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.

Abstract In ladle metallurgy, gas stirring and the behaviour of the slag layer are very important for alloying and the homogenization of the steel. When gas is injected through a nozzle located at the bottom of the ladle into the metal bath, the gas jet exiting the nozzle breaks up into gas bubbles. The rising bubbles break the slag layer and create an open-eye. The size of the open-eye is very important as the efficiency of the metal-slag reactions depend on the interaction between the slag and steel created during the stirring process, and information about the position and size of the open-eye is important for effective alloying practice. Moreover, the open-eye has an effect on the energy balance since it increases heat losses. In this study, experimental measurements and numerical simulations were performed to study the effect of different operating parameters on the formation of the open-eye and mixing time in a water model and industrial ladle. Experimental measurements were performed to study the effect of the gas flow rate, slag layer thickness, slag layer densities and number of porous plugs in a 1/5 scale water model and in a 150-ton steelmaking ladle. For numerical modelling, a multi-phase volume of fluid (VOF) model was used to simulate the system including the behaviour of the slag layer. The numerical simulation of the open-eye size and mixing time was found to be in good agreement with the experimental data obtained from the water model and data obtained from the industrial measurements. / Tiivistelmä Senkkametallurgiassa kaasuhuuhtelu ja kuonakerroksen käyttäytyminen ovat tärkeitä teräksen seostamisen ja homogenisoinnin näkökulmasta. Senkan pohjalla sijaitsevasta suuttimesta puhallettava kaasu hajoaa kupliksi, jotka rikkovat kuonakerroksen ja muodostavat avoimen silmäkkeen. Avoimen silmäkkeen koko on yhteydessä voimakkaampaan kuonan emulgoitumiseen, joka tehostaa metallisulan ja kuonan välisiä reaktioita. Tietoa avoimen silmäkkeen paikasta ja koosta tarvitaan myös tehokkaaseen seostuspraktiikkaan. Avoin silmäke vaikuttaa lisäksi prosessin energiataseeseen lisäten sen lämpöhäviöitä. Tässä tutkimuksessa tutkittiin kokeellisesti ja laskennallisesti erilaisten operointiparametrien vaikutusta avoimen silmäkkeen muodostumiseen vesimallissa ja terässenkassateollisessa senkassa. Kokeellisia mittauksia tehtiin kaasuhuuhtelun, kuonakerroksen paksuuden, ja suuttimien määrän vaikutuksen tutkimiseksi 1/5-mittakaavan vesimallissa ja 150 tonnin terässenkassa. Numeerisessa mallinnuksessa systeemin ja siihen lukeutuvan kuonakerroksen käyttäytymisen simuloimiseen käytettiin volume of fluid (VOF) –monifaasimenetelmää. Avoimen silmäkkeen kokoon ja sekoittumisaikaan liittyvien numeeristen simulointien havaittiin vastaavan hyvin vesimallista ja teollisista mittauksista saatua kokeellista aineistoa.