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679

DESENVOLV.IMENTO DE PELOTAS COM ALTO MGO

NA SAMARCO MINERAÇAO S.A.

Jorge A. Montes Cano (1) J9ciel J. Milanez (2)

Floriano Wendling (3)

Gualter M. Peixoto (4)

RESUMO

Com objetivo de aumentar a competitividade de seus ｰｲｯ､ｾ＠

tos no mercado internacional, a SAMARCO MINERAÇAO S.A.

tem -desenvolvido, em escala de laboratório, a fabricação

de pelotas de minério de ferro com alto teor de MgO para testes de simulação de Alto Forno e Redução Direta. Adi­

tivos tais como cal hidratada dolomítica, dunito e ｭ｡ｧｮｾ＠sita foram utilizados para aumentar o teor de MgO da pe­lota. Amostras destas pelotas com alto MgO foram testa -

das no laboratório de Ubu e em laboratórios conceituados no exterior, e os resultados foram animadores tanto para o processo de Alto Forno como na Redução Direta.

(1) Engenheiro de Minas, Chefe do Departamento de Contr2

le de Qualidade e Pesquisa da Samarco Mineração. C1'

(2) Engenheiro Metalúrgico, Chefe da Divisão de Processo e Controle de Qualidade da Samarco Mineração.

(3) Engenheiro Químico, Chefe da Divisão de Laboratório

da Samarco Mineração.

(4) Engenheiro Químico, Supervisor do Laboratório Fisico

Metalúrgico da Samarco Mineração.

680

i. INTRODUÇAO

A Samarco Mineração S.A. opera desde 1977 um complexo industrial de beneficiamento de minério de ferro hematítico integrado com Mina/Usina de Concentração localizada no Município de Mariana Estado de Minas Gerais e Usina de Pelotização/Porto localizada em Ponta Ubu, Município de Anchieta - Estado do Espírito Santo As duas unidades industriais são interliqadas por um mineroduto com 396 Km de extensão.

A capacidade anual de produção do complexo é de 2,2 milhões de toneladas de concentrado e 5 milhões de toneladas de pelotas queimadas. Embora a Samarco tenha trabalhado nos últimos anos a plena capacidade, p9squisas têm sido efetuadas com objetivo de aprimorar a qualidade do produto final pois é sabido que o ｭ･ｲ｣ｾ＠do de minério de ferro é instável e cada vez mais competitivo.

uma destas pesquisas, se relaciona com o desenvolvimento de pel2 tas com alto te.or de MgO a nível de planta piloto.

O aumento da porcentagem de MgO na pelota tem por objetivo me­

lhorar as seguintes propriedades relacionadas com seu processa -mento nos Altos Fornos e na Redução Direta:

- Aumentar a redutibilidade a temperaturas maiores que 1ooooc,

- Aumentar a temperatura de amolecimento;

- Diminuir o intervalo de temperatura entre o amolecimen to e a fusão;

- Diminuir a ｾｯｮｴｲ｡￣ｯ＠ da camada de pelotas no amoleci -manto e subsequente perda na permeabilidade do gásr

- Baixa tendência a clusterizar.

,.

•

•

•

681

2. PRODUÇAO DE PELOTAS DE ALTO MGO

Foram produzi6os 10 tipos de pelotas de alto forno e 8 tipos de ｰｾ＠

lotas de redução direta e avaliadas suas características na planta

piloto de Ubu.

A fabricação de pelotas obedeceu as seguintes etapas:

- Definição da composição química das pelotas;

- Modelo de pelotas alto forno e redução direta com

MgO;

- Fabricação das pelotas propriamente dita.

alto

A definição da composição química foi baseada no fato de que com

vantajosos niveis de MgO podem ser obtidas boas qualidades no amo­

lecimento e fusão das pelotas. Dessa forma a composição química

das pelotas alto forno abrange uma ampla faixa de variação de teor

de MgO bem como das basicidades binária e quaternária. Quanto às

pelotas de redução direta, vantajosos níveis de MgO trariam uma

baixa tendência a clusterizar sendo mantido numa faixa de variação

menor, devido as próprias características no que se refere ao limi

tado teor de ganga.

