Processo de pelotização

0

FACULDADE DO CENTRO LESTE-UCL

CURSO TECNICO EM METALURGIA

LUCIANO DA SILVA

INFLUÊNCIA DA UMIDADE NO PROCESSO DE PELOTIZAÇAO

SERRA 2008

1

LUCIANO DA SILVA

INFLUÊNCIA DA UMIDADE NO PROCESSO DE PELOTIZAÇAO

Trabalho interdisciplinar apresentado no curso técnico em metalurgia da faculdade do centro leste‐UCL, como requisito parcial para obtenção do certificado de técnico em metalurgia. Orientador: Paulo de tarso

SERRA 2008

2

Resumo Este trabalho apresenta‐se a influencia da umidade no processo de pelotizaçao, dando destaque para o processo de filtragem e a formação da polpa retida, que tem grande influencia no Pelotamento e conseqüentemente no processo de queima. Realizamos testes de umidade no processo de filtragem das usinas 1 e 2 da Vale , para avaliar a umidade da polpa retida em função da espessura da camada e tempo de secagem controlados através da rotação do filtro e obtivemos resultados de umidade muito próximo,sem grandes alterações na quantidade de água na polpa retida.

3

Índice 1.0 Introdução ............................................................................................................................... 5

1.1 Históricos da pelotização ............................................................................................. 5

2.0 INTRODUÇÃO A SIDERURGIA .................................................................................................. 6

2.1 Panorama de produção siderúrgica. ............................................................................. 7

2.2 Sustentabilidades na siderurgia .................................................................................... 8

2.3 Produtos siderúrgicos ................................................................................................ 10

2.4 Classificações dos produtos siderúrgicos .................................................................... 12

2.5 siderúrgicas brasileiras e seus produtos ..................................................................... 15

3‐Área de redução ....................................................................................................................... 16

3.1 ‐ Coqueria .................................................................................................................. 17

3.2‐Sinterização ............................................................................................................... 19

3.2‐alto‐forno .................................................................................................................. 21

3.3 Processos de redução direta ....................................................................................... 27

4‐Processo de pelotizaçao ........................................................................................................... 28

4.1 Preparação da matéria‐prima ..................................................................................... 30

4.1.1 Empilhamento/Recuperação ..................................................................................... 30

4.2‐Moagem .................................................................................................................... 31

4.2.1‐Variáveis operacionais ............................................................................................... 34

4.3 Espessamento/homogeneização e adição de carvão .................................................. 42

4.3.1 Espessamento ............................................................................................................ 42

4.3.2 homogeneização ........................................................................................................ 47

4.3.3 Adição de carvão ........................................................................................................ 48

4.4 Filtragem ................................................................................................................... 48

4.4.1 Formação da polpa retida .......................................................................................... 50

4.4.2 Equipamentos e componentes da área de filtragem ................................................. 51

4.4.3 Tipo de aglomerantes ................................................................................................. 56

4.5 Pelotamento .............................................................................................................. 57

4.5.1) Equipamentos usados para a formação das pelotas cruas ................................. 61

4.5.2) Variáveis do processo .......................................................................................... 62

4.6‐ Queima ..................................................................................................................... 67

4.6.1 Tratamento térmico das pelotas ................................................................................ 67

4.7 Peneiramento ............................................................................................................ 70

4.8 Umidade no processo de pelotizaçao ......................................................................... 71

4

Bibliografia .................................................................................................................................. 75

5

1.0 Introdução

1.1 Históricos da pelotizaçao

As jazidas de minério de ferro contem, naturalmente, uma parcela de fios de tamanho

inferior a 6 mm. E unanimidade na siderurgia nacional que esta e a dimensão mínima aceitável

em minérios granulados para a utilização em altos‐fornos. Além disso, durante a lavra,

processamento de concentração, classificação, manuseio e transporte do minério, e gerada

uma quantidade adicional de partículas finas e ultrafinas, cuja aplicação direta nos reatores de

redução e impraticável. A utilização do minério nesse estado tornaria a carga pouco

permeável à passagem dos gases redutores, diminuindo a performance operacional. Por outro

lado, a separação dessa parcela ,considerando‐a como rejeito, teria as seguintes implicações,

dentre outras:

‐Diminuição do rendimento da lavra;

‐Aumento dos custos operacionais;

‐Redução das reservas

‐Aumento dos rejeitos.

Com o propósito de elevar o índice de recuperação e melhorar a economicidade global do

sistema, surgiram os processos de aglomeração. O objetivo era agregar em pedaços de

tamanho adequado um grande numero de minúsculas partículas de minério, resultando num

produto com características adequadas para a utilização nos reatores de redução. Os meios

empregados para promover a aglomeração foram baseados em processamentos térmicos a

altas temperaturas. Surgiram, assim, os processos de sinterização, no final do século dezenove

e os de pelotizaçao no inicio do século vinte, em 1911, na Suécia. A sinterização encarregou‐se

de uma parcela dos finos. Mostrou‐se porem, imprópria a absorção dos ultrafinos, com

tamanho abaixo de 0, 149 mm (100mesh). Para aproveitá‐los, foi então idealizada a

pelotizaçao. Com esses dois processos, todos os finos gerados na mineração puderam ser

aglomerados em tamanhos adequados a utilização nos reatores de redução nas usinas

siderúrgicas.

A pelotizaçao e um processo de aglomeração que, através de um tratamento térmico,

converte a fração ultrafinas em esferas de tamanhos na faixa de 8 a 18 mm, possuindo

características apropriadas para alimentação nas unidades de redução. O seu grande

desenvolvimento baseou‐se numa serie de fatores, dentre os quais podem ser destacados:

• O sucesso alcançado pelos americanos na concentração e pelotizaçao das

taconitas, minério magnético de baixo teor metálico.

6

• S perspectivas de exaustão das reservas de minero de alto teor de ferro.

• A melhoria dos índices operacionais dos altos‐fornos com o emprego de

aglomerados, substituindo‐se gradativamente os minérios naturais.

• A participação de novos fornecedores de minério no mercado internacional, o que

tornou a competição mais acirrada e exigiu melhores índices de qualidade da

matéria‐prima.

• A possibilidade de controlar mais estreitamente as características físicas e

metalurgias das cargas dos reatores de redução, alinhando‐se com a evolução da

técnica de operação dos altos‐fornos, sobretudo no cuidado com a preparação das

matérias‐primas.

• As previsões de consumo crescente do aço em todo o mundo criaram um novo

alento no sentido de adotar‐se e aprimorar os processos que permitisse as

melhores produtividades.

Esses fatores, evidentemente, não atuaram de forma isolada, mas houve influencia

simultânea de vários deles no decorrer das ultimas décadas. (Vale)

2.0 INTRODUÇÃO A SIDERURGIA

O aço é a liga metálica mais utilizada pelo homem, pois sua grande versatilidade e seu

baixo custo possibilitam a sua utilização em uma ampla gama de aplicações, desde minúsculas

peças como engrenagens de relógios, mola de expansão das veias cardíacas ate grandes

estruturas como pontes, edifícios e navios. A produção de aço e uma atividade de grande

potencial d geração de crescimento econômico e social de uma região e de uns pais, seja pela

necessidade de mão‐de‐obra qualificada,pela elevada utilização de matérias‐primas e insumos

(minérios, refratários, gases industriais, sucatas), pela geração de varias indústria de

fornecimento de equipamentos ou componentes (maquinas, caldeiras, sensores, motores) e

serviços (manutenção mecânica, elétrica, instrumentação e refratários), alem de indústrias

para utilização local dos produtos e co‐produtos siderúrgicos (metalúrgicas para produção de

tubos ou estruturas metálicas ou estampadas pré‐montados, relaminações, fabricas de

cimento, recuperação de escoria e lamas, termoelétricas). (Rizzo, 2005)

No atual estagio de desenvolvimento da sociedade, e impossível imaginar o mundo

sem o uso do aço e do ferro fundido. A produção do aço e um forte indicado do estagio de

desenvolvimento econômico de um pais. Seu consumo cresce proporcionalmente a construção

de edifícios, execução de obras publica instalação de meios de comunicação e produção de

7

equipamentos. Esses materiais já se tornaram corriqueiros no cotidiano, conforme as figuras 1,

2, 3,4. Mas fabricá‐los exige técnica que deve ser renovada de forma cíclica, por isso o

investimento constante das siderúrgicas em pesquisa. O início e o processo de

aperfeiçoamento do uso do ferro representaram grandes desafios e conquistas para a

humanidade. (IBS, 2008

Figura 1: Aplicação do aço Figura 2: Aplicação do aço

Fonte: Fonte: http://www.infomet.com.br/8a_etapa. php

Figura 3: Aplicação do aço Figura 4: Aplicação do aço

Fonte: Fonte: http://www.infomet.com.br/8a_etapa. Php (IBS, 2008)

2.1 Panorama de produção siderúrgica.

O Brasil apresenta vocação e potencial ainda não adequadamente explorado para o

desenvolvimento na área siderúrgica, pois, temos grande parte das matérias‐primas, parque

tecnológico competitivo, e localização privilegiada. A produção brasileira de aço bruto e a

respectiva proporção em relação à produção mundial evoluíram conforme tabela 1 (na tabela

2 distribuição por estado nos meses de janeiro e fevereiro de 2008), e vem crescendo ano a

ano, ainda e muito tímida quando se considera as nossas reservas de minério de ferro e nosso

potencial mercado consumidor (Rizzo, 2005).

8

Tabela 1 Evolução da produção de aço brasileira

Ano Produção (t) Brasil/Mundial

(%)Brasileira Mundial

1940 141200 140600000 0,1

1950 768600 191600000 0,4

1960 2219300 346600000 0,6

1970 5390400 595400000 0,9

1980 15337300 715600000 2,1

1990 20567000 770200000 2,7

1995 25076000 749200000 3,3

1999 25000000 786800000 3,2

2001 26716800 850000000 3,1

2002 29603600 902000000 3,3

2003 32035600 968256000 3,3

2004 32900000 1057000000 3,1

Fonte: (Rizzo, 2005)

Tabela 2 Produção brasileira nos meses de Jan/Fev‐2008

Estado Janeiro/fevereiro‐2008

Aço bruto (%) Laminados e semi‐acabados

para venda

(%)

Minas gerais 2055,0 36,18 1881,8 35,60

São Paulo 1179,5 20,76 944,0 17,86

Espírito santo 1072,9 18,89 1093,3 20,68

Rio de janeiro 1025,0 18,04 852,7 16,13

Outros 348,2 6,13 514,7 9,74

Total 5680,6 100,00 5286,5 100,00

Fonte: IBS‐instituto brasileiro de siderurgia

2.2 Sustentabilidades na siderurgia Fonte geradora de riquezas para o país, a siderurgia e uma indústria comprometida

com as exigências da sociedade em questão relacionadas com a preservação ambiental e a

comunidade. Esta constantemente investindo em suas plantas para atender as normas mais

9

rígidas da legislação, suprir o mercado interno com competência, manter forte posição

exportadora, alem de desenvolver as comunidades locais e contribuir para o fortalecimento da

economia local. A siderurgia brasileira concluiu em2006 um ciclo de investimento, iniciado em

1994, de U$$18,9 bilhões ate 2012, considerando apenas as usinas do parque existente. A

capacidade de produção saíra de 37 milhões de toneladas de aço para 52,2 milhões de

toneladas. Considerando como novos projetos, serão 66 milhões de toneladas de aço.

Estes investimentos estão ligados de forma indissociável aos fundamentos de

responsabilidade social e corporativa, conforme explicitado no relatório de sustentabilidade do

setor. No ano passado, as empresas do setor destinaram R$223,9 milhões para projetos de

ação social, sendo voltados basicamente para a área de meio ambiente (52%) e cultura (22%).

São principalmente projetos desenvolvidos e geridos pelas próprias empresas, em parceria

com outras instituições. A importância do setor siderúrgico brasileiro se reflete na geração de

postos de trabalho, com empregos de qualidade. No ano de 2006, o setor comportava 111557

colaboradores. A taxa de rotatividade entre os colaboradores da siderúrgica brasileira e baixa

(6,1 % em 2006). Em relação à permanência nas empresas, 45% do efetivo próprio do setor

tem mais de 11 anos de trabalho. A maior parte deles, 25% tem entre 11 e 20 anos de

empresa. Por quê? As razoes são variadas.

Alem de um pacote interessante de renumeração e benefícios, os colaboradores

sentem‐se atraídos pelos investimentos em educação, treinamento e desenvolvimento que a

siderurgia proporciona. Em 2006, as empresas siderúrgicas destinaram R$63,4 milhões para

programas de treinamento e desenvolvimento profissional de seu pessoal.

O ambiente de trabalho e cercado de cuidados. Aproximadamente 80% das empresas

do setor siderúrgico brasileiro possuem comitês formais de saúde e segurança que auxiliam no

monitoramento e aconselhamento de programas de segurança ocupacional, com

representação da administração da companhia e dos trabalhadores. O desenvolvimento de a

siderurgia estar e sempre será baseado nas melhores praticas operacionais disponíveis, com

grande atenção as crescentes exigências ambientais e as novas demandas da sociedade. O

compromisso e o crescimento sustentável. A relatoria de sustentabilidade do setor pode ser

acessada na integra em www.ibs.org.br. (Oliveira, 2007) Na tabela 3 mostra alguns

investimentos feitos pelo setor na área social.

10

Tabela3: Números sociais da siderurgia

Valor Ação Social

R$223,9 milhões Para projetos de ação social

52,0% Dos projetos de ação social são voltados para meio ambiente e 22% para cultura

111557 Colaboradores

59,8% Do efetivo próprio com idade entre 21 e 40 anos

45,0% Do efetivo próprio com mais de 11 anos de trabalho

R$9,7 milhões Investidos em educação para os colaboradores

R$63,4 milhões Investidos em programas de treinamento e desenvolvimento profissional do efetivo de pessoal

82,0% Do efetivo próprio do setor, no mínimo, o ensino médio Fonte: (Oliveira, 2007)

2.3 Produtos siderúrgicos Os produtos siderúrgicos podem ser inicialmente classificados em três grandes famílias

em função da composição química:

‐Ferros‐liga;

‐Ferros fundidos;

‐Aços.

a) Ferros ligas: são ligas de ferro com outros metais ou metalóides, exceto o carbono, quase

sempre produzidas em fornos elétricos, que se destinam principalmente a servir a adição em

outros processos siderúrgicos como fundição em aciaria. Entre eles pode‐se citar o ferro‐silicio

(Fe‐Si), ferro‐ manganês (Fe‐Mn), ferro‐molibdenio (Fe‐Mo), ferro cromo (Fe‐Cr), ferro‐silico‐

manganes (Fe‐Si‐Mn), ferro‐fosforo (Fe‐P), ferro‐vandio (Fe‐V), ferro‐tungstenio (Fe‐W), ferro‐

titanio (Fe‐Ti).

b) Ferros fundidos: são ligas ferro carbono com teor de carbono variando entre 2,04 e 6,7%.

contendo pequenas porcentagens de outros elementos ,denominados residuais,como

Mn,Si,P,S. podem receber adições de outros elementos,para melhorar suas

propriedades,como Ni,Cr,Mo, produzindo assim os ferros fundidos especiais.

c) Aços: constituinte a mais utilizada família dos produtos siderúrgicos. Sua ampla gama de

aplicações e devida a sua boa moldabilidade (quando no estado liquido), elevada resistência

mecânica, homogeneidade, ductilidade, maleabilidade, tenacidade, usinabilidade,

11

soldabilidade, pela possibilidade de alterar suas propriedades por tratamentos térmicos,

mecânicos e químicos, e, principalmente, por seu relativo baixo custo.

