Apresentao do PowerPoint

PROCESSO DE FABRICAO DE FERRO GUSA EM ALTO FORNOFERRO PRIMRIO: produtos obtidos a partir do processamento do minrio nas unidades de reduo

Ferro gusa: teor de carbono (3,5 a 4,5%)Ferro esponja: Teor de carbono (0,3 a 2,5%)

Termo reduo: Est relacionado com os tipos de reaes qumicas necessrias para promover a separao do elemento Ferro de seu xido.

Fe2O3 FeOFeO Fe95% da produo de Fe primrio

Mini alto fornos a carvo vegetal: usinas no integradas com capacidade que varia de 55 a 350 t/dia de gusa

Alto fornos a carvo vegetal: usinas integradas, mas sem a unidade de coqueria , com capacidade na faixa de 1000 a 2500 t/dia de ferro gusa

Alto fornos operando a coque: utilizadas em usinas integradas com capacidade cerca de 3500 a 13000 t/dia de ferro gusa

Ferro gusa lquido e ferro gusa slido

Principal matria prima dos convertedores: Contedo qumico e trmico do gusa lquido

Adio de Mn e TiEm que consiste o processo de produo de Ferro Gusa?

Carregar, pelo topo do alto forno, as matrias primas slidas: minrio de Ferro (granulado, snter ou pelota), coque ou carvo vegetal, e os fundentes (calcrio), enquanto o ar, enriquecido ou no com oxignio ou carvo pulverizado (ou ainda com leo ou gs natural, dentre outros materiais), insuflado pelas ventaneiras na parte inferior do forno.

Combusto na regio de insuflao

Fluxo ascendente dos gases e carga de minrios descendente (8 a 15 cm/min)

Ferro gusa e escria vazadas na casa de corridaINTRODUO AOS PROCESSOS DE PRODUO DE FERRO GUSA

FLUXO DE PROCESSO NO ALTO FORNO

Diviso do alto forno em regiesZonas de reaes do alto fornoPrincipais reaes qumicasProdutos e coprodutos do alto forno

Ferro gusaGs de alto fornoP de alto fornoEscria de alto forno

Desvantagens do processo de obteno do Ferro gusa em alto fornos a coque

E em fornos a carvo vegetal?

Normalmente a matria prima (carvo vegetal e minrio de ferro granulado) enviada pelos fornecedores em condies de ser carregada diretamente no alto forno.

DIVISO DO ALTO FORNO EM REGIES

Corpo do AF em chapas de ao soldadasCortes para manuteno da refrigerao e monitoramentoGoela: carregamento e distribuio da carga

Revestimento de chapas de ao ou ferro fundido: evitar abraso no refratrio

Volume de trabalho: limite superior da goela e o nvel da borda inferior do furo de gusa no cadinho

Volume de trabalho: limitado pela regio inferior as ventaneiras (processo)

Cuba: revestida de tijolos refratrios que varia com a T (slico-aluminoso ou carbeto de silcio).

Pq o formato em Cuba?

Ventre: formato cilndrico e maior dimetro

Pr aquecimento, reduo e fuso parcial da carga: DESGASTE DO REFRATRIO

Ponto de amolecimento e fuso da carga ferrfera

800 a 1000mm de refratrio

Rampa: formato tronco-cnico

Sustentao da carga e gotejamento de ferro gusa e escria para o cadinho

Desgaste severo do refratrio: Zona de fuso da carga

Tijolos de carbono: AF coqueTijolos silico-aluminosos: AF carvo vegetal

Espessura do refratrio: 500 a 800 mm

Cadinho: armazenar ferro gusa e a escria lquidos

Tijolos de carbono: AF a coqueTijolos slico-aluminosos: AF a carvo vegetal

Furos de corrida na parte inferior: refratrio aluminosoVentaneiras: sopro do ar de combusto e combustveis adicionais (carvo pulverizado, gs natural)

Parte superior do cadinho

Distribuio homognea do sopro

500 mm no interior do forno

Alto desgaste: elevada temperatura, ataque das partculas de coque, gotejamento do ferro gusa e escria

