamento de esgoto (fonte de carbono orgânico, nitrogênio e fósforo). O rejeito foi beneficiado em meio denso para retirada de material carbonoso como flutuado na densidade de 2,2 e de material pirítico como afundado na densidade de 2,6; seguido de britagem e moagem para granulometria inferior a 2,0 mm. Escórias de aciaria, decorrentes da produção de aços especiais e aço ao carbono, foram britadas, moídas para granulometria inferior a 2,0 mm e utilizadas separadamente. O calcário já é comercializado abaixo de 2,0 mm não necessitando processamento extra. Lodo de ETE foi submetido a processo térmico, para desinfecção e secagem, destorroado também abaixo de 2,0 mm constituindo um biossólido. Adotou-se solo de área de empréstimo como material de controle. Estudos de crescimento vegetal foram conduzidos em um modelo experimental fatorial (dezesseis tratamentos implantados em triplicata): substrato principal (rejeito de carvão ou solo de área de empréstimo), misturado ou não a lodo de ETE, misturados ou não, separadamente, a três fontes de alcalinidade (escória de aço especial, escória de aços carbono e carbonato de cálcio). Os tratamentos com rejeito receberam cinzas de casca de arroz como condicionador físico. Os tratamentos foram dispostos em vasos, semeados com Avena strigosa (Aveia Preta), caracterizados e monitorados considerando-se parâmetros químicos (pH, macro e micro nutrientes), físicos (porosidade, densidade, capacidade de campo e condutividade elétrica) e ambientais (metais ambientalmente disponíveis). A Aveia Preta foi colhida próximo ao encerramento de seu ciclo. O material vegetal produzido foi pesado e analisado em termos de nutrientes e metais. Os resultados mostram que a mistura de rejeito da mineração de carvão (0,8% enxofre total) com a cinza de casca de arroz, concomitantemente a fonte de alcalinidade (escória ou calcário) e material orgânico (biossólido), resultou em um solo com propriedades químicas adequadas ao crescimento da Aveia Preta. Análises de tecido vegetal mostraram valores de macro e micronutrientes dentro dos padrões estabelecidos para esta espécie. A combinação rejeito de carvão dessulfurizado/cinza de casca de arroz/escória de aciaria/lodo configura-se como uma alternativa à disposição dos mesmos em módulos de rejeito e aterros. O uso de escórias de aciaria mostra-se uma alternativa viável ao calcário para neutralização de rejeito de carvão nas condições do experimento. Ainda que as escórias de aciaria, e em especial a escória de aço especial, tenham incluído cromo ao sistema solo-planta, as condições edáficas favoreceram o crescimento da Aveia Preta, denotando pouco efeito do mesmo no crescimento vegetal. / It is estimated that 60 to 70% of South Brazilian run of mine (ROM) coal is discharged into refuse piles as coal waste. In order to mitigate the environmental impact caused by storage, coal waste management is necessary through its integration into the landscape by the establishment of a vegetational cover. Because of this, the objective of this study was to propose the production of a soil from coal waste. This soil could be used in restoration itself, avoiding the extraction of soil from borrow areas. Methodology included sample collection and characterization of coal waste (main material), steel slag and agricultural lime (alkaline materials), and sewage sludge from a waste water treatment plant (organic carbon, nitrogen and phosphorous sources). Coal waste beneficiation used dense medium gravity separation to remove carbonaceous material that was floated at a density of 2.2 and pyritic material that sank at a density of 2.6, followed by blasting and milling to a particle size smaller than 2.0 mm. Steel slag derived, from special and carbon steel mills, were blasted, milled to particle size smaller than 2.0 mm and used separately. Commercial agricultural lime has a particle size smaller than 2.0 mm and did not need further processing. Sewage sludge from an urban waste water treatment plant was submitted to a thermal process for disinfection and drying, clods were broken to less than 2.0 mm rendering it into a biosolid. Soil from a borrow area was used as a control. Growth vegetation studies were conducted in a factorial delineation (sixteen treatments, all in triplicate): main substrate (coal waste or borrow area soil), main substrate mixed or unmixed with sewage sludge, than each combined with three sources of alkalinity (special steel slag, carbon steel slag and agricultural lime), or a non-alkaline treatment. Treatments composed of coal waste were mixed with rice husk ash to act as a physical soil amendment. All treatments were put in vessels and sown with Avena strigosa (Black Oat), characterized and monitored by chemical (pH, macro and micronutrients), physical (porosity, density, field capacity and electric conductivity), and environmental (readily available metals) parameters. Black Oat was harvested close to the end of its biological cycle. Plant tissue produced was weighed and analyzed for nutrients and metals. Results show that a mixture of coal waste (0.8% total sulfur) with rice husk ash combined concomitantly with a source of alkalinity (steel slag or agricultural lime) and organic material (biosolid) produced a fabricated soil with chemical properties adequate for the growth of Black Oat. Plant material showed that macro and micronutrient values were in agreement with standards established for this species. The combination - dessulfurized coal waste/rice husk ash/steel slag/sewage sludge could serve as an alternative to their disposal in refuse piles and landfills. The use of steel slag was shown to be a feasible alternative to agricultural lime to neutralize coal waste under these experimental conditions. Even though steel slag, especially special slag, added chromium to the soil-plant system, edafic conditions favored Black Oat growth which indicates a minor effect of the chromium present in the soils.

