Aula III- Materias Primas e Processos de Aglomeração.ppt

As matérias-primas para a aglomeração incluem minério de ferro (como hematita), fundentes (calcário) e combustível (coque ou carvão vegetal), que são misturados e aquecidos para criar aglomerados sólidos e porosos. Os processos de aglomeração mais comuns são a sinterização, que transforma a mistura em um produto semi-fundido chamado sínter, e a pelotização, que produz esferas de minério. A escolha do processo depende da aplicação desejada, com a sinterização sendo crucial na indústria siderúrgica para uso em alto-fornos.

1. Considerações sobre a Aglomeração de
Finos de Minérios.
Prof. Wanderson Santana da Silva, Dr. Eng.
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Tecnologia – Departamento de Materiais
Engenharia de Materiais
MTR0608 – Siderurgia e Fundição

2. Introdução
•Geração de finos de minério de ferro
–durante o processo de extração na mina
–durante a classificação de tamanhos do minério
–durante o transporte
•Porque os finos são indesejáveis:
–A etapa posterior é um processo de redução (extração do
oxigênio via carbono)
Fe
2O
3 + 3C = 2Fe + 3CO
(g)
–A porosidade do leito de minério é importante para permitir o
escoamento dos gases resultantes da reação
–Alto-forno: material entre 6 a 30 mm.

4. Aglomeração
Processos de Aglomeração.
- Geralmente, o tamanho das partículas de minério obtidas nos processos de
beneficiamento descritos anteriormente (Cominuição, Classificação e
Concentração) não atendem às exigências funcionais dos reatores
metalúrgicos;
- Geralmente minérios muito finos dificultam a livre circulação dos gases
necessários para a reação de redução dos minérios;
- Por outro lado estas partículas não podem ser muito grandes para diminuir
as velocidades de reação.
-Neste caso, faz-se necessário aglomerar os finos disponíveis.
- Sinterização: serve para aglomerar partículas maiores de minérios e de
carepas geradas durante a produção de aço;
- Pelotização: serve para aglomerar as partículas muito finas obtidas nos
processo de concentração por flotação;
- Briquetagem (em desuso): utilizado para a aglomeração de diversos finos
pela ação mecânica de compactação, seguida de uma queima de
consolidação mecânica.
- JUSTIFICÁVEL PARA APROVEITAMENTO DE FINOS GERADOS EM SISTEMA DE
LIMPEZA, QUE NÃO PODEM SER APROVEITADOS NA SINTERIZAÇÃO.

5. Mina
Beneficiamento
(britagem,
moagem,
peneiramento,
concentração)
Sinterização
Redução Direta
Finos
Aço
Líquido
Aciaria
Alto-Forno
Pelotização

6. Processos de Aglomeração
•Sinterização:
–Utiliza uma parcela dos finos (sinter feed: entre 0,15 e 6,3 mm)
–Processo de menor escala (de 25 mil a 1 milhão t/ano, parte da usina
siderúrgica)
–Menor investimento
–Produto final: sinter
–Menor custo
•Pelotização:
–Utiliza ultra finos (pellet feed: abaixo 0,15 mm)
–Alta escala de produção (acima de 1 milhão t/ano)
–Alto investimento
–Produto final: pelota (ou pellet)
–Custo mais elevado
•Briquetagem: Importante para o Reaproveitamento de Resíduos.

