Este documento descreve o processo de pelotização no Brasil. Ele discute como a umidade influencia o processo de filtragem e formação da polpa retida durante a pelotização. O documento também fornece um resumo geral sobre a introdução à siderurgia e ao processo de pelotização.
1. 0
FACULDADE DO CENTRO LESTE-UCL
CURSO TECNICO EM METALURGIA
LUCIANO DA SILVA
INFLUÊNCIA DA UMIDADE NO PROCESSO DE
PELOTIZAÇAO
SERRA
2008
2. 1
LUCIANO DA SILVA
INFLUÊNCIA DA UMIDADE NO PROCESSO DE PELOTIZAÇAO
Trabalho interdisciplinar apresentado no
curso técnico em metalurgia da faculdade
do centro leste‐UCL, como requisito
parcial para obtenção do certificado de
técnico em metalurgia.
Orientador: Paulo de tarso
SERRA
2008
3. 2
Resumo
Este trabalho apresenta‐se a influencia da umidade no processo de pelotizaçao, dando
destaque para o processo de filtragem e a formação da polpa retida, que tem grande
influencia no Pelotamento e conseqüentemente no processo de queima. Realizamos testes
de umidade no processo de filtragem das usinas 1 e 2 da Vale , para avaliar a umidade da
polpa retida em função da espessura da camada e tempo de secagem controlados através da
rotação do filtro e obtivemos resultados de umidade muito próximo,sem grandes alterações
na quantidade de água na polpa retida.
6. 5
1.0 Introdução
1.1 Históricos da pelotizaçao
As jazidas de minério de ferro contem, naturalmente, uma parcela de fios de tamanho
inferior a 6 mm. E unanimidade na siderurgia nacional que esta e a dimensão mínima aceitável
em minérios granulados para a utilização em altos‐fornos. Além disso, durante a lavra,
processamento de concentração, classificação, manuseio e transporte do minério, e gerada
uma quantidade adicional de partículas finas e ultrafinas, cuja aplicação direta nos reatores de
redução e impraticável. A utilização do minério nesse estado tornaria a carga pouco
permeável à passagem dos gases redutores, diminuindo a performance operacional. Por outro
lado, a separação dessa parcela ,considerando‐a como rejeito, teria as seguintes implicações,
dentre outras:
‐Diminuição do rendimento da lavra;
‐Aumento dos custos operacionais;
‐Redução das reservas
‐Aumento dos rejeitos.
Com o propósito de elevar o índice de recuperação e melhorar a economicidade global do
sistema, surgiram os processos de aglomeração. O objetivo era agregar em pedaços de
tamanho adequado um grande numero de minúsculas partículas de minério, resultando num
produto com características adequadas para a utilização nos reatores de redução. Os meios
empregados para promover a aglomeração foram baseados em processamentos térmicos a
altas temperaturas. Surgiram, assim, os processos de sinterização, no final do século dezenove
e os de pelotizaçao no inicio do século vinte, em 1911, na Suécia. A sinterização encarregou‐se
de uma parcela dos finos. Mostrou‐se porem, imprópria a absorção dos ultrafinos, com
tamanho abaixo de 0, 149 mm (100mesh). Para aproveitá‐los, foi então idealizada a
pelotizaçao. Com esses dois processos, todos os finos gerados na mineração puderam ser
aglomerados em tamanhos adequados a utilização nos reatores de redução nas usinas
siderúrgicas.
A pelotizaçao e um processo de aglomeração que, através de um tratamento térmico,
converte a fração ultrafinas em esferas de tamanhos na faixa de 8 a 18 mm, possuindo
características apropriadas para alimentação nas unidades de redução. O seu grande
desenvolvimento baseou‐se numa serie de fatores, dentre os quais podem ser destacados:
•
O sucesso alcançado pelos americanos na concentração e pelotizaçao das
taconitas, minério magnético de baixo teor metálico.
7. 6
•
S perspectivas de exaustão das reservas de minero de alto teor de ferro.
•
A melhoria dos índices operacionais dos altos‐fornos com o emprego de
aglomerados, substituindo‐se gradativamente os minérios naturais.
•
A participação de novos fornecedores de minério no mercado internacional, o que
tornou a competição mais acirrada e exigiu melhores índices de qualidade da
matéria‐prima.
