Por que a desfosforação é necessária no processo de refino secundário e quais métodos são utilizados para reduzir o teor de fósforo no aço?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a gente precisa tirar fósforo (desfosforar) no refino secundário do aço e quais métodos usamos pra isso.
Conteúdo: metalurgia de refino de aço – em especial a remoção de impurezas (o fósforo).
O que vamos precisar:
Conteúdo: metalurgia de refino de aço – em especial a remoção de impurezas (o fósforo).
O que vamos precisar:
- Entender o problema que o fósforo causa no aço
- Conhecer a reação química de oxidação do P e como ele vai para a escória
- Revisar princípios de termodinâmica de escória (basicidade, solubilidade)
- Listar as técnicas de refino secundário que atacam o fósforo
Passo 2
Por que o fósforo é vilão?
- Pobreza de tenacidade: mesmo em traços (0,02–0,05 %), o P deixa o aço mais quebradiço, principalmente a baixas temperaturas (“cold shortness”).
- Compromete soldabilidade e resistência à fadiga.
- Enfim, estraga o uso do aço em estruturas, canos, carros…
Então, no refino secundário (logo após a etapa básica de converter ou alto-forno), a gente baixa o P para uns valores bem baixinhos (≤ 0,015 %).
Passo 3
Como o P sai do aço? Teoria básica:
- Reação de oxidação:
2 P + 5 O → P₂O₅ - P₂O₅ migra para a escória, formando fosfato de cálcio num meio básico:
P₂O₅ + 3 CaO → Ca₃(PO₄)₂ - Para favorecer isso, a escória precisa ter alta basicidade, ou seja, razão CaO/SiO₂ tipicamente acima de 2,5.
O equilíbrio simplificado (sem levar tudo em conta) pode ser escrito como
onde
depende de temperatura. A gente busca aumentar CaO e baixar FeO no banho, e manter temperatura controlada (≈ 1550 °C) para o processo ser rápido.
Passo 4
Métodos de desfosforação no refino secundário:
-
Forno de cadinho / LF (ladle furnace) com adição de fluxos básicos
- Lança-se cal (CaO), magnesita (MgO) e/ou fluorita para ajustar a escória.
- Injeção de argônio (Ar) para agitar o banho e acelerar a reação de transferência do P.
-
Refino a vácuo (VD, RH)
- Ao reduzir a pressão, gases (incluindo P₂O₅ formado) são removidos, e a escória fica mais ativa, ajudando a desfosforar ainda mais.
-
Conversor giratório (processo KALDO)
- Enquanto gira, o aço se mistura intensamente com a escória básica, promovendo transferência de P numa rapidez grande.
-
Tratamento por adição de ligas de cálcio (CaSi, CaAl)
- Ca metálico reage com o P dissolvido, formando compostos que migram para a escória ou para inclusões que depois são coalescidas.
Resposta
A desfosforação é necessária porque o fósforo deixa o aço endurecido e quebradiço, prejudicando tenacidade, soldabilidade e resistência. Para reduzir o P utilizamos principalmente o refino em cadinho com escórias de alta basicidade (adicionando CaO/MgO e agitação com Ar), processos a vácuo (VD/RH) que removem P₂O₅ mais eficientemente, conversores giratórios (KALDO) para maximizar o contato aço-escória e, em casos específicos, injeção de ligas de cálcio (CaSi, CaAl) para “capturar” o fósforo restante.