Uso de Pelotas de Minério de Ferro na Carga do Alto Forno

Uso de pelotas de minério de ferro na carga do alto-forno

  A pelotização é um processo que envolve a mistura de partículas finamente moídas de finos de minério de ferro de tamanho inferior a 200 mesh com aditivos como bentonita e, em seguida, moldando-os em pedaços ovais/esféricos de 8-20 mm de diâmetro por um peletizador e endurecendo as bolas por queima com um combustível. É o processo de conversão de finos de minério de ferro em “pelotas de minério de ferro de tamanho uniforme” que podem ser carregadas diretamente em um alto-forno. A Figura 1 mostra pelotas de minério de ferro.

Fig 1 Pelotas de minério de ferro





Existem diversos processos/tecnologias de pelotização de minério de ferro disponíveis. No entanto, atualmente, o processo de grelha móvel reta (STG) e o processo de forno de grelha (GK) são processos mais populares.

As propriedades físicas das pelotas de minério de ferro são dadas abaixo.

•     Tamanho - 8-20 mm

•     pH (40 g/L, 20 graus C; pasta em água) - 5,0 - 8,0

•     Ponto de fusão - 1500-1600 graus C

•     Densidade a granel -  2,0 -2,2 t/Cum

•     Índice de copo (+6,3 mm) - 93-94%

•     Índice de abrasão (-0,5 mm) - 5-6%

•     Força de compressão (daN/p) - Cerca de 250

•     Porosidade -> 18%

A análise química de pelotas de minério de ferro é apresentada abaixo.

Nota BF                     Nota DRI

Fe                                            %         63 – 65,5                      65 -67,8

SiO2 + Al2O3                         %              <5                                 <5

CaO + MgO                            %           Até 3                      Até 0,10

P, max                                     %              0,05                             0,05

S, max                                     %              0,01                             0,01

Basicidade, min                           %              0,5

Desintegração (-3,15 mm)   %                                                    2

Índice de Inchaço                        %            13-18

Redutibilidade                             %                65

Diferentes testes padrão ISO para pellets são fornecidos na Tab 1

Tab 1 Testes padrão ISO usados ​​para pellets BF
Teste padrão ISO	Valores de medição	Propósito
ISO 4700 /Resistência ao esmagamento	daN	Força fria do pellet
ISO 3271 /Força de queda	Frações +6,3 mm e -0,5 mm	Tendência para abrasão
ISO 13930 / Desintegração por redução de baixa temperatura	Frações +6,3, -3,15 e -0,5 mm	Tendência para degradação de baixa temperatura
ISO 4698 /inchaço livre	% de volume	Aumentar a tendência de inchaço
ISO 4695 / Redutibilidade	Taxa de redução em 40% reduzida	Redutibilidade
ISO 7992 / Redução sob carga	1. Taxa de redução em 40% reduzida	Redutibilidade, amolecimento/comportamento de fusão
	2. Queda de pressão em 80% reduzida
	3. Redução do encolhimento do leito em 80%

A qualidade das pelotas é influenciada pela natureza do minério ou concentrado, ganga associada, tipo e quantidade de fundentes adicionados. Esses fatores, por sua vez, resultam na variação das propriedades físico-químicas das fases coexistentes e sua distribuição durante o endurecimento do pellet. Assim, as propriedades das pelotas são amplamente regidas pela forma e grau de ligação alcançado entre as partículas de minério e a estabilidade dessas fases de ligação durante a redução de óxidos de ferro no alto-forno. Uma vez que a formação de fases e microestrutura durante o endurecimento depende do tipo e quantidade de fundentes adicionados, há um efeito dos fundentes em termos de relação CaO/SiO2 e teor de MgO na qualidade do pellet.

Histórico de uso de pelotas de minério de ferro em alto-forno

  A história dos pellets começou em 1912, quando A.G. Andersson, um sueco, inventou um método de peletização.

O uso comercial de pellets, no entanto, começou nos EUA após a 2ª Guerra Mundial. Vários estudos foram realizados com o objetivo de desenvolver as vastas reservas de taconita na área ao redor dos Grandes Lagos. Em 1943, o Dr. Davis, professor da University of Minnesota, Mines Experiment Station, inventou um método para processar taconita contendo minério de ferro de baixo teor. Seu processo envolveu moagem de taconita para remover gangas e melhorar o minério de ferro (ou seja, um processo de beneficiamento de minério). O minério de alto teor resultante está na forma de partículas finas, tão pequenas quanto 0,1 mm ou menos, que não são adequadas para sinterização. Esta questão levou ao desenvolvimento da pelotização dessas partículas finas. As usinas de pelotização hoje desempenham um papel importante em uma época em que a reserva global de minério granulado de alto teor está diminuindo. As usinas promovem a concentração de minério de baixo teor em pelotas atualizadas, que estão sendo cada vez mais utilizadas por altos-fornos e fornos de redução direta.

A produção de ferro dos EUA tem sido historicamente baseada em grande parte em pelotas, principalmente porque todos os minérios de ferro locais precisavam de beneficiamento (up grading) moendo-o em partículas finas (<0,1 mm) e aglomerando esses finos em pelotas, mas também porque as plantas de sinterização são não utilizado por motivos ambientais.

