A indústria de ferro e aço corresponde a cerca de 8% das emissões globais de CO2. O carvão vegetal é uma alternativa existente ao uso de carvão fóssil e coque na indústria metalúrgica e é utilizado em alguns altos fornos no Brasil. Embora possua algumas vantagens em termos de maior reatividade e menor teor de cinzas em relação ao coque, o carvão vegetal possui baixa resistência mecânica e alta friabilidade, dificultando o transporte, manuseio e os processos. Não existem normas para avaliar a resistência à compressão de carvão vegetal, e os métodos existentes empregados em outras pesquisas consistem em preparar corpos de prova livres de defeitos e comprimi-los na direção das fibras. Por se tratar de um material com formato irregular, granular e anisotrópico, estes ensaios podem não revelar o comportamento de um leito de carvão vegetal, como um todo, quando sujeito a cargas compressivas. Isto pode não representar condições industriais, onde a carga sobre o carvão não é aplicada exclusivamente na direção das fibras, mas é aplicada de maneira aleatória. Esta dissertação propõe uma abordagem para se quantificar os efeitos da aplicação de cargas compressivas sobre um leito de carvão vegetal distribuído aleatoriamente. Isto representa uma tentativa de simular condições mais próximas das industriais, como ocorreria em um alto forno, em vez de fazer a análise de pedaços individuais de carvão. Foi montado um aparato consistindo em um tubo contendo um leito de carvão e com um êmbolo empurrado por máquina de ensaio universal. As experiências consistem em utilizar o aparato para realizar repetições de ensaios de compressão de carvão de tamanho inicial controlado. Assim, é obtida uma distribuição granulométrica em função da carga aplicada, que é classificada por peneiramento e pesagem. A partir disto, a distribuição granulométrica é analisada de forma qualitativa e quantitativa com uso de ferramentas estatísticas. Através dos índices de quebra e sobrevivência, o método produz resultados reprodutíveis com número de repetições suficiente. Desta forma, é possível prever o comportamento de um leito de carvão vegetal sob compressão. / The iron- and steel industry is responsible for about 8% of the total global CO2 emissions. Charcoal is an existing alternative to the use of coal and coke in the metallurgical industry and is used in some blast furnaces in Brazil. Although it has some advantages against coke in terms of higher reactivity and lower ash contents, charcoal has inherently low mechanical strength and high friability, imposing difficulties to its transportation, handling and use in processes. There are no standards to evaluate charcoal compression strength, and the existing methods used in other researches consist in using prepared specimens and compressing them in the direction of the fibres. As charcoal is irregular shaped, granular and anisotropic, these tests may not reveal the behaviour of a charcoal bed, as a whole, when undergoing compressive loads. This may not relate to industrial conditions, where the load on charcoal is not exclusively applied on the direction of the fibres, but is randomly applied instead. This dissertation proposes an approach to quantify the effects of applying load on randomly distributed bulk charcoal. This represents an attempt of simulating conditions similar to what is expected in the industrial practice, such as in a blast furnace, rather than analysing individual pieces of charcoal. An apparatus has been prepared consisting of a tube and a piston that is pushed by an universal test machine. The experiments consist in carrying out repeated tests of compression of controlled sized charcoal with the apparatus. A particle size distribution is obtained as a function of the applied load, which is then classified by screening and weighing. Based on that, the particle size distribution is analysed both qualitative and quantitatively by using statistical tools. By means of the friability and survivability indexes, the method generates reproducible results with a sufficient number of repeats. In this way, it is possible to predict the behaviour of charcoal bulk under compression.

A indústria de ferro e aço corresponde a cerca de 8% das emissões globais de CO2. O carvão vegetal é uma alternativa existente ao uso de carvão fóssil e coque na indústria metalúrgica e é utilizado em alguns altos fornos no Brasil. Embora possua algumas vantagens em termos de maior reatividade e menor teor de cinzas em relação ao coque, o carvão vegetal possui baixa resistência mecânica e alta friabilidade, dificultando o transporte, manuseio e os processos. Não existem normas para avaliar a resistência à compressão de carvão vegetal, e os métodos existentes empregados em outras pesquisas consistem em preparar corpos de prova livres de defeitos e comprimi-los na direção das fibras. Por se tratar de um material com formato irregular, granular e anisotrópico, estes ensaios podem não revelar o comportamento de um leito de carvão vegetal, como um todo, quando sujeito a cargas compressivas. Isto pode não representar condições industriais, onde a carga sobre o carvão não é aplicada exclusivamente na direção das fibras, mas é aplicada de maneira aleatória. Esta dissertação propõe uma abordagem para se quantificar os efeitos da aplicação de cargas compressivas sobre um leito de carvão vegetal distribuído aleatoriamente. Isto representa uma tentativa de simular condições mais próximas das industriais, como ocorreria em um alto forno, em vez de fazer a análise de pedaços individuais de carvão. Foi montado um aparato consistindo em um tubo contendo um leito de carvão e com um êmbolo empurrado por máquina de ensaio universal. As experiências consistem em utilizar o aparato para realizar repetições de ensaios de compressão de carvão de tamanho inicial controlado. Assim, é obtida uma distribuição granulométrica em função da carga aplicada, que é classificada por peneiramento e pesagem. A partir disto, a distribuição granulométrica é analisada de forma qualitativa e quantitativa com uso de ferramentas estatísticas. Através dos índices de quebra e sobrevivência, o método produz resultados reprodutíveis com número de repetições suficiente. Desta forma, é possível prever o comportamento de um leito de carvão vegetal sob compressão. / The iron- and steel industry is responsible for about 8% of the total global CO2 emissions. Charcoal is an existing alternative to the use of coal and coke in the metallurgical industry and is used in some blast furnaces in Brazil. Although it has some advantages against coke in terms of higher reactivity and lower ash contents, charcoal has inherently low mechanical strength and high friability, imposing difficulties to its transportation, handling and use in processes. There are no standards to evaluate charcoal compression strength, and the existing methods used in other researches consist in using prepared specimens and compressing them in the direction of the fibres. As charcoal is irregular shaped, granular and anisotropic, these tests may not reveal the behaviour of a charcoal bed, as a whole, when undergoing compressive loads. This may not relate to industrial conditions, where the load on charcoal is not exclusively applied on the direction of the fibres, but is randomly applied instead. This dissertation proposes an approach to quantify the effects of applying load on randomly distributed bulk charcoal. This represents an attempt of simulating conditions similar to what is expected in the industrial practice, such as in a blast furnace, rather than analysing individual pieces of charcoal. An apparatus has been prepared consisting of a tube and a piston that is pushed by an universal test machine. The experiments consist in carrying out repeated tests of compression of controlled sized charcoal with the apparatus. A particle size distribution is obtained as a function of the applied load, which is then classified by screening and weighing. Based on that, the particle size distribution is analysed both qualitative and quantitatively by using statistical tools. By means of the friability and survivability indexes, the method generates reproducible results with a sufficient number of repeats. In this way, it is possible to predict the behaviour of charcoal bulk under compression.