1a Questão (1.1)
X
L
L+Gr
1. Em uma tonelada de ferro puro, são adicionados, isotermicamente,
a 1600oC, 3kg de grafita. 1.1 Marque com um X, no diagrama de
equilibrio Fe-C ao lado, a posição aproximada do aço resultante e
informe quantas fases existirão no sistema. Estime ou calcule a
atividade do carbono nesta solução.
%C 

L+
3
3
*100 
*100  0,3%
1000  3
1000
O ponto X está no campo onde existe apenas LÍQUIDO.
0,3%C pode ser aproximado por uma solução diluida. Pela Lei de Henry:
0,3%
ac 
 C0 M Fe
100M C
* 0,3 
0,57* 55,85
* 0,3  0,008
100*12
1a Verificação Outubro/2010
1a Questão (1.2)
Y
L
L+Gr

1.2 Uma tonelada de ferro puro é mantida em um
cadinho de grafita a 1600oC, até atingir o equilíbrio.
Marque com um Y, no diagrama de equilibrio Fe-C ao
lado, a posição aproximada do aço resultante. Estime
ou calcule a atividade do carbono nesta solução.
L+
O ponto Y tem cerca de 5,5% de C. Não é uma solução diluida.
Mas, nesta situação, o metal líquido está em equilibrio com a grafita.
Logo:
CLiquido  CGrafita  C0
 CLiquido   C0  0
aC  e
 CLiquido   C0
RT
1
1a Verificação Outubro/2010
2a Questão (2.1)
 0,17% O
X
2.Uma tonelada de ferro puro é equilibrada isotermicamente, a
1600oC, com um gás que tem uma pressão parcial de oxigênio de
36x10-10 atm. Ao fim do equilíbrio: 1.1 Quais fases estarão
presentes no sistema?Qual será? Indique no diagrama de equilíbrio
Fe-O, ao lado, e no diagrama da Lei de Sievert, com um X o aço
pO2  361010
resultante.
pO2  6 105
X
A composição do metal se alterará
como indicado na figura (até dissolver
0,17% O) Embora o óxido só se forme
a cerca de 0,23% de O, neste gráfico, é
preciso lembrar que o metal está em
equilíbrio com o gás. 2 FASES (Ferro
líquido com oxigênio dissolvido e gás).
 0,17% O
1a Verificação Outubro/2010
3a Questão
Em uma tonelada de aço contendo 0,16% de oxigênio são adicionados, isotermicamente, a 1600oC,
3kg de carbono. Se o aço está a 1 atm, o que ocorrerá? Considere apenas os aspectos
termodinâmicos.
1x
-1x
-1x
C(gr)
+ 1/2O2
1/2O2
C(gr)
+ O
C
T
1873
=
=
=
CO
O
C
CO
Delta H
Delta S
J
J/K
-114400
-85,8
-115750
-4,63
22594
-42,26
-21244
-38,91
Delta G'
-94122,43
%C%O
Pco
0,002371
(0,16%)  (0,3%)  0,048  0,002371
%O
0,16%
Vai formar CO. Se quisermos saber o equilíbrio, é só resolver o
sistema de equações:
%C f %O f  0,002371
0,16  %O f
0,3  %C f

