2a VERIFICAÇÃO REFINO DOS AÇOS I Julho Um aço é dessulfurado por uma escória, em condições desoxidantes.

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1 a VERIFICAÇÃ REFIN D AÇ I Julho 8 U aço é dessulfurado por ua escóra, e condções desoxdantes. Reação quíca na nterface: + - = - +. Faça u esquea da nterface aço-escóra, lstando todas as etapas que pode nfluencar na cnétca da dessulfuração. - - Escóra Metal Transporte dos reagentes: no etal e - na escóra Reação quíca na nterface: + - = - + Transporte dos produtos: - na escóra e no aço. No caso não se espera que haja fenôenos nterfacas coo adsorção e desorção ltando o processo.. A constante de equlíbro da reação de dessulfuração é conhecda. uponha que o transporte de enxofre no aço controla o processo. ECREVA a equação de fluxo de enxofre explcando cada u dos teros. j = k(% % ) j é o fluxo e assa/ área.tepo k é o coefcente de transporte de assa % (t) é o teor édo de enxofre do etal líqudo no oento t. % é o teor de enxofre na nterface. e há equlíbro na nterface (reação rápda) e o transporte de enxofre no aço controla o processo, este valor é o valor de equlíbro terodnâco..3 EXPLIQUE coo podera ser forulado u odelo (através de balanços de assa) que pertsse prever o teor de enxofre do aço e da escóra e o teor de oxgêno do aço, e função do tepo. Não é possível obter ua solução analítca para o problea pos o teor de enxofre no aço, na escóra e o teor de oxgêno no aço vara co o tepo. É precso forular três balanços de assa que resultarão e três equações dferencas sultâneas que pode ser resolvdas nuercaente. Balanço de Massa de Enxofre no Aço Quantdade de no aço e t Quantdade que sa e dt= Quantdade de no aço e t+dt. % * Pesode aço % Pesode aço jadt = Assue-se que o peso de aço não vara, ebora o aço perca e ganhe. Esta equação perte obter:

2 d(% ) = Ak(% PesodeAço % é obtdo de : % esc % K = % % esc % ) Assue-se que a bascdade é constante, logo %esc é constante. Para teros valores para %esc(t) e %(t), precsaos balanços de assa destes eleentos. Balanço de assa do enxofre na escóra Quantdade de na escóra e t Quantdade que entra e dt= Quantdade de na escóra e t+dt. % esc * Pesode escora % esc Pesode escóra + jadt = bserve que a quantdade jadt é a esa, e assa, que sa do aço. Esta equação perte obter ua expressão para: d(% ) esc Para calcularos o teor de oxgêno do aço e função do tepo, fazeos u balanço de assa de oxgêno no aço. % * Pesode aço 6 % Pesode aço + jadt = 3 Para cada kg de enxofre transferdo, co peso atôco 3, são transferdos 6/3 kg de oxgêno, já que o peso atôco do oxgêno é 6. olução Nuérca e conheceros os teores ncas de, na escora e no etal e a constante de equlíbro, e o peso de aço e de escóra, podeos resolver nuercaente as equações aca obtendo os valores do %(t). Para testar u refratáro, ua barra clíndrca deste refratáro (Mg) é nserda e u banho de aço a teperatura constante e co u teor de aluíno constante. A Fgura ostra o efeto da velocdade de rotação da barra, dentro do aço, sobre a dnução de dâetro da barra.. Forule ua reação quíca que possa descrever a dssolução do refratáro no aço.. Lste as etapas que pode nfluencar no processo de dssolução..3 bservando o efeto da velocdade de rotação, qual é, na sua opnão, a etapa que controla a dssolução?