A ABNT‐Associção brasileira de normas técnicas define o aço como ‘’liga ferrosa passível de

deformação plástica, em geral com teor de carbono entre 0, 008 e 2,4%%, podendo conter

elementos de liga adicionados intencionalmente e elementos residuais; geralmente o carbono

se apresenta na forma combinada (cementita) e/ou dissolvida (Ferri ta)”.

A ABNT ainda subdivide o aço em três grupos:

1°‐Aço‐carbono: são aços que não contem elementos de liga alem dos teores residuais

admissíveis para cada tipo e nos quais os teores de Si e Mn não ultrapassam 0,60% e 1,65%%,

respectivamente. A adição de elementos com o fim especifico de melhorar as características

de usinabilidade não descaracteriza o aço carbono.

Divide‐se ainda em:

‐Baixo carbono: quando %C<030.

‐Médio carbono: quando 0,30≤%C≤0,50.

‐Alto carbono: quando %C>0,50.

2°‐Aço de alta resistência e baixa liga (ARBL): aço com teor de carbono ≤0,25%, teor total de

liga <2,0% e limite de escoamento ≥ 300 Mpa. E também uma liga ferro‐carbono, mas,

contendo adições moderadas de um ou mais elementos de liga como nióbio, titânio, vanádio.

3°‐Aço ligado ou aço liga: aço que contem elementos de liga adicionados intencionalmente

com a finalidade de conferir propriedades desejadas. São ligas de Fe e C contendo outros

elementos, em teores maiores que os residuais do aço‐carbono e que os dos ARBL. São as ligas

ternárias como os aços ao níquel (Fe‐C‐Ni) ou multicomponentes como as ligas a base de

cromo‐niquel‐molibdenio (Fe‐C‐Cr‐Ni‐Mo). Estes três grupos ainda são passiveis de outras

classificações (SAE, AISI, ECT). Para motivar a realização de estudo das características dos

principais aços produzidos pelas indústrias siderúrgicas, apresenta‐se na tabela 4 os critérios

de classificação e as respectivas classes dos aços segundo a ABNT na norma NBR 8279 de 1983

(Rizzo, 2005).

12

Tabela 4: Critérios de classificação e classes dos aços

Critério Classes

Característica predominante

Aços para construção Aços

ferramentasAços

inoxidáveis

Aços com características particulares

Construção mecânica Rápido Martensítico Elétrico

Trabalho a quente

Ferritico Magnético

Estrutural Trabalho a

frio Austenítico Criogênico

Estampagem Resistente ao choque

Endurecivel por

precipitação

Resistente ao desgaste

Caldeira e vaso de pressão Temperável

a água

Ultra‐resistente

Tubulação Revestido

Construção especial Composição química

Carbono Ligado Carbono ou

ligado Ligado

Carbono ou ligado

Propriedades exigidas na utilização

Aço comum, aço de qualidade especial

Aço de qualidade e aço especial

Especial


2.4 Classificações dos produtos siderúrgicos Foi apresentada anteriormente uma classificação dos processos siderúrgicos, levando‐

se em conta principalmente a composição química em três grandes famílias; ferros‐ligas,

ferros‐fundidos e aços. Outra classificação de extrema importância para a compreensão do

setor siderúrgico e relativa ao grau de acabamento dos produtos siderúrgicos, após as etapas

de refino e laminação. Segundo este critério, os produtos siderúrgicos podem ser classificados

em acabados ou semi‐acabados.

Os produtos siderúrgicos são denominados semi‐acabados, ou intermediários, em

virtude de praticamente não existir aplicação direta para os mesmos, salvo para posterior

processamento por laminação, extrusão, forjamento, etc. que os transformarão em produtos

finais, ou seja, acabados.

AABNT em sua norma NRB 6215 de 1986 classifica os produtos semi‐acabados de

conformidades com a área da seção transversal e sua forma:

‐Bloco: e um produto semi‐acabado cuja seção transversal e superior a 22.500mm

quadrado e com relação entre altura e espessura igual ou menor que dois; as arestas

são arredondadas. A figura 5 mostra a foto de um bloco.

13

Figura5: Foto de um bloco

Fonte: www.infomet.com.br

‐Tarugo ou palanquilha: e u produto semi‐acabado cuja seção transversal e menor ou

igual a 22.500 mm quadrado e a relação largura e espessura igual ou menor que dois;

as arestas arredondadas as tolerâncias dimensionais menos restritivas que as das

barras;

‐Placa: e um produto semi‐acabado com seção transversal retangular, com espessura

maior que 80 mm e relação largura e espessura maior que quatro.

Quanto aos produtos acabados de laminação existe uma subclassificação de extrema

importância de acordo com o tipo de produto plano o não‐plano. Entende‐se por

produto laminado plano ou simplesmente produto plano aquele cuja forma da seção

transversal e retangular, sendo que a largura do produto e varias vezes maiores do que

a sua espessura. Os produtos acabados planos obtidos por laminação a quente ou a

quente e a frio de placas em cilindros lisos (sem canais) e se subdivide de acordo com

as dimensões em:

‐Bobina: produto laminado com largura mínima de 500 mm e enrolado na forma

cilíndrica.

• Bobina fina a frio: produto plano laminado com espessura entre 0, 385 e

3,0mm e com largura superior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja

espessura final e obtida por laminação a frio.

• Bobina fina a quente: produto plano laminado com espessura entre 1,20 e

5,0mm e com largura superior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja

espessura final e obtida por laminação a quente.

14

• Bobina grossa: produto plano laminado com espessura superior a 5,0mm e

igual ou inferior a 12,7mm, largura superior a 500 mm, enrolado na forma

cilíndrica e cuja espessura final e obtida por laminação e quente. A figura 6

mostra a foto de uma bobina laminada a quente.

Figura 6: Bobina laminada a quente

Fonte: encarte do curso de engenharia metalúrgica da UVV

‐chapa: produto plano de espessura mínima de 0,38mm e largura mínima de 500 mm.

• Chapa fina: chapa com espessura mínima entre 0,38mm e 5,0mm e com largura igual ou superior a 500 mm.

• Chapa fina a frio: chapa com espessura entre 0,38mm e 3,0mm e com largura superior a 500 mm, fornecido em forma de placa, cuja espessura final e obtida por laminação a frio.

• Chapa fina a quente: chapa com espessura entre1, 20 mm e 5,0mm e com largura superior a 500 mm, fornecido em forma plana, cuja espessura final e obtida por laminação a quente.

• Chapa grossa: chapa com espessura superior a 5,0mm e largura superior a 500m, em forma plana, cuja espessura final e obtida por laminação a quente.

‐Fita de aço para embalagem: produto plano laminado com espessura igual ou inferior a 1,27mm e com largura igual ou inferior a 32 mm fornecido na forma de rolo, utilizando como elemento de fixação ou compactação no acondicionamento e/ou embalagem.

‐Folha: produto plano laminado a frio como espessura igual ou inferior a 0,38mm e como largura mínima de 500 mm e fornecido em bobinas ou em um comprimento definido.

‐Tira: produto plano relaminado a frio ou produto plano laminado com largura igualou inferior a 500 mm, fornecido com um comprimento definido.

15

‐Rolo: produto plano relaminado a frio ou produto plano laminado com largura igual ou inferior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica de tal modo que a largura final do rolo seja igual à largura do produto plano (rolo simples) ou então, de modo que a largura final do rolo seja superior a largura do produto plano. (Rizzo, 2005)

2.5 siderúrgicas brasileiras e seus produtos Segue abaixo as tabelas com as siderúrgicas brasileira e seus respectivos produtos com os produtos planos representados na tabela 5, produtos longos na tabela 6 e trefilados na tabela 7.

Tabela5: Produtos planos

Fonte: www.ibs.com.br

16

Tabela 6: Produtos longos


Tabela 7: Produtos trefilados


3Área de redução Deteremos‐nos na análise dos principais parâmetros do processo necessários para a

obtenção do ferro primário (ferro‐gusa ou ferro esponja) numa usina siderúrgica. Em primeiro

lugar devemos considerar que o processo de obtenção de ferro gusa nos alto‐fornos pode ser

realizado empregando‐se alternativamente o carvão vegetal ou o carvão mineral (convertido

em coque), com a dupla função de combustíveis e redutores. Alem disso o processo de

redução direta (DRI) também pode ser empregado, fazendo o uso do gás natural ou carvão

para obtenção do ferro esponja.

Discutiremos em primeiro lugar as rotas tecnológicas para obtenção de ferro‐gusa em

altos‐fornos. Uma consideração importante a respeito dessa rota estar relacionada com o tipo

de combustível/redutor utilizado,ou seja,carvão vegetal ou coque. No caso de uso de fornos a

17

carvão vegetal como matéria‐prima, os altos‐fornos podem ser de dois tipos básicos: a)mini

altos‐fornos a carvão vegetal ,utilizados pelas usinas não‐ integradas,;b)altos‐fornos a carvão

vegetal utilizados em usinas integradas,mas sem a coqueria. Normalmente, os alto‐fornos

operando com coque como principal combustível/redutor apresenta uma capacidade de

produção maior.

Para fins de estudo consideraremos que a fase do processo de produção denominada

de redução e compreendida pelos seguintes setores básicos:

‐pátios de matérias‐prima ou minérios;

‐coqueria, no caso de uso do carvão mineral;

‐Processos de aglomeração de finos de minério e/ou carvão (sinterização ou

pelotizaçao);

‐fornos de obtenção de ferro primário (alto‐forno, redução direta e fusão redutora)

Na figura 7 segue o fluxo de produção de uma usina siderúrgica integrada.

Figura7: Fluxo de produção de uma usina siderúrgica integrada

Fonte: www.usiminas.com.br

3.1 Coqueria O carvão mineral costuma ser submetido a uma etapa de beneficiamento previa ao

alto‐forno, a coqueificaçao, cujo fluxograma típico e apresentado na figura 8.

18

Figura 8: Fluxo de produção de uma coqueria

Fonte: Introdução aos processos siderúrgicos, Ernandes marcos da Silveira Rizzo

O coque metalúrgico e empregado nos alto‐fornos, onde pode atuar como

combustível, redutor, fornecedor de carbono ao ferro‐gusa e permeabilizador da carga. O ciclo

operacional da coqueria pode ser resumido nas seguintes fases:

• Preparação da mistura de carvões;

• Enfornamento;

• Aquecimento;

• Desenfornamento;

• Apagamento;

• Preparação do coque;

• Tratamento das matérias voláteis.

A mistura de carvões e feita visando geração de um coque cuja qualidade e controlada por

variáveis como: os teores de cinzas, enxofre, materiais voláteis, carbono fixo e umidade,

resistência a compressão e uma reatividade adequada para a geração de um ferro‐gusa de boa

qualidade, aliada a uma alta produtividade do alto‐forno.

O carregamento do carvão mineral e realizado pela parte superior destas câmaras através

de um carro que se desloca sobre a bateria para seu abastecimento. Resumindo pode‐se dizer

que, fundamentalmente, a coqueificaçao consiste em submeter uma mistura de carvões de

características adequadas a um aquecimento em ausência do ar, evitando a combustão, para

promover uma destilação do carvão. Esta destilação provoca a liberação de gases e o

aparecimento de um resíduo solido, poroso, infusível, basicamente constituído de carbono,

que e o coque. Durante a coqueificaçao a mistura de carvões e aquecida a 1100°C, numa

câmara sem circulação de ar, dotada de uma abertura superior, por onde saem matérias

19

voláteis, que são recolhidas, pois, são de grande valor por formarem um gás combustível com

alto poder calorífico.

O aquecimento do carvão mineral enfornado e indireto, pois, o calor e gerado nos dutos

de aquecimento distribuídos no interior da câmara. Assim o carvão carregado dentro da

câmara entra em contato com as duas paredes aquecidas e o calor e transmitido, por

condução, para o centro da carga. O material solido remanescente na retorta e o coque, que

estar pronto para ser desenfornado.

Para a realização de Desenfornamento, as duas portas da retorta são abertas. Por uma

delas e introduzido o êmbolo empurrador, que empurra o coque para fora da câmara pela

outra porta. O coque incandescente cai dentro de um vagão de transporte.

O coque deve ser apagado imediatamente, para impedir sua queima, o que pode ser feito

a úmido ou a seco. No apagamento a úmido, o vagão carregado e posicionado sob a torre de

apagamento, onde o coque e apagado com fortes jatos de água. Neste processo, ocorre um

consumo de água em torno de 400 litros por tonelada de coque resfriado. No processo de

apagamento a seco, o coque incandescente e introduzido em uma câmara de extinção e

submetido a uma corrente ascendente de nitrogênio, numa temperatura abaixo de 180°C.

A permeabilidade da carga e de fundamental importância no alto‐forno. Por este motivo,

deve ser realizado um rigoroso controle da granulometria e da resistência mecânica do coque.

Assim para atender as características do alto‐forno, depois de frio, o coque deve ser britado e

peneirado. Esta etapa e denominada de preparação do coque.

Durante a carbonização da mistura dos carvões nos fornos das baterias, alem do coque

produzido, há formação de uma mistura gasosa identificada com o gás de coqueria ou

simplesmente pela sigla de (COG‐coke oven gás) e outra mistura liquida conhecida por

condensados mistos, sendo composto, principalmente de água amoniacal (98,7%), alcatrão

(1%) e borra (0,30%). Aproximadamente 25% da mistura de carvões se transformam em

matérias voláteis, que, depois de tratadas podem ser usadas na própria usina e na produção

de energia elétrica numa central termoelétrica. O alcatrão pode ser soprado nos altos‐fornos,

na altura das ventaneiras, economizando coque e, também, pode ser vendido para indústrias

do ramo de carboderivados

3.2Sinterização A sinterização consiste em misturar e homogeneizar finos de minérios de ferro (sínter feed), finos de carvão ou coque, finos de fundentes (cal, etc.) e controlar a umidade inicial de mistura, seguida da combustão do carvão, de modo que a temperatura seja elevada ate a faixa de 1250°C a 1350°C, condição suficiente para que a umidade evapore e as partículas da carga se unam por caldeamento, devido à ocorrência de uma fusão parcial do tipo redutor‐oxidante,

20

obtendo‐se um material resistente e poroso, com alguns centímetros de diâmetro médio denominado sínter. Na figura 9 apresenta‐se um fluxograma esquemático de um processo de sinterização.

Figura 9: Fluxograma esquemático do processo de sinterização


O sínter feed geralmente utilizado e um concentrado de hematita com granulometria

abaixo de 5 a 8 mm,fornecido pelas mineradoras. Basicamente, os minérios de ferro,

fundentes, adições, material reciclado (pó de alto‐forno, lixo industrial, carepa), sínter de

retorno e combustíveis sólidos (coque, carvão vegetal ou antracito), convenientemente

dosados e devidamente umidificados são misturados em equipamentos do tipo misturadores e

carregados na unidade de produção (panela ou esteiras continua). A umidade e importante

para controlar a permeabilidade da camada, proporcionar a mistura uma dada resistência

mecânica e facilitar à micro pelotizaçao.