•
A possibilidade de controlar mais estreitamente as características físicas e
metalurgias das cargas dos reatores de redução, alinhando‐se com a evolução da
técnica de operação dos altos‐fornos, sobretudo no cuidado com a preparação das
matérias‐primas.
•
As previsões de consumo crescente do aço em todo o mundo criaram um novo
alento no sentido de adotar‐se e aprimorar os processos que permitisse as
melhores produtividades.
Esses fatores, evidentemente, não atuaram de forma isolada, mas houve influencia
simultânea de vários deles no decorrer das ultimas décadas. (Vale)
2.0 INTRODUÇÃO A SIDERURGIA
O aço é a liga metálica mais utilizada pelo homem, pois sua grande versatilidade e seu
baixo custo possibilitam a sua utilização em uma ampla gama de aplicações, desde minúsculas
peças como engrenagens de relógios, mola de expansão das veias cardíacas ate grandes
estruturas como pontes, edifícios e navios. A produção de aço e uma atividade de grande
potencial d geração de crescimento econômico e social de uma região e de uns pais, seja pela
necessidade de mão‐de‐obra qualificada,pela elevada utilização de matérias‐primas e insumos
(minérios, refratários, gases industriais, sucatas), pela geração de varias indústria de
fornecimento de equipamentos ou componentes (maquinas, caldeiras, sensores, motores) e
serviços (manutenção mecânica, elétrica, instrumentação e refratários), alem de indústrias
para utilização local dos produtos e co‐produtos siderúrgicos (metalúrgicas para produção de
tubos ou estruturas metálicas ou estampadas pré‐montados, relaminações, fabricas de
cimento, recuperação de escoria e lamas, termoelétricas). (Rizzo, 2005)
No atual estagio de desenvolvimento da sociedade, e impossível imaginar o mundo
sem o uso do aço e do ferro fundido. A produção do aço e um forte indicado do estagio de
desenvolvimento econômico de um pais. Seu consumo cresce proporcionalmente a construção
de edifícios, execução de obras publica instalação de meios de comunicação e produção de
8. 7
equipamentos. Esses materiais já se tornaram corriqueiros no cotidiano, conforme as figuras 1,
2, 3,4. Mas fabricá‐los exige técnica que deve ser renovada de forma cíclica, por isso o
investimento constante das siderúrgicas em pesquisa. O início e o processo de
aperfeiçoamento do uso do ferro representaram grandes desafios e conquistas para a
humanidade. (IBS, 2008
Figura 1: Aplicação do aço Figura 2: Aplicação do aço
Fonte: Fonte: http://www.infomet.com.br/8a_etapa. php
Figura 3: Aplicação do aço Figura 4: Aplicação do aço
Fonte: Fonte: http://www.infomet.com.br/8a_etapa. Php (IBS, 2008)
2.1 Panorama de produção siderúrgica.
O Brasil apresenta vocação e potencial ainda não adequadamente explorado para o
desenvolvimento na área siderúrgica, pois, temos grande parte das matérias‐primas, parque
tecnológico competitivo, e localização privilegiada. A produção brasileira de aço bruto e a
respectiva proporção em relação à produção mundial evoluíram conforme tabela 1 (na tabela
2 distribuição por estado nos meses de janeiro e fevereiro de 2008), e vem crescendo ano a
ano, ainda e muito tímida quando se considera as nossas reservas de minério de ferro e nosso
potencial mercado consumidor (Rizzo, 2005).
10. 9
rígidas da legislação, suprir o mercado interno com competência, manter forte posição
exportadora, alem de desenvolver as comunidades locais e contribuir para o fortalecimento da
economia local. A siderurgia brasileira concluiu em2006 um ciclo de investimento, iniciado em
1994, de U$$18,9 bilhões ate 2012, considerando apenas as usinas do parque existente. A
capacidade de produção saíra de 37 milhões de toneladas de aço para 52,2 milhões de
toneladas. Considerando como novos projetos, serão 66 milhões de toneladas de aço.
Estes investimentos estão ligados de forma indissociável aos fundamentos de
responsabilidade social e corporativa, conforme explicitado no relatório de sustentabilidade do
setor. No ano passado, as empresas do setor destinaram R$223,9 milhões para projetos de
ação social, sendo voltados basicamente para a área de meio ambiente (52%) e cultura (22%).
