Práticas Modernas para Operação de Alto-forno

Praticas modernas para operac;;ao de alto-f operac -fo ornos

Praticas m ode oderna rnass pa para ra operag8o de a l to-fornos

Maarten Maart en Ge Geer  er des Corr van de Co derr Vli Vlie et Hisko Hisk o Toxo Toxopeu peus s Fernando Tad adeu eu Per Pereir eira a de Medei Medeiros ros COOR CO ORDE DENA NACA CAo o

DA ED EDIC ICAo Ao

BRASIL BRAS ILEI EIRA RA Fab abiio Ma Mayri yrink nk Keiner Alva Alvareng renga a Jose Jos e   Borge Borges s de Ar  Ar aujo a ujo Ne Netto Magid Ma gid Saa Saab b

Prefac i o alto-fo for  r no no o   alto-

pode se pode serr descr descrit ito o co com m ba base se em var vario ios s po pont ntos os de vis vista ta .   Urn engenheiro mecani mec anico co des descre creve veria ria 0 for orno no co como mo uma ca carc rca ac, c,;;a de de ac ac,; ,;o o res esis iste tent nte e co com m urn reve re vest stim imen ento to re refr frat atar ario io e urn sist sistem ema a de re refr frig iger erac ac,; ,;ao ao , co cont ntin inua uame ment nte e su subm bmet etid ido o a desafi des afios os ope operac racion ionais ais.. Urn engenheiro quimico enfatizaria a abundancia de rea eac, c,;6 ;6es es qU qUlm lmiica cas s qu que e oc oco orr rre em dent ntrro do for orno no.. Ur Urn n op oper erad ado or sal aliien enta tari ria a os dist di stur urbi bios os fr freq eque uent ntem emen ente te enco en cont ntra rado dos s ao oper operar  ar  0  alto-forno  alto-forno..   0 pre res sen ente te li liv vro tent te nta a co conc ncil ilia iarr os var vario ios s po pont ntos os de vist vista a .   0 pr proc oces esso so do alto alto-f -for orno no,, ou seja seja , 0  que esta es ta ac acon onte tece cend ndo o de dent ntro ro do reat reator or,, e to torn rnad ado o co como mo po pont nto o de part partid ida. a.  A motivac,;ao para escrever este livro fOI que ,   em em no noss ssa a vi visa sao o , a oti otimiz mizac, ac,;ao ;ao da operac,;ao de urn alto-forno nao esta apenas baseada em experiEmcias que most mo stra ram m as mel melho hore res s pr prat atic icas as,, ma mas s tamb tambem em no en ente tend ndim imen ento to co conc ncei eitu tual al do por porqu que e alg al guma cois isa a fu func ncio iona na ou nao ao..   Em ou outr tras as pa pala lavr vras as,,   a melh melhor oria ia op oper erac acio iona nall na nao o est sta a bas asea ead da some men nte em kn kno ow -how (s (sab aber er como mo)) ,   mas ta tamb mbem em em kn know ow-w -why hy (saber (sab er porq porque) ue).. Esta e a abordagem por nos usada no presente livro. Os autores tern sido envo en volv lvid idos os em muit muitos os pr prog ogra rama mas s de mel melho hor  r iia op oper erac acio iona nall e sit situa uac, c,;6 ;6es es es espe peci ciai ais s de alto al toss-fo forn rnos os em todo todo 0  mundo  mundo..   Eles Eles de dese senv nvol olve vera ram m se seus us pr prop opri rios os en ente tend ndim imen ento tos s do proc processo esso..O pr pres esen ente te li livr vro o es esta ta ba base sead ado o na ex expe peri rien enci cia a de dele les s em tran transf sfer erir ir se seus us conhe con hecim cimen entos tos pa para ra os ope operad radore ores s de alt altosos-for forno nos. s. Nos queremos expressar nossa imensa gratidao as pessoas com quem tr abalhamos. abalhamos. 0 li livr vro o na nao o teri teria a si sido do es escr crit ito o se sem m 0 fo fort rte e ap apoi oio o da Dani Daniel elii Co Coru rus s BV e Coru Co rus s IJm Jmu uid iden en em pro romo mov ver ent nten end dim imen ento to op ope era raci cio onal do alt lto o-f -for orno no.. So Somo mos s tamb ta mbe em ime men nsa same ment nte e gr grat atos os ao aos s nos osso sos s div iver erso sos s co cole lega gas s em todo todo 0   mundo, mundo, espe es peci cial alme ment nte e aq aque uele les s da Va Vale le.. Outubr Outu bro o de 2007 2007 Maarte Maa rten n Gee Geerde rdes s Corr va Co van n de derr Vl Vlie iett Hisko Toxo Toxopeus peus Ferna Fer nando ndo Tadeu Tadeu Per Pereir eira a de Medei Medeiros ros

Conteudo Conteud o

 _ ••

Capitulo 1 Intr odUl Capitu odUl;; ;;a ao ao pr processo 1.1 0que impulsiona 0 f orno? orno? 1.2 0 Equipamento.. Equipamento....... 1.3 Visao geral do Livra 1.4 1. 4 Ex Exe erc rciicios

de alto to--fomo

1 3 5 9 9

Capitulo 2 0alt Capitulo altoo-fom fomo o: car  ca r ga ga e f lux luxo de ga gas..... ........ ........ ......... ........... .............. ................... 2.1 Ge Ger  r a<;:aode a <;:aode gas e per  per meabilid meabili dade da car ga ga ,..... ................... .......... .......... ....... .... 2.2 Ef Efic iciiencia do forno 2.3 Exerc erciicio cio:: f 1ux 1uxo de gas e 0 co con nte teu udo de um um   altoalto-fo for  r no no

11

Capitulo 3 A ca Capitulo carga de mi m ine neri rio: o: si sint nte er, pe pelo lota tas s e  miner io granulado ado...... ........ 3.1 In Inttradu< radu<;: ;:ao ao......... .......... 3.2 Ex Exig ige encias de qua uali lida dade de pa par  r a a carg carga a do altoalto-fo forn rno o 3.3 Sint nter  er ..... ................. ......... .... .......... ........ ..... ..... ..... .............. ...... ....... ...... ......... ......... ........ ........ ........ ..... .... ..... ..... ............. 3.4 Pelo Pelotas tas 3.5 Miner  Miner io io gra granul nulado ado............ .............. ......... ............ ........ ......... ................ ...... ............ ......... .......... ........ .....

17 17 18 21 29 32

Capi pitu tullo 4 Coque 4.1   Fun<;: Fun<;:6 6es do coque 4.2 Qualidade do coque 4.3 Pro Produ du< <;:ao de Coque 4.4 Qualidade do coque no alto-forno

33 34 34 36 37

Cap apiitulo 5 Inje~ao de carvao e outros co combustlveis auxiliares 5.1 Inj Inje<; e<;:ao :aode de car  car vao: vao: equipamento 5.2 Espe Especifi cifica< ca<;;:ao de carvao 5.3Inje<;;:a 5.3Inje< :ao o de ca car vao pelas ventaneiras 5.4 5. 4 Co Cont ntro role le de pro proce cess sso o co com m inje< nje<;;:aode car  car vao pulverizado 5.5 Contr  Contr ale do f1uxo de gas 5.6 Simet Simetria circu rcunfe nferen rencia ciall da inje< nje<;;:ao 5.7 Outros combustiveis

39 40 41 41 43 45 45 46

V

11 15 15

Capitu Cap itullo 6 Calcul alculo o da car ga ga e ba ballan an~ ~o de massa 6.1 Intr odugao 6.2 Ca Calc lcu ulo da ca car ga: g a: po pont ntos os de par  par tida :.. .......... ...... ....... .............. ......... .... ....... ........ ...... ....... ......... ..... 6.3 U m ex exemplo de calculo de carga 6.4 6. 4   Calc Calculo ulos s de processo processo::   um balang balango de ma massa simplificado

47 47 47 48 49

Capitu tullo 7 0 pr oce ocess sso o: des esc cida da ca car  r ga e co contr ole ole do f1ux f1uxo de gas 7.1 7. 1   Desc Descid ida a da car  car ga: ga: ond onde e e criad criado o 0vazio? 7.2 De Desc scid ida a da carg carga a: sistema de forgas verticais 7.3 7. 3 Fl Flu uxo do gas no alto-forno 7.4 7. 4   Flui Fluidi diza zaga gao o e for forma magao gao de ch cham amin ines es.. .... ....... ............. ........ ........ ........ ......... .......... .......... ....... ...... ........ 7.5 7. 5 Di Dis stribui ribuig gao da car ga 7.6 De Desc sciida anormal da carga e f1uxo de gas 7.7 7. 7 In Ins strumentagao do alto-forno 7.8 7. 8 Cont Contro role le op oper erac acio iona nall di diar ario io do al altto-forno

55 55 57 58 66 67 72 74 74

Capi pitu tulo lo 8 Pr Prod odu uti tiv vidade e efi fic ci€mc i€mcia ia   do alto alto-for  -for no 8.1 A zona de combustao 8.2 6xidos de carbona e de ferro 8.3 Perfil da temperatura 8.4 Simetria circunferencial e redugao direta

77 77 80 88 88

Capitulo 9  G  Gu usa e es esc6r ia.... ia............. ................... ............... .......... ....... .......... ........ ...... .......... .......... ........... .............. .......... 9.1 Gusa e a aciaria 9.2 Composigao do gusa 9.3 Redugao do silicio 9.4 9. 4 En Enxo xofr fre e no gusa gusa..... .... ...... .... ........ ......... .......... .... ...... ...... ....... .......... ....... .... .... .... ......... ....... ...... ............. ........... ........ ....... 9.5 Es Esc6 c6r  r ia 9.6 Interag6e 6es s do gusa e es esc c6ri ria a:   prop propri ried edad ades es da esc6r esc6ria ia em situa situag6 g6es es especiais

91 91 92 93 94 95 98

Capitulo 10  O Capitulo  Op pera ra~ ~ao da ar  ar ea de cor r  rida i  da 10..1 Objetivos da operagao da area de corrida 10 10..2 La 10 Layo yout ut da area area de corr  corr ida 10..3 Pr atica com cadinho seco e operagao co 10 com um furo de corrida 10.4 Abertura e tamponamento do furo de corrida 10..5 Ni 10 Niv vel ellf lfqu quid ido o do ca cadi dinh nho o e op oper erag agao ao da are area a de cor r  r ida

101 10 1

Capitulo 11 Situ Situa~ a~6es 6es esp especi eciais ais 11..1 Paradas e partidas 11 11.2 Abaixamento de carga 11.3 Acendimento (blow-in) de um forno novo

109 10 9

101 102 103 105 107

109 110 112

Capit pitulo ulo 12 Mode odela lame mento nto do   processo....... processo.............. ............. .............. .................. ................ ......... ....... ......... 12..1 Mode 12 Modelos los de avalia<;:ao avalia<;:ao term termoquim oquimica. ica..... ........ ........ .............. ................ ..... ......... ........................ ................... 12..2 Mode 12 Modelos los f1uid f1uidodina odinamico micos s 12..3   Modelo 12 Modelos s de aval avalia<; ia<;:ao :ao inte integrada grada...... ......... ..... ....... ......... ......... ....... .... ...... ........ ........... ............. ..... ..... .......

115 115 11 5 119 11 9 120 12 0

 An exo s :...................  Anexo I Leitura Leitu ra comp compleme lementar  ntar ... ........ .............. ............... ........... ........... ................. ................ ............. .............. ....... .......... ........... ..... ..... ..  Anexo II II ReferE'mcias  ReferE'mcias  Anexo IIIIII   Respos Respostas tas aos exercic exercicios ios  Anexo IV Regras gerais i n d i c e Rem i s s i v o

122 122 122 12 2 123 12 3

124 127 12 7 128

82, 83 82, 83,, 84 bar  C

cntp CO

C02 C0 2 CRI CSR Fe GJ H 2 H20 HGI HOSIIM HOS

HV IIS ISII ISO JIS K kg kgmol kt LV 3 STP m mm Mn Mt I-lm

 N 2  N 2 Na 02

P T A  AC C

 TS  T S Si Coqu Co que e padr ao ao t tgusa Ti VDEh

basicidade basi cidade,, r elaga elagao o de dois, tre tres s o u qu quat atro ro co com mponen onente tes s unid un idad ade e de pr essao = 0,98 9869 69 atm carbona condig con digoes oes nor norm mais de tem emp per atur a e pr essa essao (O°C e 1  at  atm m) mon6x on6xiido de ca carb rbo ona di6x di6 xid ido o de car carb bona cok co ke re reac acti tivi vity ty in ind dex (i (ind ndice ice de r eativi eatividade dade de coque oque)) cok co ke str engh engh   after after rea reac ctio ion n (indice de r esi esiste ten nci cia a do coqu coque e ap6 p6s s reag rea gao fer  fe r ro ro 3 giga gi ga Jo Jou ule = 10 Jo Jou ule hidrogenio agua Hard Ha rdgr grov ove e Gr indabi ndabillity Inde dex x (in indi dice ce de r esi esist ste enc nciia a   moagem) moagem) hoogo ogoven vens s sim simula ulati tie e (en (ensaio saio de simul simula agao de al alto-fo forn rno o) alto alt o ind indiice de vola olattei eis s Internationa Internation al Ir on on & St Stee eell Ins Insti tittute Inter nat atiional Orga rgan nisati atio on for St Standardization Japane Jap anese se Ind Industr  ustr ial Standa andard rd potassic potassi c quilogr  quilog r ama ama quilog uilogr  r ama-mol 3 quilo loto tone nela lada da = 10 t baix bai xo in indi dice ce de vola volatei teis s mettro cu me cub bico em tem tempe per  r atura e pr essa essao normai rmais s millimetro mi manganes 6 megatonellada = 10 t megatone micrometr o = 1 0 - 6 m nitrogenio s6dio oxig€mio f6sfor o tempe temp erat ratu ura ad adiiaba abattic ica a   da cha chama na zona de combust combustao ao taxa ta xa de sub substi stittui uig gao de coqu coque e po porr com combu bust stiv ivel el in inje jetad tado o (kg (kg/k /kg g) silici ilicio o coqu co que e com 87,5% car bona bona tonela ton elada da met metric rica a tonellada de gus tone usa a tita tan ni o Ver ein ein Deu Deutsc tsche her  r    Eisenhutlenl Eisenhutlenleute ( Associagao dos siderurgistas alemaes) mate teri ria a volatil

C a pi pitt ulo 1 Introdug80 ao processo de alto-forno Duas r otas dife fere rent ntes es de proc proces esso so es esttao dis isp pon oniv ive eis pa par  r a a pr odUf;: odUf;:ao de a90 90:: a r ota d e pr  pr odu9 o du9ao ao de a9 a90s por  al alttoo-f f orno o rno-c -con onve vers rsor or a ox oxig igen enio io e a rot rota a de prod produ9 u9ao ao por  f orno o rno eh eh~ ~tri rico co a ar co. As r otas otas dif dife er em   com re rela la9a 9ao o ao aos s tip ipos os de produ produto tos s qu que e pode odem m ser fe feit itos os,,   da mesma forma que as mate ri rias as-p -pri rima mas s usad us adas as.. A ro rotta de pr odu odu9ao de a90s por al to-fo o-for  r no-conver  no-conve r sor  sor  a oxig igen enio io pro rodu duz z, na ma maio ior  r ia dos casos,,   produ casos produtos tos pia piano nos s , ao pa pass sso o qu que e a pr prod odu9 u9a a o por forn forno o el elet etr  r ico a ar  ar co c o es esta ta mai ais s vo volltada para p r odut o dutos os lo long ngos os.. A pr ime meir ira a usa,   em em especial ecial,, co coqu que e e carv carvao ao como co mo co com mbus usttiveis e sin ter  r    e pelotas pelota s como mat materi eriais ais   cont contend endo o fe ferr  rr o,   ao pas so qu que a seg segund nda a usa ene nerrgi gia a e letrica par a f undir undir suc sucata ata de a90. A tendencia e   que que os forn fo rno os eletr icos a arc arco evoluam pa r a serem capazes de produzi roduzir  r    tam tamb bem os prod pro dut utos os pianos. A produ9ao v ia "al alttoo-fo forn rno o-c -co onv nve ers rso or a o xigen igeniio" e a pr incipal incipal f onte o nte de a90 par ara a 0 mu mund ndo o ,   confor  confo r me m e mo most str  r ado na Fig Figu u r a 1.

Fig igur  ur a 1: Vi Vis seo ger al   das ro rottas de pr oduge odugeo o de agos e materias erias-p -pri rim mas (Font Fonte e   I/SI Stee S teell St Statis atisti tic cal Yea earboo rbook k, 2008 008))

o

ferro ferr o me meta tali lico co I f quido, quido ,   ferroferro-gusa ou si simp mple lesm smen ente te gu gusa sa,, e pr oduzi oduzido em um alto alto-forn fo rno o de onde onde e tra trans nspo port rtad ado o pa para ra a ac acia iari ria. a. La oco ocorr rre e 0 refi refino no do gusa gusa em a90 por  por  meio me io da rem09 rem09ao ao de elem elemen ento tos s ta tais is co como mo en enxo xofr fre e ,   silfcio, silfcio ,   carbono, carbono ,   mang mangan anes es e f6sforo.. 0 bo f6sforo bom m de dese semp mpen enho ho da ac acia iari ria a re requ quer er um uma a quali qualida dade de co cons nsis iste tent nte e do gu gusa sa,, sob so b uma dad dada a esp especi ecific fica9a a9ao o . Ti Tipi pica came ment nte e de dese seja ja-s -se e um te teor or de silf silfci cio o en entr tre e 0 ,3% e 0,7%,   mang mangan anes es en entr tre e 0, 0,2% 2% e 0 ,4%,   f6sf f6sfor oro o de 0, 0 ,06% a 0, 0,10 10% %   e uma temp temperat eratura ura a ma mais is al alta ta po poss ssiv ive! e!.. 0 pr pres esen ente te l ivro descreve como um gusa de qualidade consiist cons sten ente te po pode de se serr ob obti tido do no alt altoo-fo forn rno. o.

No pr proc oces esso so do al alto to-f -for orno no,, ml mlne neno no carvao))   sac carvao sac tra rans nsffor orm mad ados os em gusa gusa,, misturam sturam,, ficando separado dos s um do sobre 0  gusa  gusa,,   mais mais de dens nso o. 0 gusa cor  co r rida. rida.

de fe ferr rro o e co comb mbus usti tive veis is/r /red edut utor ores es (coque coque,,   esc esc6ria e ga gas. 0 gusa e a esc6ria nao se outro no cadinho do forno.   A es esc6 c6ri ria a f1 f1ut utua ua pode ser separado da esc6ria na area de

Para en Para ente tend nder er co como mo 0 gu gusa sa e a esc6r esc6ria ia sa sac c fo form rmad ados os,,   consideremos 0 conteudo de um al alto to-f -for orno no em op oper erag agao ao..   0 mi mine ner  r io e 0 co coqu que e sa sac c ca carr rreg egad ados os em ca cama mada das s separadas pelo tope do forno.   Co Com base em estudos de fornos resfriados e dissecados,,   torno dissecados tornouu-se se cl clar aro o qu que e,   as as camad camadas as de min miner erio io e coq coque ue sa sac c ma mant ntid idas as at ate e que qu e as tem tempe pera ratu tura ras s at atin inja jam m um pont ponto o em que que 0 mi mine neri rio o co come mece ce a amo amolec lece er    ease fundir .   For Forno nos s re resf sfri riad ados os sa sac c "co cong ngel elad ados os em agao agao""   co com a ajuda de agua ou nitrogenio.. Um exe nitrogenio exemp mplo lo de alt altoo-fo forn rno o re resf sfri riad ado o e mos mostr trad ado o na Fig Figur ura a 2.   0 alt alto-f o-forn orno o resfria iad do mostra c1aramente a estrutura de camada das s das camadas de coque e mine mi neri rio o e,   por por uma an anali alise se ad adic iciional onal,,   infor informag magoes oes sob sobre re 0 aq aque ueci cime ment nto o e fu fusa sao o do dos s mate ma teri riai ais s de mine mineri rio, o, be bem m como 0 pr prog ogre ress sso o da das s re reag agoe oes s qu quim imica icas s.

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Um alto-fo alto-forno rno   em ope oper a<;' momento,, de cim momento cima a pa par  r a I,

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10na Fi Figu gur  r a 3, con conttem a qualque quer  r 

):

  Uma zon zona de ca cam mad ada as l .mi mine neno no e :q o   Uma Uma zona zona on onde de 0 mine mineri rio o co come mega ga a ,a., le lecer cer e f undir undir (zo (zona na de amollec amo eciimen mento to--fu fus s80 ou zona de coes, ). o   Uma Uma zona zona on onde de exis istte ap apen enas as co coqu que e e gu gusa sa/e /esc sc6r 6ria ia Iiquidos dos::   zona zona de "coque ativo""   ou zona de gote ativo gotejam jament ento. o. o 0 nu nucle cleo o ou home homem m MO MOrt rtO O cadin inho ho do forno forno,,   com coqu coque. e. o 0 cad o

o

alto-f alto -for orno no po poss ssui ui um uma a fo for  r ma ma tipi ipica ca de se segm gment entos os tr oncoonco-co coni nico cos s e ci cili lind ndro ros s. As sego se goes es do topo topo pa para ra ba baix ixo o S8 S80 0:   a goela, goela,   onde onde se encon enconttra a su supe perf rfic icie ie da ca car  r ga; ga; a cuba;;   0 ven cuba ventr tre e (r (ram ampa pa pa para rale lela la); ); a ramp rampa a e 0 r 'ldinho ldinho..

ZOIl Ila a

die Co C oque

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Homem . br  ' br to Z OI 1I : l

 Co omb mbla lassliio d ie  C

Cadi din nho

Furo Fu ro e O ooul ooulll a

 A forga impulsora do alto-forno esta ilustrada na Figura 4 (pr6xima pa pagi gina na)) o   A al altto-forno e cheio co com m camadas alternada das s de coqu que e e da carga contendo miner min erio io de fe fer ro. ro. o 0 ar qu quen ente te (t (tem empe pera ratu tura ras s at ate e 1.200 .200°°C) e sopr soprad ado o pa para ra de dent ntr  r o do alt altoo-fo forn rno o pe pela las s ventaneiras,, um ventaneiras uma a pe pega ga de cob cobr e re refr frig iger erad ada a a agu agua a - 30 300 0 mm de de comp compri rime ment nto o em fornos for nos men menore ores s, 100 1000 0 mm em forno fornos s ma maior iores es..

sopr prad ado o qu quei eima ma 0 co com mbusti tivel vel (coque coque,,   ass assim como os co mbu mbus sti tiveis veis • 0 ar so aux au xiliar es injetados v ia ve ven nta tan neir as) as). Nes Nestte pr oce o cesso de que ueiima, 0 oxigEmi Emio o do sopr so pro o e tra trans nsfo form rmad ado o em mon6 on6x xido de ca ca rb rbona ona (ga gas s CO CO)). 0 gas r esulta esultan nte poss ossu ui uma um a al alta ta temp temper erat atur ura a de cha cham ma (2.100 - 2.300 .300°°C). A combus usttao co cons nso ome 0 coq coqu ue na frent frente e as ventan ventane e iras ras,, cr iando vazios os.. •0 ga gas s que quen nte as ascen cende de pelo f or no no e, dura rante nte sua ascens censa ao, ele: •   aquece 0 co coqu que e na   regi regiao ao da r ampa pa//ve ventre ntre.. • caus ca usa a a fu fus s ao do miner io   de ferr o na ca car ga, ga, cr iand iando o vazios azios.. •   aquece 0 ma  matter ial ial na r egia giao o da cuba do fo for  r no. •   remove remove part rte e do ox o xig igEmi Emio o da car ga po por  r  rea reag goes quimi mic cas as.. • Em su sua a fu fusa sao o, 0 mine  miner  r io de fer r  ro   pr oduz oduz gus gusa a   e esc6r  esc6 r ia, os quais gotej otejam am   caindo pela pe la zona zona de coqu coque e at ate e al alca can n gar  0 cadinho cadinho,, de ond onde e sa sac c r emovid vido os at atra rav ves de um um furo de cor corrid rida a. Na zona zona de go gote teja jame ment nto o , 0 gusa e a esc6 r ia conso som mem   coque, coque, criando cria ndo vaz vazios. ios.

o

alto-f alto -for orno no po pode de se ser  r    consid consi der ado ado co com mo um tr ocad ocador de ca callor  e de massa em contracorrente: 0 cal calor or e transfe transfer  r ido do ga gas para a ca carga rga,, oxigenio da ca car  r ga para 0 gas.. 0 ga gas gas s sobe pe pelo lo fo forn rno o ,   enquan enquanto a carga e 0 co coqu que e de desc sce e m. 0 gas tran rans sf ere ere calor ca lor pa para ra a carga carga e si simul multan tanea eamen mente te 0 oxig oxige eni nio o e tr tran ansf sfe e r ido i do da ca carg rga a pa para ra 0 gas. Essa caracter caracterist istiica de pro proce cess sso o em con contr trac acor orre rent nte e 0 faz ex extre tremam mamen ente te efi efic c ien entte. Minerro co conso some me co coque que.. .'j,,; ••azi .• cna.   .'j,, cna. .... ..

/ Fusao de min mine er io. /

_ ~l ~lld ld:J :J

o g as sobe sobe  pelo  pel o lor no no

Fig Fi gura 4: For r  r;a ;  a   impulso impulsora de um alto to-forno -forno.. 0  p  pr  r oces o cesso so de co con ntr a-corre corren nte areas are as   indicadas indicadas faz faze endo com que a  carg  carga a de desr  sr ;a

/'OI.ZIO_ 

A carga eo coqu coque desc de scem em  peelo lor no  p

cr ia vaz aziios nas

Um exem exempl plo o tipi pic co do per erffil de te mpe per  r atur  atur a no alt alto o-f -fo orno e mos mostr tra ado na Fig Figura 5. Obse Ob serv rvaa-se se qu que e a zona zona de am amol olec ecim imen entto/ o/fu fusa sao o esta es ta loca locali liza zada da numa reg regiiao em que qu e as tem tempe pera ratu tura ras s va vaG G de 1 .10 100 0 a 1. 1.45 450 0 °C.   As difer diferen enga gas s de tem tempe pera ratu tura ra sa sac c grandes.. No exemplo, os gr adientes de temperatura sao maiores n a   diregao grandes hori ho rizo zont ntal al do que que na dire direg gao verti rtical cal,, 0 qu que e se ser  r a ex expl pliica cado do no Ca Capi pitu tullo 7.

Uma vi Uma visa sao o ge gera rall do dos s pr prin inci cipa pais is eq equi uipa pame ment ntos os us usad ados os no proc proces esso so de um alto alto-f -for orno no e apr apres esent entad ada a na Figur Figura a 6. Este Estes s in inclu cluem: em: • Reg Regene enerado radores res.. 0 jato de ar quente (temperatura de 1.000 - 1.200°C) e produziido no produz nos s rege regene ner  r ador a dores es e e en entr treg egue ue ao forn forno o po porr me meio io de uma li linh nha a pr prin inci cipa pall de ar quente, quente, pel pelo o an anel el de vent vento o e atra atraves ves da das s ve vent ntane aneir iras as. 0ar quen quente te re reag age e co com m o coque coque e com combus bustiv tivei eis s aux auxili iliar ares es.. • Cas Casa de silos os.. Os ma mate teri riai ais s da carg carga a e 0 co coqu que e sa sac c de desc scar  ar r egados na ca casa de silos..   Os mat silos mater  er iais sa sac c pene neiir ados a dos an ante tes s de ser serem em pe pesa sado dos s pa para ra alim alimen enta taga gao o do forno..   A cas forno asa a de sil silo os e ope operada automat omatiicamente camente.. As co cor  r r  r egoes de umidad ade e no coqu co que e sa sac c fe feit itas as au auto toma mati tica came ment nte. e. Porr me Po meio ios s de ca caga gamb mbas as de ca carr rreg egam amen ento to (skips)),   ou via cor (skips correia reia tran transpor sportado tador  r a, os ma mate teri riai ais s da ca carg rga a e 0 co coque que sac lev levado ados s ao topo do forno,   ond onde sac de des sca carrregados par ara a de den ntro do forno em cama mad das sepa se para rada das s de carga carga de miner minerio io e coqu coque e. •   Lim Limpe peza za do Gas. Gas. 0 ga gas s do tope tope sai do for forno no e pass passa a pe pelos los co colet letor ores es asc ascen enden dente tes s (off-ta (of f-taker kers s e up-taker up-takers s) e pelo pelo tu tubo bo de desc descid ida a de gas gas (d (dow own n-comer ). ). Um Uma a vez que que o gas gas de tope tope co cont ntem em pa part rtic icul ulas as s6 s6li lida das s, ele passa por um coletor de p6 e um sistema sist ema de lavagem lavagem.. • Cas Casa de Cor r ida. ida. 0 fe ferr rroo-gu gusa sa Ii Iiqu quid ido o e a esc6 esc6ri ria a se dep depos osit itam am no cadi cadinh nho o do forno,,   de onde forno onde sa sac c va vaza zado dos s at atra rave ves s de can canai ais s e col colet etad ados os em tor orpe pedos dos ou panela panelas s. • Gran Granul ulag agao ao de Es Esc6 c6r  r ia. A esc sc6 6ria, na ma maio iori ria a do dos s ca caso sos s,   e gra granula nulada da,, 0 que signiifica resfria-Ia sign com agua. A esc6ria granulada pode ser usada para a fabri fab ricag cagao ao de ciment cimento o.

tope o   tope

e

do al alto-fomo   fechado, fechado, te tend ndo o em vist vista a qu que e op oper era a em alta alta pr essao. essao. Exis isttem dois do is si sist stem emas as di dife fer  r entes: entes: • 0 sistema de duplo cone. Pa Par  r a prop6sitos de dis isttri ribu buiic;: c;:ao ao de carga rga,, freq fr equen uente teme ment nte e equ equip ipad ados os co com m uma blinda blindage gem m m6ve! 6ve!.. ·0 tope sem sem con cone (bell-less top op)), 0 qual perm permiite um uma a di dist stri ribui buic c;: ;:ao ao mai ais s ef icie cient nte e da carga.. carga  Ambos os tipos de tope sac esquematicamente mostrados na Figu Figur  r a 7.

Sist Si stem ema a de dupl duplo cone com co m pJa Jaca ca mov ovel el

Sistema Pau Sis aull   Wurth Wurth (Topo sem cone)

t

U

Dlstnbu tnbuiidor 

1

Silo Super ior  ior 

I Cone Gr and ande Plac aca a movel (coro oroade ade choque)

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1

alh ha I Cal Rotat atiiva

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Existe Exis tem m ba basi sica came ment nte e du duas as tecni tecnica cas s de co construga nstrugao o pa para ra supor suporta tarr altos tos--fornos fornos.. No projet pro jeto o c1a c1ass ssiico a cuba e suport rtad ada a po porr meio meio da mara maratr tra a (e (ext xtre remo mo ma maiis ba baix ixo o da cuba cu ba). ). 0 to topo po do fo forn rno o se ap6 ap6ia ia no an an el de sup upor orte te da cuba cuba.. A outr outra a te tecn cniica e um uma constr con struga ugao o aut autopo oportan rtantte, permitindo uma sustentaga ntagao o es especia peciall do to po p o do alto to-forn fo rno o e do do siste sistema ma de gas. gas. A expan expansa sao o te term rmic ica a e a pro provo voca cada da pe pela la press pressao ao in inte tern rna a sac sa c ab abso sorv rvid idas as,, no nos s fo forn rno os de maratra,   abai abaixo do anel anel ,   ou ou se j ja a, na regiao da r ampa a mpa/v /ven entr tre, e, ao pa pass sso o qu que e no nos s fo forn rnos os au auto topo port rtan ante tes s sa sac c ab abso sorv rviidas no to topo, conf co nfor orme me in ind dica cado do na Fig igur ura a 8.

Constru nstru~ao ~ao Constr u~aocom aut uto o-p -po ort rtan antte anel de supor te Figu Fi gur  r a 8: C  Con onst stru rur; r;6e 6es s de al altos f ornos ornos

Os alt altos os-f -forn ornos os ev evol olu uira ram m co con nsi sideravelmen deravelmentte em tamanho dur ant ante 0 se sec culo XX XX.. No inic in icio io de des ste se secu culo lo,,   os altos altos-fo -for  r nos tin ha ham m um diam diamet etr  r o de ca cadinho de 4   a 5 metr  metr os os 100 0 mi e pro produ duzi ziam am pr pr6x 6xim imo o de 10 mill tonel tonelad adas as de gusa gusa po porr an ano o ,   na ma maio iori ria a a parti partir  r  de miner io calib alibr  r ado e coque oque.. Ao f inal inal do seculo culo,, os maior  maior es e s al alto tos s-f or nos tinh nham am de 14 a 15   metr os os de di dia ametro do cadinho e est estavam pro rod duzindo de 3 a 4 Mt por  po r  ano. Uma Um a ev evol olug ugao ao tipica dos alt ltos os-f -for orno nos s e most mostra rada da na Ta Tab bel ela a 1, co como mo oc ocor orre reu u na usina usi na sid sideru erur  r gic ica a de IJm IJmui uide den n,   na Holanda. Holanda .

1 - Intr Intro odu du~ ~ao ao proce processo sso de altoalto-forno forno

Tabela 1:  Evoluy 80

dos do s altos-fomo ltos-fomos s

 Allto f or no  A no nQ

na Coru Corus s   IJmuiden, IJmuiden, Pai Pais ses Baixos

2

3

4

5

6

7

Dia Di amet etro ro Gad adiinho

m

4,8:' :'5 5,6

4,8/5,6

5,2/5,9

8.5

8/9

10;11

13/13 13,,8

Vollume de lr aba Vo balfi lfio o

m'

519

519

598

1.413

1.49 .492 2

2.328

3.790

192 924 4

1926

193 930 0

1958

1961

1967

1972

280 28

360

1.380

1.700

3.000

5.00 000 0

1.000

1.1 1. 100

3.500

3.700

7.000 7. 000

10.5 0.50 00

2002

199 991 1

 Ano  An o 6e Gons Gonsttr ul;a l;ao o Pro rod dutMda dade de

t'd

280 28 0

t'd

1.00 000 0

 

ln ic icii

Pr odu duttividade ma\s r ecent ecente

lJlma

ef or lna lna

 

Dem De mciidoe

1974

974

199 991 1

o   ta tama manh nho o

1997

199 997 7

de urn alto alto--forno e fr fre eque uent nte eme ment nte e exp xpre res sso pel elo o dia iam met etro ro de seu seu cadiinho ou como seu "vo cad volu lume me de tr trab abal alho ho"" ou "volu "volume me in inte tern rno" o"..   0 volume de trabalho e 0 vo volu lume me do alt altoo-fo forn rno o di disp spon oniv ivel el pa para ra 0 processo  processo,, ou seja seja. 0 volume ent ntre re as vent venta ane neir iras as e 0 ni nive vell da ca carg rga. a. As de defi fini ni<; <;::6es de vo volu lum me de tr trab abal alh ho e volu vo lume me in inte tern rno o sa sac c ap apre rese sent ntad adas as na Fi Figu gura ra 9. Fund o do  cone  cone''

Fundo "\

do cone

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 pllaca  p mov ovel el

 A produgao de   ferr o   em altos-f  altos-f or nos pode ser  disc scut utid ida a a pa par tir de tr es es pe per  r spe pec ctiv tivas as diferen ferenttes: •  A abor  abor dag agem em op oper era acional ional:: discut iscutiindo 0 al alto to-f -fo orn rno o e se seus d ist istu ur bio b ios op er acio cion nai ais. s. • A a bo borda rdag gem da te tecnolo gia quimica: disc ut utind indo o 0 proc proces ess so da perspe erspect ctiv iva a do tecnolog tecn ologiista que ana anallisa as rea9 rea90e 0es s qu imicas e bal alan an90 90s s d e   calor  calor    e massa. massa . • A abord rdag age em da engenha ngenhar  r ia i a me meca cani nica ca:: fo focando cando no equipam equipamento ento..  A enfas fase e do pr esen esente livr o e a "visao do opera erad dor ", com ur n f or  or te des ese e j jo o de entend nde er 0 que oc oco orr rre e dentr o do alt alto o-f or  or no. no. Dentr o des estta abordagem ordagem,, os pr incip ipiios do pr ocesso ocesso sa sac c dis isc cutidos (C (Cap apiitulo 2) seg segui uido dos s pe pela las s exigencias de qua quali lida dade de da car ga ga (Capi Capittulo 3) e co coqu que e e co comb mbus ustt ive veiis au aux xiliares (Capit itul ulos os 4 e 5) 5).. Calculos sim si mpl pliificados p ara   a ca carg rga a e   ga gas de topo sa c   feit feitos os (C (Ca a pitulo 6). 0 co cont ntro role le de processo e   discutido discutid o no Capi Capitulo 7: de desc scid ida a da car arga ga e co co ntr ole de vaz vazao do gas gas .  As questoes pert rtiinentes ao entendimento da   produtividad produtivida de e efici cien enci cia a do alto forno for no sac apr aprese esenta ntadas das no Ca Cap pitulo 8. Su Sub bsequentem sequenteme ente nte,, a qu qual aliidade do gus gusa e da es esc6 c6r  r ia (Capitulo 9),   Oper Opera9 a9aO aO da ca casa sa de co corr  rr ida (C (Cap apiitulo 10) e situa90 tua90e es especiiais como par adas   e ent espec entra rada das s em march marcha a (C (Cap apiitulo 11) sa sac c di dis scutida cutidas s.

Os exerc erciicios r ef er em-s m-se e   a urn alto alt o-f orn rno o   grande grande e moderno rno,, op ope erad rado o co com m in inje je9a 9ao o de ca carrvao pulve ulveri riz zado, e equipado c om al altta pr essa essao o de   top topo o e al altt a   temper  temper atura de 3 sopr  sop r o. o. 0f or no no po poss ssui ui ur n vo vollum ume e de tr abal a balho ho de 3.8 3.800 00 m e  4 furos furo s de   corr ida da.. o rno es esta ta   produz produ zindo   10.00 10.000 t/dia e ur urn  vo vollume de   esc esc6r 6riia de 25 0 kg kg//tgusa. o f orno Com omo o co comb mbus usttivel ivel,, 0 fo for no usa 3 00 kg de coq ue   por to tone nellada de gusa e 2 00 00 kg/t kg /tgu gusa sa d e ca car  r vao vao pu pullver izad zado o in inje jeta tado do (I (ICP CP ou PCI).

,

Perguntas: Pergunt 1. 0 In Inst stit itut uto o In Inte tern rnac acio iona nall da In Ind d ustri tria a do A9 A90 (II IIS SI) estima que a pr odu9ao odu9ao mund mu ndia iall de fer  fer r  r o gusa foi de 575,7 Mt em em 200 2001 1. Quan uanttos "fo for  r nos n os mo mode dern rnos os"" sac nece ne cess ssar ario ios s pa para ra pr prod oduz uzir ir es esta ta qu quan an tidade? E, se existire istirem m 3 dest destes es for orn nos em cad ca d a usin usina, a, qu quan anta tas s us usin inas as sa sac c ne nece cess ssar arii as? 2. Calcule 0 flu xo anual de pel ot ota as e ca c a r vao par a tal us ina considerando a quan qua nti tida dade de pr prod oduz uzid ida a de p r odut odutos acabados de a90 a90:: a) A part partir ir de 1 ,0 t de ferro, 1,1 t de a90 Ii Iiqu quid ido o sa sac c pr prod odu uzid ida as e 0,9 t   de prod produtos utos acab ac abad ados os de a90. a90. b) Para 1, 1,0 0 t de ferro ferro sa sac c ne nece cess ssar aria ias s 1, 1,6 6 t   de pelot pelotas. as. c) 0   coque e produzido em plantas locais de coque. 25% do carvao sac gaseif gas eifica icados dos na prodU9 prodU9aO aO de coqu coq ue. d) Su Supo ponh nha a ur urn n r endi e ndime ment nto o de 100 100 %   para para a inje9ao inje9ao de carvao. carvao.

C a p iti t u lo lo 2 o   alto-forno: c ar a r g a e f l u x o d e g as as

o   alto-forno

e um um r e  at ato or em co con ntr tra aco cor  r rente. rente. A f or  or ga impul mpuls sora e 0  f 1uxo de de ar   quente que nte que queima queima 0 coqu coque e em f r  rente e   nte as vent venta ane neira iras s. Nes este te ca cap pitu tulo lo,,   e analisado 0 f lux uxo o de gas at a tra rave ves s do fo forn rno o em mai maior es detalhes alhes..  A carga   consi consiste de camad ada as altern terna adas de minerio (sint inte er ,   pelot pelotas as,,   mmeno bitol tola ado do)) e   coque, coque, ca car  r reg regada fri a e umida no topo do fo  rno rno.. Em f r  re   nte as ventaneir  ventanei r as as 0   ar ar qu quen entte qu que eima 0  c  co oque que.. Ao Ion go da altura do forn forno o (22 a 25 m das da s ve vent ntan anei eira ras s a su super ff  ff cie cie da car ga) a tempe tempera rattura do ga gas de decresc resce e de 2. 2.200 200°°C (te temp mper erat atur ura a de chama) ate 100 a 15 150 0°C (t (te emp mpe eratura de topo). topo).

Ogas sobe sob e pello pe f orn rne e

car  r ga A ca

eo co coque que desce des cem m pello f orn pe rno o

Figur a 10: 10: 0a/ a/fo fo-fo -fom mo como ur urn n r ea ea tor de de con ontra tra cor r  r ente ente

o

proces proc esso so co come mega ga co com m 0 ja  jatto de ar qu que ente pel ela as ven enttanei eir  r as, que   queima 0 coqu co que e e 0 ca carv rvao ao na zon zona de comb combus usttao (F (Fiigura 10). A queima do   coq coque ue cr criia gas quen qu ente te qu que e e cap capaz az de fund fundir  ir  a   car carga ga de mineri rio o.   A quei queima ma do coqu que e e a fus fusao ao da carg ca rga a de mine mineri rio o cr cria iam m es espa pago go de den n tro do f orno, orno, 0 qu qual al e pr een eenchido com a car  car ga ga e

11

o coque desce escend nde ent ntes es.. A produc;:ao de um alto-forno esta diretamente cor r  relacionad e   lacionada co com m   a qu quan anttid ida ade de co coque que ueiimada em frente as ven ventane aneiiras ras,, porq po rqu ue uma quanti tidade dade f ixa de ca carg rga a de mi miner io e car reg regada pa para ra cada cada to tone nellada de coque. Numa situac tuac;;:ao norm orma al de oper ac;: c;:ao ao,, 0 gusa e pro rodu duzi zido do as assi sim m qu que e 0 coque e usa usado do..

o

oxigE'm igE'mio io do so sop pr o ira qu que eima mar  r  0 coq coqu ue ge gera rand ndo o mo mon6 n6xi xido do de carb carbon ona a (C (CO) O).. Pa Para ra cada ca da mo mole lec cula de oxi xigeni genio o, sac fo for  r mad ada as 2 mo molecul ulas as de mo mon6 n6x xido de ca car  r bono, bono, 3 3 ent nta ao cada met metr  r o cubi bic co (m ) de 02 ir a r eagir  eagir  pa par  r a fo form rma ar  2 m de CO. CO. 0 ar  co cont ntem em 21 % de oxigE igE''mio mio.. Se 0 so pr o for enr iquec eciido par a se ati tin ngir um teo teor  r    de 25% de oxigenio igenio,, 0 teo eorr de ni nittrog roge eni nio o sera de 75 7 5%. Nes estte caso, 0 ga gas s de ve vent ntan ane eira consisttir a de 75/ consis 5/((75+ 75+2 2x25 25)) = 60 60% % de N2 e 40 %   de de CO.   Ale Alem m di dis sto,   uma uma enor me me quan qu anti tida dade de de ca calo lor  r    e ger gerada ada na zona zona de co comb mbus usta tao o pe pela la qu que eim ima a do coq coque e do do carvao (ou 6l 6leo eo,,   gas nat natura ural). l). 0 calo calor  r    ger gerad ado o pro rodu duz z uma al alta ta temp temper erat atur ura a de chama,, nor mal chama alme ment nte e em torno de 2. 2 .000 - 2.300 300°°C. Uma vez vez que est esta tempera emperattura e ma mais is alta do que a d e f us usao do f erro e rro e da esc sc6r 6riia, a ener energ gia con onti tida da no gas gas quen qu ente te po pode de se serr us usad ada a pa para ra fundi fundirr a ca ca r ga. ga.   A tem tempe pera ratu tura ra de cham chama a se sera ra di disc scut utid ida a em maior maiores es de deta talh lhes es na Sec Sec;; :ao 7.1.3. gas s o ga

quente quen te so be pela pelas s ca cama mada das s de mine mineri rio o e coq coque ue..   Se hou houve vess sse e ap apen enas as co coqu que e no alt alto-f o-forn orno o, a com compos posic ic;;:ao quimica do gas nas zonas supe r iore i ores s na nao o mu muda dari ria a, porem,, 0 ga porem gas s se es esfr fria iar  r ia, ia, de devi vid do ao f ato ato dele estar em contato co com m as cama camad das mais ma is fr fria ias s de coq coque na par  par te ma maiis al alta ta do forn forno o.   Uma apr aprese esen ntac ac;: ;:a ao do gas gas fl flu u ind ndo o por  po r    um altoalto-fo forn rno o ca carr rre egado de co coqu que e e ap apr  r esen esentada na Fi Figura 11. 0 f1u f1ux xo de gas tem um ca cara ratter de flu lux   xo de sus susten enttac ac;: ;:ao ao..   Para 0 operado  operador  r  de altoalto-f orno experiente periente,, um forn forno o ca car  r rega r egado do ap ape enas com coqu coque e po pode de pa par  r ecer  ecer    um conc concei eitto te te6r 6ric ico o.   Todavia, Todavia, em alg algum umas as si sittuac;:6es prat praticas icas,,   como 0 ace acendi ndimen mento to ini inicia ciall   (blow-in) de um no novo vo forn fo rno o ou ao tir  tir ar a r um forn forno o de ope operac rac;;:a :ao o por por um lo long ngo o te temp mpo o (a (aba bafa fame ment nto) o) 0 fo forn rno o e pree pr eenc nchi hido do qu quas ase e qu que e comp comple leta tame ment nte e co com m coque coque..

Figura 11 Flux xo de ga gas   em em fo forn rno o ca carr rreg egad ado o apen apenas as co com m co coqu que e e car carre rega gado do 11:: Flu alte alt ernada rnadas s de coqu coque e e mine mineri rio o.

12

com camadas

Na sit situa< ua<;;:a :ao o no norm rmal al de op oper era< a<;: ;:ao ao,, 0 fo  for  r no n o e ca carr rre ega gado do em cama camad das alt lte ern rnad ada as de coque coq ue e mineri minerio o .   Aprox Aproxim imad adam ame ent nte e 355-45 45 ca cama mada das s de mi mine neri rio o es esta tao o p r esen e sente tes s no f orno. orno. E   impor tante notar qu que e a perm permea eabi bili lida dade de da cam camad ada a de coq coque ue e muit muito o ma maio ior  r  que a da cam camada de minerio. Isso e cau ausa sado do pel elo o fa fato to do co coqu que e ser mu muii to mais gro ross sse e do que que 0 sin  sintter e pelot pelotas as,,   e devid devido o a fr fra<;:aode vazio den entr tro o da cama camad da de coq oque ue que e ma mais is alt lta. a. Po Porr e xem emp plo lo,, 0 ta tama manh nho o me medi dio o do co coqu que e nu num m al altto-fo for  r no no e tipicamen ti picamentte de 45-50 mm ,   ao passo passo qu que e 0 ta tama man nho me med dio do s int inte er    e d e 14 1 4 a 20 mm e 0 das pe pellotas de 10 a 12 mm mm..   ConseqQentement ConseqQentemen te, as camad camadas as da ca carg rga a determiinam como 0   ga determ gas f lui pelo for no,   enq enquanto que as cama mad das de coque f unciona uncionam m co como mo distr distrib ibui uido dor  r es de gas. Se 0 gas flui flui da ram ampa pa pa para ra cim ima a , 0 qu que e ac aco o nt nte ece com 0 gas as,, a me med dida que ele grad gra dua ualm lmen ente te se es esfr fria ia? ? Primeir  Primei r o: 0 ca calo lorr ac acim ima a de um uma a te temp mpe e r atu tura ra de ap apro rox xim imad adam ame ent nte e 1. 400 00°°C - que e a temperatur  temperatu r a de fus fusao ao da esc escor oriia - e tra tran nsf sfer eriido par ara a as ca cama mada das s da car carga ga e de coq co que ue,, fun fund din indo do a car carga ga de miner minerio io.. 0 me mesm smo o se apl aplic ica a ao ca calo lorr ac acim ima a de um nive nivell de te temp mper erat atu ura de 1.1 .10 00 °C. Porem, a carga nao se funde por completo , mas amol am olec ece e e os co cons nsti tittui uint nte es gru rud dam uns nos nos out utrros os.. Na zon ona a de amo amole lec cim imen ento to e fusao 0 oxig igem emio io re rest stan ante te e remov removii do da carga . Ti Tip picamente icamente,, par a cada atomo de fer  fe r ro ro exi xis ste 0,5 atomo de o xig igen enio io de res res to.   0 ox oxiig eni nio o re rea age co com m 0 co coqu que e e gera monox mono xido de ca carb rbon ona a ad adic icio iona nall. Esta e a denomi nada rea< ;:a ;:ao o de red redu<;:ao u<;:ao direta (Cap Capiitulo 8),   que que oc oco or re r e so some ment nte e na par parte te ma mais is baix aixa a do forno forno..

o

gas ag agor ora a se esfr  esfr iou pa para ra ap apro rox x imadamente 1.100 1. 100°°C e ga gas adi dic ciona nall fo i   gerado. gerado. Uma Um a vez que a rea< rea<;;:a :ao o de re redu du< < ;: ;:a ao di dirret eta a con onso some me mu muiita ene ner  r gia, a efi efici cien enci cia a do forn fo rno o de depe pend nde e , em mu muit ito o,   da qu quan anttidade de ox o xig igen enio io re remo movi vido do do dos s ma mate teri riai ais s da carga carg a an ante tes s de alcan alcan<; <;:a :ar  r esta esta tempe tempera ratu tur  r a de 1.1 OO OO°°C . Em resumo: resumo : • 0 calor e transfer ido do ga gas p ara a carga carga,, a qual qual se fu fu nde (> (>1.400 1.400°°C)   ou amolece (>1.100 100°°C). • 0 o xig xige eni nio o re resi sidu dual al na ca carg rga a e r emov emovid ido o pe pela la re rea< a<;: ;:§oc §ocom om 0 co coqu que e e CO ad adic icio iona nall e gerado. gerad o. Is Isto to e co conh nhec ecid ido o co como mo re rea< a<;: ;:ao aode de redu< redu< ;: ;:aodireta. aodireta.  Ao se esf r   Ao r iar  iar    ainda ainda ma mais is,, 0 gas e cap capaz de r emov e mover er ox oxiigenio do mate mater  r ial i al da car carga ga,, produ prod uzindo dioxido de carbona (C0 C02 2).   Quant Quanto mais oxigenio e remo mov vido ,   mais efic ficiiente e 0 fo for  r no. no.   Abai Abaixo xo de te temp mper erat atur uras as de 1.1OO 1.1OO °Coco Cocor  r re re 0 segu seguiinte nte:: • 0 ca calor  lor  e tr tran ansf sfer erid ido o do gas pa para ra a carg carga a. • 0 gas C02   e ger gerado a pa r tir do gas CO ,   enqu enquan anto to a quan quantt ida dade de de oxi oxige geni nio o da car ga ga e re redu duzi zida da.. Ne Nenh nhum um ga gas s ad adic icio iona nall e gera gerado do.. Na liter literat atur ura a te tecn cnic ica a , ela as vezes e cha chama mada da de "redu redu<;:ao <;:ao indi indireta reta""   ao cont contra rari rio o da "redu<;:ao redu<;:aodireta direta"". • Um Uma a r ea< a<;: ;:aos aosim imil ilar ar oc ocor orre re co com m 0 hidrogenio hidrogenio.. 0 hi hidr drog ogen enio io po pode de re remo move verr ox oxig igen enio io da ca carg rga a fo form rman ando do ag agua ua (H (H2 20) 0).. N part rte e mais mais   alta alta do fo forn rno o , a um umiidade na carga e no coque e evaporada Ilm lmlln da da carg rga a   antes antes qu que e as rea<; rea<;::6esqu 6esquimi imicas cas oco ocorra rram m.

e

Se n6s se segu guir  ir mos a car ga e 0 co coqu que e em seus pe perc rcur urso sos s de desc scen ende dent ntes es,, a car arga ga e 0 coqu coq ue sac gra rad dua uall men ente te aq aque ueci cido dos s. Pr imeiramente a umidade se evapora e a aproximadamen aproxim adamentte 500 00°°C, a r emo<;: emo<;:a ao do do oxigenio e iniciada. Um esquema simpliifi simpl fic cado da r emo<; emo<;:ao de oxigen igeniio da carg carga a e mos mostr trad ado o na Figur  Figur a 12 12..

