[pt] As pelotas de minério de ferro são uma das principais matérias-primas, juntamente com o minério granulado e o sínter, do processo de fabricação do aço. São produzidas pelo processo de pelotização, aproveitando a parcela ultrafina do minério, que antes era considerada rejeito do processo de beneficiamento. A porosidade gerada no processo de fabricação das pelotas é uma importante característica do material, pois permite o fluxo interno de gases, aumentando a sua redutibilidade e consequentemente a eficiência do processo. Por outro lado, a porosidade afeta a resistência física das pelotas, que precisam suportar todos os esforços sofridos durante as operações de manuseio, transporte e dos processos metalúrgicos. Dessa forma, a quantidade, tamanho, forma e a distribuição espacial dos poros são características importantes no controle de qualidade das pelotas, que são produzidas em grande escala e vem ganhando cada vez mais importância nas usinas siderúrgicas. Tradicionalmente, as técnicas analíticas mais utilizadas na caracterização da porosidade desses materiais são porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) e microscopia ótica (MO). A PIM só permite avaliar poros que estão conectados à superfície, além de utilizar o mercúrio que é um material volátil e tóxico, que oferece riscos ao meio ambiente e à saúde humana. A MO é limitada ao espaço bidimensional, podendo trazer informações pouco representativas. Ambas as técnicas são destrutivas, podendo degradar o material no processo de preparação e também impossibilitando análises posteriores numa mesma amostra. O presente trabalho propõe desenvolver uma metodologia de caracterização tridimensional de porosidade em pelotas de minério de ferro, envolvendo a técnica de microtomografia de raios X (MicroCT) e análise de imagens, a fim de estudar separadamente os diferentes tipos de poros (abertos e fechados), e comparar com as técnicas clássicas citadas anteriormente. Foram utilizadas 25 amostras cedidas pela Vale, analisadas Augusto, Karen Soares; Paciornik, Sidnei. Microtomografia Computadorizada de Raios X Aplicada à Caracterização de Porosidade em Pelotas de Minério de Ferro. Rio de Janeiro, 2016. 156p. Tese de Doutorado – Departamento de Engenharia Química e de Materiais, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. primeiramente por MicroCT e posteriormente por PIM ou MO. Para tentativas de otimização, foram testados alguns parâmetros de análise em MicroCT, tais como o uso de lentes, diferentes configurações geométricas dos dispositivos que compõem o equipamento e número de projeções, que afetam diretamente a resolução e o tempo de análise. Comparou-se os resultados obtidos em MicroCT com os obtidos por PIM e MO, em amostras equivalentes, observando-se valores menores de porosidade para a técnica de MicroCT, devido à pior resolução do sistema. Porém, a metodologia apresentada foi capaz de quantificar a porosidade aberta e fechada separadamente, descrever a distribuição espacial, além de medir tamanho e forma, dos poros. / [en] Iron ore pellets are one of the major iron-bearing raw materials, along with lump ore and sinter, for the steelmaking processes. Pellets are produced from ultrafine fractions of iron ores, which were previously considered as tailings of mineral beneficiation. The porosity generated during the pelletizing process is an important characteristic of the material because it allows internal gas flow, increasing its reducibility and consequently the process efficiency. On the other hand, the porosity affects the physical strength of the pellets, which must withstand all loads during handling operations, transportation and metallurgical processes. Thus, the amount, size, shape and spatial distribution of pores are important features for the pellet quality control. Traditionally, most analytical techniques used to characterize the porosity of pellets are mercury intrusion porosimetry (MIP) and optical microscopy (OM). Nevertheless, MIP allows evaluating only pores connected to the surface, in addition mercury is volatile and toxic, offering risks to the environment and human health. OM, in turn, is limited to two-dimensional space and can reveal unrepresentative information. Both techniques are destructive and consequently prevent further analysis of the same sample. The present work proposes the development of a methodology for the tridimensional characterization of the porosity in iron ore pellets through X-ray microtomography (MicroCT) and image analysis in order to separately determine the different types of pores (open and closed). 25 samples provided by the Vale mining company were first analyzed by MicroCT and then by MIP or OM. For optimization purposes, some operating parameters of MicroCT were tested, such as the use of lenses, different geometric configurations, and the number of projections, which directly affect the obtained image resolution and the analysis time. Comparing the results obtained in MicroCT with the results obtained by MIP and OM in equivalent samples, smaller porosity measurements were observed for MicroCT, due to the poorer resolution of the system. However, this methodology has been able to separately quantify the open and closed porosity, to describe the spatial distribution of pores, and to measure their size and shape.

