A injeção de carvão pulverizado (PCI — pulverized coal injection) nos altos-fornos (AFs) é uma tecnologia utilizada pelas usinas siderúrgicas para aumentar a produtividade e diminuir o consumo de coque no AF. Nas últimas décadas as taxas de injeção de carvão pulverizado aumentaram na maior parte dos AFs. O principal problema associado à utilização de altas taxas de PCI é a geração de char (carvão incombusto) na zona de combustão. Este material percorre um caminho ascendente junto ao fluxo gasoso, podendo acumular-se e assim prejudicar a permeabilidade do AF. A presença, nas amostras sólidas recolhidas do gás de saída do AF, de altos teores de char pode ser o resultado da injeção de um carvão pulverizado com uma combustibilidade inadequada e de uma operação instável do AF. Portanto, conhecer a proporção de char que sai do AF contribuirá na seleção do tipo de carvão utilizado e na otimização da prática de PCI. Análises químicas das amostras de pó do AF revelam, sem distinguir, a presença de materiais carbonosos. A microscopia ótica foi utilizada para estudar estas amostras sólidas, mas apresenta certas limitações. A difração de raios-X (DRX) é uma técnica padrão para caracterizar a estrutura cristalina dos materiais. Ela também pode ser utilizada para quantificar as dimensões dos cristalitos (Lc, La, etc.) dos materiais carbonosos. Uma vez que a estrutura do coque é mais ordenada que a do char, seria possível quantificar a proporção destes materiais nas amostras de pó do AF através da DRX combinada a análises químicas. O objetivo principal deste trabalho foi identificar e quantificar os componentes carbonosos (char e finos de coque) presentes no pó de balão (PB) do AF, por DRX e análise elementar de carbono. O efeito da temperatura sobre a grafitização do coque também foi avaliado, a fim de identificar a possível origem dos finos de coque gerados no AF. Três amostras de PB coletadas de um AF, uma em operação a coque e duas a PCI, foram selecionadas. Os pós foram fracionados e analisados quimicamente. Após, as frações destas amostras foram moídas, desmineralizadas e analisadas por DRX e análise elementar de carbono. Amostras de char produzidas em laboratório e respectivos carvões foram utilizados como padrões para a quantificação. Amostras de coque foram tratadas termicamente a diferentes temperaturas, sendo posteriormente analisadas por DRX. Este estudo mostrou que a DRX pode ser usada como técnica padrão para identificar as estruturas do char e do coque podendo ser utilizada para quantificar a proporção destes materiais carbonosos no pó de balão do AF. Além disto, observou-se que quanto maior a temperatura de tratamento térmico mais ordenada fica a estrutura cristalina do coque. / In a Blast Furnace (BF), Pulverized coal injection (PCI) is the most popular injection technology used worldwide to reduce coke consumption and to increase the productivity. In the last decades the PCI injection rates raised in the most of BFs. One of the problems during the PCI operation in BF is the unburnt char formation. Higher char levels in the BF stack could impact burden permeability. The off gas BF solid samples contain char, coke fines, metallic oxides, etc. The quantification of the carbonaceous materials content in these samples could be used to improve the PCI performance in operating BF. Chemical analysis in the BF dust samples reveal without differentiates some carbonaceous material. The optical microscopy was used to study these solid samples but with some restrictions. XRD (X-ray diffraction) is a standard means of characterizing the structure of materials. This technique has been utilized to determine the crystallite sizes (Lc, La, etc.), in carbonaceous materials. Since the coke structure is more ordered than the char structure, it would be possible to quantify the proportion of these materials in the off-gas BF samples by chemical analysis in combination with XRD. The aim of this work is to identify and quantify carbonaceous components (coal, char and coke fines) in the flue dust BF samples through the use of the XRD technique and ultimate analysis. Besides, the effect of temperature on coke graphitization will be studied aiming to identify the possible origin of coke fines in the BF dust. Four dusts collected in the off-gas BF, two at all coke and two at PCI operations, were selected for this investigation. The dusts were fractioned and chemically analyzed. After the fractions were grounded, demineralized and analyzed by ultimate analysis and XRD. Besides, were investigated the atomic structure of raw coals and its laboratory char, and raw coke and its laboratory heattreated samples. This study has shown that the XRD technique could be used as a standard procedure to identify the char and coke structures and could be used to quantify the fines proportions of these carbonaceous materials in the BF flue dust. It was concluded that the bigger the annealing temperature the more ordered becomes the atomic coke structure.