As pelotas de minério de ferro são agora a maior fonte de ferro para os altos-fornos norte-americanos. Os pellets constituem cerca de 70% da carga do alto-forno. Inicialmente, pelotas ácidas (graus DRI) foram produzidas e utilizadas em altos-fornos.

Em meados da década de 1980, uma série de ensaios de pelotização e alto-forno foram realizados para avaliar os benefícios das pelotas fundidas de calcário dolomita. No final da década, as pelotas fundidas estavam firmemente estabelecidas como um produto importante, respondendo por cerca de 30% da produção de pelotas da América do Norte.

A transição para pelotas fundidas envolveu muitas mudanças nos equipamentos da planta (por exemplo, moinhos de moagem de fluxo, queimadores de pré-aquecimento) e práticas. Cada planta de pelotização personalizou a química da pelota fundida para atender à operação do alto-forno de seu cliente. Como resultado, existem usinas de pelotização que produzem até quatro tipos de pelotas. Na América do Norte, os pellets passaram de uma commodity no início da década de 1970 para um produto feito sob medida, atendendo às especificações mais exigentes de um cliente na década de 1990. As pastilhas fundidas norte-americanas são agora equivalentes ao melhor sinter em termos de redutibilidade e propriedades de derretimento de amolecimento e são superiores em termos de resistência e decomposição em baixa temperatura (LTD/RDI).

Vantagens dos pellets

  Pelotas de minério de ferro podem ser usadas como substituto para sinterização e granulado calibrado na carga do alto-forno devido às seguintes propriedades.

• A forma esférica e os poros abertos dos pellets proporcionam uma permeabilidade melhor e uniforme, resultando em uma operação mais suave do forno. Os pellets têm uma faixa de tamanho uniforme geralmente dentro de uma faixa de 8 a 20 mm.
• Os pellets têm força de britagem a frio muito alta, resultando em geração insignificante de finos no estoque.
• Alta porosidade (superior a 18%) leva a uma redução mais rápida
• Alta resistência do pellet (cerca de 250 daN/p) proporciona boa resistência à desintegração durante a descida da carga. Possui melhor índice de tombamento quando comparado ao minério de ferro calibrado.
• Composição química uniforme comparada ao minério granulado calibrado. A ausência de LOI é outra vantagem dos pellets.

O índice de inchamento dos pellets é uma importante propriedade metalúrgica. Inchaço indica mudança de volume de pellets durante a redução. A expansão do volume dos pellets durante a redução resulta em menor resistência à compressão dos pellets. O alto inchaço dentro do forno causa aumento no volume do palete que por sua vez diminui os vazios na carga. Isso impede o fluxo de gás no forno e resulta em queda de pressão. Isso, por sua vez, faz com que a carga pendure e escorregue dentro do alto-forno. A adição de dolomita é favorável para a melhoria da propriedade de inchamento dos pellets. O inchamento máximo permitido de pelotas para o alto-forno varia de 16% a 18%. Pelotas de ácido (pelotas DRI) e pelotas livres de MgO exibem maior inchamento.

As pelotas fundidas podem ser produzidas como equivalentes ao melhor sinter em termos de redutibilidade e propriedades de derretimento de amolecimento e são superiores em termos de resistência e quebra de baixa temperatura (LTD/RDI). As pastilhas fundidas apresentam boa resistência, redutibilidade melhorada, características de intumescimento e amolecimento de fusão. Devido a essas propriedades, as pelotas fundidas proporcionam melhor desempenho no alto-forno.

Metálicos na carga BF

Os minérios sinterizados, pellets e granulados calibrados são os três metais ferrosos normalmente usados ​​na carga do alto-forno. Os usos de todos os três metais na carga do alto-forno podem variar de zero a cem por cento com o ajuste dos parâmetros do forno. Esses três metálicos podem ser usados ​​em qualquer combinação de dois metálicos ou três metálicos. Não existe uma fórmula padrão para a escolha dos metálicos. A escolha dos metálicos depende de vários fatores que variam de planta para planta. Alguns dos fatores que influenciam a escolha dos metálicos são apresentados a seguir.

• Disponibilidade do material metálico de especificação correta
• Propriedades metalúrgicas de materiais metálicos, como redutibilidade, propriedades de decrepitação térmica e propriedades de amolecimento
• Custo relativo do material metálico
• Efeito do uso de metal no custo total de produção de metal quente
• Possibilidade de ajuste de vários parâmetros do forno, como padrão de distribuição, taxa de combustível etc.
• Possibilidade de ajuste nos parâmetros de controle do processo
• Instalações disponíveis no estoque do forno
• Disponibilidade de planta de sinterização cativa
• Tipo de minério de ferro disponível na mina cativa ou nas proximidades do alto-forno
• Problemas relacionados com o bom funcionamento do BF sem travar e escorregar
• Questões relacionadas ao meio ambiente

Pelotas em alto-forno podem ser utilizadas de 0% a 100%. Não existe uma solução padrão para aumentar o teor de pelotas na carga do alto-forno. Cada local e cada forno terão questões diferentes que precisam ser identificadas, analisadas e soluções devem ser encontradas para se chegar ao valor máximo do teor de pellets que pode ser usado na carga de BF. O objetivo deve ser sempre a operação do alto-forno sem problemas com o menor custo possível de produção do metal quente.