Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico
Prof. Antônio C. F. VilelaProf. Antônio C. F. VilelaProf. Dr.-Ing/DEMET/PPGEM/UFRGSProf. Dr.-Ing/DEMET/PPGEM/UFRGS
Sustentabilidade do Setor Sustentabilidade do Setor Siderúrgico Siderúrgico São Paulo – 8/11/2006 – ABMSão Paulo – 8/11/2006 – ABM
Introdução Introdução
A Geração de Escória de AciariaA Geração de Escória de AciariaEscória do Refino OxidanteEscória do Refino Oxidante
Escória do Refino RedutorEscória do Refino Redutor
O Processamento das EscóriasO Processamento das Escórias
Transformação em Agregado Transformação em Agregado
Siderúrgico Siderúrgico
Considerações FinaisConsiderações Finais
SumárioSumário
A produção de aços gera escórias.
Escória é um co-produto das aciarias e Escória é um co-produto das aciarias e
não um resíduo sólido, pois: não um resíduo sólido, pois:
– possui valor econômico;possui valor econômico;
– pode ser usada de forma ambientalmente correta pode ser usada de forma ambientalmente correta
como alternativa a agregados naturais (brita e como alternativa a agregados naturais (brita e
areia) e como matéria-prima ou insumo de areia) e como matéria-prima ou insumo de
processos industriais.processos industriais.
IntroduçãoIntrodução
As escórias são co-produtos com diversas aplicações:
– Agregado para pavimentação;
– Lastro para ferrovias;
– Artefatos de concreto;
– Produção de cimentos;
– Corretivos e fertilizantes de solos;
– Como material de retorno na aciaria etc...
Nesta apresentação: escória será apresentada como
agregado siderúrgico.
IntroduçãoIntrodução
Tipos de Escórias de AciariaTipos de Escórias de Aciaria
Escória do Refino OxidanteEscória do Refino Oxidante
– Aciaria Elétrica – Forno Elétrico a Arco ou Forno de Aciaria Elétrica – Forno Elétrico a Arco ou Forno de
Fusão Fusão
– Aciaria LD/BOF – Conversor LDAciaria LD/BOF – Conversor LD
Escória do Refino RedutorEscória do Refino Redutor
– Forno-Panela Forno-Panela
IntroduçãoIntrodução
A Geração de Escória do Refino A Geração de Escória do Refino Oxidante – Forno de FusãoOxidante – Forno de Fusão
Produção: 80 a 150kg/taço
Carregamento
Fusão
Refino Oxidante
Retirada da Escória
Vazamento do Aço
Aço: 7 milhões de t(22%) - (IBS –
2005)
Escória:840 mil t
Escória do Refino Oxidante - Forno de Fusão
A escória é formada pela combinação de ferro
e de outros elementos com o oxigênio injetado
para formar óxidos e pela combinação desses
com outros óxidos adicionados (CaO e MgO).
Características: Metalúrgicas Químicas Mineralógicas
Características MetalúrgicasCaracterísticas Metalúrgicas
Necessitam ser básicas, i. é:Necessitam ser básicas, i. é: 20 < %FeO < 40%20 < %FeO < 40%
Por quê?Por quê?O excesso de CaO tem que ser suficiente para O excesso de CaO tem que ser suficiente para
neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiOneutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO22, ,
PP22OO55, Al, Al22OO33))
Necessitam conter quantidade suficiente de Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (8 a 12%) para reduzir a erosão do MgO (8 a 12%) para reduzir a erosão do refratário (básico e com alto MgO)refratário (básico e com alto MgO)
)5,3a5,1(12
SiO%CaO%
Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Características Metalúrgicas
Necessitam ser espumantes (foamy slag)
Por quê?
Para cobrir o arco elétrico e aumentar a transferência de
calor para o banho, protegendo os refratários, as
laterais e a abóbada do FEA dos efeitos da irradiação de
calor.
