aciaria - dessulfuração

Ciclo do gusa/aço até o convertedorACIARIA - DESSULFURAÇÃO

DESSULFURAÇÃO:O ferro gusa gerado nos altos fornos possuem elevados teores de enxofre, elemento indesejável na maioria dos aços e de difícil eliminação nos convertedores.

ACIARIA - DESSULFURAÇÃO

DESSULFURAÇÃO:

Esses teores de enxofre têm sua causa no uso, na redução do minério nos altos-fornos, de minérios contaminados de Sulfeto de Ferro I e II (FeS, FeS2) e Sulfeto de Manganês (MnS) e de carvões, que são portadores de enxofre.


DESSULFURAÇÃO:Os requisitos de qualidade para diversas aplicações dos aços têm implicado em teores de enxofre abaixo de 50 ppm e por questões de mercado, praticamente todas as empresas têm se esforçado para atender este requisito.

Pórticos treliçados de aço "vestem" a estrutura de concreto


DESSULFURAÇÃO:Produtos de aço com baixos teores de enxofre têm se refletido em melhores valores de mercado devido aos ganhos de qualidades nos requisitos de resistência mecânica na aplicação.


DESSULFURAÇÃO:Em síntese:

Um baixo teor de enxofre no aço traz uma série de vantagens:- melhoria da superfície dos blocos fundidos ou do material de extrusão;- melhoria da deformabilidade;- melhor grau de pureza em geral.


DESSULFURAÇÃO:Para que ocorra condição ideal para a dessulfuração é necessária uma escória bastante básica rica em cal (CaO) e uma atmosfera redutora rica em monóxido de carbono (CO).

O alto forno possui atmosfera redutora, mas a sua basicidade é limitada para se produzir uma escória líquida e fluida.


DESSULFURAÇÃO:

No caso da aciaria, temos excesso de cal, mas a atmosfera é oxidante. Portanto, nem o alto forno nem a aciaria possui condições ideais para a dessulfuração.


DESSULFURAÇÃO:O gusa proveniente do Alto Forno é transportado pelos Carros Torpedos às unidades de dessulfuração.Esta dessulfuração pode ser feita no

CarroTorpedo (CT)


DESSULFURAÇÃO:Em panela de transferência:


DESSULFURAÇÃO:Via processo KR (Kambara Reator)


Carro torpedo:Os carros torpedos operam sobre trilhos e sobre fundações reforçadas, sua capacidade é, normalmente, entre 200 e 250 toneladas.


DESSULFURAÇÃO NO CARRO TORPEDO:

A reação de dessulfuração do gusa é regularmente feita por elementos químicos com alta afinidade pelo enxofre (S)



Após retirada de amostra do gusa, injetam-se misturas dessulfurantes compostas, que em geral podem ser de carbureto de cálcio (CaC2 ) ou cal (CaO – Óxido de cal).



São injetados agentes ativadores da reação, através de uma lança com gás de arraste (inerte=nitrogênio ou argônio).


Carbureto de cálcio (CaC2 )

Ou

cal (CaO).

DESSULFURAÇÃO:ACIARIA - DESSULFURAÇÃO

N2

DESSULFURAÇÃO:

A mistura dessulfurante, na média, é composta por:50% de carbureto de cálcio (CaC2);38% de calcário e 12% de coque. Esse último tem a função de garantir a atmosfera redutora necessária para que as reações ocorram.


DESSULFURAÇÃO:

O calcário fornece cal para dar uma alta basicidade necessária à dessulfuração e o dióxido de carbono confere agitação ao banho, garantindo maior rendimento e o carbureto é a principal fonte de cálcio e também fornece carbono ao banho.


REAÇÕES NA DESSULFURAÇÃO:Principais reações que ocorrem

durante a dessulfuração do ferro gusa:Decomposição do calcário:CaCO3 → CaO + CO2.Escorificação do enxofre:FeS + CaO + CO → CaS + Fe + CO2.

Sulfeto de Ferro + Cal + Monóxido de C Sulfeto de Cálcio +Ferro livre + Dióxido de CPara se conseguir uma dessulfuração, deve ser introduzido um material no banho metálico que seja capaz de formar sulfetos insolúveis no ferro-gusa líquido .


REAÇÕES NA DESSULFURAÇÃO:

A mistura dessulfurante é introduzida no carro torpedo por meio de uma lança que forma um ângulo de injeção de 70° a 110° para garantir um desgaste uniforme do refratário do torpedo (*) e evitar a formação localizada de cascão.

(*) Vida útil refratário do CT ~ 2 anos ou 300.000 t de gusa transportadas (fonte : Usiminas - Geraldo Majela de Sá – Dissertação de Mestrado).


REAÇÕES NA DESSULFURAÇÃO:O tempo médio de dessulfuração no Carro torpedo é de, 40 minutos, aproximadamente.


REAÇÕES NA DESSULFURAÇÃO:ACIARIA - DESSULFURAÇÃO

Esquema de uma estação de dessulfuração de gusa no carro torpedo

Gás de arraste = gas inerte (Nitrogênio, argônio , hélio)


Percurso do gusa líquido até o convertedor


Após o tratamento, o “CT” é transportado para a aciaria, onde o gusa dessulfurado é basculado para a panela de carregamento, no poço de transferência na aciaria.