[pt] Meios heterogêneos porosos submetidos a ataque químico em condições de alta temperatura representam um segmento de destacada importância no campo científico e industrial. O perfil de penetração efetiva de difundentes em meios porosos é um tópico de ampla significância e complexidade em fenômenos de transporte de momento, calor e massa; pois descreve o conceito do fenômeno de difusão configuracional transiente nas zonas não saturadas e, por conseguinte, sua abordagem matemática na formulação que o caracteriza. A proposta deste estudo é o desenvolvimento de um modelo matemático numérico de previsão do processo difusional transiente dos difundentes óxidos nos meios heterogêneos porosos. Assim, buscou-se realizar ensaios experimentais de difusão transiente do difundente sólido composto de óxidos de ferro (II), (II,III) e (III) para meios porosos de refratários sílico-aluminosos de alta alumina (Al2O3 SiO2), com e sem dopantes de óxido de cromo (III). Utilizou-se uma técnica não destrutiva microtomográfica com reconstrução computacional 3D e processamento digital de imagens para monitoramento espacial de cada partícula sólida difundente no meio. Foi analisada a influência, da temperatura variando de 1100 graus Celsius a 1300 graus Celsius, do tempo de exposição de 100h, bem como a presença de dopantes na estrutura dos meios porosos para mitigação da penetração. Dados da concentração adimensional dos difundentes em função da profundidade de penetração foram preditos por modelos transientes de transferência de massa fundamentados na formulação de placas semi-infinitas considerando condições de contorno saturadas. O quantitativo de transporte de massa obtido pelo processamento das imagens microtomográficas foram comparados e correlacionados com o método de mapeamento químico de superfície por varredura EDS em microanálise elementar. A partir dos dados experimentais e simulados, quantificou-se a difusividade dos meios porosos. Constatou-se uma variação inferior a 3,52 por cento entre os métodos destrutivo e não-destrutivo analisados para a quantificação da concentração adimensional dos difundentes ao longo da profundidade do meio, reforçando que o método proposto possa ser estendido para inúmeros outros difundentes e meios porosos congêneres. / [en] Porous heterogeneous media subjected to chemical etching in high temperature conditions represent a segment of outstanding importance in the scientific and industrial field. The diffusants effective penetration profile in porous media is a topic of broad significance and complexity in transport phenomena of momentum, heat and mass; once it describes the concept of transient configurational diffusion phenomena in unsaturated zones and therefore, a mathematical approach to its formulation. The purpose of this study is the development of a numerical mathematical model for predicting the transient diffusion process of oxides diffusants in porous heterogeneous media. Thus, experimental transient diffusion tests were performed with solids diffusants composed of iron oxides (II), (II,III) and (III) in porous silico-aluminous refractory media of high alumina (SiO2 Al2O3) with and without dopants of oxide chromium (III). A non-destructive computerized microtomography technique with digital 3D reconstruction and post-processing images was used for spatial monitoring each solid diffusant particle in the media. The influence of temperature was examined ranging from 1100 Celsius degrees to 1300 Celsius degrees, at exposure time of 100h, as well as the presence of dopants in the structure of porous media to mitigate penetration. Data of the normalized diffusants concentration field as function of the penetration depth were predicted by mass transfer transient models based on semi-infinite slabs formulation considering saturated boundary conditions. The numerical results of mass transfer obtained by microtomography images processing were compared and correlated with the chemical surface mapping method with EDS scan for elementary microanalysis. From the experimental and simulated data was quantified the porous media diffusivity. It was observed a variation less than 3.52 percent between destructive and non-destructive methods analyzed to quantify the normalized diffusants concentration along the media depth, enhancing the proposed method to be extended to other porous media and solids diffusants.

