geração e processamento da escória de aciaria e sua transformação em agregado siderúrgico...

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.


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


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.


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.


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 – 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)


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



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%



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)





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 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



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%



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



Variam em função dos tipos de aços.



– 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.


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


ExpansibilidadeExpansibilidade

Óxido de Cálcio livre (CaO – Cal)

Óxido de Magnésio (MgO – Periclásio)

Silicato Dicálcico (.2CaO.SiO2 – Larnita)

Óxidos de Ferro (FeO – Wustita,

Fe3O4 – Magnetita)


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


Óxidos de Ferro – FeO e

Fe3O4

Importante:

A separação magnética deve ser sempre controlada ( partículas ferrosas no agregado)


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.


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

geração e processamento da escória de aciaria e sua transformação em agregado siderúrgico...

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