O modelo das pelota& fabricadas foi a partir das análises químicas

do concentrado utilizado e das misturas com os aditivos. ｅｮｱｵ｡､ｲ｡ｾ＠

se em dois grupos para pelotas de alto forno:

- grupo ácidas (Al a A4)

- grupo básicas (Bl a B61

Essencialmente dentro da faixa de pelotas fabricadas considera- se

o maior efeito em operação, o conteúdo da ganga e a basicidade,·

Ca0/Si02; Mg0/Si02.

O concentrado assim como a bentonita, cal hidratada calcitica e d2

lomitica e carvão mineral utilizados foram coletados no

que abastece a usina de pelotização.

estoque

O dunito e a magnesita utilizados foram adquiridos especialmepte

para os testes, uma vez que a Samarco não ｵｴｩｬｾｺ｡＠ estes

industrialmente.

aditivos

Os balanços de massa das misturas a pelotizar foram determinados

conhecendo-se as análises químicas dos componentes. Assim, foram

682

calculados os percentuais de participação.das matérias primas (Ta­bela 1 e lA).

Na produção de pelota& cruas, os materiais foram pesados e alimen­

tados ao misturador/desaqreqador da planta piloto e acertada a umi

dade da mistura próxima a 9\ através da adição de água. O pelota -mente foi realizado em um disco piloto (DRAVO) com 1 metro de diã­metro, velocidade de 18 rpm e inclinação de 490. A panela utiliza­da na queima no forno pot grate possui um diâmetro de 35 cm e ｡ｬｴｾ＠ra de 40 cm.

Para a formação da camada de fundo usou-se 10 cm de pelotas ｱｵ･ｩｭｾ＠das no tamanho maior de 16 mm e 5 cm de camada lateral na faixa de 9 a 2 mm. A altura das pelotas cruas foi de 30 cm na faixa de 16 a 9.5 mm. Durante a queima das pelotas tentou-se simular as condições opera­cionais do forno industrial de grelha móvel tipo LURGI-DRAVO, com

ciclo de 42 minutos e temperatura máxima de 13400C.

3. RESULTADOS E DISCUSSOES

Pelos resultados dos testes quimicos e metalúrgicos (Tabela 2) as pelotas de alto forno ácidas A2-A3 mostraram que com basicidade Ca0/Si02 abaixo de 0.1\ o LTD dinâmico foi alto 17.8 e 18.0\ e in­chamento baixo 8.7\ e 9.4\ respectivamente. Embora as pelotas áci­

das Al-A4 com basicidade Ca0/Si02 em torno de 0.30\ mostrou LTD di nâmico baixo de 8.3\ e 9.S\ e inchamento alto 20.2\ e 21.0\ ｲ･ｳｰ･ｾ＠tivamente.

As pelotas básicas mostraram bons resultados de LTD e inchamento em todos os casos. A basicidade Ca0/Si02 está compreendida entre 0.71 - 1.27.

O uso de quatro indices proporciona a caracterização do amolecimen to e fusão de uma amostr_a na carga: \ máxima de redução indireta , CST, T3, \ material residual. Bates indices caractéristicos estão indicados na tabela 3.

- \ máxima de redução indireta é a medida de reducibilidade

do material.

- CST (inicio da zona de coesão) é a temperatura na qual a taxa de consumo de carbono incrementa e indica que a rea -

ｾ＠

,

•

•

•

683

ção de redução dircta está prosseguindo.

- TJ (f_inal da zona de coesão) é definido como a temperatura na qual a amostra cessa de deformar e a queda da pressão

do gás estabiliza, e termina a rcação de redução.

O teste de amolecimento e fusão é designado para simular o proces­so de Ãlto forno desde o nível superior da carga à zona de goteja­

mento e proporciona detalhes do comportamento da carga do alto foL no.

As desejadas ｰｲｯｰｲｩ･､｡､･ｾ＠ de amolecimento e fusão das pelotas ､･ｶｾ＠riam ser a alta porcentagem de redução indireta, a alta temper.atu­

ra CST ､｡ｲＮｾｾ＠ uma redução de combustível. O término do processo de fusão TJ, deveria ser tal a reduzir ao mínimo a zona coesiva ou "Meltdown Span", (T3- CST). Um estreito "Meltdown Span• reduzirá

a alta resistência do fluxo de gás no alto forno, melhorando a ｯｰｾ＠ração.