[pt] Na indústria do petróleo, problemas como dano mecânico causam redução da porosidade e permeabilidade de uma formação rochosa, reduzindo a produtividade e injetividade de poços de sistemas de produção de óleo e gás. Na perfuração do poço há alteração do estado de tensões no seu entorno, causando uma deformação na rocha que pode induzir a uma perda significativa da permeabilidade. Nesta dissertação foi realizado um estudo da influência do dano mecânico na porosidade de rochas do tipo arenito. Para isso, utilizou-se a técnica não-destrutiva de microtomografia de raios-x, que permite a visualização da estrutura interna de materiais, acoplada a uma célula desenvolvida para aplicação, in situ, de tensão hidrostática. Uma amostra de arenito como 8 mm de diâmetro foi tomografada em 3 condições: sem carregamento, após a aplicação de tensão hidrostática de 3300 psi e após o descarregamento. A célula permitiu que as variações de carga fossem realizadas sem retirar a amostra do tomógrafo, permitindo uma comparação quantitativa entre as imagens 3D. Nas 3 condições foram obtidos dados como porosidade total, variação da área porosa em cada camada, volume e forma dos poros. / [en] In the oil industry, problems such as mechanical damage reduce the porosity and permeability of a rock formation, reducing the productivity and injectivity of wells in oil and gas production systems. During the well drilling there is a change in the state of the stress in its surroundings, causing a deformation in the rock that can induce a significant loss of permeability. In this dissertation, it was carried out a study regarding the influence of mechanical damage on the porosity of sandstone rocks. In order to do this, the non-destructive technique of x-ray microtomography was used, which allows the visualization of the materials internal structure, coupled to a cell developed for in situ application of hydrostatic stress. A sandstone sample of 8 mm in diameter was scanned under 3 conditions: without load, after application of 3300 psi hydrostatic stress and after unloading. The cell allowed the load variations to be performed without removing the sample from the tomograph, allowing a quantitative comparison between the 3D images in the 3 conditions. Data such as total porosity, variation of the porous area in each layer, volume and shape of the pores were obtained.

[pt] A caracterização tridimensional tem sido mais utilizada na área da ciência dos materiais devido à necessidade de melhor compreensão e resultados mais precisos acerca da microestrutura dos materiais, que não são completamente revelados pelas técnicas tradicionais de microscopia bidimensional. No presente trabalho dois tipos de técnicas de caracterização 3D foram utilizadas: MicroTC - Microtomografia de Raios-X (com tomógrafos de bancada e baseados em fonte síncrotron) e FIB-SEM (feixe de íons focalizados acoplados a um MEV). Estas técnicas foram aplicadas a um sistema específico: descontinuidades em metal de solda subaquática molhada. Estas descontinuidades (poros, trincas e inclusões) apresentam tamanhos típicos variando de nanômetros a dezenas de micrômetros. Além disso, apresentam formas, distribuição espacial e orientação bastante variada e complexa. Assim, esta tese apresenta o desenvolvimento de metodologia de aquisição, processamento, análise e visualização 3D de poros, trincas e inclusões em solda subaquática molhada, a partir de imagens obtidas por MicroTC e FIB-SEM. As técnicas de aquisição foram otimizadas para os diferentes tipos de descontinuidades. Rotinas especializadas de processamento e análise de imagens foram criadas, sempre que possível utilizando um ambiente de software livre (FIJI/ImageJ). Diversas medidas foram automaticamente obtidas: número de objetos, volume, fração volumétrica, área superficial, diâmetro de Feret, espessura, esfericidade e compacidade. Além disso, a construção de imagens 3D permitiu observar a forma e a distribuição espacial das descontinuidades presentes. Visando avaliar a sensibilidade para detecção de trincas por MicroTC, um corpo de prova com seção variável foi submetido a um ensaio de tração, de forma que as diferentes seções sofressem diferentes valores de tensão. Foi verificada uma correlação positiva entre o valor de tensão e o número, comprimento e espessura das trincas detectadas. Este experimento também revelou o impacto da resolução espacial e do ruído sobre a possibilidade de detectar as trincas de forma acurada. / [en] 3D characterization is growing quickly in materials science due to the demands of better microstructural characterization, which cannot be fully achieved with the traditional 2D microscopy techniques. In this work, two types of 3D characterization techniques were employed: MicroCT – microcomputed x-ray tomography (with both bench top and synchrotron sources) and FIB-SEM (focused ion beam coupled to SEM). These techniques were applied to a specific system: discontinuities in underwater wet welds. These discontinuities (pores, cracks and inclusions) range in size from nanometers to tens of microns. Moreover, they present complex and varied shapes, spatial distribution and orientation. Thus, this thesis presents the development of methodology for the acquisition, processing, analysis and visualization of pores, cracks and inclusions in underwater wet welds, from images obtained by MicroCT and FIB-SEM. The acquisition techniques and conditions were optimized for the different kinds of discontinuities. Specialized routines for image processing and analysis were developed, employing a free software environment whenever possible (FIJI/ImageJ). Several measurements were automatically obtained: number of objects, volume, volume fraction, surface area, feret diameter, thickness, sphericity and compacity. Moreover, the rendering of 3D images allowed the observation of the shape and spatial distribution of the discontinuities in the weld metal. To evaluate the detection sensitivity of cracks by MicroCT, a specimen with varied cross-sections was submitted to a tensile test, so that the different sections were submitted to to different stress values. A positive correlation was observed between the stress value and the number, length and thickness of the detected cracks. This experiment also showed the influence of spatial resolution and noise upon the possibility of detecting cracks accurately.