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pr imei eir  r o passo e a redu<;:ao da chamada hematita (Fe203) pa para ra mag agne neti tita ta (Fe Fe3 304). A r ea<; ea<;:a :ao o de re redu du< <;:ao ger  ger a ener gia, gia,   assim, assim,   el ela ajuda a aumentar a temp empe era rattura da ca carg rga a. Ale Alem m   disto, disto,   a re rea< a<;: ;:ao ao de re redu du< <;: ;:ao ao cr criia te tens ns6e 6es s na est estr utura utura cr istal alin ina a da ca car ga   metali metalica que pode oder  r a se fr  agme a gment ntar ar em parti particu cula las s me meno nore res s. 0 fen6m fen6 meno e ch chamado de de degr ada<;: a<;:a ao so sob b re redu du<; <;:a :ao o em ba baix ixa a te temp mper erat atur ura a.   Varios test ste es estao disponi oniv vei eis s pa parra se qu quan anti tifi fic car su sua a ma magn gnit itud ude e (v (ver er capi capitu tulo lo 3). Mais Mais embaix embai xo no fo  r no, no, a   temper  temper atur a da ca carg rga a au aum men enta ta gr grad adu ual alme ment nte e at ate e que que a ca carg rga a comece come ce a amol olec ecer er e fun fund dir    na zo zona na co coes esiv iva a. 0 ferro e a es esc6ria sob fusao sac colettad cole ados os no ca cad dinho. Consi sid deran erand do a intera<;: ;:ao ao entre 0 gas e a carga de miner io,   quan quanta ta ma mais is 0 gas remov remo ve ox oxig igen enio io da car carga ga de mine mineri rio o,   mais mais ef iciente e 0 pr proc oces esso so do al alto to-f -for orno no.. Consequentemente,, Consequentemente contat tato o ent entre re 0 ga gas s e a carg carga a de mi mine neri rio o e muit muito o im impo port rtan ante te.. 0 con Ist sto o si sign gnif ific ica a que a perm permea eabi bili lida dade de da carg carga a de min miner erio io te tem m qu que e se serr bo boa, a, e que, que, a tax ta xa do gas f1  uindo pela carga de minerio e a quantidade de oxigenio a ser  r emov e movid ido o da carga carga te tem m qu que e se serr ba bala lanc ncea eada da.. Po Porr outro outro la lado do,,   os 6xid 6xidos os de ferr ferro o te tem m que qu e se ser  r  "r azoavelmente" azoavelmente"   redutiveis. redutiveis.   Porem, Porem,   os 6xid 6xidos os de fe ferr rro o s6 sac sac re redu duzi zido dos s em cont co ntat ato o co com m 0 gas gas..  A experiencia tem mostrado que muitos problemas em altos altos--fornos sac cons co nseq eque uenc ncia ia da pe perm rmea eab bil ilid idad ade e de defi fici cien ente te da das s ca cama mada das s de mi mine neri rio o.   Assim, Assim, a perm pe rmea eabi bili lida dade de da das s ca cama mada das s de mine mineri rio o e uma uma qu ques esta tao o de gran grande de re rele leva vanc ncia ia.. Ela e,   em mu muit ito o,   det deter ermi mina nada da pe pela la qu quan anti tida dade de de fino finos s « 5 mm) mm) na cam camad ada a.   Grande part arte e dos f inos i nos ve vem m do sinte sinter  r . Is Isto to pode pode oc ocor orre rerr ca caso so el ele e nao se seja ja be bem m pen enei eira rado do ante an tes s de ser ser carr carreg egad ado o ou se seu seu nivel de deg degrad rada<; a<;:ao :ao for for ele elevad vado. o.

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pr oble o blema ma co com m a qua quant ntid idad ade e de fi fino nos s no fo fo r no n o e que eles eles te tend ndem em a se conc concen entr trar  ar  em   anei aneis s no forno forno.. Os f ino nos s sa saG G ca carr rreg egad ados os no f or no n o e conc concen entr  tr ados no po ponto de imp im pact cto o na cama amada da sup superi erior  or , ou saG ge ger  r ados a dos po porr degr degrad aday ayao ao so sob b re redu duya yao o a ba ba ix ixa a tempe temp er atura ra..   Assim Assim, e im impor tan tante peneir ar    ade adequ quad adam amen ente te os ma ma ter eria iais is da carg carga a, nor  no r malmente com peneiras de 5 ou 6 mm e controlar as ca r acter  acter isticas da degra deg rad dayao so sob b re redu duya yao o a bai baixa xa temper temperat atur ura a.

 A efic ficie ien ncia do processo do alto -fo for  r no (considerado como 0 consumo de com ombu bus sti tiv vel por ton tonela lad da de gus usa a) e con cont inuar nen ente te mo moni nito tora rada da me medi dind ndo o -se a comp com posiy iyao ao qu quim imiica do gas gas do top topo. A efic eficie ienc ncia ia e e xpr pres essa sa co como mo a util utiliz izay ayao ao de gas ga s: 0 pe perc rce entu tual al de gas CO que fo foii tra rans nsffo r mado em C0 C 02,   co como def inido na seguin seg uinte te expressao pressao::

..

_ ,

CO2% Utllhz Ut hza9a a9ao o de gas CO = (C (C0 00)/0+ CO 2% )  Alem dis  Ale istto,   em fo forn rnos os mo mode dern rnos os,, a co comp mpos osiy iya ao do ga gas ao longo do r aio e determ ermiinada sem icontinuamen continuamentte. Este con ontr tro ole mos ostt r a se ha ou n ao um bom equiliibr io entre a quan equil uanttidade de gas gas de r eduy eduyao e a qu qua antid idad ade e de min mine r io na car  ca r ga. A regiao da parede e especialmente importante porque ne la ha uma tende den ncia de aumento da espessura da carga metalica e de reduyao da tempe peratu ratur  r a do ga gas,   dif dific icul ulta tand ndo o a fusa fusao o da ca carg rga a .   Nesta r egia egiao, a qu quan antt ida idade de r elat ativ iva a de coque coque na nao o de deve vera ra se serr ba baix ixa a demais emais..  A compos omposiiya yao o do gas de top topo p r oporci oporciona uma indica ndicay yao de   razoavel razoave l pre prec cis isao ao em r elayao a efi fic cienc ncia ia do for forno no..   Ao com compa para rarr di dife fere rent ntes es fo for  r nos, nos,   dev devee-se se pe perc rceb eber er qu que e o H2 tamb tambe em fa faz z parte parte no pro proce cess sso o de red reduy uyao ao (S (Sey eyao ao 8. 8.2. 2.4) 4) .  A ut utili ilizaya zayao o do ga gas tam ambe bem m de depe pend nde e da quan quanti tida dade de de oxig oxigen enio io a ser ser re remo movi vida da . Uma Um a vez que as pelo pelota tas s te tem m ap apro roxi xim madamente 1,5 ato atomo de o xig igen enio io po porr aloma aloma de Fe (Fe203) e 0 si sint nter er te tem m ap apr  r oxim o ximad adam amen ente te 1, 1,45 45 (mist stur ura a de Fe Fe2 203 e Fe304), a utili ut iliz zaya yao o do   ga gas do topo sera mais baixa ao se usar sinter. A diferenya na ef iciencia do gas do top topo o e de de aprox aproxim imad adam amen ente te 2 ,5%   quan quando do se comp compar ara a ca carg rgas as compos mposttas de 100 100% %   de de pelo pelota tas s co com m carga cargas s co comp mpos osta tas s de 100 100 %   de sint sinter. er.

conteudo de um al alto to-f -for  or : pode po de se serr de deri riva vado do do dos s re resu sult ltad ados os op oper erac acio iona nais is.. unto un to tempo a carga e 0 ga ga,,   ficam ficam den dentro tro do forno forno? ? Con Consid sidere ere 0 exemp mplo lo de um II ·f  r no gr and nde e   e d e alt a lta a   produ produtividade tividade,, co com m di diam amet etro ro de cad adin inho ho de 14 m. Em pr dw;: nor mal ele   opera a 6.500 m cn cntp tp/m /min in co com m 25 25,,6% de oxig igen enio io no so sopr pro o e 3

tem um uma a pr prod oduc uc;: ;:a ao diar ia de 10.00 0.000 0 t de gusa, com   um con onsu sum mo es espe peci cifi fic co de coqu co que e (c (cok oke e r ate) de 300 k g / t gu gus sa e uma uma taxa de in j je ec;: c;:ao ao de carv rva ao de 200 k g / t gusa. a volume   de trabal trabalh ho da das s ve ventane ntaneiiras ao   nivel nivel da ca carg rga a e de 3.800 m3 dos quais   50 500 m3 sac usa sad dos para a zo zona ativa   de co coqu que e.   A umi umidade no so sopr  pr o e as as per das das de rend rendimento SaD des esp pr ezadas. ezadas . Alg Algu uns   dados   adi adici cion onai ais s sa sac c   forne fornecidos na Tab Ta bela 2.

Minerio Coq Co que Car  Ca r vao Sopr o O2   no sopr o Vollume de tr abalh Vo balho o Diametr o da qoela Carqa Gusa Vazio ios s

Consumo Consumo kg/ttgus kg/ gusa a 1.580 kg/tgusa 300   kg/tgusa kg/tgu kg/ tgusa sa 200 6.500 m'   cntp 15,,6 15 % m' 3.800 10 m 94,,8 94 t miner ios kq Fe 945 30

 

Peso esp Peso especl eclf f ico ico kg/ g/m m' 1.800 kg/m kg /m'' 470 1,3

kgl m' cn cnttp

18 45

t coque kq carbon arbono o

Carbono 87% 87% 78% 78 %

%

Per guntas guntas (R (Res esp pos osttas em Anexo III): 1. Qu Qua anto de ox oxiigemi emio o no sopro   e usado usado por to tonel nela ada de gu gusa? 2.   Co Com que f r  r equ quenci encia a 0 co conteu nteudo do   do for no e   subst substituido? 3. Quantas camadas de min mine er io exist xiste em no f or  or no em um da dado do mo mome ment nto o? 4. a qu que e acontece com 0 coq coque ue e 0 carv carvao? ao? 5. Qua uall 0 vo volu lum me de gas de top opo o obti tid do? 6. Est Estim ime e qu qua anta temp mpo o 0 gas perm rma anec nece e no for no. no. 7. Se voc voce e obtive tiver  r  uma gra grand nde e quanti uantida dad de de gas de topo topo, exis istte um for  for te so sopr pro o no f or no? no?

Capitulo 3  A c a rga de minerio :   sinter , pelotass e minerio granulado pelota

Nos prim6rdio ios s da fabr icac cac;;:ao de   ferra, ferra,   os o s altos-fo forn rno os eram fr fre equentemente loca ocaliz lizado ados s pr6 pr6xim ximo os as mina nas s de min mine er io. io. Naquele temp empo o,   os alt altosos-f f orn rnos os us usa avam mine mi neri rio o loc oca al e carvao vegetal (pos ostter ior  ior ment mente, coq oque ue)). Na maio iorria das regi6es industri in dustria ais daquel aquela a epoca oca,,   seculo XIX, mui muittos altos os--f or nos se encontra rav vam em oper  ope r ac; ac;:a :ao o   na na Alemanha, Ing ngllater ra ra e nos Es Esta tado dos s Unidos nidos..   Ap6s Ap6s a ap apli lic cac ac;: ;:ao ao da turbin ina a a va vapor em navios e no transpo ransport rte e, 0  cen  centtro da ativida idad de in indu dust str  r ial i al mu mudo dou u das jaz jaziidas de min miner io io par ara a os ri rios os de gra grand nde e im imp por tEmci tEmcia,   assi assim m co como mo 0 Re Reno no,, e posterio osterior  r mente, das ma marg rgen ens s dos rio rios par a a cos costa ta.. Es Esta ta ten tende denc ncia ia po pode dera ra pa pare rece cer  r  6bvi 6b via a no presen presente te,, mas e de de hist st6r 6ria ia re rec cen entte. Em 196 960 0 ha havi via a 60 al alto tos s-fomos em operac ope rac;: ;:a ao na n a Belgi lgic ca e Lu Lux xemburgo emburgo.. No pr esente esente (2007 2007)), ape apen nas 2 es e stao em operac opera c;:ao :ao,, qu que e go goza zam m da f avor  avor avellocal avellocaliiza zac; c;::ao litor Emea.  A te tend nde enc nciia no sentido de se ter  menos alt ltos-fo os-for  r nos, nos, po pore rem m ma maio ior  r es, es, fez da esc sco olha de uma car ga g a ri rica ca em fe ferr rra a um uma a op opc; c;:a :ao o na natu tura ral. l. Um Uma a ca carg rga a ri rica ca em ferr ferra a significa nifican ndo um alto teo eorr de Fe. Co Como mo al alim imen enttac; ac;:ao :ao de for fornos nos,,   finos finos de miner minerio io na nao o podem po dem ser usados usados,,   uma vez vez qu que e sa sac c mu muit ito o im impe perm rmea eave veis is ao gas gas.. De Dest sta a fo form rma, a, os mater iais pref eri rido dos s co como mo ca carg rga a sa sac c si sint nter  er , pe pelo lota tas s e mine miner  r ios ios gra granul nulado ados s. 0 sinter  e as pelotas sac aglo lome mera rado dos s de fin finos os.. Os finos vem das minas de minerio e nor malm lme ente pas ass saram por    um pr proc oces esso so de en enri riqu quec ecim imen ento to,, nao sera 0 qual desc scr  r ito aqui qui.. Pr imeiramente, imeiramente, sac descrita tas s as exigencias de qualidade para a carrga do altoca to-f f or  or no. no.   Subsequent Subsequen temente emente,, sac sa c discu discutid tidos os si sint nter  er ,   pelota pelotas s e miner minerio io gran gra nul ulado ado.. Uma   boa Uma boa ca car  r ga ga de alt alto-f o-forn orno o con consis siste te,, em su sua a mai aior oria ia,, de si sint nte er e/ e/o ou pe pelo lota tas s. As rgas rga s de sinter sac co comu muns ns na Eu Euro ropa pa e As Asia ia,, en enqu quan anto to q ue as carga cargas s de pelot pelotas as o usadas na Am Ame eri rica ca do No Nort rte e e Esca Escand ndin inav aviia. Mu Muit itas as em empr pres esas as us usam am si sint nter  er , 1m como pelot otas as,, co contudo ntudo,, em proporc; proporc;:6es mui muito to dif difere erente ntes s.

,• a mi mine neri rio o gr gran anul ulad ado o"   e re rela lattiva vame ment nte e es esca cass sso o e,   geralmente, geralmente,   possui propr propriedad iedades es defi de fici cien ente tes s pa para ra a car carga ga..   Ele e usad usado o co como mo um uma a al alte tern rnat ativ iva a ba bara rata ta as pelo pelota tas s.   Para se obter uma operagao de alto-forno de alta produtividade e baixo consumo espe es peci cifi fico co de coque coque,, a pr prop opo or gao g ao max axim ima a do mine mineri rio o gra ranu nula lado do fi fica ca na fai faixa de 10% 10 % a 15 15%. %.   A pro propo porg rgao ao de depe pend nde e da qda qdali lida dade de do mine mineri rio o gr anul a nulad ado o po pois is exist existem em caso ca sos s de exit exito o do uso uso de maio maiore res s pr pro oplJrgoes rgoes..

 As exigencias para a carga do alto-forno se estendem a: o   A comp co mpos osiigao qufmica da carga: ap6s os processos de redugao e fus fusao, a comp co mpos osig igao ao co corr rret eta a do ferr ferro o e esc6 esc6ri ria a te tem m qu que e se serr al alca cang ngad ada a. A comp compo osi siga gao o da carg ca rga a e dis discu cuti tida da no Cap Capit itul ulo o 6. o A perrme pe meab abil ilid idad ade e ao f1 f1u uxo de ga gas s: boa pe perm rmea eabi bili lida dade de ver ersu sus s deg egra rad dag agao ao e incham inc hament ento o do materi material. al. o As propr proprie ieda dade des s de amo amole leci cime ment nto o e fu fusa sao o: ra rapi pida da tr tran ansi siga gao o do esta estado do s6 s61i 1ido do pa para ra o liquido. liquido.  A redugao da carga e determinada pelo contato entre 0 gas e as partfculas da carga,,   bem co carga como mo pe pela la di difu fusa sao o do gas gas na nas s pa part rtfc fcul ulas as.. Se uma uma ad adeq equa uada da re redu duga gao o sera se ra ou na nao o ob obti tida da no altoalto-fo forn rno o, is isto to sera sera di dita tado do pe pela la "es estr trut utur ura a de ca cama mada das s" da carg ca rga a no forno forno,,   pel pel a perm permea eabi bili lida dade de da das s ca cama mada das s e pelo pelo f1 f1ux uxo o in intterne de gas gas do alto-forno. as efeitos do fluxo de gas dentro do forno se sobrepoem as prop pr opri ried edad ades es de red redut utib ibil ilid idad ade e do dos s compo compone nent ntes es da ca carg rga a pu pura ra.. Na zona zona da cuba a perm permea eab bili lida dade de da car carga ga ao gas gas e dete determ rmin inad ada a pe pela la quant quantid idad ade e de fino finos s (v (vej eja a a Figur Figura a 14 14)).   ConsideramConsideram-se finos 0 material < 5 mm. Ca Caso so ha haja ja fi fino nos s em dem emas asia ia,, a fra fraga gao o de vazi vazios os us usad ada a pa para ra 0 tr tran ans spo port rte e do ga gas s de re redu duga gao o Ir Ira a dimi di minu nuir ir e afetar afetara a 0 f1 f1ux uxo o bru bruto to de ga gas s pe pela la ca carg rga. a. Ex Exis iste tem m du duas as fo font ntes es de finos finos:: fino fi nos s ca carr rreg egad ados os no fo forn rno o e fi fino nos s ge gera rado dos s pe pelo lo proces processo so no int inter erio iorr da cuba cuba..

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Figura 14 Fig rmea eab bililid ida ade ao f luxo de gas de dep pende da fr ageo de vazio ios s, que por  sua ve vez z 14:: A perm depe dep end nde e da ta taxa xa entr e part rtic icul ulas as menore enores s e maior es. es. Exe xempl mplo o de do dois ti tip pos de partic articul ula as esf f er icas que entra es ntram m   na pr opor geo: geo: Peq equ uen eno o vo volu lume me (Vp) e Gra ran nde volume (V (Vg g).

Dur ant ante 0 pr primeiro pa pass sso o da re redU dUf; f;:a :aOde Ode he hema mati titta par ara a ma mag gne nettita ta,, a es esttrutu rutur  r a dos matteri ma riai ais s da ca car ga g a se enfr enfraq aque uece ce e os os fino finos s sa sac c ge gera rado dos s. Em par  par ticular , 0 sin sinte terr e o min miner  er io granulado sac propensos a esta,   assi assim m ch cham amad ada a, deg degr  r adar,: adar,:ao sob r edu dur, r,::ao ao.. Um requi requisi sito to im impo port rtan ante te pa para ra a car carga ga do alto alto-f -fom omo o e mant manter er os fin finos os em um ni nive vell ba baiixo xo,, ou   seja: • Um pen peneir  eir amen ento to ad adeq equa uado do do dos s mate materi riai ais s da ca car  r ga antes do carregam carregament ento o. Peneir as com ori orifi fic cios de 5 -   6 mm faze fazem m pa par  r te da prati pratica ca no norm rmal al de opera operaya yao o . • Bo Boa as pro propri prie eda dade des s de de degr grad ada ayao so sob b redu redur, r,:8 :80 0.

o t6pico

e de import importanc ancia ia esp especi ecial al,, um uma a ve vez z qu que e du dura rant nte e 0 car carre rega game ment nto o do fo fomo mo os f inos inos   nos ma mate teri riai ais s da carg carga a te tend ndem em a se conce concent ntra rarr so sob b 0 pont ponto o de impac impacto to,, na sup upe erfic rficiie da ca carg rga a. Na Nao o ob obst stan ante te,, quanta mais lento for 0 aquecimento e a redur  re dur ,:ao do mater ial, ial, ma mais is se aumen aumenta ta a degr degrad ada ayao po porr redu redur, r,:8 :80 0:   de de fo form rma a qu que e, um ane nell no nivel da carg carga a co com m um uma a co conc ncen entr trar ar,: ,:ao ao re rela lati tiv vam amen entte alt lta a de de f inos Ira impe ped dir 0 f 1uxo de gas,   mas ta tamb mbem em,, so sofr frer er um uma a al alta ta de degr grad adar ar,: ,:80 80 po porr re redu dur, r,::80 80,, por que 0 aqu quec ecim ime ento e lento:   um circu circulo lo vi vic cioso oso..  Assiim qu  Ass que e a ca car ga comer ,:a a amo mole lece cerr e fu fund ndiir ,   a permeabilidade ao gas f ica altame ment nte e r eduzida. Desta forma, 0 desejavel e que esse processo ocor ra ra a I mpe per  r aturas r elativam lativame ent nte e   altas. altas.   As As propri rie edades de fus80 da carga sac d t r mina minadas pe pella sua composir, omposir,:80 :80 qu quiimica e mi mineral6gica neral6gica.. 0  in  iniici cio o do pr proc oces esso so 000 0 a 1.1o o o e , ao m p Iotas e min ine er ios gr anul anulados se da a tempe tempera ratu tura ras s de 1.00

passo pass o qu que e altas.

0

sint si nter er ba basi sico co ge gera ralm lmen ente te

come co mec; c;:a :a a se fund fundir ir a temp temper erat atur uras as

mais ma is

•   Composic;:ao quimica. •   Distribuic;:ao de tamanho. tamanho . • Pro Propri prieda edade des s met metalu alurgi rgicas cas co com m rel relac ac;;:aoa: •   Res Resis iste tenc ncia ia a fr io, •   Degradac;: Degradac;:ao sob sob red reduc uc;;:ao :ao,, • Pr opr  opr ied edad ades es de am amol olec ecim imen ento to e fu fusa sao. o.

E   impo import rtan ante te pa para ra a per perme meab abil ilid idad ade e

ter ba ter baix ixa a pr prop opo or c;: c;:ao de fi fin nos «5%   abaix abaixo o de 5mm mm)) e te ter um uma a fa faix ixa a re rest str  r ita i ta de ta tama manh nho. o. A me medi dic; c;:a :ao o da fra frac; c;:a :ao o de f inos i nos ap ap6s 6s 0 pene pe neir iram amen ento to na cas casa a do dos s si silo los s - em embo bora ra di difi fici cill de faz fazer  er  -   podera podera dar ind indica icac;: c;:6e 6es s se uma quantidade excessiva de finos foi ou nao carregada no forno . Uma descric;;:a descric :ao o suci sucint nta a do dos s te test stes es us usad ados os pa para ra ca cara ract cter eriz izac ac;: ;:ao ao do dos s ma mate teri riai ais s 1 3   dada 1 3   en abaixo..   0 objetivo abaixo ente tend nde er a te term rmin ino olo log gia ia.. Em muit itas as sit itu uac ac;: ;:6 6es es,, os deno de nomi mina nado dos s te test stes es de tamb tambor oram amen ento to sa saD D usad usados os.. Um Uma a am amos ostr tra a de mate materi rial al 1 3 tamb ta mbor orad ada a de dent ntro ro de um cili cilind ndro ro ro rota tati tivo vo po porr um nume numero ro de dete term rmin inad ado o de rota rotac; c;:6 :6es es..  A distribuic;:ao de tamanho ap6s 0   teste 13 de dete term rmin inad ada a e usad usada a co como mo in indi dica cado dorr de quali qu alida dade de (Fi (Figur gura a 15 15). ).

 A resistencia a frio 1 3 ,   em em sua maioria,   car caracterizada por um teste de tamboramento:: um tamboramento uma a qu quan anti tida dade de de mat mater eria iall 1 3   ro rolada em um tambor rotativo e a quan qu anti tida dade de de fino finos s 13 an anali alisa sada da ap ap6s 6s 0   tam tambo bora rame ment nto. o. Pa Para ra pe pelo lota tas, s, a resi resist sten enci cia a a   com compr pres essa sao o a frio frio 1 3   determinada. determinada. Ela 1 3 a forc forc;:a ;:a neces necessar  sar ia para quebrar uma pelota.. pelota

Os testes de degradagao sob redugao sac executados aquecendo-se uma amos am ostr tra a da carg carga a a 500 500°C °C,, re redu duzi zind ndo o a amo amost stra ra co com m ga gas s co cont nten endo do CO (e as ve veze zes s H2). Ap Apos os 0 teste a amostra e resfriada, tamborada e a quanti tid dade de finos e determinada. 0 re resu sult ltad ado o e 0 pe perc rcen entu tual al ab abai aixo xo de 3 ,15 mm mm..

o

teste HOSIM (teste que simula a redugao na zona superior do alt lto o-fo forrno) pr o mov ove e a red redug uga ao da am amos ostr tra a seg egu und ndo o um pe perf rfil il te temp mper era atu tura ra / comp compos osig iga ao de gas semelhante ao existente na zona supe r ior do alto-forno. A amostra e tamb ta mbor orad ada a ap apos os 0  teste  teste..   Os resu result ltad ados os sa sac c:   red redut utib ibili ilida dade de (g (gra rau u de redu reduga gao o ap apos os completar  0 ci cici cio) o) e degr degrad adag agao ao po porr re redu duga gao o (p (per erce cent ntua uall de fin finos os ab abai aixo xo de 3, 3 ,15 mm apos 0tamboramento).

 A f abri a brica caga gao o de sin sinte terr co come mego gou u co como mo um uma a ma mane neir ira a ef efic icie ient nte e de utili utiliza zar  r    fino finos s minerio e reciclar os subprodutos da usina no alto-forno. roc cess sso o 0 pro sin inte teri riz zaga gao o e us usad ado o par ara a fu fund ndir ir par arc cia iall me men nte e agre agreg gar os fino finos s de mi min ner erio io ferro fe rro..   A res resis iste tenc ncia ia mec ecan anic ica a do agre reg gad ado o dep epe end nder era a da qu quan anti tida dade de e tip tipo o materi rial al fu fund ndid ido o en entr tre e as parti particu cula las. s.

de de de de

Dwi wig ght e Lloy Lloyd d co cons nstr trui uira ram m em 19 1906 06 as prime primeir iras as si sint nter eriz izag ag6e 6es s co cont ntin inua uas s . Uma apr ese sen ntagao esquematica e mostrada na Figura 16 . A qualidade do sinte ter  r  melh me lhor orou ou de fo form rma a pr prog ogre ress ssiv iva a e, em var vario ios s pa pais ises es (E (Eur urop opa, a, Ja Japa pao, o, Br Bras asil il,, Co Core reia ia), ), o sint inte er e a ca carg rga a pr pred edom omin inan ante te do dos s altosaltos- fo forn rnos os.. Os sub ubpr prod odut utos os da das s planta plantas s co como mo 0 po po,, pr prov oven enie ient nte e do cole coleto torr de po do al alto to-fo -forn rno, o, os finos com ori rig gem no peneiramento do sinte terr/pelota/m /miinerio, carepas de lamin inag aga ao e outros materiais sac reaproveitados na fabricagao de sinter.  Atu  At ualm lme ent nte e, as gr andes maquinas de sinter possuem 5 metros de largura e poss ossu uem um comprimento de 120 metros, com uma area uti I de de 400 m 2. A pr odutivi utivida dad de ti tip pic ica a e de de 30 - 45 tlm tlm2/dia.

sint nter er o si

e pro produ duzi zido do co conf nfor orme me a seg segui uir. r. Ap Ap6s 6s a ent entre rega ga do dos s fi fino nos s de miner minerio io pa par  r a a siderurgica,, es siderurgica esse ses s sa sac c ar arma maze zena nado dos s e mis mistu tura rado dos s em prop propon on;; ;;6e 6es s se sele leci cion onad adas as.. A homo ho moge gene neiz iza< a<;; ;;ao ao (b (ble lend ndin ing) g) po poden den'! '! se serr fe feit ita a mi mist stur uran ando do qu quan anti tida dade des s ap apro ropr pria iada das s numa nu ma co corr rrei eia a tr tran ansp spor orta tado dora ra an ante tes s da si sint nter eriz iza< a<;; ;;ao ao ou por ap apli lica ca<; <;;a ;ao o de um uma a pilha de ho homo moge gene neiz iza< a<;;a ;;ao, o, a qual e deposi deposita tada da nu numa ma di dire re<; <;;a ;ao o lo long ngit itud udin inal al e consum consumid ida a em co cort rtes es tr tran ansv sver ersa sais is.. A carga de sinter contem calcario, finos de sinter  reto re torn rnad ados os e finos finos de co coqu que. e. A ho homo moge gene neiz iza< a<;; ;;ao ao e fe feit ita a em um ta tamb mbor or ro rota tati tivo vo,, onde on de a agua agua e adici adicion onad ada a em 5 - 7% pa para ra a li liga ga<; <;;a ;ao o (a (agl glom omer era< a<;; ;;ao ao)) pr prim imar aria ia en entr tre e E   im as particulas de minerio. importante que a mistura tenha uma boa permeabilidade,, pa permeabilidade parra fa faci cili lita tarr a pass passag agem em do ar que que e suga sugado do at atra rave ves s de dela la,, e os fino fi nos s de coqu coque e (e mag magne neti tita tas) s) po poss ssam am ge gera rar  r  0 ca calo lorr ne nece cess ssar ario io pa para ra 0 pr proc oces esso so de sinteriza<;;ao.. sinteriza<;;ao  A mistura e depositada em camadas de   35 350 - 650   mm de altura na esteira. Primeiramente,, um Primeiramente uma a pe pequ quen ena a ca cama mada da de sin sinte terr (n (num uma a fa faix ixa a ti tipi pica ca de ta tama manh nho o de mm) e dep deposi ositada tada,, a qua quall im impe pede de qu que e a fre frent nte e de quei queima ma al alca canc nce e a gre grelh lha a 15 a 25   mm) (cam (c amad ada a de pr prot ote< e<;; ;;ao ao). ). 0 pr proc oces esso so de si sint nter eriz iza< a<;; ;;ao ao co come me<; <;;a ;a co com m a ig igni ni<; <;;a ;ao o da cama ca mada da su supe peri rior or.. Os exau exaust stor ores es su suga gam m 0 ar atraves do leito de mistura. Os comb co mbus usti tive veis is no lei leito to gera geram m 0 ca calo lorr pa para ra fu fund ndir ir pa parc rcia iall men mente te a esc6r esc6ria ia e aglom aglomer erar  ar  as parti particu cula las s de miner minerio io.. No fin final al da estei esteira ra,, a fre frent nte e de quei queima ma pa pass ssou ou po porr toda toda a mist mi stur ura a at ate e a parte parte in infe feri rior  or .   8ubsequentemente, 8ubsequentemente, sinter ter e descarre descarregad gado o,   quebrado, quebrado, 0 sin resf re sfri riad ado o e pe pene neir irad ado o em fr fra< a<;; ;;6e 6es s ap apro ropr pria iada das. s. Os finos finos de si sint nter  er  « 5 mm mm) sac reus re usad ados os;; pa part rte e do produ produto to re reto torn rna a   (15-25   mm) mm) pa para ra a ca cama mada da de pr prot ote< e<;; ;;ao ao e 0 rest re stan ante te e envia enviado do pa para ra os silos silos do alto alto-f -for orno no.. A ev evol olu< u<;; ;;ao ao do pr proc oces esso so e mostr mostrad ada a na Fig Figura ura 17 17.. Fr ent ente de Sec Se cag age em, Mis istur  tur a  Fr ia

Chama

Pr e- Aq  Aqu uec ecim ime ent nto o

Sinter  Plastico

Figura 17: Ev Evol oluq uq80 80 da Pro Produ duq8 q8o o de Sint Sinter er:: pe perf rfil il da temp temper erat atur ura a homoge hom ogenei neizaq zaq8o 8o dur durant ante e a   sinterizaq80

da

Do ponto de vista quimico, e importante observar que a cal (CaC03,   CaO) adicionada ao sinter e importante como fundente para 0 al alto to-f -for orno no.. N6s N6 s discriminamos 0 si sint nter er ac acid ido, o, 0 si sint nter er au auto tofu fund nden ente te e 0 si sint nter er su supe perf rfun unde dent nte. e. 0 sint si nter er au auto tofu fund nden ente te ad adic icio iona na a cal cal ne nece cess ssar aria ia pa para ra ne neut utra rali liza zarr se seus us co comp mpon onen ente tes s acid ac idos os (8 (8i0 i02 2). 0 sinter superfundente adiciona CaO extra para 0 al alto to-f -for orno no.. A vantagem de se adicionar cal no sinter e que que a rea rea <;;013de cal calcin cina<; a<;;ao ;ao (CaC03 (CaC03 -7 CaO + C02 C02) qu que e co cons nsom ome e 11 kJ/m /mol ol,, oc ocor orre re fo fora ra do al alto to-f -for orno no e na nao o im impa pact cta a 0 117 7 kJ balan< bal an<;;ot ;;oterm ermico ico do forno. forno.

No sint nter er co cont nten endo do fu fund nden entte, a cal cal ab abai aixa xa a temp temper era atura da si sinteriza< eriza<;: ;:ao ao e, sob temperatu emperatur  r as relativamente baixas (1 (1..100 - 1.300°C),   forte fortes s ag aglo lome mera ra< <;:6es aconttecem acon ecem.. Isto compensa a ene ener gia requerida para a rea rea<;:a :ao o de ca callcin cina a<;:a :ao o A temper  tempe r atura da fr frente de que queima de ur  ur n sinter co cont nten endo do fu fum mJe Jent nte e e ma mais is ba baiixa do que a de urn sint nter er ac acid ido o,   proporci proporcionando gastos menores com manuten<;:ao ao.. Finalmente,, se C02 for  r emov Finalmente e movid ido o fo fora ra do al alto to-f -for orno no,, ele nao inte ter  r ferira ferira com as rea< rea <;: ;:6e 6es s de r edu<; edu<;:ao :ao.. 0 sinte terr possui uma resistencia minima quando sua basicida asicidad de (CaO/Si0 CaO/Si02 2)   e de apr  apr oximadamen imadamentte 1.3 1. 3. A uma ba basi sic cidade >  2  siinter   2;; 0 s e mais f ort rte e e a pr  pr odut o dutiv ivid idad ade e da si sint nteri eriz za< a<;;:a :ao o e ma mais is al alta ta.. Os pon onto tos s basi sico cos s qu que e in infl flue uenc ncia iam m a prod produ utividade ividade,, cu cust stos os e op ope er a<; a<;:a :ao o da maquina de sinter sac: •   A se sele le< <;: ;:ao ao da mist mistur ura a ap apr  r opri o priad ada a da alim alimen enta ta< <;:a :ao o de si sint nter er e im impo por  r tant t ante e do pont ponto o de vi vist sta a de custo custo..   A ma maio iori ria a da das s em empr pres esas as us usa a mo mode delo los s "valor-em-uso valor-em-uso""   atribuindo prem remios ios e penalid penalidade adeS S'   para para to todo dos s os aspe aspect ctos os do miner minerio io pa para ra si sint nter  er . Nao apenas apenas o seu va valo lor  r    de Fe,   mas mas tam tambem bem 0 va valo lorr de outro outros s el elem emen ento tos s co como mo 0 f6 f6sf sfor oro. o. Es Este te ulti ltim mo te tend ndo o um uma a pe pena nali lida dade de.. • A mi mist stur ura a ap apro ropr pria iada da in incl clui ui a di dist stri ribu bui< i<;;:ao de ta tama manh nho o do dos s va vari rios os ma mate teri ria a is is.. Materi riai ais s mu muit ito o fi fino nos s na nao o po pode dem m se serr faci facilm lmen ente te si sin nter eriz izad ados os,, po porr ca causa do impacto negattivo par a a per nega perme meab abiili lida dade de do leit leito o de sint sinter er.. 0 tam aman anho ho e a qua quant ntid idad ade e do dos s fino fi nos s de coq coque ue sa sac c im impo port rtan ante tes s pa para ra a qual qualid idad ade e do sint sinter er.. •   A com compos posi< i<;;:a :ao o quim quimic ica a do si sint nter er e im impo port rtan ante te.. Se a basi basici cida dade de fo forr ma mais is al alta ta,, a pr odutivid idad ade e da si sinter iza<;:ao iza<;:ao aumenta. aumenta.   0 teor  r    de Mg MgO O te tern rn que que se ser  r    aci acima ma de 1,4% 1,4% para   uma ade adequa quad da   degrada<; degrada<;:ao sob red redu<; u<;::ao. • Uma   vez vez qu que e e necess necessar  ar io calor  pa par  r a ca calc lcin ina ar  0 calcar io, 0  uso uso de ca call au aume men nta a pr odut dutiv ivid idad ade e da ma maqu quin ina a de sinter , tamb mbem em por aume aument nto o da pe per meabi meabilidade lidade.. • As pr eocupa<; eocupa<;:6 :6es es co com m 0 me meiio am ambi bien entte tern urn imp mpac acto to lo loca call   de d e peso na oper a<;: a<;:ao ao da si sin nteriza< eriza<;: ;:ao ao.. Nao ap apen enas as a pa part rtir ir da pe pers rspe pec ctiva de uso de materiais tipo "r esiduos", esiduos", mas tambem as pr eocupa<; eocupa<;:6es que poderao ser  ge gera rada das s co com m rella<;:a re ;:ao o as emi emiss ss6e 6es s de um uma sint sinteri riza< za<;: ;:ao ao..

o

sinter e feito em tres tipos diferentes ferentes:: si sint nter er ac acid ido o,   aut autof ofun unde dent nte e e su supe per  r  fundent funde nte e. 0   sin sinte terr au auto tofu fund nden ente te e 0 mai mais s com comum um.. Um Uma a ve vez z que as propr proprie ieda dade des s da sinter  var iam iam com 0 ti tipo po de mi mist stur ura a e co comp mpos osi< i<;;:ao qu quim imic ica a,   some soment nte e al algu guma mas s obse ser  r va< a<;: ;:6es 6es qu qual alit itat ativ ivas as po pode dem m se serr feita feitas s.  A qualilidade dade tern a ver com: com: • A distribui< tribui<;: ;:ao ao de ta tama manh nho: o: 0 tamanho medio do sinter varia de 17 a 30 mm conforme medi dido do ap ap6s 6s a si sint nter eriz iza< a<;;:ao ao.. Quanto mais basi co e 0 si sint nter er,, me meno norr e 0 I manho medi dio. o. 0 si sint nter er de degr grad ada a du dura rant nte e 0 tr tran ansp spor orte te e 0 manuseio e por iss sso o d v se serr r epe pen neir irad ado o no nos s alto altos s-fornos fornos.. 0 si sint nter er es esto toca cado do no pat patio io po pode dera ra te terr suas suas pr pr id id des alt lte er ada das. s. Caso ele tenha que ser usado no alt alto-forno forno,,   dever devera a se ser  r  nrr 9 do m pequenas pr opor< por<;: ;:6es 6es,, di dilu luid ido o no sinte sinterr re rece cem m pr prod oduz uzid ido. o.

• Re Resi sist sten enci cia a a fri frio: o: no norm rmal alme ment nte e me medi dida da pa parr me meio ios s de um test teste e de tam tambo bora rame ment nto. o. Quan Qu anta ta ma mais is co comb mbus usti tive vell e us usad ado, o, ma mais is fo fort rte e e   a sinter. A r esistencia esistencia a f r  rio i  o influ in fluen enci cia a a pro produ duti tivi vida dade de da sin sinte teri riza zaga gao, o, um uma a vez que um uma a ba baix ixa a re resi sist sten enci cia a a f rio rio resu re sult lta a nu numa ma al alta ta taxa taxa de recic recicla lage gem m de fino finos. s. • Pr Prop opri ried edad ades es de deg degra rada daga gao o pa parr re redu duga gao. o. A redug redugao ao de hemat hematita ita pa para ra ma magn gnet etit ita a cau ca usa te ten nsao na part partic icu ula de sin sinte ter. r. Qu Qua ant nta a mais fo fort rte e fo forr a sin sinte ter, r, ma maio iorr sera a resistencia a estas tensoes. As propriedades de degradagao pa r    redugao melh me lhor oram am co com m um uma a es estr trut utur ura a ma mais is de dens nsa a do sin sinte ter, r, au seja seja,, qu quan ando do a si sint nter  er  e   feito com mais finos de coque. Como consequencia do aumento de finos de coque usad us ado, o, a tea tearr de FeO do sint sinter er Ira au aume ment ntar ar.. A partir partir de corre correla lago goes es ex expe peri rime ment ntai ais s sabe sa be-s -se e qu que e,   par para a um dado dado tipo de sint sinter er,, a de degr grad adag agao ao pa parr re redu duga gao o au aume ment nta a co com m a tea tearr de Fe FeO O. • Na us usin ina a si side deru rurg rgic ica a da Corus Corus,, na cid cidad ade e de IJ IJmu muid iden en,, a sint sinter  er  e   caracterizado pelo pe lo teste teste de deno nomi mina nado do HO HOSI SIM M, qu que e qu quer er di dize zerr "t "tes este te de simul simulag agao ao do altoalto-fo forn rno" o".. No teste, teste,   a sinter  e ex expo post sto o ao pad padra rao o de te temp mper erat atur uraa-re redu duga gao o expe ex peri rime ment ntal al me ment nte e obse ob serv rvad ado o no for forno no.. A re redu duga gao o e co cont ntin inua uada da at ate e a fin final al da etapa etapa de re redu duga gao o ga gasssoli so lido do.. Ap Ap6s 6s a ta tamb mbor oram amen ento to,, a qu quan anti tida dade de de fin finos os « 3,1 3,15 5 mm) e a redut redutibi ibilid lidad ade e sao medi medidos. dos. • A fusa fusao o do sint sinter er e det deter ermi mina nada da pe pell a com compo posi siga gao o qu quim imic ica, a, au seja seja,, a com compo posi siga gao o quim qu imic ica a lo loca cal. l. 0 ma mais is im impo port rtan ante te e a basi basici cida dade de,, a pre preseng nga a de FeO e de Si02 Si02.. Este Es tes s da dais is ultimo ultimos s fu func ncio iona nand ndo o co como mo co comp mpon onen ente tes s qu que e abaix abaixam am a te temp mper erat atur ura a de fusa fu sao. o. A tem tempe pera ratu tura ras s de 1.200 1.200 - 1. 1.25 250° 0°C, C, a sin sinte terr co come mega ga a amo amole lece cerr e a fu fund ndir ir..  As partes muito basicas (CaO/Si02>2) se fundem a temperaturas mais altas, mas con onti tinu nua ara rao o te ten ndo te tem mpera ratu tura ras s de fus fusao pr pr6 6xim ima as de 1.3 .300 00°°C na pre preseng nga a de FeO Fe O su sufi fici cien ente te.. Se a Fe FeO O for for baixo baixo,, en enta tao o po pode dera rao o se serr obse observ rvad adas as te temp mper erat atur uras as de fusa fu sao o ex exce cede dend ndo o 1. 1.50 500° 0°C. C. To Toda davi via, a, a fus fusao ao em um alt altoo-fo forn rno o di dife fere re da fus fusao ao de materiais puros da carga,   uma uma vez que fortes interagoes entr tre e dife ferrentes compo co mponen nentes tes da carg carga a sa sao o observa observadas das.. U m re resu sumo mo do dos s pa para ra me metr tros os ac acei eita tave veis is de qual qu alid idad ade e do sint sinter er sa sao o e da dado do na Ta Tabe bela la 3. Tabe/a 3:   Cara Caracte cteriz rizaQ8 aQ80 0 o que e medido tamanho medio res re sis iste tenc ncia ia a frio

degrada<;:ao sob redu< redu<;:ao ;:ao

redutibilidade crepita<;:ao

 

distribui<;:ao qranulometrica distribui<;:ao gran gr anul ulom omet etri rica ca apos tamboramento distribui<;:ao granulometrica apos apo s red redu<; u<;:aoa :aoa 500° 50 0°C C e tamboramento perda de massa efei ef eito to do choque cho que ter termco mco

do sinter  sinter  e mine minerio rio aranu aranu/ado /ado faix fa ixa a de resultados aceitacao 15--25 mm 15 tamanho medio <2% < 3,15 mm > 6,3 mm

> 70-80%

< 10 mm

>52%

referencia ISO 4701 ISO 327 3271 1 JIS

< 28%

ISO 4696

%/minuto

> 0,8%

ISO 4695

< 6,3 mm

<8%

ISO 837 8371 1

<3,,15mm <3

tipo de ma mate teri rial al mu muit ito o he hete tero rogf gfme meo o. Pe Pesq squi uisa sas s co cond nduzi uzidas das em va vari rios os o   sinter  e um tipo tipos tipo s de si sint nter  er ,   em fo forn rnos os re resf sfri riad ados os,, te tem m de deix ixad ado o cl clar aro o qu que e va vari rias as fa fase ses s es esta tao o presentes presen tes simult simultaneame aneamente nte (Fi Figu gura ra 18 18). ). As fase fases s pr pres esen ente tes s ma mais is im impor porta tant ntes es sa sao o: • Ma Magn gnet etit ita a pr prim imar aria ia e se secu cund ndar aria ia (Fe Fe3 304).   A ma magn gnet etit ita a se secu cund nda a r ia e   formada durant dur ante e a sinter sinteriza izac c;:ao sob alt alta a tem temper peratu atura ra,, re redu duzi zind ndo o ar area eas s no ve veio io de sint sinter  er , ou seja,,   pr6xi seja pr6ximo mo ao coque coque.. • He Hema mati tita ta pr prim imar aria ia e se secu cund ndar aria ia (F (Fe ez03).   A he hema mati tita ta se secu cund nda ar ia ia e   for forma mada da no vei veio o de sinter sinter dur durant ante e 0 re resf sfri riam amen ento to do sint sinter er na pre pres senc;:a de ar  (oxigenio) oxigenio).. • As ferri ferrita tas s de ca calc lcio io sa sao o es estr tru uturas formadas a par partir da cal (CaO) e 6xi 6xidos de ferro.. ferro Fica claro pela Figura 18 que,   sob sob um uma a ba basi sici cida dade de em el elev evac ac;: ;:ao ao,,   uma uma fr frac ac;: ;:ao ao aume au ment ntad ada a de fer ferri rito tos s de cal calci cio o po pode dera ra se serr en enco cont ntra rada da.. Is Isto to tem tem co cons nseq eqOe Oenc ncia ias s de gran gr ande des s pr prop opon on;: ;:6e 6es s pa para ra 0 pr proc oces esso so de si sint nter eriz izac ac;: ;:ao ao,,   be bem como para 0 us usa a de sinter sin ter no alto-fo alto-forno rno.. 100 Outr os os

80 Ferrit rrita a de Ca Callcio

l

60

~

8

O J)

Hematita

E

~

Pr imar  imar ia

40

Mag agn netit ita a Pr imaria

o o

0.5

1.0

1.5 ..

.

2.0

2.5   3. 3.0

CaO aO+M +Mg gO

Baslcldade: "'0

01 2

3.5

Primei Prim eira rame ment nte e co cons nsid ider erem emos os as te temp mper erat atur uras as da cur curva va li liqu quid idus us do dos s ma mate teri riai ais s po por  r  tipo ti po de si sint nter  er .   as as mater eria ia is dos dos tipos tipos ac acid idos os po poss ssue uem m um uma a te temp mper erat atur ura a de curva curva liqu li quid idu us mu muit ito o ma mais is al alta ta do que que a do si sint nter er ba basi sico co.. Is Isto to e devi devido do ao fato fato de que que as estr es trut utur uras as do tip tipo o fe ferr rrit ita a de calc calcio io po poss ssue uem m um uma a te temp mper erat atur ura a de liqu liquid idus us da orde ordem m de 1. 1.2 200 00°°C (Figura 19),   ao ao passo que 0 sinter acido possui esta temperatura situ si tuad ada a be bem m ac acim ima a de 1. 1.40 400° 0°C. C. Is Isto to sign signif ific ica a ta tamb mbem em qu que e a sin sinte teri riza za98 980 0 do sint sinter  er  fund fu nden ente te ou su supe perf rfun unde dent nte e po pode dera ra se serr cons conseg egui uida da co com m tempe tempera ratu tura ras s ma mais is ba baix ixas as do que que e nece necess ssar ario io pa para ra a sint sinter eriz iza9 a980 80 de uma uma mi mist stur ura a pa para ra si sint nter er ma mais is ac acid ido o. Por  isso,,   0 sin isso sintter ac acid ido o e gera geralm lmen ente te ma mais is gr gros osse seir iro o e poss possui ui um uma a re resi sis ste tenc ncia ia a fri frio mais ma is al alta ta do que 0 sinte sinterr ba basi sico co.. 2 CaO aO·· AI  AI20;·Si02

1590'C

Fe O

B80'C 1500

Tepgratu gratulltt d" liquid idu us com %FgO valia lian ndo 30 10090 d3   linha linha P.- A  A((C30 C30''Si02=

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1). ~

•

Em se segu gund ndo o lu luga gar  r ,   co consideramos as pr opri o pried edad ades es de degr  gr ad ada9 a9a ao sob r edu9a edu9ao o do sinte inter  r . A fo for9a motri riz z da deg degr  r ada9 a da9ao ao so sob b redu redu9 9ao a baix baixa a te temp mpe er atur a do sinter e a passagem passage m da est estru rutu tura ra cr cris ista tali lina na de hema hemati tita ta pa para ra ma magn gne etita, 0 qu que e ca caus usa a te tens nsa ao intterna na estrutura cristalina dos 6xidos de f er  in er r  ro   . Assim, a degrad rada a9a 9ao o sob redu9ao redu9a o do si sinte terr es esta ta re rela laci cion onad ada a a   sua fr fra a9ao de hema hemati tita ta.. Co Con nf or me me mostra strad do na Figu gura ra 18,   exi exist stem em he hema mati tittas pri rima mari rias as e sec secu undarias no si sinter . Em pa part rtiicular , estas ul ulti tim mas causam degr ada9 ada9ao so sob b re redu du9a 9ao o, um uma a ve vez z   que que sa sao o mais fa faci cilmente lmente reduzi red uzid das na par parte te su supe peri rio or  do for forno no do que que as hema hematit tita as pri mar ias. Quanto Quan to mai ais s al altto for a fr a9ao a9ao de he hema mattita no si sinter , mais 0 sin intter  est sta ara pr prop ope enso degrada9 9ao sob red redu9ao ao.. Ou vice-ve vice-ver sa: sa: ha uma re rela la9 9ao f ort rte e entre 0 teo eor  r  de a   degrada FeO do si sint nter er e a degra degrada da9a 9ao o sob r edu9a edu9ao o: qu quan anta ta ma mais is al alto to 0 te teo or de FeO, men meno os degr  deg r ada da9 9ao Ira ocor rer. 0 teor de FeO do sinter podera ser aumentado adiicio ad iona nand ndoo-se se ma mais is combu combust stiv ivel el (f (fin inos os de coqu coque e) a   mistu mistura a si sinterizar .   Todavia, Todavia, a rella9a re a9ao o precisa entre 0 te teor de FeO do sinter e a qu qualidade do sinter depende da mis mi stu tura ra   de minerios usados.   As propriedades de degrada9ao sob redu9ao dep de pendem do tipo de FeO presente na estrutur a cr cris ista tali lina na.. Co Como mo ex exem empl plo o: uma alt lta a fra fra9 9ao de magne magneti tita ta na mist mistur  ur a   a sinte sinteri riza zarr ta tam mbem da um um si sinte nter  r    com com uma alta f r  ra9ao a   9ao de magn magnet etit ita a (p (pri rima mar  r ia) a).. Al Alem em do mais mais,, na pr esen e sen9a 9a de suf icie cien nte Si02, as chama mada das s es estr trut utur uras as fa faya yali lita ta (2FeO 2FeO..Si0 Si02 2) po pode dera rao o se serr for forma mada das s. Es Esttas estr uturas uturas sao sa o mu muiito es esta tave veis is e difi difice ceis is de reduz reduziir . Elas sao reduz uziida das s so sob b al alta tas s te temp mper erat atur uras as,, ou se j ja a,   as as cham chamad adas as re rea9 a96e 6es s de r edu9a edu9ao direta (veja a se9ao 8.2.1). Po Porr ou outr tro o lado ado,,   na pres presen en9a 9a de MgO, MgO,   estruturas de espin espinel elio io co cont nten endo do gr gran ande des s qu quan anti tid dades de Fe FeO O poder ao a o se serr fo form rmad adas as (esp espiinelio lio:: MgO MgO.. A12  A1203 co com m Fe FeO O). As estr uturas de espine es pinelio lio sa sao o re rela lattivamen ivamentte faceis de r eduzir .   Finalment Finalmente, 0 sinter  que f oi f or mad ado o sob so b altas tempe emper  r aturas aturas (si sint nter er ac acid ido o), ir a conte conterr es esttrut ruturas uras do tipo vi vid dr o e 0 Fe FeO e r elativament tivamente e dificil de se r eduzir  eduzir . possive el su supr prim imiir  r    a for forma ma9a 9ao o de hema hemati tita tas s se secu cund ndar  ar ias E   possiv

r esfr e sfria iand ndo o 0 si sinter  r    com ar  ar  de ba baiixo 02 (12 a 14%). Is Istto e fe f eito na Corus IJmuiden com um sistema de r eciclagem de ga gas. s. Co Como mo re resu sult ltad ado o 0 teo eorr de Fe FeO O do sint sinte er f ica i ca re rela lattivame ivament nte e alt lto o, devi vido do ao f ato ato de uma uma qu quan anti tida dade de me meno nor  r    de he hema mati tita ta se secu cund nda ar ia i a se serr for forma mada da.. Is Isto to pro ropor  por cio ion na um gra grand nde e be bene nefi fici cia a pa para ra as pro propr prie ieda dade des s de de degr grad ada a9ao sob r edu9ao edu9ao des estte   tipo tipo de   sin sinte ter. r. Al Alem em di dis sto,   0 valor calorifico do gas de topo do alto-forno aum ume enta nta,, uma vez   que que um uma a qu quan anti tida dade de me meno norr de oxig oxigem emio io tera tera qu que e se ser  r  re removida movida da ca carg rga a de min mine erio rio,, 0 qu que pr oporci oporcion ona a ta tamb mbem em um uma a cl clar ara a va vant ntag agem em fi fina nanc ncei eira ra.. Dur ante 0 pro proces cess so de si sint nter eriz iza a9ao existe uma diferen9a de peso entre 0 usa usa de CaO e MgO como fun funden dentes tes.. Am Ambo bos s os mater materia ia is sao sao no norm rmal alme ment nte e ad adic iciionados como co mo ca carbo rbon natos (cal calcar cario: io: CaC CaC0 030u do dolo lomi mita ta Ca CaC0 C03 3.MgC0 .MgC03 3). Os ca carb rbon onat atos os sa sao o decompostos na maqu maquin ina a de sint sinter  er , 0 que que co cons nsom ome e mu muit ita a en ener ergi gia a.   Cont Contud udo, o, as fus6 fu s6es es conte tend ndo o qu quan anti tida dade des s su subs bsta tanc ncia iais is de cal cal CaO CaO po poss ssue uem m um uma a te temp mper erat atur ura a d liqu iquiidus baixa,   cerc cerca a de 1. 1.10 100 0°C para misturas de 20 a 27 27%   CaO CaO e 6xid 6xidos os de f  rr o. Par a as fu fus6 s6e es contendo MgO -   as es estr trut utur uras as de esp espine neli lio o me menc ncio iona nada das s elm - as   temper  temper atu tura ras s de fu fusa sao o sa sao o mu muit ito o ma mais is alta altas. s. Des estta   form forma, a, e mais mais fa faci cill esc6 c6r  r ia no sinter  com a   ajuda   de CaO   do que com MgO. E f  r m r  lig 9"0 de es r  1m nl nl:: prod rodu u9ao de sint inte er  co com m   CaO CaO po pode de se ser  r  f eita sob tempe mper  r aturas mais

27

baixas baix as.. Por Porem em,, redu<;:ao.. redu<;:ao

0

 siinter com alto MgO e ma  s mais is re resi sis sten ente te co con ntra a de degra grada da<; <;:a :ao o sob

Para 0  resu  resulltado final do sint nter er pr prod oduz uziido, e impo por  r tante notar que a mistura a sint si nter eriz izar ar e bast bastan ante te heterog teroge emea mea.. El Ela a co con nte tem m var ios tipos de mater materia iais is e exis existe tem, m, localmente,, localmente composi comp osi<;: <;:6es 6es var iadas adas.. As par ticulas de miner io podem ter um taman anh ho de ate ate 5 mm, mm, f ino nos s   de coque coque ate 3 mm e cal calcario e dol dolomita ate 2, 2,5 5 mm. Todos To dos os tipos tipos de co comp mpos osi< i<;: ;:6es 6es quim quimic icas as es esttao pr esent e sentes es num numa a es escal cala a mi micr cro o,   onde a sint sinteri eriza< za<;;:ao acontece. acontece. Os tipo tipos s de mat mate eri ria ais usa sad dos os,,   a distr  distr ibui<;:ao ibui<;:ao de tamanho dos do s va vari rios os ma mate teri riai ais s,   a homo homogen gene eiza< za<;;:ao da mistur ura, a, a qua quant ntid idad ade e de Iiga Iiga< <;: ;:6e 6es s de esc6 es c6ri ria a fo form rman ando do ma mate ter  r iais na mi mistura stura,, be bem m com omo o a qu quan anti tid dad ade e de comb combus usti tive vell usada para a sinter iza<;:ao za<;:ao,, todos te tem m   seus pr6 r6pr prio ios s as aspe pect ctos os ne nega gati tivo vos s pa para ra a qualilid qua dade do sint nte er. Ist sto o torn rna a a otimi timiz za< a<;: ;:ao ao da da qu qual alid idad ade e do si sint nter er um de desa safi fio o tecnoll6g tecno 6giico especifi fic co da usi usina. na. Nas se< Nas se<;;:6e 6es s ac acim ima a n6 n6s s. enfatiz nfatizam amo os a imp impo ort rtanc anciia da degra degrada da<; <;:a :ao o sob sob re redu du<; <;:a :ao o do sinter. sint er. Qu Qua anto mais bai aix xa f or a degr ada< a da<;: ;:ao ao,, ma mais is de defi fici cien ente te se sera ra a re redu du<; <;:a :ao o do sin inte ter  r . As es e str utur  utur as as tipo ag agu ulha de fer  fer r  r ita tas s de cal calci cio o sac relat ativ ivam amen ente te ab aber erta tas s e f icam facilmen cilmentte acess ssiiveis ao gas gas de redu<;: ;:ao ao no alto alto-f -for orno no.. A frio frio,, 0 si sinte nterr e forte forte (ou se se ja  ja,, bons r esu sultados ltados no ensa ensaio io de tambor) ambor),,   a degrada<; degrada<;:ao durante 0 transporte tam amb bem e   boa boa,, por em, em, a r edu<;: du<;:aore aorellativam amen ente te ra rapi pida da no al alto to-f -for orno no fa faz z co com m qu que e 0 sinte sint er se j ja a muito pr opens enso o a de deg gr ada<;: ada<;:ao ao sob sob r edu<; edu<;:a :ao. o. As es estr trut utur uras as ma mais is s6 s61i 1ida das s no sinter pos oss suem pr opr  opr iedades melho elhor  r es neste aspecto. A de degr grad ada< a<;: ;:ao ao so sob b redu<;:a redu<;: ao leva a uma permeabi rmeabillidad idade e mais deficien entte das camadas da carga de mine mi neri rio o no alto alto--f orno e imp mped ede e um uma a r edu< du<;:a ;:aoapro oaprop priada dos 6x 6xido idos s de fer ferro ro..

