Siderurgia Semana 4

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Siderurgia 
Operação do alto-forno
1) Prezados alunos, este recurso é do tipo Lição. Funciona assim: você deve estudar o conteúdo da página e selecionar depois o botão continuar. Aí vêm perguntas para serem respondidas. Então não dá para responder sem estudar antes. E a pontuação tem peso 2. Você só consegue avançar se acertar a pergunta. Então é possível várias tentativas, mas os pontos são perdidos à medida que você utiliza mais de uma tentativa. Então fiquem espertos, estudem e mãos a obra.
OPERAÇÃO DO ALTO-FORNO
Especificamente no alto-forno, instrumentos modernos para observação e controle, controle operacional de equipamentos e supervisão da operação por computadores são utilizados. Entretanto, vários fenômenos que ocorrem no interior do alto-forno ainda não são perfeitamente explicados. Por isso, a operação do alto-forno depende, em muitos pontos, da experiência dos operadores. Aí reside a principal dificuldade de se operar um alto-forno. A operação se apoia, na realidade, em vários dados como:
·	Propriedades e composição do gusa e escória;
·	Temperatura e composição do gás do topo;
·	Pressão de sopro;
·	Condição de descida da carga;
·	Temperaturas nas paredes do forno;
·	Observação da frente da ventaneira.
Esses dados são usados para avaliação, num esforço para se obter uma operação estável. A estabilidade é um aspecto fundamental na operação do alto-forno. 
A carga é uma unidade básica do carregamento do alto-forno. É composta de um carregamento de coque e outro de sínter, minérios, pelotas e fundentes. O carregamento de coque de uma carga é denominado base de coque. Sendo um fator básico do carregamento, a base de coque afeta grandemente a distribuição da carga e o escoamento gasoso e seu ajuste apropriado é muito importante. Esse ajuste é determinado empiricamente, considerando as informações históricas. Da base de coque dependem diretamente as dimensões dos espaços permeáveis, por onde passa o gás, na zona de coesão, tendo portanto, influência direta na permeabilidade da carga. A zona de amolecimento e fusão ou zona de coesão é uma zona de bloqueio à passagem de gases.
1) A permeabilidade da carga é a capacidade dos gases passarem através das partículas da carga. 
( ) Falso
(X) Verdadeiro
Retorno: Uma carga permeável permite uma boa passagem dos gases.
2) O coque, minérios e fundentes são carregados misturados entre si no alto-forno.
(X) Falso
( ) Verdadeiro
Retorno: O coque deve ser carregado separado dos minérios e fundentes
3) A zona de amolecimento e fusão é uma zona onde há bloqueio da passagem dos gases. Escolha a afirmativa falsa:
(F) Nesta zona, os gases atravessam preferencialmente a camada de minérios e fundentes.
(V) Os gases atravessam a camada de coque pois ele não funde e sempre permanece sólido no alto-forno.
(V) Os minérios e fundentes se fundem no alto-forno e bloqueiam a passagem dos gases na zona de amolecimento e fusão.
(V) Nesta zona, os gases atravessam preferencialmente a camada de coque porque ele não funde.
Retorno: Esta é a falsa. Com a fusão, os espaços entre os minérios e fundentes são fechados com o material pastoso e não permitem a passagem dos gases diminuindo a permeabilidade. O coque não funde no alto-forno e é por onde passarão os gases nesta região, pois foi carregado em camadas separadas dos minérios e fundentes.
INFLUÊNCIA DA ESCÓRIA
A composição da escória também deve ser controlada de modo que ela seja suficientemente fluida para se separar facilmente do gusa e possua condições adequadas de promover a dessulfuração. Quanto maior a basicidade (CaO/SiO2), maior a capacidade de dessulfuração da escória. Porém, seu ponto de fusão torna-se alto, piorando a fluidez. Normalmente, a basicidade é de 1,15 a 1,25 para alto-fornos a coque e 0,70 a 0,90 para alto-fornos a carvão vegetal, pois o carvão vegetal não possui enxofre e sua escória pode ser ácida. Para se ter uma escória básica é necessária uma maior adição de fundentes.
1) A basicidade da escória (CaO/SiO2) é determinada pelo redutor utilizado no alto-forno. A escória do alto-forno a coque é básica ou ácida. Marque a resposta correta.
( ) É ácida, para remover enxofre
(X) É básica, para remover enxofre
Retorno: Correto. O coque possui enxofre e a remoção de enxofre é feita pelo óxido CaO e para se ter uma escória básica é necessária uma maior adição de fundentes. Já o carvão vegetal não possui enxofre e sua escória pode ser ácida.
2) Marque a alternativa correta sobre as propriedades da escória.
