geometalurgia trab final

8/19/2019 Geometalurgia Trab Final

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PROVA GEOSIDERURGIA

CURSO: ESPECIALIZAÇÃO EM PELOTIZAÇÃO

ALUNO: JORGE JOSÉ FERNANDES FILHO

PROFESSOR: CLAUDIO BATISTA VIEIRA


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1 3

1. 3

2. 3

3. 3

4. 3

5. 3

6. 3

. 3

. 4

. 4 10. 4

11. 4

12. . 4

13. . 4

2 6

1. ( )

100% . .

.

420 . 6

2. , ,

3. (, ) ,

.

4. .

03

1. .

2. 2 4 . 10

3. 13

4. 02 1

5. 1

6. 22


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1. ?

Produtividade é o parâmetro de desempenho de um alto-forno. Pode serentendido como sendo a tonelada de gusa produzida por dia sobre o volume útildo AF. Pode ser utilizado para comparar unidades de saída (toneladas de gusa)com unidades de entrada (como consumo de matéria prima ou combustível).Quanto maior for a relação entre saída/entrada, maior será a produtividade deum AF.

2. ?

Segundo dados retirados pela descrição geral temos: produção anual de 180 milt/ano e volume útil de 200m³. Portanto:P=((180.000t/ano)/365dias)/200m³ = 2,46 t gusa/dia/m³.

3. A?

É o volume entre as regiões acima das ventaneiras e até 300 mm abaixo dodistribuidor (carga).

4. C ?

Não. Nessa usina utiliza-se Glendons para regeneração de gazes.

5. ?

É o gusa produzido com a queima de 100% do combustível de carvão vegetalproveniente de madeiras de reflorestamento.

6. ?

US$32,000,000.00

7. A?

O carvão vegetal tem o papel de permeabilizante de carga, combustível parageração do calor necessário para a fabricação do gusa, carburante e redutor.


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8. ?

Gases (CO, CO2, H2O(vapor)), cinzas de carvão vegetal, pó e escória.

9. ?

130 a 150 funcionários.

10 . A?

14 metros de altura útil e 30 metros de altura total.

11 . A ?

14 ventaneiras.

12. C C .

Tanto o Cowper e o Glendon tem a mesma finalidade, o de regenerar os gasesquentes emitidos pelos altos-fornos aumentando o rendimento térmico do forno.O que os diferem é a capacidade de regeneração, o que impactará também nadiferença dos custos de implantação de cada sistema.

Os Glendons possuem menor eficiência e baixo investimento (comparado aoCowper). É constituído basicamente de fileiras de garrafas de ferro fundido,interligadas por canais. Na parte externa das garrafas, o gás de topo do alto fornoé queimado com ar, aquecendo as mesmas. O ar soprado passa por dentro dessasgarrafas, aquecendo-se a uma temperatura de 500ºC a 850ºC e regenerado nosistema, sendo soprado pelas ventaneiras, retornando ao sistema. Mais utilizadonos mini alto-fornos devido à utilização de carvão vegetal como combustível,não necessitando temperaturas tão elevadas como os AF a coque. Neste caso,utilizam-se Cowpers, pois possuem maior eficiência (e alto custo de

implantação). A temperatura do ar soprado pode chegar a 1200ºC, já nosGlendons a temperatura varia de 500ºC a 850ºC.

13 . .

O AF é um forno de redução indireta que tem a função de redução dos mineraisde ferro. No AF é carregado junto com a fonte de ferro o carvão ou coque efundentes e seu produto final é o ferro gusa. Ele reduz o óxido de ferroproveniente do minério (granulado, hematitinha, sínter ou pelotas). Ocarregamento é feito em camadas alternadas por toda zona granular. À medida


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que a carga desce em direção ao cadinho, a temperatura vai aumentando e passapelas zonas de coesão, amolecimento e fusão, combustão e gotejamento. Osgases quentes sobem em contracorrente, e através das reações de químicas irãoreduzir o óxido de ferro. Ao final da zona de gotejamento, o ferro fundido emconjunto com a escória são extraídos pelas paredes do cadinho; como suasdensidades são diferentes, o processo de separação e destinação de ambos éfacilitado. Outros outputs também são gerados como os gases de topo (CO, CO2,H2 e N2), poeiras de minério e cinzas.


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1. C ( ) A

10 0% .

. C

.

C 420

.

Considerações iniciais

Produção de gusa [Kg]: 1000 Base de calculo

Massa de Escória [Kg]: 180 Valor estimado

Massa de pó gerado [Kg]: 45 Valor retirado do livroMassa de Carbono por tonelada de Gusa [Kg]: 420 Dado da Questão

Injeção de pó de carvão nas ventaneiras [Kg]: 100 Valor escolhido

%Al2O3 no calcáreo 0,87% Valor retirado de analise

% SiO2 no calcáreo 1,27% Valor retirado de analise

%CaO no calcáreo 53,75% Valor retirado de analise

%C fixo do carvão vegetal 70% Valor retirado de analise

Cálculo de massa do carvão vegetal [Kg]: 600 420/0.7

Carregamento de topo de carvão vegetal [Kg]: 500 600-100

Cálculo de Fe no Gusa [Kg]: 957,7 1000*95.77%Cálculo de Fe no Pó [Kg]: 27 45*60%

Cálculo de Fe na Escória [Kg]: 1,4 180*1%*56/72

Total de Fe na saída [Kg]: 986,1 957.7+27+1.4

Carregamento de Pelota no topo [Kg]: 1500,91 986.1/65.7%

Carga de Sílica no Gusa [Kg]: 4,29 1000*0.2%*60/28

Carga de Sílica no Pó [Kg]: 3,15 45*7%

Carga de Sílica na Escória [Kg]: 81,00 180*45%

Total de Sílica na saída [Kg]: 88,44 81+3.15+4.29

Massa de Sílica na Pelota [Kg]: 36,77 1500,9*2.45%

Massa de Sílica no Calcáreo [Kg]: 0,66 51.86*1.27%

Carregamento de Quartzo no topo [Kg]: 51,00 88.44-36.77-0.66

Massa de CaO no pó [Kg]: 0,90 45*2%

Massa de CaO na escória [Kg]: 66,60 180*37%

Total de saída de CaO : 67,50 66.6+0.9

Massa de CaO na pelota [Kg]: 39,62 1500*2.64%

Carregamento de CaO [Kg] 27,88 67.5-39.62

Carregamento de Calcáreo no topo [Kg] 51,86 27.88*53.75

Massa de Al2O3 na Pelota [Kg]: 9,76 1500*0.65%

Massa de Al2O3 no Calcáreo [Kg]: 0,45 51.86*0.87%

Massa de Al2O3 no pó [Kg]: 1,08 45*2.4%% de Al2O3 na Escória [Kg]: 5% (9.76+0.45-1.08)/180


