Introdução a Siderurgia 2

Introdução a Siderurgia 2

ENGENHARIA DE PROCESSOS (Mineração)

I -Semestre de 2010

Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas

Departamento de Minas

Alto forno

Um alto-forno é, um reator tipo chaminé(cuba), essencialmente, um enorme gasogénio em que, ocorre, simultaneamente, a redução de um minério e a formação de uma escória. O funcionamento é contínuo.

Minério de ferro Fundentes Coque (CV) Ar Vapor de água

Gases secos Vapor de água nos gases

Gusa Poeiras Escória

Alto forno

Um alto-forno é, um reator tipo chaminé(cuba), essencialmente, um enorme gasogénio em que, ocorre, simultaneamente, a redução de um minério e a formação de uma escória. O funcionamento é contínuo.

Minério de ferro Fundentes Coque (CV) Ar Vapor de água

Gases secos Vapor de água nos gases

Gusa Poeiras Escória

Siderurgia –Alto Forno

Estrutura do alto-forno:

1-Goela: topo do forno reforçado para manter os dispositivos de carregamento e distribuição da carga e receber os impactos destes.

2-Cuba: secção tronco cônica

3-Ventre: região cilíndrica sobre a rampa (opcional).

4-Rampa: revestida de refratários e sistemas de resfriamento interno; éa zona de fusão dos materiais (goteja mento).

5-Cadinho: tem forma cilíndrica, revestida de refratários (grafita) recebe o metal fundido e a escória formada.

6-Ventaneiras:aberturas nas paredes do forno, onde dispositivos de soprado injetam ar quente e/ou combustível (gás, carvão).

Siderurgia –Alto Forno

Temperaturas no forno: 1-Goela: < 500 ºC

3-Ventre: 1000 ºCe 1200 ºC; naregião próxima aos sopradores a temperatura supera os 1500 º C.

4-Rampa: 1200ºCe 1400 ºC, pode chegar aos 1800 ºC. Formação de sistema metal –escória – coque.

5-Cadinho: zona de estrato metal-escória entre

Introdução àSiderurgia

Durante o restante do seu caminho pelo Alto-Forno, o gás ascendente suprirá calor para as camadas de carga metálica descendentes, saindo no topo do forno ainda com temperaturas acima de 100° C.

O Alto-Forno éum reator que utiliza o princípio de contracorrente, onde, gases em ascensão reagem e transferem calor para sólidos e líquidos descendentes.

Reator

O ar prèaquecido (torno 1.000ºC) èsoprado pelas ventaneiras.

Produz dióxido de carbono que reage com o carvão formando monóxido de carbono.

A umidade do ar, reage com o carvão, formando CO e H 2

Reações endotérmicas que geram uma região de alta temperatura aprox. 1850ºC (raceway)

Siderurgia –Alto

Forno –

Principais reações

Fe3 O4 + CO = 3FeO + CO

FeO + CO = Fe + CO 2

O + C = CO + H2 (águacontida)

MgCO3 = MgO + CO

Fe2 O4 + C = 3FeO + CO

SiO 2 + 2C = Si + 2CO

> 1260°C:aglomeração de óxidos escória

> 1350°C:fusão da carga (menos o coque)

Siderurgia –Alto

Forno –

Principais reações (simplificada)

Entrada de ar nas ventaneiras, com temperaturas próximas a 1500°C: fornece combustível e calor.

Redução do minério a ferro metálico

Fe3 O4 + C = 3FeO + CO

Fe 3 O4 + CO = 3FeO + CO

FeO + C = Fe + CO

FeO + CO = Fe + CO 2

Fe2 O4 + C = 3FeO + CO

FeO + 3C = Fe + CO

O CO2 de várias reações reage com carvão

CaCO 3

= CaO + CO 2

MgCO3 = MgO + CO água contida forma combustível

H 2 O + C = CO + H 2

Siderurgia –Alto

Forno –

Principais reações (simplificada)

Redução do silício, fósforo e manganês

A baixas temperaturas:

2MnO2 + C = 2MnO + CO

A altas temperaturas

2MnO + C = 2Mn + CO 2

SiO 2 + 2C = Si + 2CO

Praticamente todo o fósforo é incorporado no ferro gusa

Escoriamento (aglomeração de óxidos)

CaO + SiO 2

= CaSiO3 (escória)

Dessulfurização FeS+ CaO + C = Fe + CaS+CO

Alto forno: Exemplo de balanço de materiais baseados em 100,0 Kg de gusa obtidos

Alto forno: Exemplo de balanço de materiais baseados em 1.0,0 Kg de gusa obtidos

Fundente

Calcáreo CaCO 3

A produção diária de um alto-forno (Coque) varia entre 5.0 a 10.0 ton.

SIDERURGIA (matéria prima)

As matérias-primas básicas da indústria siderúrgica são as seguintes:

•Minério de ferro

•Combustível (Carvão, gás)

•Fundentes (principalmente calcário)

• Adições

•Materiais de geração interna (na usina)

Siderurgia –Matéria Prima

Siderurgia –Matéria Prima

Minério de Ferro Carvão Mineral Carvão Vegetal Fundentes e Adições Sucata de Aço Ferro- Ligas

Industria Integrada

Minério de Ferro Carvão Mineral, Vegetal Fundentes e Adições Sucata de Aço Ferro- Ligas

Industria Se mi-Integrada

Sucata de Aço ou Ferro Esponja Gusa sólido Fundentes e Adições Ferro- Ligas

SIDERURGIA (matéria prima –minério de ferro)

Éa principal matéria-prima do alto-forno, pois édele que se extrai o ferro. Os minerais que contêm ferro em quantidade apreciável são os óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. Os mais importantes para a indústria siderúrgica são os óxidos, sendo eles:

Magnetita (óxido ferroso-férrico) →Fe3O4 (72,4% Fe).

Limonita(óxido hidratado de ferro) →2FeO3 . 3H2 O

Siderurgia –Minério de Ferro

Siderurgia –Minério de Ferro -Minerais

1. MAGNETITA: Fe3O 4

Cor cinza escura a preta. Contém até72,4% de Fe. Rochas ígneas, sedimentares e metamórficas.

2. HEMATITA: Fe2O 3

Cor cinza brilhante e vermelho marrom. Contém até69,5% de Fe.Constituinte da maioria dos minérios de ferro no Brasil, éde origem metamórfico.

3. LIMONITA: Fe2O3 . nH2 O

Cor amarela a marrom, contém entre 52,3% até60,3% de Fe. Éum óxido hidratado com misturas variadas de goetita(αHFe2 )e lepidocrocita(ßFe2 O3 OH2 ).

4. SIDERITA: FeCO 3

Cor clara a cinza esverdeado. Carbonato de ferro, com 48,3% de Fe.

PIRITA: FeS2 (Marcassita)

Logo da ustulaçãona produção de ácido sulfúrico, transforma-se em óxido com até45,0% de Fe.

Outras substancias típicas nas jazidas: Carbonatos, Sílica, Alumina, Argila, Enxofre, Fósforo, Manganês e Magnésio

BIF: rocha sedimentar ou metassedimentar química ou vulcanoquímica estratificada, 50% de Fe, camadas ritmicamente alternadas de óxidos, carbonatos ou silicatos de ferro.

Itabirito: formação ferrífera bandada (BIF) metamorfisada, 30 a 5% de Fe, níveis de hematita (±magnetita) e silicatos. Itabirito duro (ID): compacto, 43,7% Fe Itabirito brando (IB): bandado –friável, 54,1% Fe

Siderurgia –Minério de Ferro

Siderurgia –Minério de Ferro

Hematita Semibranda(HSB): minero bandado, hematita –martita, 6,7% Fe.

Hematita Branda (HB): hematita cinzentoescuro, 6,3% Fe.