São principalmente projetos desenvolvidos e geridos pelas próprias empresas, em parceria
com outras instituições. A importância do setor siderúrgico brasileiro se reflete na geração de
postos de trabalho, com empregos de qualidade. No ano de 2006, o setor comportava 111557
colaboradores. A taxa de rotatividade entre os colaboradores da siderúrgica brasileira e baixa
(6,1 % em 2006). Em relação à permanência nas empresas, 45% do efetivo próprio do setor
tem mais de 11 anos de trabalho. A maior parte deles, 25% tem entre 11 e 20 anos de
empresa. Por quê? As razoes são variadas.
Alem de um pacote interessante de renumeração e benefícios, os colaboradores
sentem‐se atraídos pelos investimentos em educação, treinamento e desenvolvimento que a
siderurgia proporciona. Em 2006, as empresas siderúrgicas destinaram R$63,4 milhões para
programas de treinamento e desenvolvimento profissional de seu pessoal.
O ambiente de trabalho e cercado de cuidados. Aproximadamente 80% das empresas
do setor siderúrgico brasileiro possuem comitês formais de saúde e segurança que auxiliam no
monitoramento e aconselhamento de programas de segurança ocupacional, com
representação da administração da companhia e dos trabalhadores. O desenvolvimento de a
siderurgia estar e sempre será baseado nas melhores praticas operacionais disponíveis, com
grande atenção as crescentes exigências ambientais e as novas demandas da sociedade. O
compromisso e o crescimento sustentável. A relatoria de sustentabilidade do setor pode ser
acessada na integra em www.ibs.org.br. (Oliveira, 2007) Na tabela 3 mostra alguns
investimentos feitos pelo setor na área social.
12. 11
soldabilidade, pela possibilidade de alterar suas propriedades por tratamentos térmicos,
mecânicos e químicos, e, principalmente, por seu relativo baixo custo.
A ABNT‐Associção brasileira de normas técnicas define o aço como ‘’liga ferrosa passível de
deformação plástica, em geral com teor de carbono entre 0, 008 e 2,4%%, podendo conter
elementos de liga adicionados intencionalmente e elementos residuais; geralmente o carbono
se apresenta na forma combinada (cementita) e/ou dissolvida (Ferri ta)”.
A ABNT ainda subdivide o aço em três grupos:
1°‐Aço‐carbono: são aços que não contem elementos de liga alem dos teores residuais
admissíveis para cada tipo e nos quais os teores de Si e Mn não ultrapassam 0,60% e 1,65%%,
respectivamente. A adição de elementos com o fim especifico de melhorar as características
de usinabilidade não descaracteriza o aço carbono.
Divide‐se ainda em:
‐Baixo carbono: quando %C<030.
‐Médio carbono: quando 0,30≤%C≤0,50.
‐Alto carbono: quando %C>0,50.
2°‐Aço de alta resistência e baixa liga (ARBL): aço com teor de carbono ≤0,25%, teor total de
liga <2,0% e limite de escoamento ≥ 300 Mpa. E também uma liga ferro‐carbono, mas,
contendo adições moderadas de um ou mais elementos de liga como nióbio, titânio, vanádio.
3°‐Aço ligado ou aço liga: aço que contem elementos de liga adicionados intencionalmente
com a finalidade de conferir propriedades desejadas. São ligas de Fe e C contendo outros
elementos, em teores maiores que os residuais do aço‐carbono e que os dos ARBL. São as ligas
ternárias como os aços ao níquel (Fe‐C‐Ni) ou multicomponentes como as ligas a base de
cromo‐niquel‐molibdenio (Fe‐C‐Cr‐Ni‐Mo). Estes três grupos ainda são passiveis de outras
classificações (SAE, AISI, ECT). Para motivar a realização de estudo das características dos
principais aços produzidos pelas indústrias siderúrgicas, apresenta‐se na tabela 4 os critérios
de classificação e as respectivas classes dos aços segundo a ABNT na norma NBR 8279 de 1983
(Rizzo, 2005).
13. 12
Tabela 4: Critérios de classificação e classes dos aços
Critério
Classes
Aços para construção
Construção mecânica
Estrutural
Característica
predominante
Estampagem
Caldeira e vaso de pressão
Tubulação
Revestido
Construção especial
Composição
Carbono
Ligado
química
Propriedades Aço comum, aço
Aço de
exigidas na
de qualidade qualidade e
utilização
especial
aço especial
Aços com
Aços
Aços
características
ferramentas inoxidáveis
particulares
Rápido
Martensítico
Elétrico
Trabalho a
Ferritico
Magnético
quente
Trabalho a
Austenítico
Criogênico
frio
Endurecivel
Resistente
Resistente ao
por
ao choque
desgaste
precipitação
Temperável
Ultra‐
a água
resistente
Carbono ou
Carbono ou
Ligado
ligado
ligado
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.
