18. escórias de alto-forno (curso escória)

L.F.A. de Castro, R.P. Tavares - UFMG

MÓDULO 7 – ESCÓRIAS DE ALTO-FORNO

• SUMÁRIO:

• Introdução

• Diagramas de equilíbrio

• Propriedades das escórias

• Formação da escória no alto-forno

• Composição ótima das escórias de alto-forno

• Escórias de altos-fornos a coque e carvão vegetal


• Introdução

• Características

• Ponto de fusão

• Fluidez

• Tolerância

• Dessulfuração

• Remoção de alcalis

• Volume

• Composição química que atenda às especificações acima


• Escória no alto-forno:

Zona granularou zona seca

Zona de amolecimento e fusão

Zona de coque ativa

Zona de combustão

Cadinho

gás

Gusa


• Diagramas de equilíbrio

• Importância

• Regra das fases

P = número de fases presentes

F = graus de liberdade

C = componentes

• Sistemas condensados:

2CF +=+P

1CF +=+P


• Sistema de um componente:

• análise: ferro puro


• Sistema de dois componentes (binário)

• análise: sistema Al2O3 – Cr2O3


• Sistema de dois componentes

• eutético binário:

• análise: sistema CaO - MgO


• análise: sistema Al2O3 - SiO2


• análise: sistema CaO - SiO2


• Sistema de três componentes (ternário)

• Localização de pontos


• Visões:

• Tri-dimensional:

• Bi-dimensional: curvas de nível


• Remoção de constituintes

Remoção de A

C

A B

Remoção de C

1

2


• Definição de linhas e superfícies

• exemplos


• Trajetória de cristalização

• exemplos


• Análise: sistema CaO - Al2O3 - SiO2

• temperatura liquidus

• trajetória de cristalização

• avaliação das diferentes frações de fases


• temperatura liquidus


• trajetória de cristalização

Eutéticoternário

Trajetória de cristalização


• proporção de fases

Proporção de fases

A

B

C

P D

E

F


• Sistema de quatro componentes (quaternário) ou mais

• Localização de pontos

• diagramas pseudo-ternários


• Análise: sistema CaO - SiO2 – MgO – 5 %Al2O3


• Análise: sistema CaO - SiO2 – Al2O3 – 5 % MgO


• Análise: sistema CaO - SiO2 – Al2O3 – MgO

• Temperatura liquidus: basicidade fixa

0,82 322

=++

O%Al%SiO % MgO % CaO




0,90 322

=++





1,00 322

=++





1,10 322

=++



• Propriedades das escórias:

• Viscosidade:definição

Placa em movimento Velocidade V

Fluido

Placa estacionária

FLUIDO EM RESPOUSO

L t = 0

V

PLACA INFERIOR É COLOCADA EM MOVIMENTO

L t < 0

ESCOAMENTO NÃO ESTACIONÁRIO:VELOCIDADE VARIA COM O TEMPO

Lt > 0 (pequeno)

V

DISTRIBUIÇÃO FINAL DE VELOCIDADE:ESTADO ESTACIONÁRIO

y

x

y

x

y

x

y

x

L t > 0

V

y = 0

y = L

y = 0

y = L

y = 0

y = L

y = 0

y = L


• Lei de Newton da viscosidade:

• dimensão e unidades da viscosidade:

• sistema cgs: Poise (g/cm.s)

• sistema internacional: Pa.s (kg/m.s)

• viscosidade cinemática:

• ν mede a dificuldade de escoamento de um fluido sob

ação da gravidade

LV

µ=AF

- yx y

vx

∂∂

= µτ

t] M Lì [ L

L t ì

L

M. L t ---

111

2

2

=⇒=−

ρµ

ν =


• Parâmetros que afetam a viscosidade de escórias

• Estrutura das escórias

• estrutura da sílica, SiO2:

•


• efeito da adição de CaO:


• Avaliação da viscosidade de escórias:

• Diagramas de isoviscosidade: exemplo

• limitações


• Método da sílica equivalente: dois diagramas

• diagrama 1: avaliação da sílica equivalente:

• equivalências: MgO, FeO e MnO


diagrama 2: avaliação da viscosidade:

• limitações


• Fórmulas de viscosidade:

• exemplo: fórmula de Fontana:

% i = teor do óxido na escória

T = temperatura (K)

µ = viscosidade (Pa.s)

• limitações

• 35 < % SiO2 < 45

ln µ ' &10,3469 %25144

T& 0,096334 (%CaO) & 0,118176 (%MgO) &

0,0080126 (%Al2O3)


Exemplo:Estimar a viscosidade de uma escória com a seguintecomposição: CaO = 41,46 %, SiO2 = 35 %, MgO = 5,62 %,Al2O3 = 17,92 %. Temperatura = 1500 oC. Usar os trêsmétodos apresentados acima.

