Granulação de Ferro Líquido

Granulação de Ferro Líquido

A granulação de ferro líquido é um método de tratamento do excesso de produção de metal quente em um alto-forno (BF) que não pode ser consumido pela siderurgia na aciaria de uma siderúrgica integrada. É um método econômico de produzir um produto sólido que é conhecido como ferro granulado (GI). O IG possui boas propriedades químicas e físicas como o ferro gusa e pode ser usado como matéria-prima principal para a fabricação de aço.





O GI tem composição química idêntica ao ferro líquido que está sendo granulado. Não há oxidação ou aprisionamento de escória no GI e há alto teor metálico. A Fig 1 mostra alguns pedaços de GI.

Fig 1 Ferro granulado

Uma planta GI cuida de qualquer descompasso entre a produção nas instalações de fabricação de ferro e a necessidade de ferro líquido nas instalações de fabricação de aço. Está logisticamente posicionado entre as duas instalações. O excesso de ferro líquido do BF é desviado para a planta GI para a produção de GI. Isso elimina a redução do volume de sopro a quente no BF ao produzir GI que pode ser usado como matéria-prima interna como refrigerante no BOF, ou para vendas externas para ser usado pelas cúpulas, fornos de indução (IF) e fornos elétricos a arco (EAF).

As plantas GI podem ser construídas e operadas com capacidades correspondentes às saídas BF. São alternativas às máquinas de fundição de suínos (PCM), mas com capacidades consideravelmente superiores. As capacidades de PCMs de filamento duplo são limitadas devido ao tempo de solidificação do ferro líquido nos moldes de gusa. Os PCMs também requerem manutenção mecânica frequente como consequência do design complexo. O IG tem propriedades idênticas ao ferro-gusa, mas com a vantagem adicional de poder ser manuseado em sistemas de silos.

As quatro etapas básicas do processo de granulação para ferro líquido são as seguintes.

• Controle de fluxo de ferro líquido para o granulador
• Granulação por formação de gotículas de ferro líquido e sua rápida têmpera em água
• Descarga de GI solidificado e resfriado geralmente por ejetor de ar-água
• Desidratação do GI e transporte para o local de armazenamento

O equipamento e o processo de granulação

  O equipamento pode ser projetado para granulação de grandes lotes de ferro líquido e na taxa de produção de um BF. O princípio é baseado na transferência de calor entre o ferro líquido e a água de resfriamento. O calor liberado durante o resfriamento e a solidificação do ferro líquido é transferido para a água de resfriamento, que transporta o calor para fora do processo.

Os equipamentos utilizados para granulação de ferro são equipamentos padrão.

Para o manuseio de panelas de ferro líquido na planta de granulação, é utilizada uma torre de panela dupla, semelhante à torre utilizada em uma máquina de lingotamento contínuo. A torre em combinação com um distribuidor pode garantir uma operação de sequência suave na planta de granulação sem qualquer descontinuidade entre as panelas de ferro líquido.

Os distribuidores usados ​​para granulação de ferro são os distribuidores padrão de lingotamento contínuo com pequenas modificações. Os distribuidores são equipados com sistema de haste de rolha ou sistema de portão deslizante. Isso permite interromper a granulação rapidamente em caso de problema. O sistema padrão pode ser usado para controlar a taxa de granulação. O distribuidor e o bocal são normalmente pré-aquecidos por cerca de 20 a 30 minutos antes do início da granulação.

O granulador de ferro líquido é o coração do processo. É composto por um tanque que contém água e possui um distribuidor de ferro líquido. A principal função do distribuidor de ferro líquido é dividir o fluxo de ferro líquido em partículas menores e distribuí-lo uniformemente sobre a superfície da água. A divisão do fluxo de ferro líquido não apenas fornece uma área de superfície maior para resfriamento mais rápido do ferro líquido, mas também distribui o ferro líquido por uma área de superfície maior no granulador. Isso também ajuda a evitar a concentração de calor em menor volume de água e, assim, permite uma alta vazão do ferro líquido. O distribuidor de ferro líquido é um equipamento crítico, pois deve suportar choques térmicos e impacto de longo prazo do fluxo de ferro líquido.

A superfície externa das gotículas de ferro líquido se solidifica durante sua trajetória de movimento do distribuidor para a superfície da água e antes de penetrar na superfície da água. A parte interna restante da gota semilíquida, agora um grânulo, é extinta ao atingir a superfície da água e inicia seu movimento no volume de água. No momento do impacto dos grânulos na água, eles se deformam levemente, mas são impedidos de se separar, evitando assim a geração de finos.

Durante o movimento dos grânulos de ferro através da água no tanque de granulação, o calor do ferro é transferido para a água de resfriamento. A água de resfriamento permite que os grânulos atinjam uma temperatura abaixo de 100 graus C.