Alto sistema de refrigerao: 300 a 500 litros/minuto sob alta presso

Algavariz: Tubo de ao revestido cermico para introduzir ar de combusto

Anel de vento: construo tubular na altura da rampa para ar de combusto

ZONAS DE REAES DO ALTO FORNODissecao dos altos fornos: anlise dos aspectos fsicos e qumicos das regies (composio, granulometria, espessura)

Dissecao no nitrognio: zona de temperatura constante (zona de reserva trmica)

Camadas de minrio e combustvel/redutor permanecem independentes: diminuindo apenas a espessura at regio de amolecimento

Zona granularZona de amolecimento e fuso( zona coesiva)Zona de gotejamentoZona de combustoCadinho

ZONA GRANULAR

Minrio e combustvel slido e granular

Camadas alternadas ( estado gasoso e slido)

Reduo minrio de ferro no estado slido

Gases

Redutor combustvel slido, fundentes e ganga ainda no reagidas

Caractersticas do combustvel e fluxo gasoso

Controle de qualidade da carga : excessiva degradao

ZONA DE AMOLECIMENTO E FUSO ( ZONA COESIVA)

Amolecimento e fuso da carga ferrfera ( maior resistncia passagem dos gases)

Movimento horizontal dos gases? (apoio da carga no alto forno)

Pouca resistncia das camadas de combustvel/redutor para distribuio radial dos gases

Material em amolecimento, semifundido e fundido

Camadas de redutor/ combustvel (maior T de fuso)

Perfil, posio e dimenso desta zona: distribuio do fluxo gasoso (relao minrio/combustvel)

Elevado nvel trmico (reduo dos xidos e gaseificao do C)

Regio de zona trmica: T da carga e gs constante

Carga metlica (0,85 % C e 0,01% Si)

Elevao teor de C e incorporao de Si, Mn, P e S: zona de gotejamento

Escria sem agregao das cinzas: zona de combusto

ZONA DE GOTEJAMENTOMetal e escria escoam pela camada de redutor slido

Regio do redutor ativo: coque ou carvo que rola para as ventaneiras

Regio do homem morto: redutor slido que no rola em direo ventaneiras

Reao de Boudouard: dissoluo do coque ou carvo vegetal no gusa (Gotas de metal lquida e reaes de dissoluo).

Aspectos que determinam profundidade do homem morto: balanceamento de foras (peso da carga e Asceno dos gases)

ZONA DE COMBUSTO

Frente das ventaneiras (oxidao do C) e injees para formar CO e H2

Elevada energia cintica: regio vazia

Formato da zona de combusto: qualidade do redutor promove diferentes disperses dos gases (direo), influenciados ainda pelo nvel de escria e ferro gusa do cadinho

Zona de combusto em forma esfrica

Presso do sopro, dimetro das ventaneiras, velocidade do ar de combusto (2100 Ca 2300 C)

Gs de combusto aquece coque ou carvo da rampa e ventre, funde o minrio, aquece material da cuba e remove parte do oxignio da carga (reduo)CADINHO

Preenchido com combustvel/redutor

Interstcios com ferro gusa (6,8 a 7,2 t/m3) e escria (1,5 a 2,4 t/m3)

Reaes entre as fases metlicas e escorificadas (dessulfurao do gusa)

Camada do homem morto que se apoia no fundo do cadinho

Problemas do acumulo de escria e ferro gusa no cadinho? (superaquecimento e fuso das ventaneiras, marcha irregular do forno, congelamento do cadinho.

Drenagem regular do cadinho

Inundao ou encharcamento: aumentada a vazo de gs haver reteno de lquido

Refluxo ou inundao: perda da vazo de lquido, ocorrendo acmulo e arrastamento para cima

Engaiolamento: liquido alcana a carga fria, solidificando e bloqueando o fluxo gasoso ascendente.Inundao e a perda de presso do fluxo gasoso

Fluidizao das camadas de redutor (antes do lquido extravasar para cima)

Ocorre quando a fora da carga para baixo for inferior fora do fluxo gasoso ascendente

Queda de presso ( diretamente proporcional velocidade do gs e inversamente ao dimetro da partcula do redutor e dos espaos vazios).