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Composição Química

Pelota: AF08 Gusa Escória Pó Gás

%Fe 65,70% %C 4,00% %SiO2 45,00% %Fe 60,00% %CO 21,40%

%SiO2 2,45% %Si 0,20% %CaO 37,00% %SiO2 7,00% %CO2 21,60%

%Mn 0,00% %Mn 0,00% %Al2O3 5,00% %Al2O3 2,40% %N2 48,00%%Al2O3 0,65% %P 0,03% %MnO 0,00% %PO 0,49% %H2O 2,50%

%CaO 2,64% %S 0,00% %FeO 1,00% %Mn 0,08% %H2 4,50%

%P 0,03% %Fe 95,77% %MgO 0,00% %CaO 2,00% %CH4 1,80%

%C 28,00% %O2 0,40%

2. , ,

?

As pelotas possuem maior RDI, pois são porosas e permitem a passagem defluxo de ar entre seus poros realizando uma melhor redução. As pelotas tambémnão crepitam, pois não existe umidade estrutural e não existem tensões residuais.Devido a possibilidade de blendagem e homogeneização das matérias primas noprocesso de pelotização, a qualidade metalúrgica das pelotas possuem menorvariabilidade, aumentando a confiabilidade e as características do gusaproduzido. As pelotas, devido a sua geometria e granulometria mais uniforme,propiciam uma maior permeabilidade dos gases redutores. A utilização depelotas também promove uma economia no consumo do coque combustível,devido a sua alta redutibilidade e devido aos elementos químicos adicionadosem sua composição que proporcionarão uma redução do ponto de fusão. Aspelotas também reduzem o consumo de fundentes, pois já possuem agentesformadores de escoria.

3. C (, )

, .

MecânicaResistência àCompressão

Resistência a abrasão Granulometria

Sinter Ruim Baixa Grande dispersãoPelota Boa Boa Baixa DispersãoGranulado Boa Media Media Dispersão

MetalúrgicaRDI Crepitação PPC Inchamento

Pelota Boa Não Não Baixo

Sinter Boa Não Não BaixoGranulado Ruim Sim Pode haver Alto


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QuímicaTeor de Fe Teor de Alumina Teor de Silica Outros teores

Pelota Alto econtrolável

Baixo econtrolável

Baixo a médioe controlável

Controlável

Sinter Alto econtrolável

Baixo econtrolável

Baixo a médioe controlável

Controlável

Granulado Grande evariávelpodendo haverFeO

Pode haver Pode haver Pode haver

4. C A A .

Como o carvão vegetal possui resistência mecânica inferior ao coque, o altoforno alimentado com carvão vegetal não poderá ter grandes alturas, devido aesta limitação da capacidade de empilhamento da carga. O carvão vegetal possuiponto de fusão mais baixo em comparação ao coque, não necessitando deregeneradores de alto desempenho como os cowpers, utilizando-se neste caso osglendons. Portanto, as principais diferenças entre o AF a coque e a carvãovegetal são representadas pela diferença de altitude entre eles, temperatura deoperação e diferentes equipamentos auxiliares como os regeneradores. A

produtividade dos AF a carvão vegetal, devido às baixas dimensões, sãoinferiores aos AF a coque, e necessitam sempre de uma área de reflorestamentopara plantio de árvores e posterior fabricação do carvão vegetal.


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1. C : .

A Vale empresa fundada em 1942 com intuito de exploração dos bens minerais de ferro,com intuito de extração, beneficiamento e transporte do minério de ferro para o mundo.Inicialmente a vale explorava as minas de hematitas com altíssimo teor de ferro, sendo oprocesso de pelotização um processo de aproveitamento de finos gerados nos processosde extração e transporte, porem recentemente com os recursos minerais de alto teor cadavez mais escasso a única forma possível de elevar o teor é na usina de beneficiamento

de pellet feed, portanto será esse o futuro dos minérios de ferro.

A Vale explora minérios de ferro no Brasil no quadrilátero ferrífero em Minas Gerais,em Carajás no Pará, e em Mato Grosso do Sul. Os minérios provenientes das minas sãoretirados após minuciosos estudos geológicos incluindo sondagens e modelamentos, queservem como plano para exploração da mina. Esses minérios são retirados e blendados afim de obter qualidades e características específicas dos minérios. Nas minas existem asetapas de britagem e peneiramento o qual são classificados os minérios conforme agranulometria, os finos gerados passam por uma etapa de beneficiamento a fim deelevar o teor de ferro nos elementos. O pellet feed quando necessário passa por umaetapa de flotação também no beneficiamento.

Após essas etapas o minério é carregado nos vagões dos trens e transportados parausinas siderúrgicas, terminais portuários ou usinas de pelotização. No destino final oslump ores e sinters são embarcados diretamente aos consumidores finais, já grande partedos pellet feeds são utilizados na usina de pelotização onde sofrem um processo decominuição, filtragem, aglomeração, pelotamento, queima e peneiramento. Após apelota pronta ela é encaminhada aos consumidores finais que podem ser siderúrgicas dealtos fornos ou de fornos de redução direta. A vale atualmente produz 8 tipos de pelotas

que são utilizadas em todo o mundo pelos seus diversos clientes, onde a maioria seencontram na Europa e na Ásia tendo assim a necessidade da pelota suportar otransporte transoceânico mantendo sua integridade física e metalúrgica.

Sabendo da necessidade futura de mercado de minério de ferro e estudos sobre as jazidas que indicam forte tendência de empobrecimento dos minerais, a Vale investe emestudos para redução de custos do processo, melhoria das qualidades dos produtos e seaproximando cada vez mais dos seus clientes, ou se instalando em localidades maispróximas ou incentivando a criação de siderúrgicas próximas aos seus complexosprodutivos, visando reduções de custos e aumento de margens de lucros tornando assim

seu produto mais competitivo no mercado internacional.


