5 Reações leito de fusão, Notas de estudo de Química

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Reações no alto forno

Principais reações

 Dessecação: ocorre entre 300 a 350 graus, período o qual o vapor de água contido nos elementos da carga se evaporam. É uma desidratação.  Redução: ocorre entre 350 a 750 graus, onde o minério de ferro reduz não pelo carvão mas sim pelo óxido de carbono.  Carburetação: ocorre entre 750 a 1150 graus, onde o ferro combina parcialmente com o carbono.  Fusão: ocorre entre 1150 e 1180 graus, onde o ferro carburado passa do estado sólido para o estado líquido.  Liquefação: ocorre em temperaturas de 1600 graus, o metal líquido funde-se no fundo do cadinho, sobre o metal a escória flutua devido a diferença de densidade e constitui como uma tela de proteção ao ar injetado impedindo o metal líquido de se oxidar.

Redução

Formação do CO: C (s) + O2 (g) 2 CO(g) + E Esta reação fornece energia e gás redutor suficientes para a redução dos óxidos de ferro Redução Da Hematita: 3Fe2O3(s) + CO(g)=2Fe3O4(s)+ CO2(g) + E Fe3O4(s) + CO(g)=3FeO(l) + CO2(g) FeO(l) + CO(g)=Fe(l) + CO2(g) + E A redução dos óxidos de ferro se processa á medida em que a carga desce no interior do forno e os gases, resultantes da queima do carvão vegetal , sobem pela coluna de carga.

Oxicarbonização

É o processo de oxidação do carbono em contacto com o oxigênio. Ocorre de forma direta na Zona de Combustão, logo na frente das ventaneiras, no entanto pode ocorrer de forma indireta em outras regiões do forno. Se dá pela reação: C(carvão)+O2(ar)=CO2 exotérmica: ∆H=-94,1Kcal/mol CO2+C(carvão)=2CO endotérmica:∆H= +42,2Kcal/mol 2C(carvão)+O2=2CO exotérmica:∆H= -52,9Kcal/mol Inicialmente ocorre a oxidação do carbono do coque pelo oxigênio do ar, conforma a 1º formula, gerando grande quantidade de calor. Como o CO2 é instável na presença de carbono acima de 1000º, ocorre a 2º reação que consome calor. Desta forma toda esta reação se resume termicamente como se somente a 3º reação ocorresse, ou seja, se todo o carbono se oxidase formando CO.

Calcinação

A calcinação (lat. calx, calcinatio para o processo

de se queimar substâncias diversas) é o nome dado

a reação química de decomposição térmica, usada

para transformar o calcário (CaCO3) em cal

virgem (CaO), ou seja o processo de decomposição

dos carbonatos, liberando gás carbônico (CO2) e

outras reações análogas, nas quais esta

transformação com remoção de gás está envolvida.

Tal reação ser dará com emprego de preção e

calor, sendo um processo muito endotérmico,

necessita de grande aporte térmico.

Incorporação do silício

O silício é o elemento mais importante do gusa no ponto de vista do controle térmico do processo, pois variações de nível térmico afetam diretamente sua incorporação ao gusa. As duas grandes fontes de SiO2 no forno são a ganga do minério e as cinzas do carvão, a contribuição de cada um depende dos tipos de minérios e do tipo de carboredutor, bem como do coke rate. Dois mecanismos para transferência do Si para o gusa podem ser considerados:

Leito de fusão

Leito de fusão

O leito de fusão é um somatório de cálculos que levam em consideração a massa molecular dos elementos constituintes da carga de forma a balancear o total de óxidos e bases que são carregados pelo topo do forno. Estes cálculos devem levar em consideração o peso de todos os elementos enfornados. Para realização do leito de fusão alguns valores devem ser pré estabelecidos para que sejam seguidos como parâmetros de realização dos cálculos.

Parâmetros

 Índice de basicidade (IB) : a basicidade da escória é um dos parâmetros utilizados, entende-se por basicidade e relação entre a quantidade dos óxidos básicos e óxidos ácidos presentes na escória. Pode ser calculada com dois (binária), três (ternária) ou quatro (quaternária) parâmetros sendo os principais componentes da escória: CaO, MgO, Al2O e SiO2. Alguns óxidos são chamadas anfóteros , por poderem ter comportamento tanto ácido como básico de acordo com o meio, o principal deles no caso de alto forno é o FeO.

Parâmetros

Outro parâmetro é o chamado MIX. O Mix é a determinação de qual será a quantidade de cada minério que será enfornado, como cada minério possui característica singular, a chamada blendagem entre estes minérios irá permitir a aplicação de produtos com qualidade diferentes sem perda da qualidade final.

Parâmetros

O silício é o ultimo dos elementos a ser corrigido no

leito de fusão, após o acerto do volume da escória, é

necessário acertar a relação entre os ácidos e as

bases, como os dois óxidos de maior presença na

escória é o SiO2 e o CaO, o peso de óxido de silício

(sílica) que será enfornado só é conhecido após o

peso de Calcário a ser enfornado, levando-se em

consideração o teor de silício que deverá ser

incorporado no gusa.

Pelo fato de se considerar o incorporação em dois

meios, o gusa e na escória, o acerto da sílica é dado

em função do teor de silício no gusa.

Leito

Tendo estes valores em mão busca-se responder as seguintes questões.

1. Encontrar o peso de minério necessário para uma tonelada de ferro gusa.
2. O volume de escória objetivado.
3. Balancear o leito para encontrar o peso de cada fundente para o IB solicitado, de forma a manter a escória fluida na temperatura de operação do forno.
4. Encontrar o peso de minério para produção de 500T0n dia com VDC de 5,5.
5. A lâmina de minério e fundentes para o peso de minério encontrado.
6. Qual a relação minério carvão

Exercício de metalurgia Leito de fusão. Com os dados abaixo desenvolva o leito de fusão de um alto forno e responda as perguntas. Dados: Percentual de ferro no gusa: 95% Percentual de alumina na escória objetivado: 15% Percentual de silício no gusa: max 0,30% CaO nas cinzas geradas=1okg/t de ferro. Índice de basicidade binário objetivado: 0,80 Lâmina de carvão 2000kg. Analises químicas Fe SiO2 Al2O3 Mn P Mix Minério A 66,91% 1,45% 1,04% 0,06% 0,053% 33% Minério B 64,23% 3,98% 1,39% 0,30% 0,056% 34% Minério C 63,52% 5,05% 1,61% 0,37% 0,046% 33% Quartzo= 95% SiO Calcário Causídico=54% CaO Calcário Dolomítico= 63% MgO