 A produc produc;;:a :ao o de pelo pelota tas s e um pr proc oces esso so d e des dese envo volv lviiment ento o re rellat atiivam vame ente r ece cen nte e e foi moti tiv vado pel ela a ge gera rac c;:ao de f r  r ac;: ;:6e 6es s mu muiito fi finas nas de min ine erio rio,, r esultad esul tado o dos meto me todo dos s de en enriq rique ueci cime men n to de mi mineri o usados. Uma planta   d e pelo lottizac ac;:a ;:ao o e mosttrada na Figura 20. A maioria das plantas de pelo mos elottizac;:a ac;:ao o es estta   localizada localizada proxim pro ximo o as minas minas..   A produc; produc;:ao de pel pelota otas s oco ocorre rre em 4 passos. passos.

ita a uma mis isttura de mine mineri rio os mu muit ito o f inos nos,, a   qual poder ao se serr adiciona nados dos fin finos os E f eit de co coqu que e (ma maxi xim mo de 1% 1 %).   A mis istu tura ra e pr pre e-aglo aglom mera erada da em pelo elota tas s denom ominad inadas as verd ve rdes es em disco discos s ou tamb tambor ores es ro rota tati tivo vos s .   Neste Neste pa passo sso,, ag agua ua e um ag agllutin tina ante sac adicionados a mi mis stu tura ra.. a me meca can nis ism me se da co conf nfor  or me a seg segu uir : Na super f f icie icie de uma um a pa part rtic icul ula a de miner minerio io,,   uma ca cama mada da fi fina na de agua esta pr esente, permi mitind   tindo o a part articu icula la for forma mar  r    uma pon ponte te de agu gua a co com m um uma a out outrra par ticul ticula a. Quan uand do a pe pellot ota a gir a, mais e mais mais particulas podera rao o ad erir . a contr ole ole da gra ranu nullome omettria e fei eit   to po por  r  pene pe neir iram amen ento to.. as f ino nos s sa sac c re reto tor  r nad ado os pa para ra os tam ambo bore res s ou discos r otat tatiivos os..

 As pe pelo lota tas s ve verd rdes es sa sac c ca carre rrega gada das s vi via a uma pe pene neii r a para uma grad rade e de trans transpo por  r te te e tem que secar .   A ag agua ua de li liga gac; c;:a :ao o  t te em que ser substitui tuid da por u m ag aglomeran erantte quimi imico co qu que e po pode de ser mine miner  r al al (ben benttoni nita ta))   ou orga organi nic co. Na sec ecagem agem,, as pelo pelotas sa sac c grad radua ualm lmen ente te aq aque uec cidas a 300 - 350 50°°C.

 As pelota  As tas s   seca secas s sa sac c aq aque ueci cida das s a uma uma tempe tempera ratu tura ra de 1.250 1.250 -   1.350° 1.350°C e os fin finos de min ine erio sac agl aglome omerad rados os.. a ca calo lorr ne nece cess ssar ario io ve vem m dos quei queima mado dor  r es, es, bem como como da queim ima a   d os os fi nos de coque adicionados aos finos originais .   Essa f ase e chamada tamb mbe em de "endurecimento endurecimento". ".

 As pelota  As tas s queim ima adas te tem m qu que e se serr resfr resfria iada das s.   Durante 0 p  pr  r ocesso, ocesso , 0 resfr iamento e contro ntroll ado, de f orm rma a a im impe ped dir a de degr gra ada dac c;: ;:a ao da das s pe pelo lota tas s. Pa Para ra 0  tratamento I r mic mico das pe pellota tas, s, va var  r ias i as in inst sta alac ac;;:6es estao estao disp disponive oniveis is.. Um leito leito move movel,   um forno d sistema de for forno no de calc calciinac nac;;:ao com gr grad ade e po pode dera rao o se serr us usad ados os.. li b, ou um sist

Com a com Com compo posi siya yao o qu quim imic ica a e 0 en endu dure reci cime ment nto o ap apro ropr pria iado do,, as pelot pelotas as ge gera ralm lmen ente te perm pe rman anec ecem em in inta tact ctas as no alto alto-f -for orno no.. De Dest sta a fo form rma, a, ao ju julg lgar ar a qua quali lida dade de da das s pe pelo lota tas, s, os asp aspec ectos tos pri princi ncipa pais is sa sao: o: • Re Resi sist sten enci cia a a fri frio, o, me medi dida da co como mo re resi sist sten enci cia a a   com compr pres essa sao o e os fin finos os ge gera rado dos s no tamboramento.. tamboramento • As propr proprie ieda dade des s de inch incham amen ento to.. Co Com m um uma a co comp mpos osiy iyao ao in inco corr rret eta a da esc escor oria ia,, as pelo pe lota tas s te tend ndem em a te terr pr prop opri ried edad ades es de inch incham amen ento to ex extre trema mas. s. Te Tend ndo o em vis vista ta que 0 fen6meno e bem conhecido , ele normalmente nao acontece com pelotas disponiv disp oniveis eis com comercia ercialmen lmente te.. • As pr prop opri ried edad ades es de degr degrad aday ayao ao so sob b re redu duya yao o .   Esta Estas s pro propri pried edade ades s rep repres resent entam am meno me nos s pr prob oble lema mas s co com m pe pelo lota tas s do que que com si sint nter er e min miner erio io gr gran anul ulad ado o. • 0 amole lec cimento e fus fusao. As pelotas tendem a fun fundir em temperatu turras mais baix ba ixas as do que 0 sinter . Seu volume e com composiyao de escori ria a e as foryas de ligayao, em sua malona, dete de term rmin inam am a qu qual alid idad ade e da das s pe pelo lota tas. s. Os tr tres es pr prin inci cipa pais is ti tipo pos s de pelo pelota ta sa sao: o: • Pelo Pelotas tas acid acidas as,, • Pe Pelot lotas as aut autofu ofund ndent entes es ou Msica Msicas, s, • Pe Pelot lotas as ten tendo do oli olivin vinas as co como mo fun funden dente. te.  As propriedade propriedades s Tabe Ta bela la 5.

tipicas dos tres tipos de pelotas sao mostrados na Tabela 4 e

a ea tipo tip o de pelota pelota

 

basica/autofundente olivinica

tipo de tipo pelota acid a olivinica basiica bas autofundente

as   propne

compressao

acida

a ea

:  gera

 

redutibilidade re

< 0,15 < 0,15 0,88-1 1,0 1,1-1 -1,,3

inchamento

++

-

-

+

+

+

+

+

+

na Ise e co comp mpre ress ssao ao

CaO/Si02

a es   apeoa

%Fe

Iplc Ip lcas as  

64-67 64-67 60-64 60-63

e va vano nos s mo mos s

e pe

%Si02

%MgO

2-5 2,5-5 3,5-5 -5,,5 3,5-5 -5,,5

<0,2 1,33-1 1,5 1,3 1,5

0as

 

compressao kg/pelota

 

250-300 150-200 200-250 200-250

 As pelotas acidas sao fortes fortes,,   por porem em,, te tem m pr prop opri ried edad ades es me meta talu lurg rgic icas as mo mode dera rada das s. Elas El as po poss ssue uem m um uma a bo boa a re resi sist sten enci cia a a   com compr pres essa sao o (> 300 300 kg kg/p /pel elot ota) a),,   porem, porem, uma reduti red utibil bilida idade de rel relati ativam vament ente e def defici icient ente e. Al Alem em di dist sto, o, as pelo pelota tas s sa sao o mu muit ito o se sens nsiv ivei eis s 30

ao teor teor de GaO. GaO. A um teo teorr de GaO/S GaO/Si0 i02 2 > 0, 0,3 3 as pe pelo lota tas s te tem m uma uma fo fort rte e tend tenden enci cia a ao inc incham hament ento o, 0 qu que e po pode den) n) in inte terf rfer erir ir ne nega gati tiva vame ment nte e co com m a ope opera raga gao o ad adeq equa uada da do alto-forno. alto-forno.  As pelotas basicas possuem boas propriedades metalurgicas para a operagao do alto al to-f -for orno no.. Ad Adic icio iona nand ndoo-se se calc ca lcar ario io a mis mistu tura ra,, a nec necessidade de energia para a quei qu eima ma/e /end ndur urec ecim imen entto aum au men enta ta pa parr ca caus usa a da rea eaga gao o de calc calcin inag agao ao. Po Porr es este te moti mo tivo vo,, a cap capac acid idad ade e de prod produg ugao ao de uma uma pl plan anta ta de pelot pelota a po pode dera ra se serr de 10 a 15 % mai mais s ba baix ixa a qu quan ando do es esti tive verr pr prod oduz uzin indo do pe pelo lota tas s ba basi sica cas. s.  As pelotas com olivinas possuem MgO ao inves de   GaO e nao te tem m a desva desvant ntag agem em de pe perd rda a de prod produg ugao ao.. To Toda dav via ia,, est stas as pel elot ota as se mos mostr tram am mai ais s fra raca cas s ao sere serem m test te stad adas as co com m re rela laga gao o a res resis iste tenc ncia ia de co comp mpre ress ssao ao a fr frio io..  A diferenga na resistencia a compressao podera parecer muito grande grande.. Ent Entr  r etanto anto,, no alto alto-f -for orno no as pe pelo lottas sa saD D redu reduz zid idas as e a di dife fere ren nga di dim min inui ui du dura ran nte a re redu duga gao. o.  Ap6s 0 pr prim ime eir iro o pa pas sso de re red dug ugao ao par ara a Fe Fe3 304 04,,   a re resi sist sten enci cia a a comp compr essao a frio cai para 45 - 50 kg no caso das pelotas acidas, e para 40 - 45 kg no caso das pelo elotas tas com olivina. olivina.  Alem da composigao quimica, a qualidade da pelota pod era ser inf lu luen enci ciad ada a pe pela la taxa de produgao: quanta mais le len nto a gra grade se mover mais forte podera ser a queima, 0 pe peri riod odo o de en endu dure reci cime ment nto o au aume ment ntar ara a e as pel pelot otas as fi fica cara rao o ma mais is forte fortes. s. Uma conclusao final sobre as propriedades 6timas das pelo lottas ainda nao foi alc lcan anga gada da.. Um res resum umo o da das s faix faixas as ac acei eita tave veis is de para parame metr tros os de qu qual alid idad ade e e da dado do na Ta Tabe bela la 6.

o que e medido

resultados

tamanho medio

distribuigao aranulometrica forga for ga de fratura fratura por comp compressa ressao o r esi esistencia a   distribuigao frio granulometrica ap6s tamboramento distribuigao   granulometrica ,de ,d egr adagao ap6s ap 6s re redu duga gao o a sob r edugao   500° 50 0°C C e tamboramento r dut utllbllid ida ade

perd pe rda a de massa massa

6-16 mm < 6,3 mm

 

faixa de faixa aceitacao > 90% <5%

forga media < 60 kg/p

150 kg/p <4%

> 6,3 mm < 0,5 mm

> 95% < 5%

referencia ISO 4701

ISO 4700 ISO 327 3271 1

reistencia > 6,3 mm abrasao < 0,5 mm

< 80% < 15 15% %

ISO 13 13930 930

%/minuto (dR/dt)40

> 0,8%

ISO 4695

Os mi mine neri rios os gr gran anul ulad ados os sa sac c ma mate teri riai ais s na natu tura rall me ment nte e ri rico cos s em ferr ferro o ,   os qua uais is sac usados dir ire etamente das minas.   As As minas normalmente produzem minerio granulado,, be granulado bem m co como mo fin finos os pa para ra sinter sinter (s (sin inte ter-f r-fee eed) d).. As maior maiores es ja jazi zida das s de mine minerio rio gran gr anul ulad ado o es esta tao o pr pres esen ente tes s na Au Aust stra ralia lia (H (Ham amer ersl sley ey,,   Mount Mount Ne Newm wman an), ), Am Amer eric ica a do Suii (Q Su (Qua uadr dril ilat ater ero o Fe Ferr rrif ifer ero o do Br Bras asil il)),   Afri Africa ca do Su Suii (S (Sis ishe hen) n).. Em   mui muito tos s ou outro tros s lugares,,   quant lugares quantid idad ades es li limi mita tada das s de min miner erio io gr gran anul ulad ado o sa sac c pr prod oduz uzid idas as.. Os mineri rio os gra ran nulados sac mais bara rato tos s que as pelotas . Po Porr es esta ta ra raz zao ao,, em muitos altos altos-fomos -fomos 0 us uso o de gra grand ndes es qu quan antid tidad ades es de min miner erio io gr gran anul ulad ado o es esta ta sendo sendo con co nsi side dera rado do.. 0 cu cus sto ma mais is ba baix ixo o do mi min ner erio io gra ranu nula lad do co comp mpa ara rado do ao cust custo o da das s pelo pe lota tas s e cont contra raba bala lanc nc;: ;:ad ado o pe pela las s qu qual alid idad ades es me meta talu lurg rgic icas as ma mais is po pobr bres es.. De uma forma form a ger geral al,,   em compa comparac;:a rac;:ao o as pelotas, 0 mineri minerio o granu granulado lado:: • ger gera a ma mais is fin finos os du dura rant nte e 0 tran transpo sporte rte e manu manusei seio, o, • pos possui sui pro propri prieda edades des mai mais s pob pobres res de degrad degradac; ac;:ao :ao sob reduc;:a reduc;:ao, o, • po poss ssui ui um uma a te temp mper erat atur ura a ma mais is ba baix ixa a de fu fusa sao. o. miner erio io o   min

granul gran ulad ado o e us usad ado o nu numa ma fr frac ac;: ;:ao ao ap apro ropr pria iada da de ta tama manh nho o , por exemplo, exemplo, 8-30 mm mm..   Pa Para op ope era rac; c;:a :ao o de de al alto to-f -fo omo em al alta ta pr prod odut utiv ivid idad ade e e alto altos s niv ivei eis s de injec;:ao injec ;:ao de carvao, 0 mi mine neri rio o gr gran anul ulad ado o e um tip tipo o ma mais is po pobr bre e de mate materia riall de carga carga.. Todavia,,   con Todavia consi side dera rand ndo o qu que e 0 mineri rio o e um material natural,   as pro propri prieda edades des pod em dif ife erir de um tip ipo o de minerio para 0  outro  outro..   Por exe exempl mplo o, 0 al alto to-f -fom omo o da Side Si dera rarr na Arg Argen enti tina na op ope er a,   com com ex exit ito, o, co com m um min iner erio io gra ranu nula lad do br bras asil ile eir iro o qu que e . co comp mp6e 6e at ate e 40 carg rga a,   com alt alta a pro produt dutivi ividad dade e. Os pa para rame metr tros os de qual qualid idad ade e 40% %   da ca para pa ra miner minerio ios s gr gran anul ulad ados os sa sac c semel semelha hant ntes es ao aos s param paramet etro ros s pa para ra 0 sinter.

Capitulo 4 Coque

o o

alt alto-fo o-fomo mo e car carre rega gado do com com cama camada das s alte altema mada das s de coq coque ue e mat mater eria iais is da car carga ga.. coqu coque e form forma a uma uma estr estrut utur ura a pela pela qual qual 0 gas se distr istrib ibu ui atrav trave es do inte interi rio or do f omo e pen penet etra ra nas nas cama camada das s de min miner erio io.. Tend Tendo o em vist vista a que que 0 coque coque e queima queimado do durant rante 0  pracesso,  pracesso, 0  termo "combustivel" combustivel " e frequ frequent enteme emente nte aplica aplicado do..   Entretanto, Entretanto, o coque oque gera gera 0 mono monoxi xido do de ca car bono, bono, 0 qual qual e nece necess ssar ario io as rea< rea<;;:6es :6es de redu redu< <;:ao. :ao. o coque que e mais mais um rea reagente ente qui quimico mico do que que um comb combus ustt ivel. Tambem pode ser  ser  chama hamado do de red redut utor or porq porque ue gera gera 0 gas gas que que faz faz a redu< redu<;; :aodos oxidos oxidos de ferra ferra.. Desde 0 seculo Desde seculo XVIII XVIII,, 0 coqu coque e tem tem side side a fon fonte te mais mais impo import rtan ante te de car carbo bona na para para 0 pr ocesso do alto alto--fom fomo. Desd esde 1960, 60, comb combus usti tive veis is auxi auxili liar ares es tem tem side side usad usados os de for ma cada vez mais f r  requente, e   quente, tais tais como como oleo oleo,,   alcatrao, alcatrao, f inos de car vao e ga gas natura tural. l. Os comb combus usti tive veis is auxi auxili liar ares es sac sac injetad njetados os atrave atraves s das ven ventan tanei eir  r as. as. Uma vez vez que que com a inje< inje<;: ;:aoa aoa temp temper erat atur ura a de cham chama a cai cai , um enri enriqu quec ecim imen ento to do sop sopro ro com com oxiige ox gen nio e frequentemente usado simultaneamente a inje<;:ao auxiliar de comb mbu ustivel, vel,   compensando 0 efei efeito sobr sobre e a temp temper erat atur ura a de cha chama ma.. (coke-r  oke-r ate) te) do pro Nos ulti ltimos 50 ano anos, 0 cons consumo umo espec especiific fico de coqu coque e (c proce cess sso o do alto-f omo caiu consi conside derav ravelm elment ente e. Isto se deve a aplica<;:ao :ao da inj inje<;:ao de comb co mbu ustive tivel auxi auxili liar ar,, e tamb tambem em a fato fatore res s tais tais como como qual qualid idad ade e apri aprimo mora rada da da carg carga, a, I mp mpe er atur as mais altas do sopra, fom fomos maiores e um contrale de processo m Ihor ado. Isto esta ilu ilustra strad do na Fi F igura gura 21. 21.   Atualmente, Atualmente, as taxa taxas s de comb combus ustt ivel d gr nd nde es alto ltos-fom fomos esta estao o bem bem abaix baixo o de um valo valorr equiv uivalen lente de coq coque de r .

0 k g /l/lgg u

Car vao (+ Oleo eo))

~

 As funyoes mais impor mporta tant ntes es do coque coque fica ficam m c1ar c1aras as a parti partirr dos dos segu seguin inte tes s fato fatos s: • 0 coque oque quei queima ma gera erando ndo mon6x on6xid ido o de carb carbon ona a (CO) (CO) e calo calorr nece necess ssar ario io para ara fund fundir ir a carg carga a, mon6xi xido do de carb carbon ona a e usad usado o para para remo remove ver  r  0 oxig oxigen enio io da carg carga a.   0 carbono e • 0 mon6 tamb tambem em usad usado o para para reduya reduyao o dos dos 6xido 6xidos s de ferr ferro o, coque e prov prove e a estr estrut utur ura a atra atrave ves s da qual qual 0 gas gas sobe sobe e se dist distri ribu buii pel pel a carga carga.. 0 • 0 coqu coqu coque e e um mate materi rial al s61i s61ido do e perm permea eave vell ate ate temp temper erat atur uras as bem bem alta altas s (> 2.0 2.000 00°°C). C). Ele e de uma importancia especial no cadinho , zona de fusao e zona de amolecimento. amolecimento. 0 coque e 0 unic unico o mate materia riall s61i s61ido do na area area abai abaixo xo da zona zona de fusa fusao. o. peso o do cont conteu eudo do do alto alto-f -fom omo o se ap6i ap6ia a na est estru rutu tura ra de coqu coque e . 0 leit leito o de coq coque ue o   pes tem tem que ser perme ermeav avel el,, de form forma a que 0 ferr ferro o e a esc esc6ria 6ria possa ossam m flu fluir para para 0 furo de cor corri rida da . • 0 coque coque proporcion proporciona a 0 carb carbon ona a solu solubi bili liza zado do no gus gusa a.

 A qualidade do coque pode ser descrita dentro de duas amplas categorias: categorias : sua comp compos osiy iyao ao e sua sua resi resist sten enci cia a meca mecani nica ca a fri frio o e a quen quente te.. Os aspe aspect ctos os rele releva vant ntes es da comp compos osiy iya ao tem tem a ver ver com 0 seu seu uso uso como como comb combus usti tive vell e redut redutor or no fom fomo: o: 0 teor teor de cin cinzas zas e 0 teor teor de umid umidad ade e. Ambo Ambos s deve devera rao o ser ser os mais mais baix baixos os poss possiv ivei eis s. Os teor teores es de cin cinza zas s gera geralm lmen ente te vaG vaG de 8 a 11 %, mas mas depe depend ndem em da situ situay ayao ao loca local. l.  A umidade e uma consequenci consequencia do res resfriamento e do do sub subsequente manuseio do coque. coque.   Outro Outros s aspe aspect ctos os da comp compos osiy iyao ao quim quimic ica a do coq coque ue sac sac os teor teores es de enx enxof ofre re e de alca alcalis lis..   Os moti motivo vos s sac sac desc descri rito tos s mais mais adia adiant nte. e. A qua quali lida dade de fisi fisica ca do coq coque ue e caract caracteri erizad zada a por : • Tama Tamanh nho o e dist distri ribu buiy iyao ao do tam taman anho ho.. 0 tama tamanh nho o medi medio o do coq coque ue meta metalu lurg rgic ico o fica fica tipi tipica came ment nte e dent dentro ro da faix faixa a de 45 45 a 55 mm. A dist distri ribu buiy iyao ao deve devera ra ser ser rest restri ring ngiida de form forma a a pro propici picia ar uma uma boa boa perm permea eabi bili lida dad de do coque oque..   Em especi especial al,, uma uma gran grande de fraya frayao o de coque coque > 100 100 mm e uma uma indi indica caya yao o de um cont contro role le defi defici cien ente te do proce process sso o de prod produy uyao ao de coqu coque. e.

•  A resi resisten stencia cia a fr frag agme ment ntal al;a ;ao o de devi vido do ao tra trans nspo port rte e e out outro ros s es esfo forl rl;o ;os s me meca cani nico cos s. Os para parame metr tros os us usad ados os pa para ra esta esta propr proprie ieda dade de sa saD D : 140 140,, M40, 01 e estabilid estabilidade ade.. •   A resis resistenc tencia ia a   abrasao. abrasao. El Ela a e cara caract cter eriz izad ada a pe pelo lo re resu sulta ltado do do tes teste te de deno nomi mina nado do 110 e M10 M10.. • A re reat ativ ivid idad ade e do coque coque.. A real; real;ao ao do C0 C02 com 0 co coqu que e pr prov ovoc oca a um ata ataqu que e de sua sua matri ma triz z e pode pode el elev evar ar se seu u co cons nsum umo o es espe peci cifi fico co.. 0 co coqu que e qu que e possu possuii re reat ativ ivid idad ade e ma mais is baixa ba ixa (CR (CRII,   indi indice ce de reat reativ ivid idad ade e do coq coque ue)) e resi resist sten enci cia a ap ap6s 6s a real real;a ;ao o ma mais is al alta ta (CS (C SR, re res sis iste ten ncia do coq coque ap6s a rea real; l;a ao) ap apre res sen enta ta me men nor deg egra rada dal; l;a ao nas regi6e reg i6es s inf inferi eriore ores s do for forno. no. • 0 aspecto da consistencia diaria da qualidade do coque , em es espe peci cial al 0 a distri dis tribu bui~o i~o granu gra nulom lometr etrica ica,, e uma uma are rea a mu muit ita as   veze vezes s ne negl glig igen enci ciad ada a na oper operal al;a ;ao o de altos altos-forn -fornos os..  A inconsisten inconsistencia cia na qualidade do coque leva a irregularidades na distribuil;ao da carga ca rga e poder podera a inf influe luenc nciar  iar  0f1u f1uxo xo gas gasoso oso int intern erno o do alto-for alto-forno no.. Os va vari rios os re resu sult ltad ados os de teste testes s pa para ra ca cara ract cter eriz iza a r  0 co coq que e a re rele lev vanc ncia ia para 0 proc pr oces esso so es esta tao o in indi dica cado dos s na Ta Tabe bela la 7 e na na Figur Figura a 22 22.. Tabea

7:

alx al xa de acei aceita tabi bili lida dade de a que e medido

tamanho medio

distribuir;80 granulometrica

resistencia a frio

distribuir;80 granulometrica ap6s tamboramento

 

distribuir;80   granulometrica degradar;80   ap6s   rear;80 sob redUr; redUr;80 80 com co m CO2 e tamboramento perd pe rda a de reatividade massa

 

oara oa ra as oa oara rame mettro ros s de auali aualida dade de do c coa oaue ue faix fa ixa a de melhor  resultados referencia aceitaC aceita C80 tamanho 45-60mm medio ISO 4701 <40 mm <25 25% % <   10 mm <2% 140: >40mm >45 45% % 55% 55 %   IRSID 120:: >20mm 120 >75 75% % 110:: <   10mm 110 >19% 16% M40:: >40mm M40 >80 80% %   87% 87 MICUM M10:: <10mm M10 <7% 5,5%

>   10 mm

>58 58% %

> 70 70% %

JIS

%

< 29

< 24

JIS

Os te tes ste tes s IR IRSI SIO O,   MICU MICUM M e AS ASTM TM di dife fere rem m em suas suas pr prep epar arar ar;o ;oes es de amos amostr tras as.. 0tes teste te Irs Irsid id usa um uma a   amos amostr tra a de coque coque >   20mm. 20mm. 0 te test ste e MI MICU CUM M pe pega ga um uma a amostr amostra a de coq coque ue > 63mm mm.. teste   AST ASTM M us usa a uma am amos ostr tra a de coqu coque e de 2"-3 -3"".   Referencia: Referencia: ap6 ap6s s Kol Kolijn ijn (20 (2001) 01),,   Vandere colabo col aborad radore ores s (19 (1996) 96)

o

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R8s 8siist~r da da a  3  3b bra ras sao ·I10 I10,MiQ

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Diss tri t Di tri  tllli, li ,;:a o de k 1 .m a n h f) 3 p d s e st stab abii  Ii  I iza za""fa faoo  M4 40, E s tab • 1 4 0,  M abiilida dadd e

--

R es esiis te n :ia a qu quee nt ntee do c  coo q u e • CS CSR R, fl£ l£6 6ist,;,ncia do c o J q u e 3p c , s f ~ao ~ao baiixo d e 2 5 mill a p < :i (p e r c e n ta g 8 m aba :iss rear~ rea r~,,J a HOO OO··C. 002,

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• C R I, (n (ndd iO '?d ?dee rea reatitivid vid a d @ d o < x" x"llu .;.l (pe per r c en enttag agee m d o? pe per r d a ~ p e o so so,, nte eliorm rme ente nte a p  pcc is f ~ao m e n c io n a d a ant

 A qualidade do coque e,   em em sua sua maio maior  r ia,   dete determ rmin inad ada a pela pela mis mistura tura de car  car vao vao usada. usada.   Todavia, Todavia, a pr epar e parag agao ao do carv carvao ao,, 0 tempo tempo de carboni carboniza zag gao, ao, 0 equi equipamento e 0 resf resfri riam amen ento to tamb tambem em inf  inf luen l uenci ciam am a qual qualid idad ade e do coq coque ue..  A composigao quimica do carvao influencia em muito a composigao quimica do coqu coque. e. Norm Normal alme ment nte e uma uma mist mistur ura a de var vario ios s tipo tipos s de car carvo voes es e usa usada da para para 0 altoforno. forno. Os carvo carvoes es coqu coquei eif  f icave caveis is sac sac tipo tipos s de car carvo voes es adeq adequa uado dos s a fabr fabric icag agao ao de coque e possuem um prego mais alto do que os carvoes nao adequados a fabr fabric icag agao ao de coque coque..   A otimizagao da mistura de carvoes em si e uma arte. Os fato fatore res s impo import rtan ante tes s a ser serem em leva levado dos s em cons consid ider erag agao ao sac sac:   a mate mater  r ia volatil dos carv carvoe oes s e a pres press sao do gas gas gerad erada a dura duran nte a carb carbo oniza nizag gao. ao. 0 coqu coque e resu resulltant tante e deve devera ra se encol encolhe her  r  0 sufic uficiiente ente de for forma ma que que poss possa a ser ser remo removi vido do da cama camara ra de coque, coque,   e deve devera ra ter ter uma uma pres pressa sao o de gas gas sufi sufic cient iente ement mente e baixa, xa,   de for forma a nao nao dani danifi fica carr as pare parede des s da cama camara ra de coq coque ue.. A tax taxa a de car carbo boni niza zaga gao o depe depend nder era a das das tem tempera peratu tura ras s da pare pared de da cam camara ara de coq coque. ue. Quando mais alta for a tax taxa de carbonizagao, carbonizagao, mais fi ssuras ocorrerao e menor sera 0 coqu coque e resu result ltan ante te.. Gera Geralm lmen ente te,, os temp tempos os de carb carbon oniz izag agao ao em coqu coquer eria ias s de for forno nos s vert vertic icai ais s esta estao o entr entre e 16 e 24 24 hora horas s.

o

coqu coque e e prod produz uzid ido o a parti partirr de uma uma mistu stura de car carvo voes es.. 0 carv carvao ao e aqu aque ecido cido a (1200°C)   em um ambi altas temperatur temperaturas as   (1200° ambien ente te ise isento nto de ar , conf confor orme me most mostra rado do na Figu Figura ra 23. 23. A   medi medida da que que a tempe tempera rattura ura aum aumenta enta,, a mate materi ria a vola volattil do carvao esc escapa apa e uma uma matr  matr iz s6lid 6lida a de carb carbon ona a e for form mada ada:   carbo carboni niza zaga gao o do car carva vao. o. Um proc proces esso so de prod produg ugao ao simp simpli lifi fica cado do de coq coque ue esta esta most mostra rado do na Figu Figura ra 24. 24.   0 carv carvao ao

e aq aque ueci cido do da pare ared de par a 0  cent  centro, ro,   forman formando a ch chamada zona plastic ica. a. Qu Quan ando do esta es ta zona atinge 0 cent ntro ro do for forn no, 0 pro proc ces esso so de coq coque ueif  if icay icayao ao esta conc nclluido.

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1.W"G) Figura 24: Pr Prog ogra rama ma de pro produ duga gao o de coqu coque e

oqu ue o coq

esta suj uje eit ito o ao ataq ataque ue me meca cani nico co e qu[ qu[mi mico co du dura rant nte e su sua a de desc sciida do niv nivel d ca carrga ate 0 ca  cadinho dinho.. 0 ta tama manh nho o me medi dio o do coq coque ue di dimi minu nuii du dura ran nte sua desci descida da,, onf orm rme e apr esen esenttad ado o na Figur a 25. Qua Quanto mais gr gros osse se fo for  r  0 co coqu que e ca carr rreg egad ado o no forn fo rno o, mais gr osso ele cheg ega ar a as vent ventan anei eira ras. s.

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 A qualidade do coque no cadinho e uma questao especial. Os liquidos tem que ser  vaza vazado dos s do cad cadin inho ho e a perm permea eabi bili lida dade de do leit leito o de coq coque ue tem tem que que ser ser boa. boa. Tod Todavia via, a velo veloc cida idade de rea reagao no cad cadinho inho e baixa, ixa, uma vez que 0 coque s6 e usad usado o pela pelas s reag reagoe oes s de redug redugao ao dire direta ta e carb carbon oniz izag agao ao de ferro ferro.. Por Por cons conseg egui uint nte, e, 0 tem tempo de resi resid dencia cia do coque que no cad cadinh inho e lon longo. A frag fraga ao de vaz vazios ios den dentro tro do coqu coque e pode pode ser ser bem bem pequ pequen ena a.

o

desg desgas aste te do refra refrata tari rio o do cadi cadinh nho o pela pela expo exposi siga gao o as corr corren ente tes s peri perife feri rica cas s de ferr ferro o ao longo longo de sua sua pare parede de pode podera ra ser ser afet afetad ado o pel pel a qual qualid idad ade e do coqu coque: e: quan quanta ta meno menorr a fra fraga gao o de vaz vazio ios, s, mais mais fort fortes es sera serao o as cor corre rent ntes es perif perifer eric icas as..   Considera-se que 0 coque carregado no centro do forno e aquele que chega ao cadinho.  Algumas empresas tem se empenhado muito para carregar  0 coqu coque e gros grosse se e for forte te no cent centro ro do alto alto-f -for orno no,, numa numa tent tentat ativ iva a de se se mant manter er uma uma boa boa perm permea eabi bili lida dade de do nucleo nucleo de coque coque..  A reatividade do coque e determinada pela temperatura na qual 0 coqu coque e come comega ga a reag reagir ir com com 0 di6xido de carbono (C + C02 C02 ~ 2 CO). CO). A temp temper erat atur ura a depe depend nde e esp especialm ialmen ente te da pres resenga de cata atalis lisado adores res tal tal como os alc alca lis (Na, K) e da compo mposig sigao das cinza inzas s do coq coque: quanta anta mais mais Fe na cinz inza do coq coque ,   maio maiorr a reat reativ ivid idad ade. e. Uma Uma reat reativ ivid idad ade e maio maiorr do coq coque ue leva leva,,   em principio principio,, a um co consu nsumo de coque coque maior maior no alto-f alto-forn orno o.

C a pft pftulo ulo 5 Inje nje< < ;a ;aoo de ca carva rvaoo e ou tros c o m b u s tf  t f veis v e is a ux ililia iare ress o   uso uso

de combustiv ivei eis s auxi au xili liar ares es,, que saG inje njettados pelas venta tan neiras, pode aba ab aixar  0 cu cust sto o do gusa gusa.   Os comb combus usti tivei veis s au auxi xili liar are es qu quas ase e se semp mpre re sa saG G 0  ca  carv rvao ao e o gas na natu tura ral, l,   porem, porem, 0   6leo, 6leo, 0 al alca catr trao ao e ou outtr os ma matteria is podem tamb mbe em ser  usad sados os.. 0 ba ballan< an<;;:ofinancei :ofinanceir  r o pr pre eciso depende muit ito o das situa< situa<;: ;:oes oes loc locais ais..  Ate 0  i ini nici cio o do dos s an anos os 80 80,, a inje inje< <;:a :aode ode 61 61eo eo er era a ma mais is co comu mum m. Ist Isto o mudou mudou de devi vido do a altera<; ltera<;:ao :ao nos pr e<;: e<;:os os rel relati ativ vos do ca car vao e do 6le 6leo. Observe que a pre prepara< ara<;;:ao do car  ca r vao en envol volv ve um cu custo de inv nve estimento bem al altto e,   de desta forma ma,, el ele e se tor na na viav avel el,, na ma maio iori ria a do dos s ca caso sos s,   para planta plantas s com um uma a pr prod odu< u<;: ;:ao ao si signi gnif  f ica cant nte e de gu gusa sa.. Os arg rgum umen ento tos s ma mais is im impo port rtan ante tes s pa para ra a inj inje< e<;;:aode car  car vao v ao (ou gas nat atura ural) l) em altoaltofor  fo r no no saG: • Con su s umo espec ecff ffic ico o de coqu coque e ma mais is ba baix ixo. o. 0 cu cust sto o do coqu coque e e subs substa tanc ncia ialm lmen ente te mais alto que 0 cu cust sto o do car  car vao. v ao. Nao obst obstant ante e, 0 us uso o de um uma a su subs bsta tanc nciia in inje jeta tave vell perm pe rmiite a opera< era<;: ;:ao ao do for forno no nu numa ma te temp mper erat atur ura a al alta ta de sopro sopro,, 0 que tam ambe bem m le leva va a baiixar  0 con ba onsu sumo mo es espe peci cifi fico co de coq coque ue;; • Aument umento o da   pro produ du<; <;:a :ao o pe pelo lo uso de um sopro sopro en enri riqu queci ecido do co com m ox oxige igeni nio. o. mottivo da ve ver  r sat satil ilid idad ade e ap apar aren ente te do alto alto-f -for orno no em cons consum umir ir to todo dos s os ti tipo pos s de o mo com co mbustiv ivei eis s e que,   nas nas venta ventane neir iras as as tem tempe pera ratu tura ras s de cha chama ma sa saG G ta tao o al alta tas s qu que e todos os ma mater teria iais is inj injet etad ados os saG con conve vert rtid idos os em molecu molecula las s si simpl mples es co como mo H 2 e CO CO..  A in j je e<;:ao de carvao foi aplicada no alto-forno Amanda da empresa ARMCO (As (A shland, Kent ntucky ucky)) nos anos 60. Nos prim6r 6rd dios da inj inje<;:a :ao o de ca carv rvao ao,,   niveis niveis de carv rvao ao po porr tonel tonelad ada a de gusa gusa er eram am co comu muns ns.. At Atua ualm lmen ente te,, 0 padrao 60 - 100 kg de ca Indu Ind ustr ial e alcan<;:a an<;:arr um con consu sumo mo es espe peci cifi fico co de coq coque ue de 300 300 kg/tg kg/tgus usa, a, co com m n[ n[ve veis is d In j je9a e9ao o de 200   kg kg de carvao/ o/ttgusa. 0 entusi sia asmo inicial de que cons nsu umo p clf ico de coque   bem bem ab abai aixo xo de 250 250 kg kg/t /tgu gusa sa er era a po poss ssiv ivel el,,   gra gradu dual alme ment nte e se (;II Ip u,

 A concepgao basica para instalagoes de injegao de carvao requer que as fungoes aprese apr esenta ntadas das sej sejam am rea realiz lizada adas: s: •   Moa Moage gem m do carva carvao o:   0 ca carrva vao o ter que que ser ser moi oido do em part partic icul ulas as be bem m pe pequ quen enas as.. 0 mais ma is comum comumen entte us usad ado o e 0 ca carv rvao ao pu pulv lver  er izado zado:: mais que 60% do car carvao e < 75 11m. 11 m.0 0 ca carv rvao ao gr gran anul ular ar e al algo go ma mais is gross grosse e co com m ta tama manh nhos os de ate ate 1 - 2 mm. • Se Seca cage gem m do ca carv rvao ao:: 0 ca carv rvao ao co cont ntem em qu quan anti tida dade des s su subs bsta tanc ncia iais is de umi umida dade de,, de 8% ate mais de 10%.   Um Uma vez que a injegao de umidade aumenta a tax taxa de combustivel,, a umi combustivel umida dade de de deve ve ser remov removid ida a ao max maxim imo o po poss ssiv ivel el.. • Tr Tran ansp spor ortte do ca carv rvao ao pe pela las s tub ubul ulag agoe oes s: Se 0 ca carrva vao o for pe pequ quen eno o de dem mai ais s, 0 transporte pneumatico sera mais dificil. Isto pod era result lta ar na formagao de pequ pe quen enas as in incr crus usta tago goes es (c (cas asco coes es)) na nas s pared paredes es e at ate e mesmo mesmo lev levar ar a um vaz vazam amen ento to de carvao carvao no nos s tu tubo bos s de trans transpo port rte. e. •   Inj Injeg egao ao de ca carv rvao ao pu pulv lver eriz izad ado o: 0 ca carrva vao o tem qu que e se serr in inje jettad ado o em qu quan anttid ida ade des s igua ig uais is em to toda das s as ventan ventanei eira ras s.   Particularmente, Particularmente, em cond condig igoe oes s de baix baixo o co cons nsum umo o espe es peci cifi fico co de coq coque ue e uma uma al alta ta pr prod odut utiv ivid idad ade, e, a sim simet etri ria a ci circ rcun unfe fere renc ncia iall da injeg injegao ao devera dev era ser mantid mantida a. Exi xist stem em mui uito tos s fo forrne nece cedo dore res s de in inst stal alag agoe oes s (Pul (P ulve veri rize zed d Co Coal al In Inje ject ction ion - PCI) PCI) di disp spon oniv ivei eis s, fung fu ngoe oes s me menc ncio iona nada das s ac acim ima. a. A conf confia iabi bili lida dade de impo im port rtan ante te um uma a ve vez z qu que e 0 al alttoo-ffor orno no tem qu que e inje in jega gao o se este estend nda a po porr ma mais is de uma ho hora ra..

de in inje jega gao o de ca carv rvao ao pu pulv lver eriz izad ado o os qua quais se com comprometem com as dos do s eq equi uipa pame ment ntos os e extr extrem emam amen ente te serr pa se par  r ado caso a in intterrupgao da

D is l 1i bu i d N

/

V o s o s d E l

Pf =urizo urizo~ ~ao (2C 2Cttl3)

Exem empl plo o de  Insfa/ar;Ew de P C I Figura 26: Ex 40

Os tipo tipos s de car carvo voes es sa sac c di disc scr  r imin i minad ados os de aco acor  r do com 0 in indi dice ce de mater  mater ia volatil. 0 0 carvao ind ndiice de materia volatil e deter minad inado o pesan esand doo-s se ante ntes s e ap ap6s 0 aqu aq uec ecim imen entto por   3   min minut utos os a 900 900°C.   Os car carvo voes es ba baix ixo o vo vola lattei eis s po poss ssu uem um ind ndiice de   mater materia ia vol volati atill de 6 - 12%.   Ja Ja os ca carrvo voes es al altto vol volate ateis is,, 30 30% %   ou mais. To Tod dos os tipos de   carvoe carvoes s tem side usados com exito. As pr prop opri ried eda ades mais importa ortan ntes do carv arvao ao par ara a in j jec ec;;:a :ao o sac: • Alta taxa de sub ubs stituic tuic;: ;:a ao (T8) do co coque que:: a compos osiic; c;::ao e 0 te teor or de umi mida dade de do car vao inj injet etad ado o determin rmina am a qu qua antidad ntidade e de co coq que sub ubs stituid ido o pa parra ur urn n dad dado o tip ipo o de car vao ao.. Um Uma a simpl mples es f 6rmu rmulla par a a tax axa a de sub ubs stitui uic c;:ao (com (compa para rada da cor orn n ur  ur n coqu coq ue tendo 87 87,5 ,5% % de ca carbona) rbona) e: T8= 2* C%(ca (carv rva ao) o)+ +

2,5*H%(car vao)2*umid umidade ade% %(car vao)-86 0,9 ,9**cinz inza a%( ca carv rva ao) (Tox (To xopeus

e

+

cola col aborad borado ore res s,   1991)

•   Composic;: Composic;:ao ao::   urn urn alto alto en enxo xofr fre e e alto alto f6 f6sf sfor oro o po pode der  r ao le leva varr a cust custos os ad adic icio iona naiis na aciiaria e dev ac deverao ser considerados antes da compra de certos tipos de car voes. voes. Car voes v oes jo jove vens ns (cor orn n alto teor de oxigenio igenio)) sac tamb ambe em conhecidos por se sere rem m mais susceptiveis ao auto-aquecimento e ignic;:a :ao o er ern n at atmo mosf sfe er as as con onttendo oxigenio. Es Este te   e tambem urn ·f ator a tor im impo por  r tant tante e que devera  se ser  r  con cons side iderad rado o depe pen nde dend ndo o da das s limi limittac; c;:o :oes es do sist sistem ema a de ma manu nuse seio io de car  car vao moido do.. rindabillit ity y • Durez reza a: a dur eza eza do ca c ar vao, vao,   caract caracteri riz zada pelo HGI (Hardgrove Grindabi Index ex)) - pr ecisa ecisa cor orre resp spon onde derr as espe espec cificac ficac;: ;:o oes do equipame ament nto o de moagem oagem.. 0 tamanho tam anho r esult lta ante do car vao moido e tam ambe bem m fo fort rtem emen entte dependente deste parame para mettro e pre reci cisa sa co cor  r r esp e spon onde derr aos lilimit ites es do si sist stem ema a de   manusei manuseio e in je  jec c;:aod ;:aode e carv ca rva ao. •   Te Teor de umidade dade::   Tanto 0 te teor or de umid umidad ade e do carva carvao o er ern n esta estad do na natu turral (bruto uto)   ), quanta 0 teor de umidade de superficie no carvao moido tem que ser  cons con side der  r ados. ados. A um umiida dade de de supe super  r ff cie no carvao moido Ir a causar  causar  aga agarr  rr ament amento e prob pr oble lema mas s de ma manu nuse seio io.. Es Esta ta pa parc rcel ela a da umi umida dade de pr prec ecis isa a se serr r emov emoviida da.. 0 car vao vao em estado natural precisa tambem estar    de dentro das especifi fic cac ac;;:oes do equ quiipa pame ment nto o de se seca cage gem m. Carvoe Carv oes s co com m po pote tenc ncia iall pa para ra in inje jec c;:a :ao o de deve vera rao o se serr avali avaliad ados os co com m ba base se no "valor -em em-uso"".   onde uso onde to todo dos s os efei efeito tos s so sobr bre e 0 cu cust sto o sa sac c le leva vado dos s em conta conta.. Fr Freq eque uent ntem emen ente te e poss po ssiv ivel el us usar ar mi mist stur uras as de do dois is ou ma mais is tip ipos os de car carvo voes es de inje injec; c;:ao ao,, de fo form rma a qu que e as prop propri ried edad ades es na nao o favo favora rave veis is po poss ssam am se serr dilui diluida das s.

o

carvao e injetado por meio de lanc;: c;:as as par  par a de dent ntro ro do dos s al alga gara ravi vize zes s. en entr tra a em ignic;;:ao e e gaseif ignic gaseifica icado do.. 0 ca carrva vao o te tem m um tem empo po mu muit ito o cu currto (5 mil iliisegundos segundos)) na r egi egiao da zon ona a de comb combus usta tao o po porr isso suas suas ca cara ract cter eris isti tic cas de combusti combustibi bili lida dade de sa sac c 41

muito imp muito import ortant antes es par a 0 desem esemp penho do pro proce cess sso o. A gaseif ifiical;ao do ca carv  ao con co nsi sist ste e de var  var ios pa pas sso sos s confo onfor  r me del deliineado na Fi Fig gur a 27. Primeir amente amente 0 carva arvao o e aq aque ueci cid do e um umiidade se ev evap apor ora a. Em   seguid seguida a ocor re r e um aq aque ueci cime ment nto o adicional do carvao e a gaseifical;ao dos comp mpo onen enttes volatei olateis. s. Es Este tes s en enta tao o entr en tram am em com combu bust stao ao ca caus usan ando do um aum aumen ento to de temp mpera erattur a. Por fim fim,, 0 carbo carbon na e queiima que mado do.. To Todo dos s es este tes s pa pass ssos os oc ocor orre rem m em seq seque uen nci cia a co com m al algu guma ma so sobr brep epos osil; il;ao ao..

Um idade se evapora evapora

T e m p : > ( m s)

Figura 27: Gas Gaseif eifica icaqao qao

do Carvao Carvao

Os ef eit itos os do proje rojetto da la lanl nl;a ;a,, 0  oxige  oxigen nio extra e 0 ti tipo po de ca carv rvao ao na co comb mbus usta tao o tem side ana nalis lisa ados. Orig rigin inal alme ment nte, e, as lanl lanl;a ;as s de car carva vao o er eram am la lanl nl;a ;as s re reta tas s de al;o al;o que qu e f ica cav vam pos osicion icion ad as na inter f f ace ace ven enttaneira/alga aneira/algar  r avi viz, z, ou   pr6 pr6xi ximo mo de dela la,, confo con for  r me indica ndicad do na Fig igur ura a 28 28.. De uma   for forma ma ge gera rall, 0 ar arra ranj njo o si simp mple les s fu func ncio iona na bem. Todav odaviia,   ocasional ocasionalment mente e 0 "char" (c (carv arvao ao nao qu quei eima mado do e desg desgas asei eif  f icado) ou "fulig fulige em" (c (car arb bon ono o mui uito to fin ino o f or mad ado o a part rtir ir do gas) gas) es esca cap pa do alt alto-f o-forn orno o atr atrave aves s do topo. topo. Par a cont ntor orna narr es estte pr oble lem ma - es espe peci cial alme men nte em alta altas s taxa taxas s de in inje jel; l;ao ao as emp mpre res sas tem instal nstala ado dif erentes erentes tip ipo os de si sistem emas as de in inje jel; l;ao ao na nas s ve vent ntan anei eira ras, s, tais co como mo:: o Lan Lanl;a l;as s co coax axia iaiis com f1  ux uxo o de ox oxig igen enio io e fluxo fluxo de ca carv rvao ao,, o Lan Lanl;a l;a com pon ponta ta esp especi ecial al par ara a se obte obterr ma mais is tu turb rbul ulen enci cia a na pon ponta ta da lanl;a lanl;a,, duas lanl;as por ventaneira, ventaneira, o   0 usa de du o Pr Pree-aq aque ueci cime ment nto o do ca carv rvao ao..  Ao usar Injel;ao de Carvao Pulverizado (ICP) (ICP),, oca cas sio iona nalm lmen entte pode po dera rao o ser  encontrados dep6sitos de cinzas de carvao na ponta da lanl;a ou dentro da ventaneira.. Os dep ventaneira dep6s 6sit itos os po pode dera rao o se serr re remo movi vido dos s pe pela la pu purg rga a pe peri ri6d 6dic ica a da lanl lanl;a ;a,, ou seja, cort cortando ando 0 carva carvao o enqua enquanto nto 0 f1u f1uxo xo de ar (ou nit nitrog rogeni enio) o) e mantido mantido..

Fig Fi gur a 28: Inj Injeqa eqao o de carva rvao o   pela pelas s ve vent ntan anei eira ras s

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e po posi sici cion onam amen ento to

da la lanq nqa a

 A gaseifica<;:ao do carvao sera mais rapida rapida:: • qu quan anta ta ma mais is al alto to for  0 in indi dice ce de vola volate teis is do dos s ca carv rvoe oes, s, • qu quan anta ta me meno nore res s fo fore rem m as part partic icul ulas as de ca car vao, vao, • qu quan anta ta me melh lhor or fo forr a mist mistur ura a en entr tre e ca carv rvao ao e sopr sopro o. Nao Na o ob obst stan ante te,, qu quan anta ta ma mais is al alto to for  0 ni nive vell de in inje je< <;:a :ao o ma maio iorr se sera ra a quan quantidade carv ca rvao ao de deix ixan ando do a zo zona na de comb combus usta tao o se sem m se serr ga gase seif ific icad ado. o.

de

 A gaseifica<;:ao do carvao tambem depende do indice de materia volatil. Se carvoes baixo volateis (5 - 10% MV) forem colocados em combustao, uma fra<;:ao relatiiva relat vam men entte al alta ta de car carva vao o na nao o entra entrarra em comb combu ustao na zo zona de com combustao e sera se ra tr tran ansp spor orttad ada a com co m 0 gas para a zona ativa de coque. Esse carbona norm no rmal al me ment nte e se sera ra us usad ado o no pr proc oces esso so,, po pore rem m po pod d er era a af afet etar ar a di dist stri ribu bui< i<;: ;:ao ao de gas. Carv Ca rvoe oes s al alto to volat volatei eis s (H (HV V, MV > 35% 5%)) e carv carvoe oes s ul ulttraa-a alt lto o vol olat ate eis (MV >   40%) prod pr oduz uzem em um uma a gr gran ande de qu quan anti tida dade de de gas gas na zon zona a de com combu bust stao ao e uma uma pe pequ quen ena a quantid ida ade de carbono. Caso a com combustao do gas nao for conclu luid ida a, fulig ige em pode po dera ra se form formar ar.. As Assi sim m,   existe existe um uma a va vant ntag agem em de faze fazerr um uma a ho homo moge gene neiz iza< a<;: ;:ao ao de var ios ti tipo pos s de carva carvao o,   espec especia ialm lmen ente te os alt alto o volat volatei eis s (H (HV) V) e os baix baixo o vo vola late teis is (L (LV) V).. Foi co Foi cons nsta tata tado do qu que e 0 coque na borda entre a zon zona de combustao e 0   nucleo (hom (h omem em-m -mor orto to)) cont contem em ma mais is finos finos de co coqu que e ao tr trab aba alha harr em alta altas s ta taxa xas s de inje< inje<;: ;:ao ao.. bird' rd's s ne nest st   (ninho E   cha chama mado do de bi (ninho de pas passar saro). o).