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2. 2 4

A .

Ainda não há um consenso entre as empresas mineradoras e indústrias de metalurgiacom relação à geometalurgia nos processos de aglomeração e redução. Entretanto cadavez mais o conhecimento nessa área está mais refinado, através de pesquisasinterdisciplinares em universidade e centros de pesquisa e industrias .

A geometalurgia aborda uma forte interação entre as áreas da geologia, depósitosminerais, planejamento mineral, processo mineral e metalurgia. Isso é importante e útilpara análise refinada e também para as etapas operacionais. A geometalurgia promove odesenvolvimento dos conhecimentos dos depósitos minerais e os modelos de blocos, oque leva à otimização dos custos e processos tecnológicos .

A abordagem da geometalurgia é desenvolvida para caracterizar a variabilidade dosdepósitos de minério, para os riscos , classificar, maximizar os valores presentes,minimizar tipos de minérios nas reservas , para avaliar as qualidades intrínsecas, paradiminuir a variabilidade dos resultados industriais e otimizar os processos industriais demetalurgia.

É essencial entender a variabilidade e a qualidade geometalurgica dos materiais grossospara aglomeração e processos de redução. Isto pode contribuir para obter estabilidadenas operações dos reatores (altoforno, Corex, Midrex, HyL III etc) e nos processos de

aglomeração (sinterização e pelotização) e melhora a performance em termos deconsumo de energia e produtividade.

Então, para se atingir a melhor eficiência nos processos de controle de redução,pelotização e sinterização as considerações da geometalurgia abaixo devem seravaliadas:

Tabela 2: Considerações importantes para uma adoção bem sucedida dageometalurgia:

Passos Descrição Foco

1

Geometalurgia pode ser definida como umaabordagem multidisciplinar nos processos deextração de metal com uma intensa cooperaçãotécnica de todos os membros da equipe,composta por: geologistas, planejadores demina, engenheiros de minas e de processos,metalurgistas, gerentes, pesquisadores, etc. Énecessário quebrar algumas barreirastradicionais entre as disciplinas profissionais

com o objetivo final da prática dageometalurgia.

Geometalurgia


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2

É necessário adotar uma linguagem padrãoaceitável para os profissionais de diferentesáreas e todas as fases operacionais, desde oROM (minério extraído da lavra) até o produtofinal (mina, beneficiamento, aglomeração e

plantas de produção de ferro e aço.

Padronização daLinguagem

3

Equipes de projeto devem ter a mente aberta epensar explicitamente (e constantemente) sobreas incertezas, riscos envolvidos, oportunidades,adição de valor, variabilidade, custos,inovações tecnológicas, questões ambientais,projeto de equipamentos, etc. em cada estágiodo processo.

Equipe de Projeto

4

É necessário conhecer com detalhes o corpo dominério através da pesquisa mineralógica paraconstrução da modelagem espacial. O modelo

de blocos é desenhado para fornecerconhecimento efetivo da geometalurgia,considerando aspectos essenciais em todas asfases de operação da fabricação do aço, desde oROM até o produto final, focando na mina, nosprocessos minerais, aglomeração e plantas defabricação do ferro e do aço. Adicionalmente acaracterização química, mineralógica e microestrutural, estudos dos testemunhos devem serexecutados, principalmente através demicroscópio óptico e outras técnicas auxiliaresde análise. Como uma primeira abordagem parauma classificação industrial de minérios deferro é sugerido a nomenclatura baseada namineralogia dominante. É também essencialpara desenvolver a caracterização tecnológicaem bancada e algumas vezes até mesmo emescala piloto (amostras blendadas) dostestemunhos. O uso apropriado de ferramentasde modelagem 3D e avançados conhecimentosgeo-estatísticos são essenciais para obter um

efetivo modelo geometalúrgico do corpo dominério. Os principais atributosgeometalúrgicos devem estar espacialmentemodelados usando valores estimados destesparâmetros, possibilitando a extração do valorcompleto de cada bloco e construir oconhecimento do depósito do minério.

ConhecimentoGeometalúrgicodo Depósito do

Minério

5

É adequado o desenvolvimento de umametodologia apropriada da caracterização

mineralógica e microestrutural qualitativa equantitativa das partículas de minério e

Metodologia daCaracterização

Mineralógica,Microestrutural e


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aglomerados (ROM, finos naturais,concentrados, sínter feed, pellet feed,granulado, pelotas e sínter), da qual é a basepara a caracterização geometalúrgica dessesmateriais. Adicionalmente, todo procedimento

experimental de testes tecnológicos em bancadae escala piloto, devem ser definidos para cadafase operacional (cominuição, flotação,aglomeração a quente e a frio, procedimentosfísicos, químicos e metalúrgicos, etc.)

Tecnológica dosMateriais

6

Um plano adequado de amostragem deminérios e aglomerados em pontos estratégicosdo processo (mina, processamento de minério,plantas de aglomeração e redução) é umaferramenta essencial do esquema para acaracterização geometalúrgica (ROM, finos

naturais, concentrados, sínter feed, pellet feed,granulado e aglomerados de minério). Éimportante assegurar que todos os tipos demateriais utilizados nos estudosgeometalúrgicos são corretamente amostrados.

Amostragem

7

É relevante entender a importância dos pátiosde estocagem dos minérios brutos para asplantas de aglomeração e redução. É necessárioe vital desenvolver uma adequada metodologiae eficiente controle de sistema para apreparação dos materiais brutos, considerandopátios primários e de blendagens. Muita atençãodeve ser dada ao estoque de minério,blendagem e homogeneização. Critériosgeometalúrgicos devem ser considerados para ablendagem de diferentes tipos de minérios emateriais brutos.

Grande Atençãoao Estoque de

Minério,Blendagem eHomogeneização

8

Dentro das plantas industriais é recomendadoatenção especial com os seguintes fatorescríticos: Peneiramento de minério, classificaçãogranulométrico de finos de minério,

distribuição de carga, segregaçãogranulométrica, sistema de pesagem demateriais brutos, métodos operacionais,automação do processo, acuracidade do bancode dados, projeto de equipamentos, sistemaintegrado do processo de supervisão e balançode massa, etc.

