Relatorio processos metalurgicos

Prévia do material em texto

RELÁTORIO DE PROCESSOS METALÚRGICOS
RESUMO 
O presente relatório apresenta os dados propostos no laboratório de processos metalúrgicos. Foram propostos tópicos contidos dentro da siderurgia. A coqueificação, sinterização e pelotização. A redução do minério de ferro também será abordada. Concluindo, serão citados dois tipos de conversores – o conversor a oxigênio e o forno elétrico a arco.
Palavras chave – relatório, processos metalúrgicos, siderurgia, processos metalúrgicos.
DESENVOLVIMENTO 
PROCESSO DE COQUEIFICAÇÃO
O carvão metalúrgico, como é comercialmente chamado, tem características específicas no processo de pirólise que gera o coque, produto utilizado na fabricação do ferro gusa nos altos fornos. Essa característica específica de se transformar em coque é devido a alguns componentes do carvão chamados macerais. A quantidade desses componentes associados a outros elementos constituintes do carvão dará maior ou menor capacidade do crvão virar coque com as propriedades adequadas para uso em altos fornos.
O processo de pirólise do carvão passa por varias etapas que podem ser divididas em três etapas principais. A primeira etapa ocorre durante o aquecimento do carvão ate 350°C. Nessa etapa há a vaporização da umidade e o início da desvolatilização. A segunda etapa, chamada de fase plástica, ocorre a 500°C e vai até o final do processo quando a temperatura atinge 1000°C. Nessa fase pasta perde mais material volátil e começa a endurecer e a trincar, formando o semicoque e finalmente o coque. As reações que ocorrem durante a fase plástica, basicamente são divididas em dois tipos de reações principais. Um primeiro tipo são as reações de craqueamento com rompimento das ligações c-c produzindo polímeros menores do que o do carvão e muitos deles em fase líquida nessas temperaturas. A saturação dos radicais formados pela ruptura das ligações c-c necessita de hidrogênio, que será suprido pelo segundo tipo de reações. Esse outro tipo são reações de aromatização e condensação, que consistem na formação de cadeias aromáticas mais longas com anéis saturados e a recombinação de grupos aromáticos com outros. Essas reações liberam hidrogênio e levam a formação de resíduo de carbono sólido. Ainda na segunda etapa, a descrição do fenômeno de fusão do carvão pode ser dividida em quatro fenômenos elementares: o fenômeno físico do amolecimento; a formação do alcatrão líquido resultante das reações de craqueamento; a volatilização de uma fração de alcatrão formado e a dissolução do carvão durante a carbonização por uma facão do alcatrão não volatilizado.
A terceira etapa do processo de coqueificação é a solidificação, que começa acima de 500°C. Nessa etapa ocorrem as volatilizações finais e a formação do semicoque. A composição dos gases gerados vai alterando através do aumento da geração de hidrogênio e a redução da geração de metano. A temperatura vai aumentando e o semicoque vai se transforma no coque a uma temperatura de 950°C a 1000°C. Na etapa da fase plástica há uma expansão da massa, provocando pressão na parede e depois, na última etapa, há a contração da massa formada. O bolo de coque, no processo industrial, ainda fica dentro do forno por um tempo, após a formação do coque, para homogeneizar a temperatura da massa como um todo e, com isso, equalizar a propriedades físicas e metalúrgicas do coque.
http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-02062008-161728/publico/texto_dissertacao_2802_a.pdf
PROCESSOS DE AGLOMERAÇÃO
- SINTERIZAÇÃO
O processo de sinterização se desenvolve conforme as seguintes etapas: As matérias-primas, incluindo o combustível, são dosadas e misturadas. A mistura é carregada em um misturador com o objetivo de promover a homogeneização e o controle da umidade. Nesta unidade ocorre a primeira etapa de aglomeração, a frio, denominada de micropelotização. A mistura logo é carregada na grelha e ao entrar em contato com o forno de ignição o combustível de sua camada entra em combustão, iniciando a sinterização propriamente dita. Em seguida um volume de ar é succionado de cima para baixo, através do sistema de exaustão, dando continuidade à queima de combustível.