7. Poro
Partícula de Minério
Finos de Minério
Conclusão: a presença de finos dificulta a passagem dos gases e limita a produção
Impermeabilização da Carga

8. Matérias-PrimasMatérias-Primas
•Fontes de FerroFontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm
6mm< Minério <40mm
granulado
Em detalhe

9. 9
Evolução da Carga nos Altos FornosEvolução da Carga nos Altos Fornos
0
20
40
60
80
100
1948 1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998
C
o
m
p
o
s
iç
ã
o
d
a
C
a
r
g
a
(
%
)
Granulado
Sinter
Pelota

10. Alto FornoAlto Forno

11. Alto FornoAlto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.

12. Alto FornoAlto Forno
Minério
Coque
Zona
Granular
Zona
de Amolecimento
e Fusão
Zona
de Coque Ativa
Camada
em Amolecimento
e Fusão
Zona
de Combustão
Cadinho
Zona de
Gotejamento
Zona
de Coque
Estagnado

13. PELOTIZAÇÃO:
- Empregada na aglomeração de minérios muito finos, oriundos da concentração
(flotação) em jazidas itabiríticas ou de jazidas com hematitas friáveis.
- Utiliza-se um aglomerante (betonita) e um processo de queima posterior.
- As pelotas são obtidas pelo rolamento (em discos ou tambores)
- Controla-se a umidade para permitir que as pelotas menores se juntem umas às outras
pela ação da tensão superficial da água, de forma a garantir uma pelota com grande
resistência a verde.
- As pelotas são consolidadas por queima gradual em fornos que atingem até 1100 C.
- As pelotas devem resistir aos esforços mecânicos presentes no interior dos altos
fornos (compressão) e devem ser resistentes à abrasão.
- Devem ter tamanhos tais (<18,0 mm) de forma a diminuir o tempo de redução e com
isso garantir a produtividade do reator.
- Por outro lado não devem ser muito pequenas (>8 mm) para não comprometer a
permeabilidade da carga no reator
- IMPORTANTE: A CARGA DEVE GARANTIR A LIVRE CIRCULAÇÃO DE
GASES NO REATOR METALÚRGICO.

14. PelotizaçãoPelotização
Pelotas são aglomerados de forma esférica formados pela Pelotas são aglomerados de forma esférica formados pela
pelotização de minérios finos com o auxílio de aditivos seguido pelotização de minérios finos com o auxílio de aditivos seguido
por um endurecimento a frio ou a quente.por um endurecimento a frio ou a quente.
Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes (calcário, Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes (calcário,
dolomita), aglomerantes (bentonita, cal hidratada) e combustível dolomita), aglomerantes (bentonita, cal hidratada) e combustível
sólido (antracito);sólido (antracito);
 Existem basicamente dois tipos de pelotas:Existem basicamente dois tipos de pelotas:
PAF: Pelotas para Alto FornoPAF: Pelotas para Alto Forno
PRD: Pelotas para Redução Direta (DRI).PRD: Pelotas para Redução Direta (DRI).

15. PELOTIZAÇÃO:
- Etapas do processo:
- Preparação da Matéria-Prima
- Homogeneização de minérios de diferentes características e origens;
- Moagem (pelo menos 60% das partículas devem ter tamanho menor
que 0,044 mm).
- Espessamento (aumentar a fração de sólido na polpa >70%);
- Filtração (garantir que a polpa tenha no máximo 8% de umidade)
- Adição de aditivos facilitam a aglomeração (Bentonita e cal);
- Formação das Pelotas;
- Classificação;
- Queima

16. Pelotização:
• Utiliza ultra finos (pellet feed: abaixo 0,15 mm)
•Alta escala de produção (acima de 1 milhão t/ano)
• Alto investimento
• Produto final: pelota (ou pellet)
• Custo mais elevado
PelotizaçãoPelotização

17. PelotizaçãoPelotização

18. Pelotização
Discos de Pelotização:
- Simplicidade e Alta Produtividade;
- 4 a 30 rpm;
-40 a 60 graus de inclinação.
- Até 7,5 m de Diâmetro.
- Processo envolve nucleação e crescimento por
ação de forças de superfíciel.

