Apresentao do PowerPoint
PROCESSO DE FABRICAO DE FERRO GUSA EM ALTO FORNOFERRO PRIMRIO: produtos obtidos a partir do processamento do minrio nas unidades de reduo
Ferro gusa: teor de carbono (3,5 a 4,5%)Ferro esponja: Teor de carbono (0,3 a 2,5%)
Termo reduo: Est relacionado com os tipos de reaes qumicas necessrias para promover a separao do elemento Ferro de seu xido.
Fe2O3 FeOFeO Fe95% da produo de Fe primrio
Mini alto fornos a carvo vegetal: usinas no integradas com capacidade que varia de 55 a 350 t/dia de gusa
Alto fornos a carvo vegetal: usinas integradas, mas sem a unidade de coqueria , com capacidade na faixa de 1000 a 2500 t/dia de ferro gusa
Alto fornos operando a coque: utilizadas em usinas integradas com capacidade cerca de 3500 a 13000 t/dia de ferro gusa
Ferro gusa lquido e ferro gusa slido
Principal matria prima dos convertedores: Contedo qumico e trmico do gusa lquido
Adio de Mn e TiEm que consiste o processo de produo de Ferro Gusa?
Carregar, pelo topo do alto forno, as matrias primas slidas: minrio de Ferro (granulado, snter ou pelota), coque ou carvo vegetal, e os fundentes (calcrio), enquanto o ar, enriquecido ou no com oxignio ou carvo pulverizado (ou ainda com leo ou gs natural, dentre outros materiais), insuflado pelas ventaneiras na parte inferior do forno.
Combusto na regio de insuflao
Fluxo ascendente dos gases e carga de minrios descendente (8 a 15 cm/min)
Ferro gusa e escria vazadas na casa de corridaINTRODUO AOS PROCESSOS DE PRODUO DE FERRO GUSA
FLUXO DE PROCESSO NO ALTO FORNO
Diviso do alto forno em regiesZonas de reaes do alto fornoPrincipais reaes qumicasProdutos e coprodutos do alto forno
Ferro gusaGs de alto fornoP de alto fornoEscria de alto forno
Desvantagens do processo de obteno do Ferro gusa em alto fornos a coque
E em fornos a carvo vegetal?
Normalmente a matria prima (carvo vegetal e minrio de ferro granulado) enviada pelos fornecedores em condies de ser carregada diretamente no alto forno.
DIVISO DO ALTO FORNO EM REGIES
Corpo do AF em chapas de ao soldadasCortes para manuteno da refrigerao e monitoramentoGoela: carregamento e distribuio da carga
Revestimento de chapas de ao ou ferro fundido: evitar abraso no refratrio
Volume de trabalho: limite superior da goela e o nvel da borda inferior do furo de gusa no cadinho
Volume de trabalho: limitado pela regio inferior as ventaneiras (processo)
Cuba: revestida de tijolos refratrios que varia com a T (slico-aluminoso ou carbeto de silcio).
Pq o formato em Cuba?