A Continuidade da queima do combustível desenvolve uma frente de combustão, que gera o calor necessário às reações de sinterização, promovendo uma semifusão e uma consequente aglomeração da mistura, formando o sínter. Quando a frente de combustão atinge as grelhas, na parte inferior da camada da mistura, indica que toda a mistura se transformou em sínter. Descarregado na grelha, o sínter se apresenta em grandes blocos e é, então, submetido a um tratamento de britagem e peneiramento. As frações superiores a 5 mm são carregadas no alto-forno, e as inferiores realimentam a mistura a ser sinterizada.
https://cetm_engminas.catalao.ufg.br/up/596/o/aglomeracao_4.pdf
- PELOTIZAÇÃO
A pelotização pode ser dividida em três etapas;
Primeira etapa- beneficiamento do minério de ferro
O beneficiamento ou tratamento do minério de ferro, pellet feed, é necessário pra se atingir a finura necessária a formação das pelotas cruas no estágio seguinte, o qual conta com os três estágios: moagem a úmido, pelotamento com discos e forno de queima, de acordo com a tecnologia Traveling Grate. Essa finura depende das características dos minérios.
Em geral, superfície específica na faixa de 1700 a 2200 cm2/g e granulometria abaixo de 0,074 mm são necessárias para formação das pelotas cruas, nos discos de pelotamento. Para que essas condições sejam atingidas, o minério é submetido ao processamento de moagem. Normalmente, o pallet feed concentrado não atinge essas especificações, Moagem a seco ou a úmido, em moinhos de bolas, pode ser utilizada para continuação, dependendo do tipo de minério as condições existentes no local da planta de pelotização. A moagem é uma operação muito despendiosa, tanto em energia, quanto em outros insumos (bolas, revestimentos, etc).
Os custos de capital e operacional da moagem são muito relevantes num circuito de pelotização. Quando a moagem é realizada por via úmida, a operação de filtragem é incluída nesse estágio 1 , de forma a se obter uma polpa retida com umidade na faixa de 8 a 10%, necessária ao pelotamento. Se for executada via seca, um complexo sistema de secagem e classificação do minério é considerado. Nesse caso, o consumo de energia térmica para secar o minério é alto e impacta, significativamente, o custo operacional. Seca – se o minério para, em seguida, no estágio 2, adicionar-se 8 a 10% de água, de forma a conferir-lhe o teor de umidade adequado ao pelotamento. Porém, o tipo de moagem utilizado depende de vários fatores, inclusive o tipo de minério, sendo função que não tem no seu fluxograma. Nesse caso, essas unidades já recebem o minério já previamente moído e com finura adequada ao pelotamento.
Segunda etapa – Mistura e Pelotamento
Obtido o minério fino, através da moagem e filtragem, faz – se a dosagem de algomerante, fundentes e, eventualmente, combustível sólido, de forma a se produzir a pelota queimada especificada. Os fundentes são importantes para ajustar a basicidade das pelotas, conferindo-lhes propriedades químicas, físicas e metalúrgicas, adequadas para o usar nos reatores de redução siderúrgicos. Preferencialmente, os aditivos devem ser beneficiados separadamente, e dosados ao minério à entrada do misturador. Porém, cada planta faz a sua maneira, de acordo com as condições locais e disponibilidade de matérias primas. Em certas plantas, os fundentes são dosados à pilha de minério de ferro e moídos conjuntamente. Após a filtragem e adição dos aditivos, se necessário, ajusta-se o teor de umidade da mistura a ser pelotizada. Os materiais são alimentados num misturador e, após, seguem para pelotamento. Podem ser utilizados discos ou tambores para a produção das pelotas cruas. Os discos de pelotização são mais utilizados, em vista de sua maior sipmplicidade. O tamanho das pelotas cruas pode ser ajustado, através das variáveis de controle de operação, tais como:taxa de produção, inclinação, velocidade do disco, dentre outras. Antes de entrarem no forno, as pelotas cruas são peneiradas, sendo retirados os finos e os grossos, os quais são recirculados no processo.
Terceira Etapa – Queima e Consolidação final
Este é o estágio principal de qualquer processo de pelotização, e o de maiores custos de capital e operacional. Na verdade, quando se fala em tecnologia de pelotização, correntemente, esta se referindo a este estágio, já que os dois outros envolvem operações comuns a qualquer uma das tecnologias existentes. Os fornos Traveling Gate e Rotary-kiln são utilizados para a queima ou processamento térmico das pelotas cruas, obtida no pelotamento. Para conferir as pelotas resistência e propriedades metalúrgicas adequadas, as pelotas cruas são submetidas a altas temperaturas (1250 a 1350 °C), dentro dos fornos, durante um tempo conveniente e estritamente controlado. Esses fornos têm diferentes zonas, nas quais se dão a secagem, o preaquecimento, queima propriamente dita e o resfriamento do produto. Os fluxos ascendentes e descendentes, temperatura e pressão de gases, em cada zona do forno, são controlados, em função do tipo de pelota produzida. A recirculação dos gases quentes das zonas de resfriamento permite recuperar parte do calor, melhorando o rendimento térmico dos fornos. Normalmente, à saída do forno, as pelotas queimadas são peneiradas e os finos abaixo de 5 mm eliminados. 
https://www.abmbrasil.com.br/download/file/aspectos-conceituais-relativos-a-pelotizacao-de-minerio-de-ferro
A REDUÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO.