Ponte rolante leva panela de gusa para o convertedor


PROCESSO REATOR KAMBARA (KR)

Dessulfuração em panela de transferência, processo no qual o material dessulfurante é misturado ao seio do gusa líquido através da energia de agitação promovida por uma pá rotativa que é imersa no metal enquanto se faz a adição do material dessulfurante.


OUTROS PROCESSOS DE DESSULFURAÇÃO EM PANELA DE GUSA

1- Carbocal:


Dessulfuração na qual o gusa é misturado ao agente dessulfurante durante o basculamento do CT para dentro da panela.


1- Carbocal:

ACIARIA - DESSULFURAÇÃOEsse processo, chamado “carbocal”, consiste na adição de carbonato de sódio (Na2CO3) e calcário no fundo da panela antes do basculamento do carro torpedo para pesagem do gusa.


ACIARIA - DESSULFURAÇÃOA reação do calcário e do carbonato, com grande geração de gás, e a própria queda do gusa líquido na panela provoca grande movimentação do metal líquido.

DESSULFURAÇÃO EM PANELA DE GUSA

ACIARIA - DESSULFURAÇÃOÉ um processo muito simples e de fácil execução, com razoável eficiência e de baixíssimo custo, porém tem tido o seu uso limitado devido à elevada poluição atmosférica que provoca.

2 - Injeção Pneumática:Dessulfuração na qual o material dessulfurante é misturado pela injeção pneumática do agente dessulfurante no seio do metal líquido, provocando assim a agitação necessária para a mistura do material e garantindo assim um tempo mínimo de contato.


2 - Injeção Pneumática:ACIARIA - DESSULFURAÇÃO

A injeção é realizada através de lança vertical, a uma profundidade de imersão de ~2,5 metros de profundidade, com taxa de injeção variando de 30 a 60 kg/min.

2 - Injeção Pneumática:ACIARIA - DESSULFURAÇÃO

O gás de arraste utilizado é o nitrogênio e o tempo de tratamento varia de 10 a 20 minutos, dependendo dos teores de enxofre inicial e visado.

Uma variante é o processo no qual o material dessulfurante é misturado ao gusa, cuja agitação pode ser via injeção de gás pelo fundo ou lateral da panela.



Neste processo o gusa líquido carregado em panela é submetido a uma forte agitação pelo rotor, que é feito de material refratário. Sob agitação, uma mistura à base de cal é adicionada através de calha e após 10 ou 15 minutos de tratamento, é possível obter taxas de dessulfuração de até 90%.



No processo KR, o agente dessulfurante e/ou desfosforante é adicionado e, sob condições de agitação do banho, ocorre a dispersão das partículas sólidas do reagente no seio do banho metálico. Geralmente, o reagente dessulfurante é à base de CaO com assistência de CaF2.



A eficiência do processo depende da distribuição granulométrica do agente adicionado e da fração de dispersão do agente particulado no gusa líquido.


O KambaraReactor usa o princípio da agitação mecânica do gusa líquido para provocar o contato do material dessulfurante com o líquido.


Os mecanismos impeditivos à reação, governada pelo transporte de massa, são suprimidos e/ou minimizados pela vigorosa agitação do banho pelo agitador e pela baixa granulometria do material dessulfurante.


O processo KR distingue-se, dos demais sistemas de dessulfuração de gusa, uma vez que a agitação do banho é promovida pela ação de um agitador mecânico, posicionado de maneira central ou excêntrica na panela.


Representação clássica do reator KRACIARIA - DESSULFURAÇÃO

Nesta modalidade de reator a massa de material de-S (dessulfurante) é despejada de uma só vez sobre a superfície do liquido.


O desempenho de dessulfuração, além da seleção do agente dessulfurante, é fortemente afetado pelos níveis de turbulência predominantes no metal líquido, e, em especial, na interface metal-escória.


É importante ressaltar que, a intensidade de agitação do banho metálico, isto é, a taxa de dissipação de energia, é função complexa do posicionamento, morfologia e velocidade de rotação do agitador mecânico.


Aspectos relacionados à agitação do banho:

a) Tipos de fluxos durante a agitação mecânica do banho metálico; b) Formação de bolsão de ar sob a base do agitador mecânico (Kirmse, 2006)


Aspectos relacionados à agitação do banho:

Distribuição radial, axial e tangencial de fluxos no reator Kanbara (Mansur, 2008)


Basicamente, a otimização deste processo de pré-tratamento do gusa inclui, além da natureza química:• a otimização conjunta da velocidade de rotação;• número de palhetas;• profundidade de imersão e • grau de excentricidade do agitador mecânico.


Em geral, gasta-se: ~ 40 minutos de tratamento no CT e ~17 a 22 minutos no KR (Kambara Reactor)*.*Atinge-se 90 % de dessulfuração.


Lista de algumas plantas KR no mundo segundo PAUL WURTH (2003) NIPPON STEEL

(2000).


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