Ventre: formato cilndrico e maior dimetro
Pr aquecimento, reduo e fuso parcial da carga: DESGASTE DO REFRATRIO
Ponto de amolecimento e fuso da carga ferrfera
800 a 1000mm de refratrio
Rampa: formato tronco-cnico
Sustentao da carga e gotejamento de ferro gusa e escria para o cadinho
Desgaste severo do refratrio: Zona de fuso da carga
Tijolos de carbono: AF coqueTijolos silico-aluminosos: AF carvo vegetal
Espessura do refratrio: 500 a 800 mm
Cadinho: armazenar ferro gusa e a escria lquidos
Tijolos de carbono: AF a coqueTijolos slico-aluminosos: AF a carvo vegetal
Furos de corrida na parte inferior: refratrio aluminosoVentaneiras: sopro do ar de combusto e combustveis adicionais (carvo pulverizado, gs natural)
Parte superior do cadinho
Distribuio homognea do sopro
500 mm no interior do forno
Alto desgaste: elevada temperatura, ataque das partculas de coque, gotejamento do ferro gusa e escria
Alto sistema de refrigerao: 300 a 500 litros/minuto sob alta presso
Algavariz: Tubo de ao revestido cermico para introduzir ar de combusto
Anel de vento: construo tubular na altura da rampa para ar de combusto
ZONAS DE REAES DO ALTO FORNODissecao dos altos fornos: anlise dos aspectos fsicos e qumicos das regies (composio, granulometria, espessura)
Dissecao no nitrognio: zona de temperatura constante (zona de reserva trmica)
Camadas de minrio e combustvel/redutor permanecem independentes: diminuindo apenas a espessura at regio de amolecimento
Zona granularZona de amolecimento e fuso( zona coesiva)Zona de gotejamentoZona de combustoCadinho
ZONA GRANULAR
Minrio e combustvel slido e granular
Camadas alternadas ( estado gasoso e slido)
Reduo minrio de ferro no estado slido
Gases
Redutor combustvel slido, fundentes e ganga ainda no reagidas
Caractersticas do combustvel e fluxo gasoso
Controle de qualidade da carga : excessiva degradao
ZONA DE AMOLECIMENTO E FUSO ( ZONA COESIVA)
Amolecimento e fuso da carga ferrfera ( maior resistncia passagem dos gases)
Movimento horizontal dos gases? (apoio da carga no alto forno)
Pouca resistncia das camadas de combustvel/redutor para distribuio radial dos gases
Material em amolecimento, semifundido e fundido
Camadas de redutor/ combustvel (maior T de fuso)
Perfil, posio e dimenso desta zona: distribuio do fluxo gasoso (relao minrio/combustvel)
Elevado nvel trmico (reduo dos xidos e gaseificao do C)
Regio de zona trmica: T da carga e gs constante
Carga metlica (0,85 % C e 0,01% Si)
Elevao teor de C e incorporao de Si, Mn, P e S: zona de gotejamento
Escria sem agregao das cinzas: zona de combusto
ZONA DE GOTEJAMENTOMetal e escria escoam pela camada de redutor slido
Regio do redutor ativo: coque ou carvo que rola para as ventaneiras
Regio do homem morto: redutor slido que no rola em direo ventaneiras
Reao de Boudouard: dissoluo do coque ou carvo vegetal no gusa (Gotas de metal lquida e reaes de dissoluo).
Aspectos que determinam profundidade do homem morto: balanceamento de foras (peso da carga e Asceno dos gases)
ZONA DE COMBUSTO
Frente das ventaneiras (oxidao do C) e injees para formar CO e H2
Elevada energia cintica: regio vazia
Formato da zona de combusto: qualidade do redutor promove diferentes disperses dos gases (direo), influenciados ainda pelo nvel de escria e ferro gusa do cadinho
Zona de combusto em forma esfrica
Presso do sopro, dimetro das ventaneiras, velocidade do ar de combusto (2100 Ca 2300 C)
Gs de combusto aquece coque ou carvo da rampa e ventre, funde o minrio, aquece material da cuba e remove parte do oxignio da carga (reduo)CADINHO
Preenchido com combustvel/redutor
Interstcios com ferro gusa (6,8 a 7,2 t/m3) e escria (1,5 a 2,4 t/m3)
Reaes entre as fases metlicas e escorificadas (dessulfurao do gusa)
Camada do homem morto que se apoia no fundo do cadinho
Problemas do acumulo de escria e ferro gusa no cadinho? (superaquecimento e fuso das ventaneiras, marcha irregular do forno, congelamento do cadinho.
Drenagem regular do cadinho
Inundao ou encharcamento: aumentada a vazo de gs haver reteno de lquido
Refluxo ou inundao: perda da vazo de lquido, ocorrendo acmulo e arrastamento para cima
Engaiolamento: liquido alcana a carga fria, solidificando e bloqueando o fluxo gasoso ascendente.Inundao e a perda de presso do fluxo gasoso
Fluidizao das camadas de redutor (antes do lquido extravasar para cima)
Ocorre quando a fora da carga para baixo for inferior fora do fluxo gasoso ascendente
Queda de presso ( diretamente proporcional velocidade do gs e inversamente ao dimetro da partcula do redutor e dos espaos vazios).
