Aglomerado (indústria siderúrgica)

O aglomerado é um material composto por óxido de ferro e ganga torrado e sinterizado em uma usina de sinterização . Este produto é obtido pela queima de carvão previamente misturado com minério de ferro e óxidos . É um condicionamento do minério de ferro que otimiza sua utilização no alto-forno .

História

O interesse da aglomeração foi identificado desde muito cedo, mas os processos então utilizados não eram contínuos. O método primitivo que consiste na prática de uma malha de roda , foi abandonado no final do XIX ° século, devido à sua gastos excessivos com combustível. Os fornos de eixo então os substituem, sua eficiência muito maior sendo devido tanto ao confinamento da reação quanto à operação em contra-corrente (os sólidos diminuem e os gases sobem).

Nesses fornos, a torrefação dos minérios de ferro é então utilizada para obter o resultado oposto ao que se busca atualmente: em 1895, a torrefação é feita a baixa temperatura para evitar sua aglomeração, para se ter um minério friável.

Os fornos para grelhar minério eram então cubas inspiradas em altos-fornos e fornos de cal e não eram ferramentas muito produtivas. O processo Greenawald, que automatiza seu princípio, experimentou certo desenvolvimento por volta de 1910, permitindo a produção de 300.000 toneladas por ano.

Dentro Junho de 1906, a primeira máquina de aglomeração em cadeia (também conhecida como on grid), construída por AS Dwight e RL LLoyd, inicia seus testes de aglomeração de minérios de cobre e chumbo . A primeira linha para aglomeração de minério de ferro foi construída em 1910 em Birdsboro , Pensilvânia .

A aglomeração do minério em uma cadeia leva cerca de trinta anos para se espalhar na indústria do aço . Enquanto antes da Segunda Guerra Mundial era usado principalmente para recondicionar finos de minério, a partir de 1945 foi generalizado para o processamento de minerais brutos. Atualmente o seu papel é essencial porque permite misturar vários minerais entre eles, e principalmente incorporar resíduos minerais mais ou menos ricos em ferro. Essa função de reciclagem melhora a lucratividade e limita os resíduos dos complexos siderúrgicos, que geram muitos resíduos ricos em ferro ( escória , lodo, poeira, etc. )

Interesses e limitações

Interesses

O aglomerado é um produto otimizado para uso no alto-forno. Para fazer isso, ele deve atender melhor a várias condições:

ser composta por uma matriz de óxido que, combinada com as cinzas resultantes da combustão do coque (principalmente sílica ), dará origem a uma escória fundível , ambas reativas em relação às impurezas (o enxofre trazido pelo coque em particular), pouco agressivo para os refratários que revestem o alto-forno e de qualidade adequada à sua recuperação;
verifique um tamanho de partícula preciso, geralmente entre 20 e 80 mm (pedaços muito pequenos entupindo o forno, e os muito grandes demoram muito para se transformar no coração);
manter a permeabilidade aos gases redutores, e isso nas mais altas temperaturas possíveis;
realizando reações endotérmicas de baixa temperatura que podem ser feitas de forma mais econômica fora de um alto-forno. Trata-se essencialmente da secagem , da calcinação da ganga ( calcário de carbonatação e desidratação da argila ou gesso ) e redução das reações . O aglomerado então se torna, em uma base de peso igual, mais rico em ferro do que o minério.
superoxidar óxidos de ferro, Fe 2 O 3sendo melhor reduzido pelo monóxido de carbono presente no alto-forno do que compostos menos oxidados, especialmente Fe 3 O 4.

Outra vantagem consiste na eliminação de elementos indesejáveis: o processo de aglomeração em cadeia elimina de 80 a 95% do enxofre presente no minério e seus aditivos. É também uma forma de se livrar do zinco , elemento que "envenena" os altos-fornos, pois sua temperatura de vaporização, de 907 ° C , corresponde a uma torra bem conduzida.

Limitações

Por outro lado, o aglomerado é um produto abrasivo e especialmente frágil . O manuseio repetido degrada seu tamanho de partícula e gera finos , o que o torna pouco adequado para locais distantes de altos-fornos: pelotas são preferíveis. É possível melhorar a resistência ao frio, em particular ao esmagamento, aumentando a energia fornecida durante a sinterização.

Melhorar a resistência mecânica também melhora a resistência do aglomerado nos processos que o utilizam. Isso ocorre porque a redução da hematita (Fe 2 O 3) em magnetita (Fe 3 O 4) cria restrições internas. Mas além de um aumento no custo de produção do aglomerado, a redutibilidade se deteriora quando se busca melhorar a resistência mecânica.

Composição

O aglomerado é geralmente classificado de acordo com se é ácido ou básico. A completa basicidade índice i c é calculado pela seguinte razão entre as concentrações de massa :

{\ displaystyle I_ {c} = {\ frac {[CaO] + [MgO]} {[SiO_ {2}] + [Al_ {2} O_ {3}]}}}

Muitas vezes simplificamos simplesmente calculando um índice de basicidade simplificado denotado i (ou às vezes i a ), igual à razão CaO / SiO 2. O aglomerado com um índice i c menor que 1 é dito ser ácido, maior que 1, é geralmente dito que é básico, igual a 1 é qualificado como auto-fundente ( i c = 1 sendo equivalente a i a = 1 , 40). Antes da década de 1950, o aglomerado com índice i c inferior a 0,5 era majoritário. Então, quando se entendeu que o aglomerado poderia incorporar o calcário que era carregado no alto-forno separadamente, os índices básicos se generalizaram: em 1965, os índices inferiores a 0,5 representavam menos de 15% da tonelagem. De aglomerado produzido enquanto aglomerados básicos representaram 45%.

