Caracterização química, física e metalúrgica das frações granulométricas de uma mistura de carvões típica para a produção de coque

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1 Caracterização química, física e metalúrgica das frações granulométricas de uma mistura de carvões típica para a produção de coque Guilherme Liziero Ruggio da Silva Orientador: Prof.Dr. Paulo Santos Assis 1

2 AGENDA Introdução Objetivos Revisão bibliográfica Metodologia Resultados e Discussões Conclusões 2

3 INTRODUÇÃO Proporcionamento eficiente Dos carvões componentes Seqüência de abertura de tremonhas fluxo contínuo, nivelamento e controle de carga Amostragem Grau de uniformidade Distribuição dos carvões nos pátios Empilhamento e remoção Tempo de permanência Rotina adequada e consistente de preenchimento dos silos Manutenção de quantidade mínima de estoque Determinação do ponto final de coqueificação Britagem adequada e consistente Misturamento eficiente, para facilitar a interação entre os carvões e evitar flutuações da composição da mistura Fornos bem conservados e condições de aquecimento consistentes Controle efetivo de quantidade de água, duração de extinção e uniforme repartição da água sobre a superfície da massa de coque no vagão. O COQUE É TRANSFERIDO DA RAMPA DA BATERIA PARA O ALTO-FORNO!!! 3

4 INTRODUÇÃO O PARADOXO DA GRANULOMETRIA DE CARVÃO NA FABRICAÇÃO DE COQUE Impactos da distribuição granulometria de carvão -Densidade de carga no forno;(produtividade) -Resistência mecânica (D.I.); -Depósitos de carbono; (Dificuldade Operacional) Granulometria grosseira: -Matéria mineral e inertes nucleadoras e propagação de fissuras Queda de resistência. (Gregory e Gibson >1,7mm) -Reativos, formação e um número excessivo de poros produção de coque esponja baixa resistência mecânica. (Wolff e Mackowsky > 3mm) Granulometria fina: -Redução de densidade de carga queda de resistência e produtividade - Aumento de partículas reativas <0,25mm: limite inferior para formação de poros baixo inchamento - diminui o contato entre partículas. - Aumento de inertes entre 0,15 e 0,25mm: aumento da superfície específica redução da eficiência de aglutinação da camada plástica. 4

5 OBJETIVOS Geral: O objetivo deste trabalho é caracterizar as faixas granulométricas da mistura de carvão da Gerdau Açominas, quanto às propriedades químicas, físicas e metalúrgicas e identificar a faixa em que carvão possui as melhores características para o processo de coqueificação Específicos: Caracterização do material superfino da mistura, no que tange a: 1) Petrografia: apreciar as distribuições de macerais na fração <0,149mm. 2) Análise de fluidez a fim de se conhecer quais os impactos que a cominuição excessiva acarreta a esta propriedade. 3) Análise Imediata por faixa granulométrica, principalmente a do material <0,149mm. 5

6 DI REVISÃO BIBLIOGRÁFICA GRANULOMETRIA VERSUS DI Nível de Britagem (% < 7 mesh) % < 7mesh D.I. mas, % < 100mesh D.I. (Ulhôa, 1991) 6

7 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O carvão é britado entre limites estreitos de tamanho. Esse é um compromisso entre: Maximizar a dilatação nas partículas inchantes de carvão; Obter uma estrutura mais contínua do coque produto; Reduzir a poluição ambiental e os efeitos negativos de finos carreados (depósitos de carbono). O alvo Meta : 80% -2,83mm e máx12% -0,15mm Granulometria média no recebimento 0 a 50mm 7

8 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA FATORES QUE INFLUENCIAM A GRANULOMETRIA A dureza dos carvão; moabilidade (HGI) Duros: 40 a 65 Medianos: Macios: ; Distribuição granulométrica no recebimento do carvão; Significativa porcentagem de partículas já na granulometria requerida para o carvão; Composição petrográfica do carvão; Teor e natureza da matéria mineral; Umidade; Desgaste das superfícies de britagem (martelos, placas, etc); Ajuste nos parâmetros operacionais de britagem. 8