[pt] A porosidade e o arranjo espacial dos poros são essenciais para a transferência de calor e para o processo de redução das pelotas de minério de ferro em fornos siderúrgicos. Portanto, a caracterização microestrutural das pelotas torna-se importante para o controle de qualidade do produto final, o aço, auxiliando no entendimento de seu comportamento nos altos-fornos. Atualmente, as técnicas mais utilizadas para a caracterização são a microscopia ótica, que oferece resultados somente bidimensionais e com isso não representa exatamente a realidade; e a Porosimetria por intrusão de mercúrio, na qual utiliza-se mercúrio, que é altamente nocivo à saúde humana, e avalia apenas poros conectados com a superfície. Além disso, são técnicas consideradas destrutivas, ou seja, não é possível fazer outras análises porque há a perda do material. Este trabalho propõe otimizar uma metodologia de caracterização tridimensional de porosidade em pelotas a partir da técnica de Microtomografia Computadorizada de Raios X (microCT) – que é uma técnica não destrutiva e fornece informações tridimensionais, porém apresenta limitações relacionadas ao tempo de análise e resolução – e análise e processamento das imagens geradas. Foi possível caracterizar em 3D a porosidade de amostras cedidas pela empresa Vale, a partir da distribuição espacial e obtenção do volume dos poros, além da discriminação de poros abertos e fechados por uma nova metodologia desenvolvida. Assim, a metodologia de aquisição foi otimizada, alcançando-se uma redução de tempo para todas as análises - foram necessárias 3 horas para a análise de uma pelota inteira. Confirmou-se que a resolução de fato causa grande impacto na caracterização de porosidade em pelotas de minério de ferro, evidenciado na grande diferença entre os percentuais de porosidades medidos nas diferentes resoluções alcançadas: 14,83 por cento para 7,6 micrometros, 23,69 por cento para 4 micrometros e 26,75 por cento para 2 micrometros. / [en] Porosity and pore space arrangement are essential for heat transfer and the reduction process of iron ore pellets in steelworks. Therefore, the pellet microstructural characterization becomes important for the quality control of the final product, steel, helping in the understanding of its behavior in the blast furnaces. Currently, the most used techniques for characterization are optical microscopy, which offers only two-dimensional results and thus does not represent exactly the reality; and mercury intrusion porosimetry that evaluates only pores connected to the surface, and uses mercury, which is highly harmful to human health. Moreover, they are techniques considered destructive as it is not possible to do other analyzes in the same samples, since they are destroyed. This work proposes to optimize a methodology of three-dimensional characterization of porosity in pellets using the technique of x-ray microtomography (microCT). This is a non - destructive technique that provides 3D information, but presents limitations related to the time of analysis and resolution. It was possible to characterize in 3D pellet samples provided by the Vale company, obtaining the porosity and the pore volume distribution. Open and closed porosity was also measured by a new developed methodology. Thus, the acquisition methodology was optimized, reaching a reduction of time for all the analyzes - it took 3 hours for the analysis of an entire ball. It was confirmed that the resolution had a great impact on the porosity characterization of iron ore pellets, evidenced by the great difference between the porosities measured at the different resolutions reached: 14.83 percent for 7.6 micrometers, 23.69 percent for 4 micrometers and 26.75 percent for 2 micrometers.

