PIROMETALURGIA. Prof. Carlos Falcão Jr.

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1 PIROMETALURGIA Prof. Carlos Falcão Jr.

2 PIROMETALURGIA 1 - Preparação das matérias-primas a)pelotização Pequenas esferas resultantes de um processo de aglomeração de finos do minério, aditivos ou fundentes (calcário e dolomita) e aglomerantes - 0,5 a 0,75% - (bentonita e cal hidratada), que pode ser endurecida a frio ou a quente.

3 1 - Preparação das matérias-primas a) Pelotização PIROMETALURGIA Geralmente, a pelotização do minério é feita pelos produtores de minério de ferro. As pelotas possuem faixa estreita de tamanho, qualidade uniforme e boa permeabilidade do gás durante as reações no alto-forno. São fáceis de armazenar e de transportar.

4 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA Operação realizada com a finalidade de aglutinar os finos do minério de ferro. Teores elevados de finos obstruem a entrada de ar, diminuindo a velocidade de entrada do ar no alto-forno para ocorrer a combustão. Após a sinterização, o sínter pode apresentar teores de ferro entre 55 e 60%.

5 b.4) Sinterização: transformação da mistura em sínter 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA Resumidamente, as etapas da sinterização são: b.1) Carregamento da matéria-prima b.2) Homogeneização: formação, umidificação e nodulização da mistura b.3) Carregamento da mistura na esteira de sinterização

6 b.9) Transporte do sínter aos silos de alimentação do alto-forno 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização Resumidamente, as etapas da sinterização são: b.5) Quebra do bolo de sínter b.6) Peneiramento a quente b.7) Resfriamento PIROMETALURGIA b.8) Peneiramento a frio

7 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.1) Carregamento da matéria-prima Todos os componentes da mistura são carregados e transportados, de forma individual, por correias transportadoras para a unidade de armazenagem.

8 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.1) Carregamento da matéria-prima A mistura é composta por minério de ferro, resíduos de produção (particulados recuperados do alto-forno e da aciaria), fundentes (cal, calcário, olivina e/ou dolomita), finos de retorno (pequenas partículas de minério recuperadas do próprio processo de sinterização) e combustível sólido (coque siderúrgico).

9 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização b.2) Homogeneização PIROMETALURGIA As matérias-primas são introduzidas em um tambor rotatório ( tambor misturador ) Movimento de rotação Água é adicionada à mistura por causa da umidade necessária para facilitar a micropelotização.

10 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.3) Carregamento da mistura na esteira de sinterização Sistema de transporte da mistura que termina na esteira de sinterização, onde é disposta uma camada composta por finos de retorno ( bedding ou falsa grelha ) O objetivo do bedding é filtrar parte dos gases inerentes ao processo, proteger as grelhas e evitar a aderência da mistura nestas.

11 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.4) Sinterização transformação da mistura em sínter A transformação da mistura em sínter ocorre basicamente pela ação do calor presente no processo. Inicialmente, esse calor vem de uma fonte externa (fornalha de ignição) proporcionando a ignição espontânea do combustível sólido (coque) contido na mistura.

12 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.4) Sinterização transformação da mistura em sínter Com a ignição do combustível, o calor gerado pela oxidação deste é suficiente para manter o processo de sinterização, sem fonte externa de calor. Outro pré-requisito, além do calor necessário à ignição, é o suprimento adequado de oxigênio.

13 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.4) Sinterização transformação da mistura em sínter A qualidade do sínter, a taxa de sinterização e o consumo de coque podem atingir níveis melhores com uma ignição adequada. A ignição do combustível inicia-se na camada superior, sinterizando a mistura.

14 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.4) Sinterização transformação da mistura em sínter Devido ao constante fluxo de ar de cima para baixo, as camadas inferiores também são sinterizadas até o final da esteira. A intensidade de ignição (Q/t) ideal é a que propicia somente a combustão necessária do coque da camada superficial da mistura, contribuindo para uma queima uniforme total.

15 melhorar a resistência da camada superficial 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.4) Sinterização transformação da mistura em sínter A ignição tem por objetivo: propagar a queima do coque de maneira uniforme, elevando a temperatura da camada superficial, permitindo sua combustão

16 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.4) Sinterização transformação da mistura em sínter A ignição tem por objetivo: reduzir o consumo de combustível melhorar a permeabilidade da camada superficial

17 No moedor, os pedaços tornam-se ainda menores, estando prontos para ir ao alto-forno. 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.5) Quebra do bolo de sínter O bolo de sínter, que está sobre a esteira, é despejado dentro de um triturador (quebrador de sínter). Este quebra o bolo de sínter em pedaços menores, que são encaminhados para um moedor ou britador de sínter.

18 Um sistema mecânico força os pedaços maiores contra a peneira, quebrando-os até que passem por ela. 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.6) Peneiramento a quente Os pedaços menores de sínter são transferidos, ainda quentes, até as peneiras vibratórias. Só passam pelas peneiras os pedaços entre 8 e 16 mm.

19 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização b.7) Resfriamento PIROMETALURGIA O sínter aquecido e peneirado é carregado através de uma calha até um resfriador circular. Neste, sofre resfriamento até uma temperatura de, aproximadamente, 80ºC.

20 Os finos retornam ao início do processo para serem utilizados como camada inferior nas esteiras de sinterização ( bedding ) ou à mistura inicial. 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.8) Peneiramento a frio O sínter é transportado por meio de correias até uma nova estação de peneiramento. Após o peneiramento, são retiradas amostras para ensaio.