Numa op Numa oper era< a<;: ;:ao ao co com m um uma a al alta ta in inje je<; <;:a :ao o de ca carv rvao ao pu pulv lver eriz izad ado, o, ap apro roxi xima mada dame ment nte e 40%   do com combu bust stiv ivel el e inje injeta tado do at atra rave ves s da das s ve vent ntan anei eira ras. s. De Dest sta a fo for  r ma, m a, e im impo port rtan ante te contr  co ntr ola larr a qu quantid ida ade de carvao por ton tonelada de gusa. 0 ca carv rvao ao po poss ssui ui du duas as f un< n<;: ;:oes oes:: ele ger era a ga gas s red edu uto tor  r  (C O e H2 H2), 0 qual qual   e usad usado o pa parra ti tirrar oxi xige geni nio o dos matteriais da carga, e gera tambem 0 calor para fundir a carga. Os vasos de ma alim lime ent nta< a<;: ;:ao ao da inje<; inje<;:a :ao o de carv carvao ao sa sac c pe pesa sado dos s co cont ntin inua uame ment nte e e 0 f1u f1uxo xo de car carvao vao pode   ser ser co cont ntrrol olad ado. o. Ist sto o po pode de se serr fei eito to com pr pres essa sao o de ni nittro rog gen enio io no nos s va vaso sos s de inje inj e<;:a ;:aoou oou por meio meios s de um sist sistem ema a de dos dosag agem em po porr paraf parafus uso o se semm-fi fim m ou val valvu vula la rottativa ro tiva.. De forma a calcular um fluxo apropr iado de carvao (em kg/hora) a produ< pro du<;:a ;:ao o te tem m qu que e se serr co conh nhec ecid ida. a. Ex Exis iste tem m va vari rias as ma mane neir iras as de cal calcu cula larr a prod produ< u<;: ;:ao ao..  A tax axa a de produ produ<; <;:a :ao o po pode dera ra se serr de deri riva vada da da quant quantid idad ade e de mate materi rial al ca carr rreg egad ada a no f orno no.. Cor orrre< e<;: ;:oe oes s de de cu curt rto o pr praz azo o po pode derrao se serr fei eita tas s ca calc lcul ula and ndo o 0 co con nsu sum mo de oxiige ox geni nio o por tonela lad da de gusa a partir dos parametros do sopro num periodo esttavel e em es em se segu guid ida a ca calc lcul ulan ando do a produ produ<; <;:a :ao o re real al a part partir ir do dos s da dado dos s do sopr sopro. o. Er Erro ros s sistemati tic cos e/ou a ex exigencia de car carvao extra,   pode podera rao o se serr co colo loca cado dos s no mode modele le de controle.

o

requerim requ rime ento de cal calor da parte mais baixa do for forno e um t6 t6pico especial ao se L1sa sar  r car  car vao de   inje<; inje<;:ao. 0 ca carrva vao o nao e ap apen enas as us usad ado o pa parra pr pro odu duzi zirr os gas gase es de r edu duya yao, o, sua   que queim ima a te tem m um efeit efeito o so sobr bre e 0 ba bala lan< n<;: ;:o o de ca calo lorr na pa part rte e ma mais is ba baix ixa a do   forno. forno. 0 ca callor do gas da rampa tem que ser suficie ien nte para fundir a car carga: ent nte elld lda a "ca callor  de f usao usao"   como como sen sendo do 0 ca calo lorr ne nece cess ssar ario io pa para ra fun fundi dirr a ca carg rga. a. A

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necess nece ssid idad ade e de cal calo or  r    da ca car  r ga ga e determi determina nada da pelo "grau de   prer edug dugao ao"":   quant quanta oxige igemio mio ain ainda da tem que se serr re reti tira rad do da ca carg rga a dura ran nte a fusa fusao o (a r emogao deste oxig igem emio io cu cust sta a mu muit ita a en ener ergi gia) a) e tam tambe bem m pe pela la ef efic icii enc nciia da tra  ns nsf f eren renc cia de calor do gas pa para ra a carg carga. a. A "capa "capac cidade de fu fusa sao o" do gas e de defi fin nid ida a com omo o sen sendo do 0  calor  disponivel com 0 ga gas s da r ampa a mpa so sob b um uma a te tem mpera ratu tura ra> > 1.400 00°C. °C. A cap apac acid idad ade e de fusao fu sao do gas depen depende de:: • da quantidade de gas de ve vent ntan anei eir  r a disponivel por tonelada de metal. (espec especiialme almen nte ao usa sarr ca carv rvao ao al alto to volateis ), •  da temperat tempera tura de ch chama na zona de comb combusta ustao. o.  A tempe temper  r atur a de cham ama a em   s i e det deter ermi mina nada da pe pella taxa de ca carv rvao ao,, pelo tip ipo o de car vao, vao, pela temp mper  er atu atura do so sop pro ro,, pel a umid ida ade do so s opro e pel pelo enr iqueci iquecimen mentto de oxigenio igenio.. Das colocag Das colocag6e 6es s aci acima ma,, 0 teo eor  r    de oxi oxigen geniio no so sopro pode ser usado para eq equil uilib ibr  r ar  ar  as nec neces essi sida dade des s de ca calo lorr na nas s pa par  r tes mais alt lta as e mai mais s baix ixa as do f orno. orno. 0 equilibrio (ballan (ba ango go)) e de depe pend nden ente te da situ situag agao ao lo loca call . Ele depe depende, por  exemplo emplo,, da qualidade qualidade da car carga ga e do coque coque,, e do tip tipo o de carv carvao ao u sa sado do.. Para 0 equil uilibr ibrio io exi existe stem m alg algum umas as limitag6es tecn ecnica icas s e tecn tecnol6 ol6g gicas cas,, as qu quai ais s sa sac c ap apre rese sen nta tada das s co como mo um ex exem empl plo o na Fig igu ura 29.   Para Para ta tax xas de in j jeg egao ao ma mais is al alttas as,,   e nece necess ssa ari rio o mais oxig igen enio io.. As limi li mita tag6 g6es es sa sac c da dada das s po por: r: •   uma uma temp tempera erattur ura a mu muit ito o ba baix ixa a do gas gas do topo topo.. Se a tem tempe pera ratu tur  r a do ga gas s do top opo o se tor  to r nar muito baixa,   a ca carg rga a leva vara ra muit ito o te tem mpo para se se secar  car  e 0 com comp primen rimentto efettivo do alt efe altoo-f f orno orno en encur curtar tara, a, • uma tempe emper  r atura de chama mu muit ito o al alta ta.. Se tem tempe pera rattura de chama se toma omar  r    muito alta ta,,   a descida da ca car  r ga ga po pode dera ra f icar  icar    descontrolada, descontrolada, •   limitag6es tec ecni nica cas s co com m r elag e lagao ao ao en enri riqu quec eciimen entto de oxig ige enio per mit itid ido o ou dispo dis poniv nivel el pa para ra 0 sop sopro, ro, tal como como as de segura segurang nga. a.

29:: Fato Figur a 29 Fig ator  r es es   de limitac;a limitac;ao o qu que e   afe afeta tam m as condic ndic;;i5es   da zona zona de combu ombus stao com In Injjec;ao de Car Carvao vao Pulveriza verizad do (/CP /CP)) em fu fun nc; c;ao ao do   teor  de oxig igen enio io no so sopr o   no eix eixo verti rtica call e da taxa ta xa   de in j in jec; ec;ao ao no eixo ho hor  r izo izontal (TAC   Temperatur a Ad Adiiabat atiica da Chama) =

Em pa part rticu icula lar  r ,   observe 0 efeito do uso da injegao de c arv arva ao extra para a recu re cupe pera raga gao o de um for forno no E lm resfriamento. resfriamento.   Coloc Colocan ando do ca carva rvao o extr a no f omo a tax taxa a de pro produ duga gao o di dimi minu nui: i: co com m ap apro roxim ximad adam amen ente te 2, 2,5% 5% pa para ra cada ca da 10 kg de carv arvao ao ex exttr a por to ton nel ela ada de gusa sa.. Sim imu ult ltan ane eame men nte te,, a te temper atur a de chama cai em apro ap roxi xima mada dame ment nte e 32°C 32 °C.. Oe Oest sta a fo form rma, a, de depe pend nden endo do da sit itu uagao esp specifica ecifica,, a "cap "c apac acid idad ade e de fusao fusao"" por to ton nel ela ada de gusa po pod der a ate mesmo dimin inu uir . Se a temp te mper erat atur ura a de cha chama ma ca cair ir de 2. 2.05 050 0 pa para ra 2. 2.01 018 8°C, a  "capacidad  "capacidade e   de fusa fusao o" dim imiinui em 5% (32/2.050-1.400) e a produgao diminui   em 2,5 ,5%, %, re res sultan ultand do numa dim imin inu uig igao ao do ca calo lorr de fu fusa sao o por to tone nela lad d a de gu gus sa   de 2, 2,5% 5%.. Se 0 fo fom mo sob resf re sfri riam amen ento to ti tive verr um uma a ca capa paci cida dade de de fu fusa sao o in insu sufi fici cien ente te do gas gas,, u m vol olum ume e ex exttr a da ICP poder podera a de dete teri rior orar ar a situ situag agao ao.. Em tal tal s ituagao ao,, a ef ici€ ci€mci mcia a do pr oces o cesso so te tem m que se serr melh lho ora rada da,, ou se seja ja,, por uma taxa taxa d e pro produg dugao ao ma mais is bai aix xa e um um volume mais ma is ba baix ixo o de sopro sopro..

Para um proce Para process sso o ot otim imiz izad ado o do altoalto-fo forn rno o , 0 cont contr  r ole ole do f 1uxo 1uxo de   ga gas in inttemo do alto--fo alto fomo mo e mui muito to cr crit itic ico. o. Um Uma a di disc scus ussa sao o de deta talh lha ada e   apresent apresentada no Capitulo 7. De uma uma fo form rma a ge gera ral, l, fo foii co cons nsta tata tado do qu que e 0  equilib  equilibrio rio ent entr  r e 0 f luxo   de ga gas s central e flux fl uxo o de gas na pare pared de te tem m que se serr man anti tido do.. Na usi sina na si side der  r urg rgiica da Car  Car us, em IJmu IJ muid iden en,, a pres presen enga ga de um uma a co colu luna na se sem m mi mine neri rio o e   usada para dis distr  tr ibu buir  ir  0 gas da ramp ra mpa a de fo form rma a ap apro ropr pria iada da pe pela las s in incis cisoe oes s de coq coque ue..   Como Como co con nse seqO qOen enci cia, a, a r aiz aiz da zona zo na de fus fusao ao po pode dera ra de desc scer er pa para ra be bem m pr pr6 6 xim imo o das ven enttaneiras. 0 r isco ass associ ocia ado a uma raiz baixa da zona de fusao e 0 da danG nG as ve vent ntan anei eira ras s (va (vaza zame men nto e/ou queima). Uma alta injegao de carvao pulve ri riz zado requer uma simetria circ ci rcun unfe fere renc ncia iall me melh lhor or do proc proces esso so,, na nao o ap apen ena as po porr pa part rte e do carr carreg egam amen entto, ma mas s tamb ta mbem em da di distr strib ibui uiga gao o do sop sopr  r o e inje injega gao o de carva carvao o pe pela las s ve vent ntan anei eir  r as. as.

Se cad cada a ve vent ntan anei eira ra nu num m al alto to-f -fom omo o fo forr co cons nsid ider erad ada a co como mo um uma a pa part rte e da "piz "pizza za"" do alt ltoo-fo fomo mo e fo for re resp spon onsa save vell pelo pr pro oce cess sso o ate 0 ni nive vell da ca carg rga a   (stockline),   fica evid ev iden ente te qu que e a sime simetr tria ia ci circ rcun unfe fere renc ncia iall do proc proces esso so te tem m qu que e se serr as asse segu gura rada da pa para ra se alca alcang ngar ar bo bons ns re resu sult ltad ados os e alt alto o de dese semp mpen enho ho.. Os var vario ios s si sist stem emas as de injeg injegao ao em usa us a po poss ssue uem m me meto todo dos s di dife fere rent ntes es pa para ra asseg assegur urar ar um uma a bo boa a distri distribu buig igao ao.. Todavia odavia,, 0 ma maio iorr de desv svio io da sim simet etri ria a ci circu rcunf nfer eren enci cial al oc ocor orre re qu quan ando do ne nenh nhum um ca carv rvao ao e in inje jeta tad do numa dada ve ven nta tan neir ira. a. Se nenhu hum ma in inje jeg gao fo forr apli lica cad da, a ta taxa de produg produ gao na ve vent ntan anei eira ra em parti particu cula larr ir ira a dobr dobrar ar.. Po Porr conse conseqO qOen encia cia,, 0 op oper erad ador or do alto lto--fo fomo mo te tera ra qu que e to toma marr cu cuid idad ado o pa para ra qu que e to toda das s as vent ventan anei eira ras s es este teja jam m in inje jeta tand ndo o carv rva ao. Em esp especi cial al,, na situ situaga gao o on de dua duas ve ven nta tan neir iras as pr6 r6xi xim mas uma da out outra ra nao es estte jam injetando carvao, e 0 fo fom mo est stiiver operando sob altas taxas de in j jeya eyao o, a sit itua uaga gao o se sera ra be bem m se seri ria a e ago agoes es de curt curto o pr praz azo o te tera rao o qu que e se serr tomad tomada as par a co corr  rr igir  a situagao.

Est ste e po pon nto po pod de se serr il ilus ustr trad ado o at atra rave ves s da Tabe Tabella 8 e Fi Figu gurra 30 30.. 0 cal calcul culo o mos mostra tra como 0 co coqu que e e cons consum umid ido o em frent frente e a   vent ventan anei eira ra na qual qual na nao o ex exis iste te in inje je<; <;ao ao.. A alt lta as ta tax xas de inje< inje<;a ;ao o,   a produ produ<; <;ao ao de gusa gusa po pode de do dobr brar  ar .

..-r  ..-1~  _'"--r  ORlllal Opera~ Opera ~aoNOR

Figura Figu ra 30 30:: Ap Apr  r ese senta ntar;a r;ao o

esq squem uemat atiica

Um a Ven enttaneira Bloquea quead da do efe feiito da ausenc ausenciia   de ICP em   uma venta ventaneira neira

Tabela 8:  Con  Cons sumo de co ue PCII em toda PC odas s as ven ventan taneir eiras as Consum Con sumo o esp espec eciifi fico co de coque coque PCI 200 x 0,85 (TR TR)) total tot al de coque produ ao de usa Equiliibr Equil brio io de C por por ven ven taneira aneira:: •   coque •   carvao • total •   carbonet carbone tayao do gusa •   redu reduy yao di dire reta ta • usado na venta ventaneira neira • do coqu coque e • do ca car  r vao vao

3.00 000 0 1.700 1.7 00 4.700 - 500 -   900 900 3.300 1.700 1.7 00 1.60 600 0

kg/h kg/h kg/h kg/ h kg//h kg kg/h kg/t kg /t kg//t kg kg/tt kg/ kg//t kg

aum ument ento o da prod produr  ur ;ao na ventan ven taneir eira a sem carvao carvao 3.300 300//1.600   205% =

Conforme informado nformado,, todos os tipos de materia is de inje<;ao (hidr (hidrocar ocarbonet bonetos) os) pode po dem m se serr us usad ados os co como mo co comb mbus usti tive vell au auxi xili liar ar.. Um Uma a co comp mpar ara< a<;a ;ao o de compo composi si<; <;ao ao quim qu imic ica a ti tipi pica ca e ef efei eito to na te temp mper erat atur ura a da cha chama ma sa saD D ap apre rese sent ntad ados os na Ta Tabe bela la 9 .

combustivel de iniecao carvao oleo qas nat natura urall alatr ao

Tabela 9:  Dado Tabe  Dados s troi roic cos   de combust combustr  r veis v eis tax ta xa de %C %H sust iuicao 0,80 76-82 4 ,0-5 0-5,,5 1,17 87 11 1,05 57 19 1,0 87 6

de in inie iec cao %umidade 1-4 2 2

efei ef eito to na T AC -32 -37 -45 -25

Capitulo 6 Calculo da ca carg rga a e   ba b ala lanyo nyo de ma massa ssa

o   alto-for  alto-for no no

e ca carr rreg egad ado o co com m pe pelo lota tas s ,   sinter , min mine eri rio o   calibr  calibr ado e co coque ue,, en enq quanto que 0 combust combustiive vell ad adic icio iona nall po pode dera ra se serr inje injettad ado o pe pell as   ventaneiras ventaneiras..   A aciar  aciar ia ia r equer  equer  uma qu qual alid idad ade e de defi fini nida da pa para ra 0 meta tall e a esc sc6 6ri ria a tem qu que e se serr es esco colh lhid ida a pe pela las s pro ropr prie ieda dade des s 6t 6tim imas as co com m re rela lag gao a flu fluiidez dez,,   capacida capacidad de de de dessulf ur agao agao e ass ssim im por di dian ante te..   Desta Desta fo form rma a, 0   operador  operador  do altoo-f f or no tem que f azer  calculos pa para ra esco esc olher a c ar  ar ga do alto-forno. 0 presente capitulo p r imeirament imeiramen te indi in dica ca as con ondi digo goes es pa para ra 0 ca calc lcul ulo o da ca carg rga a,   as as qu quai ais s es esta tao o il ilus ustr trad adas as co com m um exem xemplo plo prat ratiico co.. Na sega segao o 2, 0 ca calc lcul ulo o da ca carg rga a e   lev levad ado o a um pa pass sso o a fre fren nte pa par  r a indica dicar  r  os res result ultad ados os do processo processo.. Pa Para ra est esta a f inalidade, inalidade , e usad usado o um bala balan ngo simples de massa de   unico estagio stagio..

Os ponto tos s de part rtid ida a par a os calculos da car carga sac as exi xigE gE''mcias de   qualidade qualidade par a 0 me metal tal e a esc esc6ri 6ria a. • Quali lida dade de do meta metall :   silicio, silicio,   tip tipic ica amente 0,4 - 0,5 ,5% %. Baixo enxofre «0,03 03%) %) e niv ni veis de defi fini nido dos s de f6sf f6sfor oro o (os qu quai ais s va vari riam am de devi vido do a var iagao nos mater iais da car ga ga de 0,05 05% % a 0,11 11% %). •  Qual  Qualid idad ade e da esc6 esc6ri ria a:   geralmente, geralmente, qu quan anta ta ma mais is ba baiixo 0 vo volu lume me de esc esc6r 6ria ia me melh lho or . Tipica cam mente os quatro principais constituintes da esc6ri ria a compoem apr oximadamen oximadamentte 96 96% %   do volu volume me to tota tal. l. A1 A12 203: 9 - 12 12% %, MgO gO:: 6 -11%, 8i0 8i02 2: 2834% e Ca CaO O: 32 - 40 40% %. Os re req quis isit ito os para a es esc6ria ser ao di disc scut utid idos os no Ca Cap pitulo 11.. 11  A ca carga rga tem qu que e pre preen enche cher  r    os requisi requisittos com relagao a: • Max axiima admi mis ssao de P - uma vez que quase to tod do  j junt unta ament nte e com 0 fe ferro. rro.

0

f6sf f6 sfor oro o

deiixa de

0

f orno

• Ma Max xim ima a admiss ssao ao de alc alcal alis is,,   especialmente 0  potassio  potassio,, os quai quais s po pode dem m at atac acar  ar  0 r ef ratar  ratar io e af etar  0 pro proces cesso. so. Tip Tipiicame camen nte te,, um li lim mite de 1,0 - 1,5 kg/tg kg/tgus usa a e usado usado . • Ma Max xim ima a ad adm mis issa sao o de zi zinc nco o: 0 zi zinc nco o po pod de conde onden nsa sarr e - de fo form rma a se sem melh lha ante aos alca callis - estab abe elece lecer  r    um pro proce cess sso o ac acum umul ula ativo dentr o do fo forn rno o. Tip Tipiicamente camente,, os limit imite es saD 100 - 150 g/tg g/tgus usa. a. No Note te que ue,, com al alta tas s tem empe pera ratu tura ras s do ga gas s cent cent r al, al, 0 zinco zin co e os alc alcali alis s saD rem removi ovido dos s pelo topo topo..

Compo ompos sicao Coque Car vao Sinter Pelo elottas Minerio car ga

quimica cin inza zas s 9% 6%

massa mas kg/tgusa

umidade umida de perdas 2% 5% 1% 0 1% 1% 1% 1% 3% 1% ap6s perdas kg/tgusa 294 200 990 495 70

Cooue 300 Car  Ca r vao 200 Sinte ter  r  1.000 Pelo Pel otas 500 Mine neri rio o 80 Tot otal al 1.580 000X60 / 28  28  corre< rre<;;ao do   Si do do gusa [S [Si] i]x x1   000X60 /  Esc6r ia ia Volume (kg kg//t usa usa)) e com omp posicao da esc6r  esc6r ia ia 8as asiicidade Si  02 82 = CaO / S  83 - (CaO+MgO CaO+MgO)/ )/Si02 Si02 84 = (CaO+MgO CaO+MgO)/ )/((Si02+AI +AI2 203) Relaca Rel acao o mir mireri erio o/coque (*) - 1,04 (Ca CaO O + Si0 Si02   + MoO + AI203)

o

Fe 0,5% 0,2% 58% 65% 65 % 61%

Si02 5,0% 3,0% 4,0% 3,5% 4,0%

CaO

MoO

8,3%

1,4 ,4% % 1,3%

Ab03 3,0% 1,5% 0,6% 0,8% 1,0%

kg/tgusa 1 0 575 322 49 947

204 (*)

15 6 40 17 3 81 -10 71 35% 35 % 1,16 1,4 1, 45

0 0 0 0 0 0 82 82 40%

0 0 0 0 0 0 20 20 10% 10 %

8 8 8 8 8 8 23 23 11%

1,10 5,3

calcu calc ulo da ca carg rga a usa co com mo para ram metr tro os de entr tra ada a com composi sir; r;a ao quim imic ica a em base se seca ca e os peso pesos s dos va vari rio os mat ate eri riai ais s numa ca carg rga a. Uma ca carg rga a co con nsi sist ste e de cam ca madas de min ine eri rio os e de co coq que ,   junt junta a me ment nte e co com m se seus us co comb mbus usti tive veis is au auxi xili liar ares es inj njet etad ados os pe pellas ve ven nta tan neir ira as. De form forma a a ter ter co con ndir ir;o ;oe es de fa faze zerr os ca calc lcu ulo los s, as per das de rend rendim imen ento to ao carr carreg egar  ar  0  fo  for  r no n o sa saD D tam tambe bem m le leva vada das s em co cons nsid ider erar ar;a ;ao. o. o exemplo atual e restrito aos componentes necessar ios para calcular a composir ;ao da esc6 esc6ri ria a. Os 4 com componente tes s pri rin nci cip pais (S (Si0 i02 2, CaO, MgO e A1 A1203) repr re pres esen enta tam m 96 96% %   do vo volu lume me to tota tall de es esc6 c6ri ria a.   A pe perd rda a do dos s ma mate teri riai ais s ca carr rreg egad ados os pelo to top po no alt lto o-fo forn rno o e levad levada a em co cons nsid ider erar  ar ;ao e no normalmente e ba baseada em amos am ostr tras as de mate mater  r ial i al do cole coleto tor  r  de p6 e si sist ste ema de la lava vag gem de gas .   Os calcu calculos los 10.. saD apr  apr esenta esentado dos s na Ta Tabe bela la 10

o   gas gas

no fo for no n o e di dist stri ribu buid ido o pe pela las s ca cama mada das s de coq coque ue..   A espe espess ssur ura a da cama camada da de coq co que na go goela fic fica a   tipica tipicamente na faixa de 450 a 55 550 mm.   Em noss nosso o exemp mplo lo na sec ec;;ao 2.3 2.3 a es espe pess ssu ur a e de 450 mm. 0 dia iam metro do ven ventre e mai mais de 45% mai aio or  do que 0 di diam amet etro ro do da da goel goela. Oai, a super fici ficie ma mais is do que dobr a durant nte e a de descida da car carga e a espes espess sura da cam ca mad ada a e r eduz eduziida par a menos da metad ade e da espe espess ssur  ur a da ca cam mada na   goe goela la.. As regr re gras as ge gera raiis no Ja Japao in ind dica cam m que a es espe pess ssu ura da cam ama ada no ventre nao deve ser in infe fer  r ior  ior  a 18 180 0 mm. To Toda davi via, a, os aut autor ores es tem tid ido o ex exit ito o tr trab abal alha hand ndo o co com m um uma a 140 0 mm. esp spes essu sura ra da cam camad ada a de coqu coque e no ve vent ntre re de 14

Os calcul calculos os da sec; sec;ao ao an ante teri rior or po pode dem m se serr esten estendi dido dos s pa para ra in incl clui uir  r  0 sopro sopro..   Assi Assim m se fazend faze ndo, o, a prod produc uc;a ;ao o do for forno no po pode dera ra se serr calcu calcula lada da:: na nao o apen apenas 0 gu gusa sa e a mass massa a e a co comp mpos osic ic;a ;ao o da es esc6 c6ri ria a ma mas s ta tamb mbem em a comp compos osic ic;a ;ao o do gas de topo topo.. 0 ca callculo da   co composic;ao do gas de topo e feito de uma maneira gr adual, adual, na qual os balan alanc c;o ;os s do dos s com ompo pone nent nte es do gas gas (n (niitro roge geni nio, o, hi hid dro roge geni nio, o, ox oxig igen enio io,,   CO e C02 C02) e do f err o sa sac c fe feit itos os.. Pa Para ra os calc calcu ulos os,, sa sac c us usad ados os os dad ados os do exer exerci cici cio o do Capit Capitulo ulo 2 e a abor dag agem em gr gra adua uall in indi dica cada da na Ta Tabe bela la 11 11..

Eleme emen nto de entr  de  entr ada ada Pr incip incipais fontes fonte s que saber saber saida pr incipal incipal que sabe que  saber  r  callcul ca ulado ado por  po r :

Nitrogenio N2 sopro N2/sopro gas ga s de topo N2/gas topo Volume do qaSde top topo o

Hidrogenio H2 Injeyao sopro H /iniecao gas ga s de top opo o eficiencia do H2 H2/gas de toP O

Fer ro Fe   carga   Fe//carqa Fe   gusa

Carbono C coque iniecao C/redutores gas de de t to opo qusa (15%)

Oxigenio O2 carga  (5  (52 2%) sopro (48 (48%) %) 02/sopro gas de topo (CO,,CO (CO CO""H,O)

composiyao do gusa entrada de   composiyao oxiqenio do qaS

 A abordag ordagem em e con onfo forrme a seg segui uir  r : Passo Pa sso 1 ba balanc; lanc;o o de N:   do do bal balanc anc;o ;o de nit nitrog rogenio enio,, 0 vo volu lum me tot otal al do gas gas do topo topo e tim imado. ado. P ss sso o 2: balanc lanc;;o de d e H: da admissao de hidrogenio e de uma utiliza zac; c;ao ao de hidroge drogenio nio -40%, 0 hi hidr drog ogen enio io do gas gas do topo topo po pode de ser  r    est estim imad ado. o. Na prat pratic ica a sa sac c 38-42%. ncontr adas uti utiliz lizac; ac;6es 6es de hidrog hidrogenio enio de   38-42%. so 3: ba ballanc nc;;o   de Fe e C: 0 us usa a de C/tg C/tgus usa a e conh conhec ecid ido o a par tir da com compos posic; ic;ao ao qulml do gusa e co cons nsum umo o es espe peci cifi fico co de coqu coque e e car carva vao o. P 4: ba ballanc nc;;o de 0: a compo composi sic; c;ao ao da ca carg rga a   forn fornec ece e a qu quan anti tida dade de de oxig oxigen enio io I r  t n I d de gusa car r ega egada no to topo, en enq qua uant nto o qu que e a qua quant ntid idad ade e de oxig oxigen enio io t : mMm co pr  d L con nhecida por tone tonela lada da de meta metal.

Passo Pass o 5:   os bal balan anc c;;o ;os s po pode dem m se serr co comb mbin inad ados os do topo. topo.

para pa ra ca calc lcul ular ar a compos composiC iC;; ;;o3 o3o odo ga gas s

as ca calc lcu ulo los s sa sac c ba base sead ado os em ca calc lcul ulo os quim imic ico os ba basi sico cos s.   as pont nto os de part rtid ida a para pa ra os calcu calculo los s sa sac c: ·12 kg de C e   um um nume numero ro de defi fini nido do de atom atomos os de car carbo bona na de defin finid idos os co como mo um kmol kmol,, • Cad a mol de uma substancia possui uma certa massa definida na "tabela peri6d per i6dica ica do dos s elemen elementos tos qu quimi imicos cos"", • 1 kmol kmol de gas gas so sob b pr pres esso so3o 3o at atmo mosf sfer eric ica a e a D O  O C   C  oc ocup upa a 22 22,4 ,4 m cntp.  As propriedades dos varios componente componentes s usados para os calculos esto3o esto3oindicadas indicadas na Ta Tabela 12.   a ba bala lanc nc;; ;;o o at atua uall e us usad ado o co com m pr prop op6s 6sit itos os di dida dati tico cos s . As cifr fra as e as comp co mpos osic; ic;;6 ;6es es sa sac c nu nume mero ros s ar arre redo dond ndad ados os.. as efeitos da umidade no carvo3o pulv pu lver eriza izado do e 0 arg argoni onia a no sopro sopro sac de despr spreza ezado dos s. 3

r opne opne

a es

e ma   enals   us usa as

l ara

ca cu os

N2

28

Fe

56

O2

32

Si

28

H2O

18

Mn

55

CO

28

P

31

CO2

44

5

32 -

_  0

a nit nitrog rogem emio io no no3oreag 3oreage e no alto-f alto-forn orno o , as assi sim, m, el ele e es esca capa pa in inta tact cto o at atra rave ves s do gas gas do topo..   Numa con topo condiC diC;;;o3oes esttav ave el, a entr entrad ada a e igua iguall a   sa said ida a e 0 vo volu lume me do gas gas do topo topo pode po de ser calcula calculado do com um balanc balanc;;o ;;o de nitrog nitrogen enio io,, da dada da a admis admiss so3o de nitrog nitrogen enio io e a con concen centra trac;; c;;o o3o de nitrogenio no gas de topo .   as as dados de entrada para um mode mo dele le si simp mpli lifi fica cado do es esto to3o 3o mo most stra rado dos s na Ta Tabe bela la 13 e 0 volu lum me do gas de topo e calcu ca lcula lado do na Ta Tabe bela la 14 14.. a ea

m/ssao  

Volu Vo lume me de sopr sopro o

0 2 /sopro Umidad Umid ade e Pr odu duc cao Consum Con sumo o Consumo Consum o

do sopr sopro o   de qusa esoec eso eciif ico esp es pecif ific ico o

Gas Ga s de topo topo Carvao Coqu que e

 

de car vao vao de coq coque ue CO2 22,0% 22,0% C 78% 87% 87 %

aan 6.500

0

25,6 10 6,9 200 300 CO 25,,0% 25 H 4,5% 0,2%

e  massa m" cnt cntp p

0

%

q /m  /m' '   cntp Uminuto kg/t kg /tgusa gusa kg//tgusa kg H2 4,5%

0 7%

 

N2 48,5% 48,5% N 1,4% 1,4 % 1,4% 1,4 %

Tabela 14:   Bal Balan anco co de nitr  nitr oaenio oaenio e vol olum ume e do aas de tOOO tOOO N2/sopro (1-0,256 256)x )x6 6.500 4.836 m N2/carvao 16 m N2/coa coaue ue 23 m Tolall Tola 4.836 m N2/aa aas s de 100 1000 0 48,,5 48 % Volu Vo lume me de aas aas de lop lopo o 10.051 m'

J

J

cnlp/minulo cnlD/minulo cnlD nlD//minul minulo o cnlD nlD//min minul ulo o cnl nlD/ D/minu minulo lo

Todo hid Tod hidrog rogeni enio o no carv carvao ao e no coqu coque e e conv conve er tid ido o em H2  no forn forno o. Um Uma a ve vez z qu que e 0 volume do gas de topo e conhecid ido o, assim como   a ad admi miss ssao ao de hi hidr drog ogen eniio, 0 hid idro roge geni nio o no ga gas s de to topo po po pode dera ra se ser  r    calculado, caso   se assu assuma ma um uma a ut util iliz izag agao ao de 40%. Ex Exis iste tem m ma mane neiir as de ve veri rif f icar a ut utili iliza zaga gao o de hid idr  r ogenio, ogenio, po pore rem m es esta tas s es esta tao o ale lem m   da da ab abra rang ngen enci cia a do pr pres esen ente te ex exer erci cici cio o. A Tab Tabela 15 mostra a admissao e calcula 0 hid idr  r oge o geni nio o no gas gas de topo. Tabela 15 15::  Balan

0 de

hidrogen hidr ogenio io kg//lgusa kg

Sopro Sopro Carvao Carv ao Coaue Tolall Tola 40% de ulilizacao ilizacao:: Volume Volum e de aa aas de lo lono H2/aas   de lopo

o

7 56 4 67  

m3 cnlp cnlp//minulo

750 10.051 4,5% 4,5 %

metal con met onttem 94 945 5 kg de Fe po porr ton onel elad ada. a. 0 ba bala lan ngo e tira rado do pe pelo lo ca carb rbo ona (45 kg), silic iciio,   mang mangan anes es,, en enxo xofr fre, e, f6 f6sf sfor oro, o, ti tita tani nio o e as assi sim m po porr di diante. 0 te teor or pr prec ecis ise e de Fe   do do metal depende lig ige eir ira amente do estado termico do for forno e qua qualidade da admissao dmissao.. Para 0 ba ballango n6s usamos 945 kg Fe/tgusa Isto da um   to tota tall de 947 47//55 55,,6 = 17 kmol. o ba ballango de ca car  r bona b ona e ma mais is co comp mpli lica cado do.. 0 ca carrbo bon na e que queim imad ado o na fre frent nte e das vent nta aneiras e e usad usado o du dura rant nte e a reag reagao ao de redug redugao ao direta reta.. 0 ca car  r bona b ona de deix ixa a 0 forno via vi a 0 gas de   to topo e com 0  ferro. 0 bal bala ango de car bona e fe feito por tonela lad da de metal.   A Tabel Tabela 16 mo most stra ra os r esul esultados tados.. 0 ca  car  r bona b ona via 0 ga gas s de top opo o e tam tambem dado em kg-atomo por tone tonela lada da de meta metal. l.

a ea

a  anco

car, one e   car,

kq/tqusa 261 156 -45 372

C usado Coque Carvao Gusa Gas de topo

kq-atomo/tqusa

31 ,0

a ba bala lang ngo o de oxige oxigemi mio o e ainda ainda ma mais is co comp mpli lica cado do.. a ox oxig igfm fmio io e tr traz azid ido o pa para ra dentr dentro o do fom fomo o co com m 0  sopro  sopro,,   com a Injeg Injegao ao de carvao carvao pu pulv lver eriz izad ado o, co com m a umi umida dade de e co com m a carga. carga. Ele deixa deixa 0 fo fomo mo pe pelo lo topo topo.. A carg carga a co com m si sint nter er na nao o co cont ntem em ap apen enas as Fe Fe2 203 (pr prop opor orc; c;ao ao a/ a/Fe Fe 1, 1,5 5), mas tam tambem um po pouc uco o de Fe3 Fe304 (p (pro ropo porg rgao ao a/ a/Fe Fe 1, 1,33 33). ). A prop pr opor orga gao o a/ a/Fe Fe us usad ada a e 1,46 1,46.. a ba bala lanc nc;o ;o e da dado do na Ta Tabe bela la 17 17..

Entrada

Saida

Tabe/a 17: Ba Ba/a /ang ngo o de o ox xigenio O kg O/tgusa m cntp/min sopro 240 342 umida umi dade de do sopro sopro 8 earvao 14 earqa 397 Total 762 qas de topo 762

kg-ato atomo/ mo/tg tg usa

47 ,6

a ox oxig igem emio io no gas gas de tope tope de deix ixa a 0 fom fomo o em tres tres estados estados dif difere erente ntes: s: • Lig Ligad ado o ao hi hidr drog oge eni nio. o. A quan quanti tida dad de e co conh nhec ecid ida, a, um uma a ve vez z qu que e no nos s sa sab bem emos os a quan qu anti tida dade de de hidr hidrog ogen enio io qu que e foi conv conver erti tida da em agua agua de proc proces esso so,, • Lig Ligad ado o ao carb carbon ono o so sob b a for forma ma de CO, CO, • Liga Ligado do ao carb carbon ono o so sob b a for forma ma de C02. C02. Uma Um a ve vez z qu que e 0 ox oxig igen enio io no ga gas s de tope tope es estta de deix ixan ando do 0 fo fomo mo no nos s tr tres es es esta tado dos s acima,, no acima nos s pod odem emos os ag ago ora ra,, a par arttir da comb combin ina ac; c;ao ao do ba bala lanc nc;;o de carbo carbon no e do bala ba lang ngo o de oxi xige geni nio, o, de deri riva varr a uti tili liz zag agao ao do ga gas s de topo topo,, co conf nfor orme me mo most stra rado do na Tabe Ta bela la 18 18..

C via qas de to po o via qas de topo o liqado ao H o   liq liqad ado o ao C Balanco de 0 Bala Ba lanc nco o de C   Utilizacao Volume CO z Volume CO

Tabe/a 18:   Ca/ Ca/cu cu/o /o da ut uti/ i/iz izag agao ao do gas gas de topo kg-atomo/tgusa 31,0 47,6 -1,9   45,7

2CO O z CO + 2C CO + CO z COzlCO +  COz) 2.283 2.539

   

14,7 16,3 0,473

  O

m entp/minuto O m entp/minuto

22,7 25,3

% %

Os calculos podem ser usados para verific ica ar os dados corretos de entrada. Modelos mais avan9ados estao disponfveis, os quais tambem levam em cons co nsid ider era9 a9ao ao 0 bala balan9 n90 0 de calo calorr da das s re rea9 a90e 0es s qu qufm fmic icas as.. Os mod model elos os sa sao o ut utei eis s pa para ra analise, especialmente questoes como "nos estamos produzindo de forma eficiente?" e para previsao: "E se a tax taxa de inje9ao for aumentada?", "E se a temp te mper erat atur ura a do sop sopro ro fo forr aumen aumenta tada da?" ?" e ass assim im po porr diant diante. e.

Capitulo 7 processo esso::   desci desc i da da carga o proc e   controle contr ole do f l uxo de ga gass  A carg rga a no alto lto--f omo se de desl slo oca de cima cima para baix ixo o.   A Figura 31 most strra uma r epr esent esenta aC;: ;:8 80 gra grafi fica ca da desc descid ida a da carga carga.. Ela e   ind indic icad ada a pe pela las s so sond ndas as de nivel nivel (stock k ro rods ds)),   as quais se ap6iam na superf icie da c ar supe sup eri rior  or  da ca carg rga a   (stoc arga e des de scem co com m a carg carga a en entr tre e ca carr rreg egam amen ento tos s . A su sup perficie da carga desce a uma uma velo loci cida dade de de   0,08-0,15   m/minuto.

l

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1 .  S o n da desce 2 . So Son n d a n a s lip e r lic iciie da ca carg rga a 3 . S o n da de desce sce com co m a ca car r g ga a 4 . S o n d a S io iob b e p a r a car r r r e g a m e nt ca nto o

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Para qu Para que e a car carga ga de desc sc;: ;:a,vaz a,vazio ios s te tem m qu que e se serr criado criados s em algum algum lu luga garr do for forno no.. Onde Ond e est estes es vaz vazios ios oco ocorre rrem? m? • Pr Prim imei eiro ro:: a co coqu que e e qu queim eimad ado o em fre frent nte e as ve vent ntan anei eira ras, s, pa parr conse consegu guin inte te,, cr cria iand ndo o vazios. • Se Segu gund ndo: o: a gas gas qu quen ente te sobe pelo pelo fo forn rno o e fun funde de a mate materi rial al da carg carga. a. De Dest sta a fo form rma, a, a vol volum ume e da car carga ga co come mec; c;:a :a a des desap apar arec ecer er na zo zona na de fus fusao ao.. • Te Terrce ceir iro: o: a gusa gusa co cons nsom ome e ca carrbo bona na.. El Ele e e us usad ado o par ara a a carbo carbone neta tac c;: ;:ao ao do f erro erro bem be m co como mo pa para ra as re reac ac;: ;:oe oes s de re redu duc; c;:a :ao o di dire reta ta.. As Assi sim m, aba baix ixo o da zon zona de fus usao ao,, coque coq ue e consumi consumido. do.

E   poss possiv ivel el

indica indi carr qu quan anta ta ca cada da um dos dos 3 meca mecani nism smos os co cont ntri ribu bui. i. Ve Veja ja in indi dica cac; c;:a :ao o na na Figu Fi gurra 32 32..   A maior parte dos vazios e criada na zona de fusao e na ar ea ea imed im edia iata tame ment nte e ab abai aixo xo de dela la.. Em um alto alto-f -for orno no ti tipi pico co,, ap apro roxi xima mada dame men nte 25% do dos vazios sao criados como uma conseqOencia da queima do coque em frente as ventaneiras. Miner io con so som me coque por  per da da por  soluyiio cr iand ando o   vazios vazios Coqlllle Coq e gase seifi ific ca na f r  r ente da das s vent ntane aneiir as. as. criand riando o vazi zios os

o gas sobe pelo f orn rno o

./

Flisao de miner io. cri ria ando vazi zio os

 A ca car  r ga eo coque descem

pelof or no

Isto im Isto impl plic ica a no fort fortal alec ecim imen ento to do flux fluxo o da massa massa de ma mate teri riai ais s em di dire rec; c;:a :ao o ao an anel el no qual a maior    qua quan nti tida dad de de min iner erio io e car carre rega gada da no for forno no.. De Des sta for orm ma, sob coke-rates ma mais is ba baix ixos os,, um uma a al alta ta co conc ncen entr trac ac;: ;:ao ao de miner minerio io em qu qual alqu quer er an anel el da circ ci rcun unfe fere renc ncia ia,, es espe peci cial alme ment nte e na reg regia iao o da pare parede de,, te tem m qu que e se serr evit evitad ada. a. Os mater materia iais is gr gran anul ular ares es da carg carga a e a co coqu que e fl flue uem m be bem m fa faci cilm lmen ente te,, co conf nfor orme me po pode de serr obser se observa vado do na cas casa a do dos s si silo los s de um alto alto-f -for orno no.. Da Dai, i, na are area a do alt altoo-fo forn rno o on onde de a mate ma teri rial al e gr gran anul ular  ar , a massa flu luii com uma facili lid dade similar para as areas de vazi va zios os.. Na Nao o obsta obstant nte, e, as op oper erad ador ores es de al alto to-f -for orno no es esta tao o f amil a milia iari riza zado dos s co com m ca carg rgas as de desci descida da de defi fici cien ente te (F (Fig igur ura a 33 como como ex exem empl plo) o)..

Da me mesm sma a fo form rma a,   os os feno fenome meno nos s de "engaiolamento engaiolamento"" (q (qu uand ndo o na nao o ha des desci cid da da carg ca rga) a) e "arriamentos arriamentos"" (d (des esci cida da ra rapi pida da e de desc scon ontr trol olad ada a da carg carga) a) sa sac c fa fami mill iare res s. A parti pa rtirr da analis analise e ne nesta sta se sec,; c,;ao ao,, se segu guee-se se qu que e,   fala faland ndo o de uma forma forma ge gera rall ,   a causa da desci descida da de defic ficie ient nte e da carg carga a te tem m qu que e se serr en enco cont ntra rada da na conf config igur urac ac,;a ,;ao o da zona zona de fusao fu sao   (uma out outra ra pos possib sibilid ilidade ade e a for formac mac,;a ,;ao o de casc6e casc6es s na pare parede) de).. Per ceba ta tamb mbe em qu que e os vaz vazio ios s sa sac c cr cria iado dos s no fo forn rno o me mesm smo o se a ca carg rga a na nao o estiv estiver  er  des esce cend ndo. o. As forc forc,; ,;as as de ac,; ac,;aocon aocontr trar aria ia qu que e im impe pede dem m um uma a de desc scid ida a ap apro ropr pria iada da da carga   sac di dis scut utid idas as na pro prox xima se sec, c,;a ;ao. o.

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 A car ga ga desc sce e devi vid do ao fa fato to das fo forc rc,; ,;as as de desc sce end nde ent nte es da carga carga exc xce edem as for  fo r c,;as de ac ac,,;aocontraria ocontraria,,   ascendentes.  A for c,;a des esc cend nden ente te ma mais is imp impor orta tant nte e e 0 pe peso so da ca carg rga a,   a forc, forc,;aasce ;aascend nden ente te ma mais is impo im port rta ant nte e e   a diferenc diferenc,;a ,;a de pre pressa ssao o ent entre re 0 so sopr pro o e a pre pressa ssao o do topo topo.. lade ma maiis   baix baixo o da zona zona de fusa fusao o e a area area co com m a mais mais alt lta a perd rda a de ca carg rga a, e o   lade tambem com a mais alt alta a for forc,;aasce c,;aascend ndent ente e. Se esta esta dif difere erenc, nc,;a ;a de pressao pressao se torna tornar  r  muit mu ito o al alta ta,,   a de desc scid ida a da carg carga a po pode dera ra so sofr frer er di dist stur urbi bios os (F (Fig igur ura a 34 34)) .   Ale Alem m di dist sto o, 0 coque su sub bmers rso o no gusa exerce tambem uma alta forc, ;a ascendente ascendente na carg arga a devi evido do as forc,;a forc,;as s de flutuac flutuac,;a ,;ao o (Fi (Figur gura a 35) 35)..

 _ _ _  _---------

---

Peso de car  car ga ga acima de zona de f us usao

Dif f eren Di ren9 9a

de pr ess essOes

• 2.450 I

enlr e zona de fu fussao e lo p  po o

Na pratica opera rac cional uma descida irregular da ca carrga e fre frequentemente um indi in dica cado dorr de um um proce processo sso de def f icie i cient nte e no al alto to-fo -forn rno. o. As raz6 raz6es es po pode dem m se ser  r : • A fo for  r i;: i;:a asc scen end den ente te est sta a alt lta a dem ema ais is..   Ope Opera rado dore res s ex expe peri rien ente tes s te tem m ci cien enci cia a da difereni;;:a maxi difereni xim ma de pressao atrave ves s da carga que propo r cion c iona a um uma a op oper erai ai;: ;:ao ao esttave es avell. sabiido tambem que um for  for no n o qu quen ente te ap apre rese sent nta a um uma a de desc scid ida a ma mais is ir irre regu gula larr da • E sab carga.. Is carga Istto se deve deve ao fat fato o de que que a zo zona na de fus fusao ao es esta ta lo loca cali liza zada da nu numa ma pa part rte e ma mais is alta al ta no forno forno, 0 que au aum men enta ta a ar are ea so sob bre a qua qual a dif ifer ere eni ni;;:a de press pressao ao ex exer erce ce fori;: fori ;:a a ascen ascendente dente,, se send ndo o qu que e a fori fori;: ;:a a de desc scen ende dent nte e fi fica ca me meno nor  r ,   devid devido o ao me meno nor  r  peso pe so da carg carga a ac acim ima a da zon zona a de fu fusa sao o. • A desci descida da da carga carga po pode de se serr mu muit ito o se sens nsiv ivel el a   oper operai ai;: ;:ao ao da casa casa de corri corrida da po por  r  caus ca usa a da fori fori;: ;:a a as asce cend nden ente te me menc ncio iona nada da do coq coque ue su subm bmer erso so.. •   A fori;: fori;:a a de desc scen ende dent nte e e con conti tida da pe pelo lo ma mate teri rial al se send ndo o am amol olec ecid ido o e fun fundi dido do na zon zona a de fu fusa sao o,   levan levando do a fo form rmai ai;: ;:a ao de ponte.   Este Este pro rob ble lem ma poder odera a se serr re reso solv lvid ido o atrave atr aves s de ajust ajustes es na distr distribu ibuiiii;: ;:ao ao da carg carga a.

gas o   ga

gerado nas ventaneiras e na zon zona de fusao ,   pos possu suii um curt rto o tempo de resid re sidem emci cia a de 6 a 8 se segu gund ndos os no altoalto-fo forn rno o . Dur Durant ante e est este e tempo tempo, 0 ga gas s se resfr resfria ia da

temper temp erat atur ura a de cham chama a pa para ra a te temp mpe e r atu tura ra do gas gas de to topo, de 2.000 000-2.2 -2.200 00 e   para 100 00--15 150 0 e , en enqu quan anto to qu que e , 0 ox oxiige geni nio o e si simu mult ltan anea eame ment nte e re remo mov v id ido o da carga. carga. (stockline) e de  A distanc distanciia vertica call en entr tre e as ven venta tane neiir as e a lilinha do niv nivel da   carga   (stockl apr oxi xim madamente 22 metr metro os .   Desta Desta for forma ma,,   a velo veloci cida dade de do gas no forno e bem lim imiitad tada a: num uma a di dis stan tanc cia ve vert rtic ical al ± 2 a 5 mIs, 0 que e compa par  r avel com uma velloci ve cid dade de ven vento de 2 a 3 na esca escala la de Beaufo fort rt..   Agora a qu quest estao ao e:   como 0 gas ga s ge gera rado do na zona de comb combus usta tao o e di dist stri ribu buid ido o pe pelo lo forn forno. o. o

o

Prime rimeiira rame ment nte e co con nsidere a di dife fere ren< n<;: ;:a a en entr tre e as ca cama mada das s de co coq que e   de min miner  er io. E import imp ortan ante te no notar  tar ,   con confo form rme e in indi dica cado do na Fi Figura 36,   que a camad camada de min miner io po poss ssui ui uma um a re resi siste sten ncia ma maiis alta a va vaza zao o do gas do que a de de co coq que ue.. a per fil fil da resi resistencia do forn forno o de detterm rmin ina a co como mo 0 ga gas s fl flui ui pe pello for forno no.. a flu flux xo de ga gas s pe pella par ede ede   pode ser  deri de riva vado do da das s pe perd rdas as de calor calor ou das das te temp mper era a turas da face quent nte, e, um uma a   vez vez qu que e 0 gas ga s aq aqu uec ece e a pare parede de..  Assim qu que e   a carga carga de mi mine ner  r ios co come me< <;:a a amol molece ecer  r  e a fun fund dir , em torno de 11 o o o e , a ca cama mad da de min miner erio io se contr contra ai e se tor n a pr ati tic came men nte impe mper  r meavel meavel ao gas. Se isto ist o aconte acontece ce no   cen centro tro do forno forno 0 flu flux xo ce central ntral de gas e bloq oqu ueado eado..

peque pequ eno gr ande

r 1

Iii

r r

 A   Fig Figur ura a 37 mo mostr  str a a temper atur  atur a na f ace quente da par ede ede do f or no. no. Tem sid side e obser vado em mu muit ito os f orn rnos os,, que a temperatu emperatura ra sob sobe e r epentinam entiname ente em minu nutos tos e dim imin inu ui dur ante ante as pr 6xima imas s ho hor  r as. Isto e f r  requ e   quen enttemente atribuido ao desprendimen de sprendimentto de casc5es (solidi idifi fic ca< a<;:5e ;:5es s) na pare ared de do for no. 59

 A explica< plica<;:a ;:ao o  apres  apresen enttada neste livr o e qu que tais var varia< ia<;;:5e :5es s brusc bruscas as de tem tempe perat ratura ura sac devid vido o a   presen< presen<;:a ;:a de  de curt urtos os ci circ rcui uittos do gas junto a   pared parede e do forn forno o.   Estes curt cu rtos os cir cuitos sac devid vidos os a f orma<;:ao orma<;:ao de aber tur t uras ao Ion Ion go da pare red de do for  for no no crian cria ndo uma area muitto perm eave I pela qual os gases mui quentes iraQ pr ef  ef erencialmente erencialmente flu fluir. ir. Fora Foram m   obser vadas bai aix xas conc concentr entra< a<;: ;:5es 5es de C02 C02   na pare parede de dura du rant nte e ta taiis sit situa ua<;: <;:5 5es que conf ir  ir mam a pre res sen< en<;;:a de cu curt rtos os ci circ rcui uito tos. s. A pr prem emis issa sa basic bas ica a do presente liv ivro ro e que as pe perd rdas as te term rmiica cas s pe pela la pare parede de sa sac c ca caus usad adas as pe pelo lo f1uxo f1ux o  de gas ao lo l ongo   das das pa par  r edes es..

o

o

3 Temp mpo o (horas oras))

Por que 0 ga gas s f1 f1ui ui ao lo long ngo o da par  pa r ede? e de? 0 ga gas s to tom m a a rota rota qu que e of ofer erec ece e a resis resiste tenc ncia ia mais baixa. A resistencia para a vaz vazao do gas num alto-forno carregado esta loca lo cali liza zada da na nas s ca cama mada das s de mi mine neri rio o ,   tend tendo o em vista vista qu que e a perm permea eabi bili lida dade de in inic icia iall dela de las s e de 4 a 5 veze vezes s in infe feri rio or  a   per perme meab abil ilid idad ade e da das s ca cama mada das s de coq coque ue..   Existem duas areas no alt alto-fo o-for  r no n o qu que e po poss ssue uem m a ma mais is al alta ta pe perm rmea eabi bili lida dade de:: 0 ce cent ntro ro do forno,,   caso forno caso ele conte contenh nha a coq coque ue suf sufici icien ente te,, e a regi regiao ao da pa pare rede de.. No centr centro o do forno forno pode po dera ra ha have verr um uma a al alta ta pr prop opor or< < ;: ;:ao ao de coqu coque e e miner minerio io re rela lati tiva vame ment nte e gr gros osse se de devi vido do a   segrega<;: segrega<;:ao ao..   En Entre a parede e a carg rga a desc sce endente ta tam mbem pode have ver  r  aberturas (espa< espa<;;:osvazios :osvazios)).

