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ANÁLISE TERMODINÂMICA COMPUTACIONAL DA PRODUÇÃO DE AÇO INOXIDÁVEL – FUNDAMENTOS

ANÁLISE TERMODINÂMICA COMPUTACIONAL DA PRODUÇÃO DE AÇO INOXIDÁVEL – FUNDAMENTOS. Nestor C.Heck, Antônio C.F.Vilela NTCm Núcleo de Termodinâmica Computacional para a Metalurgia / UFRGS LASID Laboratório de Siderurgia / UFRGS 60 o Congresso Anual da ABM

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ANÁLISE TERMODINÂMICA COMPUTACIONAL DA PRODUÇÃO DE AÇO INOXIDÁVEL – FUNDAMENTOS

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  1. ANÁLISE TERMODINÂMICA COMPUTACIONAL DA PRODUÇÃO DE AÇO INOXIDÁVEL – FUNDAMENTOS Nestor C.Heck, Antônio C.F.Vilela NTCm Núcleo de Termodinâmica Computacional para a Metalurgia / UFRGS LASID Laboratório de Siderurgia / UFRGS 60o Congresso Anual da ABM 25-28 de julho de 2005, Belo Horizonte - BH

  2. Objetivos • Curto prazo: • estudar os fundamentos associados ao processo de produção de aços inoxidáveis; • simular aspectos básicos e • verificar a validade do software e dados empregados. • Longo prazo: • reproduzir em laboratório pontos críticos; • sugerir ações visando otimizar o processo. www.ct.ufrgs.br/ntcm

  3. Metodologia • Simulação: • uso do aplicativo FactSage 5.2 e seus bancos de dados (termodinâmica computacional); • sistemas simples (1a fase: sem vinculação com etapas do processo industrial). • Validação: • resultados versus literatura; www.ct.ufrgs.br/ntcm

  4. Termodinâmica • Usada para o cálculo do equilíbrio • estado final de qualquer sistema; • alcançado se não houver qualquer impedimento de ordem cinética. • Sistema em equilíbrio: • propriedades são constantes no tempo; • não há gradientes de nenhuma espécie; www.ct.ufrgs.br/ntcm

  5. O que constitui um sistema? • Componentes: Fe-Cr-Ni-C... • Fases: ‘banho’, ‘escória’, atmosfera... • Propriedades importantes: • Temperatura (constante) • Pressão (constante) www.ct.ufrgs.br/ntcm

  6. Sistema Fe-O • Dois componentes: Fe, O • Três fases: Fe(l), atm. (O2), FeO (l) • Regra das Fases F + V = C + 2 • Se temperatura: 1600°C • Pressão = 5,58 x 10-9 [atm] • Teor O = 0,225% www.ct.ufrgs.br/ntcm

  7. Sistema Fe-O www.ct.ufrgs.br/ntcm

  8. Sistema Fe-O-Cr • Três componentes: Fe, Cr, O • Regra das Fases • Temperatura: 1600°C • Pressão: valor constante [atm] • F = C + 2 - V • Três fases: óxido(?), atm.(O2), banho www.ct.ufrgs.br/ntcm

  9. Sistema Fe-O-Cr www.ct.ufrgs.br/ntcm

  10. Sistema Fe-O-Cr • Teor de O www.ct.ufrgs.br/ntcm

  11. Sistema Fe-O-Cr • Teores de O e Cr www.ct.ufrgs.br/ntcm

  12. Sistema Fe-O-Cr (Literatura, apud ITOH) • Teores de O e Cr www.ct.ufrgs.br/ntcm

  13. Sistema Fe-O-Cr (Validação) • Fases sólidas: concorda • Valores de O=f(Cr): 10%Cr 20%Cr 30%Cr ITOH <0,025 <0,04 0,05 este trab. 0,034 0,046 0,06 SJPC <0,04 0,05 0,08 • Limite Cr2O3 / FeO.Cr2O3; (%Cr): SJPC 3% / este trab.~3,7% / ITOH 7% www.ct.ufrgs.br/ntcm

  14. Sistema Fe-O-Cr-C • Competição pelo oxigênio: 4 C + Cr2O3(s) + CO2(g) = 2 Cr + 5 CO(g) • Constante de equilíbrio (rearranjada): www.ct.ufrgs.br/ntcm

  15. Sistema Fe-O-Cr-C-Ni • C e Cr em função de P e CO2/CO 1600°C ~8% Ni www.ct.ufrgs.br/ntcm

  16. Sistema Fe-O-Cr-C-Ni-Ca-Si • Cr [kg/t] em função da massa de O • Condições: • Sem adição • + 15 [kg] Si • + 15 [kg] Si + 30 [kg] CaO • Sistema: • Temperatura: 1600 [°C] • Pressão: 1 [atm] www.ct.ufrgs.br/ntcm

  17. Sistema Fe-O-Cr-C-Ni-Ca-Si www.ct.ufrgs.br/ntcm

  18. Sistema Fe-O-Cr-C-Ni-Ca-Si www.ct.ufrgs.br/ntcm

  19. Conclusões • A simulação reproduz as fases e o comportamento geral conhecido e descrito na literatura do sistema e subsistemas Fe-O-Cr-C-Ni; • Mostra o potencial da ferramenta Termodinâmica Computacional para a simulação de processos e fenômenos típicos produção de aço inoxidável. www.ct.ufrgs.br/ntcm

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