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.

A produção de aço necessita de etapas e gera resíduo, dentre eles tem-se a escória de aciaria. No estado do Espírito Santo, Brasil, a mineração de granito é uma das principais atividades econômicas gerando o resíduo de serragem de granito. Nesta pesquisa, busca-se o reaproveitamento destes resíduos, de modo a minimizar possíveis problemas ambientais, apontar a viabilidade técnica do seu uso e reciclá-los por meio de utilização na produção de cimento. Alguns dos principais componentes das escórias de aciaria, tais como, o óxido de cálcio, óxido de magnésio e o ferro metálico sofrem transformações químicas em presença de umidade, que provocam expansão volumétrica da escória. Este fenômeno aliado a reatividade da escória tem dificultado sua utilização. Este trabalho é uma contribuição ao estudo do aproveitamento da escória de aciaria, que passa a ser chamada de ss (steel slag) e do resíduo da serragem de granito, que passa a ser chamado gsw (granite sawing waste), oriundo da extração de granito. Os resíduos estão disponíveis em quantidades nos pátios das siderúrgicas e nas áreas de mineração do granito, respectivamente. Para o reaproveitamento foi realizada a caracterização física, química e mineralógica dos resíduos. Diferentes dosagens de misturas foram produzidas com ss e gsw de forma a permitir avaliação das propriedades obtidas nestas misturas visando sua utilização na produção de cimento. Desenvolveu-se misturas nas quais busca-se a basicidade na escória de aciaria, compreendida entre 4 e 5, para valores próximos ao da escória de alto-forno, na faixa de 0,9 a 1,5 cuja utilização na produção de cimento já está normatizada desde 1991 (NBR 5735, ABNT 1991). Misturas com basicidade entre 0,9 a 4 foram pesquisadas e selecionou-se a mistura com basicidade 1,2 para ser utilizada na produção de cimento. Ao longo da pesquisa foi necessária a produção de 3(três) tipos de cimento até se equacionarem os problemas técnicos e operacionais que surgiram ao longo da mesma. Suas propriedades foram medidas e comparadas com as do cimento contendo escória de alto-forno. As análises dos resultados obtidos para o cimento produzido com a mistura são apresentadas e indicam o potencial de utilização dos resíduos como elementos de adição ao cimento apesar da heterogeneidade dos materiais. / Steel making requires production stages and generates waste, such as steel slag. In the State of Espirito Santo, Brazil, granite mining is one of the main economic activities, wich generates granite sawing waste. This study aims at reusing these two types waste in order to minimize possible environmental problems; point out the technical feasibility of their use; and recycle them by using in cement. Some of the main components of steel slag, such as calcium oxide, oxides, and metallic iron undergo chemical transformations in the presence of humidity, wich cause slag volume expansion. This phenomenon, combined with slag reactivity, has made its use difficult. This study is a contribution to the study on reusing steel slag (ss) and granite sawing waste (gsw) deriving from granite mining. These types of waste are available in large amounts in the yards of steelmaking plants and granite mining areas, respectively. In order to reuse waste, physical, chemical and mineralogical characterizations were carried out. Different mix proportions were made with ss and gsw so as to allow the evaluation of the properties obtained from these mix designs, aiming at their use in cement production. The tests sought steel slag basicity between 4 and 5, for values close to those of blast-furnace slag ranging from 0.9 to 1.5, whose use in cement production has been standardized since 1991 ( NBR 5735, ABNT 1991). Mix designes with basicity between 0,9 and 4 were studied, and a mix with basicity 1.2 was chosen to be used in cement production. Throughout the investigation, 3 types of cement needed to be made until all the technical and operational problems arising were solved. Their properties were measured and compared to those of blast-furnace cement. The analyses of the achieved results for the cement made with that mix are presented and they show the potential use of these types of waste as admixture elements to cement, despite material heterogeneity.