O calor gerado em um forno sobre o leito promove a queima de combustível presente

na superfície da mistura. O ar aquecido aspirado por um sistema de exaustão passa a queimar

todo o combustível disseminado na mistura. Os gases quentes gerados promovem à

vaporização da água, a decomposição dos carbonatos e hidratos (calcário, dolomita, etc.), a

redução parcial do oxido de ferro (minério), provocando também a fusão parcial (superficial)

das partículas que permanecem ligadas por uma matriz de escoria formada no processo. A

continuidade da sucção do ar permite o resfriamento do bolo (mistura), obtendo‐se, assim, um

21

aglomerado de minério de ferro denominado sínter. Após o resfriamento final e a classificação

granulométrica conveniente, o sínter e considerado uma matéria‐prima para o alto‐forno, a

figura 8 mostra o aspecto do sínter feed e do sínter. As principais características exigidas par o

sínter são:

• Não conter elementos químicos indesejáveis para o alto‐forno;

• Composição química estável;

• Elevado teor de ferro;

• Baixo volume de escoria;

• Elevada resistência mecânica;

• Granulometria estável;

• Baixa porcentagem de finos;

• Baixa degradação sob redução;

• Possuir alta redutibilidade.

Figura 9: Aspecto do sínter feed e do sínter

Fonte: GAEPP‐Vale

3.2altoforno O alto forno e um reator metalúrgico empregado na produção de ferro gusa, através

da fusão redutora de minérios de ferro em presença de carvão vegetal ou coque e fundentes,

os quais são carregados pelo topo e, na descida são transformados pela ação dos gases

ascendentes, provenientes da combustão do carvão com oxigênio soprado pelas ventaneiras,

obtendo‐se escoria e o ferro‐gusa, depositados no cadinho e as poeiras e os gases no topo. No

interior do alto‐forno, estão reagindo sólidos, líquido e gases. A temperatura varia de 150°C no

topo ate 2100°C nas regiões inferiores. De maneira geral e constituído de (figura 10):

‐Equipamentos de descarga e pesagem de matérias‐primas;

22

‐equipamentos de carga no topo do alto‐forno;

‐O forno propriamente dito;

‐Equipamentos para operação de alta pressão;

‐Os regeneradores de calor.

Figura 10: fluxograma típico de um alto forno


A carga sólida do alto‐forno, constituída de combustíveis/redutores (carvão vegetal ou

coque), minério de ferro (granulado e/ou sínter e/ou pelota) e, eventualmente, fundentes, e

peneirada, pesada e armazenada em silos. Nos forno moderno utiliza‐se tremonha de

pesagem em cada silo de matéria‐prima. Os silos são dispostos e dimensionados de acordo

com o planejado para cada carga (carga metálica, coque e fundentes). Utiliza‐se um sistema de

carregamento em lotes, bem definidos normalmente separados em coque e minérios (sínter,

pelotas, minérios). Estes materiais são transportados dos silos, ate o topo do forno através de

23

correias transportadoras ou sistemas de carrinhos (vagonetas ou skips) que se deslocam sobre

trilhos ou ainda cestos com fundos moveis (para alto‐fornos pequenos). A carga solida e

carregada de maneira periódica, sendo realizada a drenagem continua ou periódica de líqüidos

(ferro‐gusa e escória) pela parte inferior, com a contínua injeção de ar quente e

hidrocarbonetos pelas ventaneiras, alem da remoção de gases e pó pelo topo.

Os equipamentos de carga do topo do forno são empregados para introduzir a matéria

prima transportada pela correia principal e também evitar vazamento de gás pelo topo. Nos

fornos pequenos convencionais utilizam‐se equipamentos de carga de topo de tipo Mckee (2

cones), permitindo o carregamento em dois estágios e a distribuição circunferência da carga n

goela do forno. Para operação com alta pressão o tipo três cones tem sido usado com

modificações. Nos alto‐fornos mais recentes a utilização do topo tio Paul Wurth tem

prevalecido, pelo fato deste sistema, que utiliza uma calha rotativa que pode ter ângulo de

inclinação variável, permitir uma distribuição de carga muito mais flexível que os métodos

anteriores. Na figura 11 são mostrados estes dois sistemas.

Figura 11: representação esquemática do forno dois cones e calha rotativa


Uma vez completado o ciclo de carga com o material descarregado de forma uniforme

na periferia do cone grande, estando fechado o cone menor, e baixado o cone grande

deixando escorregar a carga para o interior do alto‐forno. A freqüência de carregamento e

estabelecida de forma que a altura da carga seja mantida aproximadamente constante, o que

pode ser verificado através de sondas.

24

Uma preocupação na etapa de carregamento e com a distribuição da carga, tanto de

coque ou carvão vegetal como a de minério de ferro. Ao cais no interior do forno, o material

pode formar “montes” na forma de M, se a distancia da queda for elevada (altura da coluna de

carga menor) ou ao contrario, ”montes” na forma de V. a disposição em forma de M favorece

o excesso de coque junto às paredes e no centro do alto‐forno, enquanto que um arranjo em

forma de V, o minério tende a segregar‐se, ou seja, há uma tendência para a concentração de

finos de minério junto às paredes do forno, dificultando a passagem de gases, e uma região

mais permeável no centro do forno. Esta ultima condição, denominada de marcha central,

favorece o aumento de produtividade, mas provoca um aumento no consumo de combustível

e freqüente formação de cascões. Independente do equipamento utilizado, quando a relação

entre as espessuras das camadas de minério e de coque (minério/coque) cresce provoca a

redução do fluxo gasosa neste local.

O controle da marcha do forno pode ser feito através da variação da altura de queda

ou alterando‐se a granulometria dos materiais carregados, de forma que não exista sempre

uma predominância de passagem de gases só próximo as paredes ou só pela parte central do

forno. A passagem preferencial pelo centro faz com que, depois de certo tempo, os pequenos

pedaços sejam colados as paredes, reduzindo a seção livre do forno, prejudicando a operação

do mesmo. Por outro lado, a passagem preferencial na região próxima as paredes, provoca um

maior desgaste dos refratários.

Na figura 12 e 13 apresentam‐se as diversas regiões do alto‐forno em função do seu

perfil. Na região ou seção denominada goela, e efetuado o carregamento e distribuição da

carga do alto‐forno a partir do equipamento de carga do topo. Chapas de aço ou peças de

ferro fundido são utilizados como revestimento de desgaste na parede interna da goela para

evitar abrasão no refratário na entrada da carga do alto‐forno. O equipamento de distribuição

da carga pode ser calha rotativa ou uma armadura móvel. O volume interno de um alto‐forno

e definido como sendo o volume compreendido entre o limite superior da goela e o nível do

furo do ferro‐gusa no cadinho.

A região da cuba e revestida por tijolos refratários, cujo tipo varia de acordo com a

temperatura interna do forno. Possui um formato tronco‐cônico e compreende a maior região

volumétrica do forno.

25

Figura 12: regiões do alto‐forno Figura 13: Comportamento da carga

Fonte: Curso de pelotizaçao Vale/SENAI Fonte: Curso de pelotizaçao Vale/SENAI

O ventre possui o maior diâmetro no alto‐forno e estar sujeito a severas condições de

erosão de seus refratários com o pré‐aquecimento, redução e fusão parcial da carga. Nos

grandes altos‐fornos, a espessura dos tijolos varia de 800 mm a 1000 mm. Para uma maior

proteção, são utilizados sistemas de refrigeração, garantindo maior vida útil desta região.

A rampa e um cone invertido ligando o ventre ao cadinho. Normalmente, tijolos de

carbono são usados no seu revestimento, com espessuras de 500 a 800 mm. Um resfriamento

com água e realizado externamente através de chuveiros, camisas ou staves. Devido a sua

localização na zona de fusão da carga, o desgaste do refratário e mais severo na rampa.

O diâmetro do cadinho, juntamente com o volume interno, e usado para fornecer as

dimensões do alto‐forno. A parede interna do cadinho e revestida de tijolos de carbono. O

cadinho pode apresentar mais de um furo para escoamento do ferro‐gusa liquido. Os

vazamentos são efetuados de 9 a 15 vezes por dia, buscando sempre o menor numero de

vazamentos. As ventaneiras são posicionadas na parte superior do cadinho, todas no mesmo

nível e com a distribuição mais uniforme possível. As ventaneiras, cujo numero pode chegar a

40 é geralmente feitas de cobre e devem possuir um sistema eficiente de refrigeração com

água.

26

Basicamente o alto‐forno tem seu processo baseado na reação de combustão através

da combinação do carbono com o oxigênio do ar, que e injetado pelas ventaneiras numa

velocidade que varia de 180 a 280 m/s. assim sendo, pode se imaginar que para aumentar o

rendimento da combustão e reduzir o consumo de combustível, aquecer o ar de combustão e

um1a boa medida. Por este motivo, foram adotados os altos‐fornos com regeneradores de

calor, que permite elevar a temperatura do ar. Os regeneradores são trocadores de calor que

recebem o ar na temperatura ambiente, aquecendo‐a para temperatura de ate 1300°C. O ar

assim aquecido corresponde a cerca de 10% da energia necessária para a obtenção do ferro‐

gusa no alto‐forno. Este ar será enviado ao anel de vento e em seguida para as ventaneiras do

alto‐forno. O anel de vento e uma construção tubular que envolve o alto‐forno na altura da

rampa.

Nos regeneradores, o calor gerado na combustão dentro do forno e armazenado,

forçando a passagem dos gases que deixam o forno por uma câmara de regeneração, que

consiste numa carcaça de aço com uma estrutura interna formada por tijolos refratários. Alem

da câmara de regeneração também existe uma câmara de combustão que tem como objetivo

permitir a combustão completa dos gases que deixam o forno. O regenerador recebe o ar na

temperatura entre 150 a 200°C, chamado de ar frio, e eleva esta temperatura para a faixa de

1000 a 1300°C, dependendo do projeto do regenerador. Basicamente existem dois tipos de

regeneradores em função do tipo de câmara de combustão:

a) Câmara de combustão externa (tipo cowper);

b) Câmara de combustão interna.

O aquecimento do regenerador pode ser feito através da utilização de gases que deixam o

próprio alto‐forno, podendo ser misturado com o gás de coqueria quando este disponível. O

funcionamento dos regeneradores resume‐se em dois estágios:

‐combustão ou aquecimento: período onde os gases (COG+BFG) são queimados e o calor e

armazenado na câmara de regeneração e direcionado os gases queimados para a chaminé.

‐ventilação ou sopro: período onde o ar de sopro e aquecido através de sua passagem na

câmara de regeneração “retirando” o calor armazenado.

A casa de corrida e o local onde se encerra a operação de redução dos óxidos ferrosos,

tendo como resultado o ferro‐gusa e a escoria, que são conduzidos através dos canais situados

no piso da casa de corrida e separam se devido à diferença de densidade, indo o ferro gusa

para o carro‐torpedo e a escoria para o granulador de escoria ou para o poço de escoria ou

panelas, conforme o lay out de cada usina. A densidade do ferro gusa e de 6,8 t/m³ e a da

escoria de 1,5 t/m³. O ponto final do trajeto do ferro‐gusa através dos canais da casa de

corrida e o CBG (calha basculante de gusa), que despeja o ferro gusa para um nível inferior,

27

onde se encontra estacionado um carro‐ torpedo. Estes equipamentos são recipientes

revestidos com tijolos refratários em seu interior e devidos e sua geometria, tem reduzida

perda de calor para o meio ambiente, permitindo o armazenamento de ferro‐gusa em seu

interior por períodos superiores às 30h, podendo armazenar ate 500 t de ferro‐gusa.

O alto‐forno funciona de forma continua, ou seja, não deve ter sua produção

paralisada, a não serem para manutenções programadas em equipamentos considerados

críticos para seu funcionamento seguro.

3.3 Processos de redução direta Processos de redução direta são aqueles nos quais a redução do minério de ferro a

ferro metálico e efetuado sem que ocorra, em nenhuma etapa do processo, a fusão da carga

no reator. A redução no estado solido do minério de ferro por carvão e praticada desde a

antiguidade, tendo sido o principal processo de obtenção de ferro ate o desenvolvimento dos

altos‐fornos. Assim, o produto metálico e obtido na fase solida, sendo chamado de “ ferro

esponja”. O ferro esponja e um produto metálico com 85 a 95 % de ferro e de 0,1 a 1,0% de C,

podendo chegar a 2,0% de C. tem aspecto esponjoso e obtido no estado solido a temperatura

em torno de 1100°C, apreços relativamente reduzidos se comparado a grandes siderúrgicas

(Machado).

Na tabela 8 apresentam‐se de forma esquemática as principais tecnologias alternativas

ao alto‐forno utilizadas atualmente para a produção de ferro primário, no estado liquido

(ferro‐gusa) ou solido (ferro esponja), a partir da combinação de uma serie de matérias‐primas

metálicas e de redutores/combustíveis.

Tabela8: Tecnologia para produção de ferro primário


Nos processos do tipo redução direta para produção de ferro esponja, podem ser utilizados o gás natural ou o coque como combustível e redutor. No caso da utilização do gás

28

natural, os fornos podem ser do tipo chaminé (cuba ou Shaft), leito fluidizado e retortas (fornalhas). Nos processos mais difundidos (Midrex, Hyl, Arex), são empregados fornos do tipo chaminé vertical com bojos intermediários para injeção dos gases redutores e dos carburantes. O oxido de ferro e normalmente alimentado pelo topo do forno de redução de onde ele flui em sentido descendente por gravidade (figura 13) e descarregado pelo fundo como ferro metálico (com resíduos de oxigênio e ganga) no estado solido sob forma de ferro espoja (DRI‐direct reduced iron ou HBI).

Figura 13: Representação esquemática do processo Midrex

DRI

COMPRESSOR DE GÁS DE RESFRIAMENTO

LAVADOR DE GÁS DE RESFRIAMENTO

FORNO DE CUBA

ÓXIDO DE FERRO

LAVADOR DE GÁS DE TOPO

COMPRESSOR DE GÁS DE PROCESSO

GÁS NATURAL

REFORMADOR

GÁS REDUTOR

SOPRADOR DE AR DE PROCESSO

CHAMINÉ EJETORA

RECUPERAÇÃO DE CALOR

AR DE COMBUSTÃO

AR DE ALIMENTAÇÃO GÁS

COMBUSTÍVEL

GÁS DE EXAUSTÃO

ZON

A D

E R

EDU

ÇÃ

OZO

NA

DE

RES

FRIA

MEN

TO

Fonte: (Pena, 2008)

A carga primeiramente e aquecida e em seguida o minério de ferro e reduzido a ferro

metálico na zona de redução (parte superior do forno) por contato com os gases contendo

hidrogênio, metano e monóxido de carbono aquecido que fluem em contracorrente carga

descendente. O ferro esponja pode ser resfriado no interior do forno de cuba (DRI) ou pode

ser briquetado a quente (HBI) em uma instalação construída separadamente para este fim

(Rizzo, 2005).

4Processo de pelotizaçao Independente da rota tecnológica adotada, o minério de ferro costuma ser beneficiado

antes de ser utilizados nos auto‐fornos e nos fornos de redução direta. O beneficiamento visa

justamente otimizar o desempenho operacional destes equipamentos,sendo realizado pelos

processos alternativos química ao processo posterior de redução. A pelotizaçao e um processo

29

que costuma ser realizado por empresas mineradoras, ao passo que a sinterização e efetuado

nas instalações da própria usina siderúrgica. Os fluxogramas são representações gráficas de

pelotizaçao e sinterização, que realizam a aglomeração de finos de minério de ferro,

aproveitando para adequar a composição que indicam de forma clara o caminho percorrido

pelas matérias‐primas, suas transformações e os produtos e subprodutos gerados. A figura 13

representa de forma esquemática o processo de pelotizaçao.