Para proteger o banho da ação (pick up) de gases
indesejáveis (H e N).
Para reduzir o consumo de eletrodos baixar custo
operacional.
Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Características Químicas
CaOCaO(%)(%)
MgO MgO (%)(%)
FeO FeO (%)(%)
SiOSiO22
(%)(%)AlAl22OO33
(%)(%)MnO MnO (%)(%)
PP22OO55
(%)(%)S S
(%)(%)
30-4530-45 8-128-12 20-4520-45 15-2515-25 3-93-9 5-105-10 0,6-0,6-1,51,5
0,1-0,1-0,20,2
São importantes para o controle do
processo e qualidade do aço.
Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Características Mineralógicas
Há vários compostos mineralógicos (>20);
– 2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2;
– 2CaO.Fe2O3, MgO. Fe2O3;
– 2CaO.Al2O3.SiO2, 3CaO.MgO.2SiO2;
– CaO, MgO, CaCO3;
– FeO, Fe3O4.
São importantes para a utilização da escória ou
para a transformação em agregado siderúrgico.
Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Escória do Refino Oxidante – Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOFConversor LD/BOF
Fonte: Introdução aos Processos de Refino Primário dos Aços nos Convertedores a Oxigênio - ABM 2006.
Aço: 24 milhões de t(76%) – (IBS –
2005)
Escória:2,3 milhões de t
Escória do Conversor
45 a 150 kg/taço
Há conversores com 10
kg/taço
(Janara at al; NKK Gihou,
2000, (164), 6-10)
Escória do Refino Oxidante – Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOFConversor LD/BOF
The Making, Shaping and Treating of Steel, 11th Edition, 1998. The AISI Steel Foundation
A escória é formada por óxidos
resultantes da injeção de oxigênio e
pela combinação desses com outros
óxidos adicionados (CaO e MgO).
Características: Metalúrgicas Químicas Mineralógicas
Escória do Refino Oxidante – Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOFConversor LD/BOF
Características MetalúrgicasCaracterísticas Metalúrgicas
e o %FeO de 8 a 30%e o %FeO de 8 a 30%
Por quê?Por quê?
Mesmos motivos do Forno Elétrico a Arco.Mesmos motivos do Forno Elétrico a Arco.
A escória também espuma e forma uma emulsão gás-A escória também espuma e forma uma emulsão gás-
escória-metal.escória-metal.
Por quê?Por quê?
Acelerar a reação de descarburação;Acelerar a reação de descarburação;
Acelerar a reação de desfosforação. Acelerar a reação de desfosforação.
)5,4a7,1(12
SiO%CaO%
Escória do Refino Oxidante – Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOFConversor LD/BOF
Características Químicas
CaOCaO(%)(%)
MgO MgO (%)(%)
FeO FeO (%)(%)
SiOSiO22
(%)(%)AlAl22OO33
(%)(%)MnO MnO (%)(%)
CaFCaF22
(%)(%)S S (%)(%)
36-4536-45 1-91-9 8-308-30 7-167-16 1-41-4 3-73-7 <2<2 <0,3<0,3
Fonte: Gumiere (2002)Fonte: Gumiere (2002)
Escória do Refino Oxidante – Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOFConversor LD/BOF
São importantes para o controle do
processo e qualidade do aço.
Características Mineralógicas
Há vários compostos mineralógicos (>20);
– 2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2;
– CaO.FeO, 2CaO.Fe2O3;
– CaO, MgO, FeO, CaO.H2O, CaCO3;
São importantes para a utilização ou sua
transformação em agregado siderúrgico.
