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Laboratório de Plasma Industrial (LPI) Processos Industriais Via Plasma Térmico www.ifi.unicamp.br/~aruy Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Instituto.

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1 Laboratório de Plasma Industrial (LPI) Processos Industriais Via Plasma Térmico Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Instituto de Física Gleb Wataghin – IFGW Coordenador: Prof. Dr. Aruy Marotta

2 Área Espacial Área Espacial Simula reentrada, teste de proteção contra ablação (heat shield) Simula reentrada, teste de proteção contra ablação (heat shield) Metal-Mecânica Metal-Mecânica Deposição, corte, solda, fusão, refino Deposição, corte, solda, fusão, refino Cerâmica, Química Cerâmica, Química Síntese de pós cerâmicos (carbetos, nitretos, óxidos) Síntese de pós cerâmicos (carbetos, nitretos, óxidos) Metalurgia Metalurgia Redução de ferros-liga, minério de niquel, minério de ferro Redução de ferros-liga, minério de niquel, minério de ferro Meio Ambiente Meio Ambiente Resíduo municipal, industrial, hospitalar, nuclear Resíduo municipal, industrial, hospitalar, nuclear Petroquímica, Química Petroquímica, Química Gaseificação, obtenção de gás de síntese Gaseificação, obtenção de gás de síntese Energia Energia Eletricidade, combustíveis Eletricidade, combustíveis Por ordem cronológica de desenvolvimento mundial: Plasma Térmico: Aplicações

3 Tiristores de potência de baixo custo : fez aumentar o uso de fornos DC Tiristores de potência de baixo custo : fez aumentar o uso de fornos DC Permite alimentação de Finos: sem necessidade de peletização como no AC Permite alimentação de Finos: sem necessidade de peletização como no AC Altas temperaturas podem ser alcançadas: devido ao arco elétrico Altas temperaturas podem ser alcançadas: devido ao arco elétrico Gás pode ser ajustado de acordo com a carga: neutro, oxidante ou redutor Gás pode ser ajustado de acordo com a carga: neutro, oxidante ou redutor Independência da resistividade da taxa de alimentação da carga: permite alto fluxo de potência: taxa de alimentação da carga e potência independentes Independência da resistividade da taxa de alimentação da carga: permite alto fluxo de potência: taxa de alimentação da carga e potência independentes Maior produtividade (altas taxas de reação): devido aos finos Maior produtividade (altas taxas de reação): devido aos finos Controle independente de voltagem e corrente: alta voltagem no arco e baixa corrente favorece a redução do consumo de eletrodo. Controle independente de voltagem e corrente: alta voltagem no arco e baixa corrente favorece a redução do consumo de eletrodo. Permite uso de insumo de baixa qualidade: carvão vs antracita. Permite uso de insumo de baixa qualidade: carvão vs antracita. Resposta rápida, reatores menores, baixo consumo de eletrodos, maior pureza da fusão, baixo nivel de ruído elétrico e acústico. Resposta rápida, reatores menores, baixo consumo de eletrodos, maior pureza da fusão, baixo nivel de ruído elétrico e acústico. Plasma Térmico na Metalurgia Vantagens do Plasma Térmico na Metalurgia:

4 Plasma Térmico no Lingotamento Contínuo de Aços Melhorar qualidade do aço: menor número de inclusões, menor segregação. Melhorar qualidade do aço: menor número de inclusões, menor segregação. Plasma: manter temperatura estável do distribuidor. Plasma: manter temperatura estável do distribuidor. Outros efeitos: lingotamento aços rápidos, menor consumo refratários, eletrodos Outros efeitos: lingotamento aços rápidos, menor consumo refratários, eletrodos Projeto: PITE/FAPESP

5 Plasma Térmico no Lingotamento Contínuo de Aços Inédito no País: Sistema a Plasma Térmico operou com sucesso em condições industriais em 3 ton de aço líquido numa indústria metalúrgica de grande porte Inédito no País: Sistema a Plasma Térmico operou com sucesso em condições industriais em 3 ton de aço líquido numa indústria metalúrgica de grande porte Equipe da UNICAMP projetou e desenvolveu todos os sistemas necessários Equipe da UNICAMP projetou e desenvolveu todos os sistemas necessários Fonte de potência (500kVA): especificada pelo LPI/UNICAMP Fonte de potência (500kVA): especificada pelo LPI/UNICAMP Resultados: Vide repercução na Mídia em: Vide repercução na Mídia em:

6 Projeto PIPE 2 (03/2008): R$ ,00 Projeto PIPE 2 (03/2008): R$ ,00 Aço rápido M2: 0,90% C, 6% W, 5% Mo, 2% V, 4% Cr. Aço rápido M2: 0,90% C, 6% W, 5% Mo, 2% V, 4% Cr. Alto valor agregado (V, W, Mo, Cr); Difícil separação do aço do abrasivo; Destino: CST (ferro gusa em alto-forno), baixo efeito econômico; Alto valor agregado (V, W, Mo, Cr); Difícil separação do aço do abrasivo; Destino: CST (ferro gusa em alto-forno), baixo efeito econômico; Interesse econômico: reaproveitar aço, abrasivo, óleo. Interesse econômico: reaproveitar aço, abrasivo, óleo. Rejeito fabricação de brocas (Lama): aço 50% (1.500 t); abrasivo 30% (900 t); óleo 20% (600 t) Rejeito fabricação de brocas (Lama): aço 50% (1.500 t); abrasivo 30% (900 t); óleo 20% (600 t) Mercado Lama (3.000 t/ano): Villares Metals (VM), VM, Dormer,Twill. Mercado Lama (3.000 t/ano): Villares Metals (VM), VM, Dormer,Twill. Resultados no LPI: Forno a plasma (arco-transferido): A, atm inerte Argônio; 4min; Cadinho de grafite (1,7 l pelets). Resultados no LPI: Forno a plasma (arco-transferido): A, atm inerte Argônio; 4min; Cadinho de grafite (1,7 l pelets). Objetivo: Reator piloto a plasma térmico para reciclagem de aço rápido da lama de retífica com capacidade de 150 kg/h de aço. Objetivo: Reator piloto a plasma térmico para reciclagem de aço rápido da lama de retífica com capacidade de 150 kg/h de aço. Reciclagem do Aço Rápido da Lama de Retífica

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8 Reciclagem de Finos Metálicos Objetivo: refusão de finos metálicos de metais friáveis; reaproveitamento de material de alto valor agregado; eliminação de passivo ambiental. Produção de Si: redução (quartzo + carvão) SiO2 + C = Si + CO2 britagem produz pós micrométricos (finos); o fino é rejeito; não pode ser reaproveitado em fornos convencionais Refusão de finos de Si no LPI: forno a plasma em atmosfera inerte; tocha de plasma de arco-transferido: A, argônio, levou 2 min; Cadinho de grafite com 0,5 kg de finos de Si.

9 Rejeito ( ton): 0,6% Ni, 0,1% Co, 2,5% Cr, 37% Fe, 0,1% Cu Rejeito ( ton): 0,6% Ni, 0,1% Co, 2,5% Cr, 37% Fe, 0,1% Cu Interesse econômico: recuperação dos metais; eliminar impacto ambiental Interesse econômico: recuperação dos metais; eliminar impacto ambiental Demanda de Pesquisa em Metalurgia: Niquel Laterita: óxido de Níquel Laterita: óxido de Níquel Alta umidade (40%): pretratamento (secagem/pre-redução) em forno rotatório a combustível (tipo cimento); secagem (água livre) e calcinação (água ligada). Alta umidade (40%): pretratamento (secagem/pre-redução) em forno rotatório a combustível (tipo cimento); secagem (água livre) e calcinação (água ligada). Finos (<1mm): formados com pretratamento; minério friável. Finos (<1mm): formados com pretratamento; minério friável. FEA convencional de 3 eletrodos AC: não pode usar finos e há limite em fluxantes SiO2/MgO (ratio <2) or Fe < 20% FEA convencional de 3 eletrodos AC: não pode usar finos e há limite em fluxantes SiO2/MgO (ratio <2) or Fe < 20% Plasma DC: é alimentado com óxido Ni e C redutor: produz Fe-Ni; permite finos (melhorando recuperação total do Ni); permite tratamento com SiO2/MgO = (1,2-3,0) e Fe > 30%. Plasma DC: é alimentado com óxido Ni e C redutor: produz Fe-Ni; permite finos (melhorando recuperação total do Ni); permite tratamento com SiO2/MgO = (1,2-3,0) e Fe > 30%. Projeto 1: Recuperação de Ni-Co de Rejeito Hidro-Metalúrgico (lama negra) Projeto 2: Processo de Extração de Níquel do Minério Laterita

10 Objetivo: Boro B e Fósforo P < 1 ppm: Brasil possui maior reserva mundial (90%) de quartzo puro. Hoje o Si-SoG é obtido dos rejeitos da indústria eletrônica (Si-EG). O estoque dos rejeitos do Si-EG não cobrem demanda. O Si-MG tem pureza de 98-99% (preço 1,5 US$/kg). O Si-SoG pode ser obtido por técnicas químicas (pureza ppb) e metalúrgicas (pureza ppm) a partir do Si-MG. O Si-EG obtem-se por técnica química (Si-MG é convertido em gás/líquido triclorosilano). Plasma para Si-SoG a partir de Si-MG (99,99%): Atmosfera de argônio com baixa pressão parcial de O2 e H2 é efetiva na remoção do B e C. Impureza necessária: C < 4: O <5; B < 0,3; P < 0,1; (Fe, Al, Ca, Ti) < 0,1 ppm. Plasma para Si-SoG a partir de SiO2: Uso de C puro (negro de fumo carbon black) Demanda de Pesquisa em Metalurgia: Silício Solar

11 Metalurgia: Forno Elétrico a Plasma DC

12 200 kVA DC Plasma Furnace in Moscow Plasma Térmico nas Indústrias Química, Alimentos, Petróleo, Metalurgia, Meio Ambiente Reaproveitamento de Metais de Catalisadores Vencidos


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