O presente trabalho tem como objetivo a caracterização do carvão da mina de Leão IIcamada inferior, com a finalidade de gerar carvão pulverizado para a injeção nas ventaneiras do alto-forno na indústria siderúrgica. Esta prática visa diminuir o custo do coque, através do aumento da taxa de substituição do coque por carvões brasileiros de baixo rank. Para o estudo foram realizados ensaios de beneficiamento, análise imediata e elementar, poder calorífico, análise petrográfica e índice de inchamento livre. Na 1ª etapa de ensaios de beneficiamento, usaram-se densidades entre: 1,3-2,4g/cm3, com intervalo de diferença de 0,1 e 0,2 para as densidades de 1,3-1,9 e 2,0-2,4 g/cm3, respectivamente.Verificou-se que a fração de densidade 1,3 g/cm3 apresentou uma menor recuperação (2,0%) e um teor de cinzas de 4,3%. As maiores massas foram obtidas nas densidades de 1,4; 1,5 e 2,4 g/cm3, com recuperação de 11,1%;14,3% e 22,2% e teores de cinzas de 14,9%; 24,3% e 83,4%, respectivamente. Foram escolhidas as frações de densidades 1,4 e 1,5 g/cm3 com maior recuperação na 1ª etapa e com teor de cinzas em torno de 12 a 18%, conforme as curvas lavabilidade. Na 2ª etapa foi flutuado o carvão nas densidades de interesse escolhidas para o PCI e obtiveram-se recuperações mássicas de 13,11% e 27,00%, respectivamente. Assim as recuperações das médias ponderadas corresponderam a 22,46% para os carvões de interesse com alto teor de matéria carbonosa enquanto para as frações indesejadas obteve-se 80,45% em massa. A partir da análise imediata foram obtidos os teores das frações densidades flutuadas de 1,4 e 1,5 g/cm3, obteve-se os seguintes teores: U%- 14,45%; Cz(%bs)-15,22%;MV(bs)-36,04%; MV(bsic)- 42,51%; CF(bs) -50,54% e CF(bsic)- 59,6%. As médias da análise elementar obtida das duas frações foram: enxofre total-0,54%, hidrogênio total-5,44% e carbono total-56.74%, respectivamente. O poder refletor da vitrinita médio foi de 0,46 a 0,48% Ro, sendo classificado como sub-betuminosoB de acordo com a ASTM. O valor do poder calorífico médio foi de 5462 kcal/kg. A fração FL 1,4 é levemente aglutinante com 0,5 de perfil de inchamento, pois concentrou mais vitrinita e perfil zero (0) para fração de FL 1,5g/cm3 e NB, não sendo aglutinante. A partir dos resultados o carvão de leão II apresenta altos voláteis, bom poder calorífico superior; baixo S<1% e teores de cinzas e umidade razoáveis após beneficiamento em densidade de 1,4 a 1,5g/cm3. Assim pode ser usado para PCI, mas há necessidade de se fazer a devida mistura com carvão de médio e/ou alto rank para ajustar algumas propriedades de interesse de acordo com as exigências de cada alto-forno. / The present study concerns itself with the characterization of coal from the mine of Leão II (lower layer), for use in the steel industry with the purpose of generating pulverized coal for injection in the blast furnace. This practice is intended to reduce the cost of coke, by increasing the rate of replacement of Coke by Brazilian low-rank coals. For the study, were carried processing trials, proximate(%) and ultimate(%) analysis, calorific value, petrographic analysis and free swelling index. In the first step of processing tests, it was used density in between densities: 1.3-2, 4 g/cm3, with range of difference of 0.1 and 0.2 to 1.3 densities-1.9 and -2.0 2.4 g/cm3, respectively. It was found that the fraction of 1.3 g/cm3 density showed a minor recovery (2.0%) and an ash content of 4.3%. The biggest masses were obtained in 1.4; 1.5 and 2.4 g/cm3 densities, with 11.1%; 14.3% and 22.2% recovery and 14.9%; 24.3% and 83.4% ash content, respectively. There were chosen the fractional density 1.4 and 1.5 g/cm3 with greater recovery on the first step and with ash content around 12 to 18%, as the washability curves. The second stage was floated coal in densities of interest chosen for PCI and led to mass recalls of 13.11% and 27.00%, respectively. So recoveries of weighted averages corresponded to 22.46% to the coals with high carbon content while the unwanted fraction was 80.45% by mass. From the immediate analysis were obtained the contents of the fractions of floated densities of 1.4 and 1.5 g/cm3, the following levels: U%- 14.45%; as (% bd)- 15.22%; VM (bd)- 36.04%; VM (daf)- 42.51%; FC(bd)- 50.54% and FC (daf)- 59.6%. The averages of the elemental analysis obtained from two fractions were: total sulphur- 0.54%, total hydrogen- 5.44% and total carbon- 56.74%, respectively. The vitrinite reflector medium power was of 0.46 to 0.48% Ro, being classified as Sub-bituminous B in accordance with the ASTM standard. The value of the calorific average was of 5462 kcal/kg. The fraction FL 1.4 is slightly binder with 0.5 swelling profile because it obtained more vitrinite and focused profile of zero (0) for FL1.5 g/cm3 fraction and NB not agglutinative. From the results the Leão II coal has it was obvious presenting high volatile, good upper calorific value; low levels of S<1% and ashes and humidity reasonable after processing in density of 1.4 to 1.5 g/cm3. So it can be used for PCI, but there is need to do proper mixture with medium carbon and/or high rank to set some properties of interest according to the requirements of each blast furnace.

O processo de injeção pelas ventaneiras dos altos-fornos (Pulverized Coal Injection - PCI) é uma das tecnologias mais promissoras para a incorporação de biomassas termicamente tratadas na siderurgia e um dos meios de alcançar uma redução consistente nas emissões de CO2 no setor. O objetivo deste trabalho foi avaliar a combustibilidade e reatividade ao CO2 de biomassas de madeira e caroço de azeitona tratadas em laboratório desde temperaturas de torrefação (250°C) até de carbonização (450°C) e comparar com carvões típicos utilizados em PCI, correlacionando com as características ocorridas devido aos tratamentos térmicos. Além da caracterização química, as transformações devido aos tratamentos térmicos das biomassas foram avaliadas via testes de combustão em termobalança, técnicas de microscopia ótica e eletrônica, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e técnicas de adsorção para análise da porosidade. Testes de combustibilidade foram conduzidos em um forno de queda livre (Drop Tube Furnace - DTF) em atmosferas convencional (O2/N2) e de oxi-combustão (O2/CO2) e os chars resultantes destes testes foram caracterizados quanto à estrutura e à reatividade ao CO2 em termobalança. Além disso, foram feitos testes de reatividade ao CO2 de misturas de eucalipto termicamente tratado e carvões em termobalança. A torrefação manteve o alto teor de voláteis das biomassas, enquanto que as biomassas carbonizadas apresentaram teores de carbono e poder calorífico semelhantes aos dos carvões de mais alto rank, com as vantagens típicas de biomassas de manterem um baixo teor de cinzas e enxofre. No entanto, o elevado teor de álcalis e fósforo nas cinzas pode ser um fator limitante na composição de misturas para PCI. O tratamento térmico das biomassas levou a gradual decomposição dos componentes da madeira com uma progressiva homogeneização da estrutura celular, associada a um aumento de aromaticidade e porosidade. De uma maneira geral, quanto