Figura 14: fluxograma do processo de pelotizaçao

VIRADOR DE VAGÕES

PILHA DE MINÉRIOS

RECUPERADORA DE FINOS

MOINHO DE BOLASHIDROCICLONES

TANQUEHOMOGENEIZADOR

ESPESSADOR

REIRCULAÇÃO DE ÁGUA

FILTROS A VÁCUO

POLPARETIDA

SILO DE AGLOMERANTE

SILOS DO PELOTAMENTO

DISCOS DE PELOTAMENTO

PELOTAS CRUAS

FORNO DE GRELHA MÓVEL

PENEIRAMENTO

PELOTAS QUEIMADAS

EMPILHADEIRA DE PELOTAS

PÁTIO DE PELOTAS

QUEIMADAS

PELOTAS PARA CAMADA DE FORRAMENTO

FINOS DE PENEIRAMENTO

MISTURADORES

PRENSA DE

ROLOS

EMBARQUE

Fonte: (fernandes, 2008)

De forma genérica, o processo de pelotizaçao apresenta três fases distintas:

‐Preparação da matéria‐prima;

‐Formação de pelotas cruas;

‐Processamento térmico.

30

4.1 Preparação da matériaprima

A preparação da matéria‐prima consiste em processar o minério recebido das minas

(figura 15), de modo a lhe dar características necessárias para se fazer a pelota crua. Incluem‐

se nesta fase as seguintes operações: recuperação de matéria‐prima do pátio, moagem,

espessamento, homogeneização, filtragem (Machado).

Figura 15: Fluxograma típico de tratamento de minério

Fonte: (silva)

4.1.1 Empilhamento/Recuperação O empilhamento e feito por uma empilhadeira móvel (figura 16), com capacidade de

6.000 t/h, que deposita os diferentes tipos de minério em camadas sucessivas nas proporções

definidas pelo produto final desejado (figura 17) (serafim, 2007).

Objetivo do empilhamento e homogeneização:

• Minimizar flutuação das propriedades das diversas matérias‐primas;

• Parâmetro chave: Sio2, índice de moabilidade; gênese dos minérios;

• Oportunidades de adição de fundentes combustíveis sólidos;

• Pilha típica: 45.000 a 50.000t de minério.

31

Figura 16: Empilhadeira móvel

Fonte: (ABM, 2008)

Figura 17: Tipos de empilhamento


4.2Moagem O processo de formação de pelotas em usinas de pelotizaçao, tanto no Pelotamento

tanto na queima, exige que as partículas de minério possuam granulometria fina. Apesar da

maioria do minério alimentado as usinas possuir pequenas dimensões de partículas, grande

parte das mesmas possuem dimensões superiores a 0,044mm (325 mesh).de acordo com

estudos desenvolvidos e comprovações praticas,para uma boa formação de pelotas e

necessário que pelo menos 90% do material a ser pelotizado possua dimensões individuais de

32

partículas igual ou inferior a 0,044mm (325 mesh). Apesar de a faixa granulométrica ser

padrão de controle, a variável superfície específica o fator determinante do sucesso na

formação de uma boa pelota, pois de forma indireta e a superfície especifica que determina a

quantidade de micro‐finos ideal para o alcance dos objetivos. Não basta que o material a ser

pelotizado possua granulometria menor que 0,044mm,sendo de suma importância a existência

de micro‐finos.e no processo de moagem do minério que se obtém o alcance dos dois

parâmetros físicos ideais (granulometria e superfície especifica).

De acordo com as características de cada tipo de pelota a ser produzida são fixados

valores de superfície específica, que de acordo com os padrões atuais variam de 1.830 a 2.100

cm²/g. A moagem é geralmente conduzida em moinhos de bolas (figura18), tendo como

corpos moedores esferas ou “cylpebs” (cones truncados) de aço ou ferro fundido.

Figura 18: Moinho de bolas

Fonte: (Vale)

O circuito pode apresentar diferentes configurações: a úmido ou a seco, aberto ou fechado.

Na moagem a úmido, o minério é alimentado ao moinho na forma de polpa, com teor

de sólidos de 60 a 80 % em peso, ou alimenta‐se simultaneamente minério e água, em

proporções ajustadas para resultar neste teor de sólidos no interior do moinho (moinhos CVRD

Tubarão).

33

A moagem a seco, por sua vez, exige a prévia secagem dos finos de minério, porém,

dispensam as operações de espessamento, homogeneização e filtragem, presentes na

moagem a úmido. A moagem pode ser conduzida em circuito aberto, com uma única

passagem do material pelo moinho, ou em circuito fechado, no qual hidrociclones (a úmido)

ou câmaras de poeira (a seco) fazem a classificação do material da descarga do moinho. De

acordo com o princípio da operação em circuito aberto a úmido, todo o material passa apenas

uma vez pelo moinho, indo posteriormente para a área seguinte do processo (tanques

homogeneizadores).

Como na operação em circuito aberto não existe carga de recirculação, a demanda de

volume de polpa para a bomba na descarga do moinho é de aproximadamente 25 %, se

comparada com a operação em circuito fechado. Como a bomba é projetada para trabalhar

normalmente em circuito fechado, sua capacidade de recalque é muito superior ao necessário

para a operação em circuito aberto, vindo a causar abaixamento de nível do tanque de

descarga do moinho. Para contornar esta situação, a fim de evitar desgastes acentuados e

precoces nos componentes da bomba e tubulações, usa‐se o artifício de recircular parte da

polpa já moída para complementação do nível do tanque. Esta complementação poderá ser

feita de duas maneiras, como segue:

1ª‐ Via tubulação que interliga o distribuidor de polpa da bateria de hidrociclones ao poço

de descarga do moinho.

2ª ‐ Via tubulação que interliga o distribuidor de polpa da bateria de hidrociclones ao chute

de alimentação do moinho via bacia coletora do under flow. Neste caso, há uma segunda

moagem de parte do material já moído, tendo uma contrapartida negativa, que é a redução do

tempo de moagem do minério que está sendo moído pela primeira vez.

Todos os moinhos de minério do complexo de Tubarão são para moagem a úmido,

operando preferencialmente em circuito fechado, podendo operar em circuito aberto em

situações emergenciais.

No circuito fechado a úmido, é necessário adicionar água (no tanque de descarga do

moinho) à polpa que alimenta a bateria de hidrociclones, reduzindo seu percentual de sólidos

para a faixa de 45 ~ 50 %. Esta diluição faz‐se necessária para aumentar a fluidez da mistura e

propiciar a classificação das partículas por tamanho no processo de ciclonagem, com a

utilização das forças centrífuga e gravitacional no interior dos hidrociclones. Após a

classificação, o material mais fino é encaminhado para o espessador e o mais grosso retorna

ao moinho para ser remoído.

34

O produto da moagem deve ser um material contendo granulometria com cerca de 90 a 95

% abaixo de 0, 044 mm (325 mesh) e superfície específica na faixa de 1.830 a 2.100 cm2/g.

Os moinhos utilizados no complexo de Tubarão são cilindros rotativos com dimensões

aproximadas de 10.000 mm de comprimento por 5.000 mm de diâmetro, com revestimento

interno em borracha, metal magnetizado ou aço Ni hard. Aproximadamente 36% do seu

volume interno útil é ocupado por uma carga de corpos moedores (bolas ou cylpebs) que

durante o movimento rotativo do moinho atrita‐se com o minério a ser moído, fragmentando‐

o até o alcance das dimensões desejáveis. A moagem se dá predominantemente por atrito

(abrasão), tendo, no entanto, parcela de impacto.

A moagem por abrasão ocorre através do atrito entre as partículas de minério e entre estas

e os corpos moedores. A moagem por atrito é a mais recomendada para moer grãos de

pequenas dimensões, e conseqüentemente, gerar micro‐finos.

A opção por uma das modalidades de moagem depende de estudos específicos com os

materiais a serem processados, além de fatores de localização e de ordem econômica. Na

maioria dos casos, para um mesmo tipo de minério a ser processado, a quantidade de energia

requerida é menor para o circuito fechado a úmido e maior para o circuito aberto a seco. A

proporção de valores de consumo energético para as duas situações varia com o tipo de

minério, de modo que nenhuma regra geral pode ser postulada. Em relação ao investimento

requerido, o circuito aberto a úmido é o mais barato, enquanto que o circuito fechado a seco

exige o maior desembolso de capital.

4.2.1Variáveis operacionais a)Umidade: Percentual de água (em peso) contido em um determinado material ou

mistura de materiais. Unidade = %. A medição é feita em laboratório.

b)Densidade: Densidade de um determinado material ou mistura de materiais vem a

ser a relação existente entre sua massa e o volume ocupado pelo mesmo (figura 19). Poderá

ser medida por densímetro, de forma automática, com emissão de sinal um line para a sala de

controle, ou manualmente, pelo operador da área, com a utilização de um dinamômetro

(balança de densidade com funcionamento mecânico), ou balança eletrônica estacionária.

Unidade = g/cm³ ou kg/l.

Figura 19: Densidade de um corpo

Fonte: (ferraro, 1993)

35

c)Granulometria: Vem a ser a medição do tamanho das partículas de um determinado

material a granel. Para realização dos testes são utilizadas peneiras, em laboratório.

d)Superfície especifica: Define‐se superfície específica de um corpo, como sendo a

relação entre a somatória das áreas externas do corpo e sua massa. Unidade = cm²/g. A

superfície específica é medida em laboratório, com o auxílio de um permeâmetro. Em termos

práticos, pode‐se afirmar que a somatória das áreas externas de um corpo aumenta, à

proporção que este é fragmentado. Ou seja: quanto maior for o grau de moagem / prensagem

sofrido pelo material, mais alta será a sua superfície específica.

4.2.2 Bateria de hidrociclones Para cada projeto de bateria de hidrociclones (figura 20) existe uma gama de

variáveis que deve ser levada em consideração.

Figura 20; Bateria de hidrociclones

Fonte: (Vale)

O alcance dos resultados poderá ser conseguido variando a quantidade de

hidrociclones por bateria, diâmetros de APEX / VORTEX, diâmetro e comprimento da seção

cilíndrica de cada hidrociclone, ângulo da seção cônica, etc. Cada fabricante desenvolve suas

baterias com características próprias. Daí, as diferenças entre as baterias de uma usina para

outra, em alguns casos, Figura 21.

Na operação em circuito fechado, a bateria de hidrociclones recebe a polpa diluída da

bomba M7, classifica, liberando o material bem moído para o espessador (via vortex) e o mal

moído de retorno ao moinho (via apex), para novo processo de moagem. Ambos os fluxos

chegam aos seus destinos por gravidade.

36

alime

do m

A comb

entação da p

aterial por ta

inação das f

polpa, fazem

amanho das

forças centrí

com que ha

partículas.

ífuga e grav

ja o ciclonam

itacional, ali

mento, tendo

iadas a uma

o como resu

a pressão ide

ultado a sepa

eal de

aração

Figura 21: Componentes de um hidrocicclone

A - BoB - SeC - SeD - ApE - VoF - CoG - De

leque

VORT

A

(recir

critér

altera

Fonte: (Vale

Legenda:

cal de entrada dção cilíndrica nação cônica infeex rtex letor de descarg

escarga do Over

Normal

e possui um

TEX. O fluxo

redução de

rculação), m

rio, para que

ação, o flux

e)

de alimentação a entrada rior

ga rflow

mente, a de

núcleo oco q

de ar é prov

e diâmetro

melhorando

e não ocorra

xo de ar no

tangencial

escarga da po

que permite

ocado por um

do apex pr

a classificaç

alteração no

o sentido a

olpa através

um fluxo asc

m redemoin

ovoca eleva

ção. Esta re

o formato do

ascendente

s do APEX te

cendente e c

ho da polpa

ação da den

dução do d

o leque na sa

será reduzi

em a forma d

constante de

no interior d

nsidade da p

diâmetro de

aída do apex

do, podend

de um leque

e ar em direç

do hidrociclo

polpa do re

ve ser feita

x. Caso ocorr

do ser elimi

e. Este

ção ao

one.

etorno

a com

a esta

inado,

37

prejudicando drasticamente a classificação da polpa ciclonada. Desgastes de 5 mm no

diâmetro do apex e 10 mm no diâmetro do vortex são normalmente motivos para

substituição. Porém, os resultados de granulometria deverão ser levados em consideração

para a tomada de decisão de substituí‐los ou não. As medições dos apex são feitas utilizando‐

se um compasso interno e escala métrica ou paquímetro, sem a necessidade de desmontagem

dos hidrociclones. As medições dos vortex são feitas utilizando‐se um compasso interno e

escala métrica ou paquímetro, com a retirada das tampas superiores dos hidrociclones. Caso o

material usado na fabricação dos vortex não seja metálico, ou seja: refrax, carboflax, etc.,

durante a montagem, existem grande risco de quebra das abas laterais. Os pontos onde são

medidos os diâmetros dos apex's e vortex's estão frisados na figura 20.

4.2.3 Carga de recirculação A quantidade de material que sai da bateria de hidrociclones para o espessador é

sempre equivalente à taxa de alimentação do moinho via correia transportadora, desprezando

as perdas. Isto ocorre pelo fato da carga de recirculação ser constante, no tocante à

quantidade de material.

As variáveis controláveis são:

• Taxa horária de alimentação do moinho.

• Densidade da polpa de descarga do moinho.

• Densidade do overflow dos hidrociclones.

• Densidade do underflow dos hidrociclones.

Carga de recirculação é a relação entre a quantidade de sólidos que retorna e a produção

alimentada ao moinho.

Exemplo: Retorno ‐ 750 t/h Produção ‐ 250 t/h 750. 100 Carga de recirculação = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ = 300% 250 A carga de recirculação influencia diretamente no rendimento da moagem. Se for

aumentada, aumenta‐se a remoagem, ou seja: apenas as partículas mais finas irão para o

espessador. Ela proporciona a moagem das partículas maiores, evitando que o percentual

granulométrico da polpa ciclonada abaixo de 325# diminua. Este retorno, normalmente é

próximo a 300% da produção da mesa alimentadora do moinho, dependendo da operação da

bateria de hidrociclones. Os sistemas atuais de medição da carga de recirculação não são

precisos, principalmente em função de amostragens deficiente. O método mais comum é o

38

de medição direta da vazão do underflow. A LURGI usou este método, medindo o tempo de

enchimento de um recipiente de volume conhecido e a densidade da polpa do underflow.