14. 13
Figura5: Foto de um bloco
Fonte: www.infomet.com.br
‐Tarugo ou palanquilha: e u produto semi‐acabado cuja seção transversal e menor ou
igual a 22.500 mm quadrado e a relação largura e espessura igual ou menor que dois;
as arestas arredondadas as tolerâncias dimensionais menos restritivas que as das
barras;
‐Placa: e um produto semi‐acabado com seção transversal retangular, com espessura
maior que 80 mm e relação largura e espessura maior que quatro.
Quanto aos produtos acabados de laminação existe uma subclassificação de extrema
importância de acordo com o tipo de produto plano o não‐plano. Entende‐se por
produto laminado plano ou simplesmente produto plano aquele cuja forma da seção
transversal e retangular, sendo que a largura do produto e varias vezes maiores do que
a sua espessura. Os produtos acabados planos obtidos por laminação a quente ou a
quente e a frio de placas em cilindros lisos (sem canais) e se subdivide de acordo com
as dimensões em:
‐Bobina: produto laminado com largura mínima de 500 mm e enrolado na forma
cilíndrica.
•
Bobina fina a frio: produto plano laminado com espessura entre 0, 385 e
3,0mm e com largura superior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja
espessura final e obtida por laminação a frio.
•
Bobina fina a quente: produto plano laminado com espessura entre 1,20 e
5,0mm e com largura superior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja
espessura final e obtida por laminação a quente.
15. 14
•
Bobina grossa: produto plano laminado com espessura superior a 5,0mm e
igual ou inferior a 12,7mm, largura superior a 500 mm, enrolado na forma
cilíndrica e cuja espessura final e obtida por laminação e quente. A figura 6
mostra a foto de uma bobina laminada a quente.
Figura 6: Bobina laminada a quente
Fonte: encarte do curso de engenharia metalúrgica da UVV
‐chapa: produto plano de espessura mínima de 0,38mm e largura mínima de 500 mm.
•
Chapa fina: chapa com espessura mínima entre 0,38mm e 5,0mm e com
largura igual ou superior a 500 mm.
•
Chapa fina a frio: chapa com espessura entre 0,38mm e 3,0mm e com largura
superior a 500 mm, fornecido em forma de placa, cuja espessura final e obtida
por laminação a frio.
•
Chapa fina a quente: chapa com espessura entre1, 20 mm e 5,0mm e com
largura superior a 500 mm, fornecido em forma plana, cuja espessura final e
obtida por laminação a quente.
•
Chapa grossa: chapa com espessura superior a 5,0mm e largura superior a
500m, em forma plana, cuja espessura final e obtida por laminação a quente.
‐Fita de aço para embalagem: produto plano laminado com espessura igual ou inferior
a 1,27mm e com largura igual ou inferior a 32 mm fornecido na forma de rolo,
utilizando como elemento de fixação ou compactação no acondicionamento e/ou
embalagem.
‐Folha: produto plano laminado a frio como espessura igual ou inferior a 0,38mm e
como largura mínima de 500 mm e fornecido em bobinas ou em um comprimento
definido.
‐Tira: produto plano relaminado a frio ou produto plano laminado com largura igualou
inferior a 500 mm, fornecido com um comprimento definido.
17. 16
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
18. 17
carvão vegetal como matéria‐prima, os altos‐fornos podem ser de dois tipos básicos: a)mini
altos‐fornos a carvão vegetal ,utilizados pelas usinas não‐ integradas,;b)altos‐fornos a carvão
vegetal utilizados em usinas integradas,mas sem a coqueria. Normalmente, os alto‐fornos
operando com coque como principal combustível/redutor apresenta uma capacidade de
produção maior.
Para fins de estudo consideraremos que a fase do processo de produção denominada
de redução e compreendida pelos seguintes setores básicos:
‐pátios de matérias‐prima ou minérios;
‐coqueria, no caso de uso do carvão mineral;
‐Processos de aglomeração de finos de minério e/ou carvão (sinterização ou
pelotizaçao);
‐fornos de obtenção de ferro primário (alto‐forno, redução direta e fusão redutora)
Na figura 7 segue o fluxo de produção de uma usina siderúrgica integrada.
