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FACULDADE DO CENTRO LESTE-UCL
CURSO TECNICO EM METALURGIA
LUCIANO DA SILVA
INFLUÊNCIA DA UMIDADE NO PROCESSO DE PELOTIZAÇAO
SERRA 2008
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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
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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.
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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
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Bibliografia .................................................................................................................................. 75
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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.
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• 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
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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).
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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
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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.
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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,
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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).
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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
Fonte: (Rizzo, 2005)
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.
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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.
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• 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.
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‐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
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Tabela 6: Produtos longos
Fonte: www.ibs.com.br
Tabela 7: Produtos trefilados
Fonte: www.ibs.com.br
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
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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.
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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
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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
Fonte: (Rizzo, 2005)
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
Fonte: (Rizzo, 2005)
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
Fonte: (Rizzo, 2005)
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
Fonte: (Rizzo, 2005)
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
Fonte: (fernandes, 2008)
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
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a esta
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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
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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 /
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4.2.5 A
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•
•
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Figura
Fonte:
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tidade, etc.;
descarga.
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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
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Este
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: (Vale)
1.1 Funciona O espess
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dores.
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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
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zando qualq
s as bombas
quer bomba
de vácuo ao
de vácuo. E
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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)
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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
+
11,25 x % retido em 10 mm
+
9,0 x % retido em 8 mm
+
6,5 x % retido em 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 16,0 mm = máximo de 7,0 %
Retido em 12,5 mm = mínimo de 50,0 %
Retido em 10,0 mm = mínimo de 30,0 %
Retido em 9,0 mm = máximo de 5,0 %
Retido em 8,0 mm = máximo de 2,0 %
Retido em 5,0 mm = máximo de 2,0 %
< 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
Fonte: (fernandes, 2008)
68
Figura 36: Forno de cuba (Shaft)
Fonte: (fernandes, 2008)
Figura 37: Forno rotativo (Grate‐Kiln)
Fonte: (fernandes, 2008)
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)
Fonte: (fernandes, 2008)
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
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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
Fonte: (fernandes, 2008)
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).
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Figura 40: Peneira vibratória
Fonte: (fernandes, 2008)
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
Fonte: (fernandes, 2008)
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
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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:
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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
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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.
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Bibliografia Abimaq. (25 de junho de 2008). Acesso em 25 de junho de 2008, disponível em www.b2babimaq.com.br: www.b2babimaq.com.br
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