menor foi a temperatura de tratamento térmico das biomassas, maior foi o burnout obtido no DTF. Comparada à atmosfera convencional (O2/N2), a atmosfera de oxicombustão (O2/CO2) levou a maiores burnouts para os chars de todas as biomassas e carvões. As biomassas carbonizadas apresentaram burnouts mais elevados que o carvão de mais baixo rank e o caroço de azeitona carbonizado apresentou baixa conversão, equivalente a um carvão de alto rank. Os chars das biomassas torrefeitas apresentaram estruturas cenosféricas isotrópicas de elevada porosidade nas paredes enquanto que os chars das carbonizadas preservaram a morfologia apresentada nas amostras originais. Os chars das biomassas foram altamente porosos, com áreas superficiais de meso e microporos em média 15 e 5 vezes maior que os chars dos carvões, respectivamente. Com relação aos testes de reatividade ao CO2 em termobalança, em geral, a reatividade dos chars das biomassas torrefeitas foi maior do que a reatividade dos chars das biomassas carbonizadas e estes foram pelo menos 10 vezes mais reativos ao CO2 do que o chars do carvão de mais baixo rank. Além das maiores áreas superficiais, principalmente o ordenamento da estrutura carbonosa e a morfologia foram fundamentais nas diferenças de reatividade ao CO2 entre os chars das biomassas e dos carvões. As misturas do carvão de mais baixo rank com a biomassa carbonizada apresentaram os melhores resultados em termos de aditividade na reatividade ao CO2. / Pulverized Coal Injection (PCI) in the blast furnace tuyeres is a promising technology for incorporation of thermally-treated biomasses and it is a way to reduce CO2 emissions in ironmaking processes. The aim of this work was to evaluate combustibility and CO2 reactivity of laboratory torrefied (250°C) and carbonized (450°) olive stone and woody biomasses, comparing with typical PCI coals. The transformations produced in biomasses due to torrefaction and carbonization were evaluated by chemical analyses, combustion tests in thermobalance, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and optical and electron microscopy and adsorption techniques. Combustion experiments were carried out in a Drop Tube Furnace (DTF) under conventional (O2/N2) and oxy-fuel (O2/CO2) atmospheres and the chars collected were characterized by its structure and CO2 reactivity in thermobalance. Reactivity tests were also conducted in thermobalance with blends of thermally-treated eucalyptus and coals. Torrefied samples maintained high contents of volatile matter, typical of raw biomasses, while carbonized biomasses showed carbon contents and high heating values similar to that of high rank coals, retaining low ash and sulfur contents. However, its high alkali and phosphorus contents could be a limiting factor to the use in blends for PCI. The thermal treatments of biomasses lead to a gradual decomposition of wood components and to a progressive homogenization of cell structure, associated to an increase in aromaticity and porosity. In general, the lower the thermal treatment temperature, the higher was the burnout in the DTF. Compared to conventional atmosphere, oxy-fuel combustion led to the highest burnouts for all biomass chars. The carbonized biomasses showed higher burnouts than the high-volatile coal and olive stone showed burnouts similar to a low-volatile coal. The chars from the torrefied biomasses showed isotropic cenospheric structures with high porosity within the walls and the chars from the carbonized biomasses preserved the morphology seen in original carbonized samples. The biomass chars presented highly porosity, with micro and mesoporosity in average, 5 and 15 times greater than the coal chars, respectively. In relation to the CO2 reactivity tests, in general, the torrefied biomass chars were more reactive than the carbonized biomass chars. However, due to its higher surface areas, structure arrangement and morphology, the carbonized biomass chars were at least 10 times more reactive than the high-volatile coal chars. The blends of high-volatile coal and carbonized eucalyptus showed good additivity in the CO2 reactivity tests in thermobalance.

A injeção de carvão pulverizado (PCI — pulverized coal injection) nos altos-fornos (AFs) é uma tecnologia utilizada pelas usinas siderúrgicas para aumentar a produtividade e diminuir o consumo de coque no AF. Nas últimas décadas as taxas de injeção de carvão pulverizado aumentaram na maior parte dos AFs. O principal problema associado à utilização de altas taxas de PCI é a geração de char (carvão incombusto) na zona de combustão. Este material percorre um caminho ascendente junto ao fluxo gasoso, podendo acumular-se e assim prejudicar a permeabilidade do AF. A presença, nas amostras sólidas recolhidas do gás de saída do AF, de altos teores de char pode ser o resultado da injeção de um carvão pulverizado com uma combustibilidade inadequada e de uma operação instável do AF. Portanto, conhecer a proporção de char que sai do AF contribuirá na seleção do tipo de carvão utilizado e na otimização da prática de PCI. Análises químicas das amostras de pó do AF revelam, sem distinguir, a presença de materiais carbonosos. A microscopia ótica foi utilizada para estudar estas amostras sólidas, mas apresenta certas limitações. A difração de raios-X (DRX) é uma técnica padrão para caracterizar a estrutura cristalina dos materiais. Ela também pode ser utilizada para quantificar as dimensões dos cristalitos (Lc, La, etc.) dos materiais carbonosos. Uma vez que a estrutura do coque é mais ordenada que a do char, seria possível quantificar a proporção destes materiais nas amostras de pó do AF através da DRX combinada a análises químicas. O objetivo principal deste trabalho foi identificar e quantificar os componentes carbonosos (char e finos de coque) presentes no pó de balão (PB) do AF, por DRX e análise elementar de carbono. O efeito da temperatura sobre a grafitização do coque também foi avaliado, a fim de identificar a possível origem dos finos de coque gerados no AF. Três amostras de PB coletadas de um AF, uma em operação a coque e duas a PCI, foram selecionadas. Os pós foram fracionados e analisados quimicamente. Após, as frações destas amostras foram moídas, desmineralizadas e analisadas por DRX e análise elementar de carbono. Amostras de char produzidas em laboratório e respectivos carvões foram utilizados como padrões para a quantificação. Amostras de coque foram tratadas termicamente a diferentes temperaturas, sendo posteriormente analisadas por DRX. Este estudo mostrou que a DRX pode ser usada como técnica padrão para identificar as estruturas do char e do coque podendo ser utilizada para quantificar a proporção destes materiais carbonosos no pó de balão do AF. Além disto, observou-se que quanto maior a temperatura de tratamento térmico mais ordenada fica a estrutura cristalina do coque. / In a Blast Furnace (BF), Pulverized coal injection (PCI) is the most popular injection technology used worldwide to reduce coke consumption and to increase the productivity. In the last decades the PCI injection rates raised in the most of BFs. One of the problems during the PCI operation in BF is the unburnt char formation. Higher char levels in the BF stack could impact burden permeability. The off gas BF solid samples contain char, coke fines, metallic oxides, etc. The quantification of the carbonaceous materials content in these samples could be used to improve the PCI performance in operating BF. Chemical analysis in the BF dust samples reveal without differentiates some carbonaceous material. The optical microscopy was used to study these solid samples but with some restrictions. XRD (X-ray diffraction) is a standard means of characterizing the structure of materials. This technique has been utilized to determine the crystallite sizes (Lc, La, etc.), in carbonaceous materials. Since the coke structure is more ordered than the char structure, it would be possible to quantify the proportion of these materials in the off-gas BF samples by chemical analysis in combination with XRD. The aim of this work is to identify and quantify carbonaceous components (coal, char and coke fines) in the flue dust BF samples through the use of the XRD technique and ultimate analysis. Besides, the effect of temperature on coke graphitization will be studied aiming to identify the possible origin of coke fines in the BF dust. Four dusts collected in the off-gas BF, two at all coke and two at PCI operations, were selected for this investigation. The dusts were fractioned and chemically analyzed. After the fractions were grounded, demineralized and analyzed by ultimate analysis and XRD. Besides, were investigated the atomic structure of raw coals and its laboratory char, and raw coke and its laboratory heattreated samples. This study has shown that the XRD technique could be used as a standard procedure to identify the char and coke structures and could be used to quantify the fines proportions of these carbonaceous materials in the BF flue dust. It was concluded that the bigger the annealing temperature the more ordered becomes the atomic coke structure.

O presente trabalho tem como objetivo a caracterização do carvão da mina de Leão IIcamada inferior, com a finalidade de gerar carvão pulverizado para a injeção nas ventaneiras do alto-forno na indústria siderúrgica. Esta prática visa diminuir o custo do coque, através do aumento da taxa de substituição do coque por carvões brasileiros de baixo rank. Para o estudo foram realizados ensaios de beneficiamento, análise imediata e elementar, poder calorífico, análise petrográfica e índice de inchamento livre. Na 1ª etapa de ensaios de beneficiamento, usaram-se densidades entre: 1,3-2,4g/cm3, com intervalo de diferença de 0,1 e 0,2 para as densidades de 1,3-1,9 e 2,0-2,4 g/cm3, respectivamente.Verificou-se que a fração de densidade 1,3 g/cm3 apresentou uma menor recuperação (2,0%) e um teor de cinzas de 4,3%. As maiores massas foram obtidas nas densidades de 1,4; 1,5 e 2,4 g/cm3, com recuperação de 11,1%;14,3% e 22,2% e teores de cinzas de 14,9%; 24,3% e 83,4%, respectivamente. Foram escolhidas as frações de densidades 1,4 e 1,5 g/cm3 com maior recuperação na 1ª etapa e com teor de cinzas em torno de 12 a 18%, conforme as curvas lavabilidade. Na 2ª etapa foi flutuado o carvão nas densidades de interesse escolhidas para o PCI e obtiveram-se recuperações mássicas de 13,11% e 27,00%, respectivamente. Assim as recuperações das médias ponderadas corresponderam a 22,46% para os carvões de interesse com alto teor de matéria carbonosa enquanto para as frações indesejadas obteve-se 80,45% em massa. A partir da análise imediata foram obtidos os teores das frações densidades flutuadas de 1,4 e 1,5 g/cm3, obteve-se os seguintes teores: U%- 14,45%; Cz(%bs)-15,22%;MV(bs)-36,04%; MV(bsic)- 42,51%; CF(bs) -50,54% e CF(bsic)- 59,6%. As médias da análise elementar obtida das duas frações foram: enxofre total-0,54%, hidrogênio total-5,44% e carbono total-56.74%, respectivamente. O poder refletor da vitrinita médio foi de 0,46 a 0,48% Ro, sendo classificado como sub-betuminosoB de acordo com a ASTM. O valor do poder calorífico médio foi de 5462 kcal/kg. A fração FL 1,4 é levemente aglutinante com 0,5 de perfil de inchamento, pois concentrou mais vitrinita e perfil zero (0) para fração de FL 1,5g/cm3 e NB, não sendo aglutinante. A partir dos resultados o carvão de leão II apresenta altos voláteis, bom poder calorífico superior; baixo S<1% e teores de cinzas e umidade razoáveis após beneficiamento em densidade de 1,4 a 1,5g/cm3. Assim pode ser usado para PCI, mas há necessidade de se fazer a devida mistura com carvão de médio e/ou alto rank para ajustar algumas propriedades de interesse de acordo com as exigências de cada alto-forno. / The present study concerns itself with the characterization of coal from the mine of Leão II (lower layer), for use in the steel industry with the purpose of generating pulverized coal for injection in the blast furnace. This practice is intended to reduce the cost of coke, by increasing the rate of replacement of Coke by Brazilian low-rank coals. For the study, were carried processing trials, proximate(%) and ultimate(%) analysis, calorific value, petrographic analysis and free swelling index. In the first step of processing tests, it was used density in between densities: 1.3-2, 4 g/cm3, with range of difference of 0.1 and 0.2 to 1.3 densities-1.9 and -2.0 2.4 g/cm3, respectively. It was found that the fraction of 1.3 g/cm3 density showed a minor recovery (2.0%) and an ash content of 4.3%. The biggest masses were obtained in 1.4; 1.5 and 2.4 g/cm3 densities, with 11.1%; 14.3% and 22.2% recovery and 14.9%; 24.3% and 83.4% ash content, respectively. There were chosen the fractional density 1.4 and 1.5 g/cm3 with greater recovery on the first step and with ash content around 12 to 18%, as the washability curves. The second stage was floated coal in densities of interest chosen for PCI and led to mass recalls of 13.11% and 27.00%, respectively. So recoveries of weighted averages corresponded to 22.46% to the coals with high carbon content while the unwanted fraction was 80.45% by mass. From the immediate analysis were obtained the contents of the fractions of floated densities of 1.4 and 1.5 g/cm3, the following levels: U%- 14.45%; as (% bd)- 15.22%; VM (bd)- 36.04%; VM (daf)- 42.51%; FC(bd)- 50.54% and FC (daf)- 59.6%. The averages of the elemental analysis obtained from two fractions were: total sulphur- 0.54%, total hydrogen- 5.44% and total carbon- 56.74%, respectively. The vitrinite reflector medium power was of 0.46 to 0.48% Ro, being classified as Sub-bituminous B in accordance with the ASTM standard. The value of the calorific average was of 5462 kcal/kg. The fraction FL 1.4 is slightly binder with 0.5 swelling profile because it obtained more vitrinite and focused profile of zero (0) for FL1.5 g/cm3 fraction and NB not agglutinative. From the results the Leão II coal has it was obvious presenting high volatile, good upper calorific value; low levels of S<1% and ashes and humidity reasonable after processing in density of 1.4 to 1.5 g/cm3. So it can be used for PCI, but there is need to do proper mixture with medium carbon and/or high rank to set some properties of interest according to the requirements of each blast furnace.

O processo de injeção pelas ventaneiras dos altos-fornos (Pulverized Coal Injection - PCI) é uma das tecnologias mais promissoras para a incorporação de biomassas termicamente tratadas na siderurgia e um dos meios de alcançar uma redução consistente nas emissões de CO2 no setor. O objetivo deste trabalho foi avaliar a combustibilidade e reatividade ao CO2 de biomassas de madeira e caroço de azeitona tratadas em laboratório desde temperaturas de torrefação (250°C) até de carbonização (450°C) e comparar com carvões típicos utilizados em PCI, correlacionando com as características ocorridas devido aos tratamentos térmicos. Além da caracterização química, as transformações devido aos tratamentos térmicos das biomassas foram avaliadas via testes de combustão em termobalança, técnicas de microscopia ótica e eletrônica, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e técnicas de adsorção para análise da porosidade. Testes de combustibilidade foram conduzidos em um forno de queda livre (Drop Tube Furnace - DTF) em atmosferas convencional (O2/N2) e de oxi-combustão (O2/CO2) e os chars resultantes destes testes foram caracterizados quanto à estrutura e à reatividade ao CO2 em termobalança. Além disso, foram feitos testes de reatividade ao CO2 de misturas de eucalipto termicamente tratado e carvões em termobalança. A torrefação manteve o alto teor de voláteis das biomassas, enquanto que as biomassas carbonizadas apresentaram teores de carbono e poder calorífico semelhantes aos dos carvões de mais alto rank, com as vantagens típicas de biomassas de manterem um baixo teor de cinzas e enxofre. No entanto, o elevado teor de álcalis e fósforo nas cinzas pode ser um fator limitante na composição de misturas para PCI. O tratamento térmico das biomassas levou a gradual decomposição dos componentes da madeira com uma progressiva homogeneização da estrutura celular, associada a um aumento de aromaticidade e porosidade. De uma maneira geral, quanto menor foi a temperatura de tratamento térmico das biomassas, maior foi o burnout obtido no DTF. Comparada à atmosfera convencional (O2/N2), a atmosfera de oxicombustão (O2/CO2) levou a maiores burnouts para os chars de todas as biomassas e carvões. As biomassas carbonizadas apresentaram burnouts mais elevados que o carvão de mais baixo rank e o caroço de azeitona carbonizado apresentou baixa conversão, equivalente a um carvão de alto rank. Os chars das biomassas torrefeitas apresentaram estruturas cenosféricas isotrópicas de elevada porosidade nas paredes enquanto que os chars das carbonizadas preservaram a morfologia apresentada nas amostras originais. Os chars das biomassas foram altamente porosos, com áreas superficiais de meso e microporos em média 15 e 5 vezes maior que os chars dos carvões, respectivamente. Com relação aos testes de reatividade ao CO2 em termobalança, em geral, a reatividade dos chars das biomassas torrefeitas foi maior do que a reatividade dos chars das biomassas carbonizadas e estes foram pelo menos 10 vezes mais reativos ao CO2 do que o chars do carvão de mais baixo rank. Além das maiores áreas superficiais, principalmente o ordenamento da estrutura carbonosa e a morfologia foram fundamentais nas diferenças de reatividade ao CO2 entre os chars das biomassas e dos carvões. As misturas do carvão de mais baixo rank com a biomassa carbonizada apresentaram os melhores resultados em termos de aditividade na reatividade ao CO2. / Pulverized Coal Injection (PCI) in the blast furnace tuyeres is a promising technology for incorporation of thermally-treated biomasses and it is a way to reduce CO2 emissions in ironmaking processes. The aim of this work was to evaluate combustibility and CO2 reactivity of laboratory torrefied (250°C) and carbonized (450°) olive stone and woody biomasses, comparing with typical PCI coals. The transformations produced in biomasses due to torrefaction and carbonization were evaluated by chemical analyses, combustion tests in thermobalance, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and optical and electron microscopy and adsorption techniques. Combustion experiments were carried out in a Drop Tube Furnace (DTF) under conventional (O2/N2) and oxy-fuel (O2/CO2) atmospheres and the chars collected were characterized by its structure and CO2 reactivity in thermobalance. Reactivity tests were also conducted in thermobalance with blends of thermally-treated eucalyptus and coals. Torrefied samples maintained high contents of volatile matter, typical of raw biomasses, while carbonized biomasses showed carbon contents and high heating values similar to that of high rank coals, retaining low ash and sulfur contents. However, its high alkali and phosphorus contents could be a limiting factor to the use in blends for PCI. The thermal treatments of biomasses lead to a gradual decomposition of wood components and to a progressive homogenization of cell structure, associated to an increase in aromaticity and porosity. In general, the lower the thermal treatment temperature, the higher was the burnout in the DTF. Compared to conventional atmosphere, oxy-fuel combustion led to the highest burnouts for all biomass chars. The carbonized biomasses showed higher burnouts than the high-volatile coal and olive stone showed burnouts similar to a low-volatile coal. The chars from the torrefied biomasses showed isotropic cenospheric structures with high porosity within the walls and the chars from the carbonized biomasses preserved the morphology seen in original carbonized samples. The biomass chars presented highly porosity, with micro and mesoporosity in average, 5 and 15 times greater than the coal chars, respectively. In relation to the CO2 reactivity tests, in general, the torrefied biomass chars were more reactive than the carbonized biomass chars. However, due to its higher surface areas, structure arrangement and morphology, the carbonized biomass chars were at least 10 times more reactive than the high-volatile coal chars. The blends of high-volatile coal and carbonized eucalyptus showed good additivity in the CO2 reactivity tests in thermobalance.

A injeção de carvão pulverizado (PCI — pulverized coal injection) nos altos-fornos (AFs) é uma tecnologia utilizada pelas usinas siderúrgicas para aumentar a produtividade e diminuir o consumo de coque no AF. Nas últimas décadas as taxas de injeção de carvão pulverizado aumentaram na maior parte dos AFs. O principal problema associado à utilização de altas taxas de PCI é a geração de char (carvão incombusto) na zona de combustão. Este material percorre um caminho ascendente junto ao fluxo gasoso, podendo acumular-se e assim prejudicar a permeabilidade do AF. A presença, nas amostras sólidas recolhidas do gás de saída do AF, de altos teores de char pode ser o resultado da injeção de um carvão pulverizado com uma combustibilidade inadequada e de uma operação instável do AF. Portanto, conhecer a proporção de char que sai do AF contribuirá na seleção do tipo de carvão utilizado e na otimização da prática de PCI. Análises químicas das amostras de pó do AF revelam, sem distinguir, a presença de materiais carbonosos. A microscopia ótica foi utilizada para estudar estas amostras sólidas, mas apresenta certas limitações. A difração de raios-X (DRX) é uma técnica padrão para caracterizar a estrutura cristalina dos materiais. Ela também pode ser utilizada para quantificar as dimensões dos cristalitos (Lc, La, etc.) dos materiais carbonosos. Uma vez que a estrutura do coque é mais ordenada que a do char, seria possível quantificar a proporção destes materiais nas amostras de pó do AF através da DRX combinada a análises químicas. O objetivo principal deste trabalho foi identificar e quantificar os componentes carbonosos (char e finos de coque) presentes no pó de balão (PB) do AF, por DRX e análise elementar de carbono. O efeito da temperatura sobre a grafitização do coque também foi avaliado, a fim de identificar a possível origem dos finos de coque gerados no AF. Três amostras de PB coletadas de um AF, uma em operação a coque e duas a PCI, foram selecionadas. Os pós foram fracionados e analisados quimicamente. Após, as frações destas amostras foram moídas, desmineralizadas e analisadas por DRX e análise elementar de carbono. Amostras de char produzidas em laboratório e respectivos carvões foram utilizados como padrões para a quantificação. Amostras de coque foram tratadas termicamente a diferentes temperaturas, sendo posteriormente analisadas por DRX. Este estudo mostrou que a DRX pode ser usada como técnica padrão para identificar as estruturas do char e do coque podendo ser utilizada para quantificar a proporção destes materiais carbonosos no pó de balão do AF. Além disto, observou-se que quanto maior a temperatura de tratamento térmico mais ordenada fica a estrutura cristalina do coque. / In a Blast Furnace (BF), Pulverized coal injection (PCI) is the most popular injection technology used worldwide to reduce coke consumption and to increase the productivity. In the last decades the PCI injection rates raised in the most of BFs. One of the problems during the PCI operation in BF is the unburnt char formation. Higher char levels in the BF stack could impact burden permeability. The off gas BF solid samples contain char, coke fines, metallic oxides, etc. The quantification of the carbonaceous materials content in these samples could be used to improve the PCI performance in operating BF. Chemical analysis in the BF dust samples reveal without differentiates some carbonaceous material. The optical microscopy was used to study these solid samples but with some restrictions. XRD (X-ray diffraction) is a standard means of characterizing the structure of materials. This technique has been utilized to determine the crystallite sizes (Lc, La, etc.), in carbonaceous materials. Since the coke structure is more ordered than the char structure, it would be possible to quantify the proportion of these materials in the off-gas BF samples by chemical analysis in combination with XRD. The aim of this work is to identify and quantify carbonaceous components (coal, char and coke fines) in the flue dust BF samples through the use of the XRD technique and ultimate analysis. Besides, the effect of temperature on coke graphitization will be studied aiming to identify the possible origin of coke fines in the BF dust. Four dusts collected in the off-gas BF, two at all coke and two at PCI operations, were selected for this investigation. The dusts were fractioned and chemically analyzed. After the fractions were grounded, demineralized and analyzed by ultimate analysis and XRD. Besides, were investigated the atomic structure of raw coals and its laboratory char, and raw coke and its laboratory heattreated samples. This study has shown that the XRD technique could be used as a standard procedure to identify the char and coke structures and could be used to quantify the fines proportions of these carbonaceous materials in the BF flue dust. It was concluded that the bigger the annealing temperature the more ordered becomes the atomic coke structure.

O processo de injeção pelas ventaneiras dos altos-fornos (Pulverized Coal Injection - PCI) é uma das tecnologias mais promissoras para a incorporação de biomassas termicamente tratadas na siderurgia e um dos meios de alcançar uma redução consistente nas emissões de CO2 no setor. O objetivo deste trabalho foi avaliar a combustibilidade e reatividade ao CO2 de biomassas de madeira e caroço de azeitona tratadas em laboratório desde temperaturas de torrefação (250°C) até de carbonização (450°C) e comparar com carvões típicos utilizados em PCI, correlacionando com as características ocorridas devido aos tratamentos térmicos. Além da caracterização química, as transformações devido aos tratamentos térmicos das biomassas foram avaliadas via testes de combustão em termobalança, técnicas de microscopia ótica e eletrônica, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e técnicas de adsorção para análise da porosidade. Testes de combustibilidade foram conduzidos em um forno de queda livre (Drop Tube Furnace - DTF) em atmosferas convencional (O2/N2) e de oxi-combustão (O2/CO2) e os chars resultantes destes testes foram caracterizados quanto à estrutura e à reatividade ao CO2 em termobalança. Além disso, foram feitos testes de reatividade ao CO2 de misturas de eucalipto termicamente tratado e carvões em termobalança. A torrefação manteve o alto teor de voláteis das biomassas, enquanto que as biomassas carbonizadas apresentaram teores de carbono e poder calorífico semelhantes aos dos carvões de mais alto rank, com as vantagens típicas de biomassas de manterem um baixo teor de cinzas e enxofre. No entanto, o elevado teor de álcalis e fósforo nas cinzas pode ser um fator limitante na composição de misturas para PCI. O tratamento térmico das biomassas levou a gradual decomposição dos componentes da madeira com uma progressiva homogeneização da estrutura celular, associada a um aumento de aromaticidade e porosidade. De uma maneira geral, quanto menor foi a temperatura de tratamento térmico das biomassas, maior foi o burnout obtido no DTF. Comparada à atmosfera convencional (O2/N2), a atmosfera de oxicombustão (O2/CO2) levou a maiores burnouts para os chars de todas as biomassas e carvões. As biomassas carbonizadas apresentaram burnouts mais elevados que o carvão de mais baixo rank e o caroço de azeitona carbonizado apresentou baixa conversão, equivalente a um carvão de alto rank. Os chars das biomassas torrefeitas apresentaram estruturas cenosféricas isotrópicas de elevada porosidade nas paredes enquanto que os chars das carbonizadas preservaram a morfologia apresentada nas amostras originais. Os chars das biomassas foram altamente porosos, com áreas superficiais de meso e microporos em média 15 e 5 vezes maior que os chars dos carvões, respectivamente. Com relação aos testes de reatividade ao CO2 em termobalança, em geral, a reatividade dos chars das biomassas torrefeitas foi maior do que a reatividade dos chars das biomassas carbonizadas e estes foram pelo menos 10 vezes mais reativos ao CO2 do que o chars do carvão de mais baixo rank. Além das maiores áreas superficiais, principalmente o ordenamento da estrutura carbonosa e a morfologia foram fundamentais nas diferenças de reatividade ao CO2 entre os chars das biomassas e dos carvões. As misturas do carvão de mais baixo rank com a biomassa carbonizada apresentaram os melhores resultados em termos de aditividade na reatividade ao CO2. / Pulverized Coal Injection (PCI) in the blast furnace tuyeres is a promising technology for incorporation of thermally-treated biomasses and it is a way to reduce CO2 emissions in ironmaking processes. The aim of this work was to evaluate combustibility and CO2 reactivity of laboratory torrefied (250°C) and carbonized (450°) olive stone and woody biomasses, comparing with typical PCI coals. The transformations produced in biomasses due to torrefaction and carbonization were evaluated by chemical analyses, combustion tests in thermobalance, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and optical and electron microscopy and adsorption techniques. Combustion experiments were carried out in a Drop Tube Furnace (DTF) under conventional (O2/N2) and oxy-fuel (O2/CO2) atmospheres and the chars collected were characterized by its structure and CO2 reactivity in thermobalance. Reactivity tests were also conducted in thermobalance with blends of thermally-treated eucalyptus and coals. Torrefied samples maintained high contents of volatile matter, typical of raw biomasses, while carbonized biomasses showed carbon contents and high heating values similar to that of high rank coals, retaining low ash and sulfur contents. However, its high alkali and phosphorus contents could be a limiting factor to the use in blends for PCI. The thermal treatments of biomasses lead to a gradual decomposition of wood components and to a progressive homogenization of cell structure, associated to an increase in aromaticity and porosity. In general, the lower the thermal treatment temperature, the higher was the burnout in the DTF. Compared to conventional atmosphere, oxy-fuel combustion led to the highest burnouts for all biomass chars. The carbonized biomasses showed higher burnouts than the high-volatile coal and olive stone showed burnouts similar to a low-volatile coal. The chars from the torrefied biomasses showed isotropic cenospheric structures with high porosity within the walls and the chars from the carbonized biomasses preserved the morphology seen in original carbonized samples. The biomass chars presented highly porosity, with micro and mesoporosity in average, 5 and 15 times greater than the coal chars, respectively. In relation to the CO2 reactivity tests, in general, the torrefied biomass chars were more reactive than the carbonized biomass chars. However, due to its higher surface areas, structure arrangement and morphology, the carbonized biomass chars were at least 10 times more reactive than the high-volatile coal chars. The blends of high-volatile coal and carbonized eucalyptus showed good additivity in the CO2 reactivity tests in thermobalance.