19. Teoria da Pelotização

20. Queima:
- Lenta e Gradual de forma a garantir que as pelotas não creptem;
- Secagem Primária (85);
- Secagem Final (até 320).
- Pré-queima (850);
- Queima (850 a 1350);
- Pós-queima (1350 a 960);
-Resfriamento
Pelotização

21. Minério
Fundentes
Bacia
decantação
Empilhamento/
Recuperação
Moagem
Corpo
moedor
H
2O
H
2
O
Antracito
Ciclonagem Espessamento
Recirculação Bacia
decantação
Homogeneização
H
2O
R
e
t
o
r
n
o
Filtragem
Aglomerante
Soda
Mistura
H
2O
Pelotamento
Recirculação
Peneiramento
PC
Ar Combustível
Finos
Queima
Peneiramento
PQ
Recirculação
Coating
FLUXO DO PROCESSOFLUXO DO PROCESSO
Empilhamento PQ
PelotizaçãoPelotização

22. Fluxo de ProcessoFluxo de Processo
PelotizaçãoPelotização

23. Unidade de Pelotização - CSN

24. Sinterização:
- Empregada na aglomeração de pós metálicos e cerâmicos sem envolver a fusão das
partes envolvidas;
- As granulometrias mais apropriadas para o processo de sinterização variam entre 0,2 e
10,0 mm.
- O material é aquecido a temperaturas próximas da fusão de forma a permitir que a
difusão (tronca atômica entre as diferentes partículas) seja facilitada criando uma
“solda” entre estas.
- No caso dos minérios de ferro e carepa, se adiciona calcário à mistura de forma que
sempre se tem a formação de uma fina camada entre as partículas que apresenta ponto
de fusão mais baixo.
- Neste caso se tem a chamada sinterização em meio líquido (fusão incipiente).
- O produto da sinterização (SINTER) deve ter as seguintes propriedades:
- Elevada resistência mecânica para resistir às fortes pressões no interior do alto
forno e aos choques durante o transporte e durante o carregamento do forno;
- Não gerar muitos finos quanto for beneficiado (adequação de tamanho) e durante
o transporte para o alto-forno;
- Deve ter boa reatividade, permeável a gases e elevada superfície (em linhas gerais
deve ser poroso).

25. SinterizaçãoSinterização
Sinter é o aglomerado de forma irregular e esponjosa formado por
meio de uma combustão forçada (sinterização) de um combustível
previamente adicionado à mistura (finos minério de ferro;
fundentes – calcário, areia; combustível – finos de coque; aditivos –
corretivo de características para aproveitamento de resíduos de
recirculação).
Tecnologia criada com o objetivo de aproveitar minérios finos
(quantidade crescente no mundo) e resíduos industriais.
A sinterização atual visa basicamente elaborar uma carga de
altíssima qualidade para o AF.
 Alta Reatividade;
 Alta Resistência Mecânica e a Abrasão;
 Baixa Geração de Finos.

26. Sinterização
•Matérias primas:
–Minério (sinter feed)
–Combustível:
•Sólido: finos de carvão vegetal ou finos de coque
•Gasoso: gás de alto-forno ou coqueria
•Líquido: óleo
–Fundentes:
•calcário (CaCO
3
)
•dolomita (MgCO
3
)
–Outras adições:
•resíduos da usina reciclados (pós, lama, etc.)

28. Mistura úmida
Camada de
Forramento
Gás

Forno de
ignição
Succção
Sinter
Zona de
Combustão
Mistura Seca e
Calcinada
Ar
Gás
Succção
Antes da queima Durante a queima

Forno de
ignição
Ar
Antes da queima Durante a queima
Processo de SinterizaçãoProcesso de Sinterização
Forno de ignição e evolução do processoForno de ignição e evolução do processo

29. Processo Dwigth-Lloyd
Entrada
de ar
Direção de
movimento
dos sólidos
Saída dos
gases
Sinterização

30. Processo Dwigth-Lloyd
•Seqüência de Operação:
–Preparação da mistura minério + combustível sólido +
fundente + retorno
•Mistura a seco
•Adição de água
•Formação de micro-pelotas
–Carregamento da mistura
•Colocação do “bedding”
•Carregamento da mistura na esteira
–Sinterização
•Ignição do combustível sólido
•Propagação da frente de combustão
–Preparação do sinter
•Quebra do sinter
•Resfriamento
•Peneiramento: sinter alto-forno e retorno

