Estudo do desgaste do refratário de MgO-C da linha de escória de panelas de aço
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Leandro Rocha Lemos
Leandro Rocha Lemos
Leandro Rocha Lemos
Resumo
Este estudo investiga o desempenho de materiais refratários de magnésia-carbono (MgO-C) aplicados na linha de escória de panelas de aço, etapa crítica do refino secundário na produção siderúrgica. O objetivo principal foi avaliar a resistência à corrosão desses materiais frente às escórias típicas do processo da ArcelorMittal Monlevade, correlacionando suas características microestruturais com a performance operacional. Foram analisadas seis amostras comerciais por meio de caracterização microestrutural (microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X), ensaios físicos (densidade e porosidade aparente) e testes de desempenho (oxidação e corrosão estática/dinâmica). A caracterização revelou diferenças significativas entre os materiais, especialmente quanto à qualidade da magnésia (eletrofundida versus sinterizada), distribuição de cristais, teor de impurezas (predominantemente óxido de cálcio e silício – CaO e SiO2) e presença de aditivos antioxidantes. Os resultados indicaram que os materiais compostos exclusivamente por magnésia eletrofundida (T1, T2 e T5) apresentaram melhor desempenho geral, com menor evolução da porosidade após tratamento térmico e maior resistência à corrosão. A presença de Si metálico como antioxidante nos materiais T3 e T5 contribuiu para reduzir a taxa de oxidação, enquanto materiais com magnésia sinterizada (T4 e T6) exibiram maior desgaste e instabilidade química, devido ao menor tamanho de cristais do sínter de MgO e maior presença de impurezas como CaO e SiO2. Nos testes de corrosão estática, observou-se maior agressividade da escória ácida em relação à escória básica com adição de fluorita, sendo o material T5 o mais resistente, seguido por T1 e T2. Ensaios dinâmicos apresentaram desgaste pouco mensurável, sugerindo a necessidade de métodos mais representativos, como testes em forno de indução, para simular condições reais de operação. Conclui-se que a seleção adequada de refratários para linha de escória deve considerar a pureza da magnésia, o tamanho dos cristais, a distribuição microestrutural e a presença de antioxidantes, fatores que impactam diretamente na vida útil e na segurança operacional. Este trabalho contribui para a otimização da escolha de materiais refratários, fornecendo subsídios técnicos para reduzir custos e aumentar a confiabilidade do processo siderúrgico.
Abstract
This study investigates the performance of magnesia-carbon (MgO-C) refractory materials applied to the slag line of steel ladles, a critical stage in secondary refining during steel production. The main objective was to evaluate the corrosion resistance of these materials against slags typical of the ArcelorMittal Monlevade process, correlating their microstructural characteristics with operational performance. Six commercial samples were analyzed through microstructural characterization (optical microscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction), physical tests (bulk density and apparent porosity), and performance tests (oxidation and static/dynamic corrosion). The characterization revealed significant differences among materials, particularly regarding magnesia quality (fused vs. sintered), crystal distribution, impurity content (predominantly calcium oxide and silicon dioxide – CaO and SiO2), and the presence of antioxidant additives. Results showed that materials composed exclusively of fused magnesia (T1, T2, and T5) exhibited superior overall performance, with lower porosity evolution after thermal treatment and higher corrosion resistance. The presence of metallic Si as an antioxidant in samples T3 and T5 contributed to reducing oxidation rates, while materials with sintered magnesia (T4 and T6) displayed greater wear and chemical instability due to lower crystal size and higher impurity levels. Static corrosion tests indicated that acidic slag was more aggressive than basic slag with fluorite addition, with material T5 being the most resistant, followed by T1 and T2. Dynamic tests showed minimal measurable wear, suggesting the need for more representative methods, such as induction furnace tests, to simulate real operating conditions. In conclusion, proper selection of slag-line refractories should consider magnesia purity, crystal size, microstructural distribution, and antioxidant presence, as these factors directly impact service life and operational safety. This work provides technical insights to optimize refractory selection, reduce costs, and enhance process reliability.
Assunto
Materiais, Ciência dos materiais, Aço - Corrosão, Microestrutura
Palavras-chave
Panela de aço, Microestrutura, Desgaste por Corrosão