9 Foram coletados 250Kg de mistura METODOLOGIA A + 4mm Análise Química Análise Imediata: B mm - Matéria Volátil - Carbono Fixo C mm - Cinza Enxofre Análise Granulométrica D mm Química da Cinza Análise Física E mm - Densidade de Carga Análise Metalúrgica: F mm - Fluidez - Dilatação G -0.15mm - Petrografia 9

10 Análise Granulométrica METODOLOGIA Mistura de carvões típica para produção de coque metalúrgico Alto Médio Baixo CARVÃO Soft Coque de Petróleo Volátil Volátil Volátil % MALHAS(mm) % RETIDO 4 12,1 2,8 7,2 1,41 15,9 0,5 22,8 0,25 14,7 0,15 9,4 <0,15 17,9 QuantidadeTotal 250Kg Preparação de Amostras 10

11 % Matéria Volátil RESULTADOS E DISCUSSÃO Trend Analysis Plot for MV Linear Trend Model M.V. = 25,2986-0,336786*F.G. 25,0 24,5 24,0 Variable Actual Fits A ccuracy Measures MA PE 0, MA D 0, MSD 0, ,5 23,0 4mm 2,80mm 1,40mm 0,500mm 0,250mm Faixas Granulométricas 0,15mm < 0,15mm 11

12 % Cinzas RESULTADOS E DISCUSSÃO Trend Analysis Plot for CZ Quadratic Trend Model CZ= 12,6-1,90310*t + 0,186190*FG**2 11,0 10,5 Variable Actual Fits 10,0 9,5 A ccuracy Measures MA PE 2,87630 MA D 0,25116 MSD 0, ,0 8,5 8,0 7,5 4mm 2,80mm 1,40mm 0,500mm 0,250mm Faixas Granulométricas 0,15mm < 0,15mm 12

13 RESULTADOS E DISCUSSÃO Química da Cinza Química CZ 4mm 2,80mm 1,40mm 0,500mm 0,250mm 0,15mm < 0,15mm Al 2 O 3 26,97 29,52 27,68 27,16 26,59 25,97 23,93 CaO 4,84 2,3 2,40 2,36 2,49 2,86 2,93 Fe 2 O 3 4,89 6,59 5,80 5,78 7,13 7,96 10,07 K 2 O 1,07 1,08 1,12 1,14 1,25 1,36 1,39 MgO 0,84 0,71 0,68 0,7 0,76 0,88 0,96 MnO 0,03 0,03 0,04 0,03 0,06 0,05 0,06 P 2 O 5 2,07 0,93 0,95 0,91 0,87 0,8 0,72 SiO 2 51,71 52,43 54,24 52,18 52,24 51,63 50,98 TiO 2 1,17 1,35 1,34 1,41 1,54 1,16 1,62 ZnO 0,013 0,015 0,016 0,2 0,019 0,022 0,025 13

14 % Al2O3 Fe2O3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Trend Analysis Plot for Fe2O3 Al2O3 Linear Trend Model Fe2O3 Al2O3 = 4, , ,618214*FG 0,700357*FG Variable Actual Fits A ccuracy Measures MA PE 9, ,93706 MA D 0, ,78939 MSD 0, , mm 2,80mm 1,40mm 0,500mm 0,250mm Faixas Granulométricas 0,15mm < 0,15mm 14

15 RESULTADOS E DISCUSSÃO Dilatometria Procedimentos Interpretação de Resultados T r Dilatação (%) T a Contração (%) Temperatura ( C) 15

16 % Dilatação RESULTADOS E DISCUSSÃO Trend Analysis Plot for Dilatação Quadratic Trend Model D= -42, ,9405*FG - 3,05952*FG** Máx Poder aglutinante Variable Actual Fits A ccuracy Measures MA PE 28,8640 MA D 4,3810 MSD 31, mm 2,80mm 1,40mm 0,500mm 0,250mm Faixas Granulométricas 0,15mm < 0,15mm 16

17 Log(ddpm) RESULTADOS E DISCUSSÃO Plastometria Procedimentos Interpretação de Resultados Máxima Fluidez Log DDPM PROPRIEDADE >4 EXCELENTE <4>2 ÓTIMO <2<1 BOM <1 FRACO Range Plástico = Tr Ta Temperatura( o C) T a Range T r Plástico 17