Hematita Dura (HD): minério compacto, constituído por especularita, com ou sem óxidos ferríferos, sem quartzo, 6,2% Fe.

Hematita Semidura (HSD): minério bandado, especularita+martita –goethita+limonita, 65,9% Fe.

Canga de minério: trata-se do material limonítico (óxidos hidratados de ferro), com argila e pobre em fragmentos detríticos, entre 56,8% e 64,1% Fe, conforma comumente o capeamento das jazidas.

Siderurgia –Matéria Prima –Aspectos Gerais Siderurgia –Matéria Prima –Aspectos Gerais

O minério de ferro écomposto por três partes a saber:

Útil →parte que contém o ferro

Ganga →impurezas sem valor direto comercial

Estéril →rocha da jazida ou minério que não contém valor comercial (ou baixos teores de ferro)

Siderurgia –Minério de Ferro

O minério de ferro pode ser classificado como:

Rico →60 a 70% de Fe

Siderurgia –Minério de Ferro

O minério de ferro para Alto-Forno (Blast-Furnace) deve apresentar as seguintes características:

Alto teor de ferro Baixo teores de álcalis, fósforo e enxofre Boa resistência mecânica Redutibilidade Granulometría adequada e mínimo de pó

Fósforo : 100% no gusa e alto consumidor de carvão

Álcalis(Na 2

O e K2 O) : escorificaformando cascão dentro do forno.

Enxofre e fósforo: fragilizam o aço

Operações mecânicas

Lavra Britage m Moage m Peneiramento (classificação pelo tamanho) Ho mogeneização

Classificação gravimétrica Flotação Lavage m Calcinação Concentração magnética

Classificação e concentração

Aglomeração

Briquetage m Nodulização Sinterização Pelotização

Principais operações de beneficiamento empregadas na mineração de ferro.

Siderurgia –Minério de Ferro

O termo genérico “beneficiamento”compreende uma série de operações que têm como objetivo tornar o minério mais adequado para a utilização nos altos-fornos.

Fluxograma de Usina de Beneficiamento Fluxograma de Usina de Beneficiamento

SIDERURGIA (matéria prima –minério de ferro –produtos acabados)

Introdução àSiderurgia –Ferro (Fe) a) Mais produzido e consumido no mundo.

b) Ferro doce: Fe praticamente puro.

c) Ferro esponja (DRI): > 92% Fe c) Ferro gusa: em torno de 4% de C + outras impurezas.

d) Aço: liga ferro-carbono e) Aço-cromo: aço inoxidável f) Lata: Fe revestido com Sn (protege contra a ferrugem) g) Ferro galvanizado: Fe revestido com Zn (protege contra ferrugem)

Classificação dos aços Classificação dos aços

•Formas comerciais do aço

–Para os diferentes usos industriais, o aço é encontrado no comércio na forma de vergalhões, perfilados, chapas, tubos e fios.

–Vergalhões -são barras laminadas em diversos perfis, sem tratamento posterior àlaminação.

•Formas comerciais do aço

–Perfilados -São vergalhões laminados em perfis especiais tais como: L (cantoneira), U, T, I (duplo T), Z.

–Chapas -São laminados planos, encontradas no comércio nos seguintes tipos:

•Chapas pretas -sem acabamento após a laminação, sendo muito utilizadas nas indústrias.

•Chapas galvanizadas -recebem após a laminação uma fina camada de zinco. São usadas em locais sujeitos a umidade, tais como calhas e condutores etc.

•Chapas estanhadas -também conhecidas como

Folhas de Flandres ou latas. São revestidas com uma fina camada de estanho. São usadas principalmente na fabricação de latas de conservas devido sua resistência àumidade e corrosão.

•Tubos -Dois tipos de tubos são encontrados no comércio:

–com costura -Obtidos por meio de curvatura de uma chapa. Usados em tubulações de baixa pressão, eletrodutos etc.

–sem costura -Obtidos por perfuração a quente. São usados em tubulações de alta pressão.

–Os tubos podem ser pretos ou galvanizados.

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