Examinando a tabela 3 as pelotas ácidas podem seguir uma ordem de

melhor comportamento:

a) Oeste grupo, A2/A4 são os melhores sendo A4 ligeiramente supe -

rior, ambos têm alta porcentagem de redução indireta, CST e o mais estreito "Meltdown Span".

b) A2/A4 também têm o mais baixo conteúdo de ganga e o mais

Mg0/Si02. alto

c) Pelos resultados dos testes A3 é intermediário entre as pelotas A2/A4 e Al, ·contendo Al a mais alta ganga e baixo MgO/Si02 com­

parado com as outras pelotas ácidas, tendo também a mais baixa

porcentagem de redução indireta, CST e o mais alto Ｂｍ･ｬｴ､ｯｷｾ＠Span•.

A figura 1 mos.tra a ordem de melhor comportamento

Com relação às pelotas básicas a ordem de melhor comportamento se­gundo o teste é: . ' a) B3/B6 têm altos valores de \ de redução indireta, CST e estrei­

to "Meltdown Span•. 86 tem o mais baixo "Meltdown Span•, mas 83

tem o mais alto CST •

b) 81 tem o mais alto ｾ｡ｬｯｲ＠ de \ de redução indireta que as outras pelotas 81-86, alto CST, mas um ligeiro maior "Meltdown Span• ,

684

sendo não muito diferente da 83/86.

c) 82, BS e 84 têm progressivamente decrescidas \ redução indire -

ta, CST e maior amplitude do "Meltdown Span".

A figura 2 mostra os melhores indices, ganga e basicidade em fun -

ção da ordem do melhor comportamento de cada pelota.

No grupo B4-B6 é interessante observar os indices de \ redução in­direta, CST, T2 e T3 como uma função de Mg0/Si02 (Figura 3). Quan­do Mg0/Si02 aumenta dentro da faixa quimica a porcentagem de redu­ção indireta e CST aumentam e o "Meltdown Span• é mais estreito

Por isso com à4-B6 existe clara evidência.de influência MgO/Si02 sobre as propriedades de amolecimento e fusão.

As pelotaa A2, A4 e 86 proporcionam alguma evidência de influência

do Ca0/Si02 sobre as propriedades de amolecimento e fusão. Estas

pelotas têm similar silica e Mg0/Si02 e. dentro da faixa estudada, a melhoria das propriedades das pelotas com relação a aumento da porcentagem de reduJão indireta, CST e estreitamento do "Meltdown Span• ou amplitude da zona coesiva vêm com o aumento da basicida­

de. (Figura 41

Como um guia de comparação as pelotas ácidas fabricadas A2/A4 são aproximadamente equivalentes a BS. Consequentemente todàs as pelo­tas básicas fabricadas com exceção a 84 são superiores à melhor ｰｾ＠

lota ácida.

Podemos então resumir a qualidade da pelota mediante uma ordem se­gundo o melhor comportamento das propriedades de amolecimento e

fusão:

Grupo Acidas A2/A4

A3

Al

Grupo Básicas 83/86

Bl 82 85

84

Nas pelotas testadas·de redução direta, tentou-se manter a \ de si lica e cao na mesma faixa das pelotas ｩｮ､ｵｳｴｲｩｾｩｳ＠ produzidas, emb2 ra incrementando-se a \ de MgO, sendo a relação Mg0/Si02 aumentada progressivamente desde 0.34 a 1.09. Testes de c.olagem (sticking) e degradação (Jumbo Midrex) foram re­alizados. (Tabela 41

•

685

Em geral as pelotas testadas apresentaram baixa degradação e exce­

lente grau ､ｾ＠ metalização. No teste de colagem a soooc as pelotas

apresentaram bons resulta dos de sticking, mas a 8500C mostraram

altos valores porém decrescentes conforme o aumento de MgO como

mostrado nas pelotas C2 e C3. Deduz-se que as outras pelotas de C4

a C8 o . sticking ｳｾｲｩ｡＠ diminuído incrementando a \ de MgO ou a ｲ･ｬｾ＠

cão MgO/Si02.