Fórmula:

V. N. 3,6. d. %S

CR = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐. 100

T. A

Onde:

CR = Carga de recirculação ‐ %

N ‐ Número de hidrociclones

3,6 ‐ Constante

d ‐ Densidade da polpa no underflow ‐ Kg/l

%S ‐ Percentagem de sólidos ‐ %

T ‐ Tempo de enchimento ‐ segundos

V ‐ Volume do recipiente ‐ litros

A ‐ Alimentação horária do moinho, base seca ‐ t/h

Fórmula para cálculo de percentual de sólidos na polpa de minério (em peso):

100. Dm(Dp‐1)

%S = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

(Dm‐1)Dp

Onde:

%S Percentual de sólidos

DM Densidade do minério ‐ aproximadamente 5 g/cm3 (dado conseguido no laboratório

central DIPE)

Dp Densidade da polpa ‐ Kg/l

1 ‐ Constante

100 ‐ Constante

4.2.4 moagem em circuito fechado A moagem em circuito fechado caracteriza‐se pelo uso dos hidrociclones para fazer a

classificação granulométrica do material moído, direcionando o material bem moído para o

espessador, via vortex, e o mal moído de volta ao moinho, via apex. Figura 22

39

Figuraa 22: Moinho dee bolas operando em circuito fechado

Fonte:

Legen1 - Alim2 - Alim3 - Car4 - Alim5 - Des6 - Tan7 - Águ8 - Bom9 - Bat10 - Sa O

carga

de 3,

tanqu

aprox

do ní

das p

se de

de 1

classi

moin

de m

moin

: (Vale)

da: mentação de mimentação de ágrga de recirculamentação de coscarga da polpanque de descarua de processo mbeamento de teria de hidrocicaída do overflow

O moinho re

a de recircula

0 kg/l é des

ue, esta p

ximadament

ível do tanqu

partículas po

e bombear a

1,5 kg/cm².

ificação, dire

ho (carga de

aterial envia

ho e a carga

inério (produçãogua para correçãação. orpos moedoresa moída rga do moinho

para diluição dpolpa para a ba

clones w para o espess

cebe pelo ch

ação e corpo

scarregada d

olpa é dilu

te 1,60 kg/l,

ue. A diluiçã

or tamanho,

mistura para

Como cita

ecionando o

e recirculaçã

ado ao espes

de recircula

o). ão de densidad

s.

a polpa ateria de hidroc

sador

hute de alim

os moedores

do moinho n

uída em á

por interméd

ão da polpa t

via ciclonage

a alimentar a

ado anterior

material bem

ão). Com o s

ssador será s

ação equivale

e.

iclones

mentação: m

s. Por transb

um tanque

gua de pr

dio de uma v

tem como o

em. Após a d

a bateria de

rmente, cab

m moído par

sistema bem

sempre equiv

ente a aprox

inério, água

ordo, a polp

localizado so

ocesso, ond

válvula bóia

objetivo, faci

diluição, um

hidrociclone

be à bateri

ra o espessad

dimensiona

valente à tax

ximadamente

para correç

pa com dens

ob a descarg

de atinge

responsável

litar o proce

a bomba de

es, a uma pre

ia de hidro

dor e o mal m

ado e em eq

xa de produç

e 300% da ta

ção de densi

idade aproxi

ga do mesm

a densidad

pela manut

esso de sepa

e polpa enca

essão aproxi

ociclones fa

moído de vo

uilíbrio, o vo

ção alimenta

axa de produ

idade,

imada

mo. No

de de

enção

aração

rrega‐

imada

zer a

olta ao

olume

ada ao

ução.

40

A taxa de produção do moinho é ajustada em função dos resultados de superfície

específica (S.E.), conforme PRO específico. Caso a S.E. esteja baixa, deve‐se reduzir a produção

do moinho para que o material permaneça maior tempo no seu interior e sofra maior grau de

moagem. Caso a S.E. esteja alta, proceder de maneira inversa.

Observações:

1) Para que a densidade de descarga do moinho permaneça estável, toda alteração na taxa de

produção deverá ser acompanhada do ajuste da água para correção de densidade na sua

alimentação, proporcional à produção. Este procedimento é válido tanto para a operação em

circuito fechado quanto para circuito aberto.

2) Densidade de descarga: A densidade de descarga do moinho, tanto no circuito fechado

quanto no circuito aberto deverá ser sempre a mais alta possível, desde que não cause

obstruções no chute de alimentação nem embuchamento da carga (material tendendo para

sólido que causa arrastamento de corpos moedores para a peneira de descarga do moinho,

transportando para a área externa parte da carga de corpos moedores acompanhada de

minério moído).

• Vantagens da operação em circuito fechado:

‐ Maior homogeneização no tamanho das partículas moídas, dando, portanto, uma maior

consistência e melhor acabamento externo nas pelotas cruas.

‐ Temperatura da polpa na alimentação dos filtros na faixa de 35 ºC, enquanto que no circuito

aberto chega a atingir 55 ºC, que vem a causar empenos e descolagens de setores.

‐ Maior simplicidade e estabilidade na operação do moinho.

‐ Menor consumo específico de energia elétrica.

‐ Menor consumo específico de corpos moedores.

‐ Menor desgaste no revestimento interno do moinho.

‐ Menor desgaste em tubulações e componentes das bombas de polpa.

‐ Menor tendência a obstruções no chute de alimentação do moinho, o que é comum na

operação em circuito aberto, pelo fato de não existir carga de recirculação.

‐ Polpa de minério mais limpa, não permitindo passagem de corpos estranhos para os

tanques homogeneizadores, causadores de obstruções nas alimentações dos filtros.

‐ Maior taxa de produção na moagem, aproximadamente 20%.

• Vantagens da densidade de descarga mais alta:

‐ Maior produtividade do moinho, pois o aumento no tempo de residência do minério

propicia um maior nível de moagem, permitindo desta forma um aumento na produção do

moinho.

‐ Menor consumo de energia elétrica, pois a elevação da carga diminui.

41

‐

corpo

Menor cons

o moedor.

sumo de corrpos moedores, pois o mminério diminui o atritoo corpo moeedor /

‐ M

4.2.5 A

motiv

•

•

•

•

•

Figura

Fonte:

Legen1 - Alim2 - Alim3 - Alim4 - Des5 - Tan6 - Ret7 - Bom8 - Águ9 - Dis10 - De Van

Menor desga

5 moagem eA operação d

vo, houver (e

Impossib

hidrociclo

Defeito n

Deficiênc

Deficiênc

Necessida

pelota a s

a 23: Moinho de

: (Vale)

da: mentação de mimentação de ágmentação de coscarga da polpanque de descartorno de polpa pmbeamento de ua de processo

stribuidor de polescarga de polp

ntagens da

aste de reves

em circuito ado moinho e

em) impedim

ilidade de us

ones do refe

no espessado

cias em tubu

cias em sistem

ade operacio

ser produzid

e bolas operan

inério (produçãogua para correçãorpos moedoresa moída. rga do moinho. para complemepolpa para a bapara diluição d

pa da bateria depa para espessa

operação e

stimento, po

aberto m circuito ab

mento(s) da o

so de mais d

rido moinho

or;

lações e calh

mas de válvu

onal (transiç

a for em peq

do em circuito

o). ão de densidad

s.

entação de nívelateria de hidroca polpa. e hidrociclones.ador

em circuito a

ois o minério

berto (Figura

operação em

de 35% dos

o;

has de transf

ulas na área

ção rápida n

quena quant

aberto

e.

l do tanque de diclones.

.

aberto:

o funciona coomo lubrificaante.

a 23) se faz n

m circuito fec

necessária q

chado, tais co

uando, por a

omo:

algum

hidrociclone

ferências;

de espessam

a troca de p

tidade, etc.;

descarga.

es componenntes da bateria de

mento;

produto), principalmentee se a

42

‐ Opção de não interromper o processo produtivo, na impossibilidade da operação em circuito

fechado.

‐ Aumento na eficiência de filtragem devido à elevação de temperatura sofrida pela polpa,

com ganho na taxa de produção e redução da umidade.

‐ Economia de investimento e de pessoal com a eliminação do espessamento.

4.3 Espessamento/homogeneização e adição de carvão

4.3.1 Espessamento Tem a função de adequar o percentual de sólidos do overflow da ciclonagem no

processo de moagem às necessidades da filtragem.

O espessamento do minério de ferro e calcário moídos a úmido é feito pelo processo de

sedimentação. Este fenômeno ocorre em função da diferença de densidade dos materiais

sólidos componentes da mistura (polpa) em relação à densidade da água. A sedimentação

pode ser facilmente observada, bastando encher um recipiente transparente (frasco de vidro)

com água limpa e depois adicionar um pouco de minério moído. Após algum tempo, o minério

sofrerá um processo de decantação, precipitando‐se para o fundo do recipiente. A velocidade

de sedimentação do minério variará em função do tamanho e peso das partículas. Este fato

pode ser comprovado realizando uma experiência com dois frascos transparentes cheios de

água limpa. Em um dos recipientes adiciona‐se minério fino e no outro adiciona‐se minério

bem mais fino e em quantidades iguais. Observe que a sedimentação do minério mais fino será

mais lenta. Há dois tipos de sedimentação:

a) Sedimentação Descontinua: Este processo é mais usado em laboratório, onde são

processadas pequenas quantidades de minério. Consiste em encher um recipiente com

a mistura, deixando‐a em repouso até que ocorra a separação dos dois elementos.

b) Sedimentação continua: É o processo dinâmico usado em escala industrial, pois

permite a sedimentação de grandes quantidades de minério, de forma ininterrupta.

A etapa de espessamento da polpa no processo de pelotizaçao é necessária apenas

quando a operação da moagem é feita em circuito fechado a úmido. A polpa

procedente dos hidrociclones, contendo cerca de 20% de sólidos, é transferida para

um espessador circular, no qual ocorre seu adensamento pelo efeito de decantação.

Aumenta‐se a razão sólido / líquido na polpa, recuperando‐se a água para o processo.

O material do espessador, com uma concentração de sólidos de aproximadamente

70%, é bombeado para tanques homogeneizadores. O bombeio é feito por uma

bomba de velocidade variável, com controle automático de rotação, em função da

densidade pedida no instrumento controlador e informação da densidade instantânea,

43

medida por densímetro (figura 24). A água de transbordo do espessador é reconduzida

aos moinhos através de um sistema composto por um tanque de processo e bombas

de recalque.

Figura 24: Bombas de velocidade variável

Fonte: (Vale)

A área de espessamento tem como função principal, a elevação da densidade da

polpa proveniente da área de moagem (aproximadamente 1,20 kg/l), para valores ideais à

utilização no processo de filtragem, após adição de polpa de carvão nos tanques

homogeneizadores. Após a retirada de parte da água contida na polpa ciclonada, a polpa é

bombeada para os tanques homogeneizadores com densidade de 2,40 a 2,80 kg/l, variando de

acordo com as necessidades da filtragem.

A densidade da polpa succionada do espessador para alimentação dos tanques homogeneizadores deve estar sempre acima da densidade necessária na área de filtragem. Motivos: tendência à redução, por injeção de água de selagem nas bombas de polpa, que é incorporada à mesma; a densidade da polpa de carvão adicionada à polpa de minério possui densidade na faixa de 1,05 a 1,18 kg/L e flexibilidade operacional na filtragem, pois a polpa com densidade mais alta poderá ser diluída no momento do bombeio, enquanto que a densidade baixa não poderá ser elevada, caso a filtragem assim necessite. Principais componentes do espessamento (figura 25):

a) Espessador ‐ tanque em forma cilíndrica, com o fundo cônico. As dimensões do tanque

(altura e diâmetro) são definidas no projeto, em função da produção (qualidade x

quantidade), que é exigida do equipamento. O formato cilíndrico é obrigatório para o

alcance do objetivo de escoamento completo da produção alimentada, em função do

movimento circular das pás.

44

b) Calha de alimentação ‐ transporta a polpa para o centro do espessador, onde é feita a sua

alimentação.

c) Ancinhos com conjunto de pás ‐ destinados a promover o arraste da polpa decantada para

o centro do espessador.

d) Sistema de acionamento rotacional do conjunto de ancinhos.

e) Sistema de elevação do conjunto de ancinhos.

f) Underflow da polpa sedimentada, que alimenta as bombas.

g) Overflow (transbordo) da água para o tanque de água de processo. Este é feito em toda a

periferia (perímetro) do espessador, para reduzir o efeito das correntes de água que

causariam arrastes de minério, tendo ainda um sistema auxiliar de pentes.

h) Três válvulas pneumáticas, com comandos elétricos, que interligam a base central do

espessador (underflow) ao tanque distribuidor de polpa.

i) Um tanque distribuidor para alimentação das bombas de polpa.

j) Uma válvula pneumática, com comando manual local, para alimentação de cada bomba

de polpa.

k) Conjunto de bombas (2) ‐ recalcam o produto do underflow, alimentando os tanques

homogeneizadores.

l) Mangotes e tubulações para transporte da polpa.

m) Um medidor de densidade instalado na tubulação de recalque da cada bomba de polpa.

n) Um medidor de vazão instalado na tubulação de recalque da cada bomba de polpa.

o) Uma galeria de acesso ao ponto de descarga do underflow do espessador.

p) Uma bomba de drenagem da galeria.

q) Um sistema de proteção contra inundação da galeria (eletrodos).

r) Retorno do underflow para o espessador.

s) Um tanque de água de processo.

45

Figuraa 15:Componenntes de um espeessador

Fonte:

4.3.1

da m

polpa

Event

Este

a nív

auxíli

: (Vale)

1.1 Funciona O espess

oagem, água

a de minér

tualmente,

retorno é fe

eis inadequa

io de uma c

amento do esador norma

a com teor d

rio e/ou ca

poderá rece

ito quando a

ados para a

calha que al

espessadoralmente rece

de minério p

al hidratada

eber o retor

a densidade

filtragem. A

imenta um

r ebe: polpa p

roveniente d

a, resultant

rno da alime

da polpa de

polpa é alim

anel perfura

proveniente

do tanque de

es dos sist

entação dos

e alimentaçã

mentada no

ado na base

das baterias

e filtrado (ár

temas de d

tanques ho

o dos tanqu

centro do e

e, por onde

s de hidrocic

rea de filtrag

despoeirame

omogeneizad

es sofre red

espessador, c

passa a pol

clones

gem) e

entos.

dores.

uções

com o

lpa. O

46

objetivo deste anel perfurado é promover a alimentação de maneira uniforme. O minério, por

possuir peso específico superior ao da água, precipita‐se, enquanto que a água direciona‐se

para a periferia do espessador, transbordando para o tanque de processo, via calha de

overflow.

A polpa é alimentada no centro, mas as partículas menores são levadas para as

extremidades (periferia) do cilindro. Uma pequena parte dos micro‐finos sai pelo overflow,

arrastada pelo fluxo d'água no sentido do centro para a periferia, alimentando o grande anel

coletor do overflow, deixando a água de processo parcialmente contaminada por partículas

sólidas. As partículas com maiores dimensões precipitam‐se rapidamente, na vertical, próximo

ao centro do espessador. Os casos acima retratam os extremos. Normalmente existe uma

distribuição granulométrica entre estes dois extremos, proporcionando uma estabilidade

operacional para o espessador, conforme figura 26:

Figura 26: Distribuição granulométrica em um espessador

Fonte: (Vale)

A distribuição dos níveis de sedimentação entre estes dois extremos, em condições

normais, varia com a superfície específica da polpa alimentada. Se o material alimentado ao

espessador possuir superfície específica baixa, a sedimentação será mais rápida, havendo

maior concentração na região central. Na medida em que é elevada a superfície específica da

polpa, a sedimentação vai se tornando mais lenta, ocorrendo à formação de uma distribuição

mais uniforme em toda a área do espessador.

A maior elevação da superfície específica ocorre com maior intensidade nos casos de

parada de moinho ou redução de produção da moagem, mantendo a produção da filtragem.