 A eficiencia do forno e determina determinada da pela quantida quantidade de de energia usada no processo.  As perdas termicas na parede e 0 ex exc cess sso o de tem tempera ratu tura ra do gas do top topo sa sac c exemp exe mplos los de perda perdas s de ene energi rgia a . 0 gas do to topo co con nte tem m CO e H2,   poss possuin uindo do um alto alto pode po derr ca calo lori rifi fico co.. De Dest sta a fo form rma a,   a efi fici cie enci cia a de um alt lto o-f -fo orn rno o e dete determ rmin ina ada pelo progre pro gresso sso da das s rea<;: rea<;:6e 6esqui squimi mica cas s e,   por conseguin conseguinte te,, 0 f1u f1uxo xo de ga gas s pe pelo lo for forno. no. 60

Dois tipos basicos de   distri distribu bui< i<;:a ;:ao o de ga gas s po pod d em se serr di disc scri rimi mina nado dos s : 0 fo forn rno o co com m "ma marc rcha ha ce cent ntr  r al" al" e 0 forn forno o   com com "m "mar arch cha a pe per  r ifer ica" ca"..   0 est estud udo o des destas tas c1assif c1assifica ica<;: <;:6es 6es f oi oi dese desenvolv nvolvido ido par a expl xpliicar as dif difere eren<; n<;:as :as na ope opera< ra<;:a ;:ao o. Padr Padr6es 6es inter intermedi mediarios arios tam ambe bem m po pode dem m se ser  r  observados bservados.. No fo for  r no n o co com m "ma marc rcha ha ce central", ntral", 0 fl flux uxo o de   gas e di d ir ecio ciona nado do em dire<; dire<;:aoao :aoao centro centro.. Nes estte ca caso so,, 0 ce cent ntrro do f or  or no n o co cont ntem em ap apen enas as co coqu que e e mat mater eria iais is gr gros osso sos s da carg carga a e e de boa permeabi ermeabillidade. A   zona zona de fus fusao assum ume e um uma a "for forma ma de V inv invert ertido ido"". Num fo forn rno o co com m "ma mar  r cha cha per iferica ferica", ", 0 f1uxo do gas pelo centr centro o e blo loq quead ado o, po por  r  exe ex empl plo o, pel elo o mate teri ria al da car ga em amolecimento e fusao. 0 gas flui preferencialme referencialmen nte pel a zona co m a me melh lhor or pe perm rme eab abil ilid idad ade, e, ou se seja ja,,   a re regi gia ao da par ared ede. e. Ne Nest ste e ca caso so,,   a zona de fu  sao assume a "forma de um W'. A Figura 38 mos ostr tra a am ambo bos s os ti tip pos de f lux luxo de   gas gas que po pod d em ser ser us usad ados os pa para ra op ope e r ar  r    um altoaltof orno, orno,   cada cada um com com su suas as vant nta agens e desv svan anta tage gens ns.. 0 co cont ntro role le do f1u f1uxo xo de gas gas e alcan lcan<;:ad <;:ado o com a dist distr  r ibui<;: ibui<;:ao ao da  da ca carg rga a.

1

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~ Fig Fi gura 38 Dois s tipos de zo zon na de fu fusao sao,, 38...Doi marcha mar cha cen centra trall e  march  marcha a per iferica iferica

Na Figur a 39 a propor< a  propor<;;:a :ao o mi mine neri rio o / coqu coque e pe pelo lo ra raio io e most mostra rada da pa para ra um forn forno o co com m marc rch ha ce centr  ntr al. Na fig figur ura a, 0 centr tro o do forno s6 contem coque. Desta fo forrma , n nhum uma a zo zon na de fu fusa sao o e fo form rmad ada a no cen centr tro o do for forno no e 0 ga gas s e dis distrib ribuid uido o atr atrave aves s d Inc In cis6es   de co coq que, a pa parti rtir  r  do cen entr tro o e em di dire re< <;: ;:aoao aoao raio ex exte tern rno o do for forno no.. A z n d fu 0 sume a f orm rma a de   um V ou ate at e mesm smo o a de de um U inver inverti tido do.. A

coluna colun a de coque centr al nao apenas age como um distribuidor de gas , mas tambe ambem m como um tipo de va valv lvu ula de press ressa ao:   ela ela fu func ncio ion na pa para ra est sta abil iliz iza ar a pressao do sopro. o ;s ;slr  lr i bu  b u iq A o

da oar  oar ga. ga . ni ni~~ " ,1 g oo ooIa Ia

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Figura 39:  F  For orno no co com m mar cha ce cen ntra trall

 A f or ma na qual 0 coque e col colocado no centro do forno dependera do tipo de equipamentto de dist equipamen distri rib buig iga ao de carg carga a us usa ado . Com um topo sem cone (bell-less top op)), as pos osiig6es da calha de car r  regam e   gamen ento to ma mais is diri dirigi gida das s pa par  r a 0 cen centro tro pod podera erao o ser  r    usa usada das. s. Co Com m um siste sistema ma de dup uplo lo co cone ne,, 0 coq coqu ue tem que se ser  r    leva levado do ao cent centro do f or  or no pe pello r olament olamen to do coque (vej eja a abaixo) e pel a es esco colh lha a da es espe pess ssur ura a cor  co r ret reta da ca camada de   minerio minerio,, de f orma o rma a imped impedir  ir  0 pr pree eenc nchi hime ment nto o do cent cent r o com mineri min erio os. Em um forno forno fun funcio cionan nand do co com m marcha marcha ce cent ntra rall ex exis iste te um uma a quant quantid idad ade e re rela lati tiva vame ment nte e peque pequ ena de gas quente na parede do forno : por con conseg seguin uinte te,, ba baixa ixas s pe perd rdas as ter micas icas.. Co Com mo r esultad esultado, a f usa sao o da car  car ga na r egia e giao o da pare parede de oc ocor orre re pr pro o xim imo o as ventane taneiir as. as. Oa Oaii,   a raiz raiz da zon zona de fus fusa ao f ica baix ixa a no for forno no.. 0 r isco des deste te ti tip po de pr oce ocesso e que a c ar  ar ga ga de mi mine neri rio o na nao o e compl complet etam ame e nte fu fun ndid ida a ante tes s de pa pass ssa ar  pelas pe las ve ventane ntaneiiras ras,, 0 qu que e po pod d er era a se serr ob obse serv rvad ado o pe pelo los s vi viso sor  r es e s da das s venta ventane neir iras as.. Is Isto to podera levar a condig6es que vaG de um ligeir iro o resfri ria amento do forno (pelo aum ume ento da re redu dug gao dir ire e ta)   e qu qual alid idad ade e ir irre regu gula larr do gusa, gusa, at ate e a re resf sfri riam amen ento tos s sever  sev er os o s e dano danos s as ven venta tane neir iras as..

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r isco isco de uma raiz da zo zon na de fus fusao mu muit ito o ba baix ixa a te tem m qu que e se serr co cont ntro roll ado ado at atra rave ves s do gas e da di dist str  r ibui buig gao da ca car ga. ga.   As As me medi dida das s op oper erac aciionais sa saD D apr pre ese sent nta adas a seguir : • Man Mantter um percentual de coque sufi cientemente alto na pa r ede. ede.   Pode-se conseguii-Io tambem atrav consegu raves es do us usa a de coqu coque e ma mais is fi fino no na regiao regiao da pa pare rede de.. Perceba que uma camada de minerio de 550   mm mm na goela necessita de aprox apro ximadamente 200 a 220   mm de coqu coque e pa para ra a car carbo boni niza zaga gao o e redu reduga gao o di dire reta ta..  Assim,, se 0 pe  Assim perc rcen entu tual al de coqu coque e na par pared ede e fo for  r  inf nfer erio iorr a 27% 27%,   uma coluna coluna con contin tinua ua de car  car ga g a se sera ra feit feita a na pa par ede ede . •  Assegura  Assegurar  r  um f luxo de gas min inim ima a pel a pare pared de na ram rampa e ve vent r e, 0 que pod pode e r a ser  ob obse serva rvado do pe pela las s medi dig g6es de pe per das d as te term rmic icas as e/ou lei leitur turas as de tempe tempera rattur a.

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Se 0 f 1ux 1uxo de gas pe pell a pare parede de se to toma marr mu muit ito o pe pequ quen eno, o, po pode dera ra se serr aumen aumenta tado do po por  r  meio mei o da dis istribu tribui< i<;a ;ao o da ca carg rga a (m (ma ais co coq que ca carr rre egado ju junt nto o a pare red de ou um f1 f1ux uxo o meno men or de ga gas no ce cen ntr o do fom fomo) ou atraves do aum aumento do vol volume do gas por  tonelada tonela da de gus usa a   (pela dimi diminui< nui<;ao ;ao do oxigenio) oxigenio) . • Co Cont ntr  r olar  0 fl flu uxo   de ga gas s cen centra trall. No Note te qu que e 0 f1u f1ux xo de gas gas   pelo cen entr tro o de deiixa 0 fomo com um alto   teo teor de CO e H2 e com com um uma a al alta ta tempe tempera ratu tura ra.. A pr opor< or<;;ao de energia energia do gas   central central nao e ef icientemente usada no pr  p r oce cess sso o e,   por cons conseque equencia ncia,, 0 fluxo flux o do gas ce cent ntra rall de dev ver a ser ma mant ntiido a um mi mini nimo mo.. func cionand ndo o co com m mar cha ce cent ntra rall po pode dera ra pr prop opor orci cion onar ar re resu sult ltad ados os mu muit ito o o f omo fun bons   de de pro roce cess sso o co com m r ela<;a <;ao o   a pro produt dutiv iviidade dade,,   quali qualidade do gusa e consumo espec es pecf f fico fico de combu combust stiv ivel el.. El Ele e leva leva tam amb bem a uma uma ca camp mpan anha ha de long longa a du dura ra<; <;ao ao do fomo fom o acima das ve ven nta tanei neira ras s. To Tod davia, 0 pr proc oces esso so fi fica ca mu muit ito o se sens nsiv ivel el ao aos s de desv svio ios s nos mater  mater iais i ais da ca carg rga a (esp espec ecia iall ment nte e a distr distrib ibui ui<; <;ao ao de tama tamanh nhos os), ), a opera opera<; <;ao ao da area are a de co c orr ida e a co cons nsis isten tenc cia oper acio ional nal,, em pa part rtic icul ular ar co com m re rela la<; <;ao ao a si simetria circun circ unf f er  er encial encial..

Na Figura 40 e mostra ostrad do 0  f omo funci cion onan ando do co com m ma marc rcha ha pe peri rife feri rica ca.. A carg carga a de miner io i o sob fus fusao bloqu que eia 0  ce  centr  ntr o do f omo e 0 f1u f1ux xo de gas gas e dire direci cion onad ado o pa para ra a regiao regia o da parede.

Pared rede e

Fig Fi gur a 40 40:: Forn rno o co com m mar cha pe peri riferica ferica

o f luxo

de gas ca cau usa alt ltas as perd rdas as te ter  r micas na ar  ar ea do fom fomo onde uma aber tur a (espa< spa<;;o vaz aziio) possa se for formar entre a car carga e a par  par ede, ede,   por ex exem empl plo, o, na cuba cuba infe in fer  r ior  ior  e media dia..   A zo zon na de fusa fusao o ass ssu ume a fo form rma a de um W ou ate ate mesm smo o a fo form rma a de um disc sco o.   Nesta Nesta sit situa< ua<;ao ;ao,,   a rai raiz da zona de fusa sao o fi fic ca mais alta,   acim acima a da das s v nta tane neiiras ras,, 0 qu que e   toma 0 pr proc oces esso so me meno nos s se sens nsiivel a inconsistencias nconsistencias.. 0 processo pod po der a ser ope opera rado do bem ef efic iciientemente entemente..   Todav Todavia ia,, de devi vido do as alt altas as pe perd rdas as te ter  r micas icas,, gas ga ste do ref r  ra   ta tarrio na cub uba a e muit muito o ma mais is ac acen entu tuad ado o do que que no caso caso do fom fomo o

f uncionando uncionando co com m mar cha cha centr al. al. 0 gas pa pas ssando pel ela a par ede poder a tamb ambe em se r esfr  esfr iar  rap rapiida dam men ente te e, ao assim oco corr  rr er , perd rde era   sua capa capacidade cidade de re redu du< <;ao ao.. Nao obstante,,   as flutu obstante flutuar;6e ar;6es s   na diferen diferenr;a de pr essa ssao o pela carga sac mais ace acentu ntua adas das,, 0 que qu e le leva va a lilimitar ;6e 6es s de prod produt utiividad vidade e.

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Figura 41:  Aprese  Apresen ntaq aq8 80

esquem uema atica

da distrib stribui uiq q80

do   gas gas pe pelas las   camad camadas de   coque

 As cam camadas da car  car ga ga sac re resp spon ons saveis veis,, em pr incfpio, incfpio, po por  r    aprox aproxim imad ada ame ment nte e 80 80% % da res resistenci encia a ao f lux luxo d e ga gas.   0 pr proc oce esso de r edur ;ao oc oco or re dentro da das s ca cama mada das s de minerio rio. detter mina 0 con onta tato to en enttre 0 gas e as camadas da carga? o que de o f ator a tor mais im impo por  r tant t ante e na de dete term rmiinar ;ao ;ao da perm   eabil eabiliidade para 0fl flux uxo o de gas gas e a quanti quan tid dad ade e de va vaz zio ios s en entr tre e as par tic icul ulas as.. Co Conf nfo or me mostr ado na Figura 41 os vazi va zios os en enttr e as p ar  ar ticu t icula las s depen pendem dem for fortem temen entte da frar ;ao de part partiicu cula las s gr gros oss sas e pequenas pequena s (V Quanto to ma mais is am pi pia a for  for  a   distr distribu ibuir; ir;ao ao dos tamanhos tamanhos,, me meno norr se sera ra (Vg g N p  p)).   Quan a quanti quantidade dade de   vazios. vazios. Nao obs obstan tante te,,   quant quanta a ma mais is f ino nos s fo fore rem m os ma mate teri ria a is, is,   mais baix bai xa ser a a per meab abiilidade (C (Cap apiitulo 3) 3)..

Na prat pratica ica oper operac acion ional al,, a perm permeabi eabili lida dade de dos dos mater ateria iais is da car carga e dete determ rmin inad ada a pela pela quan quanti tida dade de de fin finos os (% <   5 mm). mm).   Os Os fino finos s sac sac dist distri ribu buid idos os de form forma a bast bastan ante te hete hetero roge gene nea a ao longo longo do raio raio do for forno no.. Na Figu Figura ra 42 um exe exem mplo plo tipic ipico o da dist distrribui ibuiga gao o de fin finos os pelo pelo raio raio e indi indica cado do.. Os fino finos s se conc concen entr tram am ao long longo o da pare parede de,, espe especi cial alme ment nte e sob sob 0 pont ponto o de impac impacto to da nova nova carg carga a com com a sup super erfi fici cie e da carg carga a no topo topo..

Sint inteer  e pelotas <10mm

Sint Si nter er e pel pelotas
Se for usado um topo opo sem cone,   os pont pontos os de impa impact cto o pode podem m ser ser dist distri ribu buid idos os ao longo do raio. io.   Co Com um sistema de carregamento de duplo cone os finos se conce oncent ntra ram m num num anel anel estr estrei eito to na supe superf rfic icie ie da carg carga a e pro proxi ximo mo da pare parede de..   Quando a carga esta descendo, os materiais mais grossos na carga acompanham a parede, rede,   enqua enquant nto o que que os fin finos os pree preenc nche hem m os vaz vazio ios s entr entre e as part partic icul ulas as maior aiores es e nao acom acompa panh nham am a pare parede de na mes mesma ma prop propor orga gao o que que as par parti ticu cula las s mais mais gros grossa sas. s. Desta sta form forma a,   duran durante te a desci descida da,, os fin finos os na car carga tend tendem em a se se conc concen enttrar rar aind ainda a mais. is.  Ale  Alem disso, 0 sinter e 0 mlnen lneno o gran granul ulad ado o pod pod em degr degrad adar  ar -se em particulas menor es dura durant nte e 0 prim primei eiro ro pass passo o da redug redugao ao (de (de hema hemati tita ta para para magn magnet etit ita) a)..   Este ef eito sera mais mais acen acentu tuad ado o quan quanta ta mais mais lent lentam amen ente te 0 mate materi rial al for for aque aquecid cido o. Por  con co nse seguinte guinte,, quan quanta ta mais mais lent lentam amen ente te 0 mate materi rial al for for aque aqueci cido do,, mai maior sera a quantid qua ntida ade de   finos finos gerado gerados s.   Em suma: • A pe permeab rmeabiilida lidade de da cam camad ada a de min miner erio io e dete determ rmin inad ada a pel pel a quan quanti tida dade de de fino finos s. • A quantida ntidade de fino finos s e det deter erm minad inada a por: por: • efic ficienc iencia ia do pene peneir iram amen ento to na casa casa dos dos silo silos, s, • degr adag adagao fisi fisica ca dura durant nte e 0 trans transpo port rte e e 0 carregamento, carregamento, • metod odo o de   dis distr tribu ibuiga igao o de carga carga usad usado o, • pr oprie riedades des de degr degrad adaga agao o sob sob baixa baixa temp temper erat atur ura a.

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Os ef efe eit itos os me men nci cio onado dos s - co conc nce ent ntra ra<; <;:a :ao o de fi fino nos s no ca carr rre egame men nto e dura duran nte a descida,, e de descida degr grad ada< a<;: ;:ao ao sob sob re redu du<; <;:a :ao o a ba baix ixa a te temp mper erat atur ura a - ca caus usam am,, em mu muit itos os altosalt os-fom fomos os em oper opera<; a<;:ao :ao,,  um "anel anel""   de ma mate teri rial al de carga carga co com m um uma a pe perm rmea eabi bili lida dade de deficiente. Em particular, este anel de material causa muitos disturbios operacionais.

 A velocidade media do gas acima da carga e bem baixa baixa,,   con confo form rme e mo most stra rado do no capitu cap itulo lo 2. Entretan Entretanto to,, nu num m fomo fomo fu func ncio iona nand ndo o co com m ma march rcha a ce cent ntra rall ,   a ve velo locid cidad ade e do gas ga s po pode dera ra al alca can< n<;: ;:ar ar lo loca call me ment nte e 10 mIs ou ma mais is esp spec ecif ific icam ame ent nte e no ce cen ntr tro o do mIs,,   ou fomo.. Is fomo Isto to esta esta be bem m ac acim ima a da das s ve velo loci cida dade des s te te6r 6ric icas as do gas na qual qual a flui fluidi diza za<; <;:§ :§o o pode po de se serr ob obse serva rvada da.. 0 co coqu que e fl flu uid idiz iza a mui uito to mais fa faci cilm lme ente do que a carg carga a de mine mi neri rio o de devid vido o a sua sua de dens nsid idad ade e ma mais is ba baixa ixa (F (Fig igur ura a 43 43). ). Ap Apar aren ente teme ment nte e , 0 minerio da carga fixa as particulas de coque no centro. De qualquer forma , se as velocidades do gas local estive verrem se tomando muito alt lta as ,   po poder era a oc oco orr rrer er a flui fl uidi diza za<; <;:a :ao. o. A fl flui uidi diza za<; <;:a :ao o do co coqu que e te tem m si side de ob obse serv rvad ada a na op oper era< a<;:a ;:ao o do dos s al alto tossfomo fo mos s e pre previ vist sta a em mode modelo los s ma mate tema mati tico cos. s. Ta Tamb mbem em fo foii obser observa vado do qu que e as pel pelot otas as penetr pen etram am na nas s camad camadas as de coqu coque e flu fluidi idizad zadas as.. Se a flui fluidi diza za<; <;:a :ao o se se es este tend nder er pa para ra a pa part rte e ma mais is ba baix ixa a do fo fomo mo,,   pode podera ra oc ocor orre rerr a forma<;:ao forma <;:ao de de chami chamines nes,, 0 qu que e cr cria ia cu curt rto o ci circ rcui uito tos s en entr tre e a part parte e ma mais is ba baix ixa a do fom fomo o (ou (o u at ate e mesmo mesmo a zo zona na de comb combus usta tao) o) eo to topo po..   As As cham chamin ines es sa sac c ob obse serv rvad adas as co como mo send se ndo o um uma a co cons nseq eque ueln lnci cia a de probl problem emas as op oper erac acio iona nais is.. Por exem exemplo plo,, vaz vazame amento ntos s (cor (c orri rida das) s) at atra rasa sado dos s po pode dem m cr cria iarr ve velo loc cida dade des s ma mais is al alta tas s do gas gas loca locall e pod pod em leva levar  r  a forma forma<; <;:a :ao o de ch cham amin ines es.. Ne Neste ste ca caso so,, 0 ga gas s pod era esc sca apar pel elo o to top po co com m uma temp te mper erat atur ura a mu muit ito o al alta ta e um uma a ba baix ixa a ut util iliz iza< a<;: ;:ao ao,, uma vez que 0 ga gas s na nao o   tera um cont co ntat ato o ap apro ropr pria iado do co com m a car carga ga.. 15

Condi90 Condi 90es es no centr o do f omo

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Dia Di ametr o da parti rtic cul ula a (mm mm)) 43::   Veloc Figure 43 Velocid idad ades es de ga gas s pa para ra f1 f1ui uidi diza zaqa qao o de miner minerio io e coq coque ue.. A are rea a in indi dica cad da var ia ia de 800·e a 30 300 0·e,   pre press ssao ao de 1 atm atm..   (Base: (Base: Bis Bisw was as,,   1981)

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 A distribuic stribuic;;:a :ao o da carg carga a po pode de se serr us usad ada a pa para ra co con n tr olar  olar  0 flu flux xo d e ga gas do altoalto-fo forn rno o.  A pl plata atafor forma ma con concei ceittual de uso uso da distri tribu buic;:a ic;:ao o da ca car  r ga e bem com comple plex xa, uma vez que qu e el ela a e cons conseq equ uemci cia a da int nte er ac; c;:ao :ao das das pro ropr  pr ieda iedades des dos ma matteri eria ais da car arga ga co com m o eq equ uipamen ipamentto de ca carr  egamento. egamento . No ca caso so da fl fluidiz uidiza ac;:a ;:ao o, 0 f luxo de ga gas s po pod de tam ambe bem m af afet etar ar a di dist str  r ibuic; ibuic;:ao da ca car  r ga. ga.

 A Figura 44 mos mosttra os ang angulo los s de re rep pouso dos va vari rio os ma ter eria iais is us usad ados os nu num m al alto to for  fo r no. 0 co coq que poss ssu ui 0 an angu gulo lo ma mais is ac acen enttuado (i (ingreme ngreme)) de repouso repouso. As pe pelot lotas as possue ossuem m 0  ma  maiis ba baix ixo o angulo de re rep pouso e 0  s  siinter fi fica ca entr tre e os do doiis. Dai Dai,,   em um forno forn o carr arreg egad ado o com pelota pelotas s , as mesmas tem te tend nden enci cia a a rol rolar ar pa para ra 0 centro centro..

Coque: Co que: 35 35-38

0

25--26° Sint inter  er : 29-33° Pelotas as:: 25 44::   Segregac;ao e angu Fig Fi gura 44 gullos de rep repou ous so

as finos se co conce cen ntr tra am no ponto de impacto mpacto:: as pa part rtic icul ulas as gr gros oss sas f1 f1ue uem m "morro abaixo baixo"" ao pass passo o qu que e as par  par ticu ticula las s fi fina nas s pe perm rman anec ecem em ab abai aixo xo do po pont nto o de impacto mpacto.. Este mecan mecaniism sme e co conh nhec ecid ido o co como mo se segr greg egac ac;: ;:ao ao e ilus ilustr trad ado o na Fig Figur ura a 45 45..

1 " " 1 " 1 1 1 ' '11 " '1' 1 1 1 1 1

45:: Efe Fig Fi gura 45 Efeiito do ro rola lame ment nto o do co coqu que e co com m a fl flu ux a   de gas gas

ndo a carg rga a e carr carreg egad ada a no fo forn rno o,   as parti particu cula las s gr gros ossa sas s de coqu coque e no to topo po da desloca slocam m em direc;: direc;:ao ao ao centro centro..   Este Este ef efei eito to e cha chama mado do ro rola lame ment nto o do  Am  A m 1I

coque coqu e e e mais mais ac acen entu tuad ado o qu quan ando do 0 fo forn rno o es esta ta so sob b so sopr pro o . El Ele e e ilus ilustr trad ado o na Figu Figura ra 45.

o

tipo de sist tipo sistem ema a de carg carga a te tem m gr gran ande de im impa pact cto o na dis distr trib ibui ui9a 9ao o do dos s fi fino nos. s. A Fi Figu gura ra 46 most stra ra os sist sistem ema as de top topo se sem m co con ne (b (be ell ll-l -les ess s to top p) e de dup duplo co con ne (d (do ouble bell be ll). ). Em um topo topo se sem m co cone ne,,   exist existe e a possi possibi bili lida dade de de dist distri ribu buir ir os fino finos s da carg carga a pell os va pe vari rios os po pont ntos os de impa impacto cto mo move vend ndo o a cal calha ha pa para ra di dife fere rent ntes es po posi si90 90es es ve vert rtic icai ais. s. centro atr tra aves da programa9ao do cic iciio de o coque pode ser trazido para 0 cen carregamento. Com um sist Com sistem ema a de car carre rega game ment nto o de dupl duplo o co cone ne ex exis iste te um uma a po poss ssib ibil ilid idad ade e me meno nor  r  de vari varia9 a9ao ao do dos s po pont ntos os de impac impacto to e os fin finos os fi fica cara rao o co conc ncen entr trad ados os em anei aneis s ma mais is estr es trei eito tos. s. Os alto altos s fornos fornos mo mode dern rnos os co com m si siste stema mas s de ca carr rreg egam amen ento to de du dupl plo o co cone ne,, na maio iorria dos casos, sa sac c equipados com uma armadura movel, 0 que que da uma certa ce rta fl flex exib ibil ilid idad ade e co com m re rela la9a 9ao o a   dis distr trib ibui ui9a 9ao o de fino finos s e para para a propo propor9 r9ao ao mi mine neri rio o / coque ao longo do raio .   Contudo, Contudo, su sua a f1 f1ex exib ibil ilid idad ade e e in infe feri rior or a do siste sistema ma ma mais is versa ve rsati till de to to po sem sem co cone ne..

46:: Ca Figura 46 Carr rreg egam amen ento to co com m tapa tapa sem cone cone e carregament arregamento o com du dupl plo o co cone ne::   comparar;ao da seg egre rega gar; r;ao ao de fi fino nos s na /inh /inha a de nive nivell da carga   (stock (stock lin line) e)

 A linha de raciocinio aplicada ate aqui considera camadas isoladas de minerio e coqu co que e co como mo po pont nto o de pa part rtid ida a .   Todavia, Todavia, um uma a ve vez z qu que e 0 dia diame metr tro o me medi dio o do coqu coque e, de 45 a 55 mm mm,,   e muit muito o ma maio iorr do que que 0 das das pe pelo lota tas s e sint sinter er (ti (tipi pica came ment nte e < 15 mm e < 25 mm resp respec ecti tiva vame ment nte) e),, os com compo pone nent ntes es da car carga ga joga jogado dos s nu numa ma ca cama mada da de coque tenderao a for formar uma camada mista. Esta camada mista tera uma perm pe rmea eabi bili lida dade de co comp mpar arav avel el a da cama camada da de mine mineri rio o .   A fo form rma9 a9ao ao da das s ca cama mada das s mist mi sta as e tam tambe bem m pr pro oduz uzid ida a pela las s part rte es sa sali lie ente tes s ou re recu cuad ada as da pare red de :   tais como com o pla placas cas de refri refriger gera9 a980 80 sal salien ientes tes,, pl plac acas as au ause sent ntes es na co coro roa a de cho choqu que e, 68

desgas desg aste te do re refr fra ata tari rio o na go goel ela a e assi assim m por dian diante te.. As ca cam mad adas as mi mist sta as po poss ssue uem m uma um a pe perm rmea eabi bili lida dade de di dife fere rent nte e e pode podem m cu culm lmin inar ar no sur surgi gime ment nto o de uma as assi sime metr tria ia circunf circ unfere erenci ncial al de pro proces cesso. so.

o

fluxo flux o de gas gas otimi otimiza zado do em um fo fomo mo mo mode demo mo,, op oper erad ado o co com m al alta ta pr prod odut utiv ivid idad ade e e com co m ba baixo ixo consum consumo o es espe peci cific fico o de co coqu que e , po poss ssui ui a zo zona na de fus fusao ao na fo form rma a de um V invertido nvertido,,   confo conform rme e de descr scrito ito ac acim ima. a. Co Cont ntud udo o , 0 gas que esc scap apa a pe pelo lo ce cen ntr tro o (s (se em mine mi nerio rio)) de deixa ixa 0 fo fomo mo co com m um uma a ba baix ixa a ut util iliz izac ac;: ;:ao ao.. Es Esta ta pe perd rda a de ga gas s "n "na ao usa sado do"" deve''   ser minim deve minimizada izada.. Se 0 f1uxo de gas ce cen ntral for muito alto, a raiz da zo zon na de fusao se apro roxi xim ma demais dem ais das ventanei ventaneiras ras.. Ne Nest sta a sit situa uac;: c;:ao ao,, a tax taxa a de combu combusti stive vell se sera ra al alta ta e haver havera a uma um a gr gran ande de ch chan ance ce de da danG nG as ve vent ntan anei eira ras. s. E es esse senc ncia iall qu que e 0 ga gas s fl flui uind ndo o pe pelo lo cent ce ntro ro se dist distri ribu bua a pe pela las s in inci ciso soes es de coqu coque e at ate e as cama camada das s da car carga ga..   Desta for forma, ma, a perm rme eabilidade da co colluna de coque centra rall na o   de devera ser muito alt lta a. is istto signif sig nifica ica que 0 di diam amet etro ro da col colun una a ce cent ntra rall de coqu coque e na nao o po pode dera ra se serr mu muito ito gr gran ande de.. Se 0 fl flux uxo o do gas gas ce cent ntra rall fo forr (p (par arci cial alme ment nte) e) bl bloq oque uead ado o , 0 ga gas s es esca capa para ra ao longo longo da parede e se resf resfrriara. 0 re resu sullta tad do e que que 0 co cont ntat ato o en entre tre 0 gas e a carga fica insuficiente.. Nesta situac;:ao insuficiente situac;:ao 0 fl flux uxo o de gas gas ce cen ntr tral al e peq peque ueno no e as as pe perd rdas as te ter  r micas micas sac alt altas as.. Nossa Noss a ex expe peri rien enci cia a te tem m mo most stra rado do qu que e 0 fluxo de gas pela pare de e 0 fl flux uxo o de gas gas centtral est cen estao ao forteme fortemente nte corr correla elacio cionad nados os.. 0 co cont ntro role le do f1 f1ux uxo o ga gaso soso so es esta ta ba base sead ado o na manut manuten enc; c;:a :ao o do equil equilib ibri rio o en entre tre os fluxo fluxos s de gas ce cent ntra rall e perife periferic rico. o.  A dificuldade no controle do fluxo gasoso e que ele e influenciado por muitas muda mu danc nc;:a ;:as s nos nos co comp mpon onen ente tes s da ca carg rga a , pa para ra me metro tros s de pr proc oces esso so e es espe pecif cifici icida dade des s da inst instala alac;:a c;:ao. o. Em par particu ticular  lar , a vari variac ac;: ;:ao ao no perce percent ntua uall de finos finos pr prox oxim imo o da (m (mas as nao na) parede , e as propriedades de degradac;:ao sob reduc;:ao a baixa tempe mperat ratura ura sac import important antes. es. Para se controlar  0 f1uxo gasoso faz-se Par um intenso monitoramento. A ins in strumentac;:ao do alto-fomo se encontra descrita na proxima sec;:ao. O Os s param para metr tros os ma mais is im impo port rtan ante tes s pa para ra defi defini nirr a rea reall   situ situac ac;:a ;:ao o do flux fluxo o ga gaso soso so sa sac: c: • A descid descida a da car carga ga (s (son onda das s de nive nivell da car carga ga,,   tomad tomadas as de pres pressa sao) o) e a qu qued eda a de pres pre ssao   pela carga carga,, • As pe perd rdas as te term rmic icas as da par pared ede e ou te temp mper erat atur uras as na pa pare rede de,, • A co comp mpo osic sic;: ;:ao ao do gas gas na linh linha a do nive nivell da carg carga a e 0 perfil da temperatura temperatura.. ontrolle o contro

do   flu fluxo xo de ga gas s e uma di dist stri ribu buiic; c;:a :ao o de ca carg rga a ot otim imiza izada da sa sac c en enco cont ntra rado dos s p r  metodos tentativos ntativos,, e te tem que ser desenvolvi vid dos para cada fomo de form forma a Indi div vid idu u I. I. A  Allgum umas as obs observ ervac;: ac;:oes oes gerais gerais pod podem em ser feitas feitas..

1. 0 f 1uxo 1uxo de de gas e con contro trolad lado o, em sua ma maio iori ria a, pe pell a propor gao gao coque I   mineri minerio o ao lon ongo go do raio raio.   Urn Urn exem exempl plo o de uma uma di dist stri ribu buiga igao o ca calc lcu ulada da car  car ga e mos mostrado na Figur  Figu r a 47. Per ceba c eba 0 ce cent ntro ro se sem m mine ner  r io. io. 2. 0 ce cent ntro ro do fom fomo o de deve ver  r a se serr pe perm rmea eave vell e nenhuma nhuma,, ou um uma a quan uanttidade mi minima nima,, de carga carga de miner  miner io gro ross sse e de deve vera ra es esttar pre presen sentte. 3. 0 percentua percentuall de co coqu que e na par pared ede e na nao o dever a se serr mu muit ito o ba baiixo. Not ote e qu que e 550 mm de min ine er io na go goela consome apr oxi oxima mad dame ment nte e 200 mm de coque par a re redu duga gao o dire di reta ta e ca carb rbon oniz iza agao. Uma co coluna ver tica call co cont ntin inu ua de mat ate eri ria al da car ga g a de deve vera ra ser  se r  ev eviitada tada..   Uma Uma in inc cisao de coq oqu ue devera ser mantida entr e tod odas as as camadas de miner io. 4.   A concentr  concentr aga gao o de finos prox roxim ima a a   pared parede e dev dever  er a   ser evit evitada ada.. 5. 0 f1uxo de gas   central e coman omand dado pe pela la qu quan anti tida dade de da car carga de mine minerrio qu que e alca al cang nga a 0 cen entr tro. o. Es Esta ta qu quan anti tida dade de de depe pend nde e fo fort rtem emen ente te da esp espes essu sura ra da cam camad ada a de minerio e da quantidade de coque grosso. Para se alcan ang gar urn f1 f1uxo gasoso estavel,,   quan estavel quand do for em e m ne nece cess ssar aria ias s mud udan anga gas s na prop propor orga gao o min iner erio io I   coque, coque, a cam ca mad ada a de mine minerrio de dev ver era a se serr man anti tida da co cons nsta tan nte em pri rime meir iro o lu luga garr. Isto e de espec espe cia iall im impo port rtan anci cia a qu quan ando do se alt alter era a 0 nive nivell de inje injega gao o de carv carvao ao.. Ne Nest sta a si situ tuag agao ao,, sac sa c fe feit itas as gr gran and des mud udan ang gas na esp espes essu sura ra re rela lattiv iva a da cama camada da de min mine eri rio o e de coque.. coque

Na pr prat atic ica a,   peq peque uena nas s mu muda dan ngas na es e spessura da cam camada de mlneno poderao inf f luen in l uenci ciar ar fo fort rtem emen ente te 0 fl flu uxo de gas gas ce cent ntra rall. Es Este te efei efeito to e ge gera ralm lmen ente te ma mais is forte forte em fomo fom os co com m du dup plo co cone ne e ar arm mad adur ura a movel qu que e em fom fomos os co com m top opo o se sem m co cone ne.. Urn ex exemp empllo de ur urn esquema par a co cont ntr  r ole da dist istr  r ibuig8 ibuig80 0 da ca carga e   apresentado na Ta Tabe bela la 19.   Se fo forr ne nece cess ssa ari rio o ur n f1u f1ux xo maior  maior    de ga gas s ce cent ntra rall, a pr prog ogr  r amag amag80 Coqu Co que e 2 e su subs bsti titu tuida ida pe pela la Co Coqu que e 3.   Urn f luxo men enor or de gas gas cen entr tral al e ob obtido pela substituig substitui gao da pro progr gram ama ag80 Coque 2 pe pel a Coque 1. 19:: Prog Tabela 19 rogr  r amas de ca carr rreg ega ament ento o %

posi sicao cao

coaue coau e 1 coque 2 coqu co que e 3 minerio

+ ce cent ntr  r al al normal - ce cen ntral

11 I 10 parede 14 14 14 16 16

do ta tapa pa se sem m co con ne c o m f1  uxo de de gas centra centrall sob ~anacao 5 7 6 4 3 2 1 9 8 cen ce ntr o 8 14 16 14 14 14 6 14 14 14 14 6 10 14   14 12 14 14 6 12 14 14 12   10 10 10 16 10 10 0

Programagoes semelhantes poderao ser desenvolvidas para urn sis isttema de carr ca rreg egam amen ento to de dupl duplo o co cone ne..   Neste Neste si sist stem ema, a, 0 uso da espes espessu sur  r a da ca c amada de miner io po pode dera ra ta tamb mbem em se serr apli aplica cado do:: uma camada menor de miner nerio io pro propor porcio ciona na urn ur n flux fluxo o de gas gas ce cent ntra rall ma mais is al alto to e vice vice--   versa. Se for  ne nece ces ssa sari ria a um uma a gran grand de mud udan ang ga no con consumo especffico de coqu oque e, operador  operado r  te ter  r a a Opg8 Opg80 0 de mu muda dar  r    a base base de mi mine nerrio e mant manter er a ba base de coqu coque

0

constante, ou mudar a base de coque e manter a base de mmeno constante. constante,  Ambas as f iloso losofi fia as podem ser  ap apli lica cada das s co com m exit xito o.   Os Os ope opera rado dore res s qu que e ma mant ntem em a bas ase e de coque coque constan onstantte in indi dic cam 0 pap pape el essenc ssenciial do coque para a man manutenc enc;;:ao da perm permeabili eabilidade dade do alto alto-fo -for  r no. Os autores sac a fav favor de ur n sistema no qu qua al a ba b ase de   mlneno e   mantida cons co nsta tant nte. e. A dis distr trib ibui uic c;:ao do gas e comandada pelo padrao de   resiste resistencia das cam amad adas as da car ga de min ine er io e - con onf f or me mencionado acima - pela quan anti tidade dade da carga de miner io que chega ao centr o.   Esta ult ltiima pode derra mudar  substancialmen bstancialmentte ao alter erar ar a base base de mine mineri rio o, es esp pecia eciallment nte e em for orno nos s eq equ uipa pad dos com 'sis sistem tema a de car arre rega game ment nto o de   duplo duplo con cone e. Urn exemplo ilus lusttra rati tivo vo mo most str  r and ndo o um uma a muda danc nc;;:a no co 350 0 par a 300 cok ke-rate de 35 kg/ g/ttgusa e   apresent apresentado na Tabela 20.   A ba base se de min iner erio io e man manti tida da co cons nsta tan nte e a base de coque e reduzida uzida.. A exper ienc enciia tern mostr ado a do qu que e se sera rao o ne nece cess ssar aria ias s muda danc nc;: ;:as as rel elat ativ ivam amen entte mui uito to peq eque uen nas na di dist stri ribu buic ic;;:ao da carga para a otimizac; otim izac;:ao :ao do flu flux xo de gas gas ce cen ntr tral al (o (ou u sej eja a,   distr distrib ibui uic; c;:a :ao o do co coqu que) e).. Os ajuste ajustes s na distribuic;;:ao da carga podem ser aplicados distribuic como urn segundo passo, se necessario.. necessario Tabela Tab ela 20 20:: Mudan

a   na na bas base e de co ue uando a ta tax xa da IC ICP P se a/tera Situa ao anterior  Nova si sittua ao 350

21 90

300

18 90 nao mudar 

 As   mudanc;: mudanc;:as as na dis distri tribui buic c;: ;:ao ao da car arga ga de deve ver  r ao a o es esta tarr bas asea eada das s nu numa ma an ana alise das cau aus sas das mud udan anc; c;:a :as s no flu lux xo de gas. 0 fluxo de gas podera tambem ser  infl in flue uen nci ciad ado o por prob proble lem mas op ope era rac cio iona nais is,, ta tais is co como mo urn niv nivel bai aixo xo da car carga ou probl pro blem emas as na cas asa a de co corr rrid ida a. Nes Nesta ta sit situac uac;;:ao :ao,,   os os aj ajus uste tes s na di dist stri ribu buic ic;: ;:ao ao da ca carg rga a nao ir aQ pr prop opor orci cion onar ar re resu sult ltad ados os sa sati tisf sfat at6 6r ios. ios. As perdas term rmic icas as pel ela a pa pare red de estao mu muiito ligadas a   de descida da car ga. ga.   Dest Desta a fo for  r ma, ma, a caus causa de al alta tas s ca carg rga as ter  te r micas micas de deve ver  r a se ser  r    analisada analisada no con onttext xto o de out outro ros s da dado dos s de proc proces esso so.. Urn exem exempl plo o de uma distri distribu buiic;:ao de de   car carga ga e most mostra rado do na Figu Figura ra 47.

Figura 47: emplo o de dist distrib ribuir uir;a ;ao o de car carga ga com com cent centro ro sem sem minerio minerio e penetr penetrar; ar;ao ao de minerio minerio 47: Exempl na cama camada da de co que.

 Algumas vezes a descida de carga pode ocorrer de maneira irregular (Figura 33). o que que pod pod era era acont acontec ecer er quan quando do houv houver er arri arriam amen ento to/e /eng ngai aiol olam amen ento to de car carga ga no forn forno? o? Isto Isto esta esta indi indica cado do na Figu Figura ra 48. 48. Primeiro, Primeiro, 0 enga engaio iola lame ment nto o ocor ocorre re porq porque ue a for<; for<;;a ;a Iiqu Iiquid ida a desc descen ende dent nte e torn tornaa-se se muit muito o baix baixa. a. Isto Isto pode pode ser ser caus causad ado o por por alta altas s for< for<;; ;;asd asde e fricga fricgao o.   Note que que 0 coque, coque, a pelo pelota ta e 0 sinter sinter fluem fluem facilm facilmen ente te para para baixo baixo.   Portanto, Portanto, as for<;;asde for<;;asde fricgao fricgao ocorrem ocorrem na zon zona a coes coesiv iva a onde onde 0 mater material ial fundid fundido o forma forma ponte pontes. s. Segundo, quando ha um engaiola iolam mento, to , continua. 0 coque e 0 processo cons consum umid ido o e 0 minerio minerio funde funde, formand formando, o, portanto portanto,, vazi vazios os abai abaixo xo da zon zona a coes coesiv iva a. Terceiro, Terceiro, quan quando do os vazi vazios os se torn tornam am muit muito o gran grande des s ocor ocorre re 0 arriam arriamen ento to da carga carga..  A estrutura de camadas e completamente completamente destruida e 0 f1ux f1uxo o de gas atra atrave ves s dela dela e impedido. impedido . Isto Isto leva leva nova nova ment mente e a redu reduga gao o insu insufi fici cien ente te do mine mineri rio o e 0 prolongamento da zona de fusao. Estas areas formam novas pontes para 0   pr6ximo engaiolamento. engaiolamento .

problema o   pr

s6 pode ser resolvido com 0 re-e re-est stab abel elec ecim imen ento to da estr estrut utur ura a de cama camada das s dent dentro ro do forn forno o , 0 que que sign signif ific ica a que que todo todo 0 cont conteu eudo do do forn forno o prec precis isa a ser  ser  renovado: 0 forn forno o deve deve ser ser opera operado do com com sopr sopro o redu reduzi zido do por por 5 a 10 horas. horas.

 A  - Oper a9aO Nor mal  A  Ane  An eis do min ine er io fun fund din ind do e inciso soes es de coq oqu ue alter nam na zona co coe esiva va,,

B  - Pr oblema: enga ngaiiolamentol Nenh nhum uma a de desc sciida da car ga, ga,

C-Causa Mater ial coesivo na es esttr utur a dOlpont nte e, Com Co mo 0pr oces ess so conti tin nua, sac cri ria acJos vaziios e os mes vaz esm mos allllllllle entam,

D - Ar r  r iamento cJaca carga rga \la \l azios des desm mor onam. r Ol11 l11p pi1 i11 e1n1to se seve ver  r o dOles esttr ulura cJacall1 l1a ada, Fl Flu uxo do  9'\S imp mpe edido e jatos   do gas gas ao lon90 da par ede, ede,

o

contr ole con o le op oper erac acio iona nall di diar  ar io do alt altoo-fo fomo mo e dis discu cuttido ne nest sta a se sey8 y80 0.   Todo Todos s os dias dias,, ou   ate ate me mesm smo o em tod todos os tur  tur nos n os de traba trabalh lho o, 0 pro proce cess sso o te tem m qu que e se ser  r    controlado. Os alvos alvos do cont contro role le S8 S80: 0: •   Composiy Composiy80 correta do gusa e da escona : a carga metalica e 0 coque S80 ajusttad ajus ados os pa para ra se obte obterr a com compo posi siy y80 qui uim mic ica a co corr rre eta do gus gusa a e da da esc6 esc6ri ria a . Com rela re lay8 y80 0 a esta esta ul ulti tima ma,,   em pa part rtic icul ular ar a basic basicid idad ade e da esc6 esc6ri ria a, el ela a e impo import rtan ante te po por  r  caus ca usa a do se seu u ef efei eitto so sob bre 0 te teor de enx enxof ofre re do gus gusa a.   Uma Uma compo composi siy8 y80 0 co corr rret eta a do gusa e da esc sc6 6ria tambem implica no controle do n ive vell te term rmico ico,, uma vez que 0 silic sil icio io do gusa gusa es esta ta co cor  r r  relac e   lacio iona nado do c om a sua tem tempe perat ratura ura..  Assim,, exi  Assim xis ste a nece ces ssi sid dade diaria de se faz fazer calculo los s para a carg carga a co com m uma anal an alis ise e qu quii mic ica a atu tua ali liza zada da dos co com mpo pon nen ente tes s da ca car  r ga, ga,   e aju just stes es fr freq eque uen nte tes s do nive vell term rmiico do forno. Est ste e ultim imo o podera se serr alcanyado atr tra ave ves s do ajust ste e do consumo especifico de coque ou da injey80 auxiliar de combustivel pelas ventan ven taneir eiras as . • Contr Control ole e de pr proc oces esso so:: a des desci cida da da carg carga a (c (co onf nfo orm rme e me medi did da pe pela las s so sond nda as de nive vell da car carga ga ou tom tomad adas as de pre press ss80 80 Fi Figu gura ra 50 50)) ,   a prod produt utivi ivida dade de e a efici eficien enc cia do alto al to-f -for orno no S8 S80 0 ava avali liad adas as co com m ba base se em da dado dos s ho hora rari rios os.. Um exemplo de avalia liay y80 diar di aria ia de proc proces esso so e ap apre rese sent ntad ado o na Fig Figur ura a 48 48..   As As co cond ndiy iyoe oes s da zon zona a de

combusta combu stao o (po (porr exempl exemplo o , a te temp mper erat atur ura a da cham chama) a) sa saD D mo moni nito tora rada das s ou ca calc lcul ulad adas as..  A visao geral total do processo fornece uma indicac;:ao da necessidade ou nao de ajustes . • Co Cont ntro role le do flux fluxo o de gas as:: a que quest sta ao do co cont ntro role le do f 1ux uxo o de gas e dis iscu cuti tida da em melhor mel hores es det detalh alhes es aba abaixo ixo..  As medic;:6es e os dados necessarios para 0 co cont ntro role le dia iari rio o do fl flux uxo o de gas sa saD D most mo stra rado dos s na Fig Figur ura a 51 51.. f1u uxo de gas pel elo o fo forn rno o po pod der era a se serr mo mon nit ito ora rad do co com m a ajud ajuda a da co comp mpos osic ic;: ;:a ao o f1 glo lob bal do gas gas do top topo ,   compo composi sic; c;:a :ao o do ga gas s do topo topo pe pelo lo ra raio io,,   per perd das te term rmic icas as e flux fl uxo o do gas gas pela pare parede de.. Es Este te ul ulti timo mo po pode dera ra se serr me medi dido do co com m as sond sondas as cu curt rtas as na carg ca rga: a: as son sonda das s me mede dem m a te temp mper erat atur ura a a ap apro roxi xima mada dame ment nte e tr tres es me metr tros os ab abai aixo xo do niv ivel el da carg carga a pen ene etr tra and ndo o ate 0, 0,5 50 m na ca carg rga. a. Se as tem temper era atu tura ras s est stiv ive ere rem m baixas « 100 100°°C) a car carga ga ai aind nda a na nao o es esta tara ra se seca ca e ser sera a ne nece cess ssar ario io um flu fluxo xo de gas gas ain ind da mai aio or na regi regia ao da pare pared de par ara a aum umen enta tarr a ca capa paci cid dad ade e de se seca cag gem ne nest sta a regiao.. regiao Se 0 forno est stiiver com necess ssiidade de um ajuste do fl flu uxo de gas, 0 usa da distr di strib ibui uic; c;:a :ao o da ca carg rga a po pode dera ra se serr co cons nsid ider erad ado. o. To Toda davi via a , uma analise analise com compre preens ensiva iva da si situ tuac ac;: ;:ao ao rea reall te tera ra qu que e se serr fe feit ita a. Por exe exempl mplo o, co cons nsid ider ere e a situac situac;: ;:ao ao on onde de sa saD D obse ob serv rvad adas as al alta tas s te temp mper erat atur uras as ce cent ntra rais is..   Se is isto to oco corr rre e ju jun nta tam men ente te co com m bai aixa xas s perd pe rda as te term rmic ica as e uma baix ixa a uti tili liza zac; c;:a :ao o do do gas as,,   aparentemente 0   f1u f1uxo xo de ga gas s central estara muito alto e mudanc;: ;:a as na distribuic; c;::ao de carg rga a poderao ser  cons co nsid ider erad adas as pa para ra dimin diminu u i-Io -Io.. Se Se,,   por por outro outro la lado do,,   as altas altas te temp mper erat atur uras as ce cent ntra rais is esti es tive vere rem m co comb mbin inad adas as co com m um uma a bo boa a ut util iliz izac ac;: ;:ao ao do gas gas e um um bo bom m fl flux uxo o de gas gas pe pela la pare pa rede de,, en enta tao o na nao o ha have vera ra ne nece cess ssid idad ade e de muda mudarr as cam camad adas as de mine mineri rio o e co coqu que. e.  A ac;:aoapropriada ac;:aoapropriada,, nes neste te cas caso o,   dever devera a se serr a oper operac ac;: ;:ao ao co com m um volu volume me de gas gas ma mais is baix ba ixo o po porr tone tonela lada da de gusa gusa,,   isto e, e, co com m um enri enriqu quec ecim imen ento to ma maio iorr de oxig oxigen enio io.. Per ceba Per  c eba ta tamb mbem em qu que e as perda perdas s te term rmic icas as sa saD D mui muito to se sens nsiv ivei eis s a   desci descida da da carga carga.. Uma de deci cid da ir irre reg gula larr da ca carg rga a le leva va a abe abert rtu ura ras s (e (esp spac ac;: ;:os os va vazi zio os) na pare red de e a alta al tas s pe perd rdas as te term rmic icas as..   Assim, Assim, se um fo forrno esti tiv ver apre res sentando alta tas s perdas termicas,, ma termicas mais is um uma a ve vez z,   a cau causa sa de deve vera ra se ser  r  inv nves esti tiga gada da em deta detalh lhes es an ante tes s de se se ajusta aju starr a distrib distribuic uic;:a ;:ao o da car carga ga.. Por exe exempl mplo o, se um alto alto-f -for orno no fo forr le leva vado do ao aos s se seus us limi li mite tes s ma maxi ximo mos s de pr prod oduc uc;: ;:ao ao e a desc descid ida a da carga carga fo forr sa sacr crif ific icad ada a de devi vido do a   alta dife di fere renc nc;:a ;:a de pr pres essa sao o pe pela la ca carg rga a,   a so solu luc; c;:a :ao o pa para ra as altas altas pe perd rdas as te term rmic icas as se sera ra a reduc;:ao do do nivel de produc;:ao (ou melhor: volume de gas) e nao ajustar a distribuic;:ao da carga.

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Figura Figu ra 50 50:: Apr Apres esen enta taq8 q80 0 de dad dados os do pr proc oces esso so nu num m fo forn rno o em   operaq8o. 0gra grafic fico o sem semanal anal fornec for nece e uma ViS ViS80 80 ger geral al da estabili estabilidade dade e des desenv envol olvi vime mento nto do pr proc oces esso so.. De cim cima a par para a bai baixo xo:: (%),,   tempe Tope To pe - Ut Util iliz izaq aq80 80 de C O (%) temperat ratura ura do skin skin flo flow w (fl (fluxo uxo sup superf erfici icial) al)   (OC)  e   temperatura (OC) ;   Fluj do top topo o   (OC); Flujo o T - Pe Perd rda a te term rmic ica a to tota tall e so soma ma do dos s ca camp mpos os (G (GJ/ J/hr hr); ); Ar Arra rabi bio o - Te Temp mper erat atur ura a (%);;   Vient do gusa   (OC) e  silicio (%) Viento o - Vo Volu lume me do sop sopro ro (N (Nm m3/min) e pr pres ess8 s80 0 do topo topo (b (bar ar). ).

~tl

e

Figura 51: Ex Exem empl plo o de cont contro role le do fluxo fluxo do gas. gas. A distr distrib ibui uiq8 q80 0 ra radi dial al do gas gas   medi medida da co com m sond so ndas as ac acim ima a da carg carga. a. A ut util iliz izaq aq80 80 re redu duzi zida da do gas gas no cent centro ro do fomo fomo (p (pon onto to 1  e 2, lar anj nja a e verd ve rde) e) mo most stra ra um uma a ma marc rch h a centra centrall aument aumentada. ada.

C a pit pitulo ulo 8 Produtt i v i da Produ dade de e efi eficie ciencia ncia do alto-forno

 A produc;:ao rJe um alto-forno esta dire direttam amen ente te co cor  r r  r elac elacio iona nada da co com m a qu quan anti tida dade de de coqu co que e qu quei eima mado do em fre frent nte e as ven venta tane neir iras as em uma uma si situac; tuac;:ao :ao estav estavel el,, de devi vido do ao fa fato to de que, que, no top topo o do forno forno,,   toda toda ca carg rga a de coqu coque e traz um uma a quant quantid idad ade e de mate materi riai ais s da car  ca r ga g a de min iner erio io.. Numa situa situac;:ao c;:ao estac estacionari ionaria a, 0 gu gusa sa e produ produzi zido do as ass sim qu que e 0 coque e consumido. A produtividade do alto-forno aumenta a medida que a quantidade de combustivel usada por tonelada de gusa diminui. No presente capitulo os principios que regem a produtividade do alto-forno , as re reac ac;: ;:5e 5es s qufm qu fmic icas as e a efici eficiel elnc ncfa fa sa sao o di disc scut utiidos dos..