21 1 - Preparação das matérias-primas b) Sinterização PIROMETALURGIA b.9) Transporte do sínter aos silos de alimentação no alto-forno O sínter é armazenado em novos silos. Daí, é transportado para o alto-forno, por meio de correias.

22 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) Ferro-gusa é um produto primário no ciclo da produção do aço. Deriva-se da redução inicial do minério de ferro no alto-forno. Tal redução resulta da combinação do carbono do coque com o oxigênio do minério (reação exotérmica). No alto-forno são misturados: minério (na forma de sínter), coque (ou carvão) e fundente.

23 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) Por ter baixo P.F., o fundente corresponde à fase líquida inicial da mistura. Sua função é tornar fluidas as impurezas, formando uma escória mais fusível. A queima contínua do coque ou do carvão vegetal, ativada pela insuflação de ar, disponibiliza o calor necessário à fusão do material. O ferro é gotejado no cadinho (parte inferior).

24 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) A escória, como é menos densa que o ferro, flutua sobre o material líquido, sendo separada por orifícios presentes em certa altura do cadinho. A retirada do ferro se dá por aberturas no fundo do cadinho. O ferro gusa, então, esfria até se tornar sólido.

25 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) O alto-forno opera em regime de contracorrente, ou seja, ocorrem 2 fluxos contínuos em sentidos contrários. De cima para baixo: desce a carga (minério de ferro, coque e fundentes). De baixo para cima: o ar pré-aquecido soprado pelas ventaneiras e os gases provenientes da combustão seguem em direção ao topo.

26 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno Para se obter bons resultados na operação do alto-forno, 3 condições são importantes: Boa qualidade do coque e do minério de ferro utilizados na carga Bom controle do fluxo de gás Procedimentos adequados de operação

27 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Vazamento O ferro-gusa e a escória são coletados na região interna do alto-forno, denominada de cadinho, localizada logo abaixo das ventaneiras. Devido às diferenças de densidade, ferrogusa (7,2 t/m 3 ) e escória (2,4 t/m 3 ) não se misturam.

28 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Vazamento Então, a escória flutua sobre o ferro-gusa e os dois produtos formam camadas distintas, sem se misturar. O ferro-gusa é direcionado para um canal, onde é despejado em uma bica basculante, que funciona como panela de controle e transferência para os carros-torpedo.

29 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Vazamento A escória é direcionada para um canal. Após, é levada para o granulador de escória ou despejada no solo em local adequado. Com o processo contínuo de formação e recolhimento de metal líquido no cadinho, novas quantidades de gusa caem sobre o banho já formado (gusa + escória).

30 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Vazamento Sendo o gusa mais denso, este desce em forma de gotas, atravessando a camada superior de escória, aumentando assim a quantidade de gusa líquido localizada na parte inferior do banho.

31 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Situações especiais na operação do alto-forno Após a entrada em operação, um alto-forno funciona de 10 a 15 anos. Este período é chamado de campanha.

32 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Situações especiais na operação do alto-forno Campanha é o período de duração de um revestimento refratário, ou seja, o tempo desde o início das atividades do alto-forno até a necessidade de sua parada para a renovação deste revestimento e/ou modernização adicional.

33 A injeção de ar pelas ventaneiras é interrompida. Mesmo assim, as interações no processo continuam a ocorrer e a temperatura diminui com o passar do tempo. INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Situações especiais na operação do alto-forno Pequenas paradas ou interrupções na produção para efeito de manutenção são chamadas de blow-down (desobstruções no equipamento).

34 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.1 Operações no alto-forno * Situações especiais na operação do alto-forno As retomadas de produção após blow-down são chamadas de start-up. Quando a operação é reiniciada, recomeça o sopro de ar pré-aquecido pelas ventaneiras e a temperatura do forno volta a aumentar.

35 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.2 Casa de Corrida Área destinada às operações de vazamento de ferro-gusa e de escória. Na casa de corrida, estes são manuseados, transferidos e destinados às etapas posteriores do processo. A casa de corrida é composta das seguintes partes: PRÓXIMOS SLIDES

36 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.2 Casa de Corrida * Sistema de captação e tratamento de gases Capta os gases liberados do interior do altoforno durante o processo de vazamento do metal líquido, tratando-os de forma a tornar o ambiente seguro e recuperando parte desses gases para sua reutilização nos processos.

37 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.2 Casa de Corrida * Furo de vazamento ou furo de corrida É um bloco refratário, instalado na parte inferior do forno, dotado de um furo, que faz a ligação da parte interna do alto-forno com a parte externa da casa de corrida. Por este furo, são vazados o ferro-gusa e a escória.

38 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.2 Casa de Corrida * Calhas de vazamento Canais destinados à coleta e transferência do ferro-gusa e da escória. São revestidas de material refratário apropriado para a operação.

39 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.2 Casa de Corrida * Máquina perfuratriz Equipamento dotado de uma broca especial utilizado para abrir o furo de vazamento. A profundidade e a posição do furo devem ser reproduzidas a cada furo, de forma a evitar um desgaste prematuro do furo de corrida.

40 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS 2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno) 2.2 Casa de Corrida * Máquina de tamponamento Equipamento que promove o fechamento do furo de corrida do alto-forno. Esta máquina injeta massa refratária sob pressão no furo de corrida, visando fechá-lo, interrompendo dessa forma o vazamento do ferro-gusa.