Óxido de Magnésio: Chave para Estender Vida do Revestimento BOF e Reduzir Corrosão

O propósito de um revestimento refratário em forno de oxigênio básico (BOF) é fornecer máxima disponibilidade do forno durante operação do conversor para atender requisitos de produção e garantir menor consumo específico de refratários possível. O aumento da vida do revestimento melhora sua disponibilidade e tem efeito positivo na produtividade do BOF e redução no consumo específico.

Na prática atual de siderurgia em BOF, tijolos magnésia-carbono (MgO-C) ligados com resina com adições metálicas são usados para revestimento. Feitos com mistura de MgO fundido e sinterizado de alta pureza, grafita de alta pureza com teor de carbono 5-15%. Revestimento zonal normalmente feito com vários graus de tijolos para revestimento custo-efetivo desejado. Escória de siderurgia visa ser saturada com MgO. Splash de escória é prática comum para maior vida do revestimento. Laser usado para medir espessura 360°. Manutenção de espessura/perfil regularmente feita com misturas de gunning base MgO. Para desempenho satisfatório, composição da escória deve ser compatível com refratários usados no BOF.

A temperatura no BOF durante produção sobe devido a reações exotérmicas. Temperatura de vazamento do aço líquido normalmente mantida em 1660 °C ou acima. Nestas temperaturas, escória se não saturada com MgO, retira MgO do material de revestimento durante o processo e tenta saturar. No processo, esgota MgO do revestimento resultando em desgaste mais rápido. Para minimizar desgaste químico do revestimento base MgO, necessário que escória seja saturada ou super-saturada com MgO adicionando materiais ricos em MgO no BOF durante o processo. Materiais mais comuns com bom % de MgO: dolomita calcinada e magnesita calcinada. Materiais contendo MgO carregados no BOF devem ser altamente reativos e não "dead burnt" para dissolver rapidamente na escória.

Efeitos de Parâmetros na Vida do Revestimento

Efeitos mostrados na Tabela 1.

Tabela 1: Efeitos de diferentes parâmetros na vida do revestimento BOF
Nº	Parâmetro	Efeito na vida	Severidade
1	Ferro-gusa
		Si	Negativo	Médio
		Mn	Positivo	Baixo
		Ti	Negativo	Baixo
2	Escória de siderurgia
		Teor total de Fe	Negativo	Alto
		Basicidade (CaO/SiO2)	Positivo	Médio
		Adição de CaF2	Negativo	Médio
		Teor de MgO	Positivo	Alto
		Teor de Al2O3	Negativo	Baixo
		Adição de cal	Positivo	Médio
3	Parâmetros operacionais
		Temperatura final	Negativo	Alto
		Duração do sopro	Negativo	Médio
		Taxa de produção (calores/dia)	Positivo	Médio
		Volume de escória	Negativo	Baixo
		Atmosfera (CO/CO2)	Positivo	Médio
		Atraso no carregamento de cal	Negativo	Médio
4	Projeto do BOF
		Volume do conversor	Positivo	Baixo
		Ângulo do cone	Positivo	Baixo
		Lança de sopro multi-orifícios	Positivo	Alto

Relação entre parâmetros influenciando vida do revestimento na Figura 2.

Mecanismos de Desgaste e Corrosão

Principais mecanismos: impacto, corrosão, tensões termo-mecânicas, erosão durante siderurgia. Embora todos importantes, corrosão por dissolução do material refratário na escória tem efeito maior na vida. Quando aço feito no BOF, vários óxidos produzidos e fundidos com cal calcinada para produzir escória. Escória é corrosiva e em contato contínuo com superfície do revestimento. Se escória não compatível com material do revestimento e condições favoráveis, dissolução ocorre na superfície onde escória toca revestimento.

Importância da Química da Escória

Tijolos MgO-C são refratários básicos e requerem escória básica, também necessária para remoção de fósforo. Razão de basicidade (CaO/SiO2) necessária depende do teor de P do ferro-gusa e grau de aço. Normalmente mantida em 3-3,5.