Dificilmente ocorrer a fluidificao de toda a camada de redutor

Arriamento da cargaPRINCIPAIS REAES QUMICAS

Analisar as reaes a partir das ventaneiras ( zona de combusto)

T> 1550C

Elevada velocidade de injeo do ar (180 a 280 m/s)

Recirculao do redutor e combinao com oxignio

Elevada temperatura dos gs CO2: combinao com o redutor slido do homem morto (REAO DE BOUDOUARD)

Aumento do volume de gs

Altamente endotrmica ( porm s ocorre acima Tcrtica)

Tcrtica coque: 900 a 950CTcritica carvo vegetal: 650 a 850CZona de reserva trmica?

Gases atingem regio menor temperatura e deixam de ser resfriados ( lembre-se reao Boudouard endotrmica)

Toda reduo subsequente se d com o CO formado abaixo da isoterma 950C/ 800C

Lei de Hess

Zona de combusto: gs redutor para o minrio e energia para aquecimento, amolecimento e fuso da carga

Frente das ventaneiras: decomposio da gua

Absorve calor: melhor controle da chama (2000 a 2300C)

Aumenta: se a T do ar soprado ou a % de O2 aumenta

Diminui: se aumenta umidade do ar ou taxa de injeo de combustvel

Qual a importncia do gs N2? Gs inerte papel d elevar calor as regies superiores do forno

Perfil trmico, cintico e condies termodinmicas relacionadas com a reao de Boudouard divide o AF em duas regies

Setor de preparao e setor de elaborao

Diagrama de equilbrio Fe-C

Parte superior do forno: setor de preparao

Zona granular: setor de preparao

H2O (l) H20 (g)

2CO (g) C (s) + CO2 (g)

Zona granular: setor de elaborao

Adsoro dos gases redutores; retirada de oxignio; nucleao e crescimento dos produtos da reao.

Ex: reduo da hematita

Reduo hematita e magnetita: 600 a 900C

Reduo do FeO: 950 C +/- 100C

pCO/pCO2 = 0,0001?

pCO/pCO2= 0,43: 31% CO e 69% CO2

pCO/pCO2= 2,3: 70% CO e 30% CO2

Para o equilbrio verificar a quantidade de FeO formada e a quantidade de FeO reduzida

Porm cada mol de CO transformado em CO2 gera 3 Moles de FeO: excesso de CO

Zona de reserva morta: FeO: poucas reaes acontecem, T constante

Reaes indiretas: retirar todo o oxignio do minrio de ferro para maior utilizao da energia qumica da combusto

Fragmentao no minrio de ferro: fase hematita para fase magnetita

Reduo direta: ligao direta do oxignio do minrio com o C

Consumo menor de de C para cada mol de Oxignio

Gerao de CO extra no processo

Gases saem T elevadas: calor para a zona de gotejamento e zona de amolecimento e fusoZona de gotejamento: fase Cementita (incorporao do C e diminuio do ponto de fuso)

3Feo s + 5CO g Fe3C + 4CO23FeO + 2CO (g) Fe3C CO (g)

Transferir o mximo de oxignio do minrio para os gases no setor de preparao antes de entrar no setor de elaborao (diminuir a necessidade de combustvel reaes indiretas em detrimento s diretas)

Introduo de H2 favorece as reaes indiretas

Reduo direta (associado a uma descida rpida carga)

Normalmente a reao indireta (obteno do FeO na parte superior da zona granular e converso do FeO em Fe por reduo direta na parte inferior desta zona)Reaes diretas: gs hidrognio (decomposio do vapor dgua)

FeO + H2 (gs) Fe s + H2O (gs)

Eficaz se comparado ao CO em T< 800C

Se houver gua cominada em 900C

H2O (gs no ar) + C s CO (gs) + H2SETOR DE PREPARAOCarbono do redutor slido praticamente no reage, sendo um material inerte

S h presena de fase slida e gasosa

A carga metlica secada, pr-aquecida atravs da transferncia do calor do gs ascendente para a carga

Uma reao de reduo similar acontece com o hidrognio, gerando H2O

No ocorre a reao de BOUDOUARD

O gs CO2 gerado a partir do gs CO

Toda a hematita (Fe2O3) deveria ser reduzida forma de FeO em condies ideais de operao do alto-fornoSETOR DE ELABORAO Ocorre a combusto do C com o O2 do sopro para formar CO2 na zona de combusto

