O setor siderúrgico, assim como os demais setores da indústria, vem buscando alternativas para a redução dos custos de produção e aumento de produtividade. Em aciarias elétricas, os principais custos de produção do aço podem ser divididos, de forma simplificada, entre o custo dos insumos e o custo das matérias primas. Os refratários estão entre os cinco maiores custos na produção do aço em usinas semi-integradas. Entretanto, o conhecimento detalhado da microestrutura e do comportamento desses materiais ainda é bastante restrito aos seus fabricantes. Tendo em vista a importância dos refratários na produção do aço, este trabalho teve como objetivo gerar conhecimento acerca de sua microestrutura e comportamento em operação, com foco na diminuição do consumo e maximização dos lucros da empresa. Para tal, com o intuito de conhecer detalhadamente sua microestrutura e prever seu desempenho, foram realizadas análises de caracterização em laboratório e testes que simularam as condições de operação. Após os testes laboratoriais, os materiais selecionados foram testados em operação em forno elétrico a arco, buscando encontrar o melhor conjunto de materiais sob o ponto de vista de estabilidade do processo e custo de refratários. O cenário que apresentou melhores resultados em relação à performance e ao consumo específico foi a configuração A, onde foram utilizados os tijolos A, massa de soleira X, massa de reparo K e canal EBT P. Além disso, a substituição do tijolo C pelo tijolo A gerou uma redução de custo de 40%, e o conhecimento gerado com a caracterização do canal EBT proporcionou uma redução de 29,9% no preço desse item. / The steel industry, like other sectors of the industry, is seeking alternatives to reduce production costs and increase productivity. In electric steelworks, the main steel production costs can be divided, in a simplified way, between the cost of inputs and the cost of raw materials. Refractories are among the five largest costs in steel production in semi-integrated mills (mini-mills). However, detailed knowledge of the microstructure and behavior of these materials is still quite restricted to their manufacturers. Given the importance of the refractories in the production of steel, this study aimed to generate knowledge about their microstructure and behavior in operation, focusing on the reduction of consumption and maximization of profits. For that, in order to know in detail the microstructure and predict its performance, characterization analyzes and tests simulating the operating conditions were performed in the laboratory. After laboratory tests, the selected materials have been tested in operation in electric arc furnace, seeking to find the best set of materials from the point of view of stability of the process, and cost of refractories. The scenario that best results presented, in terms of performance and the specific consumption, was Configuration A, where bricks A, ramming mix X, repair mix K and EBT P were used. Moreover, the replacement of Brick B by brick A, generated a cost reduction of 40%, and the information gathered with the characterization of EBT, reduced the price of that item by 29.9%.

O trabalho disserta sobre a investigação dos mecanismos de degradação da placa refratária utilizada no sistema de válvula gaveta, o qual controla o fluxo de aço líquido da panela da aciaria para o distribuidor. As placas estudadas eram do tipo Al2O3-ZrO2-C. Na investigação foram caracterizadas e analisadas placas novas e usadas. Também foi feito teste de corrosão estático para avaliação da interação química das placas com a escória proveniente do processo de refino secundário. Além disso, foi feito experimento em laboratório para avaliar o desgaste das placas devido a presença de resquícios de escória entre as placas no processo de abertura da válvula. Tal experimento foi realizado nos moldes do teste de resistência de argamassa usado por Leroy (EQUIPE DE FURNAS, 1997). Para tanto foram usadas técnicas de caracterização como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Dispersão em Energia (EDS), Fluorescência de raios x (FRX) e Difração de raios x (DRX). Por meio de análises foi possível propor explicações para os mecanismos de degradação, como a corrosão devido ao contato com a escória e a formação de desgaste em forma de lingueta devido ao uso de válvula semiaberta Principalmente, a partir dos experimentos realizados foi possível identificar um mecanismo de degradação ainda não abordado na literatura: o desgaste do material das placas ocasionado pela abertura da válvula gaveta quando as placas estão ligadas por escória solidificada. Devido à falta de metodologia específica para abordar esse tema, adotou-se um método usado para avaliar a resistência de cimetos e argamassas na investigação sobre a influência da adesão da escória na degradação das placas. Tal método, chamado de tração direta (L.A.Farias, 2016), mostrou uma degradação intensa das placas. A reação química entre a placa aluminosa e a escória é a responsável pela adesão entre as duas placas e a escória. A adesão por escória mostrou que pode ser tão resistente quanto a ligação entre as partículas do refratário, que teve partículas retiradas no teste de tração direta. Assim, conclui-se que a interação química entre a placa e a escória, aliada a movimentação de abre e fecha do conjunto de placas quando a escória já solidificou, são mecanismos importantes na degradação das placas Al2O3-ZrO2-C de válvula gaveta. / This master’s dissertation investigates the deterioration of