Na zona zona de comb combus usta tao o e for forma mado do 0 ga gas s qu quen ente te qu que e fu fund nde e 0 ma mate teri rial al da carg carga a e e usad us ado o pa para ra ef efet etiv ivar ar as reac; reac;:5 :5es es qu quim imic icas as no forn forno o .   A pa part rtir ir de uma da dad d a quan quanti tida dade de de coqu coque e car carva vao, o, us usad ada a po porr ton tonel elad ada a de gusa gusa,,   a tax taxa de pr oduc o duc;: ;:ao ao de um al alto to-forn fo rno o e de dete term rmin inad ada a pe pell a qu quan anti tida dade de de oxi oxige geni nio o so sopr prad ado o at atra rave ves s da das s venta ventane neir iras as.. Quan Qu anto to ma mais is ox oxig igen enio io fo forr so sopr prad ado o pa para ra dentr dentro o do forn forno o ,   maior maior se sera ra a qua quant ntid idad ade e de coq oque ue e carv carvao ao qu quei eima mado dos s em mon6x mon6xid ido o de carb carbon ona a (C (CO) O) e mais mais al alta ta se sera ra a tax axa a de pr prod oduc uc;;:ao ao.. Al Alem em di dist sto o,   quan quanta ta ma mais is ba baix ixa a fo forr a qu quan anti tida dad de de com ombu bust stiv ive el nece ne cess ssar aria ia po porr to tone nela lada da de gusa gusa,, ma mais is al alta ta se sera ra a taxa taxa de pr prod oduc uc;: ;:ao ao.. U m   exemplo quantitativo e indicado abaixo. 0 coque (e 0 carvao) nao apenas entra em com ombu bust stao ao na fre frent nte e da das s ve vent ntan anei eira ras, s, ma mas s e tam tambe bem m us usad ado o pa para ra a carb carbon oniz izac ac;: ;:ao ao do   gusa (0   met metal al co cont ntem em 4, 4,5 5%   C) e para para as reac reac;: ;:5e 5es s de re redu duc; c;:a :ao o di dire reta ta (s (sec ec;: ;:ao8 ao8..2). o consum umo o es esp pec ecif ific ico o de coqu coque e e expr expres ess so co com m ba bas se no coqu coque e pa padr drao ao,,   ou se seja ja,, coque com   um teor teor de C de 87, 87,5%.

Consum Cons umo o de coq coque ue Inje In jega gao o de carva carvao o 20 200 0 kg kg/tg /tgus usa a Total

300 kg/tgusa 300 kg/tgusa taxa ta xa de subs substit titui uiga gao o 0,85 17 170 0 kg/tg kg/tgus usa a 470 kg/t kg/tgus gusa a

Necessario Necessa rio para para car carbon bonizag izagao ao Nece Ne cessa ssario rio pa para ra reduga redugao o di dire reta ta Combus Com bustao tao em fr frent ente e as ven ventan taneir eiras as

50 kg/tgu kg/tgusa sa 100 kg/tgusa 320 kg/tgu kg/tgusa sa

 A quantidade de 320 kg/tgusa do coque padrao que queima em frente as vent ve ntan anei eira ras s co cons nsis iste te de 17 170 0 kg kg/t /tgu gusa sa eq equi uiva vale lent nte e de carv carvao ao e, por por co cons nseg egui uint nte e, uma um a qu quan anti tida dade de de 150 150 kg (320 (320 - 17 170) 0) de de coqu coque e po porr tone tonela lada da de met metal al.. Ob Obse serv rve e a questao que stao da eficie eficienci ncia a: se a mesm mesma a qu quan anti tida dade de de oxig oxigen enio io fo forr so sopr prad ada a ,   mantendo o mesm mesmo o vo volu lum me e con condi dig g6e 6es s do sop sopro e 0 co cons nsum umo o es espe pecf cffi fico co de co comb mbus usti tive vell fo for  r  10 kg/ kg/tg tgus usa a me meno nor, r, a ta taxa xa de prod produg ugao ao ir ira a aume aument ntar ar em 10 10/3 /320 20 =   3%. 3%. Ca Caso so uma quan qu anti tida dade de ex extr tra a de carv carvao ao fo forr co colo loca cada da no fo forn rno, o, po porr ex exem empl plo, o, po porq rque ue es esta ta frio frio , a taxa ta xa de produ produga gao o ira ca cair ir se as as condi condig6 g6es es do sopro sopro fo fore rem m ma mant ntid idas as..

calo lorr o   ca

do auxiliares) disponive vell tem te mperatura com co mbusta tao o acontecem:: acontecem

sopro e 0 ca sop calo lorr ge gera rado do pe pela la qu quei eima ma do coque coque (e carva carvao/ o/co comb mbus ustiv tivei eis s na zona de combustao sac usados para fundir a carga . 0   calor  para fundir a car carga depende da quantidade de gas produzida e da da ch cha ama (TAC). A quantidade e com composigao do gas da zona de podem ser calcu culladas considerando as seguinte tes s reag6es que la

Na zon zona a de com combu bust stao ao e dire direta tame ment nte e mon on6x 6xid ido o de ca carb rbon ona a e toda toda a agu agua carbono.. carbono

ap6s el ap6s ela a, to todo do 0  oxigenio e   co conv nver erti tida da em hid idro rog gen enio io

e

conver conv ertid tido o em e mon mon6x 6xid ido o de

Considere 0 ex exem empl plo o a seguir  seguir . 0 al alto to-f -fom omo o na seg segao ao 2.3 te tem m um vo volu lume me de so sop pro de 6500 m cntp com 25,6%   de oxi oxigen genio io.. Ig Igno nora ran ndo os ef efei eito tos s da um umid idad ade e do sopr so pro o e na inje injega gao o de carva carvao, o, co como mo fi fica caria ria 0 vo volu lume me e com compo posi siga gao o do gas gas na zon zona a de combustao? 3

(1-0,256) x   6.500 0,25 0, 256 6 x 6. 6.500

= 4 4.8 .836 36 m cntp/min = 1.6 1.664 m cntp/min 3

3

oxig€mio o   oxig€mio

gera 2 mo mole lecu cula las s de CO CO pa para ra ca cada da mo mole lecu cula la de 02.   Assim, Assim, a v vol olum ume e de gas e 8.164 m cnt ntp/ p/mi min n (4 (4,,836+2x1 836+2x1,,664). 0 gas co cons nsis iste te em 59%   de nit nitrog rog€mi €mio o 2x1 , ,664/8 (4,,836/ (4 6/8, 8,1 164) e 41%   de CO (2x1 664/8,,164). 3

o

calcul calc ulo o pode pode ser est ste endido para incl clu uir a umi umidade do sopro e da injegao de carvao (au outr os combu mbusti stive veiis).   Isto f oi o i feit feito o na segao segao 5. 5.4 4.

 A temp tempe er atu tura ra da cha chama ma na zo zona na de com combu bust stao ao e a te temp mper erat atur ura a qu que e a ga gas s al alca cang nga a ass ssim im que todo a carbona arbona,,   oxige oxigeni nio o e agu agua a ti tive vere rem m si side de conv conver erti tido dos s em CO e H 2  2.. A temp mpe eratur a de cha hama ma e um conc concei eito to te te6r 6ric ico o, uma ve vez z que nem tod odas as as re rea agoes sao sa o co con nclu luiidas na zona de   combustao. combustao. Do ponto ponto de vist vista a te te6r 6ric ico o,   ela dever devera a se ser  r  cal alc cul ula ada a pa parti rtirr do balan lang go te ter  r mic ico o na zona de co com mbust sta ao . Pa Par  r a pr prop op6s 6sit itos os pr atico icos s,   f6rmul f6rmulas as lin line ear es foram der ivad ivada as. A tempe mper  r atur  atur a de cha chama ma no norm rmal alme ment nte e estta na f aixa de 2.000 a 2.300 es 00°°C e e influ nflue enciada pe pellas con ond digoe goes s da zo zona de combu ombus stao ao..

  a te temp mper erat atur ura a do sopr sopro o au aume ment ntar  ar , • a te teor or de oxige oxigeni nio o no sopro sopro au aume ment ntar  ar ,

o

• a umid umidad ade e taxa de o a taxa frio fr ios s se sera rao o tamb ta mbem em da

aument aume ntar ar no sop sopro ro,, injegao injeg ao de combu combust stiv ivel el au aume ment ntar  ar , te tend ndo o em vista vista qu que e as combu combusti stive veis is que qu eimados ao inves do coque quente . 0 efei efeito to pr prec ecis iso o de depe pend nder era a comp co mpos osig igao ao do co comb mbus ustiv tivel el au auxi xilia liar. r.

 A Tabela 21 fornece algumas regras gerais com relagao aos efeitos da temperatura de chama. chama. emper era a ur ura a a c am ama. a. ear a e a   elos a   emp earas as aerals aerals unidade TAC((°C) TAC T topo(°C)   mudanca T sopre °c + 10 100 0 + 65 - 15 carvao ka/t + 10 - 30 +9 oxi xigenio genio % + 1 + 45 - 15 g/m3 cntp umidad umida de +10 -50 +9

 A temperatura de gas de tapa e governada pela quantidade de gas necessaria ao proc pr oces esso so.. Qu Quan anto to me meno nos s ga gas s e usa usado do me meno norr a tem tempe pera ratu tura ra do gas gas de tap tapa a e vic viceeversa..   Quant versa Quanta a me meno norr a ge ge r agao a gao de gas gas pa parr tonel tonelad ada a de gusa gusa me meno norr di disp spon onib ibil ilid idad ade e de gas gas pa para ra pr pree-aq aque uece cerr e sec secar ar a car carga ga..

Na se se<; <;::ao an ante terrio iorr foi de desc scri rita ta a form forma< a<;: ;:ao ao de ga gas s na zona zona de co comb mbus usta tao. o. 0 qu que e acon ac onte tece ce co com m 0 gas qua uan ndo el ele e sobe pe pello for orno no e se res esffria? Pr Priimeirament nte e, considere 0 qu que e acont acontec ece e co com m 0 mo monox noxid ido o de carbo carbo no.

C + 1/2 02 02   ~ CO + calo calorr (1 (111 11 kJ kJ/m /mol ol)). C + 02 ~ C0 C02 2   + calor calor (3 (391 91 kJ/ kJ/mol mol). ).  A primeira rea<;:ao ocorre na zona de combustao combustao.. A segu segund nda a na nao o oc ocor orrre e e mai mais comu co mum m em uma pl plan anta ta de gera geraga gao o de en ener ergi gia a el elet etri rica ca,,   por exemplo. Note qu Note que e na segu segund nda a re rea< a<;: ;:aoe aoe gera gerado do mu muit ito o ma mais is ca calo lorr do que que no prim primei eira ra.. De Dest sta a forma,,   val forma vale a pen a con converter a maior quantidade possivel de CO em C02 no proc pr oces esso so.. A razao razao C0 C02 2/(CO+C0 /(CO+C02 2) e ch cham amad ada a de ut util iliiza za<; <;:a :ao o do gas gas,,   ou efi eficiE ciElnci lncia a do gas,,   e e usada gas usada ext extens ensiv ivam ament ente e na oper opera< a<;: ;:ao ao do altoalto-fo forn rno o. Na Figu Figura ra 52 52,, 0 eq equ uilibrio CO ~ C + C02 e apre apresen senta tado do par para a var varias ias te tempe mpera ratu tura ras. s.  A linha tr tra<; a<;:a :ada da indica indica 0 eq equi uili libr brio io da das s ch cham amad ada a re rea< a<;;:a :ao o de Bo Boud udou ouar ard d. A temp te mper erat atur uras as ac acim ima a de 1.1 1.1 aa aao oc todo 0 C0 C02 2   (em (em co cont ntac acto to co com m co coqu que) e),,   e convertido em CO CO.. De Dest sta a fo form rma a,   nas nas al alta tas s te temp mper erat atur uras as pr pres esen ente tes s na r ampa a mpa e zon zona a de fus fusao ao do al alto to-f -for orno no,, so some ment nte e 0 mo mono noxi xido do de ca carb rbon ona a es esta ta pr pres esen ente te.. A tem tempera peratur turas as abai ab aixo xo de 5aao 5aaoC todo CO tem tem ten ende den nci cia a de se dec decom omp por em C+C02.   0 ca carb rbon ona a form fo rmad ado o de dest sta a ma mane neir ira a e muit muito o fi fino no e e ch cham amad ado o de carb carbon ona a Bo Boud udou ouar ard d. Na pr prat atic ica a ope opera raci ciona onall, a de deco com mpo pos si<;:ao do mon ono oxi xid do de car arbo bona na po pod der era a se ser  r  obse ob serv rvad ada a no mater materia iall re refr frat atar ario io,, onde existe uma atmosfera contendo CO na regi re giao ao de te tempe mpera ratu tura ra cor corre reta ta.. Es Esta ta e uma uma re rea< a<;: ;:aomu aomuit ito o len lenta ta..

CO2 CO+ CO +C02

%CO o;; ;;,,C02 no ga gas s no gas gas 0

50

100

10

40

80

20

30

60

CO2

CO

30

20

40

40

10

20

50

0

0 400

600

800

1000

1200

T e m p e r< l!l!uu ra ( " C ) Fig igura ura 52: Boudouard:: a Iinha trar;a trar;ada da indi indica a   equilf  equilf bri rio o 52: Rear; Rear;ao ao   de Boudouard

A   med medida ida que os gases ses quen uentes tes redu reduto tore res s prod roduzid zidos na zon zona de com combust busta ao sobem pel a parte mais baixa do fo r no eles transferem calor para a carga de miner  miner io, io,   fu fundin dindo-a no lad lade mais ba ixo da zon zona de fusa fusao o. Estes stes gases ses tamb tambe em remo remove vem m oxig oxigem emio io dos dos oxid oxidos os de fer ferro ro,,   isto isto e, eles eles redu reduze zem m os oxid oxidos os de fe fer ro, ro, os quai quais s cont conte em aproximadamente um ox igenio para cad a do do is atomos de ferro. 0 C02 C02   pro produ duzi zido do a par  par tir t ir da rea~ rea~ao ao imediatament mediatamen te r eage e age com com 0 carb carbon ono o do coqu coque e par  par a pr oduzir  oduzir  CO. CO.   A rea~ rea~ao tota totall e conh conhe eci cida da como como redu redu~a ~ao o dire direta ta,, uma uma vez vez que que no balan~ balan~o, 0 oxige oxigenio e rem remo ovid vido dir etam tamente ente dos oxid xidos de fer  fer r  ro   pelo car bo b o no do coqu coque.

FeO + CO C02 C02+ C FeO+ C

Fe + C02 C02 2CO Fe + CO

 A r ea~ao de red redu~ao ~ao dire direta ta req requer uma quantida tidad de enorme rme de energia rgia,, for  for necid necida pelo pelo cal calor or sensi sensive vell cont contid ido o no   gas gas quen quente te da zona zona de comb combu ustao.

que e

 A r ea~ao de redu redu~a ~ao o dire direta ta e mui muito to import mportan ante te para para 0 enten entendim dimen ento to do proc process esso. o. Em um alto alto-f -for orno no mode modern rno, o, a redu redu~a ~ao o dire direta ta remo remove ve apro aproxi xima mada dame ment nte e um ter~ ter~o o do oxige igenio da carg carga a,   enq enquan uanto a redu redu~ ~ao por gas rem remove ou outros tros dois ter~ ter~o os. A quantida ntidade de ox oxigenio a se t   remo removid vida a em altas altas tempe temperat ratura uras s , assi assim que a carg carga a com co me~ e~ar ar a   se fundir  fundir ,   depe depend nde e em muit muito o da efi efici cien enci cia a do proc proces esso so de redu redu~a ~ao o na cuba (8.2 8.2..2). r c b

duas ob obs ser va~ va~6es 6es   importantes: importantes :

81

• A reac reac;; ;;aodir aodiret eta a usa usa carb carbon ona a (coq (coque ue)) e ger gera a gas gas • A reac;;aodire reac;;aodireta ta consom consome e muita muita energi energia. a.

co   extra,

Na pratica pratica operac operacion ional al,, a reduc;;a reduc;;ao o direta direta podera podera ser monito monitorad rada a . Em muito muitos s alto altossforn fornos os,, a taxa taxa de redu reduc; c;;a ;ao o dir dire eta (fra (frac; c;;a ;ao o do oxig xigEmio Emio remo removi vido do da carg carga a pela ela redu reduc; c;;a ;ao o dire direta ta)) ou pela pela reac reac;;a ;;ao o de Boudo Boudoua uard rd ( quan quantid tidad ade e de coqu coque e usad usada a para para a reac reac;; ;;a ao) sac sac calc calcul ulad adas as em temp tempo o rea real. as opera perado dore res s expe experi rie entes ntes esta estao o bem bem cien ciente tes s de que que assi assim m que que a taxa taxa de redu reduc; c;;a ;ao o dire direta ta aume aument nta a , a desc descid ida a da carga carga come comec; c;;a ;a a fica ficarr mais mais rapi rapida da (dev (devid ido o ao coque coque extr extra a usad usado) o) e se resf resfri riar ara a .   Quando apro apropr pria iada dame ment nte e obse observ rvad ado, o, 0 resf resfri riam amen ento to pode podera ra ser ser evit evitad ado, o, por por exem exempl plo, o, pelo pelo uso de uma injec; injec;;ao ;ao extra extra de combusti combustivel vel.. Vale Vale a pena pena quan quanti tifi fica carr os efei efeito tos s da reac reac;; ;;ao ao de redu reduc; c;;a ;ao o dire direta ta.. Cons Consid ider ere e uma uma raza razao o de a/Fe de 0,5 antes da red reduc;; c;;ao direta. Qual e a quantida idade de coque nece necessa ssari ria a para para a reduc reduc;;a ;;ao o dire direta ta (ou (ou perd perda a de soluc;; soluc;;ao ao)? )? Para Para 1 mol mol de FeO FeO e nece necess ssar ario io 1 mol mol de C, 0 que que corr corres espo pond nde e a 12 kg kg de carb carbon ona a (0 peso peso atom atomic ico o do ferr ferro o e 55, 55,6 6,   do oxig oxigen enio io 16 e do do carb carbon ona a 12) 12) . Uma Uma tonela tonelada da de meta metall cont contem em 945 945 kg de Fe, 0 que que corr corres espo pond nde e a 945/ 945/55 55,6 ,6 17 kmol kmol.. Se meta metade de do fer ferro ro esti estive verr na for forma ma de FeO, FeO,   por por tone tonela lada da de gusa gusa sac sac nece necessa ssari rios os 17*1 17*12* 2*0, 0,5 5 = 102 102 kg de carb carbon ono. o. A perd perda a por por reac reac;; ;;aode aode Boudo Boudoua uard rd e, se 0 C no coqu coque e for for 87,5 87,5 %, 102/ 102/0, 0,87 875 5 =   11 116 kg de coque .   Ale Alem desta ultima, 0 carbona e tambem disso dissolvi lvido do no gusa gusa (cham (chamad ado o carb carbon onet etac ac;; ;;ao ao do ferr ferro) o)..   a metal con contem 4,5% de C, ou seja seja,,   45 kg/t kg/tgu gusa sa,, 0 que que corre corresp spon onde de a urn urn con consu sumo mo de coqu coque e de 45/0 45/0,8 ,875 75 = 51 51 kg/tgusa. kg/tgusa. =

 Assim que a temperatura do gas se torna menor, 0 C02 se torn a estavel reac reac;; ;;6e 6es s de reduc reduc;; ;;ao ao pode podera rao o ocor ocorre rerr de acord acordo o com: com: Hematita: Magnetita: Wustita:

6 Fe20 Fe203+ 3+ 2 CO 4 Fe30 Fe304+ 4+ 4 CO CO 6 FeO + 3 CO

e as

~ 4 Fe304 + 2 C02 C02   ger gera a calo calorr 8 kJ/mo kJ/moll Fe ~ 12 FeO FeO + 4 C02 C02 ab absorv sorve e calo calorr 5 kJ/ kJ/mo moll Fe ~ 6 Fe FeOo5 + 3 C02 C02 abso absorv rve e calo calorr 6,5 6,5 kJ/m kJ/mol ol Fe

 A reduc;;ao e chamada de "reduc;;ao por gas" porque 0 oxigenio e removido dos mate materi ria ais da carg carga a com com gas gas CO. a H2 rea reage de uma uma form forma a sim simila ilar . A reduc;; reduc;;ao ao de FeOo FeOo50co 50corr rre e atra atrave ves s da redu reduc;; c;;ao ao dire direta ta,, conf confor orme me menc mencio iona nado do na sec;; sec;;aoan aoante teri rior or.. Em seguid seguida a a   desc descid ida a da carg carga a da linh linha a de nivel nivel da carg carga a , a reduc; reduc;;ao ;ao de hemati hematita ta para para magn magnet etlt lta a come comec;; c;;a a apro aproxim ximad adam amen ente te a 500°C 500°C.. A redu reduc;; c;;ao ao de magne magnetit tita a para para wustita ocorre numa zona com temperatura de 600 a 900 900°C, enquanto que a redu reduc; c;;a ;ao o de wust wustit ita a para para ferr ferro o ocorr corre e numa uma reg regiao iao com com temp tempe eratu ratura ra entr entre e 900 900 e 1.100°C. 1.100°C. No come comec; c;;o ;o da fus fusao ao (1.1 (1.100 00 a 1.150 1.150°C °C)) norm normal al ment mente e FeOo FeOo5 5  e alcanc;;ado.

 Aqui 0 FeO e   usa usado do como como um simb simbol olo o para para a wus wusti tita ta.. A compos composic;; ic;;ao ao mais mais estave estavell contudo, FeOo FeOo.95. As  As reac r eac;;;6es ;6es esta estao o most mostra rada das s na Fi Figura gura 53. 53. e ,   contudo,

f  j j))

Q

M onox onoxiido

+

0°

Red edu u~ao I pallo gas pa

(1 )

de car bono

+

! D iox oxiido

o ~o

0

Q @

de carb rbo ono (1

+

t

M o n oxido de car bon bono

0

G

Wustita (FeO)

e

Redu~ao I dire retta

50

10

40

20

30

FeOl~

1 00

M

.

----

'- .g .g,,,,~~-~

50

0

80

60 Wustita

- _ .. - - - - -

20

10

( ill)

0

CO 2 00+C02

---~_ ~_..

40

~

Fe

%C02 gas 1 1 0 gas

30

0@

Red edu u~ao I I)elo gas

" ' ' I    .G .G O

0

@ >

Mag agn netit tita a (Fe304)

+

0

110

"

Redu~ao I pelo ga gas s

0

+

00°

Hematit tita a (FS203)

40

- - - --------- 20

Fer r  r o

0 400

600

800

1000

1200

Tempe per  r atur a (" ("C) C) Figur a 54: Ap Apr  r ese esent ntaga agao o esquema uematica tica da rela relaga gao o entre entre temp temper  er aturas, turas, comp compos osig igao ao CO//C02 e ox CO oxiido dos s de f err a. As linhas linhas tragada tragadas s indica indicam m 0 equili equilibrio. brio.

do gas

a equ quil ilib ibri rio o ent ntre re os var vario ios s 6xid 6xido os de fer  fer r  r o e 0 gas e   mos mostr tra ado na Fi Fig gur ura a 54 54.. A Figu Fi gura ra mo most stra ra os li limi mite tes s de re redu duc; c;;a ;ao o em fu func nc;; ;;ao ao da tempe tempera ratu tura ra e compo composi sic; c;;a ;ao o do gas.. gas  A reduc;;ao de wustita para ferro requer a mais alta concentrac;;ao de CO CO..   Observe, Observe, na Figur Figura a 54 54,,   que que a re redu duc; c;;a ;ao o de wusti wustita ta re requ quer er um gas co com m um teor teor re rela lati tiva vame ment nte e alto al to de CO CO.. A ut util iliz izac ac;; ;;ao ao do ga gas s de deve vera ra f ica carr aba baix ixo o de 30%. Se 0 C0  C02 2   fic ficar ar ma mais is alto,,   a wusti alto wustita ta na nao o se sera ra ma mais is co conv nver erti tida da em fe ferr rro. o. A pa part rtir ir da das s me medi dic; c;;6 ;6es es na Fi Figu gura ra 54 fica fica cl clar aro o qu que e a reduc reduc;; ;;ao ao de wust wustit ita a pa para ra fe ferro rro ch cheg ega a pr pr6x 6xim imo o do equil equilib ibri rio o. a pr pro ogr gre ess sso o da re red duc uc;; ;;ao ao num al alto to-f -fo orn rno o po pod de ser det ete ect cta ado de du duas as ma man nei eira ras s diferentes:: diferentes • Carga: Carga: um uma a vi visa sao o ge gera rall do progr progres esso so da reduc reduc;; ;;ao ao po pode dera ra se serr de deri riva vada da de forn fornos os resfriados.. Um exem resfriados exempl plo o e mo most stra rado do na Fig Figur ura a 55 55.. • Gas: en envi vian ando do di disp spos osit itiv ivos os de am amos ostt r agem de gas para dentro do forno, 0 prog pr ogre ress sso o da te temp mper erat atur ura/ a/co comp mpos osic ic;;a ;;ao o do gas gas po pode dera ra se serr mo moni nito tora rado do.. A Figur Figura a 56 mostra um exemplo ti tip pico de uma amostragem de gas. as dados podera rao o ser  repr re pres esen enta tado dos s nu num m gr graf afic ico o de equi equili libr brio io en entr tre e 0 ga gas s e os 6x 6xid ido os de fe ferr rro o (F (Fig igu ura 56)..   a gas no 56) norm rma alm lme ent nte e most stra ra um uma a "zo zona na de reserv reserva a te term rmic ica" a":: is isto to e, uma uma zo zona na na qual qual a temp temper erat atur ura a na nao o mu muda da ra rapi pida dame ment nte e, e um uma a "z "zon ona a de re rese serv rva a qu quii mi mica ca"": uma zon ona a na qua qual a co comp mpo osi sic c;; ;;a ao qui uim mic ica a nao mu muda da.. A zona de re res ser erv va te term rmic ica a dimi di minu nuir ira a e pode podera ra de desa sapa pare rece cerr qu quan ando do 0 fo forrno for levado a operar com altas produtividades.. produtividades

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1.200

CO,, C02, H2 e tem Figura 56:   Com Compo posir sir;a ;ao o do gas gas nu num m fo forn rno o em   operar;ao. operar;ao. CO temper peratu atura ra for foram am medi dido dos s co com m so sond ndas as em   descid descida a (Ch (Chaig aignea neau u e  colaboradores  colaboradores,, 20 2001 01). ). As medi medir; r;i5 i5es es ti tipi pica cas s de vario rios s   fornos fornos est estao ao hac hachur hurada adas s.   Base: Base:   McMaster ,   2002. 2002.

 A rea<;:ao de redu<;:ao direta e redu<;:ao pelo gas se convergem em um pracesso muit muito o efic eficie ient nte. e. Supo Suponh nha a que que todo todo 0 oxig oxigen enio io seja seja remo removi vido do por por redu redu<; <;:a :ao o dire direta ta.. Entao Entao a rea<;: rea<;:aomo aomostr strad ada a a segui seguirr ira ocorr ocorrer: er:

Quan Quanto to coqu coque e seri seria a nece necess ssar ario io para para a rea< rea<;:a ;:ao? o? 0 gusa gusa cont contem em apro aproxi xima mada dame ment nte e 945 945 kg de de Fe por por ton tonel elad ada. a. 0 coqu coque e cont contem em apra apraxi xima mada dame ment nte e 87,5 87,5% % de car carbo bono no.. Os pes pesos atomi tomic cos do Fe e do C sac sac 55, 55,6 e 12 resp respec ecti tiva vame ment nte. e. Uma Uma (1) (1) tone tonela lada da de fer ferra ra cont contem em 945/ 945/55 55,6 ,6 = 17 kmo kmol. l. Para Para cada cada atom atomo o de fer ferro ro prec precis isam amos os de 1,5 kg-a kg-ato tomo mo de carb carbon ono. o. As Assi sim, m, 0 carb carbon ona a nece necess ssar ario io e 1, 1 ,5*17 = 25 25,5 kmol, que e 25,5 25,5*1 *12 2 = 306 306 kg de carbo carbono no..  Alem disso, um total de apraximadamente apraximadamente 4,5% de carbona e dissolvido no ferro. No total, total,   351 351 kg de car carbo bona na sac sac usad usados os por por tonel tonelad ada a de gus gusa, a, 0 que que cor corre resp spon onde de a 401 401 kg de de coqu coque. e. Es Esta ta e um cons consum umo o de coqu coque e muit muito o baix baixo o e um alto alto-f -for orno no nao nao ira ira funcionar, devido ao fate da energia gerada nesta rea<;:ao neste caso ser  insuficiente.  Agora considere que todas as rea<;:6es de redu<;:ao sejam feitas por meio da redu redu<; <;:a :ao o pelo pelo gas. gas. Qual Qual e a taxa taxa de coqu coque e nece necess ssar aria ia nest nesta a situ situa< a<;:a ;:ao? o? As Assu sume me-s -se e que que a com combu bust stao ao do coq coque ue gere gere 0 CO necess necessari ario. o. A rea<;:ao rea<;:aoe: e:

Do expo expost sto o acim acima a nos nos sabe sabemo mos, s, cont contud udo, o, que que para para a redu< redu<;: ;:aope aopelo lo gas gas a utili utiliza za<; <;:a :ao o maxi maxima ma do gas e de 30%. 30%. Para Para se obte obterr 30% 30% de utiliz utiliza< a<;:a ;:ao o de gas, gas, sera sera nece necess ssar ario io mais mais CO e a rea<;: rea<;:ao aose se torna: torna:

Dest Desta a form forma, a, a nec neces essi sida dade de de coqu coque e e calc calcul ulad ada a conf confor orme me acim acima: a: cada cada tone tonela lada da de gusa contem 17 kmoles de Fe. Existe uma necessida idade de 10 atom tom os de carb carbon ona a por por 2 atom atomos os de Fe. Ass Assim im,, a nece necess ssid idad ade e de car carbo bona na e de de 10/2 10/2*1 *17 7 = 85 moles, moles, 0 que corre rrespond onde a 85* 85*12 = 1.0 1.020 kg de carb carbon ono o. Novame amente, te, os 4,5 4,5% extra de carbona no gusa tem que ser adicionados, dando um con sumo de carb carbon ona a de 1.06 1.065 5 kg/t kg/t e um cons consum umo o de coq coque ue de 1065 1065/0 /0,8 ,875 75 1.217 1.217 kg de coque coque por por tonela tonelada da de meta metal. l. A energ energia ia gera gerada da nest nesta a situ situa< a<;:a ;:ao o esta estara ra em exce excess sso. o. =

 A conclusao das considera<;:6es considera<;:6es acima e que 0 cara carate terr de con contr traa-co corr rren ente te do alt altooforno forno funcion funciona a eficie eficiente ntemen mente te para para reduzir  reduzir  0 consu consumo mo de combu combusti stivel vel,, combin combinan ando do

as re rea al; l;o oes de re red dul ul;a ;ao o dir iret eta a e pelo pelo ga gas s . Um teor de 60 a 6 5% 5%   do oxigenio e remo re movi vido do pe pelo lo gas e 0 oxi oxige geni nio o re rest stan ante te e remo removi vido do pe pell a red redul ul;a ;ao o di dire reta ta..   Note que esta es tas s co cons nsid ider eral al;o ;oes es na nao o le leva vam m em con conta ta as var varia iall ;oe oes s da pro propo porl rl;a ;ao o mi mine ner  r io/coque io/coque pelo pe lo ra raio io.. De Dest sta a fo form rma a,   a apl aplic icab abil ilid idad ade e da abo abord rdag agem em do ba bala lanl nl;o ;o de mas massa sa e ca calo lor  r  para pa ra 0 con contr trol ole e op oper erac acio iona nall di diar ario io e bem bem li limi mita tada da..

o

hidr drog ogen enio io po pode de reag reagir ir co como mo um age agent nte e de redul redul;;ao for mand m ando o ag agua ua..   A re real al;a ;ao o e com ompa para rave vell co com m 0 mono monoxi xido do de car carbo bona na::

• A Figur a 57 mostr a 0 equilibri quilibrio o dos oxidos de f erro e hi hidr drog ogen enio io.. 0 hi hidr drog ogen enio io e mais efi ficaz caz para a r edul dul;;ao sob temperatura mperaturas s   abaixo abaixo   de 800 C. hidrogenio e   mui muito to pequeno e se   difund difunde fa faci cilm lmen ente te pa para ra 0 cen centr tro o do •0 atomo de   hidroge mine mi neri rio. o. Da Daii,   a re redu dull;80 pel elo o hi hid dro roge geni nio o po pode de se serr im imp por orta tan nte par ara a os min miner erio ios s de baixa poros porosidade idade,, ta tais is co como mo 0 mine mineri rio o gr gran anul ulad ado o. • A uti tili liz zal al;a ;ao o de hi hid dro roge geni nio o no gas do top tope nor orma mall me ment nte e fi fic ca em to tome me de 40 40 %, enqu en quan anto to qu que e a util utiliz izal al;a ;ao o de CO f ica pr pro oxim ima a de 50 50%. D

CU -- 2

% 00 %0°2 no gas no gas

0

50

10

40

20

30

30

20

40

10

50

0

00+ 00 +002

H2UN~~Q

ou

--

(H2+H20 20p proc~ roc~)) 100

o 1.20 200 0 Tem Te m pe per r a tur a

57:: Equ Fig Fi gura 57 Equil ilib ibri rio o

( " C )

dos do s 6x 6xid idos os de ferra ferra co com m hi hidr dra age genio nio

Perceb Perc eba a que que a utili utiliza zal; l;ao ao do hi hidr drog ogem emio io na nao o po pode de se serr me medi dida da.. 0 H 2 0   form formad ado o no proc pr oces esso so na nao o po pode den: n:'! '! se serr di disc scri rimi mina nado do da agua agua co colo loca cada da no for forno no co com m a umida umidade de do co coqu que e e da car carga ga..  A utilizal;ao de hidrogEmio do gas do tope e definida como H 2 /(H2 +   H20processo H20pro cesso).). Ao oper op erar ar co com m um alto alto hi hidr drog ogem emio io no gas gas do topo topo,,   a com compe peti til; l;ao ao en entr tre e as real real;o ;oes es de redu re dul; l;ao ao ir ira a levar levar a uma uma ut util iliz izal al;a ;ao o ma mais is ba baix ixa a do C02 C02 do gas do topo topo .   Uma situ situagao agao simp si mple les s qu quan anti tifi fica cada da pa para ra a mesma mesma ut util iliz izal al;a ;ao o to tota tall do gas do tope tope es esta ta mo most stra rada da na Tab Tabel ela a 21 21..   Dev Devee-se se ma mant nter er is isto to em em me ment nte e ao com compa para rarr a uti utili liza zal; l;ao ao de CO sob sob nive ni veis is ba baix ixos os e alto altos s de injel injel;a ;ao o de carva carvao o e gas. gas.

o

perfil perf il da tem tempe pera ratu tura ra e as real; real;oe oes s qu quim imic icas as nu num m al alto to-f -for orno no es esta tao o in inti tima mame ment nte e relacionados.. Is relacionados Isto to enc encon ontr traa-s se re resu sumi mido do na Figu Figura ra 58 58.. A re redu dull;a ;ao o do dos s ox oxiido dos s em wustita ocorre a temperaturas de 800 a 900 °C.   A partir dai, numa faixa de temperatura de 900 a 1.100°C, a wustita podera ser ainda mais reduzida, indiretamente, sem interferencia da real;ao de Boudouard. Esta zona de prep pr epar aral al;a ;ao o qu quim imic ica a po pod d er era a toma tomarr at ate e   50-60% 50-60% da altur altura a do forn forno, o, po poss ssui uind ndo o um uma a temp te mper erat atur ura a re rela lati tiva vame ment nte e co cons nsta tant nte e . De Dest sta a fo form rma a,   ela ela e chamada de zona de reserva rese rva termi termica. ca.

0.

W lJ s til tila a (F eO )

••

F eO l.

•

•

••

Fe •

•

•

••

•

Uma operal;ao com alto desempenho do alto-forno requer que toda a circ ci rcun unfe fere renc ncia ia do fo forn rno o cont contri ribu bua a ig igua ualm lmen ente te para para 0 processo. processo. 0 for orno no po pod d er era a ser  ser 

dividi divi dido do em se seto tore res s , de maneira que cada ventaneira forme um setor. Veja 0 exe xem mpl plo o na Fi Figu gura ra 59 59.. Se todo todos s os seto setore res s na nao o co cont ntri ribu buir ire em igu gual alm ment nte e pa para ra 0 processo,, Ir processo Ira a sur surgi girr as assi sime metr tria ia na zo zona na de fus fusao ao,,   conf confor orme me mo most stra rado do na Fig Figur ura a 59 59.. Uma Um a esc scas ass sez de cal alor or loc ocal al Ir Ira a desl desloc ocar ar a zona zona de fus fusao pa para ra ba baix ixo o em cert certos os seto se tore res s e, par ara a cim ima a em out utro ros s .   Isto Isto pode podera ra re res sul ulta tarr num au aum men entto da re redu dull ;ao dire di reta ta em al algu guns ns se seto tore res s . 0 aumento do nivel termico do for forno como um tod todo , af etan e tando do su sua a efic eficie ienc ncia ia ge gera rall ,   s6 pod podera era com compen pensa sar  r  0 efe efeiito e nao nao tra trata tara ra da c aus usa a.

• Da Da inje injel; l;ao ao de carv carvao ao.. Es Espe peci cial alme ment nte e 5.2 5. 2).

vent ve ntan anei eira ras s

sem se m inj njel el;a ;ao o de ca carv rvao ao (sel sel;;ao

• Da distribuil; distribuil;ao do so sopro:   se a veloci velocida dade de do sopr sopro o fo forr mu muit ito o ba baix ixa a « 100   m/s), m/s) , as vent nta aneira ras s na nao o ir ira aQ fu func ncio ion nar ef efiici cien ente tem men ente te com omo o di dist str  r ibui uido dora ras s de sop sopro ro.. Is Istto pod er a se serr ob obse serv rvad ado o es espe peci cial alme ment nte e na nas s ve vent ntan anei eira ras s op opos osta tas s a   ent entrrad ada a en entr tre e a tub tu bul ula al;ao principal de sopro e 0 an anel el de ve vent nto o . A di dist str  r ibui uill;a ;ao o do sopr sopro o pod oder era a tambe bem m ser afe afeta tada da po porr vent ventan anei eira ras s ob obst stru ruid idas as (a (aci cima ma do fu furo ro de cor corri rida da ou pont pontos os quent nte es no refr refrat atar ario io)) e os dep dep6s 6sit itos os de esc6 esc6ri ria a na ve vent ntan anei eira ra.. • Pe Pella assim ime etri tria a do carr carrega egamen mento to.. Co Com m um to to po sem sem co cone ne el ela a po pode dera ra se serr ev evit itad ada a It r n ndo entr e os silos de coque e minerio do tope e mudando a d irel rel;;ao r  lcio ion n I da col colh her. Com um si sist stem ema a de dupl duplo o con one e e pos possi sive vell al alte terrna narr a ulti ultim ma mba ( kip) nu num m descarregamento arregamento.. Pe Perc rceb eba a qu que e as mud mudan anl; l;as as te tem m qu que e ser  ser 

feitas feit as nu numa ma es esca cala la de tem tempo po men enor or qu que e 0 pr proc oces esso so do alto alto-f -for orno no,, ou seja seja,, ma mais is freq fr eque uent ntem emen ente te do que que a cada cada 6 hor horas as . • Do des desga gast ste e do refr refrat atar ario io ou placa placas s da coro coroa a de choq choque ue no ttop ope e do for forno no . •   Do Do de desv svio io da li linh nha a de cent centro do forn forno o da li linh nha a ve vert rtic ical al. Em par partic ticular  ular , em fornos fornos mais ant antigos igos.. Existe Exis tem m me medi dida das s di disp spon oniv ivei eis s pa para ra corri corrigi girr de desv svio ios s de sim simet etri ria a ci circ rcun unfe fere renc ncia ial, l, po por  r  exemplo,, re exemplo remo move vend ndo o a inje injega gao o de ven venta tane neir iras as es espe peci cifi fica cas s.   Contudo, Contudo, e pre prefer ferivel ivel elim el imina inarr as causa causas s da assim assimet etri ria a cir circun cunfe fere renci ncial al, ao inves inves de corri corrigi-I gi-Ia. a.  A assimetria no f1uxo de gas podera ter origem na distribuil;:ao da perda termica radial.. Na fig radial figur ura a 60 60,,   as as pe perrda das s ter ermi mica cas s sa sac c me medi dida das s em 8 segm segmen enttos do for forno no po por  r  4 sel sel;:o ;:oes es ver vertic ticais ais.. Um Uma a as assi sime metr tria ia es este tend ndid ida a po pode dera ra se serr inves investi tiga gada da co com m a aj ajud uda a dest de stes es ti tipo pos s de dad os e grafi grafico cos s.

•

-I~·

II-

-01

""I

Figu Fi gura ra 60 60:: Oi Oistr strib ibui uir; r;ao ao da per perda da te term rmic ica a em 24 hor horas as (az (azul) ul)..   Note Note um uma a le leve ve as assi sime metr tria ia de processo.

Capi t u l o 9 Capit Gusa e esc6ri es c6ria a

 As composi< composi<;;:oes ti tipicas do gu gusa e da esc esc6ria es esta tao o aprese presen ntadas na Tabe abella 22 22.. 0 gusa gus a dei deixa xa 0 fo fomo mo co com m um uma a tempe per  r atura atura tipica na faix faixa de 1.48 480 0 a 1. 1.5 520 20°°C. abel bela a 22:

om//Jos om Jos//cao t/ t//J /J//ca   do Qus Qusa e da es esc cona Escoria Es coria

Gusa tipi ti pico co (%)

f aix aixa(% (%))

Fe

94,5

93-96

CaO

40

 

34-42

C

4,5

3,8-4 8-4,,7

MgO Mg O

7

 

5-12

0,40

0,3-1,5

Si02

36

 

28-36

Mn

0,30

0,2-0 2-0,,5

AI2 AI 203

12

8-20 8-2 0

P

0,07

0,033-1 1

soma

96,,5 96

96--97 96

Ti

0,5

0,33-0,7 0,7

S

1,0

0,88-1 1,2

Si

 

tipico pico(%) (%)

faix fai xa(%)

gusa o   gu

e usado para a produ<;:ao do a< a<;;:o :o.. Na ac aciar iaria ia 0 gu gusa sa e ref inado de tal maneiira qu mane que e a comp compos osi< i<;;:ao quimic ica a e aj ajus usttad ada a ao aos s re requ quer  er imen imenttos metal alur  ur gicos. 0 pr ocesso de re ref ino i no no norm rmal al men mente e desenvo esenvollvido em do dois pass sso os: • Remo< emo<;;:a :ao o do enxo enxoffre do gusa gusa po porr mei eio o da dessulfurac essulfurac;: ;:ao ao..   Na mai maior ia i a do dos s ca caso sos s, enxo xof f r  r e e r emovi emovido com car arbe beto to e cal cal,,   ou magnesi magnesio, de acor ordo do co com m:

0

(Colchetes sign (Col gniificam qu que e 0 ma mate teri rial al e disso dissolv lvid ido o no gusa gusa;   parenteses, parenteses,   significam que qu e 0 ma  matteria iall e diss ssolv olvid ido o na esc esc6r 6ria ia..) • Remo<;:aodo carb carbo ono no,,   silici silicio,   mangane manganes e f 6sfo sfor  r o. Es Este tes s el ele emen ento tos s re reag agem em co com m o oxigeni nio o sopra oprad do no conve onver  r sor. A afi nidade com 0 oxig ige enio decre resc sce e na qO ncia Si>Mn Mn> >C>P>Fe Fe.. Nes Nesta ta sequ seque enc nciia, 0 ma matter ial e r ef  ef ina nado do no pro proc cesso do

conver conv erso sor. r. Ao f inal do pro roc cesso de refi re fino no,, 0 fer ferro ro pod podera era se serr rere-oxi oxida dado do,, 0 qu que e as veze ve zes s e   necessar  necessar io i o pa para ra aque aquece cer  r  0 a< a<;;:oan :oanttes do li lin ngotament nto o. Os ele elem mento tos s Si, Mn,,   P e par te do Fe saD r emov Mn e movid idos os na fase fase da esc6r esc6ria ia,, 0 C na fas fase do gas. As considera<;: considera< ;:6e 6es s im impo port rtan ante tes s pa para ra um uma a ac acia iari ria a saD aD:: • Qu Qual alid idad ade e cons co nsis iste ten nte: 0 controle do processo do conversor ajusta as configur  config ur a<; a<;:6 :6e es de pr pro oces ess so com ba bas se no re resu sult lta ado espe pera rado do ve vers rsus us 0  resultado obttid ob ido o. Quan antto mais consistente for a qu qualidade do ferr o,   mel melh hore res s sera rao o os r esulta tad dos na ac acia iari ria a. • 0 silicio, 0 mangan gane es, 0 titan titanio io e 0 cal calor or sen sens sive vell do gus gusa a sa saD D imp impo o r tant t antes es fo font ntes es de ener energi gia a pa par  r a 0 pr oces o cesso so do conv conve e r sor  sor    e efeti efetiva vam m a for forma maga gao o da esc6 esc6ria ria.. • 0 f 6sf  6sf oro do gus gusa: poss ssu ui uma   grande grande   influen influencia na qu qualidade do met metal al.. No alto alto-forno,, 97 - 98 forno 98% %   do f6sf  f6sf or o de deiixa 0f or no n o co com m 0 gusa gusa.. e di • 0 en enx xof re do gusa: 0   enxof r  re   difi fic cil de ser    remov removerido no pr ocesso do conve co nverso rsor. r. Par Para a tipos de a<;:o a<;:ossu ssuperio periores res,, e   usa usado do ur urn n nivel nivel ma max ximo de enx enxofr fre e de 0,008 008% % (e inferior  inferior ),   enqu enquan anto to qu que e 0 al alto to-f -for orno no pr prod oduz uz gu gusa sa co com m ur urn n teo teorr de enxo enxofr fre e de 0;030 030% % e mais alto. Desta forma,   uma uma eta tapa pa exte ter  r na de dessulfur a<;:ao a<;:ao e freque fre quente nteme mente nte ne neces cessar saria ia..

 A composi< composi<;:a ;:ao o f ina inal do gusa e 0 resul resulta tad do de ur  ur n proc proces esso so co comp mple lex xo de intera<;:6es mettal-esc6 me al-esc6ri ria a. Os var ios i os ele lem men enttos saD di divid vidid ido os pela es esc6 c6ri ria a e ferr ferro o li liqu quid idos os.. A dis di spers rsa ao de urn urn elemen ementto pel elas as du duas as fa fase ses s de depe pend nde e da comp compos osig igao ao da esc6 esc6ri ria a e do gu gusa sa,,   bem bem como da tem emp per atur  atur a, conf orm rme e discuti tid do abaixo.   Como Como ilus ilustra<;: tra<;:ao ao,, os teo eor  r es es tipico cos s do dos s eleme element ntos os qu que e ent ent r am nas fases fases da esc6r  esc6r ia e do do me m etal es esta tao o indi in dica cado dos s na Ta Tabe bela la 23 23..   Os Os pont pontos os ap apre rese sent ntad ados os a seg segui uirr de deve vera rao o se ser  r    observados: • sil siliicio io,, tita tani nio o e en enxof ofre re fi fica cam m co conc ncen entr trad ados os na es esc6 c6ri ria a, • ma mang ngan anes es fi fica ca conce concent ntra rado do no gus gusa a, • pa par  r te te do potassio potassio e el eliimi mina nada da pe pelo lo topo topo,, •  quas  quase e todo 0 f 6sfo sfor  r o vai par a 0 gusa gusa.. abel ela a

Elemen lementto

23:

Dis istn tn

uico ui coes es tf tfoi oica cas s do dos s el e lemento ntos s

entra da

oello oe

erro   e es esc c6r ia ia

Gusa

Esc Es c6ri ria a

kg/tgusa

kg/gusa

%

kg/tgu tgus sa

%

Si

46

5

11

41

89

Mn

6

4,5

75

1,5

25

Ti

3

0,7

23

2,3

77

S

3

0,3

10

2,7

90

P

0,5

0,4 0, 48

96

0,02

4

K

0,15

0

0

0,11

73% 73 %

Os 6xidos de siHcio io,,   ma manganes e f6s f6sforo sao reduzidos atr aves da reac;a ;ao o de redU<;:aodireta..   As re redU<;:aodireta reac ac;o ;oes es do si sili lici cio o sa sao o de in inte tere ress sse e em pa part rtic icul ular  ar . 0 sili ilic cio no gus usa a e um indic indicad ador or se sens nsiivel do es e stado ter mico m ico do forn forno o, e a varia variac c;ao do sil iliicio pod era ser usada para analisar a cons ist sten enci cia a do pro roc ces ess so . De Dest sta a fo form rma a, as reac re ac;o ;oes es do silic silicio io sa sao o di disc scut utid idas as em maior maiores es de deta talh lhes es.. A redU<;:aod redU<;:aodo o sil silici icio o oco ocorre rre atra at rave ves s de tre tres s pa pass ssos os,, co conf nfor orme me mo most stra rado do na fi figu gura ra 61 61:: • A fo form rmac ac;a ;ao o de Si SiO O ga gas sos oso o na zon zona a de comb combus usta tao. o. 0 pri rime meir iro o pa pas sso de redu reduc c ;ao oco corr rre e na nas s tempe tempera ratu tura ras s de ch cham ama a mu muit ito o al alta tas s da zona zona de co comb mbus usta tao. o. 0 si sili lici cio o . ve vem m da cinza cinza do coq coque ue (e do carv carvao ao). ). Qu Quan anto to ma mais is al alta ta for a cinza cinza do coqu coque e ,   mais alto al to se ser  r a 0 si silic licio io in inic icia iall no gusa gusa.. • Red educ uc;a ;ao o ad adic icio iona nall po porr me meio ios s da re redU dU< < ;:ao dire direta ta com 0 ferro ferro.. 0 gas SiO em cont co ntat ato o co com m 0 fe ferr rro o po pode de se serr reduz reduzid ido o co conf nfor orme me a seg segui uir: r: Si SiO O +   [C] [Si] + COo COo • Quan Quanto to ma mais is in inte tens nso o fo for  r  0 con contat tato o ent entre re 0 fe ferr rro o e 0 gas gas,,   mais mais al alto to se sera ra 0 si sili lici cio o no gusa gu sa.. Qu Quan anto to ma maio iorr fo for  r  0 co comp mpri rime ment nto o do gote goteja jame ment nto o do fer ferro ro,,   mais mais in inten tenso so se sera ra o cont contat ato o en entr tre e os gase gases s qu quen ente tes s e meta metall li liqu quid ido o , 0 qu que e le leva va a tem tempe pera ratu tura ras s ma mais is alta al tas s do gu gusa sa..   0 co cont nta ato ma mais is pr prol olon onga gado do pe perm rmit ite e qu que e ma mais is ga gas s Si SiO O re reaj aja a com 0 carb ca rbon ona a no gusa gusa,, 0 qu que e le leva va a teor teores es ma mais is al alto tos s de sili silic c io no gus gusa.   Desta Desta fo form rma a, uma um a zo zona na de fu fusa sao o nu numa ma po posi sic; c;ao ao mais mais al alta ta esta re rela laci cion onad ada a co com m um uma a te temp mper erat atur ura a alta al ta do gusa gusa e um si sili lici cio o al alto to no gusa gusa.. • 0 eq equi uili libr brio io na tr troc oca a en entr tre e es esc6 c6ri ria a e fe ferr rro o.   0 si sili lici cio o do gus gusa a es esta ta em equil equilib ibri rio o co com m a esc6ria. esc6ria.   Os as aspe pect ctos os im impo porta rtant ntes es sa sao o: • Quan Quando do as gota gotas s de ferro ferro de desc scem em e pass passam am pe pell a cama camada da de esc esc6r 6ria ia,, 0 siHcio pode po dera ra se serr re-ox re-oxid idad ado o se hou houve verr Fe FeO O pr pres esen ente te na es esc6 c6r  r ia, ia,   de acord acordo o co com: m:

• Quan Quanto to ma mais is ba basi sica ca fo forr a esc6 esc6ri ria a (qu quan anto to ma mais is ba baix ixo o fo for  r  0 Si0 Si02 2   na esc6ri esc6ria a), mais ma is ba baix ixo o se sera ra 0 sil siliici cio o no gus gusa. a. • 0 gusa for mado m ado no ce cent ntro ro po poss ssui ui um alt alto o si sili lici cio, o, en enqu quan anto to qu que e 0 gus gusa a form formado ado na pared parede e po poss ssui ui um baix baixo o si sili lici cio o .   0 re resu sult ltad ado o no met metal al va vaza zado do e um um valo valorr me medi dio o.  Ambos 0 si silic licio io e 0 ma man n ga gane nes s no gus gusa a sa sao o in indi dica cado dore res s do est estad ado o te term rmic ico o do for forno no.. manga gane nes s mo most stra ra um uma a re res s po post sta a ma mais is ra rapi pida da qu quan ando do ha muda mudanc nc;a ;as s no proc proces esso so,, o   man pelo fa fato to do equilib ibri rio o com a esc6r ia resta tan nte no for forno ser mais rapido para 0 mang ma ngan anes es,, de devi vido do a fra frac; c;ao ao men menor or de mang mangan anes es na esc esc6r 6ria ia..

Si02 na esc6ria

Si no terro

GasSiO GasS no zon ona a de com omb bust sta ao

o

enx nxo ofr e no gu gusa e r egid e gido o pe pela la en entra trada da de enxo enxofr fre e, pe pell a com compo posi si~a ~ao o da esc esc6r 6ria ia e pelo pel o es esttado ter mic m ico do for  for no. n o. Os pa para rame metre tres s ma mais is im impo por  r tan ante tes s sa sac c: • Entr ada de enxofre ofre:: a en enttrada de enxofre fica tipic ica amente entre 2,5 e 3,5 kg/t /tg gusa sa.. As pr inc ncip ipai ais s fo font ntes es sa sac c 0 co coqu que e e 0  combus  combusti tiv vel auxiliar ,   tais co como mo 0 carva ca rvao o ou 6le 6leo. • A divi ivisa sao o do enxo enxofre fre pe pelo lo fe ferre rre e esc esc6r 6ria ia.. Ela e in indi dica cada da pe pela la ra raza zao o (8)/[8]. Esta r azao e muit muito o se sens nsiv ive el a bas basic icid idad ade e da esc6 esc6ri ria a e ao nive nivell ter ermi mico co do for forno no (tempe (temp er atu a tura do gu gusa ou sil siliici cio o do gus gusa a). • 0 volu olum me da esc esc6r 6ria ia:: qu quan anta ta ma mais is ba baix ixo o fo for  r  0 vo volu lume me de esc6 esc6ri ria a po porr tonel tonelad ada a de gusa gu sa,,   mais mais al alto to se sera ra 0 en enxo xofr fre e do gus gusa a na mesm mesma a ra raza zao o pa para ra um uma a me mesm sma a re rela la~a ~ao o (8))/[8]. (8  A maioria das empresas possui suas pr6pri ria as corre rella~5es entre (8)/[8] e a basi ba sic cid ida ade da es esc6 c6ri ria a e 0 nfv nfvel el ter termic mico o.   As co corr rrel ela~ a~5e 5es s sa sac c de deri riva vada das s co com m ba base se nos dad as hist st6r 6ric icos os pa para ra ur urn n al alto to-f -for orno no..   Como Como re regr gra a ge gera rall,   para red reduzi uzir  r  0 enxofre no gusa em 5%   e necessario: necessario: • r eduz duzir  ir  a ent entr  r ada a da de enx enxof  of r  re   em 5% 5% • aum ume ent nta ar 0,02   na na bas basic icid idad ade e (b (bas asic icid idad ade e de defi fini nida da co como mo Ca CaO O+Mg MgO O/8i0 i02 2) au • Aum Aume enta ntar  r  a sililic iciio no gus gusa em 0,06 06%. %.