O carbono do redutor slido reage com o CO2 para formar CO, ou seja, restitui o poder redutor do gs atravs das reao de BOUDOUARD, pois os nveis de T nesta regio so muito altos

H consumo de carbono, ou seja, o carvo vegetal ou o coque reage muito nesta regio

H presena de fase slida, lquida e gasosaH reduo (remoo do Oxignio residual da carga correspondente aos xidos da zona de preparao, amolecimento (acima de 1100C) e fuso (acima de 1400C) da carga ferrfera e da escria

Ocorre a transferncia de calor do gs e da chama oriunda das ventaneiras para a carga

H reduo direta, ou seja, pelo carbono do carvo ou coque, e reduo indireta, ou seja, pelos gases redutoresREAES DE FORMAO DA ESCRIAImpurezas das matrias primas (SiO2, Al2O3, Mn, S, P e lcalis)

Fuso do ferro e da escria (SiO2, CaO, MgO, Al2O3): 95% em massa, restante FeO, MnO, FeS, CaS, lcalis

Reduo da slica (SiO2) e incorporao no ferro gusa: importncia na aciaria

DUAS FORMAS DE TRANSFERNCIA DO SI PARA O FERRO GUSA:

(SiO2) + [2C] [Si] + (2COgs) direta

(SiO2) + ( SiOgs )+ (COgs) Indireta

(SiOgs) + [C] [Si] + (COgs)

Na zona de combusto:

(SiO gs) + [Fe] [Si] +

Aumento da zona de gotejamento: elevao da zona coesiva aumenta o tempo disponvel para a reao de processarFavorecida pelo aumento de T e diminuio de PCONTROLE DO TEOR DE SI NO FERRO GUSA[Si] + (2MnO) (SiO2) + [2Mn]

[Si} + (2FeO) (SiO2) + [2Fe]

[Si] + (2FeO) +[2C] (SiO2) + [2Fe] + (2COgs)Acima de 1200 C Slica combina-se com CaO e MgO

Quantidade de slica e formao de (FeO-SiO2): aumenta espessura zona coesiva

+ coque ou carvo {Fe} + (CO) gs

Fuso da faialita

Fuso do FeO: reao endotrmica (esfriamento do forno)

Fuso do Fe: T em 150C mais elevada (formao de uma fase slida)

Engaiolamento e arriamentoProduzir snter/ pelota com basicidade > 1,5 : CaO/SiO2 > 1,5

MgO e CaO combinam com SiO2: aumenta a T de fuso da pelcula formada em torno das partculas de minrio, dando tempo para acontecer a completa reduo do minrio de FeO para Fe

Outras impurezas so reduzidas: Mn (parte mdia e superior da carga) reaes exotrmicas

+ (COgas) + (CO2gas) + (COgas) + (CO2gas) + (COgas) + (CO2gas)

Incorporao do Mn pelo ferro gusa na zona de gotejamento (reao endotrmica) + [C] [Mn] + (COgs) T mais elevadas: 50 a 75% do MnO carregado incorporado ao Ferro gusa

Decomposio dos fundentes: acima de 800C e 970C

+ (CO2)gs + (CO2) gsINCORPORAO DO P AO FERRO GUSAEm elevadas T o elemento passa totalmente para o ferro gusa

+ [5C] [5P] + (COgs)

Ganga no minrio: apatita

+ + + [2P] + (5COgs)

Reao indesejvelINCORPORAO DO ENXOFREORIGEM: coque e minrio ( FeS, MnS e FeS2)

Teor mnimo no ao: abaixo de 0,002% (reduz propriedades mecnicas)

H2S fomado na queima e carreado pela corrente gasosa ou COS

Corrente gasosa e CaO e MgO ou combina-se com ferro: + (COS)gs + CO2 (gs)

Reaes para remoo do enxofre

+ + + + + [Mn] +

FeO prejudica a dessulfurao

Reaes de dessulfurao no cadinho: altas temperaturas (favorece reaes endotrmicas)

+ + [Fe] + + (CO)gs