Em um forno de tamanho variável, externamente revestido por metal e internamente por material refratário onde os metais ferrosos são obtidos por redução dos minérios de ferro nos altos-fornos. Pela parte superior do alto-forno, são carregados minério, calcários(fundentes) e coque(carvão). Pela parte inferior o ar insuflado efetua a reação de redução e eleva a temperatura até o ponto de fusão do ferro gusa e das escórias formadas pela reação do calcário com a sílica que normalmente acompanha o minério. Em intervalos, o ferro e a escória fundidos, acumulados no ponto mais baixo do alto-forno, são retirados, levando-se o ferro em estado de fusão para a aciaria ou lançado em formas para se solidificar em lingotes de ferro gusa. A escória, menos densa que o ferro, sai por último, sendo retirada e podendo ser aproveitada para constituir cimento de alto forno.
https://www.infoescola.com/industria/fabricacao-de-aco/ 
CONVERSOR A OXIGÊNIO OU PROCESSO LINZ-DONAWITZ
Este é o processo mais comum para a produção de aço, nos conversores a oxigênio são fabricados mais de 50% da produção mundial de aço. No Brasil eles também são amplamente utilizados.
A carga desse conversor é constituída de ferro gusa líquido, sucata de ferro, minério de ferro e aditivos (fundentes). Com uma lança refrigerada com água, injeta-se oxigênio puro a uma pressão de 4 a 12bar no conversor.
Para de oxidar o carbono no metal líquido que é carregado dentro do conversor LD é necessário grande quantidade e energia, pois essa reação é extremamente endotérmica e para compensar isso um dos principais elementos presentes no ferro gusa que também é oxidado é o silício formando uma reação extremamente exotérmica. Para neutralizar esta elevada temperatura que prejudicaria o refratário, adiciona-se sucata ou minério de ferro.
Para adição de fundentes como o cal, os acompanhantes do ferro como o manganês, fósforo e enxofre unem-se formando escória.
Para aumentar a qualidade do aço, adicionam-se os elementos de liga no final do processo ou quando o aço está sendo vertido na panela, já pronto.
Os aços produzidos no LD não contém nitrogênio pois não se injeta ar, daí a alta qualidade obtida. Esse conversor oferece vantagens econômicas sobre os conversores do processo Bessemer e Siemens Martin.
FORNO ELÉTRICO A ARCO.
O forno elétrico a arco (FEA) consiste de uma carcaça cilíndrica de aço, montada sobre um sistema que permite o basculamento do forno para frente e trás. O forno a arco pode fundir qualquer tipo de sucata. Tem sua maior aplicação em aciarias para fabricação de grandes quantidades de aço ( pelo processo ácido ou básico) e em fundições de grande porte.
O forno a arco elétrico utiliza calor desenvolvido pela descarga elétrica em forma de arco entre dois pontos, ou seja, os eletrodos e o metal.
Esse arco é gerado pela passagem da corrente elétrica através do ar ionizado, que separa os dois pontos entre os quais o arco é formado.
O arco elétrico pode saltar entre esses dois pontos, desta forma, a transferência de calor orcorre diretamente para a carga. A corrente elétrica também flui através da carga metálica, gerando um aquecimento adicional devido a inerente resistência a sua passagem. Este aquecimento é em menor proporção do que o oriundo pela formação do arco.
A temperatura do arco corresponde à temperatura de ebulição do material que constitui o eletrodo. No cão de eletrodos de carbono, esta temperatura de ebulição é de 4.197°C (estima-se que a temperatura no centro do arco estaria na faixa de 10.000 a 18.000°C). 
https://sites.google.com/site/tecnologiaprocessometalurgico/fundicao-i/2-fornos/5-f-arco-direto
CONCLUSÃO.
Com base nos dados apresentados no decorrer do relatório, pode-se observar o alto grau de complexidade envolvido nos processos. Atualmente muitos desses processos são estudados e muitas vezes reformulados pra obtenção da maior eficiência possível, e menor custo operacional. Infelizmente a constante ambiental ainda é amplamente negligenciada no setor.