16
12
Cf (%)
Of (%)
0,18939 0,01252
0,002371
1a Verificação Outubro/2010
0,16
0,3% %C
4a Questão
4. Uma fundição dispõe de um forno elétrico a arco para produzir aço.
Neste forno é preciso
realizar a desfosforação e a desulfuração. 4.1 Indique em qual ordem estas etapas deverão ser
realizadas e se há alguma operação importante a ser realizada entre as duas, justificando. 4.2
Indique qual o consituinte mais importante da escória que realizará estas operações,
justificando. 4.3 Ao chegar a fundição você observa que quando a desulfuração se inicia, o teor
de fósforo, que estava satisfatório, se eleva. Quais ações você propõe para evitar o problema?
A desfosforação é mais eficaz e simples em meio oxidante, com
escória básica.
Favorecem a desfosforação a alta oxidação, a temperatura
relativamente mais baixa e escória básica.
A dessulfuração efetiva só é viável em condições redutoras
(desoxidantes), com escória básica.
Como a corrida começa pela fusão e oxidação, é melhor realizar a de-P, desoxidar o aço e depois realizar a de-S.
Se mantivermos TODA a escória da de-P nesta etapa, haverá reversão de fósforo, que é o que está sendo
observado.
É preciso remover a escória, ao menos parcialmente, para limitar a desfosforação. Hoje em dia a de-S é
normalmente feita em forno panela, de modo que a escória de de-P tem de “ficar no forno” e não vazar para a
panela.
1a Verificação Outubro/2010
5a Questão
5. Em um conversor são adicionados 100t de gusa contendo 0,1%Si e 4%C. São soprados 4000 Nm3 de
oxigênio que são totalmente aproveitados, isto é, ficam no sistema, de alguma forma ou reagem com algum
dos constituintes do gusa. Assuma que TODO o silício é oxidado a sílica. 5.1 Calcule quanta sílica se forma
e quanto oxigênio é gasto neste processo. Sabendo que o conversor opera com basicidade binária
(%CaO/%SiO2) igual a 4 calcule quanta CaO é adicionada.
Si  2O  SiO2
28  2 *16  32  60
100000* 0,1
100
 100kgSi 
* 32  114,3kgO  214,3kgSiO2
100
28
4 * 214,3  857,14kgCaO
1a Verificação Outubro/2010
5a Questão (cont.)
5.2 Assuma que, ao final da adição do oxigênio, se obtém equilíbrio a 1650oC entre o carbono e o
oxigênio dissolvidos no aço e a pressao de 1 atm de CO. Obtenha uma equação para expressar a
relação entre os teores de C e de O em solução no metal, nestas condições.
1x
-1x
-1x
C(gr)
C
+ 1/2O2
1/2O2
C(gr)
+ O
T
1923
=
=
=
CO
O
C
CO
Delta H
Delta S
J
J/K
-114400
-85,8
-115750
-4,63
22594
-42,26
-21244
-38,91
Delta G'
-96067,93
%C%O
Pco
0,002457
1a Verificação Outubro/2010
5a Questão (cont.)
5.3 Assuma também que se estabelece o equilíbrio entre o oxigênio dissolvido no metal e o FeO na escória.
Obtenha uma equação para expressar a relação entre a atividade de FeO na escória e o teor de oxigênio no
aço.
1x
-1x
Fe
+
Fe
+
T
1/2O2
1/2O2
O
1923
=
=
FeO
O
FeO
Delta H
Delta S
J
J/K
-225500
41,3
-115750
-4,63
-109750
45,93
Delta G'
-21426,61
%O
a FeO
0,261798
1a Verificação Outubro/2010
5a Questão (cont.)
%FeO
5.4 Por fim, assumindo que, na escória, a FeO  100
escreva as equações de
balanço de massa que permitiriam calcular quanto aço e com qual composição química
será produzido.
Balanço do oxigênio
Osoprado
4000Nm3

* (2 *16)kg  Osilica  O aco  OFeO  Ogas
22,4 Nm3
Balanço do Carbono
C gusa 
É preciso assumir a composição do Gás, por exemplo, 100% CO
Cgas
100000 * 4
 4000 kg  C gas  C aco
100
Relação entre C e O do aço
%C aco * %Oaco  0,002457
Peso de escória e % FeO
P
Pesc  PCaO  PSiO2  PFeO % FeO  FeO
Pesc
onde
PCaO  857,14kg PSiO2  214,3kg
onde Osilica  114,3kg
Ogas

12
16
Relação entre O do aço e FeO da escória
%O aco  0,262 * aFeO 
0,262
% FeO
100
Balanço de Fe
Fe gusa 
100000
(100  4  0,1)  Fe FeO  Feaço
100
1a Verificação Outubro/2010