Fatores Críticosdentro de PlantasIndustriais

9

Esta técnica vem sendo utilizada com sucessonos mini alto-fornos brasileiros. O conceitobásico envolve o uso de um silo de estoque dematerial cru, que serve como um reator vertical

metalúrgico em contra-corrente, enquanto ofluxo de granulado de minério é descendente e

TratamentoTérmico e deSecagem deGranulados para

uso em Reatoresde Redução


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gases quentes, gerados pelo processo, éascendente. Como resultado desta tecnologia,ocorre um aumento significante nas operaçõespara os minérios peneirados e a distribuição demassa dos alto-fornos. Ocorre também um

decréscimo na intensidade de decriptação.Como principal conseqüência torna-se possívelo aumento da produtividade do reatormetalúrgico e decréscimo do consumo decombustível.

10

Definição de um planejamento de experimentosgeometalúrgicos contínuos e estratégicos (emescalas de bancada, piloto e industriaisutilizando diferentes fatores e níveis) com oobjetivo de construção do conhecimento ebanco de dados geometalúrgico aplicados para

os processos de redução e aglomeração. Éimportante a adoção de um sistema contínuo eintegrado de estudos geometalúrgicos.Modelagem física e matemática devem serconsideradas. A compreensão do significado depesquisa aplicada é extremamente importante.

Bando de dadosGeometalúrgicosAplicados a

Processos deAglomeração eRedução.

11

É recomendada uma forte cooperação técnicaentre as indústrias e universidades relativos aosestudos geometalúrgicos, envolvendo cursos degraduação, serviços técnicos, pesquisascientíficas, treinamentos contínuos deeducação, papers de cursos de pós-graduação,estudos de iniciação científica para alunos degraduação, laboratórios de multi-uso ecooperação internacional.

CooperaçãoTécnica entre

Indústrias eUniversidades

12Pessoas com conhecimento técnico de “comofazer” são a base da tecnologia geometalúrgica.

Pessoas

3. :

1A: Processo de fabricação do ferro e do aço:A figura nos mostra um fluxograma do processo de fabricação integrado do ferro e doaço utilizando o alto-forno e o conversor de oxigênio (denominados BF e BOF,respectivamente), que são os métodos mais comuns utilizados no momento (51% daprodução mundial de aço). Após os processos BF-BOF, o aço fundido é controlado paraa obtenção de uma composição e temperatura, e em seguida é convertido pela máquinade lingotamento contínuo para produzir chapas, blocos e tarugos. Estes materiais sãodimensionados para as dimensões desejadas pela laminação para os produtos dasiderurgia. O processo de fusão e refino do gusa e do aço nos processos BF-BOF

envolvem a redução do minério de ferro (Fe2O3) através do carbono no interior do alto-


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forno para a fabricação do gusa, e a descarburação do gusa na aciaria para a fabricaçãodo aço fundido.

O maior agente redutor no alto-forno é o monóxido de carbono (CO) gerado pelaoxidação do carbono (C) do coque. Conseqüentemente, a carburação toma o lugar ao

mesmo tempo de redutor, produzindo gusa contendo cerca de 4% de carbono. O gusa édescarburado para o teor de carbono desejado no BOF. A principal reação desteprocesso é a oxidação do carbono do ferro fundido tanto pelo gás oxigênio puro (O2)como do óxido de ferro (Fe2O3). O oxigênio residual, após contribuir para a reação dedescarburação, permanece no aço fundido. Este oxigênio é fixado e removido pelosreagentes desoxidantes como a sílica (Si2O2) e o alumínio (Al2O3) ou é removidocomo monóxido de carbono no vácuo subseqüente do processo de desgaseificação.

Adicionalmente aos processos BF-BOF, existe um terceiro processo que utilizaprincipalmente sucata como fonte de ferro, com ferro reduzido diretamente quandonecessário. O ferro de redução direta é produzido pela redução do minério de ferroatravés do gás de reforma, cujos principais componentes são hidrogênio, monóxido decarbono e metano. A sucata, colocada com o ferro reduzido diretamente, é fundida emum forno de arco elétrico (denotado EA) para produzir aço fundido que ésubseqüentemente processado pela máquina de lingotamento contínuo. Comomencionado acima.

O aço fundido do BOF e do EAF é desoxidado e adicionado os elementos de liga emquantidades desejadas. O aço fundido é então colocado na temperatura desejada e

continuamente transformado, e as ligas obtidas são cortadas nas dimensões requeridas.Após o aquecimento para a temperatura de laminação em um forno de reaquecimento,estas ligas são tratadas termicamente para os produtos desejados. Perfis de aço, barras efios hastes são conformados em usinas de conformação e em rolos de fio máquinaequipadas com rolos, chapas são conformadas em moinhos reversos, e chapas de açolaminadas são conformadas em laminadores a quente. Após a decapagem para removera carepa da superfície, as chapas de aço laminadas a quente são trabalhadas para aconformação de chapas a frio nos laminadores reversos ou em série, e estas sãoestanhadas ou galvanizadas como desejado para produzir vários produtos de tratamentode superfície de chapa de aço. Tubos de aço são produzidos pela conformação e

soldagem de chapas de aço, ou mandrilhando um tarugo e girando para as dimensõesfinais sem costura.

2C1: Material bruto para a fabricação do ferro e sua preparação:

Entre a composição dos elementos da crosta terrestre, o Ferro existe em grandequantidade próxima ao oxigênio, silício e alumínio. Ferro existe como um minérionatural em forma de óxido, e sua quantidade estimada de depósito no mundo são deaproximadamente 80 bilhões de toneladas. Tipicamente os minérios são: Hematita(Fe2O3) e magnetita (Fe3O4), possuindo teores de ferro de 70% e 72%

respectivamente. A percentagem de ferro nos minérios na prática não ultrapassa 65%, eesses minérios incluem de 2 a 6% de sílica e 1 a 3% de alumina (Al2O3). Fontes


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representativas de minério de ferro são encontradas na China, Brasil, Austrália, antigaUSSR, America, Índia, Canadá, África do Sul e outros. O teor de fósforo e enxofre dosminérios varia de acordo suas origens.