3 . Para o Mg se dssolver no aço, a reação é: Mg = Mg + Nota: A presença de aluíno constante é portante para anter a atvdade do oxgêno e solução baxa e vablzar a reação de dssolução.. Transporte dos reagentes: Coo o problea nfora que o refratáro é Mg e o reagente é o Mg é pouco provável que o transporte de Mg, dentro do Mg puro, possa ser ua etapa lenta. Reação quíca. Transporte dos produtos: transportar o Mg e o e solução no aço para longe da nterface refratároetal..3 Das três etapas lstadas aca, a oventação da nterface etal-refratáro pode acelerar o transporte dos produtos da dssolução, no aço. Coo a cnétca total é acelerada, é evdente que este transporte controla o processo. Não é possível saber se é controlado pelo transporte do Mg ou do, entretanto. 3 Coo é possível, terodnacaente, deternar o enor teor de carbono que se pode obter dssolvdo no aço, através da ntrodução de oxgêno no aço (sto é, através da oxdação C + =C) a ua teperatura constante. Explque os cálculos que fara e os dados necessáros. equlíbro C+=C é representado por ua hpérbole, resultado do cálculo da constante de equlíbro Pco = K( T ), para ua Pco e ua T. A característca ateátca da hpérbole é que, quanto aor o % C% % tanto enor a %C (y=k/x). Consderando apenas a presença de C e, não havera ltação para o teor as baxo de carbono que se pode obter. Bastara auentar o teor de oxgêno e solução. Entretanto, tanto o C coo o estão e solução no ferro. A solubldade áxa do oxgêno no ferro é,% a 6C ou pode ser calculada pelo equlíbro Fe + = Fe. Este lte não pode ser exceddo. Ass, o enor teor de carbono que pode ser obtdo é defndo por aquele que corresponde ao oxgêno de saturação do ferro. Qualquer tentatva de auentar o teor de oxgêno para reduzr o teor de carbono resultará, apenas, e foração de as Fe. s cálculos pode ser fetos cobnando adequadaente: C + = C C = C % = % para obter a hpérbole correspondente a C + =C e, depos, deternando o teor de oxgêno áxo da cobnação adequada de: Fe + = = Fe % para obter Fe + = Fe ou, as eleganteente, cobnando apenas: % Fe+=Fe C+=FC %C ín o %C

4 C + = C Fe + = Fe % C = C carbono possível. Para obter Fe+C = C + Fe, que perte calcular dretaente o enor 3. Coo o vácuo (varação da Pco) nfluencara neste enor teor de carbono possível? Pco A constante de equlíbro (ver 3, aca) é K( T ) % C% =. A redução da pressão de C leva a u produto %C% enor. Conseqüenteente, para u eso % (que é a saturação do Fe), obter-se-a ua %C as baxa. % Fe+=Fe P at P vácuo %C ín o, baxa P %C 3. A presença de ua escóra tera algu efeto sobre esta análse?, a escóra altera a atvdade do Fe e, conseqüenteente, o oxgêno áxo solúvel no ferro antes de se forar Fe. 4 É possível desfosforar e condções redutoras? Qual o produto forado?, fosfeto. 4. Quas as condções terodnâcas as favoráves para a desfosforação e conversor? P = P 4-3 Escóra básca (íon -), aço oxdado (alto ), escóra co boa solubldade para o íon fosfato e baxa teperatura (relatvaente) ( te teperatura não é exgdo na prova). 4. Qual a contrbução de adções de Ca a escóra de desfosforação? A Ca fornece à escóra o íon - essencal para a desfosforação tanto e condções oxdantes quanto redutoras.

5 5 Quas nforações terodnâcas sera necessáras para verfcar o enor teor de ntrogêno possível de se obter e u aço, quando ele é tratado sob vácuo? A constante da Le de evert para a teperatura e questão e a pressão dentro do desgasefcador a vácuo (PN). enor teor de ntrogêno possível é o teor e equlíbro co o gás dentro do desgasefcador a vácuo. 5. ob o ponto de vsta cnétco, algu eleento alé de ferro e ntrogêno sera portante no estudo da cnétca de reoção do ntrogêno sob vácuo? Porque? xgêno e enxofre, prncpalente, são eleentos tensoatvos que nflue na cnétca de reoção do ntrogêno.