(X) A escória além de estar líquida deve estar fluida no alto-forno.
() A escória além de estar líquida deve estar viscosa no alto-forno.
Retorno: Correto. Não adianta ter uma escória líquida e viscosa. A viscosidade alta prejudica a remoção da escória de dentro do alto-forno.
ANORMALIDADES OPERACIONAIS
Para se obter uma boa produtividade, com um mínimo de consumo de combustível e com qualidade é fundamental uma boa estabilidade da marcha do alto-forno. Para se obter esta estabilidade são necessárias boas condições de permeabilidade, controle do nível térmico e do esgotamento do cadinho. 
Se por um ou vários motivos não é possível manter estas condições, podem ocorrer algumas anormalidades operacionais que serão descritas a seguir:
Engaiolamento e arriamento: são características do engaiolamento a parada de descida de carga e o aumento abrupto da pressão de sopro, ocasionando uma diminuição da relação CO/CO2 do gás do topo e uma elevação lenta da temperatura do topo come tendência de equalização dessa temperatura ao longo da superfície da carga. Quando a carga está engaiolada pode acontecer o arriamento da mesma, provocando a descida de materiais não reduzidos à frente das ventaneiras. A carga desce repentinamente, 1 e 2 metros em pequenos arriamentos e até 10 metros nos maiores, provocando flutuações na pressão do topo ou diminuição repentina e momentânea da pressão de sopro. As principais causas do engaiolamento são o uso de carga com alto teor de finos, método de carregamento provocando segregação granulométrica e formação de cascões na parede do alto-forno.
Desnivelamento da carga: quando o escoamento gasoso e as espessuras das camadas da carga na direção circunferencial do forno tornam-se desbalanceadas, a descida da carga no forno é afetada de tal maneira que uma diferença no nível da superfície ocorre, afetando a estabilidade da operação. Este desnivelamento da carga é sempre acompanhado de diferenças de temperatura na direção circunferencial da parede do forno, diferenças de temperatura e composição do gusa entre furos de gusa e descida de material não reduzido em determinadas ventaneiras. O desnivelamento ocorre devido a problemas na distribuição da carga na direção circunferencial, na distribuição do sopro por ventaneiras e na existência de cascões ou desgaste irregular do alto-forno.
Chaminé: a chaminé é um fenômeno pelo qual ocorre a passagem preferencial dos gases por uma pequena porção da seção transversal do alto-forno, provocando o arraste de material líquido e calor para o topo do forno e a descida de material sólido e frio para o cadinho. Ela ocorre quando há formação de uma grande pressão de sopro levando o fluxo gasoso a romper as camadas de carga numa região de melhor permeabilidade e se concentrar nessa região. A chaminé se caracteriza por decréscimo na pressão de sopro, aumento da temperatura do gás do topo e aumento da relação CO/CO2 no gás de topo. Novamente os cascões das paredes do alto-forno e problemas na distribuição da carga são a causa deste efeito danoso, que eleva o consumo do redutor.
Formação de cascão: quando ocorre a incrustação de materiais nas paredes do alto-forno, esta é denominada genericamente de cascão. Se esta incrustação se desenvolver e atingir tamanho considerável, o alto-forno tem o seu perfil refratário alterado, podendo causar descida irregular da carga e abaixamento da temperatura do forno. A causa mais comum da formação de cascão é a condensação de vapores de zinco e álcalis em regiões de baixa temperaturana parede do forno, em conjunto com a presença de finos dos materiais carregados. O principal meio de combater a formação de cascão é efetuar um controle de distribuição da carga, mantendo-se o carregamento de zinco e álcalis (K2O, Na2O) sob controle. Os álcalis recirculantes do forno são removidos do forno através da utilização de uma escória ácida. O controle da formação do cascão é muito importante, pois, caso ocorra a queda do mesmo dentro do alto-forno pode haver sérios danos à operação do alto-forno.
Esfriamento do cadinho: um esfriamento do cadinho causa grandes danos à produção da usina, pois, ocorre uma grande perda de produção, já que a operação de recuperação é lenta. As causas possíveis responsáveis por este acidente podem ser a queda de cascão, engaiolamentos e arriamentos de carga, formação de chaminé, queda do nível de temperatura do cadinho após uma parada prolongada sem preparação térmica e entrada de água no forno.
1) Faça uma breve descrição de como os álcalis influenciam a formação de cascão e o engaiolamento e arriamento da carga do alto-forno.