Minérios de alto teor são quebrados e redimensionados, produzindo tanto finos de

minério como granulados. Para beneficiar minérios de baixo teor, é primeiramentepulverizado em partículas finas, chamados de pó de minérios. Tanto os finos de minérioquanto aqueles pulverizados, são submetidos para pré-tratamento antes de seremenviados para os alto-fornos; ou seja, os finos de minério são sinterizados através dasinterização, e o pó de minério é transformado em pelotas, através da pelotização. NoJapão, as proporções de minério de ferro carregados nos alto-fornos são, no momento,15% de granulado, 10% de pelotas e 75% de sínter. Assim, minérios pré-tratados,representam a maioria dos minérios utilizados.

No processo de sinterização, finos de minério com 2-3 mm de diâmetro são misturadoscom coque combustível. Pó de calcário queimado é utilizado como fundente. Estesmateriais, antes de sofrerem ignição são carregados em uma caixa de ferro chamadopallet. Partículas finas de minério são parcialmente fundidas através do calor dacombustão do coque para formar um aglomerado que posteriormente é submetido aprocessos de britagem e peneiramento para obter minério sinterizado com diâmetroentre 15-30 mm. O tipo Dwight-Lloyd de máquina de sinterizar é o mais utilizado, asinterização vem sendo conduzida continuamente através da transferência de paletescolocadas em uma lagarta.

Pelotização é um processo que envolve uma mistura de partículas muito finas deminério, abaixo de 200#, com um fluxo de materiais como, o calcário e dolomita edepois reformulando-as em esferas de 10-15mm de diâmetro através de um granulador eaumentando sua resistência mecânica através da queima com óleo e/ou carvão comocombustível. Pelotas a frio são produzidas através da pelotização, e não requerem aqueima. Atualmente, equipamentos de produção de pelotas a frio de pequena escala,estão em operação principalmente para tratar a poeira coletada na fabricação do aço.Esta tecnologia oferece uma grande promessa para o futuro em termos de economia deenergia e redução da poluição ambiental.

Comparado com o sínter, as pelotas possuem mais ferro e menos ganga, e a pelotizaçãoé adequada para o tratamento de partículas muito finas de minério que serãopredominantes no futuro. No entanto, pelotas possuem desvantagens, mais combustívelfóssil é consumido durante a pelotização e é mais difícil controlar a distribuição radialda espessura das pelotas carregadas no alto-forno.

2D1: Facilidades do alto-forno:

O alto-forno possui uma estrutura cilíndrica vertical, externamente coberto com umacamada grossa de chapa de aço e internamente revestido com materiais refratários. A

estrutura refratária é refrigerada por componentes metálicos com água resfriadacirculante, chamado stave, que são encaixados entre os reservatórios e os refratários. O


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corpo do forno é composto pelo (i) cuba, que emerge até o topo, (ii) o ventre, que é umcilindro reto, (iii) a rampa, que vai até o início do cadinho no fundo do alto forno, e (iv)o cadinho, localizado no fundo do alto-forno. A cuba, ventre e a rampa são usualmenteforradas com chamotte, tijolo e tijolo de carboneto de sílica; e o cadinho é revestidocom tijolo de carbono. Dependendo do tamanho do forno, a parede lateral do cadinho éradialmente equipada com cerca de 20 a 40 ventaneiras de cobre resfriadas a base deágua, que são usadas para injeção dos gases quentes de combustão dentro do forno,provenientes dos regeneradores através do anel de gases aquecidos. Tapholes paradescarregar o metal quente e furos de escória para descarregar a escória também sãoinstalados na seção do cadinho. O maior alto-forno atualmente possui cerca de 80m dealtura, com um corpo de queima com cerca de 35m e um máximo diâmetro interno de16m, e possui um volume de cerca de 5200m³. Um forno deste tamanho pode produziraproximadamente 10000 toneladas de gusa por dia.

Todo alto-forno possui um equipamento auxiliar como (i) correias transportadoras paratransporte de matérias primas (minério e coque) para o topo do forno, (ii) Hoppers outremonha de carga para armazenar temporariamente estas matérias primas, (iii)dispositivo de cone de topo ou sem cone de topo para carregar as matérias primas dentrodo forno com a correta distribuição radial, (iv) regeneradores para aquecer o ar injetado,(v) sopradores para alimentar a queima, e (vi) equipamento de remoção de poeira erecuperação e armazenamento do gás de topo. Altos-fornos que pulverizam carvãoatravés das ventaneiras (PCI = Injeção de Carvão Pulverizado) são providos com umequipamento para pulverizar o carvão e alimentá-lo sobre pressão. Com um carregadortipo cone, as matérias primas entram no forno através da abertura criada pelamovimentação descendente de um pequeno cone invertido. Este cone se fecha e umcone maior se abre para permitir a queda do material dentro da cuba. Com umequipamento de carregamento sem cone, as matérias primas são lançadas dentro doforno através de uma calha giratória. Os regeneradores são cilindros de queima deaproximadamente 12m de diâmetro e alguns com cerca de 55m de altura, e possuemuma câmara revestida com uma malha de tijolos de sílica. O regenerador é um tipo detrocador de calor em que o calor produzido pela combustão do gás do alto forno éarmazenado na câmara de trabalho, posteriormente, o gás frio é soprado através doChecker work para produzir o sopro de ar quente pré-aquecido ao forno. Dois ou mais

regeneradores são operados em ciclos simultâneos, provendo uma fonte contínua desopro quente ao forno.

Um alto-forno é geralmente operado com uma pressão de topo de cerca de 250 kPa.Pararecuperar a energia do grande volume dos gases de escape de alta pressão, o alto-forno éequipado, após o removedor de poeira, com uma turbina de recuperação de pressão detopo (TRT), para a geração de energia elétrica, utilizando a diferença de pressão entre otopo do forno e o regenerador de gás.