Dificilmente ocorrer a fluidificao de toda a camada de redutor
Arriamento da cargaPRINCIPAIS REAES QUMICAS
Analisar as reaes a partir das ventaneiras ( zona de combusto)
T> 1550C
Elevada velocidade de injeo do ar (180 a 280 m/s)
Recirculao do redutor e combinao com oxignio
Elevada temperatura dos gs CO2: combinao com o redutor slido do homem morto (REAO DE BOUDOUARD)
Aumento do volume de gs
Altamente endotrmica ( porm s ocorre acima Tcrtica)
Tcrtica coque: 900 a 950CTcritica carvo vegetal: 650 a 850CZona de reserva trmica?
Gases atingem regio menor temperatura e deixam de ser resfriados ( lembre-se reao Boudouard endotrmica)
Toda reduo subsequente se d com o CO formado abaixo da isoterma 950C/ 800C
Lei de Hess
Zona de combusto: gs redutor para o minrio e energia para aquecimento, amolecimento e fuso da carga
Frente das ventaneiras: decomposio da gua
Absorve calor: melhor controle da chama (2000 a 2300C)
Aumenta: se a T do ar soprado ou a % de O2 aumenta
Diminui: se aumenta umidade do ar ou taxa de injeo de combustvel
Qual a importncia do gs N2? Gs inerte papel d elevar calor as regies superiores do forno
Perfil trmico, cintico e condies termodinmicas relacionadas com a reao de Boudouard divide o AF em duas regies
Setor de preparao e setor de elaborao
Diagrama de equilbrio Fe-C
Parte superior do forno: setor de preparao
Zona granular: setor de preparao
H2O (l) H20 (g)
2CO (g) C (s) + CO2 (g)
Zona granular: setor de elaborao
Adsoro dos gases redutores; retirada de oxignio; nucleao e crescimento dos produtos da reao.
Ex: reduo da hematita
Reduo hematita e magnetita: 600 a 900C
Reduo do FeO: 950 C +/- 100C
pCO/pCO2 = 0,0001?
pCO/pCO2= 0,43: 31% CO e 69% CO2
pCO/pCO2= 2,3: 70% CO e 30% CO2
Para o equilbrio verificar a quantidade de FeO formada e a quantidade de FeO reduzida
Porm cada mol de CO transformado em CO2 gera 3 Moles de FeO: excesso de CO
Zona de reserva morta: FeO: poucas reaes acontecem, T constante
Reaes indiretas: retirar todo o oxignio do minrio de ferro para maior utilizao da energia qumica da combusto
Fragmentao no minrio de ferro: fase hematita para fase magnetita
Reduo direta: ligao direta do oxignio do minrio com o C
Consumo menor de de C para cada mol de Oxignio
Gerao de CO extra no processo
Gases saem T elevadas: calor para a zona de gotejamento e zona de amolecimento e fusoZona de gotejamento: fase Cementita (incorporao do C e diminuio do ponto de fuso)
3Feo s + 5CO g Fe3C + 4CO23FeO + 2CO (g) Fe3C CO (g)
Transferir o mximo de oxignio do minrio para os gases no setor de preparao antes de entrar no setor de elaborao (diminuir a necessidade de combustvel reaes indiretas em detrimento s diretas)
Introduo de H2 favorece as reaes indiretas
Reduo direta (associado a uma descida rpida carga)
Normalmente a reao indireta (obteno do FeO na parte superior da zona granular e converso do FeO em Fe por reduo direta na parte inferior desta zona)Reaes diretas: gs hidrognio (decomposio do vapor dgua)
FeO + H2 (gs) Fe s + H2O (gs)
Eficaz se comparado ao CO em T< 800C
Se houver gua cominada em 900C
H2O (gs no ar) + C s CO (gs) + H2SETOR DE PREPARAOCarbono do redutor slido praticamente no reage, sendo um material inerte
S h presena de fase slida e gasosa
A carga metlica secada, pr-aquecida atravs da transferncia do calor do gs ascendente para a carga