Também encontramos a relação :, k sendo uma constante determinada empiricamente (às vezes igual, para simplificar, a 1). A redução do ferro é, por si só, favorecida por um meio básico, com picos de 2 < i b <2,5. É também nesta área que a resistência mecânica é a melhor (e também, a derretibilidade da escória a pior, o que dificulta a sua evacuação do alto-forno). Além de um índice i b de 2,6, a proporção de aglomerado fundido aumenta, o que obstrui seus poros e retarda as reações químicas entre os gases e os óxidos. Quanto aos aglomerados ácidos com índice i b menor que 1, o amolecimento começa assim que apenas cerca de 15% do minério é reduzido. ${\ displaystyle \ scriptstyle \ i_ {b} = {\ frac {[CaO] + k \ cdot [MgO]} {[SiO_ {2}]}}}$

O índice de basicidade ótimo é, portanto, determinado em função do minério utilizado, das características técnicas do alto-forno, do destino do ferro fundido e das qualidades desejadas. Observamos, por exemplo:

os ferros fundidos produzidos a partir de minette lorraine e destinados ao refino no processo Thomas tinham basicidades de i = 1,35 ( ou seja, um índice total I = 1), que era um compromisso entre a viscosidade a baixa temperatura (que requer uma escória ácida) e a dessulfuração ( favorecido por uma escória básica);
as fábricas para as quais o teor de ferro rico em enxofre não representa um problema adotam um aglomerado mais ácido: com i = 0,9 a 1,0. A redução do silício é assim promovida, mas é possível atingir teores de enxofre de 0,1 a 0,25%;
a produção de ferromanganês no alto-forno requer alto rendimento de manganês e, portanto, alta basicidade, até i = 1,7 ou 1,8 (sabendo-se que, neste caso específico, o índice corresponde a !). Nesse caso, a fusibilidade é um ponto secundário, podendo a temperatura das escórias chegar a 1650 ° C (ao invés de 1450 ° C - 1550 ° C na produção de smelters para refino). ${\ displaystyle \ scriptstyle \ i = {\ frac {[CaO] + [MgO] + [BaO]} {[SiO_ {2}]}}}$

Notas e referências

Notas

Na Bélgica francófona , este material era denominado “frita” - com dois t porque é sinterizado e não frito - quando era produzido e consumido lá.
Historicamente, a torrefação de piritas , resíduos da fabricação de ácido sulfúrico , tinha como objetivo apenas a remoção de enxofre e zinco. Na verdade, eles contêm 60 a 65% de ferro e menos de 0,01% de fósforo, mas até 6% de enxofre e 12% de zinco.

Referências

" Cockerill Ougrée (4/22) "
(em) Julius H. Strassburger Dwight C. Brown , Terence E. Dancy e Robert L. Stephenson , Alto-forno - Teoria e Prática, Vol. 1 , New-York, Gordon and Breach Science Publishers,1984, 275 p. ( ISBN 0-677-13720-6 , leia online ) , p. 221-239
(em) William E. Greenawald , " The Greenawald Sintering Process " , Mining and Scientific Press , vol. 122,15 de janeiro de 1921, p. 81-85 ( ler online )
(em) L. Hand (juiz de circuito) DWIGHT LLOYD SINTERING & CO., Inc., versus Greenawalt (ORE CLAIMS AMERICAN CO., Intervener). , Tribunal de Recursos do Circuito, Segundo Circuito,20 de agosto de 1928( leia online )
(en) Maarten Geerdes , Hisko Toxopeus e Cor van der Vliet , Fabricação de ferro em alto-forno moderno: Uma introdução , IOS Press,2009, 2 nd ed. ( ISBN 978-1-60750-040-7 e 160750040X , leia online ) , p. 26
Jacques Corbion ( pref. , Yvon Lamy) Le savoir ... ferro - Glossário do alto-forno: A língua ... (saboroso, às vezes) dos homens de ferro e a zona de ferro fundido, do mineiro para a ... árvore de coque ontem e hoje , 5,1989[ detalhes das edições ] ( leia online ) , Volume 1, p. 421; 2543; 2559
(de) K. Grebe, “Das Hochofenverhalten von Möller und Koks” , em F. Oeters, R. Steffen, Berichte, gehalten im Kontaktstudium “Metallurgie des Eisens; Teil I: Eisenerzeugung “ , vol. 2, Düsseldorf, Verlag Stahleisen mbH, col. "Metalurgia",1982( ISBN 3-514-00260-6 ) , p. 95-101

Adolf Ledebur , Manual teórico e prático da metalurgia do ferro, Volume I e Volume II( veja na bibliografia )

Volume 1, pág. 252-253
Volume 1, pág. 254-271
Volume 1, pág. 244; 251
Volume 1, pág. 260-270
Volume 1, pág. 237
Volume 1, pág. 248
Volume 1, p. 231-233; 245-247

Veja também

Bibliografia

Adolf Ledebur ( trad. Barbary de Langlade revisado e anotado por F. Valton), Manual teórico e prático da metalurgia do ferro, Tomo I e Tomo II , editor Librairie polytechnique Baudry et Cie,1895[ detalhe das edições ]