Análise da influência da adição dos modificadores de escória no refino secundário Fe Si-Mn, Briquete de minério de manganês e areia de sílica sobre as características de macro-inclusões no Aço 1020 acalmado

Abstract

Os aços acalmados ao silício e manganês, utilizados na produção de aços de construção CA-50, devem apresentar requisitos mecânicos e superficiais que assegurem a redução da espessura e diâmetro sem ocorrência de rompimentos, durante o processo de conformação mecânica. No processo de produção em aciaria elétrica, defeitos como macro-inclusões podem surgir durante o refino secundário e o lingotamento contínuo, comprometendo a qualidade do produto final. Este trabalho tem como objetivo avaliar os efeitos das adições dos modificadores de escória: Fe-Si Mn (condição padrão); briquete de minério de manganês e areia de sílica, que aliados ao desenho adequado de escórias e ao controle do processo de rinsagem, permitem a obtenção de um aço mais limpo, com macro-inclusões em menor quantidade. Para isso, foram realizadas análises comparativas entre corridas com: i) Fe-Si-Mn (condição padrão), ii) briquete de minério de manganês, iii) areia de sílica, mantidos constantes todos os outros parâmetros, como a temperatura de processo, vazão e tempo de rinsagem, carga metálica do forno elétrico à arco. Para cada modificador, foram estimadas as respectivas viscosidades teóricas das escórias. A basicidade de cada escória foi estabelecida a partir da composição química medida por FR-X. A distribuição e composição química das macro-inclusões, para os diferentes modificadores empregados, foram avaliadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, respectivamente. Amostras dos aços obtidos, após laminação a quente, foram avaliadas por ensaios de tração. Em termos das macro-inclusões, os resultados indicam que o uso do briquete de minério de manganês promoveu redução significativa na quantidade e distribuição das macro-inclusões, garantindo maior uniformidade nas propriedades mecânicas, enquanto a sílica apresentou efeito contrário, tomando por referência a condição padrão. Desta forma, o emprego do briquete de minério de manganês mostra-se promissor como modificador de escórias durante o refino secundário de aços acalmados ao Si e Mn.

Silicon- and manganese-killed steels, used in the production of CA-50 construction grade steels, must meet mechanical and surface requirements that ensure thickness and diameter reduction without rupture during the mechanical forming process. In electric steelmaking, defects such as macro-inclusions may arise during secondary refining and continuous casting, compromising the final product quality. This work aims to evaluate the effects of adding slag modifiers: Fe-Si-Mn (standard condition), manganese ore briquettes, and silica sand. Combined with proper slag design and rinsing process control, these additions enable the production of cleaner steel with fewer and smaller macro-inclusions. Comparative analyses were carried out among heats with: (i) Fe-Si-Mn (standard condition), (ii) manganese ore briquettes, and (iii) silica sand, keeping all other parameters constant, such as process temperature, rinsing flow and time, and the electric arc furnace metallic charge. For each modifier, theoretical slag viscosities were estimated. Slag basicity was determined based on chemical composition measured by XRF. The distribution and chemical composition of macro-inclusions for the different modifiers were evaluated by optical microscopy and scanning electron microscopy, respectively. Samples of the steels obtained after hot rolling were tested by tensile tests. Regarding macro-inclusions, results indicate that the use of manganese ore briquettes significantly reduced the quantity and distribution of macro-inclusions, ensuring greater uniformity in mechanical properties, while silica showed the opposite effect compared to the standard condition. Therefore, the use of manganese ore briquettes proves promising as a slag modifier during secondary refining of Si- and Mn-killed steels.