one of the parts that make up the sliding gate system of a steelmaking ladle. This part controls the liquid steel flow from the ladle to the tundish. These parts are called plates and may be made of different refractory ceramic materials. However, the plates used in this study are made of Al2O3-ZrO2-C. New parts and after service parts were analyzed. A static corrosion test was performed to analyze the chemical interaction between the refractory plates and the slag derived from steelmaking refining process. A laboratory experiment was carried out to evaluate wear due to remnants of slag between the sliding gate plates during the opening and closing of the gate. Such experiment was performed based on Mortar Resistance test used by Leroy. To analyze the materials, characterization techniques such as Scan Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence (XRF), and X-ray diffraction were used. Based on the results of these analyses, a series of deterioration mechanisms were presented, such as the corrosion due to slag contact, and intensification of wear due to the use of semi-open valve. Mainly, from the performed experiments it was possible to identify a deterioration mechanism, that has not been discussed in literature yet This wear mechanism happens when the sliding gate plates are bonded by solidified slag, which is caused by opened valves, and leads to the extraction of particles from the surface of the plates. Due the lack of methodology to evaluate this kind of deterioration mechanism, a methodology based on mortar testing was developed. This method, called direct tensile test (L.A.Farias, 2016), showed intense deterioration. The chemical reaction between aluminum oxide refractory plate and the slag is responsible for the adhesion between plates and slag. This adhesion may be as strong as adhesion between the particles of the refractory, since refactory particles were removed in the test. Thus, it was concluded that the chemical interaction between refractory plate and slag, alied to the opening and closing mechanism are important in the deterioration of the Al2O3-ZrO2-C plates of the slide gate of the ladle.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11101.pdf: 14947333 bytes, checksum: 406b8a75c6ea3f6de25d35915bd97dc1 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06875.pdf: 3426497 bytes, checksum: f67e7359c8137f84a2c63219a3f4ce7a (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:32:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01638.pdf: 3040773 bytes, checksum: f18467d3dc509496522489a5bcf98007 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roni Cardoso da Silva.pdf: 10468116 bytes, checksum: 057798ee5264b472b4aa18c7bfeca993 (MD5) Previous issue date: 2015-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of refractory ramming mass consisting of Al2O3-C-SiC cupolas furnace is constant casting processes. In the process, the contact face between the refractory lining and the liquid bath allows interaction between slag and refractory at high temperatures. Corrosion or impregnation of molten metal and slag in refractory depends on factors such as porosity, wetting angle and the reactivity of the slag in relation to refractory solid contact. This study evaluated the effect of slag attack in different refractory applied by ramming made of Al2O3-C-SiC depending on the amount of compression. In addition, a study was conducted `` post-mortem`` of a refractory sample after use in operation. The results allowed correlating the compression efficiency with the effect of corrosion of slag by the static method, and to evaluate the mechanical behavior cold and hot these materials and the influence of chemical composition and particle size of the material. Refractory more easily compression showed the best results for the static slag attack, which highlights the importance of compression efficiency in the field performance of this type of refractory. The analysis of the sample after use in the field demonstrated oxidation and slag penetration-promoting agents as the principal for corrosion in the slag line region. / A utilização de massas refratárias de socagem constituídas de Al2O3-C-SiC em fornos cubilôs é constante em processos de fundição. No processo a face de contato entre o revestimento refratário e o banho líquido possibilita a interação entre escória e refratário em altas temperaturas. A corrosão, ou impregnação do metal fundido e escória, no refratário depende de fatores como a porosidade, ângulo de molhamento e a reatividade da escória em relação ao sólido refratário em contato. Neste trabalho foi avaliado o efeito de ataque de escória em diferentes refratários aplicados por socagem constituídos de Al2O3-C-SiC em função da intensidade de compactação. Também foi realizado um estudo ``post-mortem`` de uma amostra de refratário após o uso em operação. Os resultados permitiram correlacionar a eficiência de compactação com o efeito de corrosão da escória pelo método estático, bem como avaliar o comportamento mecânico a frio e a quente destes materiais e a influência da composição química e granulometria do material. Os refratários com maior facilidade de compactação apresentaram os melhores resultados quanto ao ataque de escória estático, o que evidencia a importância da eficiência de compactação no desempenho em campo deste tipo de refratário. A análise da amostra após utilização em campo evidenciou a oxidação seguida de penetração de escória como principais agentes promotores da corrosão na região da linha de escória.

