Fundentes na siderurgia, Notas de estudo de Engenharia Civil

Baixe Fundentes na siderurgia e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! 1Thelly Lima dos Santos – Engenharia de Materiais FUNDENTES NA SIDERURGIA: 1 - INTRODUÇÃO: Definição: substância que auxilia no processo de fusão dos metais. Os fundentes são largamente utilizados na separação do minério de ferro da ganga, auxiliando assim na formação da escória. O tipo de fundente usado reflete diretamente na alcalinidade da escória, e, portanto, na forma como esta ira reagir com as paredes refrataria do forno. A importância dos fundentes pode ser mostrada analisando a quantidade deste que é usado. Hoje em dia, para a produção de 1000 kg de gusa são utilizados aproximadamente 330 Kg de material fundente. 2 - BENEFICIAMENTO DO MINÈRIO DE FERRO: A obtenção do ferro-gusa pode ser feita por vários processos, dentre eles a sinterização e a pelotização (esses processos se realizam á altas-temperaturas). Na Sinterização: Com esse aquecimento, as partículas de ferro derretem superficialmente, unem-se umas às outras e acabam formando um só bloco poroso. Enquanto ainda está quente, esse bloco é quebrado em pedaços menores chamados sínter. Com a sinterização, são obtidos blocos feitos com partículas de minério de ferro, carvão moído, calcário e água. Tudo é misturado até se obter um aglomerado. Essa mistura é colocada sobre uma grelha e levada a um equipamento que, com a queima de carvão, atinge uma temperatura entre 1.000ºC e 1.300ºC. Na Pelotização: Por esse processo, o minério de ferro é moído bem fino e depois umedecido para formar um aglomerado. O aglomerado é, então, colocado em um tipo de moinho em forma de tambor. Conforme esse tambor gira, os aglomerados vão sendo unidos até se transformarem em pelotas (daí o nome: pelotização). Depois disso, essas pelotas são submetidas à secagem e queima para endurecimento. 2Thelly Lima dos Santos – Engenharia de Materiais 3 - PRODUÇÃO DO GUSA: Depois que o minério de ferro é beneficiado, vai para o alto-forno para se transformar em ferro-gusa. O ferro-gusa é a matéria-prima para a fabricação do aço e do ferro fundido. No alto-forno coloca-se o minério de ferro, o fundente, o desoxidante, o desfosforizante (materiais que ajudam a eliminar as impurezas) e o combustível. O fundente, isto é, o material que ajuda o minério de ferro a se fundir, é o calcário. Esse material é uma rocha constituída por carbonato de cálcio que, por sua vez, é uma combinação de cálcio com carbono e oxigênio. A cal, usada como fundente, torna líquida a escória do ferro-gusa e ajuda a eliminar as impurezas. O minério de manganês ajuda a diminuir os efeitos nocivos do enxofre que é uma impureza que torna o aço mais frágil. Esse minério é também um desoxidante, isto é, elimina oxigênio que contamina o aço. Os combustíveis são importantes na fabricação do ferro-gusa. Devem ter alto poder calorífico para a geração do calor necessário e não podem contaminar o metal obtido. Dois tipos de combustíveis são usados: o carvão vegetal e o carvão mineral. 5Thelly Lima dos Santos – Engenharia de Materiais 8. “Receptor de Poeiras” para a separação primária das poeiras contidas no gás da boca, e que são retiradas pela parte inferior; 9. Depurador úmido no qual se opera a depuração dos gases da boca por gotejamento de água. A água é dirigida para uma bacia de decantação; 10. Aparelho Cowper em aquecimento pela combustão dos gases da boca; 11. Aparelho Cowper “insuflante” para aquecimento do ar circulante enviado para o alto-forno; 12. Insufladores (alcavariz) 13. Ar frio 14. Escória 15. Gusa 16. Tubulagem circular de ar quente seguida de bocais permitindo insuflar ar quente no alto-forno; 17. Poeiras recuperadas para serem aglomerados com o coque, o minério e o fundente; 6 – REAÇÕES QUIMICAS NO ALTO-FORNO: Quando o minério de ferro, o combustível e os fundentes são introduzidos na parte superior (goela) da rampa, ocorrem reações químicas: 1. Os óxidos de ferro sofrem redução, ou seja, o oxigênio é eliminado do minério de ferro; 2. A ganga se funde, isto é, as impurezas do minério se derretem; 3. O ferro sofre carbonetação, quer dizer, o carbono é incorporado ao ferro líquido; 4. Certos elementos da ganga são parcialmente reduzidos, ou seja, algumas impurezas são incorporadas ao gusa. 5. O gusa se funde, quer dizer, o ferro de primeira fusão se derrete; 7 - FUNDENTES: Os fundentes adicionados a carga do alto forno têm a função de proporcionar a formação de uma escória fundida numa estreita faixa de temperatura, de fácil 6Thelly Lima dos Santos – Engenharia de Materiais escoamento na temperatura de fusão do gusa e que fique sobrenadando a este. A escória formada é um composto ternário formado por sílica, alumina e óxido de cálcio cuja função principal é remover os componentes não voláteis da carga do alto forno. Essas escórias podem ser: ÿ Ácidas: a base de sílica, areia e quartzito; ÿ Básicas: a base de óxido de cálcio e/ou óxido de magnésio, calcário, cal virgem, cal hidratada e dolomita; ÿ Neutras: fluorita. 8 - PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDENTES: Fundentes são materiais com elevado teor de álcalis, o principal objetivo, na adição de materiais fundentes, é a eliminação da ganga do minério de ferro. Essa mistura FUNDENTE + GANGA resulta no que chamamos de escoria uma espécie de massa fundida insolúvel e menos densa que a mate. Os mais usados são: ÿ Óxido de Cálcio: É um fundente secundário de alta temperatura. O óxido de cálcio é introduzido na forma de carbonato de cálcio ou calcita. ÿ Óxido de Magnésio: Este óxido é um fundente secundário de alta temperatura e é introduzido como carbonato de magnésio. Quando os óxidos de magnésio e cálcio são requeridos em um vidrado, podem ser introduzidos na forma de dolomita. 9 - SELEÇÃO DOS FUNDENTES: A seleção e proporção de material fundente é estabelecida em função da composição do minério utilizado e das cinzas presentes no coque após a carbonização do carvão, normalmente utiliza-se óxido de cálcio, óxido de magnésio e alumina. Alternativamente ao óxido de cálcio pode-se usar carbonato de cálcio, que converte-se naquele durante o aquecimento dentro do alto forno, liberando dióxido de carbono. Na composição da escória também deve ser avaliado o grau de corrosividade desta aos refratários do alto forno, escória com elevada alcalinidade. A escória formada após ser separada do gusa é resfriada e 7Thelly Lima dos Santos – Engenharia de Materiais pulverizada, sendo aproveitada pelas indústrias cimenteiras. Em algumas indústrias, como nas locais, a areia de sílica é largamente utilizada. 10 – INFLUÊNCIA DO FUNDENTE NA ESCÓRIA: A escória fundida é uma massa que por sua insolubilidade e menor densidade, ao final do processo de produção do gusa, é sobrenada no ferro gusa, e posteriormente é conduzida por canais até o lugar onde será resfriada. A composição química das Escórias de Alto-Forno produzidas varia dentro de limites relativamente estreitos. Os elementos que participam são os óxidos de: cálcio (Ca), silício (Si), alumínio (Al) e magnésio (Mg). Temos ainda, em quantidades menores, FeO, MnO, TiO2, enxofre, etc. É importante ressaltar que essa composição vai depender das matérias primas e do tipo de gusa fabricado. A composição química é de extrema importância e vai determinar as características físico-químicas das Escórias de Alto-Forno. FeO 0,45% SiO2 33,65% Al2O3 12,42% CaO 41,60% MgO 7,95% TiO 0,73% Composição química Escória de Alto-Forno 11 – REAÇÕES QUÍMICAS DO FUNDENTE COM A GANGA: 12 – CONCLUSÕES: Os óxidos usados como fundentes, são de extrema importância pra os processos pirometalúrgicos (aqueles que ocorrem em altas temperaturas). O ferro não é encontrado em estado puro na natureza, mas em combinações químicas de metais contidos nas rochas. Essas combinações químicas ocorrem