Propriedades físico-químicas da escória influenciam produtividade dos processos de siderurgia grandemente. Formação rápida de escória fisica e quimicamente ativa facilita remoção de enxofre e fósforo do banho. Reduz perda de metal e formação de régulo na escória; além disso diminui desgaste do revestimento. Escória viscosa não é fisicamente ativa e tem baixa capacidade de refino; reações escória-metal desaceleram. Tal escória leva a aumento de perdas de metal por formação de régulo e splash de escória. Frequentemente leva a entupimento da lança e formação de crostas no pescoço do vaso.

Fluididade muito alta da escória também não desejável devido a maior desgaste refratário. Necessário obter ao final do sopro, escória suficientemente fluida, fisica e quimicamente ativa e homogênea com basicidade 3-3,5 durante siderurgia no BOF.

Composição química da escória e intensidade de destruição do revestimento variam em diferentes estágios do processo. Maior taxa de destruição observada durante formação de escória com basicidade 1-1,5 e alto estado de oxidação (até 30% FeO). Necessário formar escória com máxima concentração de MgO, próxima à saturação para condições de temperatura desejadas no período inicial de sopro.

Aumento do Teor de MgO na Escória

Para aumentar MgO na escória, essencial usar fundentes contendo MgO. Consumo de materiais formadores de escória determinado por cálculo, conforme composição da matéria-prima (ferro-gusa e sucata) e escória desejada. Durante fusão, composição de amostra de escória pode diferir do valor calculado, e pedaços de cal não dissolvida podem estar presentes. Também pode acontecer que operação termine e escória de composição desejada não se forme e impurezas prejudiciais não sejam totalmente removidas.

Estudo de simulação da cinética de saturação da escória com MgO e processo de interação do material refratário MgO-C e escória com adição de fundente MgO mostrou diminuição significativa na taxa de dissolução de MgO dos tijolos na escória com aumento do % de MgO na escória. Diminuição na faixa de 2 a 2,25 vezes.

Escória básica também tenta dissolver até seu nível de saturação de MgO do tijolo. Saturação típica de MgO ocorre em ~8% na escória, dependendo de temperatura e estado de oxidação no BOF. Se MgO adicionado (geralmente dolomita calcinada ou magnesita calcinada), escória dissolvendo MgO do revestimento preferencialmente reduz-se grandemente e dissolução não ocorre se todas condições favoráveis. Isso diminui desgaste do revestimento. Química da escória relacionada a estado de oxidação e temperatura pois basicidade e MgO são diluídos por altos níveis de FeO e temperatura aumenta taxas cinéticas.

Estudos Industriais

Estudo industrial permitiu estimar grau de dissolução de refratário básico na escória dependendo do teor de MgO no refratário. Proporção de MgO transitando para escória do revestimento calculada por balanço de materiais da escória. Mostrou clara tendência de diminuição da dissolução de MgO do revestimento na escória com aumento da saturação da escória com MgO.

Outro estudo sobre taxa de dissolução de MgO: diferentes óxidos contendo MgO adicionados ao banho e mudança no teor definida. Encontrou-se que formação sólida de MgO e FeO ocorre na interface da escória FeO-CaO-SiO2 e MgO sinterizado.

Quantidade de materiais contendo MgO a carregar depende da temperatura de vazamento. Maior temperatura = maior % de MgO necessário para saturar escória. A 1660-1680 °C, melhor manter MgO na escória acima de 10%.

Adição de dolomita calcinada no conversor tem outras vantagens: reduz consumo de cal calcinada durante siderurgia. 10-12% MgO na escória não tem efeito apreciável na viscosidade. Aumento de viscosidade, se houver, controlado por agentes fluidificantes. Único efeito adverso temido de escória com alto MgO: remoção pobre de fósforo durante siderurgia.