[pt] As coquinas carbonáticas são rochas sedimentares constituídas principalmente por conchas e detritos. Elas apresentam diferentes características de textura que são afetadas pela sedimentação e diagênese, influenciando no arranjo de poros, e consequentemente, na permeabilidade. É necessário o entendimento do efeito da variação das tensões efetivas nessas formações rochosas e como problemas de dano mecânico irão afetar na produção e injeção de poços de sistemas de produção de petróleo e gás. Nesta tese, amostras de coquinas sintéticas foram confeccionadas e, com o auxílio de técnicas de microtomografia de raios-x (microCT), modelagem de rede de poros (PNM) e ensaios in situ, a influência da microestrutura dessas rochas na variação de suas propriedades devido a tensões de compressão confinada foi avaliada. O uso de microCT permitiu a análise da estrutura interna das amostras para a discriminação de poros. Uma célula para ensaios mecânicos, acoplável ao tomógrafo e capaz de aplicar tensões de compressão confinada, auxiliou no estudo da alteração da microestrutura das coquinas sob tensão. As amostras foram tomografadas em 3 condições: sem carregamento, com carregamento e após despressurização. PNM foi utilizada para simulação de transporte bifásico nas coquinas, além de relacionar dados como número de conectividade de poros, tortuosidade, permeabilidade, porosidade, diâmetro dos poros e capilares. Os resultados obtidos demonstram que a aplicação de tensões de compressão confinada resulta na redução da porosidade e permeabilidade das coquinas. A redução da porosidade total do estágio final em relação às condições iniciais das amostras foi de 87,5 por cento, 70,0 por cento e 85,9 por cento para CP1, CP2 e CP3, respectivamente. Já a permeabilidade absoluta em condições iniciais apresentou valores de 33,10, 11,60 e 22,90 mD para CP1, CP2 e CP3, respectivamente, reduzindo a zero com o aumento dos estágios de pressão, impossibilitando as coquinas de permear fluidos em seus interiores. Em relação aos estudos da literatura, a fabricação de coquinas sintéticas mostrou-se eficiente em termos de reprodutibilidade para coquinas carbonáticas autênticas, apresentando propriedades geomecânicas semelhantes. / [en] Carbonate coquinas are sedimentary rocks composed mainly of shells and fragments. They present different texture characteristics that are affected by sedimentation and diagenesis, influencing the pore arrangement and, consequently, the permeability. It is necessary to understand the effect of variations in effective stresses on these rock formations and how mechanical damage problems will affect the production and injection of wells in oil and gas production systems. In this thesis, samples of synthetic coquinas were made, and with the help of x-ray microtomography, pore network modeling techniques, and in situ tests, the influence of the microstructure of these rocks on the variation of their properties due to confined compression stresses was evaluated. The use of x-ray microtomography allowed the analysis of the samples internal structure for the discrimination of pores. Using a cell for mechanical tests, coupled with the tomograph and able to apply confined compressive stresses, helped study changes in the coquinas’ microstructure under tension. The samples were scanned under three conditions: without loading, with stress loading, and after depressurization. Pore network modeling was used to simulate single-phase transport in the coquinas, as well as for relating data such as pore connectivity number, tortuosity, permeability, porosity, pore, and capillary diameter. The results obtained demonstrate that the application of confined compressive stresses results in the reduction of porosity and permeability of the coquinas. The reduction of total porosity in the final stage relative to the initial conditions of the samples was 87.5 percent, 70.0 percent, and 85.9 percent for CP1, CP2, and CP3, respectively. Meanwhile, the absolute permeability under initial conditions presented values of 33.10, 11.60, and 22.90 mD for CP1, CP2, and CP3, respectively, which reduced to zero with the increase of pressure stages, making it impossible for the coquinas to permeate fluids within their interiors. Compared to literature studies, the production of synthetic coquinas proved to be efficient in terms of reproducibility for authentic carbonate coquinas, presenting similar geomechanical properties.