Escória do Refino Oxidante – Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOFConversor LD/BOF
Escória do Refino Redutor – Escória do Refino Redutor – Forno-PanelaForno-Panela
Produção: 20 a 40 kg/taço
Vazamento do Aço
-Adição de desoxidantes
-Adição de cal
Forno-Panela
-Refino Redutor
-Composição química (ligas)
-Temperatura
Lingotamento Contínuo
-Produção de semi-acabados (tarugos, blocos e placas)
Vazamento da escória
A escória é formada pela combinação de
desoxidantes adicionados (FeSi, FeSiMn,
Al) com o oxigênio do aço e pela
associação desses óxidos com outros
adicionados (CaO).
Características Metalúrgicas
Químicas
Mineralógicas
Escória do Refino Redutor – Escória do Refino Redutor – Forno-PanelaForno-Panela
Características MetalúrgicasCaracterísticas Metalúrgicas
Necessitam ser básicas, i. é:Necessitam ser básicas, i. é: (%FeO + %MnO) máx = 3,5(%FeO + %MnO) máx = 3,5
Por quê?Por quê?O excesso de CaO tem que ser suficiente para O excesso de CaO tem que ser suficiente para
neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiOneutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO22, ,
AlAl22OO33) e captar o S do aço (dessulfuração). ) e captar o S do aço (dessulfuração).
Necessitam conter quantidade suficiente de Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (10 a 18%) para reduzir o ataque químico MgO (10 a 18%) para reduzir o ataque químico ao refratário, que é básico e com alto MgO.ao refratário, que é básico e com alto MgO.
4a2de2
SiO%CaO%
Escória do Refino Redutor – Escória do Refino Redutor – Forno-PanelaForno-Panela
Características Químicas
CaOCaO(%)(%)
MgO MgO (%)(%)
FeO FeO (%)(%)
SiOSiO22
(%)(%)AlAl22OO33
(%)(%)MnO MnO (%)(%)
CaFCaF22
(%)(%)S S
(%)(%)
35-5035-50 10-1810-18 Máx Máx 2,52,5 13-1813-18 6-106-10 Máx 1Máx 1 1-81-8 Máx 1Máx 1
São importantes para o controle do
processo e qualidade do aço.
Variam em função dos tipos de aços.
Escória do Refino Redutor – Escória do Refino Redutor – Forno-PanelaForno-Panela
Características Mineralógicas
– 2CaO.SiO2, 11CaO.CaS.4SiO2;
– 2CaO.Al2O3.SiO2, 11CaO.CaF2.7Al2O3;
– MgO, CaO, CaO.H2O;
– Outros
Há poucas investigações sobre o seu reaproveitamento. Pode ser reaproveitada:
– em substituição parcial da CaO e MgO no refino oxidante;
– misturadas com a escória do refino oxidante para a produção de agregados siderúrgicos.
Escória do Refino Redutor – Escória do Refino Redutor – Forno-PanelaForno-Panela
Composto pelas etapas de:
Recolhimento e transporte;
Descarga e resfriamento lento ao ar livre;
Britagem;
Separação Magnética;
Peneiramento
Processamento das Processamento das EscóriasEscórias
Agregado
+
Recuperação do aço (sucata recuperada)
Britagem, separação magnética e peneiramento
Processamento das Processamento das EscóriasEscórias
O Tipo de Agregado Resfriamento da Escória
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgico
EstruturaEstrutura ExpansibilidadeExpansibilidadePropriedades Propriedades CimentíciasCimentícias
Lento (ar)Lento (ar) CristalinaCristalina simsim nãonão
Rápido Rápido (água) (água) AmorfaAmorfa nãonão simsim
Aciarias Brasileiras resfriamento lento
Problema de expansibilidade
ExpansibilidadeExpansibilidade
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgico
ExpansibilidadeExpansibilidade
Óxido de Cálcio livre (CaO – Cal)
Óxido de Magnésio (MgO – Periclásio)
Silicato Dicálcico (.2CaO.SiO2 – Larnita)
Óxidos de Ferro (FeO – Wustita,
Fe3O4 – Magnetita)
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgico
CaO Reações de Hidratação
MgO
Aumento de Volume
CaO99%
MgO 110%(Expansão a longo
prazo)ImportanteNão misturar a escória com resíduos de refratários (são expansivos), a base de MgO.