Em virtude da demanda cada vez maior por materiais de alta qualidade, o avanço das tecnologias aplicadas na produção de aço vem acompanhado pelo avanço na fabricação de revestimentos refratários de alto desempenho e que atendam às solicitações de processo sem interferir nas propriedades finais do material produzido. Os refratários de magnésia-carbono são atualmente os materiais mais utilizados em equipamentos siderúrgicos tanto de transporte como de refino do aço, sendo de extrema importância o conhecimento da qualidade das matérias primas utilizadas na confecção destes materiais. O presente trabalho tem como objetivo estudar como ocorre a corrosão da magnésia (eletrofundida e sinterizada) por escória de aciaria LD em ensaios de corrosão estáticos (cup-test) porém com algumas modificações ao ensaio convencional, chamado assim de cup-test modificado. A magnésia foi caracterizada por ensaios de caracterização química (fluorescência de raios X), mineralógica (difratometria de raios X) e microestrutural (microscopia eletrônica de varredura com análise da energia dispersiva de raios X). A análise química mostrou que as principais impurezas do material eram de cálcia (CaO) e sílica (SiO2) e a análise microestrutural mostrou que estas impurezas se concentram nos contornos de grão dos agregados eletrofundidos e dispersos por todo o material nos sinterizados, sendo encontrado apenas periclásio como fase mineralógica. Os maiores tamanhos médios de grãos foram encontrados na amostra ME3 e os menores na ME1. A escória utilizada é proveniente do conversor (BOF), com alta concentração de FeO. As análises após os ensaios de cup-test modificado mostraram que o ataque aos agregados se deu principalmente pela infiltração de fases contendo ferro pelos contornos de grão, arrastando-os para o banho e dissolvendo o MgO na escória. Dentre os eletrofundidos, podemos estimar a ordem de desempenho da seguinte maneira: ME3>ME2>ME1. Considerando os sinterizados, a ordem de desempenho é tal que: MS3>MS1>MS2. / High quality materials are increasingly desired by consumers, and advances in technologies of steelmaking processes are closely linked to manufacturing suitable high performance refractories which do not interfere in the final properties of materials produced. Magnesia-carbon refractories are widely used in several steelmaking plants, both for transportation and refining processes which makes the knowledge of the quality of raw materials is essential for manufacturing high quality refractories. In this work, the approach is the study of how the corrosion behavior of magnesia aggregates (sinterized and electrofused) by LD steelmaking slag occurs using a modified crucible testing. The magnesia aggregates were characterized by X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The XRF analysis shows that the main impurities of magnesia grains is CaO and SiO2 and the SEM analysis showed their impurities are concentrate on grain boundary in electrofused magnesia, while it is found throughout the sinterized magnesia aggregates. The major phase found both magnesia aggregates is periclase. The largest grain sizes were found in ME3 samples, while the smaller sizes in ME1. The slag used comes from converter (BOF) and has high concentration of FeO. The corrosion tests showed that the attack on magnesia aggregates occurred, mainly by the infiltrating of iron compounds in the grain boundary, dragging the grains to the bath and dissolving them into slag. Among the electrofused, the performance could be estimated in ME3>ME2>ME1. The performance for sinterized would be as follows MS3>MS1>MS2.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Raposo Carlos O L (dissertacao).pdf: 2138408 bytes, checksum: 92598a211c5acd54e932935165f2df18 (MD5) Previous issue date: 2005-11-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The steel slag or BOF (Basic Oxygen Furnace) slag is a by-product generated in integrated steel plants. The use of this material in bases and sub-bases of pavements may present technical, economical and environmental advantages compared to natural aggregates. However, problems, like the expansibility and the deficiency of technical criteria for its acceptance, limit the use of steel slags in pavements. The expansibility of steel slags is mainly generated by hydration of free calcium and magnesium oxides (CaO and MgO). The purpose of this study is to evaluate compaction and expansibility of a steel