[pt] A indústria mineral vem presenciando, ao longo das últimas décadas, uma redução da qualidade de minério de ferro extraído e o surgimento de novas demandas ambientais. Esta conjuntura fortalece a busca por produtos provenientes do minério de ferro que atendam aos requisitos da indústria siderúrgica, como é o caso de novos aglomerados de minério de ferro. A Microtomografia de Raios-X (microCT) permite a caracterização da estrutura tridimensional de uma amostra, com resolução micrométrica, de forma não-destrutiva. Entretanto, tal técnica apresenta diversas limitações. Quanto melhor a resolução, maior o tempo de análise e menor o volume de amostra adquirido. Modelos de Super Resolução (SR), baseados em Deep Learning, são uma poderosa ferramenta para aprimorar digitalmente a resolução de imagens tomográficas adquiridas em pior resolução. Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia para treinar três modelos de SR, baseados na arquitetura EDSR, a partir de imagens tomográficas de briquetes de redução direta: Um modelo para aumento de resolução de 16 um para 6 um, outro para aumento de 6 um para 2 um, e o terceiro para aumento de 4 um para 2 um. Esta proposta tem como objetivo mitigar as limitações do microCT, auxiliando o desenvolvimento de novas metodologias de Processamento Digital de Imagens para os aglomerados. A metodologia inclui diferentes propostas para avaliação do desempenho da SR, como comparação de PSNR e segmentação de poros. Os resultados apontam que a SR foi capaz de aprimorar a resolução das imagens tomográficas e mitigar ruídos habituais da tomografia. / [en] The mining industry has been witnessing a reduction of extracted iron ore s quality and the advent of new environmental demands. This situation reinforces a search for iron ore products that meet the requirements of the steel industry, such as new iron ore agglomerates. X-ray microtomography (microCT) allows the characterization of a sample s three-dimensional structure, with micrometer resolution, in a non-destructive analysis. However, this technique presents several limitations. Better resolutions greatly increase analysis time and decrease the acquired sample’s volume. Super-Resolution (SR) models, based on Deep Learning, are a powerful tool to digitally enhance the resolution of tomographic images acquired at lower resolutions. This work proposes the development of a methodology to train three SR models, based on EDSR architecture, using tomographic images of direct reduction briquettes: A model for enhancing the resolution from 16 um to 6 um, another for enhancing from 6 um to 2 um, and the third for enhancing 4 um to 2 um. This proposal aims to mitigate the limitations of microCT, assisting the development and implementation of new Digital Image Processing methodologies for agglomerates. The methodology includes different proposals for SR s performance evaluation, such as PSNR comparison and pore segmentation. The results indicate that SR can improve the resolution of tomographic images and reduce common tomography noise.

[pt] Uma das características mais relevantes nos aglomerados de minério de ferro é a sua porosidade, que impacta fortemente no desempenho desses materiais nos processos siderúrgicos. O desempenho é diretamente dependente da existência de uma rede porosa que permite o fluxo de gases pelo interior desses aglomerados sem comprometer sua integridade física. Neste trabalho, amostras de diferentes tipos de aglomerados de minério de ferro foram caracterizadas com o auxílio de técnicas de microtomografia computadorizada de raios X (microCT), processamento digital de imagens e modelagem de rede de poros (PNM). Com isso, a influência da microestrutura desses aglomerados na variação da sua porosidade e permeabilidade foi avaliada. O uso de microCT permitiu uma visualização 3D da estrutura dos aglomerados, permitindo realizar uma análise da estrutura interna das amostras para a discriminação do espaço poroso. O pixel size ideal foi estipulado por meio de diversas capturas com resoluções diferentes. A PNM foi utilizada para realizar a simulação da permeabilidade absoluta das amostras, correlacionando com a porosidade, conectividade dos poros e diâmetro de poros e conexões. Foi realizada uma variação de mais ou menos 5 tons de cinza nos limiares de segmentação para estipular a sensibilidade do impacto desse parâmetro nos resultados da modelagem. Os dois aglomerados apresentaram porosidade parecida, em torno de 20 por cento. Os resultados para piores resoluções apresentaram uma inconsistência, em muitos casos não possuindo sequer permeabilidade. As imagens adquiridas com um tamanho de voxel de 2 micrômetros resultaram em cálculos consistentes de permeabilidade, em torno de 0,4 a 2,4 mD para os briquetes e 0,03 a 1,6 mD para as pelotas, sugerindo que os briquetes são levemente mais permeáveis. A variação do limiar de segmentação dos poros teve forte impacto nos resultados das modelagens, influenciando diretamente no valor do cálculo da permeabilidade absoluta. / [en] One of the most relevant features of iron ore agglomerates is their porosity, which strongly impacts the performance of these materials in steelmaking processes. Performance is directly dependent on the existence of a porous network that allows gas flow through the interior of these agglomerates without compromising their physical integrity. This study characterized samples of different iron ore agglomerates using X-ray microcomputed tomography (microCT), digital image processing, and pore network modeling (PNM). The influence of the microstructure of these agglomerates on the variation of their porosity and permeability was evaluated. MicroCT enabled a 3D visualization of the agglomerate structure, allowing for an analysis of the internal structure of the samples to discriminate the porous space. The ideal pixel size was determined through various captures at different resolutions. PNM was used to simulate the absolute permeability of the samples, correlating it with porosity, pore connectivity, and pore and connection diameter. A variation of more or less 5 gray tones in the segmentation thresholds was performed to determine the sensitivity of this parameter s impact on the modeling results. The two agglomerates had similar porosity of around 20 percent. The results for lower resolutions showed inconsistency, with many cases lacking permeability altogether. Images acquired with a pixel size of 2 micrometers resulted in consistent permeability calculations, ranging from 0.4 to 2.4 mD for briquettes and 0.03 to 1.6 mD for pellets, indicating that briquettes are slightly more permeable. The variation of pore segmentation threshold had a strong impact on the modeling results, directly influencing the value of the absolute permeability calculation.