O trabalho disserta sobre a investigação dos mecanismos de degradação da placa refratária utilizada no sistema de válvula gaveta, o qual controla o fluxo de aço líquido da panela da aciaria para o distribuidor. As placas estudadas eram do tipo Al2O3-ZrO2-C. Na investigação foram caracterizadas e analisadas placas novas e usadas. Também foi feito teste de corrosão estático para avaliação da interação química das placas com a escória proveniente do processo de refino secundário. Além disso, foi feito experimento em laboratório para avaliar o desgaste das placas devido a presença de resquícios de escória entre as placas no processo de abertura da válvula. Tal experimento foi realizado nos moldes do teste de resistência de argamassa usado por Leroy (EQUIPE DE FURNAS, 1997). Para tanto foram usadas técnicas de caracterização como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Dispersão em Energia (EDS), Fluorescência de raios x (FRX) e Difração de raios x (DRX). Por meio de análises foi possível propor explicações para os mecanismos de degradação, como a corrosão devido ao contato com a escória e a formação de desgaste em forma de lingueta devido ao uso de válvula semiaberta Principalmente, a partir dos experimentos realizados foi possível identificar um mecanismo de degradação ainda não abordado na literatura: o desgaste do material das placas ocasionado pela abertura da válvula gaveta quando as placas estão ligadas por escória solidificada. Devido à falta de metodologia específica para abordar esse tema, adotou-se um método usado para avaliar a resistência de cimetos e argamassas na investigação sobre a influência da adesão da escória na degradação das placas. Tal método, chamado de tração direta (L.A.Farias, 2016), mostrou uma degradação intensa das placas. A reação química entre a placa aluminosa e a escória é a responsável pela adesão entre as duas placas e a escória. A adesão por escória mostrou que pode ser tão resistente quanto a ligação entre as partículas do refratário, que teve partículas retiradas no teste de tração direta. Assim, conclui-se que a interação química entre a placa e a escória, aliada a movimentação de abre e fecha do conjunto de placas quando a escória já solidificou, são mecanismos importantes na degradação das placas Al2O3-ZrO2-C de válvula gaveta. / This master’s dissertation investigates the deterioration of one of the parts that make up the sliding gate system of a steelmaking ladle. This part controls the liquid steel flow from the ladle to the tundish. These parts are called plates and may be made of different refractory ceramic materials. However, the plates used in this study are made of Al2O3-ZrO2-C. New parts and after service parts were analyzed. A static corrosion test was performed to analyze the chemical interaction between the refractory plates and the slag derived from steelmaking refining process. A laboratory experiment was carried out to evaluate wear due to remnants of slag between the sliding gate plates during the opening and closing of the gate. Such experiment was performed based on Mortar Resistance test used by Leroy. To analyze the materials, characterization techniques such as Scan Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence (XRF), and X-ray diffraction were used. Based on the results of these analyses, a series of deterioration mechanisms were presented, such as the corrosion due to slag contact, and intensification of wear due to the use of semi-open valve. Mainly, from the performed experiments it was possible to identify a deterioration mechanism, that has not been discussed in literature yet This wear mechanism happens when the sliding gate plates are bonded by solidified slag, which is caused by opened valves, and leads to the extraction of particles from the surface of the plates. Due the lack of methodology to evaluate this kind of deterioration mechanism, a methodology based on mortar testing was developed. This method, called direct tensile test (L.A.Farias, 2016), showed intense deterioration. The chemical reaction between aluminum oxide refractory plate and the slag is responsible for the adhesion between plates and slag. This adhesion may be as strong as adhesion between the particles of the refractory, since refactory particles were removed in the test. Thus, it was concluded that the chemical interaction between refractory plate and slag, alied to the opening and closing mechanism are important in the deterioration of the Al2O3-ZrO2-C plates of the slide gate of the ladle.

