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Tipo: TCC
Título: Estudo da cinética de cristalização em pó fluxante F-free à base de CaO-SiO2-TiO2 utilizando os modelos isoconversionais: Friedman, FWO e KAS
Título em inglês: Study of crystallization kinetics in F-free fluxing powder based on CaO-SiO2-TiO2 using the isoconversional models: Friedman, FWO and KAS
Autor(es): Ferreira Neto, Cícero Targino
Orientador: Klug, Jeferson Leandro
Coorientador: Medeiros, Samuel Lucas Santos
Palavras-chave: Pós fluxantes;Lingotamento contínuo;Calorimetria exploratória diferencial (DSC);Cinética de cristalização;Métodos cinéticos isoconversionais
Data do documento: 2021
Citação: FERREIRA NETO, Cícero Targino. Estudo da cinética de cristalização em pó fluxante F-free à base de CaO-SiO2-TiO2 utilizando os modelos isoconversionais: Friedman, FWO e KAS. 2021. 75 f. Monografia (Graduação em Engenharia Metalúrgica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumo: Durante o processo de produção do aço, diversos defeitos tais como baixa qualidade do produto acabado e breakouts (ruptura da casca sólida do aço em formação) ocorrem devido ao elevado ou insuficiente fluxo de calor existente entre o molde e aço fundido. Os pós fluxantes comerciais são indispensáveis durante o processo de lingotamento contínuo, em virtude de promoverem uma significativa melhora da qualidade do produto acabado, onde o controle da cristalização dos mesmos tem um efeito decisivo no controle do fluxo de calor em virtude da presença de flúor. Devido aos danos ambientais causados pelo flúor, cresce cada vez mais o número de pesquisas desenvolvidas a fim de produzir pós fluxantes livres de flúor. Portanto, otimizar as propriedades dos pós fluxantes sem flúor é crucial, sendo necessário substituí-lo por óxidos que devem manter os parâmetros tecnológicos relacionados à viscosidade, características de fusão e cristalização. Previamente, a sequência de precipitação dos cristais durante o resfriamento para o pó fluxante (CaO–SiO2–Na2O–Al2O3–TiO2–B2O3–MgO) com basicidade 1 foi definida combinando a análise via calorimetria exploratória diferencial (DSC) e o ciclo térmico em conjunto com as análises de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), ambas realizadas anteriormente por SHU et al., 2020. Para esse sistema é interessante conhecer o efeito da concentração do Na2O com relação a cinética de cristalização do pó fluxante analisado, especialmente para o lingotamento continuo dos aços peritéticos devido a esses apresentarem uma maior incidência de defeitos superficiais. Para calcular os valores do parâmetro n de Avrami foi utilizado um modelo de Avrami modificado, observando assim que o primeiro cristal precipitado (Ca2SiO4) tem um crescimento tridimensional, visto que os valores obtidos de n estão próximos a 2,5. Esse resultado está de acordo com as micrografias MEV anteriormente realizadas, onde é observado uma estrutura dendrítica. Os métodos cinéticos isoconversionais Friedman, Flynn–Wall–Ozawa (FWO) e Kissinger–Akahira–Sunose (KAS) foram empregados com o intuito de determinar a energia de ativação efetiva para a cristalização não isotérmica, visto que com eles é possível obter informações relevantes sem a necessidade de conhecer a forma da equação cinética. Dentre os três métodos cinéticos utilizados, foi observado que Friedman possui uma maior sensibilidade a variação da cristalinidade relativa do que FWO e KAS. Os resultados de energia de ativação efetiva obtidos para todos os métodos cinéticos utilizados indicam que a cristalização do pó fluxante analisado se torna lenta com o aumento da temperatura, indicando assim que, durante o resfriamento, a cristalização do Ca2SiO4 segue um comportamento anti-Arrhenius.
Abstract: During the steelmaking process, many defects such as poor quality of the finished produce and breakouts happen due to the high or insufficient heat flux between the mold and melt steel. Mold fluxes are necessary during the continuous casting of steel, because it improve the quality of the finished produce, in which the fluorine have a importante role in a heat flux control because it cristalization control of the mold fluxes. Due to environmental damage caused by fluorine, demands for developing a fluorine-free mold fluxes for continuous casting of steel are increasing. Therefore improve the fluorine-free mold fluxes is essencial, in which is necessary to replace it with oxides, which must maintain the technological parameters, related to viscosity, melting characteristics and behavior crystallization. Previously, the crystals precipitation sequence for the mold flux (CaO–SiO2–Na2O–Al2O3–TiO2–B2O3–MgO) with basicity 1 during cooling was defined, combining Differential Scanning Calorimetry (DSC) and a thermal cycle together with X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) previously performed by SHU et al., 2020. For this slag system, it is interesting to know the effect of Na2O concentration regarding crystallization kinetics, especially for peritectic steel continuous casting, because peritectic steel show more surface defects. A modified Avrami model was used to calculate the parameter n values. It was found that the first crystal which precipitates (Ca2SiO4) have a three-dimensional growth, because its n values are near 2,5. This agrees with the SEM micrographs, where dendritic structure is observed. The Friedman, Flynn–Wall–Ozawa (FWO) and Kissinger–Akahira–Sunose (KAS) differential isoconversional methods were applied for determining the effective activation energy for non-isothermal crystallization, because they gives relevant information without necessary know the form of the kinetic equation. In this work, the Friedman differential isoconversional method have more relative crystallinity variation sensitivity than FWO and KAS. The results of effective activation energy for non-isothermal crystallization for all of differential isoconversional methods used show that crystallization becomes slower with increasing temperature. That is to say the crystallization of Ca2SiO4 during cooling follows anti-Arrhenius behavior.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/64652
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