 A esc6 esc6r  r ia e fo formada a part partiir  do materi ria al da gan ganga da car  car ga e da da ci c inza do coque e comb ombu ust stllveis auxiliares ares..   Durante 0   processo, processo, a es esc c6r ia ia pr imar  imar ia evolu oluii   par para a esc6r ia fi fin nal. As faixas de composic;:ao sac ap apre rese sen nta tad das na Tab Tabel ela a 25 25.. Quatr o comp co mpon onen ente tes s pr inci incipa pais is co comp mp6e 6em m ap apro roxi xima mada dame ment nte e 96 96% %   da es esc c6ria (8 (8ii02, MgO, CaO e AI2 AI203).   0 ba bala lanc nc;: ;:o o ve vem m co com m co comp mpon one ent ntes es ta tais is co como 0 6xido de manga gan nes (MnO MnO)), en enx xofre (8), tit itan aniia (Ti0 Ti02 2), po pottassa (K20) e 6xid ido o de f6s f6sf f oro oro (P20s). Est stes es co comp mpon one ent nte es te tem m uma te tend nden enci cia a a abai abaix xar a tem tempera ratu tur  r a de liliq qui uid dus 24.. esc6ria.. As def esc6ria defini inic c;: ;:6e 6es s da basi basici cida dade de sa sac c apr  apr esen e senta tada das s na Ta Tabe bela la 24

B2

CaO/SiO:: O::!!

B3

CaO+MgO/Si02

B4

(CaO+MgO CaO+MgO))! (Sii0 2+ A J! (S J!P P3)

Tabe abella 25:Compos Composiig6 g6es es

da

tipi ti pica cas s da es esc6 c6ri ria a (%   massa)

Tlp Tl plca

F a lxa

CaO

40%

34-42%

MgO

10%

6-12%

SI02

36%

 A!!20  A 203 3

10%

~20 ~2 0%

T o ta l

96%

96%

 

28~38% 28~38%

 A esc6 esc6ri ria a possui tempe per  r atu tura ras s de fu fusa sao o muito mais altas do que as do gusa . Na prat pr atic ica, a, e mais mais co corr rre eto pe pens nsar ar em term termos os de te temp mper erat atur ura as de li liq qui uidu dus s do qu que e em pont po nto os de fu fusa sao o,   te tendo em vista que as esc6rias compostas possuem uma tr ajet ajet6r ia de f usao, usao, ao in inv ves de um po pont nto o de fusa fusao o .   A tempe temperatu ratur  r a de liliquid idu us e a tempera emperattur a na qu qual a esc6r ia ia est sta a   complet completamen amentte fundida da..

Em temperaturas abaixo da temperatura de liquidus , cr cris ista tais is s6 s61i 1ido dos s es esta tao o presentes.. Es presentes Este tes s cr cris ista tais is s6 s61i 1ido dos s aum aumen enta tam m a visc viscos osiidad ade e da esc esc6 6ri ria a.   Dentr Dentro o da nossa no ssa exp experi erienc encia ia,, 0 co comp mpor orta tame ment nto o da das s es esc6 c6r  r ias i as po pode de se serr be bem m co comp mpre reen endi dido do com base em suas temperaturas de liqu quid idus us.. As tem tempe pera ratu tura ras s de liq iqui uidu dus s sao apre ap rese sent ntad adas as em diagr diagram amas as te tern rnar ario ios s ,   con confo forrme most stra rado do na Figu Figura ra 62 62..   Estes diag di agra rama mas s fo fora ram m de dese senv nvol olvi vido dos s pa para ra compo compone nent ntes es pu puro ros s e, na pra prati tica ca op oper erac acio iona nal, l, as temperaturas de liquidus ficam um pouco mais baixas . Uma vez que nos diagramas ternarios apenas 3 componentes podem ser ind icados cados,, um dos prin pr inci cipa pais is co comp mpon onen ente tes s da es esc6 c6ri ria a e co cons nsid ider erad ado o co como mo fi fixo xo,,   ou se seja ja,, AI AI2 203 = 10 10% %. Os diagr diagram amas as co com m te teor ores es di dife fere rent ntes es de AI AI203 es esta tao o ap apre rese sent ntad ados os na Figu Figura ra 63 63.. A comp co mpos osig igao ao tipi pica ca de es esc6 c6ri ria a de alt altoo-fo forn rno o es esta ta tambe tambem m in indi dica cada da (Ta Tabe bela la 19 19)).   Note que a tem temperatura de liquidus esta acima de 1.400 °C e qu que a te temperatura de liqu li quid idus us au aume ment nta a qu quan ando do Ca CaO O au aume ment nta a (i (ist sto o e, e , qu quand ando o a basic basicida idade de au aumen menta) ta)..

Na Figura 64 a composigao da esc6ria resultante de uma ca r ga de sinter  auto au tofu fund nden ente te e pelo pelota tas s e indic indicad ada a .   As tempe tempera ratu tura ras s de liqui liquidu dus s do dos s co comp mpon onen ente tes s "puros puros""   dao dao al alta tas s te temp mper erat atur uras as de liqu liquid idus us pa para ra a esc6r esc6ria ia,,   bem bem acim ima a de 1.500 500°°C. Como Com o e possive possivell 0 ma mater terial ial se fund fundiir  r    na zona zona coes coesiva? iva?

o   se segredo

por tras da fusao do sinter e das das pelotas e que a car carga de mlneno cont co ntem em mu muit ito o Fe FeO, O, 0 qu que e ab abai aixa xa a te temp mper erat atur ura a de fus fusao ao ou ou,, conf conforme orme menc menciona ionado do ante an terrio iorm rmen ente te,, aba ab aix ixa a a tem temper era atu tura ra de li liqu quid idus us e tem temp per era atu tura ra de s6 s6li lidu dus s. A esc6ri esc 6ria a pri prima ma ria ria,,   ou se seja ja,,   a esc6 esc6ri ria a fo form rmad ada a du dura rant nte e 0 pr proc oces esso so de fusa fusao o e antes antes da solu soluga gao o do dos s co comp mpon onen ente tes s da das s ci cinz nzas as do coq coque ue na esc esc6r 6ria ia,,   e liquefe liquefeita ita atr atrave aves s do FeO di d issolvido ssolvido.. A esc esc6r 6ria ia fi fina nall e li l iqu quef efei eita ta at atra rave ves s da sol solug ugao ao de 8i0 8i0 2   conforme indi in dica cado do na Figu Figura ra 65 65..

--1. -1.30 300 0"C 1.400 400""C - - - - -  1 .500 500'':'C 1.600 00""C 1.80 800 0"C

63:: Ap Figure 63 Apre rese sent ntar ar;a ;ao o

das da s te temp mper erat atur uras as de li liqu quid idus us da esc esc6r 6ria ia so sob b va vari rios os ni nive veis is de AI AI2 203 (Base:: slag atl (Base atlas as,,   1981. 1981.) Si02 --

1.300 300""C

Cl

Esco scori ria a d o al alto f omo

1 AO  AOO OuC

c D

Pelota elotas s fu funden ndenttes oliliv vinas

1.500 .500""C

®

Pelotas elotas..basicas

1.600uC

Sinter  super -f  -f undente ®   Sinter 

1.800 .800""C

®

64::   A comp Figura 64 composir  osir ;ao da es esc6 c6ri ria a pa para ra as   quali qualida dade des s 97

tip ipiicas

Sint nte er  f undent undente e

tipi ti pica cas s da das s pelo pelota tas s e si sint nter  er 

.....-

/Es Escor  cor ia

---~

f inal f unden undente por  Si02

//'--

9.6 Interayoes entre gusa e esc esc6 r ia: ia: pr opried opriedade ades s situay sit uayoes oes esp especi eciais ais

da   esc esc6 6ri ria a em

Dur ante Dur  a nte si situ tuag ag6e 6es s es espe peci ciai ais s no alt alto o -fo forn rno o, com como o no acend acendime imento nto (b (blo loww-in in)) ou um for  fo r no muit ito o qu quen ente te,, 0 sil siliici cio o no gus gusa a pod ode e r a se elevar a va valor es muito al alto tos. s. Um Uma a vez ve z qu que e 0 sil siliicio no gus gusa e ret retirado do Si02   na es esc6 c6r  r ia, ia, a consequem consequem cia e qu que a basiciida basic dad de da esc6 esc6ri ria a au aume ment nta a . Is Isto to lev leva a uma uma alt lta a te temp mper erat atu ura de liqu liquid idus us da esc6ria.. Nu esc6ria Numa ma si situ tuag agao ao co com m um uma a bas asic icid idad ade e mu muit ito o al alta ta,,   a esc esc6ria final ja nao e mais Ii Iiqu quiida no fo for no e nao poder a ser vazada. Ela fi fic ca no forno,   onde onde po pode der  r a formar um anel de esc6ria ria,,   especialmente na r ampa. A descida da carga e 0 vazament vazame nto o sofrer ao a o gr gran ande de di dist stu urb rbio io.. De Dest sta a fo for  r ma, ma,   para para situ tuag ag6e 6es s es espe peci ciai ais s on ond de 0 sili si lici cio o no gus gusa a po poss ssa a se serr mu muit ito o al alto to,,   a esc6r  esc6r ia i a de deve vera ra se ser  r  tra raba balh lhad ada a pa par  r a fun funcio cion nar  com 0 al alto to si sili lici cio o do gusa gusa.   Para es este te fim fim,,   uma uma qu quan anti tida dade de ex extr tra a de Si0 Si02 2   tem tem qu que e ser  traz tr azid ida a pa para ra de dent ntro ro do forn forno o.   0 me meto todo do pre refe feri rid do e util utiliz izar ar um mi min ner erio io gra ran nul ulado ado silicoso licoso..  Algumas empresas usam quart quartz zito ito,, 0 qu qual al e adeq adequa uado do pa par  r a co corri rrigi girr a basicid sicida ade sob opera rag gao norm rma al. En Enttretanto retanto,, ele nao e adequado pa r a situag6es d esfr iam ame ent nto o, te tend ndo o em vis ista ta qu que e a te temp mper erat atur ura a de li liq quidus da si silica em si e   muito muito alta (1.700 700°°C) C).. 0 ef efei eito to do uso uso de um mine mineri rio o si sili lic cos oso o pod ode e ta tamb mbe em se serr mo mos str ado no di diag agr  r ama ama ter nario, nario, na Fig igur  ur a 67:   trabalhandotrabalhando-se com uma basi asic cidad idade e m i baiixa ba xa,, a tempe emper  r atur a tura a de liq liqui uidu dus s di dimi minu nuii ao lon longo go da lin linh ha ind ndicada icada..

Sin ino o

gusa

83 T liquidus (0 C )

1.3 1. 37

1.53

1.73

1420

1460

1528

1.300 300°°C 1.400°C 1.500 500°°C 1.600 600""C 1.800 .800""C Esc6r ia do alto fomo --

 

30

CaG Ca G 10

20

30   40 40

50

60

67:: Er eit Figur a 67 ita a da carg carga a co com m ba baiixa basic icidade idade

70

80

Cargacom basicid idade ade baixa

MgO

nas   temperaturas temperaturas

de li liqu quid idus us da esc sc6ria 6ria

Capitulo 1 0 O pe pera rag8 g8o o da are a rea a de corrida

Result Resu ltad ados os op oper erac acio iona nais is ex exce cele lent ntes es nu num m al alto to-f -fom omo o s6 pod poder erao ao se serr alcan alcanga gado dos s tres tr es co cond ndig igoe oes s fo fore rem m sa sati tisf sfe eitas tas:: •   boa boa qu qual alid idad ade e da carga carga e do coque coque;; • bo bom m co cont ntro role le do f lux uxo o de gas gas; • boa boa pr prat atic ica a de vaz vazam amen ento to do fomo fomo.. capi pitu tulo lo pr pres esen ente te tr trat ata a da das s bo boas as pr prat atic icas as de vaz vazam amen ento to do fom fomo. o. o ca

se

gusa o   gu

e a esc esc6r ia Ifq fqui uido dos s sa sac c rec ecol olhi hido dos s no cad cadiinh nho o do forn forno o,   bem ab abai aix xo das vent ve ntan anei eira ras. s. 0 gu gusa sa e a es esc6 c6r  r ia na nao o se mist mistur uram am::   a esc6r  esc6r ia i a po poss ssui ui um uma a de dens nsid idad ade e 3 3 tlm m )   do que 0  gusa (7,2 tlm )   e f1 mais mai s baix baixa a (2,3 tl f1ut utua ua so be ele ele..   Isto Isto implic implica a qu que e, as gotas de gusa passam pel a camada de esc6r ia. 0 metal e a esc6ria chegam pr6 pr 6xi xim mo ao equi equili libr brio io ter ermi mico co e qui quimic ico. o. Uma re rep pre rese sent ntag agao ao es esqu quem emat atic ica a de um cadi ca dinh nho o e um fur furo o de corr corrid ida a e apr apres esen enttad ada a na Figu Figurra 68.   0 fur uro o de corr corrid ida a e uma uma pega refr refratari ataria a. Um "cogumelo cogumelo""   refratar  refratar io i o e fo form rmad ado o pe pelo lo la lado do de dentr dentro o do cadi cadinh nho o com co m ma mass ssa a de tam tampo pona name ment nto o do furo furo de corri corrida da so solid lidif ifica icada da..

o

altoalt o-fo fom mo e va vaza zado do de 8 a 14 ve veze zes s po porr dia atrav atraves es do furo furo de corri corrida da.. A dura duraga gao o media de um vaz vazamento e 1, 1,5 a 3 horas. horas.   Neste Neste tem tempo po,, 0 fom omo o pr prod oduz uz um uma a pa par  r te cons co nsid ider erav avel el do se seu u vo volu lum me de trab trabal alh ho. Conforme mostrado no cap capit itu ulo 2, 0 tem te mpo de resi reside denc ncia ia da car carga e de 5 a 6 ho horras as..   Desta Desta for forma ma,, par para a um vazament vazamento o de 2 horas,   ap aproximadamente 1/3 do conteudo do fom fomo e fu fundido em ferro e esc6ria.. Es esc6ria Espi pirrro ros s no vaza vazam men entto de devi vid do ao gas da zon zona a de com omb bus usta tao   indica indicam m 0 final fin al do vazament vazamento o.

nivel el o   niv

do Iiqui iquido do no cadi cadinh nho o poss possui ui dois dois efei efeito tos s prin princi cipa pais is

no proc proces esso so do alt alto-

forno: forno: • O Os s Iiqu Iiquid idos os no cad cadin inho ho afet afetam am a des desci cida da da car carga ga:: quan quanta ta mais mais alto alto for  for  0 nive nivell do Iiquido, Iiquido,   mais fortem fortement ente e 0 coque submerso empurrara a carga em sentido asce ascend nden ente te (Figu (Figura ra 35) 35), • Se a esc6 esc6ri ria a alca alcan< n<;: ;:ar  ar 0 niv nivel das das vent entanei aneirras e nao nao pude puderr ser ser dren drenad ada a para para 0 cadinho, cadinho, 0 flux fluxo o de gas gas sera sera seve severa ram mente ente afet afetad ado o. Isto Isto pode poder  r a resultar numa redu redu<; <;:a :ao o defi defici cien ente te da carga carga e,   desta desta forma forma,,   num forno forno mais mais frio frio.. De form forma a a prev preven enir ir os efeit efeitos os,, 0 nivel vel do liqui liquido do no cad cadin inho ho tem tem que que ser ser manti antido do sob sob cont contro role le e pre prefe feri rive velm lmen ente te num num nivel vel cons consta tant nte e e baix baixo o.   0 obje objeti tivo vo da opera opera<; <;:a :ao o da casa casa de corr corrid ida a e ext extrair  0 liquid liquido o do for forno no sem sem inte interf rfer erenc encia ia com com 0 proc proces esso so do alto-forno. alto-forno. Note que a cap capacidad dade de armazenamento do cadinho depende da fra< fra<;: ;:ao ao de vazio vazios s do coqu coque e no cadin cadinho ho,, que que pode pode ser muit muito o baix baixa a. Uma Uma fra< fra<;: ;:ao ao de vazi vazios os de 25% 25%   pode ser ser espe espera rada da.. Em ar eas e as de coqu coque e esta estaci cion onar ario io no cadi cadinh nho o, a fra<;: fra<;:aode aode vazios vazios e,   em geral, geral,   muito muito mais mais baix baixa a.

Um alto alto-f -for orno no mode modern rno o poss possui ui pelo pelo meno menos s 2 fur furos os de corr corrid ida a. Os forn fornos os gran grande des s, com com cadi cadinh nhos os de 14 m de diam diamet etrro, poss possue uem m ate ate mesm mesmo o 4 fur furos de corr corrid ida a. Um layo layout ut esqu esquem emat atic ico o de uma uma casa casa de cor corrida rida incl inclui uind ndo o 0 sist sistem ema a de cana canais is est esta mostrado ado na Figura 69. 0 gusa e vaz vazado no canal princ incipal. 0 gusa e a esc esc6ria pode podem m ser ser faci facilm lmen ente te sepa separa rado dos s porq porque ue eles eles nao nao se mistu mistura ram, m, e tamb tambem em devi devido do a dif diferen eren< <;:a ;:a de dens densidad idade e entr entre e eles eles (Cap (Capit itul ulo o 7). 7). A Figu Figura ra 70 mostr ostra a os flux fluxos os do gusa gusa e da esc6 esc6ri ria a pelo pelo cana canall prin princi cipa pall e em dire dire<; <;:a :ao o a   bar barra rage gem m (sk (skimmer), mmer), este este ulti ultimo mo perm permit itin indo do que que 0 gusa gusa flua flua,,   por porem em desv desvia iand ndo o a esc6 esc6rria para para 0   canal canal de esc6ria. esc6ria.

 A esc6ri esc6ria a e normalm ormalme ent nte e granulad ada a atraves de agua ou de des speja jad da em baias de esc6ria. 0 f err o e co collet eta ado em   carros-t carros-tor ped edo o ou pan pane elas. 2 car  car r as-t as-to orpedo sac posiicion pos cionad ado os pr pr6 6ximo mos s a cad cada a cana nall de cor  cor r ida i da e po poder era ao ser  r    enc enchi hido dos s po porr me meio ios s de uma ca callha basculant nte. e. A ca callha bascu ascullant ante e per ermi mite te ao oper operad ador or tr troc ocar ar de ca car rarator  to r ped pedo.

G n lO u la ' f 8 0 esco r ia de   escor 

Ad am

- = = = = = I J L

69:: E Figura 69  Ex xem empl plo o de lay layou outt

 _Granula~o .   deeS1: deeS1 :o r ia

de are area a de cor corri rida da (3 fum fums s   de gus gusa)

 A maioria dos fomos de alta produtividade e vazada de forma altemada altemada,, ou seja seja,, quando um fur furo de cor rida r ida e ta tamp mpon onad ado o, 0 ou outr tro o e aber aberto to.. 0 in intter erva valo lo de temp tempo o entre vazamentos pode ser reduzido ate mesmo para zero. Um vazamento continuo e pos possiv ive e!. A van vantagem do met metodo e que que 0 ni nive vell do Ii Iiqu quiido no cadi cadinh nho o pod ode e ser mantido con ons sistentemente num nivel ba baiixo e a int nte erferen enc cia com 0 pr ocesso ocesso po pode dera ra se serr evit evitad ada a. Se Seja ja po porr in inci cide dent nte e ou de prop6 prop6s sito to,, as veze vezes s ap apena enas s

um fu furo ro de corr rriida fi fica ca dis ispo poni niv vel e 0  Iiquido e   va vaza zad do po porr ele le..   Nesta Nesta sit situal ual;ao ;ao,, havera um intervalo de tempo entre as operal;oes de vazamento de 20 a 45 minutos.. 0 tempo e ne minutos nece cess ssar ario io pa para ra li limp mpar ar a regi regiao ao do fu fu r o de corr corrid ida a e para para cu cura rar  r  a massa do furo de corrida . Como consequemcia da operal;ao com 1 fu furo de corr ida da,, 0 ni nive vell do Ii Iiqu quid ido o de dent ntro ro do forn forno o ir ira a va vari riar ar.. 0 co cont ntro role le do co comp mpri rime ment nto o do furo fu ro de co corr rrid ida a e ma mais is di difi fici cil. l. Pa Pare rece ce ha have verr um uma a pr prod odul ul;a ;ao o ma maxi xima ma de gusa gusa,, que pod oder era a ser va vaz zad ada a na ope pera ral; l;a ao com 1 fur uro o de co corr rriida da..   Est Estim imaa-se se co como mo se send ndo o 6000 60 00 Ud Udia ia para para um forn forno o co com m ca cadi dinh nho o de 11 m de diam diamet etro ro,, e 8000 8000 Ud Udia ia para para um forn fo rno o co com m ca cadi dinh nho o de 14 m de diam diamet etro ro..  A operal;ao "ideal ideal""   da ar area ea de corri corrida da pa para ra um forn forno o gr gran ande de e de alta alta pr prod odut utiv ivid idad ade e e 0 vazamento continuo e de forma alter nada ada,, com tem emp pos de vaz aza amen ento tos s seme se melh lhan ante tes s pa para ra as co corr rrid idas as (10 corridas/dia) e um fluxo de esc6ria quase continuo.. Fig continuo Figura ura 71.

8

10

12

14

16

18

20

22

0

2

Tempo (hor as) as)

71:: Apresen Figura 71  Apresentaqao taqao

do vazamen vazamento to para um forno de 4 f uro ros s de corr ida da,, on ond de 1 e 3  sac opera op erado dos s de fo for  r ma al alte tern rnat ativ iva a e sem sem at atra raso sos s.

I

 

I

escor ial escor  ferr  fe rr ol

I I

minu nuttos Figura 72:   Var Varia iaqa qao o do nfve nfvell de Ifqu Ifquid ido o no cadin cadinho ho (em (em me metr tros os)) par  pa r a va vazam zamen ento tos s alt altern ernad ados os,,

104 10 4

Os fluxos de gu gus sa e esc6ri ria a de   urn urn fu fur  r o de corr ida sa sac c de dete term rmin ina ados pelas car acte teri rist stiica cas s do fur o de cor rid rida, ou se j ja a: • 0 comprim omprime ento do fu fur  r o de co cor  r r  ri  da da,, 0 qual e af eta tad do pela   fo forma de tamp ampo onament nto o e qu qua alidade da mass assa a; • 0 diametr o do fur o de corrid rrida a. E, especialment nte e 0 des esg gas astte do fu  ro de cor r  rida i  da co com m 0 tempo; • A asper eza eza da sup upe erfi rfic cie; • A p re  ssao intema, qu que e e r esult esulta ante nte da pr p ressao ssao do sopr o e a pr  pr essao essao "hid idr  r ost ostatic atica" a" . Uma Uma vez que que urn f ur o de corr ida se des esgas gasta ta contin continuam uament ente e ,   especia especialment mente e pel pelo ataq ataque da esc esc6ri 6ria a, os f1uxos f1uxos de gusa usa e esc esc6r 6ria ia nao nao sac sac cons consta tant ntes es.. Alem Alem dist disto o , no ini inicio cio de uma oper opera a gao de va vazam zamento ento some omente nte 0 gusa gusa pode podera ra ser ser vaza vazado do.. Ur n 71. padr padrao ao tipi tipico co de flu fluxo xo de vaza vazame ment nto o de urn alto alto-f -fo o mo esta sta most ostrado rado na Fi Figura gura 71. Mesm esmo com com uma uma boa boa prat pratic ica a de vaz vazam amen ento to,, exist xiste e uma uma vari variag agao ao no nive nivell liq liquid uido do cadin cadinho ho de ate ate 1   m den dentr tro o do f orno o rno.. A qual qualid idad ade e da mas massa sa usad usada a em u r n fur  fur o de corr ida dete determ rmiina a resi resist ste enci ncia ao ataq ataqu ue da esc6 esc6ri ria, a, sendo endo assi assim m, uma uma esc escolha olha apro apropr pria iada da da mass massa a tern tern que que ser  ser  f eita. eita. Isto Isto nao sera sera d iscut scutido ido aqui aqui..

Dois metodos sac   aplica aplicados para a aber  aber tura do furo de corrida: abe rt rtu ura por  per  per furagao furagao (broc broca) a) e crava ravame ment nto o de barr barra. a. Com Com a pra prati tica ca por por crav cravam amen ento to de barr barra a, uma barra e colocada na massa de tamponamento imedi mediat atam amen ente te ap6s ap6s 0 tamponament tamponamento. A barr barra a e extr extrai aida da para para abrir  abrir  0 f uro uro de corrida corrida.. A van vantage tagem m e qu que a abertura do furo de corrida se tom toma muito rapida e e tid tida como confiavel. Esta prat pratic ica a e espec especiialmente adequada para o perag eragoe oes s com com 1   fu furo de cor rida. rida. Mui Muitas empr empres esas as tern tern expe expe r imentado a tecnica nica da barr barra a crav cravad ada a ,   porem, porem, a maio maior  r ia del delas usa 0 met metodo da perfu erfura raga gao o. A pra pratic tica por por crav cravam amen entto de barra arra tern tern urn gra grand nde e impac mpacto to nos nos tijol tijolos os e bloco blocos s do furo furo de corr corrid ida a. Uma Uma boa boa perf perfur urag agao ao tern tern qu q ue aten atende derr aos aos segui seguint ntes es requ reque e r imentos: imentos: • a pos posig igao ao da broca broca tera tera que que ser ser repr reprod oduz uziv ivel el e na mesm mesma a posi posiga gao o : 0 cent centro ro do furo furo de corr corrid ida a e para para este este fim, fim, a broc broca a usad usada a deve devera ra ser ser autom automat atic icam amen ente te pres presa a ao fomo; • dia diame metr tro o da broc broca: a: uma uma sele selega gao o de diam diamet etro ros s de broc broca a deve devera ra esta estarr disp dispon oniv ive el (40 - 60 mm). mm).   0 diametro do furo devera ser constante po r    to todo seu comp compri rime ment nto. o. Para Para este este fim fim ,   a broca devera ser guiada e a for forga de avango, a veloci velocidade de rot rotagao e 0 martel martelame amento nto (impac (impacto) to) devera deverao o ser apro apropri priada adamen mente te controlados. controlados. 0 desg desgas aste te da seg segao ao de trab trabal alho ho da bro broca ca devera devera ser ser prev preven enid ido, o, 0

que po pod d era ser con onse segu guid ido o pel elo o uso do nit itro rog gem emio io ou nitr nitrog ogen enio io/a /ag gua pa para ra a purga pur ga e ref refrig rigera erac;: c;:ao ao duran durante te a perfurac perfurac;:a ;:ao o, • 0 com omp pri rime men nto do furo furo de cor orri rida da:: a pe perf rfur ura ac; c;:a :ao o dir diret eta ame men nte pa para ra den entr tro o do banh ba nho o de gusa gusa de deve vera ra ab abri rir  r  0  forno  forno.. E co cont ntra rapr prod oduc ucen ente te te tent ntar ar ec econ onom omiz izar ar um uma a broca bro ca e haste haste atr atrave aves s da interrup interrupc;: c;:ao ao ant anteci ecipad pada a da perfurac perfurac;:a ;:ao. o. Em alg alguma umas s sit situac uac;:6 ;:6es es a perfura perfurac;: c;:ao ao nao nao pod podera era abr abrir  ir  0 fur furo o de corrida corrida..   Entao 0  usa manu ma nual al de lanc; lanc;:a :as s de oxig oxigen enio io e apli aplica cado do.. 0 us usa a de lanc lanc;: ;:asde asdeve vera ra se ser  r  0 ul ulti timo mo do dos s recursos,, te recursos tend ndo o em vis vista ta qu que e a repr reprod odut utib ibil ilid idad ade e e pobr pobre e e exi exist stem em ri risc scos os de dano danos s e ruptu ruptura ra pa para ra 0 fur furo o de corrida corrida..

 A qualidade da massa e 0 ta tamp mpon onam amen ento to ap apro ropr pria iado do sa saG G mu muito ito import importan ante tes s pa para ra 0 comprimento do fu furro de corr rriida e para as ta tax xas de vazao de gusa e esc esc6ria . 0 tamp ta mpon onam amen ento to te tem m que aten atende derr ao aos s requ requer erim imen ento tos s ap apre rese sent ntad ados os a se segu guir ir:: • 0 ta tam mpo pona name men nto te tem m qu que e ser fe feit ito o na mesma mesma po posi sic c;: ;:a ao que a bro roc ca de form fo rma a a ev evit ita ar  0 de derr rram amam amen ento to da ma mass ssa a.   0 de derr rra ama mame men nto da ma mass ssa a podera levar a um fluxo "secundario secundario"" de vazamento to.. Ele podera ser  obse ob serv rvad ado o qu quan ando do a abe abert rtur ura a do fur furo o de cor corrid rida a na nao o for suav suave e. • A vel velocidade do pis isttao e a pre pressao da massa te tem m um efeito direto na inje in jec; c;:a :ao o ap apro ropr pria iada da da ma mass ssa a no furo furo.. • Ao Ao usa sarr uma ma mas ssa li lig gad ada a com alc lca atr tra ao 0 te tem mpo de cur ura a de deve vera ra ser  sufi su fici cien ente teme ment nte e lo long ngo o pa para ra asse assegu gura rarr um co cond ndic icio iona name ment nto o ad adeq equa uado do da massa. Para este fim, 0 canhao de tamponamento tem que ser  posicionado e pressurizado em frente ao furo de corrida por 15 a 30 minutos. • 0 comprimento do fu furo ro de corr rriida e det determinado pela quantidade da inje in jec; c;:a :ao o de ma mass ssa. a. De Dest sta a fo form rma a,   uma uma quantidade de massa alem da sufi su fici cien ente te e injet injetad ada a pa para ra en ench cher  er  0 fur furo o de corrida corrida..   0 ex exc ces esso so de mas massa sa e usad us ado o pa para ra fo form rmar  ar  0 cogumelo no lado de dentro do furo de corrid ida a. Quan Qu anto to ma maio iorr fo for  r  0  forno  forno,,   mais mais co comp mpri rido do se sera ra 0 fu furo ro de co corr rrid ida a,   ou se seja ja,, 2,5 m de com comp pri rime men nto de furo furo de cor orri rida da par ara a um forn forno o co com m di dia ame metr tro o de cadi ca dinh nho o de 11 me me 3 met metro ros s pa para ra um fo forn rno o co com m di diam amet etro ro de cad cadin inho ho de 14 m. 0 com ompr prim imen ento to ma maiior do furo furo de corr corrid ida a e nec neces ess sar ario io par ara a ma mant nter  er  0 flux fl uxo o de gusa gusa af afas asta tado do da pare parede de do forn forno o de form forma a a prev preven enir  ir  0  desgaste do refrat refratario ario.. • Es Esta tanq nque ueid idad ade e ao gas. gas. Ap Ap6s 6s a pe perf rfur urac ac;: ;:ao ao do do fu furo ro,,   a pasta do furo de corr rriida devera fi fic car suficie ien ntemente estanque ao gas para pre rev venir a ocor oc orre renc ncia ia de spray spray no mate materi rial al va vaza zado do.. A re repr pres essu suri riza zac; c;:a :ao o da ma mass ss a do furo fu ro de corr corrid ida a im ime edi diat ata ame men nte ap6 p6s s 0 ta tamp mpo ona name men nto pode po dera ra aj aju uda darr a melh me lhor orar ar a es esta tanq nque ueid idad ade e ao ga gas s.

10.5.1 0efe 10. efeito ito do vaz vazame ament nto o em um um un unico lad lade e   e com compa para raya yao o co com m vazamenttos alternados vazamen Na Figu Figur  r a 73 73,, 0 ef efeit eito o da oper agao da cas asa a de co corr ida ida   no nive nivel Iiqu quiido do cad cadiinh nho o e compar  co mpar ado ado en entr tre e va vaza zam ment nto os alter nados nados e   vazame vazament nto o em um uni nic co la lad do. Te Tend ndo o em vist ista a que no cas caso do vazamen zamentto em u m un unic ico o la lad do exis istte uma   lac lacun una a de temp mpo o de 30 a 40 min inut utos os en enttre vazament amentos os,, 0 ni nive vell Ii Iiqu quid ido o do ca cad dinh nho o sobe mu muit ito o ma mais is do qu que e num uma a situagao com vazamentos altern rnado ados s. 0 calculo fe  ito par a 0 vaz va zamento em um u m un unico la lado do mostr a que 0 nivel de Iiqu iquiidos do cad adiinh nho o po pode dera ra alca al can ngar de 2 a 3 m ac a cima do fur o   de de gusa. Is Istto   tambem tem   um ef efei eitto na veloc ociidade de de d escida da car ga: na nao o e in inco com mum no fi fin nal do vaz vaza amento que a descida da ca car  r ga, ga, e pa par  r  co con nse segu guiinte a taxa de ca carr rreg egam ame ento to,,   aumentem. aumentem. A r azao e que qu e a f or ga ga em se sen ntido ascende dent nte e, a partir  do me mettal Iiq iqui uid do no ca cadin dinh ho, diminu inui. i. Ve j ja a a Fi Fig gura 35.

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120 100 240 300 300 mi nut nutos os

73:: Ni Fig igu ure 73 Nive vell   do metall metalliquido no ca cad dinho co comp mpa ara rad do par a vaza azam mento alte tern rnad ados os (e (esq sque uer  r da) da) e vazamento em um t1nico ico l lad ado o (d (diir e  i ita) ta)

 As cons onse equen uenc cias dos at a tr asos na cas asa a de co cor  r r  ri  da podem se ser  r  bem severas everas.. Primei Prim eiramen ramentte, se a cor rida sof r  r er um peque ueno no at atrras aso o -   digamos, digamos, tempos de atraso trasos s de 45 a 75 minut minutos -   a desc descid ida a da car carga ga se serra af afe etad ada: a: a for  for ga mai ais s al alta ta em em sent se ntii do as asce cen ndente impedira que a carga desga conforme mostr ado na Figura (ca capi pitu tulo lo 6). A descida mais lenta da carga sera seguida de um periodo com desc de scida ida ma mais is fo fort rte e,   no qual qual ha have vera ra me meno nos s cal alor or di disp spon oniv ivel el pa para ra fu fund ndiir  a car carga e a cons co nseq eque uenc ncia ia se sera ra qu que e a tem tempe per  r atura do gu gusa e 0   silici silicio o ira iraQ Q dimin diminuir  uir . Do pon ponto to de vist vi sta a op ope er acional, acional, e impo import rtan ante te te terr co cond ndiigoe oes s de mant manter er a cas casa a de corr corrid ida a se sem mpr pre e sob con contro trole le.. E rec recome omenda ndado do dim diminu inuir  ir  0 ni nive vell de prod produg ugao ao nu num m es esta tagi gio o in inic iciial pa para ra prev pre venir  ir    efeit efeitos os ma maiis se seve ver  r os. os.

Em segu segund ndo o luga lugar  r ,   se a corrida for atrasada ada ate um momenta nta em que a es esc6ria alcance 0 nlve nlvell das das vent ventan anei eira ras s, a esc esc6ria sera empurrada para dentro e ira bloqu oquear ear par parte do flu fluxo de gas.   Como Como conseqOe conseqOencia ncia,, se 0 forn forno o esta estava va send sendo o oper operad ado o com com marc marcha ha cent centrral, al, 0 padrao do fluxo do gas sera redistr ibuido em diregao a parede. Quando a esc6ria alcanga as ventaneiras percebe-se um aumento gradual da pressao do so pro / resistencia da carga ou diminu minuig igao ao do indi indice ce de per perme meab abil ilid idad ade e (fat (fator or K).   Nest Nesta a situa situag gao 0 esfr esfria iamen mento to do for forno no sera sera mais mais seve severo ro do que no cen cenar ario io acim acima a. A situaga tuagao o muito uito grav grave e pode podera ra surg surgir  ir , na qua quall ate ate mesmo 0 gusa gusa atin atinge ge 0 nive nivell das das vent ventan anei eira ras. s. Se for for este este 0   caso, caso, 0 gusa gusa Ira Ira fluir  fluir  para para dent dentro ro das das vent ventan anei eira ras s e dos alga algara ravi vize zes s, que que pode podera ra se que queiimar mar causa causando ndo uma uma para parada da de eme emerg rgen enci cia a do for forno no..

Calcule 0 tempo empo nece necess ssan ano o par para ench encher  er  0 cadinho, do furo de corrida ate as vent ventan anei eira ras. s. Use os dado dados s most mostra rado dos s a seg segui uir: r: 0 forno orno prod produz uz ferr ferro o (6,7 (6,7 t/m t/min in ou 3 400 400 t/h) t/h) e esc6 esc6ri ria a (100 (100 t/h) t/h).. A massa assa espe especi cifi fica ca do gusa gusa e 7,2 7,2 t/m e a da esc6 esc6rria 3 2,3 t/m .   0 vazio e d e 2 0% 0%. 0 diametro do cadinho: 14 m. Dist Distan anci cia a fur  fur o de corri corrida da-v -vent entane aneira iras: s: 4,2 m.

C a pitul pitulo o 11 S i t ua uago go e s E speci specia a is

Quando um alto-f omo em plena op oper era< a<;a ;ao o e pa par  r alisado, alisado,   algun alguns do dos s pr proc oces esso sos s continua continu am. Enq Enqua uan nto 0   sopro e co cor  r tado, tado,   as re rea< a<;;6es de de re redu du< <;ao di dire retta dentro do fomo fo mo co con ntinuam inuam,, be bem m   com como o as perda perdas s te term rmic icas as na pare parede de..   A conseq consequenc uenciia e que a tem tempe pera rattur ura a do mate materria iall na zona de fusao e reduzida para apr oximadam imadame ente 1.050 a 1.1 OO OO°°C, qu que e ma marc rca a 0 in inic icio io da re rea< a<;;ao de Bou oudo doua uard rd,, a qua quall re req quer mu muit ita a energia (Capit itu ulo 6). A temperatura decresce cen nte caus cau sa a resolidifica<;ao os mate ma teri riai ais s so sob b fusao fusao.   Desta Desta for forma ma,,   ap6s ap6s um uma a pa para rad da, le lev va um tem tempo po pa parra a car carga come<;;ar a de come< desc scer  er . A de desc scid ida a da carg carga a co come me< <;a no nov vamente assim que a zo zona de fusao "antiga antiga"" e fun fundida dida (Fi Figu gura ra 74 74)). A fal falta de calor para a parada de um fom fomo oper op eran ando do co com m in inje je< <;ao de ca carv rvao ao e ainda ainda pi pior or:: du dura rant nte e 0 procedimen procedimentto de pa parada a inje<;ao de carvao e co cort rtad ada a do fo fomo mo e,   dur duran ante te a pa part rtida ida,,   leva um temp tempo o pa para ra pa part rtir  ir  nova nov a men mente te a inje<; inje<;ao. Como Como res result ultado ado,, h a um uma a fa falt lta a ad adic icion ional al de comb combu ustive! stive!..

For no em o  op per aQl Ql!o !o

Par a.da

1.1000C

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Fe

+ C O - c a lo r 

 Alem disto disto,,   ap6s ap6s um uma a pa para rada da,, 0 si sili lici cio o do gusa gusa as vez vezes es so sobe be pa para ra va valo lore res s mU mUlt lto o alto al tos, s, es espe peci cial alme ment nte e se dur duran ante te 0 pro proced cedime imento nto de par parada ada/pa /parti rtida da 0 for forno no est estive iver  r  operando sob um baixo volume de sopro. Conforme mostrado na Fig igu ura 65, a basiciida basic dade de da esc6 esc6ri ria a se serra afe fettad ada a pe pelo lo al altto si sili lici cio o do gusa gusa e a esc esc6r  6r  ia podera ate mesm me smo o so solid lidif ific icar ar de den ntro do fo forn rno. o. Is Isto to resu result lta a nu numa ma de desc scid ida a ir irre regu gula larr da carg carga a. 0 aque ueci cime ment nto o da esc6r esc6ria ia e a (J (Jni nica ca so solu luga gao o, por exe exempl mplo o, en entr tran ando do co com m um uma a ca carg rga a espe es peci cial al de coqu coque e de dent ntro ro do for forno no..  Assim, de forma a compensar as perdas termicas durante uma parada, e 0 ri risc sco o de um alto si sili licio cio no gusa gusa,, as medi medida das s a seg segui uirr te tera rao o qu que e se serr aplica aplicada das s: • Com ombu bust stiv ivel el ex exttra no fo forn rno. o. E   possivel 0 usa do coque, assim como os combustiive combust veis is au auxi xili liar ares es.. 0 co comb mbus usttivel adicion onal al e ne nece cess ssar ario io pa parra 0 pe peri riod odo o no quall 0 fo qua forn rno o na nao o e ope oper ado a do co com m a inje injega gao o, • De Dese senv nvol olve verr um uma a co comp mpos osig igao ao de esc6 esc6ri ria a pa para ra um alto alto sili silici cio o no gus gusa a.   0 usa de um mineri minerio o gr gran anul ulad ado o de alta alta si silic lica a e rec recom omen enda dado do,, Mesmo se uma parada nao for plane j jada ada,, vale a pena tomar as medidas menc me ncio iona nada das s ap ap6s 6s a par parad ada a. Par a um Par  uma a en entr trad ada a em march marcha a ap ap6s 6s um uma a pa para rada da,,   as mai maior ores es ar arma madi dilh lhas as sa sac c: •   Um Uma entrada em mar cha c ha ra rapi pida da de dema mais is.. A zo zona na de fus fusao sol olid idif ific icad ada a Ir Ira a leva levar  r  tem empo po pa para ra fun undi dirr du dura rant nte e a pa part rtid ida a. Se 0 te temp mpo o fo forr in insu sufi fic ciente ente,, a dif difer eren enga ga de pres pr essa sao o po pode dera ra au aume ment ntar ar de dema masi siad adam amen ente te,, levando a um esc escape do gas pela pare pa rede de (p (per erda das s te term rmic icas as al alta tas) s) e a uma uma de desc scid ida a de def  f ici cien ente te da car carga ga.. • Uma ree eent ntrrad ada a rap apid ida a de dem mai ais s da in inje jega gao. o. Uma ve vez z qu que e a zon zona a de fusa fusao o es esta tarra soli so lidi difi fica cada da,, ex exist iste e um risco risco do dos s ag aglo lome mera rado dos s s6 s61id 1idos os blo bloqu quea eare rem m 0   sop sopro ro sa sain indo do pelas pel as ven ventan taneir eiras as.. Se is isto to ac acon onte tece cer  r , 0 ca carrva vao o co cont ntin inua uarra se send ndo o sop opra rado do pa parra dentr  den tr o do al alga garrav aviz izes es,, onde ele podera causar a fal falha destes. Desta forma, r ecom e comen enda da-s -se e en entr trar ar no nova vame ment nte e co com m a inj injeg egao ao de ca carv rvao ao ap apen enas as qu quan ando do a car carga ga comega com egarr a desce descer. r. • Um Uma a ba basi sici cida dade de mu muit ito o al alta ta da esc6 esc6ri ria a.

 Abaixar a carga de um alto-forno e operar  0 fo  Abai forrno se sem m 0 seu car carreg regame amento nto simultfmeo multfmeo.. Des Desta ta for forma ma,,   todo 0 ma mate teri rial al ca carr rreg egad ado o no fo forn rno o e exp expos osto to as mesm mesmas as temp te mper erat atur uras as e proc proces esso sos s de redug redugao ao,,   com como se 0 for forno no est estive ivesse sse com comple pletam tament ente e carregado.. carregado Todavi Toda via, a, um uma a ve vez z qu que e a te temp mper erat atur ura a do gas gas da cuba cuba na nao o e tra trans nsfe feri rida da pa para ra a carg carga a fria,,   as tem fria tempe pera rattur uras as do gas gas de said saida a au aum men enta tam m e a com comp pos osig igao ao do gas gas se alt alte er a. Uma Um a ve vez z qu que e 0 eq equi uipa pame ment nto o na nao o foi foi proje projeta tado do pa para ra supor suporta tarr al alta tas s te temp mper erat atur uras as de gas ga s de to topo po,, el elas as sa sac c ma mant ntid idas as so sob b co cont ntro role le at atra rave ves s de chu chuve veir iros os de agua agua.   A agua dos do s chu huve veir iros os ac aciima da carga devera ser impedid ida a de alc lca angar a sup superficie da carga,,   dir carga diret etam amen entte vi via a de desc scid ida a no top tope e da ca carg rga a ou in indi dire rettam amen ente te vi via a a par pared ede e. Bico Bi cos s especi especiai ais s de at atom omiz izag agao ao sa sac c ne nece cess ssar ario ios s e 0 su suce cess sso o do ab abai aixa xame ment nto o da

carga depend nde e em mu muit ito o de um ch chuv uvei eir  r o ad adequ equad ado o. 0 pr prog ogr  r esso e sso do pr proc oces esso so do abaix abai xam ame ento de car arga ga po pode derra se ser  r  med mediido a par partir do nivel da carga bem como a par tir  da analilis se da composi omposic c;:ao do gas do topo.   Te Tendo em vista que cada vez menos meno s oxigemio e r emovido do min iner erio io,, 0 pe per  r centual de C02 decresce e 0 per centu centua al de CO aum ume enta (Fi Figura gura 75). 40

....

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h oras Figura 75: Pr ogress ogresso o

tf pic pico de urn aba abaixar nen entto

de ca car  r ga ga

 Alem disso disso,, 0 H2 ge gera ralm lmen entte au aum men entta co como mo um uma a co cons nseq eqO Oen enci cia a do (inev ineviitavel) contato da agua de chuveir iro o com 0 coqu que e que uen nte. Ao fin ina al do abaixam amen entto da carga, car ga, qua quando ndo 0 ni nive vell do coqu coque e es esti tive verr ch cheg egan ando do pr pr6x 6xim imo o da das s ve vent ntan anei eira ras s, 0 C0 C02 2 formado nas ventaneir ira as tem pouca chance de ser transformad ado o em CO e 0 perrce pe cent ntua uall de C02 C02   no gas do to po aumenta. Assim que a met metade do oxi xigenio genio esttiver em C02 (%   de es de C02 = 0,5 CO CO% %), 0 fo fomo mo de deve verra se serr is isol olad ado o do sist sistem ema a de gas.. gas Normal Norm alme ment nte e um ab aba aixamento de car carga le lev va de 10 a 12 horas,   ap6s ap6s um uma a pa para rada da de pre prepar parac; ac;:ao :ao,, pa para ra ch cheg egar ar ao ni nive vell da das s ve vent ntan anei eira ras s. Ant ntes es do aba abaix ixam amen ento to da carga,, 0 forno contem coque na zona ativa de coque e do nucleo de coque e carga cama ca mada das s al alte terrna nada das s de coqu coque e e mine mineri rio o na zon zona a de fus fusao ao e zon zona a gr gran anul ular  ar  . Uma vez ve z qu que e,   durante 0 ab abai aixa xame ment nto o da carga carga,, 0 coque da zona ativa de coque e do nucl cle eo sera queim imad ado o, exis istte um excesso de coqu que e no alto-forno. Du Durran antte os esttag es agio ios s po post ster erio iore res s do aba abaix ixam amen ento to da car carga ga,, as reac;: reac;:6es 6es de reduc; reduc;:a :ao o ja fo fora ram m em muito muit o   paralis paralisa adas das,, des desta ta fo form rma a,   qual qualque querr in injec jec;;:ao de com combus busttive vell au auxi xili lia ar (c (carvao arvao,, 6leo, gas as)),   podera   ser ser inter interro romp mpid ida a du dura rant nte e os es esta tagio gios s ini inic ciais do aba abaix ixam ame ento da

carga.   0 momenta e ind carga. ndic icad ado o pe pela la anali analise se do gas gas:   ass assim im qu que e a perc percen entu tual al de C02 C02 come co mega garr a d dec ecre resc scer er ab abai aix xo de 10 10%,   indi indica ca qu que e ex exis iste te po pouc uco o fe ferr rro o pa para ra reduzi reduzir  r . nivel el o   niv

da carg carga a no fom fomo o e difi dific cil de se ser  r    med medid ido o co com m as c1as c1assi sica cas s sonda sondas s de ni nivel da ca carg rga a. Ela las s pr prec ecis isam am es esta tarr eq equi uipa pada das s co com m co corr rren ente tes s al alon onga gada das s e tem tem qu que e ser  r ecali e calibr brad adas as pa para ra es este te pr prop op6s 6sit ito o. As sond sondas as de nive nivell da carg carga a de deve vera rao o se serr us usad adas as some so ment nte e em in inte terv rval alos os,, uma vez que as altas temperaturas acima da carga poder po derao ao ca caus usar ar ru rupt ptur ura a da corr corren ente te.. Po Pode dera rao o se serr usado usados s in indi dica cado dore res s de nive nivell ti tipo po radar ,   se fo fore rem m co conf nfia iave veis is.. As indi indica cag6 g6es es de nive nivell da carg carga a po pode derrao ta tam mbe bem m se ser  r  obtidas:: obtidas • da das s to toma mada das s de pr pres essa sao o, •   da operag operagao da are area a de cor corri rida da,,   au seja, seja,   da qual qualida idade de do gus gusa a va vaza zado do,, • do dos s ca calc lcul ulos os de queim queima a e usa usa do coqu coque e  A condigao exigida para a fomo ap6s a abaixamento da carga dependera do obje jettiv ivo o do aba abaix ixa amento da carga e do reparo que se seguir ira a.   Nor Norma malm lmen ente te as pare pa rede des s tem qu que e se serr li lim mpa pas s. A li limp mpez eza a do cadi cadinh nho o e um ou outtro t6p 6pic ico o im impo porrta tant nte. e. Cas aso o se seja ja es espe pera rada da a exist existen enci cia a de bl bloc ocos os e casc6 casc6es es s6 s61i 1ido dos s no ca cadi dinh nho o,   tendo este es tes s qu que e se serrem rem emov ovid idos os an ante tes s do aba abaix ixam amen ento to da carg carga a, a fom fomo o tera que ser  oper op erad ado o pa parr um perio periodo do pr prol olon onga gado do de tem tempo po nu num m al alto to nivel nivel te term rmic ico o, nu numa ma ba baix ixa a tax ta xa de injeg injegao ao de carv carvao ao pu pulv lver eriz izad ado o e sem sem ad adig igao ao de ti tita tani nio. o.

o

acen ac endi dime ment nto o de um fo fomo mo no novo vo po pode dera ra se serr consi conside dera rado do em duas duas fa fase ses s: Fase Fa se 1: Aq Aque ueci cime ment nto o do cadinh cadinho o. Fase 2:   Inic Inicio io do dos s pr proc oces ess s as de re redu duga gao o e pr  pr odug o dugao ao de fer ferro ro..  As duas fases sao discutidas separadamente abaixo.

alor or o cal

e ger gerad ado o at atra rav ves da quei queim ma do coqu coque e em CO. CO.   A que queim ima a de coqu coque e ge gera ra 55 kJ/m kJ /mol ol C,   a que que corresponde a 3, 3,9 MJ/t de coque.   0 ca calo lorr ex exig igid ido o no nos s es esta tagi gios os inici ini ciais ais do acen acendi dime ment nto o e nec neces essa sari ria a pa para ra a se segu guin inte te:: • Aq Aque uecim cimen ento to do coqu coque e no cadi cadinho nho,, nu nucl cleo eo e zo zona na at atiiva do coq coque para 1.500 500°°C, • 0 aq aque ueci cime ment nto o ne nece cess ssar aria ia pa para ra a eva evapo pora raga gao o da umid umidad ade e da ca carg rga a de coq coque ue, • 0 ca calo lorr ne nece cess ssar aria ia pa parra com ompe pens nsag agao ao da umida umidade de do sopr sopro o e sua sua di diss ssoc ocia iaga gao o em hidrog hidrogenio enio

Uma anal Uma analis ise e de deta talh lhad ada a do requ requer erim imen ento to de calo calorr pa para ra en ench cher er a cad cadin inho ho,   nucle nucleo o e zona zo na at ativ iva a de coque coque,,   com com co coqu que e nu numa ma tempe tempera ratu tura ra de 1. 1.500 500°°C, ind indic ica a a seg segui uint nte: e:

112

• A um umid idad ade e no coq coque ue po pode dera ra se serr de desp spre reza zada da,, • 0 calor necessario requer uma quantidade de coque queimado em CO de apro ap roxi xima mada dame ment nte e 2/ 2/3 3 do vol volum ume e es esti tima mado do do cadi cadinh nho o , ho home mem m mo mort rto o e zon zona a at ativ iva a de coque, coque, • As ex exig igel elnc ncia ias s de calo calorr ad adic icio iona nall su surg rgem em da reaya reayao o de diss dissoc ocia iaya yao o da agua agua e das das perd pe rdas as te term rmic icas as pe pela la pa pare rede de.. Por exemplo exemplo,, se fore forem m ne nec ces ess sar aria ias s 300 t de co coq que para par a enc encher  her  0  cadinho  cadinho,, nu nucl cleo eo e zon zona a at ativ iva a de coque coque,,   sera sera ne nece cess ssar aria ia um uma a ca carg rga a esp spe eci cial al de coq oqu ue com uma ma mas ssa to tota tall de 600 600 t : As 30 300 0 t adic adicio iona nais is pa para ra le leva var  r  0 coqu co que e a uma uma tem tempe pera ratu tura ra de 1. 1 .500 500°°C, • No Nos s est stag agio ios s in inic icia iais is de um ac acen endi dime ment nto o , a te temp mpe era ratu tura ra do sop sopro de dev ver era a se ser  r  maxi ma ximi miza zada da e a um umid idad ade e do so pr pro o minimi minimiza zada da,, • 0 aq aqu uec ecim ime ent nto o do cad cadin inh ho re req que uerr de 7 a 8 hor horas as ap apo os 0  acendimento  acendimento.. 0 calor e gera ge rado do pe pell a que queim ima a do coqu coque e na re regi giao ao da das s ve vent ntan anei eira ras s.

o   pon ponto to

de part partid ida a e que que 0 ca cadi dinh nho o es este teja ja aq aque uec cid ido. o. Du Dura rant nte e os est estag agio ios s in inic icia iais is da entr en trad ada a em march marcha a, a red reduy uya ao do dos s ox o xid idos os de ferr ferro o nao tera aco aconte ntecid cido o,   devido devido as tem te mpe pera ratu tura ras s sere se rem m ba baix ixas as de dema mais is..   Desta Desta fo form rma a,   te tera que se considerar a qua qu ant ntid idad ade e de re redu duya yao o di dire reta ta.. A sit itua uaya yao o po pode der  r a se tomar dificil se a reduyao dire di reta ta fo forr al alta ta de dema mais is,, (e a reduy reduyao ao do gas gas fo for  r    baixa) baixa).   Esta situaya situayao o se manife manifesta sta:: • da utili utiliza zaya yao o do gas, gas, • da redu reduya yao o di dire reta ta,, pe perc rceb ebid ida a qu quan ando do CO CO+C +C0 02   excede excede val valore ores s "normais" normais"..  A utilizayao do gas e uma indicayao da quantidade de reduyao de gas ocorrendo ocorrendo,, enqu en quan anto to qu que e 0 te teor or de CO CO+C +C0 02   e uma indica indicaya yao o pa para ra a reduy reduyao ao di dire reta ta..