O desempenho dos tijolos refratários doloma-C durante a etapa do refino do aço é fundamental para se atender às exigências técnicas de qualidade do aço e alcançar um menor custo de produção. Esses refratários são constituídos basicamente por óxido de cálcio, óxido de magnésio e carbono e são amplamente utilizados como revestimento de panela em processos siderúrgicos. O grande diferencial desse refratário deve-se à formação espontânea da fase silicato dicálcico (C2S) que protege o refratário da penetração de escória e é um exemplo de proteção por passivação à corrosão. Entender a atuação do C2S no mecanismo de corrosão dos refratários doloma-C é muito importante para se maximizar o desempenho do refratário e garantir a segurança operacional. Este estudo torna-se ainda mais importante, pois ocasionalmente, em operações de exceção, a prática industrial requer um rápido ajuste da composição da escória para suprir as exigências metalúrgicas. Este procedimento pode levar à corrosão ativa do refratário, o que diminui drasticamente a sua vida útil. O objetivo deste trabalho é investigar os fenômenos relacionados com a camada protetora (“coating”) de silicato dicálcico, a qual se origina da reação entre as escórias à base de sílica e cálcio e os refratários dolomíticos. Os fatores químicos e térmicos associados com a formação e degradação da camada de C2S foram investigados. As amostras de C2S foram coletadas em aciaria elétrica e caracterizadas quanto à composição química, fases formadas, granulometria e microestrutura. Avaliou-se o mecanismo de reação/dissolução do C2S em função dos principais compostos fundentes presentes no processo de aciaria, tais como, Al2O3, FeOn e CaF2. Especificamente, foi estudada a influência da formação de fases e da temperatura de reação das fases que levam à fusão/dissolução do C2S. A simulação termodinâmica (software FactSage) foi realizada para a melhor compreensão das reações citadas anteriormente, sendo que os dados gerados foram validados através de testes em forno de laboratório com controle preciso de temperatura e atmosfera. Adicionalmente, a formação do C2S na interface refratário/escória foi avaliada em função da variação da basicidade da escória. Os ensaios laboratoriais foram complementados com três estudos de caso envolvendo a corrosão do refratário doloma-C em ambiente industrial. Esses se referem a uma corrosão ordinária (usual), ao excesso de fluorita e ao excesso de alumina na composição das escórias. Os resultados obtidos fornecem importantes subsídios à compreensão dos fenômenos envolvidos e à otimização da prática industrial. / The performance of the doloma-C refractory bricks during the steel refining step is essential to ensure the technical requirements of quality and achieve a lower cost of production. These refractories are widely used as ladle lining for the steelmaking process and are essentially constituted by calcium oxide, magnesium oxide and carbon. The great advantage of this refractory is due to the spontaneous formation of dicalcium silicate phase (C2S) that protects the refractory from slag penetration and is an example of protection by passive corrosion. Understanding the role of the C2S in the corrosion mechanism of doloma-C refractory is very important to maximize the performance of the refractories and ensure operational safety. This study becomes even more important because, occasionally, in exception operations, the industry practice requires a fast adjust of slag composition to fulfill the metallurgical requirements. This procedure can lead to active corrosion of the refractory, which decrease dramatically its lifetime. This work aims to investigate the phenomena involving the protective layer (coating) of dicalcium silicate (C2S), which is formed through the reaction between lime/silica slag and doloma refractories. The chemical and thermal factors associated with the C2S layer formation and degradation was investigated. The C2S samples were collected in an electric steelmaking and characterized for chemical composition, formed phases, granulometry and microstructure. The mechanism of C2S reaction/dissolution was evaluated as a function of the main fluxing compounds present in the steelmaking process, such as, Al2O3, CaF2 and FeOn. Specifically, the influence of the phase’s formation and the reaction temperature of the phases, which leads to melting/dissolution of the C2S were studied. The thermodynamic simulation (FactSage software) was performed to better understanding the reactions aforementioned and these data were validated through testing in a laboratory furnace with precise control of temperature and atmosphere. In addition, the formation of the C2S in refractory/slag interface was evaluated as a function of the slag basicity variation. The laboratory tests were supplemented with three case studies involving corrosion of the refractory doloma-C in an industrial process. These refer to an ordinary corrosion (usual), the excess of fluorite and the excess of alumina in the slag composition. The results provide important information to the understanding of the phenomena involved and the optimization of industrial practice.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:03Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os agregados eletrofundidos são largamente utilizados para a produção de refratários tendo em vista a melhoria geral de propriedades propiciada pelo emprego dos mesmos. Neste trabalho projetaram-se agregados eletrofundidos adequados para aplicação em refratários para a zona de queima de fornos de cimento. Para o projeto dos mesmos foi realizada inicialmente uma avaliação a alta temperatura das reações que ocorrem entre as fases refratárias e as fases presentes no clínquer de cimento Portland, visando identificar os sistemas refratários mais promissores. Em seguida foram realizadas eletrofusões de matérias primas pertencentes a estes sistemas, visando a obtenção de diferentes composições de agregados, cujas características foram avaliadas. A última etapa do desenvolvimento envolveu a escolha de alguns agregados para a formulação de refratários para a zona de queima de fornos de cimento; medindo e comparando as propriedades dos tijolos obtidos com um tijolo refratário padrão de magnésia-espinélio. Agregados pertencentes ao sistema MgO – TiO2 – CaO, mais especificamente ao triângulo de compatibilidade formado pelas fases MgO – Mg2TiO4 – CaTiO3, mostraram características adequadas para o desenvolvimento de refratários para a zona de queima de fornos de cimento. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 11101.pdf: 14947333 bytes, checksum: 406b8a75c6ea3f6de25d35915bd97dc1 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP