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[en] PELLETIZING AND REDUCING OF MAGNETITE CONCENTRATE / [pt] PELOTIZAÇÃO E REDUÇÃO DE CONCENTRADO MAGNETÍTICOEDUARDO SILVA MAIA 21 October 2011 (has links)
[pt] A tendência mundial de aumento da quantidade de finos (sinter feed e pellet feed) nas lavras de minério de ferro tem elevado a importância dos processos de aglomeração, em especial a pelotização, que tem por característica produzir pelotas de excelente qualidade química e alta resistência mecânica, além de ser um processo menos poluente que a sinterização. Atualmente, as jazidas de minério de ferro em lavra no Brasil, exploram minérios predominantemente hematíticos (hematita e/ou itabirito). Apesar do país não possuir tradição na exploração de minérios magnetíticos, existem ocorrências destes que vêm despertando crescente interesse, sendo, contudo, necessário à adequação das etapas do beneficiamento mineral e dos parâmetros operacionais da pelotização. O presente trabalho, fruto de uma interação da empresa Metal Data S/A e o Grupo de Siderurgia do DEMa/PUC-Rio, trata do estudo da pelotização de um minério de ferro magnetítico, proveniente de uma jazida brasileira em fase de pesquisa mineral, com o objetivo de analisar sua viabilidade exploratória para produção de pelotas a serem utilizadas como matéria prima na indústria siderúrgica. Os procedimentos experimentais foram divididos em três etapas: tratamento do minério, pelotização e redução, buscando assim, definir uma rota de tratamento do minério e, posteriormente, a caracterização química, mecânica e metalúrgica das pelotas produzidas. Foram estudados três tipos de misturas para a pelotização, envolvendo oito diferentes concentrados. Os resultados indicaram que o minério magnetítico é passível de concentração e capaz de produzir um pellet feed de qualidade, utilizando rota de beneficiamento com operações unitárias típicas. Este material mostrou potencial para a formação de pelotas cruas em discos de laboratório e, após as operações de queima, produziu pelotas que apresentaram granulometria entre 9,5 e 16,0 mm, resistência à compressão de 126 a 339 kg/pelota, índice de tamboramento de 67,7 a 94,9 %, porosidades de 23,8 a 40,74%, grau de metalização de 30 a 75%, entre outras. / [en] The global increasing trend of producing iron ore fines (sinter feed and pellet feed) has also increased the importance of the agglomeration processes, in particular the pelletizing, which has as main characteristic to produce high quality pellets with excellent mechanical resistance, besides being a less polluting process than the sintering. Currently, Brazilian mines exploit mainly hematite deposits (hematite and / or itabirite ores). Although the country has no tradition in exploiting magnetite minerals, there is a growing interest trend in magnetite occurrences, although it might be necessary to adequate mineral processing and pelletizing operating parameters when using such ore. This work is a result of an interaction between the company Metal Data S/A and the Siderurgy Group of the DEMa/PUC-Rio and describes the pelletizing process using magnetite iron ore from a Brazilian deposit in exploration stage, in order to evaluate its suitability for exploratory pellet production to be used as feedstock in the steel industry. The experimental procedures were divided into three steps - ore processing, pelletizing and reduction, aiming to define the ore treatment route and chemical, mechanical and metallurgical characteristics of the produced pellets. Three types of mixtures for pelletizing were analysed, involving eight different concentrates. The results indicated that the magnetite ore is likely to concentrate and capable of producing a pellet feed with adequate quality, using a processing route with typical unit operations. It was observed that this materal has a potential for the formation of green pellets in the laboratory pelletizing disc and, after burning operations, produced pellets that had particle size between 9.5 and 16.0 mm, compression strength from 126 to 339 kg / pellet, tumble index from 67.7 to 94.9%, porosity from 23.8 to 40.74%, degree of metallization from 30 to 75%, among others.
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[en] DEVELOPMENT OF A TECHNIQUE TO PERMIT THE USE OF IRON ORES BEARING HIGH PHOSPHOR CONTENT AIMING AT COMPETITIVENESS FOR THE DIRECT REDUCTION MARKET / [pt] COMPORTAMENTO DO FÓSFORO EM ESCÓRIAS SINTÉTICAS E NO PELLET FEED PARA REDUÇÃO DIRETAEDELINK EFRAIN TINOCO FALERO 08 March 2012 (has links)
[pt] As pelotas de minério de ferro têm suas propriedades fortemente
dependentes da natureza das fases escorificadas que se formam durante o processo
de queima. Neste trabalho são apresentados os resultados de uma das pesquisas
que compõem o projeto cooperativo entre a Samarco e o Grupo de Siderurgia do
DEMa / PUC-Rio, envolvendo a possibilidade de utilização de minérios de ferro
portadores de fósforo (pellet feed), na produção de pelotas para redução direta.
Com este objetivo foram geradas amostras de escórias sintéticas de mesma
composição que as das pelotas RD comerciais, as quais foram submetidas a
condições experimentais análogas as do processo industrial. Inicialmente a ciclos
térmicos em forno tipo pot-grate e, posteriormente, em escala laboratorial, usando
forno de mufla, seguido de etapas de resfriamento em velocidades distintas. Foi
possível então constatar que velocidades mais altas de resfriamento, aplicadas na
etapa final dos ciclos térmicos, produziam escórias sintéticas sensivelmente
amorfas, o que levou a conclusão que as fases escorificadas das pelotas RD
também se apresentariam como estruturas não cristalinas. Finalmente, por meio de
teste especificamente desenvolvido para a análise seletiva de fósforo em fases
oxídicas, conseguiu-se obter uma maior eficiencia na mensuração deste elemento
quando dissolvido em escórias amorfas, o que viabilizou a medida das
quantidades de fósforo que efetivamente migraram para as mesmas, quando se
submetiam as amostras de pellet feed a diferentes temperaturas, variados tempos
de residencia e distintas basicidades. Por fim, foi possivel concluir ser o
incremento de basicidade do pellet feed um fator de significativa melhoria para o
transporte e a dissolução do fósforo pelas escórias, em particular quando
submetidos a temperaturas superiores a 900 graus Celsius. / [en] Iron ore pellets have their properties strongly dependent on the nature of the
phases present in the slags formed during pelletization. In this work are presented
the first results of a research program involving the utilization of phosphorous
bearing iron ores in the production of DR pellets (Direct Reduction pellets).
Aiming at this, synthetic slags, produced with same composition of the gangue of
a commercial DR pellet, were submitted to operational conditions similar to those
of the industrial pelletizing process, but performed in a pot-grate reactor and in a
laboratory furnace. The obtained slags samples were cooled at different rates,
permitting to observe that at high cooling rates the slags obtained were
amorphous, suggesting the occurrence of a similar amorphous structure for the
slags present in the DR pellets. Finally, tests developed for a selective analysis of
phosphorous in oxide phases, showed better efficiency when applied to
amorphous slags than in crystalline ones.
Further, the behavior of the phosphor dissolution in the obtained slags
during the heating of pellet feed samples was evaluated. In this phase different
temperatures, resident times and basicities were tested using a laboratory furnace.
The results indicated improvements in the phosphor dissolution with the basicity
increase when temperatures above 900 Celsius degrees were applied.
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[en] REDUCTION KINETIC OF IRON ORE PELLETS FOR CONDITIONS SIMULATING A MIDREX REACTOR / [pt] CINÉTICA DA REDUÇÃO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO EM CONDIÇÕES SIMULADAS DE UM REATOR MIDREXLESLY JEANETH MAMANI PACO 26 October 2005 (has links)
[pt] O presente trabalho apresenta uma análise da influência da
temperatura,
composição gasosa, vazão e pressão sobre a cinética da
redução de dois tipos de
pelotas de minério de ferro para redução direta, de baixo
conteúdo de sílica, na
faixa de temperatura de 500 a 900°C. Os valores adotados
para cada parâmetro
operacional procuraram reproduzir as condições reais da
zona de redução de um
processo industrial de redução direta, utilizando o forno
de cuba, onde existe um
perfil térmico longitudinal, além de gradientes de pressão
e potencial redutor. A
metodologia experimental envolveu um modelo estatístico
fatorial de múltiplos
níveis, ou seja, 3 níveis para a temperatura e 2 níveis
para o poder redutor, a
pressão e a vazão, com o intuito de avaliar os efeitos
destas variáveis no processo
de redução. A partir dos dados experimentais foi proposto
um modelo
semiempírico baseado no princípio da superposição e reação
exponencial, que
mostrou uma correlação de 99,2% para a pelota A e 98,5%
para a pelota B.
O coeficiente de saturação da redução (B), o parâmetro da
escala temporal (t) e o
tempo correspondente ao grau de reação global máximo
(tG.R.máx), obtidos pelo
modelo, foram plotados em função da temperatura, todos
apresentando um erro
global inferior a 10%. Mediante este formalismo se pode
também prever que, na
faixa de 500°C até 900°C, o coeficiente B e t se mostraram
dependentes da
temperatura e do potencial redutor da mistura gasosa.
Verificou-se ainda a
dependência de tG.R.máx com a pressão total. O estudo em
questão é parte de um
programa de doutorado em andamento e que envolve a PUC-RJ
e a Samarco Mineração S/A. / [en] An analysis of the influence of the temperature, flow,
pressure and gas
composition on the kinetic of reduction for two types of
lo w silica hematite
pellets for direct reduction, over the temperature range
500°C to 900°C is
presented. The values adopted for each variable tried to
reproduce the real
parameters of the reduction zone of the shaft furnaces
where exists gradients
of reducing potential, gradients of pressure and
longitudinal thermal profile.
The experimental methodology involved a factorial
statistical model of
multiple level, i.e. 3 levels for the temperature and 2
levels for the reducing
potential, pressure and flow, with the aim to evaluate the
effects of the
variables on the reduction process. One semi-empiric model
was developed
from the experimental data. It was based on the
superposition principle and
exponential reaction. The model showed a correlation of
99.2% for the pellet
A and 98.5% for the pellet B. The reduction saturation
coefficient (B), time
scale factor (t) and the time of the maximum reaction
grade (tG.R.máx), all
obtained through the model, were plotted versus
temperature and they had
presented an inferior global error to 10%. The coefficient
B and t had depended
of the temperature and reducing potential and allowed the
prediction of its
behavior over the temperature range 500°C to 900°C. Also,
the analysis
showed the tG.R.máx is dependent of total pressure. The
investigation in question
is part of a doctorate in progress at Catholic University
in Rio de
Janeiro/Brazil, counting on professionals from the
academic area and experts from the iron ore agglomeration
industry.
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[pt] CARBURIZAÇÃO DE FERRO ESPONJA NA ZONA DE REDUÇÃO DE UM FORNO MIDREX / [en] DRI CARBURIZATION IN THE REDUCTION ZONE OF A MIDREX FURNACEJAFET ISIDORO CARPIO VERA 20 December 2005 (has links)
[pt] O presente trabalho apresenta uma análise do fenômeno de
carburização na zona de redução de um forno de cuba tipo Midrex. É
realizada uma análise dos principias trabalhos existentes na literatura, é
apresentado o aparato experimental, a caracterização das amostras e os resultados obtidos. Os
experimentos foram efetuados com o auxilio da ferramenta estatística
denominada planejamento fatorial. O tempo dos experimentos foi variado, simulando
a operação industrial, com a finalidade de obter o equacionamento cinético. A
função obtida foi não linear, envolvendo uma função transcendental, a qual
melhor se ajustou aos pontos experimentais. A partir destes resultados foi
efetuado uma análise termodinâmica das reações de carburização mais provaveis
da zona de redução e determinados os parâmetros cinéticos da carburização.
Estes ultimos foram: fator temporal, Tau de 1,32 h, tempo de incubação de 0,30 h, para
500 ºC, e 0,80 h para 900 ºC; fator de carbono de saturação A para 500 ºC com
vazão de 60 NL/min foi de 2,70 %, com 90 NL/min de 3,46%; para 900 ºC com 60
NL/min foi 0,10 % e para 90 NL/min de 0,16%. Finalmente, os calculos das
velocidades iniciais do processo de carburização foram de 2,3 %C.h-1, para 500 ºC
e 0,10 %C.h-1 a 900ºC, para uma fração carburante de 0,37. Os resultados
mostraram que o conteúdo de carbono no ferro esponja, obtido nesta zona para as
condições reais do processo, alcançou uma média de 0,043 %C, fato de relevante
importância para os processos de redução direta em forno de cuba. / [en] In this work an analysis of the carburation phenomena in
the reduction zone
of the type Midrex Furnace is presented. A revue of the
principal papers found on
the subject`s literature is followed by the description of
the laboratory apparatus,
sample characterization, and finally, the obtained
experimental results are
presented. The experimental planning and screening for
this work was defined by
a factorial analysis. Further the residence times for all
experiments were defined
to simulate the actual furnace industrial operation. Also,
the experiments aimed at
the determination of the parameters belonging to
mathematical transcendental
formulae designed to simulate the furnace`s charge
behavior. Based upon the
results, a thermodynamical analysis was conducted obeying
the operational
conditions inside the furnace, this to determine all the
viable carburation reactions.
The analysis was followed by kinetic evaluations that
produced the data for the
carburation process exponential formula parameters
determination, namely
exponential time factor = 1,32 h; incubation time, 0,30
h at 500 oC and 0,80 h at
900 oC and carbon saturation factor A, ranging from 2,7 %
for a gas flow rate of
60 NLmin-1, 3,6 % for a gas flow rate of 90 NLmin-1 to 500
oC and 0,10 % for a
gas flow rate of 60 NLmin-1, 0,16 for a flow rate of 90
NLmin-1 to 900 oC.
Besides, the initial carburation rates were determined for
atmospheres having
carburating ratios of 0,37, and they measured 2,3 %C.h-1
for 500 ºC and
0,10 %C.h-1 for 900 ºC. Wrapping up the results this work
showed that an average
of 0,043 %C in the DRI is to be expected in the reducing
zone for the actual
industrial conditions.
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[en] AUTOMATIC IDENTIFICATION OF THE MATURATION DEGREE IN IRON ORE PELLETS / [pt] IDENTIFICAÇÃO AUTOMÁTICA DO GRAU DE MATURAÇÃO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE FERROKAREN SOARES AUGUSTO 25 March 2013 (has links)
[pt] O presente trabalho visa o desenvolvimento de um sistema automático de
identificação do Grau de Maturação de pelotas de minério de ferro, envolvendo
técnicas de microscopia digital e processamento e análise digital de imagens. As
pelotas de minério de ferro, juntamente com o sínter e o minério granulado,
constituem uma das matérias-primas básicas no processo de produção do ferro
primário. Numa das etapas de sua produção, as pelotas adquirem diferentes
características microestruturais, os chamados Graus de Maturação, que
influenciam diretamente seu comportamento nos processos de redução. Sendo
assim, a caracterização microestrutural constitui-se em uma importante etapa de
controle de qualidade do material. A evolução da microestrutura de pelotas
específicas para altos-fornos foi dividida em quatro classes: A, B, C e D. A partir
das micrografias obtidas por microscópio ótico, foram extraídos atributos capazes
de descrever características intrínsecas de cada classe (ou Grau de Maturação),
posteriormente utilizados para treinar um classificador automático. Para tentativas
de otimização do processo, foram utilizadas 3 técnicas para redução de
dimensionalidade (Busca exaustiva do conjunto com a melhor taxa de acerto,
Análise de Componentes Principais e Análise Discriminante Linear de Fisher), e
testados 3 tipos de classificadores (Quadrático, Mahalanobis e Linear). A maior
taxa de acerto global obtida foi acima de 90 por cento. Este resultado indica que a
metodologia desenvolvida mostrou-se efetiva para a classificação automática do
Grau de Maturação de pelotas de minério de ferro de alto-forno. / [en] The present work aims to develop an automatic system to identify the
maturation degree of iron ore pellets, involving techniques of microscopy and
digital image processing. Iron ore pellets, as well as sinter and lump ore, are the
basic iron-bearing burden used in ironmaking. In one of the steps of their
production, the pellets acquire different microstructural characteristics, the socalled
Maturation Degree, which influences directly in the reduction processes.
Thus, microstructural characterization is an important step in quality control of the
material. The microstructure evolution of pellets for blast furnaces was divided
into four classes: A, B, C and D. Attributes that describe intrinsic characteristics
of each class were extracted from optical microscope images and were used to
train an automatic classifier. Three dimensionality reduction techniques were
tested to optimize the classification system: exhaustive search, Principal
Component Analysis and Fisher’s Linear Discriminant Analysis. Three types of
classifiers were tested (Quadrático, Mahalanobis and Linear). The highest global
success rate was above 90 per cent. This indicates that this methodology is effective for
automatic classification of the Maturation Degree in blast furnace pellets.
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[en] VALUE IN USE ASSESMENT OF METALIC BURDEN TO THE BLAST FURNACE PROCESS / [pt] AVALIAÇÃO DE VALOR EM USO DE CARGAS FERRÍFERAS PARA ALTO-FORNOAUGUSTO MENDONCA LESSA 16 January 2018 (has links)
[pt] A indústria de minério de ferro tem importante papel na melhoria das
condições de vida da população mundial por ser o principal insumo à produção de
aço que, por sua vez, é o material mais utilizado e com as mais variadas
aplicações no mundo. Neste contexto, é de suma importância o desenvolvimento
tecnológico das empresas de mineração no âmbito de produzir seus minérios com
mais qualidade, em maior escala e com menores custos para o benefício de toda a
cadeia. Foi desenvolvido neste trabalho um modelo de medição do Valor em Uso
de cargas metálicas no processo de Alto-Forno, que é a rota mais importante e
responsável por 94 por cento da produção mundial de ferro primário. Os resultados do
modelo desenvolvido foram validados com dados reais de 23 Altos-Fornos de 7
países, os quais possuem práticas operacionais distintas. Este modelo apresentou
um desvio médio de 4 por cento entre os resultados obtidos e os dados de operação. O
estudo de caso para cálculo de Valor em Uso foi realizado focando um dos 23
Altos-Fornos, operando com uma distribuição de carga metálica composta de
sínter, pelota e lump, similar à média mundial. A proporção de pelotas na carga
metálica foi variada de 17 a 50 por cento. Em um dos cenários avaliados, a adição de
valor no processo siderúrgico, advinda desta variação, foi de 4,6 por cento na margem de
contribuição, e de 2,1 por cento na produtividade do Alto-Forno. Caso este ganho em
valor fosse transferido ao preço do insumo pelota de minério de ferro, este poderia
ser acrescido em 11 por cento. Os resultados obtidos evidenciam o quão importante é o
desenvolvimento das ferramentas de análise de Valor em Uso para uma maior
explicitação dos ganhos ou perdas proporcionados pelos diferentes tipos de
minérios de ferro. Além disso, a análise de Valor em Uso demonstrou estar
relacionada com as condições específicas do mercado e dos acordos comerciais estabelecidos e, sem dúvida, se constitui numa poderosa ferramenta para o
desenvolvimento das indústrias de minério de ferro e aço. / [en] As steel is the most utilized and applied material in the world the iron ore
industry has a very important role to society on improving human beings life
conditions. It is of single importance the technological development of iron ore
companies on producing higher quality materials, in larger scales and at lower
costs creating value to the whole. It was developed an iron ore burden Value In
Use assessment model for the Blast Furnace process which is responsible for
producing 94 percent of all iron in the World. The outputs from the model were cross
checked with real operational data of 23 Blast Furnaces with distinct practices,
from 7 countries. The model exhibited an average deviation achieved was of 4 percent
between the calculated outputs and the operational data set. For the case study one
out of the 23 Blast Furnaces was chosen due its world average equivalent burden
distribution in terms of sinter pellets and lump to perform an iron ore Value In
Use assessment. Scenarios were built with pellet participation in the metallic
burden varying from 17 to 50 percent, achieving 4,6 percent gains in the contribution margin
and 2,1 percent incremental BF productivity in one of the scenarios. If all this gain is
reverted to the pellet price, it could be increased by 11 percent. The obtained results
show how important the development of Value In Use analysis tools are as to
revel true gains or losses from each iron ore type to the process. Further Value In
Use analysis is an important tool to mining and steel industries and is always
made against one reference case, relating it to a specific market and commercial
conditions being applied to a single operation.
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[pt] DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO COMPUTACIONAL DE OTIMIZAÇÃO E PREDIÇÃO DO VALOR DE USO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO NA ROTA REDUÇÃO DIRETA: ACIARIA ELÉTRICA / [en] DEVELOPMENT OF A COMPUTATIONAL TOOL FOR OPTIMIZATION AND VALUE IN USE FORECAST FOR IRON ORE PELLETS THROUGH THE DIRECT REDUCTION: ELECTRIC STEELMAKING ROUTEDENILSON RODRIGUES DE ARAUJO 24 April 2008 (has links)
[pt] Pelo presente trabalho, buscou-se desenvolver uma
ferramenta capaz de analisar e otimizar o uso de pelotas de
minério de ferro em processos tradicionais
de redução direta do tipo forno cuba. A criação de um
modelo termoquímico do processo MIDREX foi proposta e
elaborada dentro da PUC-Rio, levando-se
também em conta alguns aspectos cinéticos relativos à
redução dos minérios e à carburização do ferro-esponja, bem
como alguns parâmetros operacionais. Este modelo foi
subseqüentemente adaptado para interagir com um segundo
modelo termoquímico de forno elétrico a arco da RS
Consultants, representando assim a cadeia de fabricação de
aço líquido primário pela rota redução direta - forno
elétrico a arco. Para o gerenciamento computacional do
processo de otimização e interação com os dois modelos
acima citados, desenvolveu-se, adicionalmente,
um terceiro modelo, o qual foi designado neste trabalho
como modelo GESTOR. Um máximo uso de ferro-esponja ― e de
pelotas, conseqüentemente ― é objetivado sempre que
possível, sob determinadas condições operacionais
pré-estabelecidas. A avaliação econômica destes processos
foi embasada em conceitos de valor de uso. Alguns
resultados são apresentados neste trabalho,
para demonstrar a efetividade e o poder de análise da
ferramenta e espera-se que os profissionais da Samarco
possam fazer uso deste instrumento de trabalho,
dando o devido suporte à tomada de decisão à
comercialização e ao desenvolvimento de produtos existentes
ou novos. / [en] The study at issue searched for developing an innovative
tool able to effectively
analyze and optimize the industrial usage of iron ore
pellets undergoing
traditional gas-based direct reduction processes. The
creation of a thermochemical
model for MIDREX process was proposed and carried out by
PUC-Rio,
taking into account relevant characteristics related to DRI
carburization and reduction
kinetics, as well as some important operating parameters.
Subsequently,
this model was adapted in order to interact with a second
thermo-chemical model
owned by RS Consultants and able to represent an electric
arc furnace operation.
In this sense, it has been possible to represent thereby
the iron and steelmaking
route based on direct reduction and electric arc furnace.
For the computational
management of the optimization methodology and interaction
involving the two
models above-mentioned, a third model was developed and
referred to as GESTOR
model. It was built to maximize the DRI usage ¯ and pellets
utilization,
consequently ¯ respecting certain operating conditions
previously established.
Economic assessments shall be made premised upon value in
use concepts.
Some results are shown in this study, based on a
hypothetical scenario, aiming at
proving the effectiveness of this tool. Its adoption by
Samarco´s experts is expected
as an important supportive methodology to help them to make
decisions
properly concerning both marketing strategies and product
development activities.
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[en] ANALYSIS OF CRACKS AND COATING IN IRON ORE PELLETS BY DIGITAL IMAGE PROCESSING / [pt] ANÁLISE DE TRINCAS E COATING EM PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO POR PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENSTHALITA DIAS PINHEIRO CALDAS 22 December 2020 (has links)
[pt] As pelotas de minério de ferro são produzidas a partir de um processo de aglomeração de finos de minério denominado pelotização, e possuem granulometria adequada para utilização em fornos siderúrgicos. Nesta dissertação dois fenômenos associados às superfícies das pelotas foram estudados: a formação de trincas e a presença de recobrimento (coating). Durante a pelotização, as pelotas são submetidas a diversos esforços compressivos e mudanças bruscas de temperatura. Desta forma, são geradas trincas em sua superfície, que são prejudiciais à resistência e ao desempenho nos fornos de redução. Já durante o processo de redução pode ocorrer a formação de pontes de ferro entre as pelotas, que se aglomeram formando clusters que comprometem o fluxo de gases no interior dos fornos. Este problema pode ser minimizado recobrindo as pelotas com uma mistura a base de óxidos de magnésio, o coating, que inibe a formação das pontes. Tendo em vista a importância de caracterizar trincas e coating na superfície das pelotas, a presente dissertação desenvolveu metodologias de aquisição, processamento e análise digital de imagens adquiridas com um estereoscópio. Foram desenvolvidos porta-amostras ajustáveis que permitiram a aquisição de imagens 2D de pelotas aproximadamente esféricas de diferentes tamanhos, cobrindo a maior parte da superfície e evitando a sobreposição de regiões de análise. A rotina de análise de trincas comparou dois métodos de segmentação e forneceu atributos como espessura média, fração de área e comprimento. A rotina de análise de coating utilizou segmentação por limiarização e mediu a fração de área ocupada em cada pelota. O uso dos porta-amostras foi fundamental para o sucesso do procedimento de aquisição. As rotinas de análise de trincas ou de coating se mostraram robustas para diferentes amostras. / [en] Iron ore pellets are produced from an ore fines agglomeration process called pelletizing, and are suitable for use in steel furnaces. In this dissertation two phenomena associated with the pellet surfaces were studied: crack formation and the presence of coating. During pelletizing, the pellets undergo various compressive forces and sudden changes in temperature. In this way, cracks are generated on its surface, which are detrimental to strength and performance in reduction furnaces. Already during the reduction process the formation of iron bridges can occur between the pellets, which clump forming clusters that compromise the flow of gases inside the furnaces. This problem can be minimized by coating the pellets with a magnesium oxide coating, which inhibits the formation of bridges. Given the importance of characterizing cracks and coating on the surface of the pellets, this dissertation developed methodologies for acquisition, processing and digital analysis of images acquired with a stereoscope. Adjustable sample holders were developed which allowed the acquisition of 2D images of approximately spherical pellets of different sizes, covering most of the surface and avoiding overlapping analysis regions. The crack analysis routine compared two segmentation methods and provided attributes such as mean thickness, area fraction and length. The coating analysis routine used threshold segmentation and measured the fraction of area occupied in each pellet. The use of the sample holders was fundamental to the success of the acquisition procedure. Crack analysis or coating routines were robust for different samples.
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[en] DISCRIMINATION OF PORES AND CRACKS IN IRON ORE PELLETS USING DEEP LEARNING NEURAL NETWORKS / [pt] DISCRIMINAÇÃO DE POROS E TRINCAS EM PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO UTILIZANDO REDES NEURAISEMANUELLA TARCIANA VICENTE BEZERRA 20 May 2021 (has links)
[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.
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