4. CONCLUSOES

Pelos resultados dos testes realizados nas amostras de pelotas fa­

bricadas na planta piloto, mostraram que é possivel a fabricação

de ｰ･ｬｯｴ｡ｾ Ｎ＠ ·1e alto MgO com bom comportamento nos altos fornos e ｲｾ Ｎ＠

atares de redução direta .

O uso de novos aditivos tais corno dunito e rnagnesita implicaria um

aumento nos custos operacionais relacionados com o consumo dos adi

tivos, na ordem de 0.05 US$/t.pel a 1.30 US$/t.pel em pelotas alto

forno e 0.19 US$/t.pel a 1.50 US$/t.pel em pelotas redução direta,

comparado com a produção industrial atual. ALém disso, exigiria ｩｾ＠

vestimentos para construção de instalações de manuseio, beneficia­

mento, estocagem e dosagem destes novos aditivos.

BIBLIOGRAFIA

(1) CLIXBY, G. - Softening and refining tests ｾ＠ Samarco pe1lets,

British Steel Corporation, London, Maio 1987

(2) Relatórios Internos do Departamento de Conto1e de Qualidade. e

Pesquisa da Samarco Mineração S.A. - 1987

(3) ABM- ｐｲ･ｰ｡ｲ｡￣ｯｾ＠ carga para alto forno, Capitulo 7, 1979

(4) For Midrex Direct Reduction - Evaluation of the Samarco pel -

let, 1986

(5) BURGHARDT, O.; KORTMANN, H. - Test methods ｾ＠ feed rnaterials

ｾ＠ in ｾ＠ reduction, August 1986

MODELO DE PELOTA ALTO FORIIO COII ALTO lltO- POT 8RATE

PELOTAS iCIDAS PELOTAS BÁSICAS

IDEIITIFICAClO

A·1 A-t A-3 A-4 B-1 •-t •-:s ·-· ·-· COIICEIITRADO

ANÁLISE QUÍMICA- -Fe 66.00 68.27 67.01 69.10 67.54 67.47 67.47 68.08 68.10 SiOz 3.60 0.60 · 1.85 0.63 1.40 1.50 1.35 1.00 0.90 AlzO:s 0.80 0.80 1.05 0.55 0.75 0.75 0.90 0.90 0.90 CeO 0.10 . 0.10 0.10 0.04 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 MtO 0.04 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 PF 1.20 0.90 1.20 0.66 1.20 1.20 1.20 0.90 0.90

ADITIVOS

OUNITO lltll,.l 12.5 34.2 48.6 27.9 18.6 34.4 - 35.3 39.5 CARvlO llt/Lpel 22.0 22.0 22.0 22.0 22.0 22.0 22.0 22.0 22.0 BENTONITA llt lt .... 8.0 8.0 9.4 7.0 9.4 9.4 8.2 9.4 9.4 CAL CALCÍTICA •• lt.pel 21.9 . 3.1 . 33.3 47.1 - 34.4 36.5 CAL DOLOMÍTICA llt/lJel - - - 18.7 - - 63.8 - -IUGNESITA •• lt.pel - 14.4 - - - - - - -

ｌ｟｟｟｟｟｟ＭＭＭＭＭＭＭｾ＠ ＭＭＭＭ ｾ Ｍｾ＠ ---- --- - - ·- --- --

·-· 68.12 0.80 0.90 0.1:1 0.04 0.90

42.6 22.0 9.4

36.5 --

TABELAl

0\ CD 0\

MODELO DE PELOTAS ｒｅｄｕｃｾｏ＠ DIRETA COM ALTO MtO- POT 6RATE

IDENTIFICAClO C1 cz C3 C4 C5 C& C7 c a -

CONCENTRADO

ANÁLISE QUÍMICA

•t. Ft 68.43 68.43 68 .43 68.43 68.43 68.43 68.43 68 .43

•1. SiOa 0.72 0.72 0.73 0.73 0.73 0.73 0.73 0.73

•1. ａｬ Ｒ Ｐｾ＠ 0.53 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58- 0.58 0.58

•t. CaO 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07

•t. 111 9 0 0.02 0. 02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 •J. PF 0.70 0. 70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70

ADITIVOS

ｃａｒｖｾｏ＠ ''"· pel. 16.3 16.3 16.3 16.3 16.3 16.3 16.3 16.3

BENTONITA ''/t.pel. 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0

CAL. OOL.OMÍTICA ''"· pel.