31. Forno de
Ignição
Alimentador
Chaminé
Exaustor Caixa de
Despoeiramento
Tambor de Mistura
ABCDEF
Silos de
Armazenagem
INSUMOS
Finos de retorno da
Sinterização
Finos de Minério (Sinterfeed)
Coque
Calcário
Pó de alto forno
Carepa das Laminações.
Fragmentação do
Bolo de Snter
Peneiramento a
Quente
Sinter
Peneiramento a Frio
Finos de Retorno
Resfriador
Rotativo
Processo de SinterizaçãoProcesso de Sinterização
Máquina de sinterizaçãoMáquina de sinterização

32. Aglomeração
Sinterização: Etapas do processo:
- Mistura dos finos:
- Minério e Carepa;
- Finos de Calcário (fundente).
- Coque (8-12% com granulometria sempre inferior a 1,6 mm).
- Ignição;
- Sucção;
- Fim do Processo e
Adequação de tamanhos.

33. Aglomeração
Sinterização:
Eventos do Processo.
- Após a Sinterização a massa aglomerada é britada
- O sinter com granulometria variando entre 5 e 50
mm vai para o AF.
- O sinter maior que 50 mm vai para a britagem
secundária;
- O sinter entre 10 e 20 mm forma a grelha falsa.

34. Sinterização
•Princípio do
processo:
–Ignição na superfície
–Combustão do
carvão/coque
–Fusão e aglomeração
das partículas
a
l
t
u
r
a
a
l
t
u
r
a
a
l
t
u
r
a
temperatura
temperatura
temperatura

35. Aquecimento periférico
das partículas próximo da
temperatura de fusão.
Fusão Parcial da Carga
(apenas dos Fundentes)
Durante o resfriamento
formam-se ligações entre
as partículas.
A temperatura de fusão depende da
composição local (SiO
2, AlO
3, CaO).
Mecanismos de Formação do Sinter

37. Espera-se um processo
onde se tenha uma zona de
combustão estreita e
elevadas temperaturas.

38. Permeabilidade da Carga durante a Sinterização

39. Estrutura do sinter:
Partícula de
Minério
Partícula de
Minério
Material Fundido
(Fundente)
Poros
Poros
Poros
Material Fundido
(Fundente)
UFMG

40. coque
calcário
britadores
peneira
coque
britado
calcário
britado
minério
calcário britado
coque britado
peneiramento de minério
estoque de minério
silos
correia transp.
C - coque
O – minério
S - sinter
misturador
fundentes
Altos-Fornos
sinter
peneiramento
a frio
resfriador
de sinter
finos de
retorno
Máquina de
sinterizar
ar quente
ignição
silo de mistura
chaminé
filtro
dosadores
dosador
umidade
silo
bedding
pó
peneiramento
a quente
sinter
finos de
retorno
Material forração
grelhas
finos de minério
coque
granulado

41. Briquetagem
- No processo de aglomeração de partículas finas em
prensas, as forças de atração molecular de Van der
Waals apresentam uma forte influência na união das
partículas.
- Entretanto, somente tornam-se efetivas, quando a
distância entre essas partículas é reduzida pela ação
de uma elevada força externa.
- O processo pode ser dividido em quatro etapas:
- preparação;
- mistura;
- compressão
- tratamento térmico.

42. Luiz Cláudio Pinto
Oliveira

Reciclagem / Recuperação de Resíduos
Briquetes como refrigerante
ou sucata na Aciaria LD
Micro-pelotas como fonte de
ferro e cal na Sinterização

43. Luiz Cláudio Pinto
Oliveira

Reciclagem / Recuperação de Resíduos