A causa mais comum da formação de cascão é a condensação de vapores de zinco e álcalis em regiões de baixa temperatura na parede do forno, em conjunto com a presença de finos dos materiais carregados. . O principal meio de combater a formação de cascão é efetuar um controle de distribuição da carga, mantendo-se o carregamento de zinco e álcalis (K2O, Na2O) sob controle. Os álcalis recirculantes do forno são removidos do forno através da utilização de uma escória ácida. O controle da formação do cascão é muito importante, pois, caso ocorra a queda do mesmo dentro do alto-forno pode haver sérios danos à operação do alto-forno. As causas possíveis responsáveis por este acidente podem ser a queda de cascão, engaiolamentos e arriamentos de carga, formação de chaminé, queda do nível de temperatura do cadinho após uma parada prolongada sem preparação térmica e entrada de água no forno.
Siderurgia 
Reações entre os componentes da carga
Semana 4
Aluno: Anne Resende
Prezados alunos, durante a descida da carga no alto-forno ocorrem vários fenômenos físico-químicos. Descreva o que acontece com a carga metálica, fundentes e coque nas zonas internas do alto-forno. As zonas internas que devem ser consideradas são a zona granular, zona de amolecimento e fusão, zona de coque ativo, zona de coque estagnante (homem morto) e zona de combustão. E não se esqueça; ocorrem reações químicas e também fenômenos físicos, como troca de calor, fusão e fluxo gasoso intenso.
Zona granular: 
Nesta zona o minério e o coque ou CVR mantêm sua configuração em camadas, tais como foram carregados, ou seja, camadas alternadas de coque e minério. Nesta região existem apenas duas fases (gases e sólidos), portanto, a redução dos óxidos de ferro ocorre apenas no estado sólido.
·	Comportamento Quimico: Redução do Fe2O3 e Fe3O4 para FeO.
·	Comportamento Fisico: A temperatura dos gases diminui rapidamente devido à transferência de calor para os sólidos carregados. A evaporação da umidade da carga também rouba calor.
Zona de amolecimento e fusão: 
Zona onde a carga metálica fica no estado de amolecimento até a fusão completa. Se divide em outras duas zonas a Zona de gotejamento e a Zona coesiva. 
Esta região é caracterizada pelas altas temperaturas e reações que ocorrem, possibilitando a redução dos óxidos metálicos transformando estes em metal fundido, e a redução parcial dos óxidos não metálicos que iram formar a escória do processo. 
Esta região merece grande atenção durante a operação, pois nela coexistem três fases (sólidos, líquidos e gases).
Zona coesiva: 
É constituída de camadas de coque e camadas coesivas alternadas. As camadas coesivas são formadas de massas semifundidas de partículas de minério de ferro, praticamente impermeáveis ao fluxo gasoso, que passa preferencialmente através das camadas de coque.
·	Comportamento Quimico: Formação e fusão da escória, redução final do FeO a Fe e fusão.
·	Comportamento Fisico: Transferência de calor dos gases ascendentes para os sólidos em fusão.
Zona de gotejamento: 
Zona onde o metal e a escória, já sob a forma líquida, escoam através de um empilhamento de coque, em contra corrente com os gases. Engloba também as zonas de Homem morto e Combustão (região de coque ativo).
·	Comportamento Quimico: Óxidos de impurezas são reduzidos e o ferro absorve carbono durante a percolação através do leito de coque 
·	Comportamento Termico: Transferência de calor dos gases ascendentes para o coque e as gotas de ferro e escória descendentes
Região de coque ativo ou Zona de Combustão: 
Também conhecida como Zona de Combustão, nesta região ocorre a combustão do carboredutor granulado e injetado. Através desta combustão são gerados os gases redutores responsáveis pelo aquecimento e redução dos óxidos e é gerado o calor necessário a fusão do metal e dos óxidos que iram compor a escória. 
É uma região formada parcialmente de um vazio causado pelo sopro do ar, bem à frente da ventaneira.
·	Comportamento Quimico: O carbono do coque é oxidado para CO2 e então para CO
·	Comportamento Termico: Grande geração de calor pela combustão do coque.
Região do coque estagnado ou Homem Morto: 
Também chamada de Zona de coque Inativo ou Homem morto. É composto de uma quantidade mais central de carvão, que por estas afastado da zona de combustão, não reage com o oxigênio soprado nas ventaneiras desta forma não formando o gás CO, redutor utilizado no processo. 
Esta localizado no centro do forno, tem a função de auxiliar no suporte da carga e na manutenção da temperatura no interior do cadinho. 
Por esta região escorrem o metal e a escória à medida que são fundidos, devido a passagem do ferro por esta região, este se enriquece em carbono, gerando o gusa com até 4,5% de carbono. Este desgaste promove gradativamente a redução desta região.
·	Comportamento Quimico: Saturação do gusa com carbono e redução final dos óxidos de impurezas.
·	Comportamento Termico: O gotejamento de gusa e escória transfere calor para o cadinho.