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgicoÓxidos de Cálcio e Magnésio
Silicato Dicálcico 2CaO.SiO2
Forma Forma Massa Específica Massa Específica
(g/cm(g/cm33)) 3,043,04’’ 3,313,31 3,283,28 2,972,97
V de até 12%
Desintegração da escória
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgico
Óxidos de Ferro – FeO e
Fe3O4
Importante:
A separação magnética deve ser sempre controlada ( partículas ferrosas no agregado)
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgico
Mehta e Monteiro, 1994
ENSAIOS DE EXPANSIBILDADE
Ensaios diretamente aplicados sobre as escórias
Imersão ASTM D4792/95
JIS 5015/92
PTM 130- DNER - MG
Método BelgaVapor
EM 1744-1:1998À alta temperatura e pressão
Método JEGEL
À alta temperatura e umidade
Método Inglês
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgicoExpansibilidade da escória: Avaliação
ENSAIOS DE EXPANSIBILDADE
Ensaios realizados em uma matriz com escória
Matriz cimentícia
À alta temperatura e pressão
Imersão
Matriz AsfálticaImersão
Método de blocos Marshal
À alta temperatura e umidade
Autoclave ASTM C151
Met. das barras ASTM C1260
Le Chatelier NBR 11582
Método Jean-Pera
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgicoExpansibilidade da escória: Avaliação
Controlada a expansibilidade por Controlada a expansibilidade por
envelhecimento (estocagem em pilhas no envelhecimento (estocagem em pilhas no
pátio com tempos adequados) pátio com tempos adequados)
o agregado siderúrgico passa a apresentar o agregado siderúrgico passa a apresentar
vantagens econômicas, ambientais e vantagens econômicas, ambientais e
tecnológicas em relação aos agregados tecnológicas em relação aos agregados
naturais.naturais.
Transformação em Agregado Transformação em Agregado SiderúrgicoSiderúrgico
Considerações finaisConsiderações finais
Propriedades Propriedades EspecificadaEspecificada
s s
Qualidade Qualidade GarantidaGarantida
Preço Preço CompetitivoCompetitivo
Entrega Entrega no Prazono Prazo
Produto: Produto: AçoAço SimSim SimSim SimSim SimSim
Co-Co-Produto:Produto:
AgregadoAgregadoSimSim ?? SimSim ?? SimSim ?? SimSim ??
Agregado é um co-produto ainda com baixo valor e com utilização de caráter regional.É fundamental aumentar o valor agregado e o consumo adequado.
Aço X Agregado SiderúrgicoAço X Agregado Siderúrgico
Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico
Prof. Antônio C. F. Prof. Antônio C. F. VilelaVilela
[email protected]@ufrgs.br
www.ct.ufrgs.br/lasidwww.ct.ufrgs.br/lasid
Sustentabilidade do Setor SiderúrgicoSustentabilidade do Setor SiderúrgicoABM - 2006 ABM - 2006
Obrigado pela atenção!
A Geração de Escória de A Geração de Escória de Aciaria - Aciaria ElétricaAciaria - Aciaria Elétrica
Aciaria Elétrica – Brasil
Aço: 7 milhões de t
(22%) - (IBS – 2005)
Escória: 1 milhão de t
840000000
1015000
Refino oxidante + redutor
Aciaria LD/BOFAciaria LD/BOF
Tendências:
Mais sucata na carga
%Si no gusa aumento no volume
de escória
Menos sucata na carga
pré-tratamento no gusa LD/BOF: %C
volume de escória
Aciaria LD/BOFAciaria LD/BOF
Tendências:
Mais sucata na carga
%Si no gusa aumento no volume
de escória
Menos sucata na carga
pré-tratamento no gusa LD/BOF: %C
volume de escória