• Diagrama de isoviscosidade:

• Sílica equivalente:

X = 0,1654 a


• Fórmula de Fontana

log µ = 0,605

ln µ ' &10,3469 %251441773

& 0,096334 (41,46) & 0,118176 (5,62) &

0,0080126 (17,92) ' &0,9670

µ ' 0,3802 kgm s

' 3,802 P


• Variação da viscosidade:

• Efeito da temperatura:

• comportamento das escórias

• Efeito da basicidade e outros óxidos (álcalis, FeO e TiO2)


• Propriedades das escórias:

• Capacidade de dessulfuração:

• Reação de dessulfuração:

• atividade do CaO na escória

• distribuição do enxofre entre escória e gusa

)()( )(][)( gs COCaSCSCaO +=++


• efeito da basicidade da escória


• efeito do teor de MgO da escória


• Capacidade de retenção de álcalis

• Efeito da basicidade


• Formação da escória no alto-forno

• Fatores que afetam

• Tipos de escória:

• primária

• temperaturas liquidus e solidus: espessura da zona de

amolecimento e fusão

Janela de "coque"

GASES

PAREDE DOALTO-FORNO

Espessura da zona de amolecimento e fusão

GASES


• tipo de carga metálica

• minério de ferro granulado: efeito da relação SiO2/Al2O3

Diagrama FeO- SiO2 - Al2O3


• Sinter

• Efeito da relação CaO/SiO2

CaO/SiO2


• Efeito do teor de FeO

• melhor: 4 – 8 %

• Efeito do teor de MgO

• entre 1 e 2 %: melhora as propriedades a quente

• melhor efeito em basicidades menores

• Efeito do Al2O3

• entre 1,5 e 2 %: não afeta

• Avaliação de propriedades a quente:

• testes de laboratório


• Escória secundária (escória de rampa)

• basicidade:

•

•

•

•

• Escória final


• Composição ótima das escórias de alto-forno

• Altos-fornos a coque

• Temperatura liquidus: temperatura de vazamento

• baixa viscosidade

• alta capacidade de dessulfuração

• alta capacidade de remoção de álcalis

• menor volume possível

• faixa de composições


• Diagrama CaO – MgO – SiO2 – Al2O3 (10 % Al2O3)


• Diagrama CaO – MgO – SiO2 – Al2O3

1,00 322

=++



• Altos-fornos a carvão vegetal

• Diferenças entre altos-fornos a coque e carvão vegetal

• cinzas: teor e basicidade

• entrada de enxofre

• temperatura de vazamento



82,0 322

=++



• Escórias de altos-fornos a coque

Empresa /

alto-forno% CaO % SiO2 % Al2O3 % MgO

Massa

(kg/ton.

gusa)

CSN – AF I

CSN – AF II

CSN – AF III

CST

COSIPA – AF II

Açominas

40,34

40,55

41,73

42,11

42,62

42,06

36,65

36,90

36,30

34,49

35,53

33,65

10,42

10,53

9,66

12,29

12,39

13,70

9,08

8,73

9,08

6,67

6,30

6,70

1,05

1,04

1,11

1,04

1,02

1,03

288

305

287

287

287

279


322 O%Al%SiO

% MgO % CaO

++

CSN



0,1 322

=++


COSIPA - CST

AÇOMINAS


• Escórias de altos-fornos a carvão vegetal

Empresa /

alto-forno% CaO % SiO2 % Al2O3 % MgO

Massa

(kg/ton.

gusa)

Pains – AF I

Pains – AF II

Pains – AF III

Cosigua – II

Cosigua – III

Cosigua – IV

Itasider – AF I

Itasider – AF II

Acesita – AF I

Mannesmann I

36,47

35,44

36,34

21,54

21,56

21,48

29,95

31,55

41,06

32,26

40,50

39,46

40,69

41,02

42,42

42,47

45,41

45,19

43,49

41,90

16,87

19,21

16,95

19,28

18,76

18,13

14,67

15,98

8,02

10,51

0,89

0,74

0,80

10,43

11,04

10,48

3,45

1,68

5,02

9,14

0,65

0,62

0,64

0,52

0,53

0,53

0,56

0,54

0,89

0,79

152

160

152,9

150

150

150

153

154

197

144

322 O%Al%SiO

% MgO % CaO

++



ACESITA

MANNESMANN



ITASIDER


• Diagrama CaO – MgO – SiO2 – Al2O3 (10 % MgO)

COSIGUA

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