slag using laboratory tests. And then contributing for definition of technical criteria of expansibility evaluation of this material for use in bases and sub-bases of pavements. The steel slag of this study is originated in a integrated steel plant located in Vitória, Espírito Santo, Brazil. In this work, the laboratory compaction tests were conducted using standard and modified effort, and for the expansibility tests three methods were used: PTM-130/78, JIS 5015/92 and ASTM D 4792/00. The compaction tests of the steel slag did not yield optimum water content, showing the same characteristic of granular materials. Statistical analysis of compaction tests did not show significant differences between two procedures (with and without reuse of material), between two efforts of compaction (standard and modified effort) and between two different samples (with and without treatment for expansion reduction). The statistical analysis of expansibility tests using method PTM-130/78 show that: The water content of compaction was not statistically significant in the expansion results; the influence of the temperature in the expansion results was statistically significant; and the influence of the effort of compaction in the expansion results was statistically significant. Also a technical criterion for acceptance of lots of steel slag is proposed here, using PTM- 130/78 test method. The criterion includes sampling procedure, a statistical significant methodology to calculate the minimum number of specimens and the maximum limit of 3% expansion using PTM-130/78 test method. / A escória de aciaria LD é um subproduto gerado durante o processo de fabricação do aço em siderúrgicas que utilizam conversores a oxigênio. A utilização desse material em bases e subbases de pavimentos pode ser vantajosa em termos técnico, econômico e ambiental, comparados a agregados convencionais. Porém, problemas como sua natureza expansiva e a deficiência de critérios técnicos para sua aceitação têm limitado a utilização das escórias de aciaria em pavimentação. A expansão das escórias de aciaria é provocada principalmente pela hidratação dos óxidos de cálcio e magnésio livres presentes nesse material. O objetivo desta dissertação é estudar experimentalmente a compactação e a expansão de uma escória de aciaria LD, e assim contribuir para a definição de critérios técnicos de avaliação da expansão desse material visando a sua utilização em bases e sub-bases de pavimentos. A escória de aciaria LD deste estudo é proveniente de uma siderúrgica da região metropolitana de Vitória, Espírito Santo. Neste trabalho, são apresentados ensaios laboratoriais de caracterização química, física e ambiental, ensaios de compactação com energias do Proctor normal e do Proctor modificado e ensaios de expansão. Os três métodos de ensaio de expansão utilizados foram os métodos: PTM-130/78, JIS A 5015/92 e ASTM D 4792/00. Os resultados dos ensaios de compactação demonstraram que as amostras de escória de aciaria LD estudadas não apresentaram umidade ótima de compactação definida, tendo um comportamento típico de solos e materiais granulares. Análises estatísticas realizadas nos resultados dos ensaios de compactação mostraram ausência de diferenças estatisticamente significantes entre os dois procedimentos utilizados (com e sem reuso de material), entre as duas energias de compactação utilizadas (Proctor normal e Proctor modificado) e entre as duas amostras utilizadas (com e sem tratamento de redução de expansão). As análises estatísticas dos resultados dos ensaios de expansão obtidos pelo método PTM-130/78, nas amostras de escória de aciaria estudadas, demonstraram que: a umidade de compactação não teve influência estatisticamente significante nos resultados de expansão; a influência da temperatura nos resultados de expansão foi altamente significativa; e a influência da energia de compactação nos resultados de expansão foi estatisticamente significante, sendo que a energia do Proctor modificado provocou menores valores de expansão em relação à energia do Proctor normal. Neste trabalho, também se propõe um critério técnico para aceitação dos lotes de escória de aciaria LD segundo o requisito expansão utilizando o método PTM-130/78. Esse critério engloba o procedimento de amostragem, uma metodologia estatisticamente significante para o cálculo do número mínimo de corpos-de-prova e o limite máximo de 3% de expansão determinada pelo método PTM-130/78.