Uma reao de reduo similar acontece com o hidrognio, gerando H2O
No ocorre a reao de BOUDOUARD
O gs CO2 gerado a partir do gs CO
Toda a hematita (Fe2O3) deveria ser reduzida forma de FeO em condies ideais de operao do alto-fornoSETOR DE ELABORAO Ocorre a combusto do C com o O2 do sopro para formar CO2 na zona de combusto
O carbono do redutor slido reage com o CO2 para formar CO, ou seja, restitui o poder redutor do gs atravs das reao de BOUDOUARD, pois os nveis de T nesta regio so muito altos
H consumo de carbono, ou seja, o carvo vegetal ou o coque reage muito nesta regio
H presena de fase slida, lquida e gasosaH reduo (remoo do Oxignio residual da carga correspondente aos xidos da zona de preparao, amolecimento (acima de 1100C) e fuso (acima de 1400C) da carga ferrfera e da escria
Ocorre a transferncia de calor do gs e da chama oriunda das ventaneiras para a carga
H reduo direta, ou seja, pelo carbono do carvo ou coque, e reduo indireta, ou seja, pelos gases redutoresREAES DE FORMAO DA ESCRIAImpurezas das matrias primas (SiO2, Al2O3, Mn, S, P e lcalis)
Fuso do ferro e da escria (SiO2, CaO, MgO, Al2O3): 95% em massa, restante FeO, MnO, FeS, CaS, lcalis
Reduo da slica (SiO2) e incorporao no ferro gusa: importncia na aciaria
DUAS FORMAS DE TRANSFERNCIA DO SI PARA O FERRO GUSA:
(SiO2) + [2C] [Si] + (2COgs) direta
(SiO2) + ( SiOgs )+ (COgs) Indireta
(SiOgs) + [C] [Si] + (COgs)
Na zona de combusto:
(SiO gs) + [Fe] [Si] +
Aumento da zona de gotejamento: elevao da zona coesiva aumenta o tempo disponvel para a reao de processarFavorecida pelo aumento de T e diminuio de PCONTROLE DO TEOR DE SI NO FERRO GUSA[Si] + (2MnO) (SiO2) + [2Mn]
[Si} + (2FeO) (SiO2) + [2Fe]
[Si] + (2FeO) +[2C] (SiO2) + [2Fe] + (2COgs)Acima de 1200 C Slica combina-se com CaO e MgO
Quantidade de slica e formao de (FeO-SiO2): aumenta espessura zona coesiva
+ coque ou carvo {Fe} + (CO) gs
Fuso da faialita
Fuso do FeO: reao endotrmica (esfriamento do forno)
Fuso do Fe: T em 150C mais elevada (formao de uma fase slida)
Engaiolamento e arriamentoProduzir snter/ pelota com basicidade > 1,5 : CaO/SiO2 > 1,5
MgO e CaO combinam com SiO2: aumenta a T de fuso da pelcula formada em torno das partculas de minrio, dando tempo para acontecer a completa reduo do minrio de FeO para Fe
Outras impurezas so reduzidas: Mn (parte mdia e superior da carga) reaes exotrmicas
+ (COgas) + (CO2gas) + (COgas) + (CO2gas) + (COgas) + (CO2gas)
Incorporao do Mn pelo ferro gusa na zona de gotejamento (reao endotrmica) + [C] [Mn] + (COgs) T mais elevadas: 50 a 75% do MnO carregado incorporado ao Ferro gusa
Decomposio dos fundentes: acima de 800C e 970C
+ (CO2)gs + (CO2) gsINCORPORAO DO P AO FERRO GUSAEm elevadas T o elemento passa totalmente para o ferro gusa
+ [5C] [5P] + (COgs)
Ganga no minrio: apatita
+ + + [2P] + (5COgs)
Reao indesejvelINCORPORAO DO ENXOFREORIGEM: coque e minrio ( FeS, MnS e FeS2)
Teor mnimo no ao: abaixo de 0,002% (reduz propriedades mecnicas)
H2S fomado na queima e carreado pela corrente gasosa ou COS
Corrente gasosa e CaO e MgO ou combina-se com ferro: + (COS)gs + CO2 (gs)
Reaes para remoo do enxofre
+ + + + + [Mn] +
FeO prejudica a dessulfurao
Reaes de dessulfurao no cadinho: altas temperaturas (favorece reaes endotrmicas)
+ + [Fe] + + (CO)gs