12.4 13.4 14.5 14.5 16.6 14.5 20.7 14.6

MAGNESITA ktft. pel. 2.0 4.1 6.1 6.1 7.2 11.3 8.2 21.6

TABELA lA

0\ ()J .....

ａｉｉｾｌｉｓｅｓ＠ QUhiiCAS E METALÚRGICAS-PELOTA ALTO FORIIO

PELOTA$ 'CIOAS PELOTAS BÁSICAS

AN,LISE QUÍMICA

A-1 a-z A-3 A-4 8-1 a-z 8-3 8-4

.,. '• 63.71 65.80 64.01 65 . 70 65.07 63.49 64.43 64.24

•t. Si 0 1 4.98 2.85 4.57 2. 57 2.60 3.37 2.15 3.19

•t. AI1 0 1 1. 70 0.93 1.35 1.00 1.20 1.23 1.07 1.04

• ,. c.o .. 1.47 0.15 0.31 0.82 2.23 3.15 2.72 2.33

•t. MtO 0.67 1.97 1.90 1.62 0.98 1.63 1.92 1.53

C•O /Si0. 0.30 0.05 0.07 0.32 0.86 0.93 1.27 0.73

I CoO+ MtOI 0.32 0.56 0.37 0.69 0.89 1.04 , .44 0.91 ISi02 + Al 10 111

MtO/ Si01 0.13 0.69 0.42 0.63 0.38 0.48 0.89 0.48

ANÁLISE METALd••ICA

•1. INCHAMENTO 20.2 8.7 9.4 21.0 8.6 7.6 6.4 12.7

•t. LTD DINÃMICO

+ 6 .3 •• 90.6 50.2 54.3 82.9 93.3 94.4 83.9 81.3

-0.5 ... 8.3 17.8 18.0 9.5 4.0 4.8 7.3 8.9

POROSIDADE 29.2 29.8 29.9 28.4 27.8 27.5 26.9 27 .8 ----

·-· 63.90

3.39

1.06 2.41

1.74

0.71

0.93

0.51

14.4

84.1

9.3

27.4

·-· 64.12

3. 10

0.94 2.41

1.85 0.77

1.05

0.60

12.0

88.7

7.0

27.2

TABELA2

(71 Ql Ql

RESULTADOS DE AIIOLECIIIENTO E FUSlO DAS PELOTAS ·ALTO FORNO

PELOTAS ÁCIDAS PELOTA$ ｂｾｉｃａｓ＠

PARÂMETRO

A-1 A- 2 A-3 A-4 B-1 B-2

.,. REDUÇÃO EM 600"C 7.3 10 . 3 8.3 9.5 9.0 9.6

"lo REOUÇÃO EM 800 • Ç 19.2 22.4 21.9 21.1 19.5 20.3

"lo REDUÇÃO EM lOOO"C 25.6 25.9 25.9 25.4 25.3 24.9

"lo MÁXIMO REOUCÃO INDIRETA 51.9 58.9 57.1 59.3 64.7 62.5 CST,"C 1267 1350 1311 1344 1359 1355

Tz • •c 1381 1422 1395 1397 1379 1398

T 1 , "C 1518 1536 1525 15Z2 1517 1519

MATERIAL RESIDUAL o 1.7 o 3.2 o 1.6 T 1 - CST 251 186 214 178 158 164

MÁXIMA RED. IND. - MÁXIMO GRAU DE REDUCÃO DA AMOSTRA, IMEDIATAMENTE ANTES OE INICIAR UM AUMENTO DA RAZÃO 00 CONSUMO DE CARBONO EM FUNCÃO

DA TEMPERATURA .

B-3

6.1

19.1

22.5

63.4

1381

1409

1528

1.3

147

CST - CARBON START MELTING • TEMPERATURA INICIAL DE AMOLECIMENTO •c . Tz r, T,-csT

-TEMPERATURA A QUAL A QUEDA DE PRESSÃO DO GÁS É O MÁXIMO. - ｔｾｒｍｉｎｏ＠ DO PROCESSO OE FUSÃO .

-VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DO INÍCIO DO AMOLECIMENTO A FUSÃO.

B-4 8-5 B-6

7.13 5.6 12.0

19.8 17.7 23 .4

24 .0 22 .3 2&.9

S7.2 58.7 64.3

1315 1338 135;t

1389 1397 1396

1515 1520 15(i0

o o 2.0 200 182 142

TABELA 3

(!\ O> ID

AN,LISE QUfiiiCA E METALÚRGICA - PELOTA REDUCIO DIRETA

ANALISE QUÍMICA C1 cz c:s C4 cs c• C7

•1. Fe 67.70 67.46 67.35 67.39 67 .20 67.16 66.94 •1. Si Ot !.45 1.42 I .47 1.39 1.44 1.40 1.46 •1. Al10 1 0.88 0.85 0.82 0.88 0.84 0.87 0.86 •1. CoO 0. 59 0.62 0.67 - 0.66 0.77 0.68 0.93 •1. MtO 0.49 0.62 0.74 0.74 0.86 1.01 1.03 CoO/SiGa 0.40 0.44 0.46 0.46 0.53 0.48 0.64 (CoO +MtOI 0.46 0.55 0.62 0.63 0.71 0.74 0.84 ( Si01 + AI20J MtO/ SiOz 0.34 0.44 0.50 0.53 0.60 0.72 0.71

ANÁLISE IIETALÚR81CA C1 cz c:s C4 C !I c• C7

TEMPERATURA (•C) 800 800 850 800 850 800 800 800 800 STICIUIIG I+ 20MM) 10.2 4.3 85.4 3.2 36 .4 3.8 4.8 1.6 7.7

Fe TOTAL 93.8 92.2 93.3 92.7 92.4 93.0 92.9 92 .0 92.2 Fe METÁLICO 87.6 87 .9 90.2 88.8 87.2 90.5 90.1 88.9 89.9 CARVÃO 0.44 0.46 0.45 0.49 0.33 0.50 0.52 0.61 0.49 METALIZAÇÃO 93.4 94 .6 96 .7 95 .8 94.4 97 . 3 97.0 96.6 97.5

.IUIIBO IIIDREX

T EIIPERATURA (• C I 800 800 800 - - - -+ 6.3 ..... 95.0 97.8 97.4 - - - -- 0,5•• 2.2 0.6 0.9 - - - -rTOT" 93.0 93.4 92 .9 - - - -!, Fe METAL. 85.5 90.5 90.2 - - - -;;; CARVÃO 0.23 0.14 0.40 - - - -+ METALIZAÇÃO . 91.9 96 .9 97.1 - - - -

TABELA 4

CB

66.87 1.37 0.88 0.67 1.50 0.49

0.96

t.OS

CB

800 4.5

91.8 88.5 0.58 96.4

-------

(J\

"' o

691

1!1!10

------.o Ta

1!100

1'100 u • c a: :;) ... c 13!10 a: III L :1 III ...

1300

CST

12!10

70

o

ｾ｣＠:;) ... a III 1110:

60

a: c; ｾｺ＠. -

50 A4 A2 A3 A1

ORDEM DE COMPORTAMENTO FIGURA l.

PROPRIEDADES DAS PELOTAS ÁCIDAS

SY!IISYI SY.LO,lol SYO S30Y0311140114

2 YllnOI.:I OiN3W'f.I.IIOoii'IO:> 30 1'130110

"' ça 21 18 .. u oç

..: • -=-z,. 2o

011 zc "'n -4,.. •o

OL

OOS:I .lS!I

• QÇS:L 1:

"" ｾＺＡＺ＠ -4 "'-4 "' ,..c 1: -tO .. o"'

OOtoL "' o =-• N • zO -4 z c .... :11

Ｚｾ＠ • s OÇtoL • n

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IO!S/011'1

Ｚ］ｾｾ＠ç·o

• • IO!S/OD:> l"O !!! !:!

e·o o • o n

,. r·•

Z69

693

14 85 86 1550 l I I

ｾ＠ o 1500 T3 ｾ＠

"' 8 ｾｾ＠c ..

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