Nesta situação a influência da água do tanque de filtrado na composição da média da

superfície específica da polpa alimentada ao espessador é grande, podendo provocar

conseqüências nocivas à qualidade da produção da filtragem. A polpa proveniente dos

sistemas de despoeiramento também têm bastante peso no aumento da superfície específica.

47

A velocidade de sedimentação também varia em função da variação da densidade da polpa de

alimentação. A elevação da densidade da polpa de alimentação provoca aumento da

velocidade de decantação, podendo prejudicar a estabilidade operacional.

4.3.2 homogeneização Após o espessamento, a polpa de minério é bombeada para os tanques homogeneizadores

(figura 27)

. Figura 27: Tanques homogeneizadores

Fonte: (Vale)

Cada tanque homogeneizador possui agitador rotativo no seu interior, que mantém os

sólidos em suspensão e garante a homogeneização da polpa, minimizando as variações das

características físicas e químicas do material. Os tanques homogeneizadores proporcionam a

manutenção de um estoque intermediário de minérios, precavendo‐se contra eventuais

paralisações em áreas anteriores. Os tanques homogeneizadores proporcionam a

manutenção de um estoque intermediário de minérios, precavendo‐se contra eventuais

paralisações em áreas anteriores. A adição de combustíveis sólidos, sempre que ocorrer,

poderá ser feita com sucesso via adição de polpa de carvão moído à polpa de minério, no

tanque homogeneizador.

Do tanque homogeneizador a polpa é bombeada para a seção de filtragem, através de

uma bomba de velocidade variável, que varia de rotação em função da quantidade de polpa

necessária aos filtros rotativos. Um sistema de medição de densidade, por intermédio de um

densímetro, comanda uma eletroválvula que fornece a água de diluição necessária para que a

polpa de minério chegue à área de filtragem com a densidade ideal.

48

4.3.3 Adição de carvão A utilização de carvão no processo de pelotizaçao teve início em função de grandes

elevações ocorridas nos preços do petróleo no mercado internacional, em função de diversos

motivos, ao longo dos anos. O objetivo inicial era obter uma fonte energética alternativa, com

menor custo final das pelotas. Vários estágios e dificuldades foram vencidos até o quadro

atual de adição de polpa de carvão (mineral) moído na polpa de minério estocada nos tanques

homogeneizadores, com sistema automático de dosagem.

A utilização do carvão, hoje, não se dá apenas pelo seu custo energético comparado ao

óleo combustível, e sim, pelo efeito benéfico no processo de queima. Devido ao fato de ser um

combustível sólido contido no interior das pelotas, o mesmo gera uma queima interna com

grandes resultados qualitativos, possibilitando assim, uma alavancagem significativa na

capacidade de produção dos fornos de pelotizaçao. A dosagem de carvão se dá de forma

automática, em função da quantidade de minério recalcada pelas bombas de retirada de polpa

sob os espessadores No caso de operação da moagem em circuito aberto, a referência de peso

de minério para a dosagem de carvão é das balanças instaladas nas correias de alimentação

dos moinhos.

4.4 Filtragem Nas plantas que utilizam circuito de moagem a úmido, a exemplo do complexo de

Tubarão, é necessário um estágio de filtragem, para preparação do material a ser alimentado

ao Pelotamento. A polpa de minério deve ter seu teor de água reduzido de aproximadamente

30 % para algo em torno de 8 a 9 %, que é a faixa de umidade considerada adequada para a

etapa posterior (formação das pelotas cruas). A filtragem é normalmente realizada em filtros

rotativos a vácuo (figura 28), de disco ou tambor. Os filtros de disco são os mais usados, por

propiciarem a obtenção de máxima capacidade no menor espaço físico. Cada filtro comporta

até 12 discos, com diâmetro de 2 a 3 metros e uma área de sucção de no máximo 100 m². No

caso de polpa de minério de ferro, os filtros de discos a vácuo têm capacidades variando de 0,4

a 1,5 t / h / m² de área filtrante. A composição mineralógica de alguns tipos de minério

impede a filtragem eficiente das polpas, exigindo uma secagem adicional em secadores de

tambor. Este procedimento tem conseqüências bastante prejudiciais para a qualidade das

pelotas, pois a descarga do secador consiste basicamente de micropelotas de diâmetros entre

0,5 a 3 mm, a partir das quais é praticamente impossível produzir pelotas cruas de boa

qualidade. Este problema pode ser minimizado através do aquecimento da polpa retida nos

49

setores dos discos a uma temperatura mais elevada, utilizando‐se vapor d'água em

substituição ao ar.

Figura 28: Filtros rotativos a vácuo

Fonte: (Vale)

Ao material proveniente da filtragem, denominado polpa retida, adiciona‐se

aglomerante através de uma balança dosadora de precisão. Os aglomerantes mais utilizados

são a Bentonita (dosagem de 0,5 a 1,0 %), Cal Hidratada (dosagem de 2 a 3 %) e Aglomerantes

Sintéticos Poliméricos (dosagem de 0,05 a 0,10 %). A homogeneização da mistura polpa retida

/ aglomerante é feita em misturadores cilíndricos rotativos. Em seguida, o material é

transferido via correias transportadoras para os silos dos discos de Pelotamento. Conclui‐se,

desta forma, a etapa de preparação das matérias primas. O bom desempenho da filtragem

depende muito da qualidade da polpa de alimentação (principalmente: densidade,

granulometria e superfície específica). Estas variáveis deverão estar na faixa determinada de

valores, com o mínimo de oscilação possível.

A temperatura da polpa deve ser constante para evitar que este fator influencie

negativamente no controle da umidade da polpa retida. Para receber uma polpa dentro dos

padrões de qualidade, a filtragem precisa programar a sua produção em função da

disponibilidade de polpa estocada nos tanques homogeneizadores e também produzida pela

moagem. A adição de aglomerante e a mistura do mesmo à polpa exige um cuidado especial,

pois pequenas oscilações da sua dosagem ou ineficiência na mistura podem provocar sérias

complicações para o Pelotamento, forno e controle final da qualidade da pelota queimada.

A área de filtragem tem por objetivo o fornecimento de polpa retida (minério + aditivos),

com umidade ideal, para a formação das pelotas cruas (verdes) na área de Pelotamento. Com

50

base nesta premissa, além dos resultados dos testes de umidade, que norteiam a performance

da filtragem, a opinião do operador do Pelotamento deve ser sempre levada em consideração,

pois é dele a tarefa de fabricar pelotas com qualidades satisfatórias para atendimento à área

de queima. Além da utilização da polpa retida na área de Pelotamento, a CVRD também

comercializa o minério pellet feed moído (PFM). Para esta finalidade, o minério (sem aditivos)

é moído e filtrado, sendo desviado a seguir para a área externa da planta, de onde é

encaminhado para o cliente (exportação).

O bom desempenho da filtragem depende grandemente das características da polpa de

alimentação, proveniente dos tanques homogeneizadores. Esta precisa estar com a superfície

específica dentro da faixa ideal, com o mínimo de oscilações ao longo do tempo. Além desta

variável, a granulometria do material também tem influência no resultado da filtragem. A

densidade da polpa fornecida à filtragem deverá ser ajustada, buscando o equilíbrio entre a

umidade do produto e a produtividade da filtragem. Para que a filtragem receba uma polpa

dentro dos padrões de qualidade, é necessário que sua produção seja programada em função

da disponibilidade de polpa estocada nos tanques homogeneizadores e produção da moagem.

4.4.1 Formação da polpa retida A polpa, contendo aproximadamente 30% de água, bombeada dos tanques

homogeneizadores, é alimentada a um tanque distribuidor localizado acima do nível dos

filtros. Por gravidade, o tanque distribuidor alimenta cada filtro. De acordo com a qualidade da

polpa, o filtro opera com rotação de 0,6 a 1,0 RPM. Ao transitar os setores componentes dos

discos pelo interior da bacia de polpa, ocorre a sucção do minério + água, graças à ação de

uma bomba de vácuo, destinando a água para os balões separadores de filtrado, sendo a polpa

retida soprada e descarregada sobre duas correias transportadoras, que abastecem os silos de

armazenagem.

O sopro da polpa retida é realizado por ar comprimido gerado pelo compressor

soprador. Normalmente operam continuamente dois sopradores, ficando o terceiro em stand

by. Enquanto alguns setores do filtro encontram‐se na zona de formação da polpa retida,

outros cumprem a tarefa de secagem. O vácuo da mesma bomba que succiona água durante a

formação faz a sucção de ar por entre a camada de polpa para efetuar a secagem do material.

Após a separação do ar, a água é direcionada para um tanque denominado tanque de filtrado,

de onde é bombeada para o espessador. O ar, succionado pela bomba de vácuo no processo

de secagem, após a separação nos balões separadores de filtrado, é descarregado no tanque

coletor de água de selagem das próprias bombas de vácuo.

51

A bacia de cada filtro deve ser mantida totalmente cheia, tendo um pequeno

transbordo constante, para a garantia de que não haverá abaixamento de nível, que seria

altamente maléfico, tanto à qualidade (alta umidade), quanto à produção. Cada bacia possui

também um sistema de drenagem, por intermédio de válvulas pneumáticas, que deve ser

acionado para esvaziamento da bacia em casos de manutenções no filtro, ou

intermitentemente, quando o filtro estiver operando sem o funcionamento do agitador. Tanto

a polpa resultante do overflow do tanque distribuidor, das bacias dos filtros, quanto das

drenagens parciais rotineiras e totais, em caso de paradas dos filtros, é direcionada para os

tanques homogeneizadores, por gravidade.

4.4.2 Equipamentos e componentes da área de filtragem • Bacia:

Utilizada para depósito da polpa a ser filtrada.

• Sistema de acionamento:

Possui velocidade variável. O ajuste de velocidade do filtro é feito em manual local,

sendo atendido por intermédio de inversor de freqüência.

• Discos e setores do filtro:

Cada filtro possui dez discos, com 16 setores (Figura 29) cada, totalizando 160 setores.

Os setores possuem uma caneleta interna, interligada às ranhuras ou furos externos, por onde

é feita a sucção para formação da camada da polpa, sua secagem e posterior sopro. Os setores

são revestidos (encamisados) por sacos porosos, geralmente confeccionados com nylon. O

material usado na sua confecção pode ser alterado em função da produtividade, qualidade ou

outras conveniências operacionais. A função do saco é deixar passar a água (filtrar), retendo o

minério.

Figura 29: Setor

Fonte:

52

• Arvore do filtro:

Um grande eixo, onde os setores são fixados, formando os discos. Este eixo contém canais

com tubos, cuja função é permitir ao fluxo de água que passa pelos poros dos sacos chegarem

aos cabeçotes.

• Cabeçote:

Cada filtro possui dois cabeçotes (Figura 30). Têm a função de sustentar a árvore do filtro,

além de controlar o fluxo de vácuo e sopro, em função da posição da árvore ao longo de seu

movimento de rotação. Possuem também a função de fazer a selagem entre as diversas

zonas, evitando perda de pressão de vácuo e de ar de sopro. São os cabeçotes que

determinam as posições de vácuo de formação, vácuo de secagem e sopro da polpa retida.

Figura 20:Cabeçote de filtro

8

5

6

5

5

2

1

1 7

4

39

1

1

Legenda:

1 ‐ Vácuo de formação e secagem

Fonte:

2 ‐ Sopro

3 ‐ Limpeza

4 ‐ Zona de formação

5 ‐ Zona de secagem

6 ‐ Zona de sopro

7 ‐ Zona de limpeza

8 ‐ Posição do vacuômetro

9 ‐ Lubrificação

10 ‐ Lubrificação

11 ‐ Mola de fixação do cabeçote

53

12 ‐ Parafuso de fixação

• Agitador de polpa na bacia do filtro:

A função do agitador é manter as partículas sólidas contidas na polpa em suspensão,

evitando arraste de pedaços de polpa pelos setores, que geram alta umidade na polpa retida.

O uso do agitador dispensa drenagens parciais periódicas durante a operação do filtro.

• Defletores de descarga do filtro:

A função dos defletores é direcionar toda a polpa retida desprendida dos sacos para a correia

transportadora. Caso a distância entre os defletores e os discos seja grande, haverá queda de

parte da polpa de volta à bacia do filtro, causando perda de produção e aumento da umidade

do material, pois os pedaços de polpa (sólida) serão captados pelo disco, por sobre uma

camada já formada, gerando assim, uma sobreposição de camadas. Cada filtro possui 20

defletores, confeccionados em polietileno, com suportes em chapas de aço e parafusos para

ajustes e fixação. Cada disco do filtro descarrega a polpa retida sobre dois defletores (um de

cada lado), que fazem a transferência para uma correia transportadora. A distância existente

entre cada defletor e o disco deverá ser a menor possível, criteriosamente ajustada, para que

não fique tão perto a ponto de tocar nos setores, que ocasionaria o rasgo dos sacos, nem tão

longe, a ponto de permitir a queda da polpa já filtrada de volta à bacia de polpa.

O ajuste da distância dependerá: do nível de empeno do disco, da altura do ponto de sopro e

deslocamento do saco durante o sopro, observados com o filtro em operação com carga. Caso

o disco esteja bem alinhado, a distância deverá ser menor. Aumenta‐se a distância, em função

da amplitude do empeno. É difícil mensurar a distância ideal, devendo cada caso ser analisado

de forma isolada.

• Bomba de vácuo:

É o equipamento responsável pela sucção da água, durante a fase de formação da

polpa retida, e do ar, durante a fase de secagem, através dos poros dos sacos. Esta sucção é

feita por uma pressão negativa, em torno de ‐ 0,85 Kg/cm² = ‐ 8.500 mmCA (milímetro de

coluna d'água).

A geração do vácuo é conseguida pelo movimento rotativo de um rotor, existindo um

fluxo constante de água de selagem rotor/carcaça, proveniente da torre de resfriamento. Após

a tarefa de selagem, a água retorna à torre de resfriamento por bombeio, a fim de sofrer

processo de resfriamento. A regulagem do fluxo de água é de fundamental importância para o

alcance da geração da pressão ideal de trabalho. O fluxo de água para cada bomba deverá

estar entre 35 e 45 m³/h, de acordo com o alcance da maior pressão de trabalho Na linha de

vácuo existem três balões separadores de filtrado, que têm a função de separar a água do ar

(figura 31). Existe um anel tubular, que pode ser interligado aos filtros e bombas de vácuo. Ou

54

seja:

interl

qualquer fil

ligação de at

ltro poderá

té todos os f

operar utiliz

iltros e todas

zando qualq

s as bombas

quer bomba

de vácuo ao

de vácuo. E

o mesmo tem

Este anel pe

mpo.

ermite

algum

A decisã

mas variáveis

ão de interli

s, como:

gações de bbombas de vácuo e filtros é tomadda em funçãão de

Figura

Fonte:

Legen1 - Fil

3 - Ca

5 - Ta

7 – M

9 - Co

a ‐ D

b ‐ D

c ‐ P

d ‐ U

a 31: Circuito de

: (Vale, 2008)

nda: tro de discos

aixa de separa

anque de filtrad

otor

orreia transpor

Disponibilidaddes e condições operacioonais das bombas de váccuo.

Disponibilidaddes e condiçções operacioonais dos filttros.

ressão de váácuo.

Umidade da ppolpa retida..

e um filtro de ddisco

2 - Boomba de vácuuo

ação primária 4 - Caaixa de separaação secundáária

do 6 - Sooprador

8 - Baalão de ar (reservatório)

rtadora 10-Tannque de água de selagem

55

Esta decisão geralmente é tomada pela gerência, por ser uma operação especial,

podendo provocar oscilações na qualidade do produto final ou interferências na taxa de

produção, em casos de desequilíbrios operacionais.

