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Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico Prof. Antônio C. F. Vilela Prof. Dr.-Ing/DEMET/PPGEM/UFRGS Sustentabilidade.

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1 Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico Prof. Antônio C. F. Vilela Prof. Dr.-Ing/DEMET/PPGEM/UFRGS Sustentabilidade do Setor Siderúrgico São Paulo – 8/11/2006 – ABM

2 Introdução Introdução A Geração de Escória de Aciaria A Geração de Escória de Aciaria Escória do Refino Oxidante Escória do Refino Oxidante Escória do Refino Redutor Escória do Refino Redutor O Processamento das Escórias O Processamento das Escórias Transformação em Agregado Siderúrgico Transformação em Agregado Siderúrgico Considerações Finais Considerações Finais Sumário

3 A produção de aços gera escórias. Escória é um co-produto das aciarias e não um resíduo sólido, pois: Escória é um co-produto das aciarias e não um resíduo sólido, pois: –possui valor econômico; –pode ser usada de forma ambientalmente correta como alternativa a agregados naturais (brita e areia) e como matéria-prima ou insumo de processos industriais. Introdução

4 As escórias são co-produtos com diversas aplicações: – –Agregado para pavimentação; – –Lastro para ferrovias; – –Artefatos de concreto; – –Produção de cimentos; – –Corretivos e fertilizantes de solos; – –Como material de retorno na aciaria etc... Nesta apresentação: escória será apresentada como agregado siderúrgico. Introdução

5 Tipos de Escórias de Aciaria Tipos de Escórias de Aciaria Escória do Refino Oxidante Escória do Refino Oxidante –Aciaria Elétrica – Forno Elétrico a Arco ou Forno de Fusão –Aciaria LD/BOF – Conversor LD Escória do Refino Redutor Escória do Refino Redutor –Forno-Panela Introdução

6 A Geração de Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão Produção: 80 a 150kg/t aço Carregamento Fusão Refino Oxidante Retirada da EscóriaVazamento do Aço Aço: 7 milhões de t (22%) - (IBS – 2005) Escória: 840 mil t

7 Escória do Refino Oxidante - Forno de Fusão A escória é formada pela combinação de ferro e de outros elementos com o oxigênio injetado para formar óxidos e pela combinação desses com outros óxidos adicionados (CaO e MgO). Características: Metalúrgicas Químicas Mineralógicas

8 Características Metalúrgicas Características Metalúrgicas Necessitam ser básicas, i. é: Necessitam ser básicas, i. é: 20 < %FeO < 40% 20 < %FeO < 40% Por quê? O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO 2, P 2 O 5, Al 2 O 3 ) O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO 2, P 2 O 5, Al 2 O 3 ) Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (8 a 12%) para reduzir a erosão do refratário (básico e com alto MgO) Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (8 a 12%) para reduzir a erosão do refratário (básico e com alto MgO) Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão

9 Características Metalúrgicas Necessitam ser espumantes (foamy slag) Por quê? Para cobrir o arco elétrico e aumentar a transferência de calor para o banho, protegendo os refratários, as laterais e a abóbada do FEA dos efeitos da irradiação de calor. Para proteger o banho da ação (pick up) de gases indesejáveis (H e N). Para reduzir o consumo de eletrodos baixar custo operacional. Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão

10 Características Químicas CaO (%) MgO (%) FeO (%) SiO 2 (%) Al 2 O 3 (%) MnO (%) P 2 O 5 (%) S (%) ,6-1,50,1-0,2 São importantes para o controle do processo e qualidade do aço. Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão

11 Características Mineralógicas Há vários compostos mineralógicos (>20); – –2CaO.SiO 2, 3CaO.SiO 2 ; – –2CaO.Fe 2 O 3, MgO. Fe 2 O 3 ; – –2CaO.Al 2 O 3. SiO 2, 3CaO.MgO.2SiO 2 ; – –CaO, MgO, CaCO 3 ; – –FeO, Fe 3 O 4. São importantes para a utilização da escória ou para a transformação em agregado siderúrgico. Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão

12 Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF Fonte: Introdução aos Processos de Refino Primário dos Aços nos Convertedores a Oxigênio - ABM Aço: 24 milhões de t (76%) – (IBS – 2005) Escória: 2,3 milhões de t

13 Escória do Conversor 45 a 150 kg/t aço Há conversores com 10 kg/t aço (Janara at al; NKK Gihou, 2000, (164), 6-10) Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF The Making, Shaping and Treating of Steel, 11 th Edition, The AISI Steel Foundation

14 A escória é formada por óxidos resultantes da injeção de oxigênio e pela combinação desses com outros óxidos adicionados (CaO e MgO). Características: Metalúrgicas Químicas Mineralógicas Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF

15 Características Metalúrgicas Características Metalúrgicas e o %FeO de 8 a 30% Por quê? Por quê? Mesmos motivos do Forno Elétrico a Arco. A escória também espuma e forma uma emulsão gás- escória-metal. A escória também espuma e forma uma emulsão gás- escória-metal. Por quê? Por quê? Acelerar a reação de descarburação; Acelerar a reação de desfosforação. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF

16 Características Químicas CaO (%) MgO (%) FeO (%) SiO 2 (%) Al 2 O 3 (%) MnO (%) CaF 2 (%) S (%) <2<0,3 Fonte: Gumiere (2002) Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF São importantes para o controle do processo e qualidade do aço.

17 Características Mineralógicas Há vários compostos mineralógicos (>20); – – 2CaO.SiO 2, 3CaO.SiO 2 ; – –CaO.FeO, 2CaO.Fe 2 O 3 ; – –CaO, MgO, FeO, CaO.H 2 O, CaCO 3 ; São importantes para a utilização ou sua transformação em agregado siderúrgico. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF

18 Escória do Refino Redutor – Forno-Panela Produção: 20 a 40 kg/t aço Vazamento do Aço -Adição de desoxidantes -Adição de cal Forno-Panela -Refino Redutor -Composição química (ligas) -Temperatura Lingotamento Contínuo -Produção de semi- acabados (tarugos, blocos e placas) Vazamento da escória

19 A escória é formada pela combinação de desoxidantes adicionados (FeSi, FeSiMn, Al) com o oxigênio do aço e pela associação desses óxidos com outros adicionados (CaO). Características Metalúrgicas Químicas Mineralógicas Escória do Refino Redutor – Forno-Panela

20 Características Metalúrgicas Características Metalúrgicas Necessitam ser básicas, i. é: Necessitam ser básicas, i. é: (%FeO + %MnO) máx = 3,5 (%FeO + %MnO) máx = 3,5 Por quê? O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO 2, Al 2 O 3 ) e captar o S do aço (dessulfuração). O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO 2, Al 2 O 3 ) e captar o S do aço (dessulfuração). Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (10 a 18%) para reduzir o ataque químico ao refratário, que é básico e com alto MgO. Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (10 a 18%) para reduzir o ataque químico ao refratário, que é básico e com alto MgO. Escória do Refino Redutor – Forno-Panela

21 Características Químicas CaO (%) MgO (%) FeO (%) SiO 2 (%) Al 2 O 3 (%) MnO (%) CaF 2 (%) S (%) Máx 2, Máx São importantes para o controle do processo e qualidade do aço. Variam em função dos tipos de aços. Escória do Refino Redutor – Forno-Panela

22 Características Mineralógicas – –2CaO.SiO 2, 11CaO.CaS.4SiO 2 ; – –2CaO.Al 2 O 3.SiO 2, 11CaO.CaF 2.7Al 2 O 3 ; – –MgO, CaO, CaO.H 2 O; – –Outros Há poucas investigações sobre o seu reaproveitamento. Pode ser reaproveitada: – –em substituição parcial da CaO e MgO no refino oxidante; – –misturadas com a escória do refino oxidante para a produção de agregados siderúrgicos. Escória do Refino Redutor – Forno-Panela

23 Composto pelas etapas de: Recolhimento e transporte; Descarga e resfriamento lento ao ar livre; Britagem; Separação Magnética; Peneiramento Processamento das Escórias Agregado + Recuperação do aço (sucata recuperada)

24 Britagem, separação magnética e peneiramento Processamento das Escórias

25 O Tipo de Agregado Resfriamento da Escória Transformação em Agregado Siderúrgico EstruturaExpansibilidade Propriedades Cimentícias Lento (ar) Cristalinasimnão Rápido (água) Amorfanãosim Aciarias Brasileiras resfriamento lento Problema de expansibilidade

26 Expansibilidade Expansibilidade Transformação em Agregado Siderúrgico

27 Expansibilidade Expansibilidade Óxido de Cálcio livre (CaO – Cal) Óxido de Magnésio (MgO – Periclásio) Silicato Dicálcico (.2CaO.SiO 2 – Larnita) Óxidos de Ferro (FeO – Wustita, Fe 3 O 4 – Magnetita) Transformação em Agregado Siderúrgico

28 CaO Reações de Hidratação MgO Aumento de Volume CaO 99% MgO 110% (Expansão a longo prazo) Importante Não misturar a escória com resíduos de refratários (são expansivos), a base de MgO. Transformação em Agregado Siderúrgico Óxidos de Cálcio e Magnésio

29 Silicato Dicálcico 2CaO.SiO 2 Forma Massa Específica (g/cm 3 ) 3,04 3,31 3,28 2,97 V de até 12% Desintegração da escória Transformação em Agregado Siderúrgico

30 Óxidos de Ferro – FeO e Fe 3 O 4 Importante: A separação magnética deve ser sempre controlada ( partículas ferrosas no agregado) Transformação em Agregado Siderúrgico Mehta e Monteiro, 1994

31 ENSAIOS DE EXPANSIBILDADE Ensaios diretamente aplicados sobre as escórias Imersão ASTM D4792/95 JIS 5015/92 PTM 130- DNER - MG Método Belga Vapor EM :1998 À alta temperatura e pressão Método JEGEL À alta temperatura e umidade Método Inglês Transformação em Agregado Siderúrgico Transformação em Agregado Siderúrgico Expansibilidade da escória: Avaliação

32 ENSAIOS DE EXPANSIBILDADE Ensaios realizados em uma matriz com escória Matriz cimentícia À alta temperatura e pressão Autoclave ASTM C151 Imersão Met. das barras ASTM C1260 Le Chatelier NBR À alta temperatura e umidade Método Jean-Pera Matriz Asfáltica Imersão Método de blocos Marshal Transformação em Agregado Siderúrgico Transformação em Agregado Siderúrgico Expansibilidade da escória: Avaliação

33 Controlada a expansibilidade por envelhecimento (estocagem em pilhas no pátio com tempos adequados) o agregado siderúrgico passa a apresentar vantagens econômicas, ambientais e tecnológicas em relação aos agregados naturais. Transformação em Agregado Siderúrgico

34 Considerações finais Propriedades Especificadas Qualidade Garantida Preço Competitivo Entrega no Prazo Produto: Aço SimSimSimSim Co- Produto: AgregadoSim?Sim?Sim?Sim? Agregado é um co-produto ainda com baixo valor e com utilização de caráter regional. É fundamental aumentar o valor agregado e o consumo adequado. Aço X Agregado Siderúrgico Aço X Agregado Siderúrgico

35 Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico Prof. Antônio C. F. Vilela Sustentabilidade do Setor Siderúrgico ABM Obrigado pela atenção!

36 A Geração de Escória de Aciaria - Aciaria Elétrica Aciaria Elétrica – Brasil Aço: 7 milhões de t (22%) - (IBS – 2005) Escória: 1 milhão de t Refino oxidante + redutor

37 Aciaria LD/BOF Tendências: Mais sucata na carga %Si no gusa aumento no volume de escória Menos sucata na carga pré-tratamento no gusa LD/BOF: %C volume de escória

38 Aciaria LD/BOF Tendências: Mais sucata na carga %Si no gusa aumento no volume de escória Menos sucata na carga pré-tratamento no gusa LD/BOF: %C volume de escória


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