2D2: Operação do Alto-forno


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Um total de aproximadamente 1600kg/ton de gusa de materiais ferrosos como sínter,granulado e pelotas, e cerca de 380kg/ton de gusa de coque redutor são carregados emcamadas alternadas pelo topo do alto-forno. Recentemente se tornou comum a práticade injetar normalmente 90 a 120kg/ton de gusa de pó de carvão como parte do redutor,através das ventaneiras na parte baixa do forno. Atualmente, a injeção de combustívelpelas ventaneiras é raramente utilizada devido a questões econômicas.Aproximadamente 1000Nm³/ton de gusa de gás quente é também soprado através dasventaneiras após um pré-aquecimento para 1423 a 1523K (1150 a 1250°C) nosregeneradores. A concentração de umidade e de oxigênio dos gases soprados também écontrolada.

O sopro quente reage com o coque e com o carvão pulverizado no ventre e na rampa doalto-forno para formar uma mistura de monóxido de carbono e nitrogênio. Esta misturasubirá dentro do forno enquanto troca calor e reage com a carga descendente do topo do

forno. O gás é eventualmente descarregado do topo e recuperado para utilizar comocombustível no processo. Durante este processo, a relação da fina camada de minério deferro para o coque carregado pelo topo do forno e suas distribuições radiais sãocontroladas, então o sopro de ar quente pode passar com a distribuição radial adequada.Durante o fluxo descendente da carga do forno, os minérios de ferro serão reduzidosindiretamente pelo monóxido de carbono na zona de baixa temperatura da parte superiordo forno. Na parte inferior do forno, o dióxido de carbono, produzido pela redução dominério de ferro remanescente pelo monóxido de carbono, é instantaneamente reduzidopelo coque (C) em monóxido de carbono que novamente reduzirá o óxido de ferro. Aseqüência geral pode ser considerada como uma redução direta do minério de ferro pelocarbono sólido nas zonas de alta temperatura no fundo do forno. O ferro reduzidosimultaneamente se funde, goteja, e é coletado como gusa no cadinho. O gusa e aescória são descarregados em intervalos fixos (geralmente 2-5 horas) pela abertura detapholes e furos de gusa na parede do forno.

Os materiais descarregados do alto-forno são metais quentes a temperaturas de 1803K(1530°C), cerca de 300kg/ton de gusa de escória fundida, e gases de poeira de escape dotopo do forno. O gusa é derramado no carro torpedo, aonde é submetido a um pré-tratamento, e depois transferido para a aciaria. Escória fundida é quebrada depois do

resfriamento e é reciclada como material para leito de estrada e cimento. Após aremoção do pó, os gases de escape são usados como combustível para os regeneradores.

A capacidade de um alto-forno é expressa pela carga de gusa que ele produz por dia.Indicadores técnicos representativos são (i) relação da corrida, que demonstra aquantidade virada de gusa por dia por m³ do volume do interior do forno, e(ii) a relaçãode combustível, que demonstrará o consumo de coque e combustível auxiliar requeridopor ton de gusa. Nos alto-fornos japoneses, a média de corrida de 1,7 a 2,1 ton/m³/dia econsumo de combustível de 470 a 500 kg/ton são comuns.

As maiores tarefas a realizar numa operação de altos-fornos são para reduzir o consumode energia, assegurar uma operação estável em termos da quantidade virada,


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composição e temperatura, e estender a vida útil do forno. Nos altos-fornos de grandeescala, o consumo de energia vem sendo reduzido para 13 GJ/ton de gusa, dos quais60% da energia necessária é para a redução do minério.

Uma preparação cuidadosa das matérias primas para uma consistência física e química é

um modo efetivo para a estabilização da operação durante longos períodos. Também énecessário compreender o comportamento físico e químico com precisão em cada partedo forno durante a operação. Para este efeito, o monitoramento das condições internasdo forno e aplicando inteligência artificial para processamento de dados e tomada dedecisões vem sendo colocados em prática com sucesso. Para o futuro, será necessárioentender as condições complexas dento do forno e usar esses dados para estabilizarnovas operações do forno.

Devido ao alto custo do revestimento, os custos totais de produção poderão serreduzidos substancialmente aumentando a vida útil do forno. Avanços tecnológicosoperacionais e de manutenção atualmente tem estendido a vida dos alto-fornos para 16anos (presente Record), mas ainda mais desenvolvimento técnico é desejado paraprolongar a vida do forno a vinte anos ou mais.

2G: Redução Direta

Redução direta de ferro (denotado DRI) é obtido quando finos de minério e granuladosão reduzidos em um estado sólido e a uma temperatura relativamente baixa de cerca de1273K (1000°C) usando reforma de gás natural. Os métodos atualmente utilizadosincluem os processos FIOR, FINMET e CIRCORED e processos IRON CARBIDE,

todos reduzem finos de minério em um leito fluidizado; o processo Hyl-I e Hyl-II, usamum leito retorcido, e o Midrex e o Hyl-III utilizam um forno de contracorrente parareduzir pelotas e granulado e outros. Dentre estes, o Midrex, Hyl-I e Hyl-III vem sendobem sucedidos nas industrias de produção de larga escala. O Midrex e o Hyl-III sãocomumente utilizados para redução direta, o primeiro possuindo a maior parcela namanufatura. Produção de DRI totalizou 31 milhões de toneladas em 1995.

O processo Midrex é mostrado na figura. Reformando gás natural, possui uma relaçãode H2/CO de 1,6, a temperatura de 1173K (900°C), pressão interna do forno de

contracorrente é de 100kPa, e a energia necessária para a redução é de 10,5GJ/ton deDRI. Part dos gases de escape é misturado com gás natural e é reformado, e o restante éusado como combustível para o regenerador. No processo Hyl-III, a relação de H2/COdo gás reformado é 3, a temperatura é de 1203K (930°C), pressão interna de 450kPa, e aenergia necessária para a redução é basicamente a mesma do Midrex. Ambos osprocessos, altas temperaturas resultam em alta produtividade, devido ao metal serreduzido por uma reação endotérmica. No entanto, uma temperatura excessiva irácausar as pelotas e aos granulados uma fusão durante a reação e aglomeração. A relaçãomáxima de redução é de 95%, e o teor de carbono limitado em cerca de 2,5%.