Figura7: Fluxo de produção de uma usina siderúrgica integrada
Fonte: www.usiminas.com.br
3.1 Coqueria
O carvão mineral costuma ser submetido a uma etapa de beneficiamento previa ao
alto‐forno, a coqueificaçao, cujo fluxograma típico e apresentado na figura 8.
19. 18
Figura 8: Fluxo de produção de uma coqueria
Fonte: Introdução aos processos siderúrgicos, Ernandes marcos da Silveira Rizzo
O coque metalúrgico e empregado nos alto‐fornos, onde pode atuar como
combustível, redutor, fornecedor de carbono ao ferro‐gusa e permeabilizador da carga. O ciclo
operacional da coqueria pode ser resumido nas seguintes fases:
•
Preparação da mistura de carvões;
•
Enfornamento;
•
Aquecimento;
•
Desenfornamento;
•
Apagamento;
•
Preparação do coque;
•
Tratamento das matérias voláteis.
A mistura de carvões e feita visando geração de um coque cuja qualidade e controlada por
variáveis como: os teores de cinzas, enxofre, materiais voláteis, carbono fixo e umidade,
resistência a compressão e uma reatividade adequada para a geração de um ferro‐gusa de boa
qualidade, aliada a uma alta produtividade do alto‐forno.
O carregamento do carvão mineral e realizado pela parte superior destas câmaras através
de um carro que se desloca sobre a bateria para seu abastecimento. Resumindo pode‐se dizer
que, fundamentalmente, a coqueificaçao consiste em submeter uma mistura de carvões de
características adequadas a um aquecimento em ausência do ar, evitando a combustão, para
promover uma destilação do carvão. Esta destilação provoca a liberação de gases e o
aparecimento de um resíduo solido, poroso, infusível, basicamente constituído de carbono,
que e o coque. Durante a coqueificaçao a mistura de carvões e aquecida a 1100°C, numa
câmara sem circulação de ar, dotada de uma abertura superior, por onde saem matérias
20. 19
voláteis, que são recolhidas, pois, são de grande valor por formarem um gás combustível com
alto poder calorífico.
O aquecimento do carvão mineral enfornado e indireto, pois, o calor e gerado nos dutos
de aquecimento distribuídos no interior da câmara. Assim o carvão carregado dentro da
câmara entra em contato com as duas paredes aquecidas e o calor e transmitido, por
condução, para o centro da carga. O material solido remanescente na retorta e o coque, que
estar pronto para ser desenfornado.
Para a realização de Desenfornamento, as duas portas da retorta são abertas. Por uma
delas e introduzido o êmbolo empurrador, que empurra o coque para fora da câmara pela
outra porta. O coque incandescente cai dentro de um vagão de transporte.
O coque deve ser apagado imediatamente, para impedir sua queima, o que pode ser feito
a úmido ou a seco. No apagamento a úmido, o vagão carregado e posicionado sob a torre de
apagamento, onde o coque e apagado com fortes jatos de água. Neste processo, ocorre um
consumo de água em torno de 400 litros por tonelada de coque resfriado. No processo de
apagamento a seco, o coque incandescente e introduzido em uma câmara de extinção e
submetido a uma corrente ascendente de nitrogênio, numa temperatura abaixo de 180°C.
A permeabilidade da carga e de fundamental importância no alto‐forno. Por este motivo,
deve ser realizado um rigoroso controle da granulometria e da resistência mecânica do coque.
Assim para atender as características do alto‐forno, depois de frio, o coque deve ser britado e
peneirado. Esta etapa e denominada de preparação do coque.
