Sustentabilidade do Setor Siderúrgico São Paulo – 8/11/2006 – ABM

Apresentação em tema: "Sustentabilidade do Setor Siderúrgico São Paulo – 8/11/2006 – ABM"— Transcrição da apresentação:

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

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

3 Introdução A produção de aços gera escórias.
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.

4 Introdução 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.

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

6 A Geração de Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Produção: 80 a 150kg/taço Carregamento Fusão Refino Oxidante Retirada da Escória Vazamento 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 Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Características Metalúrgicas Necessitam ser básicas, i. é: 20 < %FeO < 40% Por quê? O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO2, P2O5, Al2O3) Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (8 a 12%) para reduzir a erosão do refratário (básico e com alto MgO)

9 Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
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.

10 Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Características Químicas CaO (%) MgO (%) FeO (%) SiO2 (%) Al2O3 (%) MnO (%) P2O5 (%) S (%) 30-45 8-12 20-45 15-25 3-9 5-10 0,6-1,5 0,1-0,2 São importantes para o controle do processo e qualidade do aço.

11 Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão
Características Mineralógicas Há vários compostos mineralógicos (>20); 2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2; 2CaO.Fe2O3, MgO. Fe2O3; 2CaO.Al2O3.SiO2, 3CaO.MgO.2SiO2; CaO, MgO, CaCO3; FeO, Fe3O4. São importantes para a utilização da escória ou para a transformação em agregado siderúrgico.

12 Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF
Aço: 24 milhões de t (76%) – (IBS – 2005) Escória: 2,3 milhões de t Fonte: Introdução aos Processos de Refino Primário dos Aços nos Convertedores a Oxigênio - ABM 2006.

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

14 Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF
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

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

16 Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF
Características Químicas CaO (%) MgO (%) FeO (%) SiO2 (%) Al2O3 (%) MnO (%) CaF2 (%) S (%) 36-45 1-9 8-30 7-16 1-4 3-7 <2 <0,3 Fonte: Gumiere (2002) São importantes para o controle do processo e qualidade do aço.

17 Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF
Características Mineralógicas Há vários compostos mineralógicos (>20); b2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2; CaO.FeO, 2CaO.Fe2O3; CaO, MgO, FeO, CaO.H2O, CaCO3; São importantes para a utilização ou sua transformação em agregado siderúrgico.

18 Escória do Refino Redutor – Forno-Panela
Produção: 20 a 40 kg/taço 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 Escória do Refino Redutor – Forno-Panela
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

20 Escória do Refino Redutor – Forno-Panela
Características Metalúrgicas Necessitam ser básicas, i. é: (%FeO + %MnO) máx = 3,5 Por quê? O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO2, Al2O3) 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.

21 Escória do Refino Redutor – Forno-Panela
Características Químicas CaO (%) MgO (%) FeO (%) SiO2 (%) Al2O3 (%) MnO (%) CaF2 (%) S (%) 35-50 10-18 Máx 2,5 13-18 6-10 Máx 1 1-8 São importantes para o controle do processo e qualidade do aço. Variam em função dos tipos de aços.

22 Escória do Refino Redutor – Forno-Panela
Características Mineralógicas 2CaO.SiO2, 11CaO.CaS.4SiO2; 2CaO.Al2O3.SiO2, 11CaO.CaF2.7Al2O3; MgO, CaO, CaO.H2O; 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.

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

24 Processamento das Escórias
Britagem, separação magnética e peneiramento

25 Transformação em Agregado Siderúrgico
O Tipo de Agregado Resfriamento da Escória Estrutura Expansibilidade Propriedades Cimentícias Lento (ar) Cristalina sim não Rápido (água) Amorfa Aciarias Brasileiras resfriamento lento Problema de expansibilidade

26 Transformação em Agregado Siderúrgico
Expansibilidade

27 Transformação em Agregado Siderúrgico
Expansibilidade Óxido de Cálcio livre (CaO – Cal) Óxido de Magnésio (MgO – Periclásio) Silicato Dicálcico b (b.2CaO.SiO2 – Larnita) Óxidos de Ferro (FeO – Wustita, Fe3O4 – Magnetita)

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

29 Silicato Dicálcico - 2CaO.SiO2
Transformação em Agregado Siderúrgico Silicato Dicálcico - 2CaO.SiO2 Forma Massa Específica (g/cm3) a 3,04 a’ 3,31 b 3,28 g 2,97  g  DV de até 12%  Desintegração da escória

30 Óxidos de Ferro – FeO e Fe3O4
Transformação em Agregado Siderúrgico Óxidos de Ferro – FeO e Fe3O4 Mehta e Monteiro, 1994 Importante: A separação magnética deve ser sempre controlada ( partículas ferrosas no agregado)

31 Transformação em Agregado Siderúrgico Expansibilidade da escória: Avaliação

32 Transformação em Agregado Siderúrgico Expansibilidade da escória: Avaliação

33 Transformação em Agregado Siderúrgico
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.

34 Propriedades Especificadas
Considerações finais Aço X Agregado Siderúrgico Propriedades Especificadas Qualidade Garantida Preço Competitivo Entrega no Prazo Produto: Aço Sim  Co-Produto: Agregado ? 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.

35 Sustentabilidade do Setor Siderúrgico ABM - 2006
Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico Obrigado pela atenção! Prof. Antônio C. F. Vilela

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

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