[pt] O cenário siderúrgico brasileiro passa, atualmente, por uma forte depressão, com uma capacidade instalada de 48,9 milhões de toneladas de aço bruto (que alcançará 51,9 milhões no primeiro trimestre de 2016) e uma queda na produção de 1,9 por cento em relação a 2014 (33,2 milhões de toneladas em 2015). Em 2015 teve-se um nível de utilização de 67,89 por cento das indústrias frente aos 85 por cento considerados como bom desempenho pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), porcentagem que diminuiu em consequência da queda do consumo interno 21 por cento (24 milhões de toneladas). A indústria siderúrgica brasileira utiliza o Alto-Forno como uma tecnologia para obtenção de ferro gusa. O Alto-Forno, nos dias de hoje, continua sendo o reator que apresenta a melhor opção entre as diversas tecnologias de obtenção de ferro-gusa devido a sua alta taxa de produção, alto desempenho térmico, estabilidade e segurança operacional e longevidade dos equipamentos. Contudo, diversas melhoras no processo são pesquisadas, sendo uma delas o controle operacional do reator que visa manter sua estabilidade prevendo possíveis falhas e reduzindo os consumos energéticos para mantê-los com produtividade competitiva frente ao mercado internacional. O presente trabalho apresenta a concepção de um modelo com objetivo de gerar a superfície de mínimo consumo de redutor (carbono) para a produção de ferro primário em Altos-Fornos. No seu desenvolvimento foram consideradas as condições de equilíbrio das reações de redução, os balanços de massa e de energia do processo e o equacionamento de parâmetros operacionais. Sua aplicação à redução em Altos-Fornos é exemplificada para situações reais, baseada no banco de dados operacionais de uma usina siderúrgica. Foi possível, a partir de planos de corte nestas superfícies, gerar diagramas binários do tipo CR-RD (Consumo de Redutor-Redução Direta), passíveis de serem obtidos on-line com o processo Dentre os resultados obtidos, foi possível identificar, confirmar e prever, através da análise dos casos estudados que o fenômeno que se costuma chamar de gelada do forno, são essencialmente inviabilidades termodinâmicas importantes, geradas por procedimentos inadequados na sua operação. Como na prática tais fenômenos só são detectados após já terem afetado em definitivo a marcha normal do forno, o resultado é uma significativa perda de produtividade do equipamento devido à necessidade de algumas horas para a retomada da normalidade da operação. Assim, o presente modelo, permitindo através de seus outputs gráficos acompanhar a dinâmica de tais fenômenos, ou seja, a detecção do movimento da operação do forno na direção daquelas inviabilidades termodinâmicas, conferirá ao processo, quando implementado on line , não só a garantia de correções operacionais antecipadamente à ocorrência do problema, mas, principalmente, maior segurança operacional ao processo. O sucesso da aplicação do presente modelo tanto em condições operacionais normais como anormais do Alto-Forno, concluíram por sua plena adequação aos objetivos propostos. / [en] The Brazilian steel sector currently faces a severe depression, with an installed capacity of 48.9 million tons of crude steel (which will reach 51.9 million in the first quarter of 2016) and there was a decrease in production of 1.9 per cent in relation to production in 2014 (33.2 million tons in 2015). In 2015, it was registered a level of use of 67.89 per cent from industries compared to 85 per cent considered as an indicator of good performance by the National Bank of Economic and Social Development (BNDES), percentage which decreased as consequence of the fall in internal consumption equivalent to 21 per cent (24 million). The brazilian steel industry uses blast furnace as a technology for obtaining pig iron. Currently, the blast furnace continues being the reactor which is considered the best option among the several technologies for obtaining pig iron due to the high production rate, high thermal performance, stability and operational safety as well as longevity of equipments. However, various improvements are being researched, being one of them the operational control of the reactor which aims to maintain its stability in order to prevent possible failures and reduce the energy consumptions to keep them competitive productivity on the international market. This work presents a model is unwrapped with the objective to generate the surface of minimum consumption of reductant (carbon) for the blast furnace ironmaking process. In developing the model the equilibrium conditions of the reduction, the mass and energy balances and the equations of major operational parameters, were considered. Its application to the blast furnaces is exemplified for real operational conditions, which were databases duly extracted from an integrated steelworks. It was also possible, from cutting plans on these surfaces, to obtain binary diagrams of RC-DR type (Reductant Consumption-Direct Reduction), able to be generated on-line with the process. Among the results, one could identify, confirm and predict through analysis of those real case studies, important thermodynamic unfeasibility of the furnace, which allowed to provide greater operational safety to the process. The excellent results obtained applying this model to regular and abnormal blast furnace operational conditions, led to conclude that their objectives were fully succeeded.

A presente pesquisa tem como objetivo desenvolver um novo elemento de cobertura, compatível com o meio ambiente: telhas de cimento alternativo reforçado com fibras celulósicas. Para tanto, foram utilizadas matérias-primas consideradas resíduos industriais (cimento de escória de alto-forno e rejeito de polpa de celulose de eucalipto) para obtenção de pastas cimentícias reforçadas. Os compósitos foram produzidos por dispersão prévia das fibras em água, mistura do compósito em argamassadeira convencional, adensamento por vibração, moldagem em fôrmas, seguida de cura úmida. Foram moldadas placas planas de diferentes formulações de matrizes cimentícias, com as matérias-primas alternativas disponíveis. Com base nos melhores resultados dessa fase preliminar, foram produzidas duas séries de telhas tipo romana \"capa canal\". Foram avaliados o desempenho físico-mecânico, os custos de produção e o comportamento térmico das telhas. Os resultados revelaram a potencialidade dos compósitos obtidos na produção de fibrocimentos alternativos, por meio de técnicas simples e de baixo consumo de energia, direcionados à autoconstrução urbana e rural de baixo custo. / The objective of this study was to develop a new roofing material that would be compatible with the environment: roofing tiles made of alternative cement reinforced with cellulose fibers. Industrial waste materials were used as raw materials (blast furnace slag cement and waste eucalyptus cellulose pulp) to obtain reinforced cement pastes. The composites were produced by previously dispersing the fibers in water, mixing the composite in a conventional cement-mixer, compaction by vibration, shaping them in molds, followed by moist curing. Flat sheets were molded using different formulations of cement matrixes with the alternative raw materials avaiable. Based on the best results from this preliminary phase, two series of Roman tiles for roofing were produced. The physical and mechanical performance, the cost of production, and the thermal behavior of the tiles were evaluated. The results revealed the potential of composites made of alternative fiber-cements, using simple techniques and with low energy consumption, in urban and rural areas for low-cost self-construction.