A localização das planas vem sendo confinadas a lugares onde gás natural estádisponível, porém a demanda de aço não é necessariamente alta. Além disso, a grande


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área específica da superfície do esponjoso DRI o torna suscetível a reoxidação e igniçãoquando este entre em contato com o ar e água, especialmente água do mar. O manuseioe transporte eram, portanto potencialmente perigosos, fazendo com que a exportação emgrande volumes fosse não rentável. Como resultado, a produção de DRI não conseguiuatingir as expectativas. Para superar esta dificuldade, uma facilidade de briquetagem aquente para diminuir a área específica por compactação foi desenvolvida eindustrializada, e vem sendo instalado na parte inferior dos reatores desde 1984. Istoteve duas repercussões. Briquetagem a quente do ferro (HBI) diminuiu os riscos deignição e substancialmente a reoxidação, tornando o manuseio e transporte do DRI maisfácil, permitindo-o a ser um substituto da sucata na fabricação do aço pela aciariaelétrica. Subseqüentemente, assim que mini-usinas começaram a produzir chapas deaço, DRI não era mais um mero substituto de sucata, e passo a ser usado como materialpara aços de alto teor com alta qualidade de deformação devido ao baixo conteúdo dosresíduos de Cu, Sn, As, Sb, Bi, Zn e Pb, que deterioram a qualidade de produtos

siderúrgicos.

De acordo com as estatísticas do International Iron and Steel Institute (IISI), a produçãomundial de DRI mais que triplicou de 9,1 milhões de toneladas em 1984 para 31milhões em 1995. Durante este período, a produção mundial de gusa chegou aaproximadamente 500 milhões de toneladas. Conseqüentemente, a relação da produçãode DRI para a produção mundial de gusa cresceu de 2% para 6%.

Tentativas adicionais estão em curso para remover a restrição geográfica do redutor,substituindo o gás natural por carvão. O processo de SL/RN, que utiliza forno rotativo

para reduzir o granulado, pelotas e areia de ferro com carvão, está em produçãocomercial. Este processo sofre, no entanto, de grande perda de calor de perda efacilidade granulométrica, e daí encontra-se limitada a aceitação de dois milhões detoneladas/ano. Uma nova tentativa, chamado FASTMET, mistura pó de carvão finocom pelotas verdes, reduz as pelotas através da queima em rotação do cadinho do fornoem um período muito curto de tempo, com o objetivo de comercialização num futuropróximo.

Em 1997, estima-se que a produção mundial de DRI atinja 4,4 milhões de toneladas.

4. 02

5. :

a. Alto Forno: Processo de redução indireta de minério de ferro. O AF(Alto Forno) é umforno de elevada altura composto da parte interna de material refratário e parte externade revestimento metálico, e seu corpo é formado pelo Cadinho, Rampa, Cuba e Sistemade carregamento. A função do alto forno é transformar um mineral no caso um oxido deferro em ferro reduzido na forma liquida, para isso o forno é carregado com minério deferro, sínter, pelotas, fundentes e carvão ou coque esses últimos constituem a maior

parte de carregamento do forno. Existe uma zona do forno onde existem as ventaneirasque sopram ar para dentro do Alto forno, esse ar em contato do carvão ou coque a


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elevadas temperaturas entra em combustão gerando gazes de combustão como o CO queé conhecido como gás de redução, pois é através desse gás que vai ser retirado osátomos de oxigênio dos óxidos de ferro, e isso vem ocorrendo das partes mais altas atéuma região próxima a ventaneira que o metal liquido começa a se formar. Na parte maisinferior do alto forno encontra-se o cadinho onde é depositado o gusa e a escoria, pararetirada desses materiais é necessário realizar um furo no cadinho e escorrer o gusa e aescoria.

b. Midrex: É um forno de redução direta que produz ferro esponja, nesse processoutiliza-se de CO e H2 como gazes redutores de ferro. O CO e o H2 são obtidos atravésdo gás natural re-formado. Neste reformador utiliza-se gás do topo do processo juntocom gás natural e ar atmosférico, o produto do reformador é o CO e o H 2. Esses gazesredutores são soprados na parte intermediaria do forno vertical e a carga metálica de altoteor de ferro desce encontrando esses gazes redutores que fazem o processo de redução

do minério de ferro. Depois da zona de redução existe uma zona de resfriamento quetem a função de reduzir a temperatura do ferro esponja. O produto desse tipo de forno ésolido e de baixa temperatura. O forno sempre está vedado evitando o desperdício degás.

c. Corex: É um processo de dois estágios de produção de gusa através da utilização decarvão não-coqueificável. As etapas de redução, fusão e gaseificação do minério deferro são separadas em dois reatores, sendo o primeiro reator uma cuba de redução emcontra-corrente e o segundo reator uma unidade de fusão com leito fluidizado.

d. Tecnored: O processo Tecnored desponta como uma nova alternativa tecnológicapara a produção de ferro gusa a partir de matérias-primas e insumos de baixo custo. Oprocesso se baseia na redução e fusão de pelotas auto-redutoras de cura a frio em umforno de geometria especial, o forno de alta redução, resultando na obtenção do gusacom custos operacionais e de investimento inferiores aos processos tradicionais. Umadas principais características do forno de alta redução é a inexistência da reação deBoudouard, uma vez que não existem combustíveis sólidos na cuba superior. Esteimportante fato resulta em uma elevada eficiência térmica do processo e também emuma redução no consumo de combustível.

e. Hyl III: A fonte redutora desse processo é gasosa e o gás empregado é constituídopela mistura entre o CO e o H2 é obtido pela reforma do gás natura com o vapor d’água.A planta divide-se em duas grandes áreas ou seções: seção de reforma e seção deredução. Na seção de reforma, para a obtenção do gás redutor, o gás natural éprimeiramente aquecido na zona de convecção da fornalha do reformador e logo emseguida é dessulfurado pela passagem através de um leito adsorvente de óxido de zinco.A corrente efluente desse leito é então misturada com o vapor superaquecido emexcesso, para evitar deposição de carbono na superfície do catalisador. A corrente degás é novamente aquecida seguindo até a seção radiante onde o gás natural, já

dessulfurado, reage endotermicamente com o vapor d’água num leito catalítico de óxidode níquel II suportado em alumina formando hidrogênio e monóxido de carbono. A