• Tanque de filtrado:

Sua função é fornecer a água necessária para a formação das colunas barométricas no

início da operação do filtro, selando o sistema para a formação do vácuo e numa etapa

posterior, coletar a água vinda dos filtros para ser enviada, por bombas, de volta ao

espessador.

A concepção de funcionamento do equipamento é de tal forma que ao ser dada a

partida na bomba de vácuo, a pressão negativa gerada no interior dos tubos de descarga dos

balões separadores de filtrado succiona água do tanque de filtrado, enchendo a tubulação

compreendida entre o tanque e os balões separadores de filtrado, até determinada altura que

venha a dar equilíbrio em termos de pressão negativa de trabalho, em função da resistência

encontrada pela bomba na sucção da água contida na polpa existente no interior do filtro.

O tanque de filtrado possui agitador, para evitar a sedimentação das partículas de minério

contidas na água do filtrado, que causaria obstruções nas extremidades inferiores das colunas

barométricas, comprometendo o funcionamento normal do sistema. O diâmetro do balão

separador de filtrado é bem superior ao da tubulação de descarga, com o objetivo de gerar

uma redução de velocidade na mistura ar/água, fazendo a precipitação da água para o tanque

de filtrado (por ser mais pesada) e a sucção de ar para a bomba de vácuo, via tubulação de

saída pela extremidade superior do balão.

• Soprador:

O desprendimento da polpa retida é feito pelo sistema de sopro. Sopro é o fluxo de

ar que passa por intermédio dos cabeçotes para os setores, saindo pelos poros dos sacos. O

tempo de sopro, bem como a pressão, pode ser regulado para mais ou para menos, em função

da dificuldade de desprendimento da polpa retida. Para que a pressão da rede de sopro se

mantenha estável, existe um reservatório de ar (balão), que absorve as oscilações da pressão

causadas pelos sopros intermitentes.

56

4.4.3 Tipo de aglomerantes

4.4.3.1 Cal hidratada É o produto da reação química da cal virgem (CaO) com a água. A cal hidratada, além

de aglomerar as partículas de minério na formação das pelotas cruas, possui na fase de queima

a função de neutralizar quimicamente a ganga ácida existente no minério, vindo a compor a

escória no processo de fabricação do ferro gusa no alto forno. Para haver eliminação de

componentes indesejáveis contidos no ferro gusa (principalmente o enxofre), é necessária a

geração de uma quantidade mínima de escória, que pode sofrer variação na quantidade em

função das particularidades de cada alto forno. Em função desta necessidade é definida a

basicidade binária utilizada para cada produto. Basicidade binária é a relação entre o teor de

óxido de cálcio e sílica contidos na pelota:

B2 = CaO / SiO

Características da cal hidratada:

• Densidade real = 2,30 t /m³

• Densidade a granel (compactada) = 0,57 t/m

• Densidade a granel (sem compactação) = 0,54 t/m

• Superfície Específica = > 10.000 cm² / g

4.4.3.2 Bentonita Rocha argilosa, resultado da desagregação da massa magmática vítrica ocorrida em

camadas terciárias no período cretáceo. Tem como principal mineral a montmorilonita, além

de pequenas quantidades de quartzo, mica, feldspato e caulim Fórmula estrutural:

(Al1Mg)2(OH)2(Si1Al)4O1oxnH2O

Propriedades da Bentonita: Estrutura lamelar, com grande capacidade de retenção de

moléculas de água entre as camadas, aumentando consideravelmente a propriedade de

inchamento. Esta propriedade de inchamento e o auto‐comportamento tixotrópico (redução

da viscosidade durante processo de mistura) são as características mais importantes de sua

capacidade de aglomeração.

A Bentonita consiste de cerca de 60 a 70% de SiO2, 15 a 20% de Al2O2 e 2% de Na2O.

Este fato acarreta o demérito de incorporar ganga ácida às pelotas. Por isso, deve‐se manter a

menor taxa possível de adição. Cabe lembrar, que a única função da Bentonita no processo de

pelotizaçao é aglomerar as partículas de minério de ferro durante a formação das pelotas

cruas nos discos de Pelotamento, dotando‐as de características físicas satisfatórias às etapas

seguintes do processo.

Características da Bentonita:

57

Densidade real = 2,50 t /m³

Densidade a granel (compactada) = 0,89 t/m³

Densidade a granel (sem compactação) = 0,65 t/m³

Granulometria = 77% < 325#

4.5 Pelotamento A formação das pelotas cruas, também conhecida como Pelotamento, é uma das

etapas mais importantes do processo de pelotizaçao, sendo influenciada por diversos fatores,

com reflexos diretos sobre a qualidade do produto final. Dentre os quesitos decisivos para a

formação das pelotas cruas e garantia de suas propriedades, destacam‐se: teor de umidade da

mistura, distribuição granulométrica e estrutura cristalina das partículas, superfície específica,

estrutura de poros dos grãos, características químicas da mistura, natureza e quantidade de

aglomerante utilizado, tipo de equipamento e condições operacionais adotadas. Como

características necessárias às pelotas cruas, destacam‐se: teor de umidade, forma, tamanho

médio, distribuição granulométrica, resistência a compressão, resistência a quedas e

composição química.

Embora o mecanismo de formação das pelotas cruas não esteja ainda completamente

elucidado, há uma concordância e aceitação global em relação aos fenômenos básicos

envolvidos, conforme descritos a seguir. O fenômeno de formação de pelotas cruas envolve

uma fase sólida (mistura de finos de minérios, aditivos e aglomerantes) e uma fase líquida, a

água. As forças que se estabelecem nas interfaces sólido / líquido têm um efeito coesivo sobre

o sistema partículas sólidas‐líquido‐ar. Estas forças interfaciais consistem da tensão superficial

do líquido e das forças capilares atuantes sobre as superfícies côncavas das pontes líquidas

formadas entre as partículas de minério (Figura 31,32).

A importância dos efeitos de capilaridade no mecanismo de formação das pelotas

cruas foi amplamente estudada por ILMONI e TIGERSCHIOLD. Conforme esquematizado na

figura 32, a água preenche os vazios intersticiais, formando um sistema capilar com múltiplas

ramificações. Nas situações em que as extremidades dos capilares atingem a superfície externa

da pelota (constituindo poros externos), a sucção capilar desenvolvida na interface ar/água

provoca uma reação de igual intensidade sobre os grãos, mantendo as partículas unidas.

Nestas condições, as pelotas cruas adquirem resistência a tensões mecânicas.

58

Figura 32: CCapilaridade

meca

Fonte: (Va

A água é

anismo pode

le, 2008)

o principal

e ser ilustrada

agente na f

a na seqüênc

formação da

cia de etapa

as pelotas cr

s apresentad

ruas e sua p

da na figura 3

neste participação

33:

59

Figuraa 33: Mecanismmo de formaçãoo de uma pelotaa

Fonte:

: (Vale, 2008)

60

A ‐ As partículas individuais de minério são recobertas por uma película de água;

B ‐ Devido à tensão superficial da água, são formadas pontes líquidas entre as

partículas;

C ‐ Os movimentos sucessivos de rolamento no interior do equipamento de

Pelotamento e a combinação de gotículas d'água, contendo uma ou mais partículas minerais,

levam à formação dos primeiros aglomerados;

D ‐ O número de pontes líquidas que unem as partículas aumenta e os aglomerados são

adensados, com crescente preenchimento dos poros com água;

E ‐ Nesta etapa, as forças capilares das pontes líquidas têm grande importância na

formação das pelotas. O ponto ideal desta fase é atingido quando todos os poros internos

estão preenchidos com água, porém, o aglomerado não está recoberto externamente por uma

película uniforme de água;

F ‐ O estágio ideal é superado quando a pelota crua é totalmente recoberta por uma

película de água. Nesta situação, o efeito das forças capilares é reduzido sensivelmente,

permanecendo ativa apenas a tensão superficial da água.

Além dos efeitos citados, os movimentos de rolamento das partículas no equipamento

de Pelotamento e os movimentos relativos entre partículas são importantes no mecanismo de

aglomeração (figura 34). Eles favorecem a adesão entre partículas através do aparecimento de

diversos pontos de contato entre grãos e de superfícies, nas quais o maior número possível de

capilares deve ser formado.

Figura 34

Fonte: (Vale, 2008)

61

4.5.1) Equipamentos usados para a formação das pelotas cruas A produção das pelotas pode ser realizada em tambores ou discos de Pelotamento

(figura 35). No passado também foram utilizados cones, porém, estes equipamentos não são

mais empregados em escala industrial.

Figura 35: Discos de Pelotamento

Fonte: (Abimaq, 2008)

Os discos de Pelotamento são atualmente os equipamentos mais utilizados para a

produção de pelotas cruas. São dotados de dispositivos que permitem a regulagem da

velocidade de rotação (4,0 a 7,5 RPM) e o ângulo de inclinação (44 a 53º). O diâmetro está na

faixa de 5.000 a 7.500 mm. Raspadores com alinhamento adequado controlam a espessura da

camada de minério úmido formada no fundo do disco (30 a 100 mm), de forma a garantir boas

condições para o rolamento do material. É formada também uma camada lateral no interior

do disco com espessura aproximada de 25 mm, com o objetivo de evitar desgastes por abrasão

e facilitar o escoamento do material. A capacidade de produção dos discos varia de

aproximadamente 90 a 170 t/h, dependendo da concepção do projeto.

Além do controle de rotação, no ajuste da granulometria desejada do produto e taxa de

produção, existe ainda o recurso da adição de água, por intermédio da utilização de cinco

sprays. Cada disco possui quatro raspadores de fundo, um raspador lateral, dois raspadores

auxiliares e um raspador de borda. A função básica dos raspadores de fundo é manter a

camada na altura desejada, constante e uniforme. O raspador lateral proporciona a

manutenção da espessura da camada lateral. Os raspadores auxiliares são de grande

importância na formação das pelotas, pois através da ação dos mesmos, as pelotas já

formadas não voltam a circular na região de formação. Cabe ao raspador de borda, como o

62

nome sugere manter limpa a borda do disco (placa de polietileno), por intermédio de sua placa

de vulcolan. A operação do disco sem os raspadores auxiliares é possível, porém, é necessário

que seja encontrado o ponto ótimo de regulagem dos raspadores de fundo e lateral.

Embora o processo de formação de pelotas pareça simples, existe uma grande quantidade

de fatores de influência, conforme abaixo:

• Propriedades físicas e químicas do minério de ferro;

• Propriedades físicas, químicas e quantidades de aditivos;

• Umidade do material alimentado no disco;

• Taxa de alimentação de material no disco;

• Quantidade de água adicionada no disco;

• Inclinação do disco;

• Velocidade de rotação do disco;

• Posição dos raspadores e defletores;

• Posição dos bicos sprays de água;

• Ponto de alimentação de polpa ao disco;

• Altura da borda do disco; e

• Uniformidade da camada de fundo.

4.5.2) Variáveis do processo São aquelas relacionadas às correções necessárias no material, adequando‐o ao

processo de formação de pelotas. Elas influenciam diretamente no resultado final. É de

extrema importância conhecer a influência dessas variáveis, tais como: superfície específica e

granulometria dos componentes da polpa, umidade da polpa, adição de aglomerantes, adição

de carvão e taxa de alimentação do disco.

• Superfície especifica

A superfície específica determina a capilaridade dos vasos da pelota. Quanto mais alta for à

superfície específica, maior será a capilaridade dos vasos, tendo como conseqüência a

formação de uma pelota mais compacta, mais polida e de maior resistência mecânica. Com a

elevação de seu peso relativo, ela rola mais cedo, não chegando ao topo do disco e, portanto,

reduzindo o seu tempo de retenção. Se a pelota rola mais cedo, tendo reduzido o seu tempo

de retenção e principalmente o seu percurso, terá menor contato com os finos alimentados no

disco, portanto, terá seu diâmetro reduzido. Para compensar esta redução do diâmetro da

pelota o operador terá que atuar em outras variáveis, como por exemplo, na redução da

produção do disco e/ou aumento da umidade da polpa de alimentação.

63

Quanto maior a quantidade de microfinos existente na polpa, maior será a

capilaridade dos vasos e maior será a resistência da pelota, considerando que a umidade

esteja dentro dos padrões desejados.

• Umidade da polpa

• Umidade alta ‐ O aumento da umidade acelera o processo de formação da pelota, também

aumentando o seu diâmetro. O aumento excessivo da umidade prejudica a qualidade das

pelotas cruas, com redução da resistência à compressão, número de quedas, etc.; além de

elevar o consumo específico de combustível e energia elétrica no processo de queima. Em

compensação, pode permitir a elevação da produção. A redução da taxa de

produção por disco provoca certamente uma redução da produção, mas em compensação,

melhora a qualidade da pelota e reduz o consumo específico de combustível e energia elétrica

no processo de queima.

• Umidade baixa ‐ É preciso trabalhar com muita atenção com este tipo de material, visto

que a variação da granulometria é uma constante. A falta de resistência das pelotas e as

variações provocam um retorno muito alto de finos. É necessário que seja evitado que estes

finos entrem no forno, pois isso acarretaria a vedação do mesmo (redução da permeabilidade),

com conseqüente produção de cachos. Nos casos de umidade baixa, após o recurso de

variação da rotação do disco e alteração na taxa de produção, às vezes é necessário o uso de

água, via sprays. Obs.: Tanto a alta ou baixa umidade e as eventuais variações na mesma

deverão ser comunicadas à sala de controle e área de filtragem, para que sejam tomadas as

devidas providências.

• Adição de água nos discos

Com o recurso da variação de velocidade dos discos, a utilização de água nos mesmos

foi praticamente abolida, sendo usada apenas em casos emergenciais. A água utilizada nos

sprays dos discos é procedente da rede de suprimento primário, pois água recirculada ou de

processo, dado o nível de contaminação física e química, compromete a formação e qualidade

das pelotas. O uso de água deve ser feito com muito critério, para que não haja conseqüências

negativas, tais como: formação de pelotas com tamanhos irregulares, pelotas sem resistência

ou com excesso de umidade, que compromete as condições de queima, além de aumentar o

consumo energético no forno. Sempre que possível, é interessante que a adição de água

seja feita na região de alimentação de polpa ao disco, onde se inicia a formação dos núcleos,

pois assim o minério fino é molhado, ao invés das pelotas já formadas. Com este

procedimento, consegue‐se melhor qualidade na pelota crua e maior estabilidade

granulométrico. A adição de água no centro do disco, onde os maiores núcleos são

processados, provoca o crescimento uniforme dos mesmos, resultando em pelotas de

64

tamanho médio maior. Já a adição de água nas extremidades do disco provoca uma aceleração

no crescimento das pelotas que se encontram na região de descarga do mesmo, expulsando‐as

do disco.

É importante lembrar que o uso de água (sprays) facilita o controle da granulometria

até que o material melhore, evitando maiores variações, mas só deve ser feito em último caso,

visto que, qualquer quantidade de água adicionada, por menor que seja, provoca grandes

efeitos no processo.

• Influencia da granulometria da polpa ciclonada no Pelotamento

Apesar do parâmetro principal para determinação do grau de trituração do minério a

ser pelotizado ser a superfície específica, a granulometria possui influência marcante.