Durante a carbonização da mistura dos carvões nos fornos das baterias, alem do coque
produzido, há formação de uma mistura gasosa identificada com o gás de coqueria ou
simplesmente pela sigla de (COG‐coke oven gás) e outra mistura liquida conhecida por
condensados mistos, sendo composto, principalmente de água amoniacal (98,7%), alcatrão
(1%) e borra (0,30%). Aproximadamente 25% da mistura de carvões se transformam em
matérias voláteis, que, depois de tratadas podem ser usadas na própria usina e na produção
de energia elétrica numa central termoelétrica. O alcatrão pode ser soprado nos altos‐fornos,
na altura das ventaneiras, economizando coque e, também, pode ser vendido para indústrias
do ramo de carboderivados
3.2Sinterização
A sinterização consiste em misturar e homogeneizar finos de minérios de ferro (sínter
feed), finos de carvão ou coque, finos de fundentes (cal, etc.) e controlar a umidade inicial de
mistura, seguida da combustão do carvão, de modo que a temperatura seja elevada ate a faixa
de 1250°C a 1350°C, condição suficiente para que a umidade evapore e as partículas da carga
se unam por caldeamento, devido à ocorrência de uma fusão parcial do tipo redutor‐oxidante,
21. 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
22. 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;
24. 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.
25. 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.
26. 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.
27. 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,
28. 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
30. 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
RECUPERADORA
DE FINOS
VIRADOR DE VAGÕES
PILHA DE MINÉRIOS
TANQUE
HOMOGENEIZADOR
ESPESSADOR
MOINHO DE BOLAS
HIDROCICLONES
FILTROS
A VÁCUO
REIRCULAÇÃO
DE ÁGUA
SILO DE
AGLOMERANTE
POLPA
RETIDA
PRENSA
DE
ROLOS
SILOS DO
PELOTAMENTO
DISCOS DE
PELOTAMENTO
PELOTAS
CRUAS
MISTURADORES
FORNO DE GRELHA MÓVEL
PELOTAS PARA CAMADA
DE FORRAMENTO
PENEIRAMENTO
EMPILHADEIRA
DE PELOTAS
PELOTAS
QUEIMADAS
EMBARQUE
PÁTIO DE
PELOTAS
QUEIMADAS
FINOS DE
PENEIRAMENTO
Fonte: (fernandes, 2008)
De forma genérica, o processo de pelotizaçao apresenta três fases distintas:
‐Preparação da matéria‐prima;
‐Formação de pelotas cruas;
‐Processamento térmico.
31. 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.
32. 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
33. 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).
34. 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.
35. 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)
36. 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.
37. 36
A combinação das f
forças centrí
ífuga e gravitacional, ali
iadas a uma pressão ide de
a
eal
alime
entação da p
polpa, fazem com que haja o ciclonam
mento, tendo
o como resu
ultado a sepa
aração
do material por ta
amanho das partículas.
Figura 21: Componentes de um hidrociclone
c
Fonte: (Vale
e)
Legenda:
A - Bocal de entrada d alimentação tangencial
de
a
B - Seção cilíndrica na entrada
C - Seção cônica inferior
D - Apex
E - Vortex
F - Coletor de descarg
ga
G - De
escarga do Over
rflow
escarga da po
olpa através
s do APEX te
em a forma d
de um leque
e. Este
Normalmente, a de
leque
e possui um núcleo oco q
que permite um fluxo asc
cendente e c
constante de
e ar em direç
ção ao
VORT
TEX. O fluxo de ar é provocado por um
m redemoinho da polpa no interior d
do hidrociclo
one.
A redução de diâmetro do apex provoca eleva
e
ação da den
nsidade da p
polpa do re
etorno
(recir
rculação), m
melhorando a classificaç
ção. Esta redução do d
diâmetro deve ser feita com
a
critér
rio, para que
e não ocorra alteração no
o formato do
o leque na sa
aída do apex
x. Caso ocorra esta
altera
ação, o flux de ar no sentido a
xo
o
ascendente será reduzido, podend ser elimi
do
inado,
38. 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
40. 39
Figura 22: Moinho de bolas operando em circuito fechado
a
e
: (Vale)
Fonte:
Legenda:
1 - Alim
mentação de mi
inério (produção
o).
2 - Alim
mentação de ág para correçã de densidade.
gua
ão
3 - Car de recircula
rga
ação.
4 - Alim
mentação de co
orpos moedores
s.