Para uma taxa de granulação de 100 toneladas/hora, a carga de calor gerada que é transferida do ferro líquido para a água de resfriamento está na faixa de cerca de 8 M cal/segundo. O sistema de água é projetado para cuidar dessa magnitude de carga de calor. No sistema de água, o calor é distribuído para a água de forma a garantir que a concentração de calor (unidade de calor/volume) seja inferior à concentração crítica para explosões de vapor.

O tanque de granulação contém volume de água suficiente para acomodar as gotículas de ferro líquido formadas pela divisão da corrente de ferro líquido e pelo momento de impacto da corrente de ferro líquido na superfície da água.

O projeto e a construção do tanque de água facilitam a concentração e a descarga das peças de GI refrigeradas do tanque. Os sistemas ejetores ar-água são normalmente empregados para a descarga de ferro granulado resfriado.

O GI solidificado descarregado é desidratado e transportado pela correia transportadora para a área de armazenamento onde é armazenado em uma pilha de estoque para expedição.

O sistema de resfriamento e manuseio de água é cuidadosamente balanceado para garantir que a grande quantidade de calor adicionada pelo ferro líquido seja removida pela água de resfriamento. O sistema de água é normalmente um sistema de água de processo de circuito fechado. O fluxo de água de resfriamento no tanque de granulação é contracorrente ao movimento do ferro líquido. Durante seu fluxo no tanque granulado, a água absorve o calor do ferro líquido e é aquecida. A água aquecida do tanque granulado é removida   e enviada de volta ao sistema de tratamento de água. A água de processo quente de retorno é resfriada em uma torre de resfriamento ou através de trocadores de calor.

As plantas de granulação de ferro líquido geralmente são totalmente automatizadas, o que permite a necessidade de apenas uma pequena mão de obra para executar toda a operação. O tempo de passagem para a granulação do ferro é geralmente em torno de 30 a 40 segundos e tem um rendimento de processo superior a 99%. Esta é uma boa melhoria quando comparada com os rendimentos mais baixos obtidos nos PCMs.

A seguir estão as características importantes do processo de granulação do ferro líquido.

• Curto tempo de inicialização para atender às decisões de última hora de desvio de ferro líquido das instalações siderúrgicas
• Tempo de processamento rápido do ferro líquido para um GI resfriado
• Nenhuma alteração na análise química do ferro devido à têmpera rápida
• Mais de 99% do rendimento do processo
• Processo robusto com alta disponibilidade e manutenção limitada devido ao uso de equipamentos padrão
• Fácil de operar
• Alta capacidade de produção compatível com a produção de BF
• Produção de produto de ferro nobre que não precisa de processamento adicional
• Baixo impacto ambiental
• Layout flexível e pode ser acomodado no espaço existente disponível
• Baixo custo operacional
• Custo de investimento razoável

Produto de ferro granulado

GI tem propriedades físicas e químicas consistentes. Combina o alto teor de metal da sucata nobre com o baixo teor de resíduos das fontes de ferro virgem. Do ponto de vista prático, a alta densidade aparente e a forma física são adequadas para o manuseio eficiente de materiais.

A composição química do GI é a mesma do ferro líquido. A análise típica é de 4% a 4,5% de carbono, 0,5% a 0,6% de silício e cerca de 95% a 95,5% de ferro. Elementos residuais (cobre, níquel, molibdênio e estanho) são até um máximo de 0,05%.

GI tem formato compacto e pequeno de uma esfera achatada que resulta em uma alta densidade aparente de cerca de 4 toneladas/cum. O tamanho do GI está na faixa de 8 mm a 25 mm. O GI possui alto ângulo de repouso, o que permite transporte e armazenamento eficazes.

Algumas das características do GI são dadas abaixo.

• Composição homogênea
• Praticamente sem conteúdo de óxido
• Alto rendimento metálico durante a fabricação de aço
• Muito boas propriedades de pré-aquecimento e fusão/dissolução rápida quando adicionado ao processo metalúrgico
• Tem carboneto de ferro na matriz, o que é benéfico para substituição de sucata em operações de EAF
• Alta densidade aparente
• Inerte durante o transporte e armazenamento
• Tem tamanho e formato que facilitam o manuseio com esteira transportadora, ímã, carregador frontal, sistemas de bin e caçamba de sucata
• Tem alta resistência física e forma que elimina quebras durante o manuseio e reduz a poeira
• Não apresenta comportamento pirofórico e, portanto, pode ser transportado e manuseado sem preocupações de combustão. É inerte durante o transporte e armazenamento

A simplicidade do processo de solidificação e resfriamento do ferro líquido, em combinação com uma alta capacidade que atende a um rendimento padrão BF, torna o processo de granulação do ferro adequado para instalação nas siderúrgicas integradas.