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corrente de saída do reformador passa num trocador de calor onde perde calor sensível eproduz vapor. Em seguida o produto do gás reformado, agora mais frio, é levado numacoluna para a retirada do excesso de água para depois ser encaminhado até a seção deredução. O gás de reforma é misturado ao gás de reciclo de redução que já passou peloreator formando o chamado gás de processo sendo este aquecido em torno de 900ºCatravés de fornos. Na câmara de combustão é injetado oxigênio para queima parcial dogás de processo levando-o à temperatura aproximada de 1000ºC. nessa temperatura ogás entra no reator e em contra-corrente passa através da carga móvel do minériopropiciando a reação de redução do minério.

f. Sinterização: É um processo de aglomeração feita com os minérios finos degranulometria entre 0.105 mm e 6.3 mm, atualmente já são adicionados em pequenasfrações finos menores que 0.105mm. O sinter feed junto com alguns rejeitos dosprocessos siderúrgicos são adicionados a aglomerantes, carvão e fundentes, com isso é

feito um blend, essa massa de blend é carregada em um forno de grelha móvel acima deuma camada de sinter, essa camada é chamada de camada de forramento. Essa massatotal passa por uma chama piloto que tem a função de dar ignição na queima. Existemventiladores que puxam o ar de dentro da maquina de sinter, esses ventiladores puxam oar pela parte inferior da grelha móvel, assim a zona de queima da massa de sinter vaidescendo do topo até a parte inferior da massa, esse movimento se sucede conforme ocarro se movimenta ao longo do percurso. Conforme a massa é queimada os fundentesque se fundem a baixa temperatura se fundem e provocam a união entre os finos deminério realizando assim uma aglomeração de boa resistência mecânica. Quando amassa é queimada e o ar succionado passa pelo restante de material ocorre a redução equando passa ar surge uma atmosfera oxidante. Depois de queimado a massa de sinter ébritada e peneirada.

g. Pelotização: É um processo de aglomeração de partículas muito finas de minério,geralmente de granulometria menores que 0.105mm, o pellet feed passa por etapas deajustes de granulometria a úmido, é também adicionado carvão na mistura úmida,depois disso a polpa é filtrada para se retirar o excesso de umidade, então esse produto éadicionado aglomerantes que tem a função de dar resistência mecânica no transporte ede facilitar a etapa de pelotamento que formará bolas de tamanhos específicos, depois

de pelotados essas pelotas vão ao forno que pode ser de grelha móvel. Essa grelhamóvel é forrada com a camada de forramento também para proteger o material do carrode grelha, esse material da camada de forramento é composta por pelotas já queimadas.Já dentro do forno as pelotas sofrem uma secagem ascendente e uma descendente, entãopassam a ser queimadas onde sofrem o processo de sinterização que é um processo dedissolução em estado solido em atmosfera redutora. Depois de queimadas a pelotapossui uma boa resistência mecânica, podendo ser transportada pelo transportetransoceânico.

h. Aciaria LD: É um cadinho de massa refrataria onde são adicionados gusa liquido,

gusa solido, sucata e fundentes. Após a etapa de carregamento desce uma lança próximada solução onde é soprado oxigênio. Esse oxigênio soprado dentro do convertedor tem a


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função de promover a oxidação do silício, enxofre, fósforo, manganês e realizar oajuste de carbono. Deve-se tomar atenção, pois os primeiros elementos a sofreremoxidação são o silício, manganês, fósforo e enxofre, depois passa a ser retirado ocarbono, se o tempo e vazão de sopro não cessarem ocorrerá a oxidação do ferroformando wustita na escoria de aciaria. Ocasionando uma perca de ferro para escoria.Após esse processo é retirado o aço liquido da panela e ele passara a outras etapas deajustes de composição.

i. Aciaria elétrica: é um cadinho de massa refrataria onde são geralmente adicionadascargas metálicas solidas, mas podem ser adicionadas cargas metálicas liquida também, acarga principal é a sucata, sendo também adicionado gusa solido e liquido. Praticamenteexistem dois métodos para ajuste de composição do aço, são eles o acido e o básico.Depois de feito o carregamento de material no convertedor é iniciada a operação, quesignifica energizar os eletrodos, nessa etapa ocorre a fusão de toda carga metálica,

depois de fundida essa carga metálica inicia-se o processo de descarburetação edesiliciação, que é feita através da adição de oxidantes que tem a função de inseriroxigênio dentro da solução liquida. Feito isso começa a ocorrer a oxidação do silício,manganês, fósforo, enxofre e carbono, exceto o carbono todos os outros oxido formarãotambém a escoria. O indicativo que está ocorrendo a oxidação do carbono é oborbulhamento do liquido. Após esse processo forma-se o chamado aço liquido.

6. D :

a. Mineral: composto químico definido, solido, homogêneo, inorgânico e formado

naturalmente, possui arranjo atômico.b. Rocha: agregado monocristalino ou policristalino

c. Itabirito: rocha bandada formada por minério de ferro e sílica

d. Minério de Ferro: fonte mineral de ferro que existe aplicação industrial viavel

e. Concentrado: produto resultante do processo de concentração, que consiste emtransformar um mineiro pobre em um minério rico.

f. Sínter Feed: finos de minério cuja granulometria esta na faixa de 0.105 mm a 6.3 mm

g. Pellet Feed: finos de minério cuja granulometria esta abaixo de 0.105 mm

h. Granulado (Bitolado e Lump Ore): minério de ferro de tamanho entre 6 mm e 40 mm

i. Sínter: é um aglomerado poroso e resistente e com alto percentual de ferro, utilizadoem altos fornos como fonte de ferro.

j. Pelota: aglomerado resistente e durável de granulometria estreita e utilizado comofonte de ferro em processo de redução.

k. Ferro Gusa: produto que e resultado da redução de um alto forno, compostobasicamente de Fe, C,F,S


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l. Ferro Esponja:produto resultante de redução de fornos de redução direta

m. HBI:Hot Briquetted Iron produto de fornos de redução direta e briquetado, massaférrea com teor que gira em torno de 90% de ferro reduzido.

n. DRI: Direct Reduced Iron produto de fornos de redução direta, com alto teor de ferroreduzido, conhecido como ferro esponja.

o. Aço: solução solida de ferro e carbono, cuja a tolerância máxima de carbono namatriz de ferro é de 2,11% em massa

p. LOI (PPC ou PF): Processo de perda de massa por calor.

geometalurgia trab final

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