5 - Des
scarga da polpa moída
a
6 - Tan
nque de descar do moinho
rga
7 - Águ de processo para diluição da polpa
ua
8 - Bom
mbeamento de polpa para a ba
ateria de hidrociclones
9 - Bat
teria de hidrocic
clones
10 - Sa
aída do overflow para o espess
w
sador
O moinho recebe pelo ch
O
hute de alim
mentação: minério, água para correç
ção de densi
idade,
carga
a de recircula
ação e corpo
os moedores
s. Por transbordo, a polp
pa com densidade aproxi
imada
de 3,0 kg/l é des
scarregada d
do moinho num tanque localizado so
ob a descarg
ga do mesm
mo. No
tanqu
ue, esta polpa é dilu
uída em água de processo, ond atinge a densidad de
de
de
aprox
ximadament
te 1,60 kg/l, por interméd
dio de uma v
válvula bóia responsável pela manutenção
do ní
ível do tanqu
ue. A diluiçã
ão da polpa t
tem como o
objetivo, facilitar o proce
esso de sepa
aração
das p
partículas po
or tamanho, via ciclonage
em. Após a d
diluição, uma bomba de
e polpa encarrega‐
se de
e bombear a mistura para
a alimentar a
a bateria de hidrociclone
es, a uma pre
essão aproxi
imada
de 1 kg/cm². Como cita
1,5
ado anterior
rmente, cab à bateri de hidro
be
ia
ociclones fazer a
classi
ificação, dire
ecionando o material bem
m moído par
ra o espessad
dor e o mal m
moído de vo
olta ao
moinho (carga de
e recirculaçã
ão). Com o s
sistema bem dimensiona
ado e em equilíbrio, o vo
olume
de material envia
ado ao espes
ssador será s
sempre equiv
valente à tax
xa de produç
ção alimenta
ada ao
ação equivale
ente a aprox
ximadamente
e 300% da ta
axa de produ
ução.
moinho e a carga de recircula
41. 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.
42. 41
sumo de corpos moedores, pois o minério diminui o atrito corpo moedor /
r
o
e
‐ Menor cons
corpo
o moedor.
Menor desga
aste de reves
stimento, po
ois o minério
o funciona como lubrificante.
o
a
‐ M
4.2.5
5 moagem e
em circuito a
aberto
A operação d
A
do moinho em circuito ab
berto (Figura
a 23) se faz n
necessária quando, por a
algum
motiv
vo, houver (e
em) impedim
mento(s) da o
operação em
m circuito fec
chado, tais co
omo:
•
Impossibilidade de us
so de mais d
de 35% dos hidrociclone
es componentes da bateria de
n
hidrociclo
ones do referido moinho
o;
•
Defeito n
no espessado
or;
•
Deficiênc
cias em tubulações e calh
has de transf
ferências;
•
Deficiênc
cias em sistem
mas de válvu
ulas na área de espessam
mento;
•
Necessida operacio
ade
onal (transiç rápida na troca de p
ção
produto), principalmente se a
e
pelota a s
ser produzida for em peq
quena quant
tidade, etc.;
Figura
a 23: Moinho de
e bolas operando em circuito aberto
Fonte:
: (Vale)
Legenda:
mentação de mi
inério (produção
o).
1 - Alim
2 - Alim
mentação de ág para correçã de densidade.
gua
ão
3 - Alim
mentação de co
orpos moedores
s.
4 - Des
scarga da polpa moída.
a
5 - Tan
nque de descar do moinho.
rga
6 - Ret
torno de polpa p
para compleme
entação de nível do tanque de descarga.
l
d
7 - Bom
mbeamento de polpa para a ba
ateria de hidrociclones.
8 - Águ de processo para diluição da polpa.
ua
9 - Dis
stribuidor de polpa da bateria de hidrociclones.
e
.
10 - De
escarga de polp para espessa
pa
ador
Van
ntagens da operação e circuito a
em
aberto:
43. 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,
44. 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.
45. 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.
46. 45
Figura 15:Componentes de um espessador
a
n
e
Fonte:
: (Vale)
4.3.1
1.1 Funciona
amento do e
espessador
r
O espess
sador norma
almente rece
ebe: polpa proveniente das baterias de hidrocic
p
s
clones
da moagem, água
a com teor d
de minério proveniente d
do tanque de
e filtrado (ár
rea de filtrag
gem) e
polpa de minér e/ou ca hidratada resultantes dos sist
a
rio
al
a,
temas de d
despoeirame
entos.
Event
tualmente, poderá rece
eber o retor da alime
rno
entação dos tanques ho
omogeneizad
dores.
Este retorno é feito quando a
a densidade da polpa de
e alimentação dos tanques sofre reduções
a níveis inadequa
ados para a filtragem. A polpa é alim
mentada no centro do e
espessador, c
com o
io
calha que alimenta um anel perfura na base por onde passa a pol
ado
e,
lpa. O
auxíli de uma c
47. 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.