18 LOG.Máxima Fluidez RESULTADOS E DISCUSSÃO Trend Analysis Plot for LOG.MXFLU Quadratic Trend Model Log(Max. FLUIDEZ) = 1, ,536488*FG - 0, *FG** Variable Actual Fits A ccuracy Measures MA PE MA D MSD Vitrinitas Grãos < mín para formação de poros - Conc. Fusênio mm 2,80mm 1,40mm 0,500mm 0,250mm Faixas Granulométricas 0,15mm < 0,15mm 18

19 Range plástico( C) RESULTADOS E DISCUSSÃO 85 Range plástico vs Faixas Granulométricas < 0,15mm 0,15mm 0,250mm 0,500mm 1,40mm Faixas Granulométricas 2,80mm 4mm 19

20 RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise Petrográfica Macerais/Faixas 4mm 1,40mm 0,15mm < 0,15mm Cutinita 0 0, Esclerotinita 0 0, Esporinita 3,4 3,00 0,6 0 Fusinita 2 1,60 0,2 0 Inertodetrinita 9,4 9,80 8 8,2 Macrinita 0 0, Matéria Mineral 3,8 3,00 1,2 2 Micrinita 0 0, Resinita 0 0, Semifusinita 36,8 33,2 24,4 20,4 Vitrinita 44, ,4 69,4 RM 1,096 1, ,107 20

21 % RESULTADOS E DISCUSSÃO 80 Análise - Reativos/Inertes Faixas Granulométricas < 0,15mm 0,15mm 1,40mm 4mm < 0,15mm 0,15mm 1,40mm 4mm Reativos Inertes 21

22 Densidade(g/cm3) RESULTADOS E DISCUSSÃO Curva Densimétrica da Mstura 0,74 Densidade a granel da Mistura de carvão a 9% umidade 0,72 0,70 0,68 0,66 0,64 0,62 Material -0,15mm 0,60 0,58 0,56 4,00 2,80 1,40 0,50 Malha(mm) 0,25 0,15 0,00 22

23 Densidade(g/cm3) Mistura RESULTADOS E DISCUSSÃO Trend Analysis Plot for Densidade MISCV Quadratic Trend Model Yt = 0, , *t - 0, *t** densidade/ %SF = 0 Variable Actual Fits A ccuracy Measures MA PE MA D MSD % Superfinos(-0,15mm) 23

24 CONCLUSÕES Os materiais das diferentes faixas granulométricas são sensivelmente diferentes, no que tange a: Concentração de material reativo nas frações mais finas, e diminuição de inertes nestas faixas. Diminuição considerável de Matéria Volátil com o decréscimo de tamanho de grão. Existência de um tamanho ótimo de grão que maximiza a dilatacão e fluidez máxima da mistura, bem como o range de plasticidade. Com a realização do trabalho confirmou -se que os altos níveis de superfinos da mistura ( >15%) acarretam: baixa densidade de carga, em níveis excessivos, uma vez que este material é menos denso; impacta negativamente sobre a fluidez da mistura, já que partículas de tamanho ínfimo (<<0,15mm) perdem seu poder de inchamento e fluidez; 24

25 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Teoria e prática do tratamento de minérios. Chaves,Arthur Pinto; Peres, Eduardo Clark. São Paulo,1999. Curso de Coqueificação Murilo Botelho Ulhôa (Coal & Coke) Britagem e Moagem de carvão. Lima, José Renato Batista; Chaves, Arthur Pinto. Curso da ABM; São Paulo,2002. Britagem de carvões. Jardim, Júlio Cesar. Curso da ABM; São Paulo,1989. Britabilidade de carvões. Conceição, Roberto Augusto; Ulhôa, Murilo Botelho. Seminário ABM; Rio de Janeiro, Ajuste de bitagem para adequação da granulometria dos carvões na Cosipa. Albano, Elis; Mello, L.A.S.; Batista, J.M.; Tucci, C.A. 25

26 AGRADECIMENTOS/CONTATOS OBRIGADO!!!!! 26