Em ge gera rall,   dura duran nte um uma a en entr trad ada a em ma marc rcha ha,, a es esco cori ria a te tem m qu que e se serr de dese senv nvol olvi vida da par ara a um sil ilfc fcio io alt lto o.   Todavia, Todavia, com 0 me meto todo do pr prop opos osto to,, 0 si sili lici cio o do me meta tall de deve vera ra esta es tarr so sob b co cont ntro role le.. Se conti tin nuarmos a seg seguir esta abord rda agem de entra rad da em marcha em "du duas as fa fase ses s", durante a primeira fase da entrada em marcha aproximadamente 350 t de coque serao queimadas em 8 horas e a escoria formada vira apenas das cinzas de coque. Assumindo 10% de cin inz zas e 30 30 % de  AI2  AI 203   nas nas ci cinz nzas as,,   nos nos ob obte tere rem mos du dura ran nte as 8 prim primei eira ras s ho hora ras s, 35 to tone nela lada das s de uma um a es esco cor  r ia de alta A1203. Is Istto nao causara um pro rob blema no fom fomo devido ao pequ pe quen eno o vo volu lume me.. As cinza cinzas s de coqu coque e po pode dera rao o se serr di dilu luid idas as,, por exe exempl mplo o,   usando um miner minerio io de alto alto si sili lici cio o na carg carga a es espe pec c ial de coq coque. De for forma ma a dilu diluir ir pa para ra 20 20% % de A12 A1203, um uma as 30 t de um mi mine neri rio o de alta alta sil ilic ica a te tera rao o qu que e se serr ad adiici cion onad adas as a ca carg rga a espe es peci cial al de coqu coque e de 350 350 1.

 Assim que 0 ca cadi dinh nho o es esti tive verr aq aque ueci cido do,, a tem tempe pera ratu tura ra do me meta tall If Ifqu quid ido o ex exce cede dera ra 1.400°°C.   Assi 1.400 Assim m qu que e a tem tempe perrat atu ura do to top po exc xce ede der  r  0 po pont nto o de or orva valh lho o,   todo 0 exc xce ess sso o de umid umidad ade e te tera ra si sid de rem emov ovid ido o do for forno e 0 pro proces cesso so ter tera a com comer; er;:ad :ado. o. 0 calor necessario ao aquecimento e secagem dos refratarios e pequeno, se comp co mpar arad ado o co com m as exi exige genc ncia ias s de calo calorr do proc proces esso so em si. Dest Desta a fo form rma a,   assim assim qu que e a temp temper erat atur ura a do gusa gusa al alca canr nr;: ;:ar ar 1. 1.40 400 0 °C e a tem tempe pera ratu tura ra do top topo o ex exce cede derr 90 90°°C, 0 proces pro cesso so ter tera a que ser trazi trazido do de volta volta as condir;: condir;:6es 6es de operar operar;:a ;:ao o normal. normal. Entretanto, nesta situar;:ao Entretanto, situar;:ao, 0 coke-rate no fo forn rno o ai aind nda a co cont ntin inua ua mu muit ito o al alto to e 0 silicio no gus gusa a ir ira a subir subir pa para ra 4 a 5% 5%. 0 si sili lici cio o no gu gusa sa po pode dera ra se serr reduz reduzid ido o co com m um co coke ke-coke e. rate rat e "no "norma rmall" no for forn no qu que e e da ord orde em de 520 520 kg/ g/tg tgus usa a nu numa ma op oper era ar; r;:a :ao o   all cok  Ao se fazer assim assim,,   contudo, contudo, le leva va-s -se e um tem tempo po co cons nsid ider erav avel el pa para ra co cons nsum umir ir to todo do 0 exce ex cess sso o de coq coque ue qu que e se enco encont ntra ra pr pres esen ente te no for forno no..   Uma dim diminu inuir; ir;:ao :ao mai mais s rap rapida ida do silic silicio io no gusa gusa po pode dera ra se serr al alca canr nr;: ;:ad ada a,   se se um uma a qu quan anti tida dade de de coqu coque e ma mais is ba baix ixa a forr ca fo carr rreg egad ada a e se a in inje jer; r;:a :ao o aux auxil ilia iarr fo forr us usad ada a as assi sim m qu que e ne nece cess ssar aria ia.. A in inje jer; r;:a :ao o e liga li gada da as assi sim m qu que e 0 si sili lici cio o no gus gusa a ca cair ir abaix abaixo o de 1%. 1%. Um ex exem empl plo o de tal ac acen endi dime ment nto o   (blow-in) ra rapi pido do de um for forno no es esta ta ap apre rese sent ntad ado o na Figura Fig ura 76. 0 fo forn rno o pa part rtiu iu co com m oi oito to venta ventane neir iras as (d (de e um tota totall de 36). 36). Ap6s Ap6s a abe abert rtur ura a de todas as ventaneiras, uma carga "pesada"   (coke-rate de 450 kg/tgusa) foi colo co loca cada da no fo forn rno o 50 hora horas s ap ap6s 6s 0 ac acen endi dime ment nto o e entro entrouu-se se co com m a injer injer;: ;:ao ao de fino finos s de carv carvao ao no for forno no 58 ho hora ras s ap ap6s 6s 0 ace acendi ndimen mento to ini inicia cial. l. 0 si sili lici cio o no gusa gusa at atin ingi giu u a marca de 1%   60 60 horas ap6s 0 acendimento inicial. No quarto dia ap6s 0 acendimento,, 0 si acendimento sili lic cio me med dio no gusa gusa es esta tav va em 0,9 ,95 5% e a pr prod odu uti tivi vida dad de em 2, 2,1 1 t/d/m3 WV WV..

Capitulo 12 Modell ame Mode ment nto o do pr proc oce ess sso o

••

Reich icha ar dt (1927), propo pos s   um me meto todo do de anali analise se do dese desemp mpen enho ho de altos altos-f -fom omos os bas ba stant nte e avanlYad ado o pa par  r a a e poc poca a e que que e usad usado o ate hoje je,,   isoladamente, isoladamente, Q U   contido em mo mod delos mais amp mpllos os.. Con ons sis iste te na di divi visa sao o do fom fomo o em 5 zo zona nas s e no cal calcu culo lo de um bal balanl anlY Yo termi termico par a ca cada da um uma a dela las. s. As zon onas as sa sac c aprox aproxim imad adam amen ente te aq aque uela las s apr esent esentadas adas no Capitul ulo o 2, co com   excel excelYa Yao o da zona de coesao, conceito nao existente existent e na epoca. Em um di diag agr  r ama ca car  r tesi tesiano no,, Rei eic char ard dt desi sig gnou 0   eixo hori ho rizo zont ntal al pa par  r a a ent nta alpi lpia a e calor  se sen nsi siv vel ac acumul umulad ado os na car carga e di disponivel nos gases..   0 eixo ve gases v ert rtic ical al r ef er encia a temp mpera eratu turra do gas   e da carga. carga. Na Figu Figura ra 77 um um diag di agra rama ma si simp mpli lific ficad ado o e ap apre rese sent ntad ado o pa para ra um alt ltoo-f f omo omo hip hipo otet etiico.

E   1000 Co

E

( ! ! .   1500

2500

o

2

345 M J /t

  gusa

No espalYo em R ap apar arec ecem em du duas as lin linha has, s, um uma a pa para ra a carga carga e ou outr tra a pa para ra os gas gases es.. o po pon nto A r epresenta 0 gas como produzido na zona de combustao, com t mp r tura  acim ima a   dos 20 2000 00 ° c   e cer cerc ca de 8 MJ de calor , ent ental al pia e cal calor or sen sensiv sivel, el, r d r p r a carg rga a. No pont ponto o B a gas gas es esta ta na zo zona na de rese reserv rva a te term rmic ica a e te tem m

um me meno norr pot ote enc ncia iall pa para ra tr tran ans sfe feri rirr cal alor or pa para ra a carg carga a. No ponto C 0 gas esta a cerc ce rca a de 25° 25°C e ai aind nda a na nao o re rece ceb beu ca calo lorr do ga gas. A   medid medida a qu que e se aqu aquec ece e e reag reage e acum ac umul ula a ca calo lorr e atin atinge ge 0 po pont nto o E.   No cad cadinh inho o,   a car carga ga re repr pres esen enta tada da pe pelo lo ponto ponto F esta no estado liquido na forma de gusa e esc6ria .   Esse Esses s se segm gmen ento tos s de reta reta pod po dem se serr tr trac ac;: ;:a ado dos s com com ma maio iore res s de deta talh lhe es se 0 ba bala lanc nc;:o ;:o te term rmic ico o for ta tamb mbem em calcula lad do em maior numero de esta tag gio ios s . No exemplo foram considerados 3 estagios,, a zona estagios zona de combusta combustao o , a zona zona de ela elabor borac; ac;:ao :ao e a zona zona de pre prepar parac; ac;:ao :ao.. ponto o a   pont

a obse observ rvar ar e a dista distanc ncia ia en entr tre e as re reta tas s do gas e da ca carg rga, a, pr prin inci cipa palm lmen ente te na zon zona a de reserv reserva a te termi rmica ca.. a   mod model elo o co cons nsti titu tuii um uma a fo form rma a si simp mple les s e efic eficie ient nte e pa para ra a analis analise e da das s co cond ndic ic;:6 ;:6es es de troca trocas s te termi rmica cas s no proce process sso o . A Figu Figura ra 26 26,,   no Capitu Capitulo lo 5 engl englob oba a os conc concei eito tos s de dess sse e mo mode delo lo ao cons consid ider erar  ar  0 efe efeito ito do enriquec enriqueciimento na temp te mper eratu atura ra do gas gas de top topo. o. 0 ch Rist e Me Ris Meys yss son (1 (19 967 67)) des esen env vol olve vera ram m cham ama ado di diag agra rama ma op oper era aci cion onal al qu que e quan qu anti tific fica a e repr repres esen enta ta gra grafic ficam amen ente te 0 regime de tro roc ca de atomos de oxigemio entr en tre e ga gas s e s61 s61id idos os no no altoalto-fo forn rno. o. Es Esse se mo mode delo lo e bast bastan ante te ut util il e tem tem si sido do a base base de muito mu itos s mo mode delos los ma mais is rec recen ente tes. s.

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- 0, 5

-1,,5 -1 0, 0

0, 5 1, 0 1, 5 O/(C+H2)

2, 0

Figura 77 - Oi Oiag agra rama ma de Rist Rist  A Figura 77 exemplifica a aplicac;:ao do modelo de Rist a um alto-forno atraves de um diagra diagrama ma ge gene neric rico o. No eixo eixo ho horiz rizon onta tall e repres represen enta tado do 0 gr grau au de ox oxid idac ac;: ;:ao ao do gas ga s de proc proces esso so atr atrav aves es da relac relac;:a ;:ao o ato atomic mica a O/ O/(C (C+H +H2 2). No ei eixo xo verti vertica call e indi indica cada da a relac;;:aoent relac :aoentre re kg kg-at -atom om os de ox oxig igem emio io e de fe ferro rro..   Na sec;:a sec;:ao o po posi sitiv tiva a do eixo eixo es esta ta a

116

parc parcel ela a de oxig oxigem emio io forn fornec ecid ida a pela pela carg carga a e na se<; se<;ao ao nega negati tiva va, 0   oxi oxige gemi mio o do ar  soprado e dos dos outros elementos reduzidos da carga,   com com silic silicio io,,   man manga gane nes s e f6sforo. f6sforo. 0 coeficie icien nte angular da reta operacional,   (C+H2 (C+H2)/Fe )/Fe,, repr repres esen enta ta 0 Ji  ...   0 pont cons consum umo o de redu reduto torr do proc proces esso so,, Ji . ponto o W indi indica ca as condi condi<; <;5e 5es s de equi equili libr brio io quim quimic ico o entr entre e 0   ga gas e a carga a   tem temperatura em que come<;a a rea<;ao de Soud Soudou ouar ard. d. Es Esse se pont ponto o repr repres esen enta ta 0 limi limite te infe inferi rior or da cham chamad ada a zona zona de rese reserv rva a quimi quimica. ca. 0 ponto W'   pertence a   reta reta opera operacio ciona nall AS e repr repres esen enta ta a comp compos osi< i<;a ;ao o da car carga em cont contat ato o com com 0 gas gas quan quando do este este atin atinge ge a comp compos osi< i<;a ;ao o de equi equili libr brio io.. A dist distan anci cia a W'-W, -W, ou m ,   quantifica 0 exce excess sso o de oxig oxigen enio io da car carga e port ortanto anto 0 desvio desvio da idealida idealidade de da operaga operagao o. Este Este modelo modelo,, dada dada a sua engenh engenhosi osidad dade e,   ainda e um dos mais usados na pratica. Areta oper acio a ciona nall AS retr retrat ata a 0   desempenho term termoq oqui uimi mico co do pro proce cess sso o. Por exemplo exemplo,, se 0 forn forno o for for carr carreg egad ado o com com mine mineri rio o tota totall ment mente e hema hemati titi tico co,, a rela<;a rela<;ao o O/Fe no top topo sera 3/2 = 1,50. 50.   Es Esse e a abs abscissa do ponto A. A coor coorde dena nad da do pont ponto o A e dad dada pela pela compo ompos si<;a i<;ao o do gas de topo topo,,   ape apena nas s cons consid ider eran ando do CO, CO, C02, C02, H2   e H20.   Como Como foi foi vis visto em capi capitu tulo lo ant anterio erior  r  0 teor de H20 de processo nao apar aparec ece e na comp compos osi< i<;a ;ao o do gas gas.   Ape Apena nas s os outr outros os tres tres gase gases s sac sac conh conhec ecid idos os.. 0 valo valorr de H20 pode pode ser ser esti estima mado do,, fixa fixand ndoo-se se a rela< rela<;a ;ao o H2 H20/(H2 0/(H2 + H20) em 0,40 ou cons consid ider eran ando do H2/H2 /H20 = 25 (CO/C O/C02). Supon upondo do que que temtem-se se um gas gas com com 22% 22% CO, CO, 20% 20% CO2 e 2% H2  e 0 rest resto o N2  chega chega-se a um um valo valorr relativo de H20 de 3%.   Entao 0/(C+H2) = (22 (22 + 20 x 2 + 2) 2) / (22 (22 + 20 20 + 5 + 1, 1,3) = 1, 1,41. 41.  A abscissa do ponto W e igual a   rela<;ao 0/(C+H 0/(C+H2 2) do gas gas em equilibrio com a wustita. wustita.   Seu Seu valor alor ser sera uma med media pond ponder erad ada a ent entre 1,3,   que que e a rela rela<; <;ao ao apena apenas s para 0 carbono, carbono, e 0,4 0,4 que que seri seria a a do hidr hidrog ogen enio io.. Os pesos pesos sac sac as prop propor or<; <;5e 5es s de 1/y, sendo carb carbon ono, o, C, e hidr hidrog ogen enio io,, H2. A ord orden enad ada a de We We igua iguall a 1/y, sendo y rela<; rela<;ao ao Fe/O Fe/O na wus wusit ita a em torn torno o de 950° 950°C,   tipicamente y = 0,95. 95. Se 0)   e igual a 0, 0,02, a ordena ordenada da de W   ser seria ia 1/0 1/0,95 + 0, 0,02 = 1,07 1,07. Gera Geralm lmen ente te w e cal calcu cula lado do indi indire reta tame ment nte e atra atrave ves s das das coor coorde dena nada das s cujo calc calcul ulo o sera sera exem exempl plif ific icad ado o a seg segui uir. r. Ji, Ji, cujo

do pont ponto o A e de

Suponha-se que um for forno opere com um "coke-rate" coke-rate" de 360 kg/t,   co com 88% de carb carbon ona a e prat pratic icam amen ente te sem sem hidr hidrog ogen enio io,, 150 150 kg/t kg/t de "coal-rate" coal-rate", tendo 0  carvao 86% 86%   de car carbona e 6% 6%   de hidrog hidrogenio enio,,   Pode-se Pode-se calcul calcular  ar  0 valo valorr de m da segu seguin intte forma Ji

((360xO,88 ,88 =   ((360xO

+ 150xO, 150xO,86 86 - 1000x 1000xO,0 O,045) 45)/12 /12 + 150xO, 150xO,06/ 06/2)/ 2)/(1 (1 000xO 000xO,95/56)

=

= 2,23 Foi co Foi con nsider iderad ado o que que 0 gusa gusa teri teria a 96% 96%   de ferr ferro. o. 12, 12,2 e 56 56 sa sac massas atomicas ou molleculare mo ulares s. Para ara um calc calcul ulo o mais ais prec precis ise e ser  ser ia nece necess ssar ario io adic adicio iona narr tamb tambem em 0 hldrog ldroge enio intr introd oduz uzido ido pela pela umidad umidade e do sopr sopro o.

 A quantifica<;:ao de indice m serve para identificar a<;:6esa serem tomadas. tomadas.   Se m e maior que 0,05 ha defi defici cie emcia mcias s de redu redu<; <;:a :ao o na zona zona de prep repara ara<;:a <;:ao o .   Deve-se melh melhor orar ar a dist distri ribu bui< i<;:a ;:ao o de carga carga ou elimi elimina narr mine minerio rio gran granul ulad ado o muit muito o gros grosse se (> 40 mm). mm). 3

Outra Outra apli aplica ca<; <;:a :ao o do mode modele le e 0   cal calcu culo lo do sopr sopro o espe especi cifi fico co,, ou "wind-rate" wind-rate" em m cntp/tgusa. cntp/tgusa. No dia diagr gram ama a da Figur Figura a 77 obse observ rvaa-se se que que ha dua duas s por<; por<;:6 :6esde esde O/Fe O/Fe na proj proje< e<;: ;:i'j i'jo o da reta reta AB AB.. Uma Uma,   acim acima a do eixo do eixo eixo hori horizo zont ntal al,, a, e outr outra a abai abaixo xo do eixo horizontal horizontal,, b .. 0 ponto ponto B repres represen enta ta as condi< condi<;:6 ;:6es es nas ventane ventaneira iras s , onde onde todos os 6xid 6xidos os de ferr ferro, o, exce exceto to 0 FeO FeO resi residu dual al da esc6r esc6ria ia,,   ja foram foram redu reduzi zido dos s a meta metall, port portan anto to O/Fe O/Fe =0. =0. A por<; por<;:a :aoa oa corr corres espo pond nde e ao oxig oxigem emio io que que cheg chegou ou ao fomo fomo liga ligado do ao ferro. ferro. A por<;:a por<;:aob ob corres correspon ponde de as outras outras contri contribui bui<;: <;:6es 6es;;   a do sopr sopro o, ados ados 6xid 6xidos os que que fora foram m red reduzid uzido os cujo cujo meta etal se inco incorp rpo orou rou a gus gusa e a da esc escoria ria . a esc6ri esc6ria a libe libera ra um atomo atomo de oxig oxige emio mio para para cada atomo tomo de enx enxofre ofre que que rece receb be devid evido o a rea<;:ao: rea<;:ao:

Conhecendo-se a contribui<;:ao do gusa e da esc6ria pelas suas massas e composi< composi<;:6es ;:6es qu[micas qu[micas,, por diferen<;: diferen<;:a a, pode-s pode-se e calcu calcular  lar  0 oxig oxigem emio io do sopro sopro e 0 "wind-rate" wind-rate". Por Por exem exempl plo o:   supo supond ndo o que que 0 gusa tem 0,5%   de Si, 0,4%   de d e Mn, 0,1% contr contribu ibui<; i<;:ao :ao desses desses elemen elementos tos em oxigen oxigenio io para para 0  gas  gas seria seria..

P, a

para para cada cada tone tonela lada da de gusa gusa..   Os nume numero ros s 2, 1 e 2,5 vem vem da rela rela<; <;:a :ao o entre entre oxig oxigen enio io e cada metal em Si02, MnO e P2 P20S, enqu enquan anto to 28, 28,   55 e 31 sac sac as res respecti ectiva vas s massas massas atomicas atomicas..  A contribui<;:ao da escona, escona,   caso 0 "slag-rate" slag-rate" ou gera gera<; <;:a :ao o espe especi cifi fica ca foss fosse e de 250 250 kg/t kg/t e 0 teor teor de enx enxof ofre re na esc esc6r 6ria ia 1,2%,   seria:

de esc6 esc6ria ria

 A ordenada do ponto B pode ser calculada por geometria analftica consirenado decl decliy iyid idad ade e da reta reta,, f . J , e as coo coord rden enad adas as de A. 0 calc calcul ulo o seri seria a:

a

o   numero   1/1800 0.0

conv conver erte te gram gramas as em kgkg-mo mole les s de H20, port portan anto to de kg-at kg-atom om os de 3 1/ 2 2,4 2, 4   conve fator  1/2 convert rte e m cntp cntp   em kg-mo kg-molles.

Depo Depois is do diag diagra rama ma de Rist Rist, sur  sur giu giu 0 diagrama C-TRD ou RR-TDR, TDR, repr  repr esentan esentando tam tambem bem em plan plano cart artesia esiano no a rela relay yao entr e tax taxa de reduyao dir eta na zo zona de elaboray elaborayao e 0 cons consum umo o de car bona ou d e r edutor  edutor  (C+H2) . Es Este te ulti ultimo mo mode modele le requer  requer    calcul calculos mais ais deta detalh lhad ados os que que ex extr apola apolam os ob j jet etiv ivos os dess desse e livr livro o.

Os modelo odelos s f1ui f1uido dod dinam inamic icos os for foram os que que menos enos pene penettrar raram no meio industr ial. Muit Muitos os sac base basead ados os na equa equay yao ori gina ginall de Er  Er gun gun (1 (1952 952))   e Tek (1957) 1957). -LIP/LIz

= 150 (1 - e/j. /j.J J./

em que: P z e  j j.J.J . g

gc ep d  p

 pgg  p Gg

 

3

 pgg gc(l (l//Jdp/e  p

2

Gg

+

3

 pgg G /  1,75 (1 - c) / gc(l/Jd (l/Jdp p)e  p

(2.1) 2.1)

pr essa e ssao o tota totall dos dos gase gases s coor coorde dena nada da ver  ver tical tical indi indice ce de vaz vazios visc viscos osida idade de dos dos gase gases s fat fator grav gravit itac aciional fator  fator    de forma tamanh tamanho o das partic particula ulas s dens densid idad ade e da fase fase gaso gasosa sa velo veloci cida dade de modu modular lar mass massiica dos gase gases s

 Ajustada para 0 sist  Ajus sistem ema a de coor coorde dena nada das s cil cilindricas a equ equayao e aplicada ao esp es pay ayo o in inttern erne e de um alto-forno. forno. A equayao pode ser  bast bastante simplif icada dotando a form forma a:

em que: que:

V gv Ps Pt K

vazao vazao de gas gas de ventan ventaneir eiras as pres pressa sao o abso absolut luta a de sopr sopro o press pressao ao abso absolut luta a de topo topo resis resiste tenc ncia ia flui fluidod dodina inami mica ca do forn forno o mesm mesmo o signi signifi fica cado do da exp expre ress ssao ao ante anteri rior  or 

Na maioria dos casos os dois ultimos fatores nao sac considerados e ficam embu embuti tido dos s na con con stan stante te K. Ess Essa a equa equac c;:ao :ao tem tem a des desva vant ntag agem em gera gerarr um indi indice ce,, K  , , que que e com compa para rave vell apen apenas as para para dado dados s gera gerado dos s por por um mesm mesmo o forn forno. o. Com Com maio maiore res s Vg v   maio tem tem sopr sopro o maio maiore res s, tem Vgv maiore res s e por porta tant nto o valo valore res s de K   menores. menores. Os meto metodo dos s mais mais prec precis isos os sac sac desc descri rito tos s na lite litera ratu tura ra.. A sua aplicac aplicac;:a ;:ao o consid considera eram m o diame diametr tros os de part partic icul ula a, fato fatore res s de form forma a, indi indice ces s de vaz vazio ios s e tem tempe perratur aturas as nas nas dife difere rent ntes es cama camada das s e zona zonas s no int inter erio iorr do forn forno. o. Uma Uma vez vez que que essa essas s vari variav avei eis s nao nao sac conheci conhecidas das,, mas mas esti estima mada das s a par parti tirr de cara caract cter eris isti tica cas s dos dos mate materi riai ais s medi medida das s fora fora do reat reator  or ,   antes antes de sua sua degr degrad adac; ac;:a :ao o fisic fisica a e quimi quimica ca,, esse esse tipo tipo de mod model ele e tem tem tido tido pouc pouco o uso uso. E   justa justamen mente te a identific identificac; ac;:ao :ao dos parame parametro tros-p s-prob roblema lema,, entr entre e os ja citados, citados, 0 que 0 mode modele le deve deve fazer fazer para para expl explica icarr qualqu qualquer er disfu disfunc nc;: ;:ao ao do proces processo so..  A regiao de maior impacto sobre 0 camp campo o de velocid velocidad ade e e distr distribu ibuic; ic;:a :ao o de pres pressa sao o e a   zon zona a coesi coesiva va,,   ta tambem chamada de   zo zona de amolecimento e   fustio. fustio. A sua posic;:ao e forma geometricas dentro do reator depend em fortemente da comp compos osic ic;: ;:ao ao mine minera ral6 l6gic gica a dos dos eleme element ntos os da carga carga e de sua interac;:ao com 0  campo inte interrne de tempe emperratur atura. a. As ten tenttativ ativas as de mod model elam amen entto do esc escoa oame ment nto o gaso gasoso so nest nesta a zona zona tem tem tido tido pouc pouco o suce sucess sso, o, embo embora ra haja haja na liter literat atur ura a muit muitas as refe refere renc ncia ias s a caract caracter eriz izac; ac;:a :ao o dos dos fen6 fen6me menos nos que ocorre ocorrem m ali. ali.

Uma serie de trabalhos surgidos na decada passada apl ica ferr ferram amen enta tas s mate matema mati tic cas e tec tecnica nicas s expe experi rime men ntais tais conc concen entr tra andondo-se se,,   porem, porem, em alguns subpro subproces cessos sos especi especific ficos os.. Depo Depois is esse esses s subp subpro roce cess ssos os sac sac inte integr grad ados os atra atrave ves s de intera<;oes intera<;oes matematicas. matematicas.  A analise cr itic itica a dos dos mod modelos elos de proc rocess esso evid eviden enc c ia que a ma maior dificuldade na simula<; simula<;ao numeric numerica a do proc proces esso so resid reside e no elev elevad ado o nume numero ro de varia variave veis is inci incide dent ntes es..  Alem disso, disso,   raramente 0   equilibr io quimico e alca alcan n<;ad <;ado o nos nos subp subpro roce ces ssos sos . A efici€mcia das trocas termicas e as perdas de calor tambem variam sign signif ific ican ante teme ment nte. e. 0 prob proble lema ma apon aponta ta para para a nece necess ssid idad ade e de tecn tecnic icas as que que seja sejam m capazes de estimar os desvios quimicos e termicos. ermicos. Modelos de f1uxo e esco escoam amen ento to de solid solidos os,, asso associ ci ados ados a algo algori ritm tmos os que que estim stimam am a evol evolu< u<;a ;ao o das das rea<;oes quimicas que ocorrem rem nas diversas fases do proc rocesso estao sendo dese desenv nvol olvi vido dos s util utiliz izan ando do tecn tecnic icas as comp comput utac acio iona nais is que que VaG alem alem da pro post posta a dess desse e livro. livro.

 An  A n exo ex o s

1.   Biswas, Biswas, A.K. A.K.: Princ incipl iples of Blast Furnace Iron ronmaking, Coot Cootha ha Publ Publis ishi hing ng House, House,   Brisbane, Brisbane,   Australia, Australia,   1981. 1981. 2. Committ ittee on Reaction within thin Blast last Furn Furna ace, ce,   Omor i, Y. (chairman): chairman):   Blast urna urnace ce phen phenom omen ena a and and model modelli ling ng,, Else Elsevi vier er,, Lond London on,, 1987 1987.. 3. IISI website website::   worldsteel.org. worldsteel.org. 4. McMaster ter University: Blast Furnace Ironmaking Course (cada 2 anos ), Hamilton, Hamilton,   Ontario, Ontario,   Canada, Canada,   2002. 2002. 5. Meyer,  K.: Pelle Pelletiz tizin ing g of iron iron ores, ores, Spri Spring nger er Verl Verlag ag,,   Berlin, Berlin,   1980. 6. Peacy, J.G.   and Davenp Davenport ort,, W.G.:   The iron iron blas blastt furn furnac ace e,   Perg Pergam amon on Pres Press s, Oxford, Oxford, UK, UK,   1979. 7. Rist, st, A.   and and Meysso Meysson n , N.: A dual dual grap graphi hic c repr repres esen enta tati tion on of the blas blastt-fu furn rnac ace e mass mass and heat heat balanc balances es,, lronma lronmakin king g procee proceedin dings gs (1966) (1966),,   88-98. 8.   Rosenqvist, Rosenqvist, T.:   Pri Princ ncip iple les s of extr extrac acti tive ve meta metall llur urgy gy,,   McGrawHill, McGrawHill,   Singapore, Singapore, 1983. 1983. 9. Schoppa, H.:   Wa Was der    Hoc Hocho hofn fne er von von sein seine e r    arb arbeit eit wiss issen muss uss,   Verlag Stahleisen, Stahleisen,   Dusseld Dusseldorf orf,, German Germany y,   1992. 1992. 10. 10.   Turkdogan, Turkdogan, E.T. E.T. (198 (1984) 4),,   Phy Physi sico coch chem emic ical al aspe aspect cts s of react reactio ions ns in iron ironma maki king ng and stee steelma lmakin king g proces processes ses,, Tr ansa a nsact ctio ions ns ISIJ ISIJ,, 24, 24,   591-611. 591-611. 11. 11.   Wakelin, Wakelin, D.H.:   The The maki making ng,,   shapi shaping and tre treatin ating g of ste steel el,, 11th 11th editio edition n,   AISE Steel Foundatio Foundation n,   1999. 12. 12. Walk Walker  er , R.D.: Mode Modern rn lron lronma maki king ng Meth Method ods s, Inst Instit itut ute e of Meta Metals ls,, Lond London on,, UK, UK, 1986. 1986.

1.   Biswas Biswas,,   A.K A.K.: Prin inc cipl ple es of Bla las st Furnace lronmaking ng,,   Cootha Cootha Pu Publ blish ishing ing House,,   Brisbane, House Brisbane, Aus Austra tralia lia,,   1981. 1981. 2. Bonnekamp, H.,   Eng Engel el,, K., Fix, Fix, W., Grebe, K. an and d Wi Winz nzer er,, G. G.:: The fr free eezi zing ng wi with th nitrogen and dissec ecttio ion n of Mannes esm mann nn''s no 5 bla las st furnace.   lronmaking proc pr oceed eeding ings, s, 198 1984 4,   Chicago, Chicago, USA USA,,   139-150. 3.   Chaigneau, Chaigneau,R. R.,,   Bakker , T.,   Steeghs, Steeghs, A.   and Ber Bergst gstran rand d, R.:   Qualit Quality y ass assess essmen mentt of fer ferro rous us bu burrde den: n: Ut Utop opia ian n dr drea eam m? 60 60tth Ir Ironm onmaki aking ng Co Conf nfer erenc ence e Pr Proc ocee eedin dings gs,, 2000,,   Baltimore, 2000 Baltimore,   689-703. 4. Committee for Fundamental Metallurgy of the Verein Deutscher   Eise Ei senhu nhutt tten enleu leute te:: Sl Slag ag atlas atlas,,   Verlag Verlag Sta Stahlei hleisen sen,,   Dusseldorf ,   Germany, Germany,   1981. 1981. 5. Exter,  P. den den,,   Steeghs, Steeghs, A.,   Toxopeus, Toxopeus, H. Godijn, R.,   Va Van der Vliet, C. C.,, Chaigneau,, R.   and Chaigneau and Ti Timm mmer  er , R. R.::   Th The formatio ion n of an or ore e free blas astt fur urn nac ace e cent ce nter er by bel belll ch char argi ging ng,, 56 56th th lr lron onma maki king ng Co Conf nfer eren ence ce Pr Proc ocee eedi ding ngs s, 199 1997, 7, Vol 56,,531-537 56 531-537.. 6. Geerdes,M., Van der Vliet, C., Dri ries esse sen, n,J. J. an and d To Toxo xope peus us,,H. H.:: Con ontr trol ol of hi high gh prod pr oduc ucti tivit vity y bl blas astt fu furn rnac ace e by mate materi rial al di dist stri ribu butio tion n, 50 50th th Ir Iron onma makin king g Co Conf nfer eren ence ce Proceediings Proceed ngs,,   1991, 1991,   Vol 50 50,, 36 3677-378 378.. 7.   Geerdes, Geerdes, M.,   Toxopeus, Toxopeus, H.,   Tijhuis, Tijhuis, G.   and and Ve Velt ltma man n, P.:   Blas Blastt Fu Furn rnac ace e Oper Op erat atio ions ns for Lo Long ng Hea earrth Ca Camp mpai aign gns s, 3rd 3r d IA IAS S Ir Iron onm mak akin ing g co conf nfer eren ence ce,, Buenos Bue nos Air Aires es,,   Argentina, Argentina,   2001, 2001,97-105 97-105.. 8.   Grebe, Grebe, K.,   Keddeinis, Keddeinis,H. and an d Str tric icke ker  r , K.: Untersuchungen uber den Nied Ni edri rigt gtem empe pera ratu turz rzer erfa fall ll von vo n Sinte Sinter, r, St Stah ahll un und d Eisen Eisen,, 100 100,,   (1980), (1980),   973-982. 973-982. 9.   Hartig, Hartig, W.,   Langner , K.,   Lungen, Lungen, H.B.   and and St Stri rick cker  er , K.P.:   Mea Measu sure res s fo for  r  increasin ing g the produc ucttiv iviity of bla las st furnace,   59th 59th Ir Iron on ma maki king ng Co Conf nfer eren ence ce Proceedings,,   Pittsburgh, Proceedings Pittsburgh, USA USA,, 2000, 2000,   vol 59 59,, 33-16. 16. 10..   Ko 10 Kolijn, C.: Internatio ion nal Cok oke emaking iss is sues, 3rd McMaster Cok oke emak akiing Cour Co urse se,, Mc McMa Mast ster er Un Unive ivers rsit ity, y, Ha Hami milt lton, on, Ca Canad nada a,   2001. 2001. 11..   Pagter , J.   de an 11 and d Mo Molen lenaa aar  r , R. R.:: Ta Taph phol ole e ex expe perrie ienc nce e at BF6 BF6 and and BF BF7 7 of Cor orus us Str trip ip Pro rodu duct cts s IJ IJmu muid iden en,, Mc McMa Mast ster er Ir Iron onm mak akin ing g Con onfe fere renc nce e 20 2001 01,,   Hamilton, Hamilton, Canada.. Canada th 12..   Schoone, 12 Schoone, E.E.,   Toxopeus, Toxopeus, H.   and and Vo Vos s, D.: Tr Tria ials ls wi with th a 100% 100%   pellet pellet urd urden en,, 54 lronmak lron making ing Con Confer ference ence Pro Procee ceeding dings s,   Nashville, Nashville, USA USA,,   1995, 1995,   vol vol 54 54,,   465-470. 465-470. 13..   Toxopeus, 13 Toxopeus,H.,   Steeghs, Steeghs, A. and and Van de den n Bo Boer  er ,   J.: PC PCII at th the e st star artt of the the 1s 1stt cent ce ntur ury, y, 60 60th th Ir Iron onma makin king g Co Conf nfer eren ence ce Pr Proc oceed eeding ings s,   Baltimore, Baltimore, USA USA,,   2001, 2001, vol 60,,736 60 736--742 742.. 14.. Va 14 Vande nder, r, T. Alvarez, R., Ferraro Ferraro,, M.,   Fohl, Fohl, J.,   Hofherr , K.,   Huart, Huart, J.,   Matti Mattila la,, E., T.,,   Alvarez, Props Pr opson on,, R. R.,, Wi Willm llmer ers s, R. and and Va Van n de derr Ve Veld lden en,, B. B.:: Coke Coke qu qual alit ity y im impr prov ovem emen entt poss po ssib ibil ilit itie ies s an and d li limi mita tati tion ons s, Pro roce ceed edin ings gs of 3r 3rd d In Inte tern rnat atio iona nall Co Coke kema maki king ng Cong Co ngre ress ss,, Ge Gent nt,,   Belgium, Belgium, 19 1996 96,, vo voll 3, 3,   28-37.

10.00 10. 000 0 Ud fo forn rnec ece em cer erca ca de 3, 3 ,5 MU MUan ano o (a uma uma di disp spon oniibilid ida ade de 96 96%). Lo Logo go,, a prod pr odUl; Ul;:a :ao o tota totall mu mund ndia iall de 57 575 5,7 Mt pode pode se serr pr prod odu uzi zida da em 165 for forno nos s .   Com tre tres s dest de stes es fo forn rnos os op oper eran ando do po porr pl plan anta ta,, 0 mu mun ndo te teri ria a a nece necess ssid idad ade e de 55 de des sta tas s grandes usinas siderurgicas, cada uma produzindo 10,5 Mt. 0 fl flux uxo o an anua uall resul res ultan tante te do dos s ma mater teria iais is se seria ria:: • Produc Produc;:ao ;:ao de ac;:o ac;:o::0,9 x 1 0, 0,5 = 9,45 9,45 MU MUan ano o de produ produto tos s de ac;:o ac;:o.. • Pelotas Pelotas nec necess essari aria a: 1,6 x 10, 10,5 = 1 6, 6,8 MU MUan ano o. • Carva Carvao o nec necess essario ario:: Para coque coqueria ria:: 10 10,,5 x 0,3 1 0  0,,75 = 4, 4,2 MU MUan ano o Para injec; injec;:ao :ao:: 10  10,,5 x 0,2 = 2,1 MU MUan ano o

o   ox oxigenio

do volume de sopro e 0,256 256x x6500 m3 cntp tp/m /miin= 1.664 m3 cntp oxigenio/min.. Tax oxigenio/min Taxa a de produc; produc;:ao :ao = 10 10..000/ 000/((24 24x x60)= 6,94 tgu tgusa/ sa/min min..   Oxigeni Oxigenio o usa usado do 3 oxigenio/tgu io/tgusa sa.. 1664/6.94= 240 m cntp oxigen

Para pr Para prod oduz uzir ir um uma a to tone nela lada da de gus gusa a 300 kg coque = 0,6 m3 1570 157 0 kg sinter  sinter  1 pelotas = 0,78 m3 Tota To tall po porr tone tonela lada da de gus gusa a 1 ,38 m3

0

forno

e

carre ca rrega gado do co com: m:

 A produc;:ao  e   de de 10.00 000 0 Ud Udia ia.. 0 que e 10. 10.000 x 1, 1 ,38 m3 = 13. 13.800 m3 pa parr di dia a. 0 conte co nteud udo o do for forno no e 13. 13.80 800/ 0/(3 (380 800 0 - 500 00)) = 4 4,,2x re reno nova vado do po porr dia. dia.  A carga entrada no tope chega as ventaneiras em 5,7 horas. Verifique que, durante o abaixamento de carga do forno , 1.800 to ton neladas de fe ferr rro o sac vazadas , se ope pera rado do co com m um uma a ca carg rga a co comp mpos osta ta de ape apena nas s co coqu que e , com uma taxa de coque de 520 kg kg/t /t   gusa. gusa.

2.3.3 Quantas camadas dado dad o mom moment ento? o?

de minerio existem no fomo a qualquer 

o

numero nume ro de cama camada das s de mine mineri rio o de depe pend nde e da espe espess ssur ura a da cam camad ada a ou da mass mass a de 1 cam camad ada a na car carga ga.. El Ele e pode vari varia ar de fom fomo para fomo fomo e dep depend nde e do tip tipo de carga car ga us usado ado,,   assim, assim,   exi exist ste e um uma a gr gran ande de va vari ried edad ade e de esp espes essu sura ras s ap apro ropr pria iada das s de carga.. Uma faixa tipica vai de 90 a 95 t de carga por camada. Se uma camada carga cont co ntem em 94 to tone nela lada das, s, el ela a cont contem em ap apro roxi xima mada dame ment nte e 60 to tone nela lada das s de gu gusa sa.. Em 5,7 horas 0 fo fomo mo pr pro oduz 2.4 .40 00 t, 0 que corr rres esp pond nde e a 40 40 cama mad das de min ine eri rio o. Em nosso nos so exem exemplo plo,, to toma mand ndo o um dia diame metr tro o da goe goela la de 10 m: um uma a ca cama mada da de mine mineri rio o e de 0,60 m e um uma cam ama ada de co coque 0, 0,4 46 m ,   em med media ia,,   na goela.

Uma to Uma tone nela lada da de gu gusa sa re requ quer er:: 300 30 0 kg de coqu coque, e, te teor or de C de 87% 200 20 0 kg de carv carvao ao,, te teor or de C de 78% Total Tot al de carbon carbona a

= 26 261 kg C = 160 kg C = 41 417 kg C

 Aproximadamente 45 kg de carbona se dissolvem no gusa. 0 balango ((421- 45 =  Aproximadamente 372 37 2 kg kg» » de deix ixa a 0 fo fomo mo pe pelo lo topo topo, na form forma a de CO e C02 C02,.

o   nit nitro roge gemi mio o

sopr so prad ado o no fomo fomo de deix ixa a

0

fomo fo mo se sem m re reag agoe oes s qu quim imic icas as..

A ent entra rada da de

nitrog nitr ogen enio io e: 6500 m3 cntp sopro ro/m /min in x (1 (10 00 - 25 25,,6) = 4836 m3 cntp/min. o ni nitr trog ogen enio io no gas gas do tope tope e 48 48,5 ,5% % (T (Tab abel ela a 2. 2.1) 1).. o vo volu lume me to tota tall do gas gas de tope tope e 48 4836 36/0 /0.4 .485 85= = 99 9970 70 m 3 cntp/min cntp/min.. Co Corr rres espo pond nden endo do 153% 153 %   do volum volume e de sopr sopro o.

a

o

calcul calc ulo o po pode de ta tamb mbem em se serr feito feito co com m ba base se no nos s pe peso sos. s.  A produgao e: 10 10.0 .000 00/( /(24 24x6 x60) 0) = 6,94 tgus tgusa/min a/min Para 1 to Para tone nela lada da de gus gusa a 65 6500 00/6 /6,9 ,94= 4= 93 936 6 m 3 cn cntp tp de sopr sopro o sa sac c usad usados os,, 0 qu que e pes pesa a 1.21 1. 218 8 kg (T (Tab abel ela a 2. 2.1) 1).0 .0 ba bala lang ngo o e ap apre rese sent ntad ado o na Ta Tabe bela la 26 26.. A ma mass ssa a do ga gas s de tope to pe co corr rres espo pond nde e as admi admiss ssoe oes s co conh nhec ecid idas as me men n os a pro produ duga gao o de gusa gusa e esc esc6r 6ria ia.. o   pes peso o to tota tall do gas do tope tope e duas duas ve veze zes s 0 peso do ferro-gusa ferro-gusa!!

Entrada Sopro Coque Car vao Car qa

kq/tqusa

1.218 300 200 1.580 3.298

   

producao qusa esc6ria gas ga s de to topo po

kq/tqus tqusa a

 

3.298

1.000 240 2.058

3

o

volume volu me de gas gas na zo zona na de c com ombu bust stao ao e 8. 8.164 m cn cntp tp/m /min in (6 (6.5 .500 00 x (1 + 0,256 256))), e 0 volume de gas do topo e 9.987 m3 cntp/min   (2.058/1,43 = 1. 1.43 439 9 m 1   tgusa). Logo,, 0 vol Logo olum ume e de ga gas s da das s rea eag6 g6es es de re redu duga gao o dir  reta e   ta e ap apro rox xim imad adam amen entte 1.800 m3 cntpl min (9.987 - 8.164) 164).. 3

Consid Cons ider eran ando do ur urn n vo volu lume me de sop sopro ro de 650 6500 0 m cntp/min cntp/min,, co com m 25 25,,6%   de oxigenio, oxigenio, a prod pr odug ugao ao de ga gas s na ra ramp mpa a e 6500 6500x( x(1 1 +0,25 +0,256 6)=8164 m cn cntp tp/m /min in.. Es Este te ga gas s po poss ssui ui uma um a temp temper erat atur ura a ma mais is alt alta (d (dec ecre resc scen endo do de 2.200 200°°C pa parra um uma a tem tempe pera ratu turra de gas gas de top opo o de 125 125°C), 0 fo fom mo e oper operad ado o so sob b um uma a pr pres essa sao o mai ais s al alta ta (dig (digam amo os 4,8 bar  nas vent ventan anei eira ras s e 3,0 3,0 ba ba''r no topo) e ha a fo formagao de gas extra pela reagao de redu re duga gao o di dire reta ta..   Se todo todos s es esttes efe feit ito os for ore em des esp pr ezados, ezados, 0   exerci exercicio fica bem simples:: simples Supo Su ponh nha a qu que e a fra fraga gao o de vaz vazios na car carga ga se seja ja de 30 30%, ass assiim, 0 vo volu lum me no fom fomo o e 3 3 (3800 3800--100 100)) x 0,30= 1.100 m ,   atr atrav aves es do qual qual 8.164 m cn cnttp de gas gas e sop soprrad ado o po por  r  00/8..   164x60= minuto..   Desta form minuto forma a 0 te temp mpo o de resi reside denc ncia ia do gas gas e 1. 1.1 100/8 164x60= 8 segun segundos dos.. E   poss possiv ivel el fa faze zerr as cor corre reg6 g6es es me menc ncio iona nada das s ac acim ima a.   Tom Tome e um uma a te temp mper erat atur ura a me medi dia a do gas de 900° 900°C e um uma pr pres essa sao o med edia ia de 4, 4,0 bar ,   e ent entao ao os efeit efeitos os se sera rao o: •0au aume ment nto o do tem tempo po de resi reside denc ncia ia pe pela la al alta ta press pressao ao do top topo o e 4/1   = urn urn temp tempo o de resi re side denc ncia ia 4 vez vezes es ma mais is al alto to.. • Diminuigao do tempo de residencia pel a temper atura mais alta do gas urn ur n te temp mpo o de re resi side denc ncia ia 0,23 ve vez z ma mais is cu curt rto o. 273/((273+900 273/ 273+900))= • A dimin diminui uiga gao o do tem tempo po de resi reside denc ncia ia de devi vido do ao gas gas ex extr tra a da redu reduga gao o di dire reta ta e de de 8.164/9..970= 8.164/9 urn ur n te temp mpo o de res resid iden enci cia a 0, 0,89 89 vez vez ma mais is curt curto o (v (vej eja a 2.3.1 2.3.1..5). •   No No total 4 x. 0,2 3 x 0, 0,89 = urn tem tempo de residencia 0,82 ma mais is cu curt rto o.   Assim, Assim, 0 temp te mpo o de resi reside denc ncia ia co corr rret eto o e 8 x 0, 0,82= 82=6 6 seg segund undos os.. 3

3

2.3.7 2.3. 7 Se vo voce ce ob obti tive verr um uma a gr gran ande de qu quan anti tida dade de de gas gas de topo topo,,   existe um forte forte so sopr pro o no fom fomo? o? Nao. Nas volu vo lume me do goela,,   sob goela sob velocidade velo ve loci cida dade de

ventaneiras existem ventos em alta velo loc cid ida ade (> 200   m/s), m/s), mas 0 3 gas de to gas topo po e de apr aprox oxim imad adam amen ente te 9. 9.97 970 0 m cntp/min cntp/min.. Pe Pelo lo diam diamet etro ro da uma um a tem empe pera ratu turra do gas gas de 12 120° 0°C C e uma uma pre ress ssao ao de top tope e de 2, 2,0 bar , a do gas de top topo e de 1,0 m /s /s:: na escal escala a de Be Beau aufo fort rt,,   trat trataa-se se de uma uma de ve vent nto o 1.

 A produgao de liquido e: • Gusa: Gusa: 6, 6,7 7 Um Umin in = 400 400 Uh =   400/7, 400/7,2 m3/h = 89 m3/h • Esc6ria: Esc6ria: 0,25 x 6, 6,7 Umin = 100 Uh =   100/2,4 m /h = 42 m /h  /h.. Logo,,   no total, Logo total, 0 If Ifqu quid ido o fo form rmad ado o po porr ho hora ra (s (sem em co corr rrid ida) a) e de de 13 131 1 m  /h Quan Qu anti tida dade de de Iiqu Iiquido ido qu que e po pode de se serr coloc colocad ada a no ca cadi dinh nho: o: 3

3

3

•   A are area a do ca cadi dinh nho o e   3,14 3,14/4 /4 x 14 x 14 = 15 154m 4m2 . . as vazios correspondem a 20% 20% e a alt altura, 4 ,2 m.   Entre 0 furo de corrida e as ventaneiras,, podemos colocar 0,2 x 4, ventaneiras 4,2 x 154 =   12 129 m de Ii Iiq qui uido do,, os quai quais Sa SaD D sufici suf icient entes es par para a 1 hora hora de produc;: produc;:ao ao sem corrida! corrida! 3

[Si] [Si umiidade um pres pr essao sao do topo topo   carvao 61eo oxiQenio Tem emp p so sopr pro o esc6r ia per  pe r das das ter termic micas as utiili ut liza zaca cao o qas

unidade Temp Te mp sop sopro ro carvao oxigenio umidade

°c kg//tqusa kg % q/m''cntp q/m

unidade % q/m'cntp bas kQ/tqusa kQ/tQusa %

°c  

kq/tqusa kq/t GJ/h %

   

mudan9a +0 ,  1 +1 0 +0 ,  1 +1 0 +1 0 +1 +1 +100 +1 0 +1 0 +1

t1coke coke-r  -r ate ate +4 +6

(vol (v olum ume e cons consta tant nte e de   sooro) TAC eC TAC eC)) mudanca +1 0 0 +6 5 +1 0 - 30 +1 +4 5 +1 0 - 50

- 1 ,  2 -9 - 11 +1 -9 +0 ,  5 +1 ,  2 -7

T topo (oC)

- 15 +9 - 15 +9

Index abaixamento de ca abaix car ga ga 110 acendiimento acend 112 acendimento ppo pos s um uma a pa par  r ada ada 109 alcali 48 angulos angulo s de r epous epouso o 67 ar r  ri  ame ament nto o 57 balanc;;;o d e ma balanc; massa 49 7 calc ca lculo ulo da car ga ga cam ca mad ada a mi mist sta a 68 chamine 66 carbone carbon etac tac;;;ao 34 cas asa a de co corr ida, ida,   pratica com 1 fur  fu r o de corri corrida da 107 casa ca sa de cor  cor r  r ida da,, pra prattic ica a co com m cadin ca dinho ho se seco co 103 42 char  gas ga s   de vent ventane aneiiras compr  comp r essao de pelotas 30 consttruc cons ruc;;a ;;ao o de alt alto-fomo 7 37 coque,, degradac coque egradac;; ;;ao ao coque,, pr aduc;;ao coque aduc;;ao 36 coque,,   qualidade coque 35 coque,,   testes coque 36 CRI 5 CSR 35 crep cre pitac ac;; ;;ao ao 24 desc de scid ida a da carga carga 55,, 71 55 dessulfurac;; dessulfura c;;ao ao do gusa gusa 91 distr ibuic buic;; ;;ao ao da carga 66 distr  dist r ibuic; ibuic;;ao da car carga ga   (finos (finos)) 65 distribuic ribuic;;;ao dos el elemen ementtos pe pello ferr  fe rr a e esc escor  or ia dolomiita dolom engaiollamento engaio enx en xof r  r e no gus gusa a escor ia,   basicidade basicidade,   definic definic;;;ao escori esco ria a, bas basici icidade dade,, situac;;6es especiais 98,, 98

escor ia, escor  ia, propr ieda edad des f ayal yalit ita a f 1ui 1uidiza zac; c;;ao ;ao flux fl uxos os term rmic ico os pel a par ede forc;;;asverti forc ;asvertic cais forc;; forc ;;asve asvert rtiica caiis, de coq coqu ue no cadinho fom fo mos resfri fria ados fura fu ra de corrid corrida a hematiita hemat 110 140

105 14 '35

35

HGI HGI 41 inje inj ec;;aode car vao, vao, enriqueci nriquecimento mento com ox oxige igen nio 44 in je  jec c;;aode carvao, carvao, equipam uipame ento 40 inje njec c;;aode carvao carvao,, gas gasef  ef f fi  cac;; c;;a ao 42 injec;; njec;;aode aode carva carvao, la lan nc;;as 42 in jec  jec;; ;;aode aode car vao, sellec se ec;;;ao de carva carvao injec njec;;;aode carvao carvao,, taxa ta xa de re repo posi sic c;;a ;;ao o 41 inst nstr  r umentac;; umentac;;ao ao 74 layo you ut da ar ea de co corri rrid da 103 35 M10 M40 35 mag agne nettita 14 32 miner io gr gran anul ulad ado o paradas 109 pellotas pe as,, qualilidade dade 31 per f fili l de temp mpe er atur a 5, 87 perme perm eab abiilidade 18,, 59 18 pro roduc duc;;a ;;ao o de de pe pelota lotas s 29 qualiida qual dade de do gus gusa a 92 r eac; eac;;6 ;6es es de Bo Boud udo ouard 80 r educ;; educ;;ao ao de oxido oxidos s de fer  fer r a 79 reduc; red uc;;ao ;ao de oxidos oxidos de ferro ferro,, com hidr hidroge ogen nio

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