Comprovadamente, obtém‐se uma pelota de boa qualidade quando a polpa encontra‐se com

pelo menos 90% do material com granulometria menor que 325# (mesh). Problemas na etapa

de ciclonamento da polpa no processo de moagem e operação em circuito aberto de moagem

(principalmente) são os principais fatores para o comprometimento da granulometria do

material.

Mesmo com resultados de superfície específica satisfatórios, a granulometria fora dos

padrões desejados causará: variações na granulometria das pelotas; maior aspereza,

comprometendo a resistência a abrasão; maior porosidade nas pelotas; perda de resistência à

compressão das pelotas cruas / queimadas e redução da resistência a queda das pelotas cruas.

• Influencia do aglomerante no Pelotamento

O aglomerante, devida à sua característica aglutinante, atua na união das partículas de

minério, proporcionando maior resistência mecânica as pelotas. Deve‐se ter o máximo de

cuidado com a variação na dosagem de aglomerantes. O excesso irá secar o material, onde as

pelotas tenderão a ficar com tamanho reduzido. Neste caso, deve‐se imediatamente aumentar

a rotação dos discos e adequá‐las à granulometria desejada. A redução na dosagem de

aglomerantes deixará o material úmido e sem resistência mecânica, o que acarretará a

geração de finos durante o processo de queima.

Nos casos mais graves, onde as pelotas produzidas poderão comprometer a

permeabilidade no forno, a produção do referido disco deverá ser retornada, até que a

granulometria das pelotas produzidas atinjam condições ideais de queima. Em qualquer

situação de variação por influência da dosagem de aglomerantes, o técnico da sala de controle

deverá ser avisado imediatamente, pois desta maneira poderão ser evitados danos maiores.

Ex: cachos.

• Influencia do carvão no Pelotamento

65

O carvão, dada a sua característica higroscópica, possui a propriedade de absorver a

água contida na polpa. Se dosado em excesso, absolve grande parte da água contida no

material, que tende a secar. A primeira providência a tomar, em casos de dosagens excessivas,

é acertar a granulometria das pelotas. Por serem combustíveis, seus efeitos serão danosos no

forno, provocando cachos e conseqüentes paradas na linha de produção.

• Parâmetros de qualidade das pelotas cruas

Todos os testes de qualidade inerentes à área do Pelotamento são executados pela equipe

de Controle de Qualidade. Para uma boa qualidade das pelotas, é necessário que a polpa

retida esteja nos padrões de qualidade exigidos. Uma das principais exigências do Pelotamento

é o controle da superfície específica. Caso esteja fora dos padrões, provavelmente, todos os

outros parâmetros ficarão comprometidos.

• Numero de quedas das pelotas cruas

O principal objetivo destes ensaios é verificar a capacidade das pelotas cruas de resistir

a quedas (desde a saída dos discos até a entrada no forno de pelotizaçao), e a capacidade das

pelotas secas de resistir a determinadas cargas na região de secagem e pré‐queima do forno.

Unidade: número de quedas / pelota.

Valor ideal: mínimo de cinco.

• Resistência a compressão

Unidade: Kgf. / pelota.

Valor ideal: média de 1,5 e 5,0 Kgf./p, para pelotas verdes e secas, respectivamente.

Obs.: A umidade da pelota é importante para estes dois testes, visto que, a pelota com pouca

umidade tem baixa resistência ao nº de quedas, tendo, porém, boa resistência à compressão.

Deve‐se buscar uma umidade intermediária, para que atenda aos dois testes.

• Parâmetros de qualidade das pelotas queimadas

• Índice granulométrico

É a soma do percentual de pelotas retido nas malhas de 8 mm e 10 mm, dividido pela

soma do percentual de pelotas retido nas malhas de 12,5 mm e 16 mm. A faixa de trabalho

normalmente encontra‐se entre 0,46 e 0,95. O valor ideal para cada produção varia de acordo

com as exigências do cliente.

• Tamanho médio

O cálculo do tamanho médio é efetuado conforme segue:

TM = 18,0 x % retido em 18 mm

+

17,0 x % retido em 16 mm

66

+

14,25 x % retido em 12,5 mm

+


+


+


+

2,5 x % < 5 mm

4.5.4.3 Granulometria

Deve‐se produzir, objetivando atender à seguinte distribuição granulométrica das

pelotas queimadas, salvo solicitação em contrário, feita pelo cliente.

Retido em 18,0 mm = máximo de 1,0 %


Retido em 12,5 mm = mínimo de 50,0 %

Retido em 10,0 mm = mínimo de 30,0 %




< 5,0 mm = máximo de 1,0 %

• Ensaio de abrasão

O ensaio de abrasão é realizado com a finalidade de avaliar a resistência ao desgaste

das pelotas queimadas, quando submetidas às ações simultâneas de rolamento e choque,

decorrentes das operações de manuseio e transpor. O valor médio de 4,5% para a fração

abaixo de 0,5 mm é considerado satisfatório, salvo solicitação em contrário.

67

4.6 Queima A área de queima e praticamente a etapa final do processo de pelotizaçao, em se

tratando de definição de qualidade de pelota queimada. As características adquiridas pelas

pelotas no processo de queima são irreversíveis, ou seja: não e possível requeimar uma pelota,

no intuito de melhorar suas propriedades físicas, químicas e metalúrgicas. Também e

relevante o fato de que os processos, envolvendo tratamento térmico com temperaturas

elevadas, exigem atenção especial, para que não sejam expostos a riscos a qualidade do

produto, integridade dos equipamentos, bem como a segurança pessoal das pessoas que

operam o sistema.

4.6.1 Tratamento térmico das pelotas Há três opções de sistemas de tratamento térmico para a pelotizaçao em escala

industrial (Grafico1):

Forno de gralha móvel;

Grelha móvel forno rotativo (Figura 37);

Forno de cuba (Figura 36).

Tabela 9: Uso industrial dos tipos de fornos


68

Figura 36: Forno de cuba (Shaft)


Figura 37: Forno rotativo (Grate‐Kiln)


Genericamente, o tratamento térmico a que são submetidas as pelotas pode ser

divididos nas seguintes etapas (Figura 38):

Secagem: As pelotas com umidade em torno de 9 % e temperatura próxima da ambiente, são

expostas bruscamente a ação de gases quentes, a uma temperatura de 320 a 400 C°. nesta

etapa, as pelotas devem perder seu conteúdo de água, preservando, entretanto sua

integridade física, resistindo a tensões internas que surgem em função da evaporação da água

contida nos poros, e as pressões dinâmica e estática dos gases quentes.

Pre‐queima: As pelotas secas são pré‐aquecidas a uma temperatura aproximada de 900 C°, de

forma a garantir o Maximo de tempo de exposição das pelotas a temperatura de queima, na

etapa subseqüente. Nesta etapa o grande risco de choque térmico, devido à brusca e

69

acelerada elevação da temperatura. A resistência mecânica das pelotas deve ser suficiente

para suportar este impacto sem a ocorrência de choque térmico, que leva a fissuras, trincas e a

própria desintegração das pelotas, gerando grande quantidade de finos, com conseqüente

perturbação da produção, perda de rendimento e maior desgaste do equipamento de queima.

Figura 38: Zonas de um forno (Grelha reta)


Secagem ascendente: Nesta zona, as pelotas recebem um fluxo ascendente de gases, com

temperatura em torno de 400C°. após atravessar a camada de pelotas crua, a temperatura dos

gases e reduzida para a faixa de 108 a 120 C°, em conseqüência da absorção de calor camada

de pelotas.

Secagem descendente: A temperatura dos gases insuflados nessa fase e em torno de 400 a

410C°. testes realizados com pelotas cruas, nesta fase do processo, mostram que elas podem

ser submetidas a uma temperatura em torno de 600C°, sem apresentar problemas de choque

térmico.

Pré‐queima: Esta zona e destinada a fazer a transição térmica das pelotas que estão saindo do processo de secagem, com temperatura próxima de 380C°, para a zona de queima, que atinge a temperatura em torno de 1330C°. nesta fase as pelotas são submetidas a um aumento gradativo de temperatura.

Queima: Nesta etapa as pelotas são submetidas à máxima temperatura do ciclo térmico (Figura 39), que atinge valores da ordem de 1300 a 1350 C°, dependendo do tipo de minério de ferro e da composição química da pelota que estar sendo produzida. Sob estas condições ocorre à consolidação final do produto, com o estabelecimento de pontes de oxido de ferro e

70

das reações envolvendo componentes de ganga acida e básica. As ligações que se estabelecem entre os grãos são diretamente influenciada pela temperatura, permanecia da carga nesta temperatura e natureza da atmosfera do forno.

Figura 39: Ciclo térmico


Pos‐queima: esta etapa existe apenas nos sistemas que utiliza fornos de gralha reta e tem por objetivo favorecer a homogeneização térmica do leito de pelotas. E uma etapa de curta duração na qual, o calor e transferido ao longo do leito, melhorando as condições de queima das pelotas das camadas inferiores.

Resfriamento: A última etapa do ciclo, o resfriamento, e de grande importância, pois influencia no rendimento térmico do forno, que depende de capacidade de recuperação do calor absorvido pelas pelotas ao longo do processo térmico. A recuperação do calor e feita através do aquecimento de ar frio, que em seguida e utilizado nas etapas de secagem, pré‐queima e queima.

4.7 Peneiramento Concluída a etapa de tratamento térmico, as pelotas queimadas são levadas por correias transportadoras a uma estação de peneiramento (Figura 40).

71

Figura 40: Peneira vibratória


Nesta, a fração de finos (inferior a 4,5mm) gerada durante os processos de Pelotamento e queima e separada, de forma a estreitar a faixa de distribuição granulométrica das pelotas a garantir o atendimento às especificações de granulometria exigidas pelo cliente (Figura 41). Esta pequena fração de finos (em torno de 1,0 a 1,5%) pode ser retornada a moagem, ou então, agregada a outro tipo de minério, como por exemplo, o sínter feed.

Figura 41: Esquema de uma peneira vibratória


4.8 Umidade no processo de pelotizaçao O aumento da umidade acelera o processo de formação da pelota, também

aumentando o seu diâmetro. O aumento excessivo da umidade prejudica a qualidade das

72

pelotas cruas, com redução da resistência à compressão, número de quedas, etc.; além de

elevar o consumo específico de combustível e energia elétrica no processo de queima. Em

compensação, pode permitir a elevação da produção.

A redução da taxa de produção por disco provoca certamente uma redução da

produção, mas em compensação, melhora a qualidade da pelota e reduz o consumo específico

de combustível e energia elétrica no processo de queima. No caso de umidade baixa e preciso

trabalhar com muita atenção com este tipo de material, visto que a variação da granulometria

é uma constante. A falta de resistência das pelotas e as variações provocam um retorno muito

alto de finos. É necessário que seja evitado que estes finos entrem no forno, pois isso

acarretaria a vedação do mesmo (redução da permeabilidade), com conseqüente produção de

cachos.

A elevação da densidade da polpa de alimentação da filtragem provoca aumento da

espessura da camada de polpa retida, dificultando o fluxo de água e ar através da torta. Este

aumento da espessura da torta também poderá provocar o aparecimento de trincas que,

provocará elevação da umidade.

Teste realizado nas usinas 1 e 2 da Vale,pelos operadores da área Felipe de Paula costa e pelo

treinee operacional Luciano da silva com o objetivo de avaliar a variação da Umidade na polpa

retida em função da espessura da camada e tempo de secagem controlados pela rotação

(RPM) do filtro. Foram colhidas 11 amostras com intervalos de 5 min. entre si e medido a

espessura da camada em três pontos do setor (base, meio e extremidade) utilizando um

paquímetro. As 11 amostras correspondem a 11 velocidades do filtro variando de 1,0 RPM a

0,5 RPM com intervalos de 0,05 RPM. A referida amostragem foi feita seguindo o padrão Vale

no Filtro BV22, densidade da polpa em 2,45 kg/l, pressão de vácuo da rede em ‐ 0,75 kgf/cm² e

produzindo RM20. Segue os resultados abaixo nas tabelas 9, 10,11 e 12.

Tabela 9: Aumento da espessura da camada em função da rotação

AMOSTRAS ROTAÇÃO (RPM) MÉDIA1 1,00 16 18 15 16 14 15 15,62 0,95 17 19 17 18 15 17 17,13 0,90 18 18 18 17 16 16 17,14 0,85 19 20 18 19 17 16 18,15 0,80 20 20 18 20 17 18 18,86 0,75 20 22 18 21 17 18 19,37 0,70 20 23 20 21 18 18 20,08 0,65 21 22 21 23 18 19 20,69 0,60 22 23 22 24 19 20 21,610 0,55 25 25 23 24 20 19 22,66711 0,50 24 25 24 24 21 22 23,333

Extremidade Meio BaseAMOSTRAGEM NO SETOR

676767673333006767

Fonte:

73

Tabela 10: Resultados de umidade com as respectivas rotações e espessuras da camada

AMOSTRAS ROTAÇÃO (RPM) MÉDIA DA ESPESSURA DA CAMADA (mm) H2O (%) DESVIO1 1,00 15,667 9,6 0,122 0,95 17,167 9,8 0,133 0,90 17,167 9,6 0,124 0,85 18,167 9,4 0,125 0,80 18,833 9,6 0,116 0,75 19,333 9,6 0,127 0,70 20,000 9,5 0,138 0,65 20,667 9,6 0,139 0,60 21,667 9,5 0,1510 0,55 22,667 9,8 0,0711 0,50 23,333 9,7

Fonte:

Tabela 11: Comparação da rotação versus espessura da camada

ROTAÇÃO X ESPESSURA

12

14

16

18

20

22

24

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Esp.

mm

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

RPM

MÉDIA DA ESPESSURA DA CAMADA (mm) ROTAÇÃO (RPM)

Fonte:

Tabela 12: Comparação espessura da camada versus umidade

ESPESSURA X UMIDADE

9

11

13

15

17

19

21

23

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Esp.

mm

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

Um

id. %

MÉDIA DA ESPESSURA DA CAMADA (mm) H2O (%)

Figura 3

74

Vale lembrar que temos uma infinidade de condições a serem analisadas, como por exemplo, o aumento e redução da densidade, pressão de vácuo, minério utilizado, condições operacionais do equipamento etc.

75

Bibliografia Abimaq. (25 de junho de 2008). Acesso em 25 de junho de 2008, disponível em www.b2babimaq.com.br: www.b2babimaq.com.br

ABM. (06 de 2008). metalurgia e materiais.

fernandes, R. b. (03 de 2008). pelotizaçao de minerio de ferro. vitoria.

ferraro, N. g. (1993). Aulas de fisica. sao paulo: atual.

IBS. (20 de maio de 2008). Acesso em 20 de maio de 2008, disponível em www.ibs.org.br.

Machado, M. L. Siderurgia‐da materia‐prima ao aço laminado.

Manual de operação vale (2008).

Pena, R. G. (20 de maio de 2008). Analise de qualidade em minerio de ferro. vitoria, espirito santo, brasil.

serafim, m. b. (2007). metalurgia.

silva, a. t. (s.d.). tratamento de minerio.

www.b2babimaq.com.br. (25 de junho de 2008). Acesso em 25 de junho de 2008, disponível em http://www.b2babimaq.com.br/maquinas_especificar.asp?cod_anuncio=1776: www.b2babimaq.com.br

Technology

Processo de pelotização