[pt] O processo de formação de pelotas de minério de ferro consiste na preparação das matérias-primas, formação da pelota crua e endurecimento por meio da queima. O produto final deve ser um material poroso que permita a difusão de gases no forno de redução e que, simultaneamente, resista a compressão, característica relevante durante o transporte e no carregamento do forno. No entanto, durante o tratamento térmico e o transporte podem surgir trincas que comprometem a integridade das pelotas. A discriminação de poros e trincas é, portanto, um importante fator para a análise microestrutural e controle de qualidade do material. A microtomografia de raios-x é uma técnica não destrutiva que gera imagens tridimensionais, o que permite uma visualização completa da pelota. No entanto, a metodologia usual de processamento digital de imagens, baseada em extração de atributos de tamanho e forma, apresenta limitações para discriminar poros de trincas. Redes Neurais Deep Learning são uma alternativa poderosa para classificar tipos de objetos em imagens, utilizando como entrada as intensidades dos pixels e atributos automaticamente determinados pela rede. Após treinar um modelo com os padrões correspondente a cada classe, é possível atribuir cada pixel da imagem a uma das classes presentes, permitindo uma segmentação semântica. Nesta dissertação, otimizou-se uma rede Deep Learning com arquitetura U-Net, usando como conjunto de treinamento poucas camadas 2D da imagem 3D original. Aplicando o modelo à pelota utilizada no treinamento foi possível discriminar poros de trincas de forma adequada. A aplicação do modelo a outras pelotas exigiu a incorporação de camadas destas pelotas ao treinamento e otimização de parâmetros do modelo. Os resultados apresentaram classificação adequada, apesar de apresentar dificuldades de criar um modelo geral para discriminação entre poros e trincas em pelotas de minério de ferro. / [en] The iron ore pellet forming process consists of preparing the raw materials, forming the raw pellet and hardening by firing. The end product must be a porous material which allows gas to diffuse in the blast furnace and at the same time resists compression, which is a relevant feature during transport and loading of the furnace. However, during heat treatment and transport cracks may appear that compromise the integrity of the pellets. The discrimination of pores and cracks is therefore an important factor for microstructural analysis and material quality control. X-ray microtomography is a non-destructive technique that generates three-dimensional images, allowing a full view of the pellet. However, the usual methodology of digital image processing, based on extraction of size and shape attributes, has limitations to discriminate crack from pores. Deep Learning Neural Networks are a powerful alternative to classifying object types in images, using as input the pixel intensities and attributes automatically determined by the network. After training a model with the patterns corresponding to each class, it is possible to assign each pixel of the image to one of the classes present, allowing a semantic segmentation. In this dissertation, a Deep Learning network with U-Net architecture was optimized, using as a training set a few 2D layers of the original 3D image. Applying the model to the pellet used in training it was possible to discriminate cracks pores properly. Application of the model to other pellets required the incorporation of layers of these pellets into the training and optimization of model parameters. The results were adequately classified, despite the difficulty of creating a general model for discrimination between pores and cracks in iron ore pellets.