5 Reações Leito De Fusão

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Reações no alto forno 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 Outro parâmetro necessário a realização do leito, é o volume de escória objetivado. Este volume é dado pela relação entre a quantidade de alumina presente no leito e a percentagem desta objetivada na escória. A alumina é tomada como referencia, devido ao fato de que esta não se funde durante o processo e quase não se perde durante a redução, e não sendo o alto forno um aparelho acumulativo, toda a massa de alumina que entra no forno será igual a toda a massa que sai, e como toda a alumina esta presente na escória pelo fato de não se combinar diretamente com o gusa, está se torna a referencia para a obtenção do volume. 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. Análise química Para ter início os calculo do leito de fusão, é necessário conhecer a análise química de todos os materiais que serão enfornados, minérios, fundentes e carvão. Leito Tendo estes valores em mão busca-se responder as seguintes questões. Encontrar o peso de minério necessário para uma tonelada de ferro gusa. O volume de escória objetivado. 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. Encontrar o peso de minério para produção de 500T0n dia com VDC de 5,5. A lâmina de minério e fundentes para o peso de minério encontrado. 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% SiO2 Calcário Causídico=54% CaO Calcário Dolomítico= 63% MgO Calcule o rendimento médio e o peso de cada minério para os seguintes mix Analises químicas Fe SiO2 Al2O3 Minério A 59,81% 2,65% 2,04% Minério B 63,90% 2,98% 0,99% Minério C 69,99% 4,05% 1,61% SINTER 73,56 5,87 3,45 MIX 1º 2º 3º Custo por tonelada Minério A 25% 20% 15% R$ 250,00 Minério B 25% 30% 25% R$ 300,00 Minério C 25% 20% 40% R$ 350,00 SINTER 25% 30% 20% R$ 500,00 Dentro os possíveis mixes, qual vocês escolheria e porque? Leito de fusão O alto forno é um aparelho carboredutor de cargas descendentes em contra corrente com gases redutores que visa a obtenção da fusão primaria do ferro chamado gusa, e que gera neste processo escória, gases e poeira. Desta forma, o alto forno, não é um aparelho acumulativo de massa, ou seja, TODA A MASSA QUE ENTRA E IGUAL A TODA A MASSA QUE SAI. Desta forma, tendo controle das massas que são enfornadas é possível calcular com precisão a quantidade e forma das massa que iram sair, levando em consideração alguns fatores de correção no processo. 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, Al2O3 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. 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 As reações de redução, são as responsáveis pela retirada das moléculas de oxigênio dos óxidos dos produtos, quando esta reação ocorre o produto final é um composto da base do respectivo oxido. Assim óxido de ferro irá gerar ferro, bem como óxido de alumínio e os demais. No caso do ferro, este processo se dá no interior do alto forno, sobre a ação de calor e pressão, tendo como elemento redutor o gás CO que se combina com a molécula do oxigênio do oxido, retirando-a e deixando livre o metal para fusão. Dar-se a estas reações o nome de redução exatamente por elas promoverem a redução da massa total do composto. Leito de fusão 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. 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. 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. Mecanismos de incorporação do Silício Reação metal escória: SiO2(esc)+2C=Si+2CO(S) Reação indireta, onde o Si é transferido da escória ou da cinza do coque para a fase gasosa com SiO, este então reage com o carbono do ferro incorporando o silício. SiO2+C=SiO(g)+CO SiO+C=Si+CO Como a reação gusa e escória é muito lenta, a reação através do gás se torna a principal forma de incorporação do silício no gusa. Com esta é favorecida pela elevação da temperatura, ao aumentar o teor de silício no gusa pode-se concluir que a temperatura do metal também irá elevar. Solucion-Loss Esta é uma reação que demonstra a ação do CO no processo de redução. Como vimos a reação de oxidação do carbono se resume na produção de CO, assim temos: 1º 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 CO2+C=2CO +E 2º Fe3O4+CO=3FeO+CO2 CO2+C=2CO +E 3º FeO+CO=Fe+CO2 CO2+C=2CO +E 4º FeO+C=Fe+CO CO+O=CO2 –E A reação 4º é chamada de redução direta, e esta libera calor, então no processo de redução esta é preferível a reação 3º que é chamada de redução indireta e consome calor. Desta forma conhecendo a relação CO-CO2 gerado no alto forno é possível avaliar a eficiência do processo. 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: 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre 02/08/2013 nº Clique no ícone para adicionar uma imagem Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar o estilo do subtítulo mestre 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível 02/08/2013 nº Clique para editar o estilo do título mestre Clique para editar os estilos do texto mestre Segundo nível Terceiro nível Quarto nível Quinto nível 02/08/2013 nº