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[en] AUTOMATIC QUANTIFICATION OF METALLIC IRON IN SELF-REDUCING IRON ORE BRIQUETTES BY DIGITAL MICROSCOPY / [pt] QUANTIFICAÇÃO AUTOMÁTICA, POR MICROSCOPIA DIGITAL, DO FERRO METÁLICO EM BRIQUETES AUTORREDUTORES DE MINÉRIO DE FERRODEBORA TURON WAGNER 15 January 2013 (has links)
[pt] A produção do ferro primário, intermediário na produção do aço, é realizada
majoritariamente pela rota tradicional do alto-forno. No entanto, tecnologias
alternativas estão aumentando suas participações no mercado. Dentre elas, a
tecnologia emergente brasileira de autorredução Tecnored é bastante promissora e
é objeto de estudo desta dissertação. A tecnologia Tecnored utiliza briquetes
autorredutores de minério de ferro em fornos de cuba para obter metal líquido
como produto final. Os aglomerados autorredutores, curados a frio, são
produzidos a partir de uma mistura de fluxantes, ligantes, finos de minério de
ferro e/ou resíduos ferrosos, e um agente redutor carbonoso. A caracterização do
insumo para a produção de ferro-primário se faz necessária, de modo a conhecer a
distribuição de poros para avaliar a integridade estrutural e a mecânica dos fluidos
durante a redução, e quantificar e avaliar a distribuição do ferro metálico presente
no aglomerado. Esta dissertação objetiva desenvolver uma metodologia para
quantificação de ferro metálico nos briquetes autorredutores de minério de ferro,
por meio de rotinas automáticas de processamento de imagens capturadas em
microscópio ótico de luz refletida (MLR), e mapear os poros e o ferro metálico ao
longo das seções retiradas para análise, também de forma automática. Para a
pesquisa realizada, foram utilizados dois tipos de redutores – Carvão Mineral
(CM) e Coque Verde de Petróleo (CVP), e diferentes condições de tempo e
espessura de briquete. O processo experimental apresentou alguns desafios, desde
o corte realizado na preparação das seções polidas para observação em MRL, até a
identificação e mapeamento das fases presentes no briquete. Para a validação da
metodologia, os resultados da quantificação do ferro metálico realizada por
análise de imagens foram comparados com a técnica tradicional de análise
química. Os mapas de porosidade e ferro metálico permitiram uma avaliação
qualitativa das variáveis tempo e espessura do briquete, para cada tipo de redutor. / [en] The production of primary iron, intermediate step in steelmaking chain, is
mostly done by the traditional route of blast furnace. However, alternative
technologies are increasing their market share. Among the technologies, Tecnored
is a very promising Brazilian ironmaking process and the goal of this master
dissertation is the study of it iron-bearing burden. The Tecnored technology
utilizes self-reduced iron ore briquettes in a modulate shaft furnace to obtain hot
metal. The self-reduced agglomerates, cold bonded, are produced from a mixture
of flux, binder, fines of iron ore, residues containing iron and carbonaceous
material as a reducing agent. The burden characterization in ironmaking process is
essential to study the pores distribution and evaluate the structural integrity and
mechanics of fluids during the reduction process, and quantify and analyze the
metallic iron distribution along the briquette’s volume. This dissertation main goal
is to develop a new methodology of quantification of the metallic iron in selfreduced
iron ore briquettes, through automatic routines of image processing,
captured in bright field of a reflected light optical microscopy (MRL), and
mapping pores and metallic iron automatically along the cross-sections analyzed.
The tested briquettes utilized two reducing agents – coal fines (CM) and coke of
petroleum (CVP), and it was submitted in two different reduction times and two
different briquettes’ thickness. The experimental process presented some
challenges, from the cross section cut to be polished and observed in MRL, to the
identification and mapping of the phases in the briquettes. To validate the
methodology, the results of the quantification of metallic iron through image
analysis were compared to the results of the traditional technique of chemical
analysis. The porosity and metallic iron maps provided a qualitative evaluation of
reduction time and the effect of briquettes’ thickness, for each type of cabonaceus
reducing agents.
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Análise do processo de redução de minério de ferro por carbono na forma de pelotas auto-redutoras. / Analysis of the iron ore reduction process by carbon in the form of self-reducing pellets.Mourão, Marcelo Breda 09 December 1988 (has links)
Através de revisão bibliográfica e estudo experimental, o presente trabalho apresenta uma análise da influência de diversos parâmetros sobre a velocidade da reação entre minério de ferro e carbono, aglomerados na forma de pelotas auto-redutoras. Os parâmetros estudados foram: temperatura, tipo e quantidade de redutor, uso de adições, composição e vazão dos gases no recipiente de reação, tamanho da pelota. A técnica experimental consistiu em medi-se a velocidade de reação por análise termogravimétrica, complementada por análise do gás de saída e difração de Raios-X em pelotas parcialmente reduzidas. Verificou-se que o mecanismo controlador da velocidade de reação é determinado por um conjunto de parâmetros inter-relacionados, e que pode mudar o progresso de reação. A etapa química da reação é controlada pela gaseificação do carbono por CO2. Transporte de calor e difusão gasosa através dos poros da pelota exercem forte influência sobre a velocidade; os fatores que favorecem a influência de transporte de calor são: aumento de temperatura; aumento da reatividade do redutor; uso de catalisador; diminuição do diâmetro da pelota; início de reação; redução sob atmosfera CO/CO2 de composição próxima ao equilíbrio wustitaferro. A influência de difusão gasosa se faz sentir quando a reação é efetuada sob atmosfera de gás inerte, que penetra nos poros da pelota, diluindo a atmosfera CO/CO2 reinante no interior da mistura de partículas. Nessas condições, esta influência é maior quanto menor for a temperatura de reação, quanto menos reativo for o redutor, quanto menor for a pelota, e nos estágios finais de reação. Verificou-se ainda que parâmetros relacionados à composição das pelotas, bem como a temperatura do processo, tem grande influência sobre o comportamento dimensional dos aglomerados.Assim, pelotas com ganga básica (com carvão vegetal e adições básicas) tendem a inchar catastroficamente, ao passo que pelotas com ganga ácida (com coque ou carvão mineral como redutores) não apresentam este fenômeno. Microscopia eletrônica de varredura indicou a presença de ferro filamentar em pelotas que apresentaram inchamento catastrófico. Analisou-se ainda como a presença de matéria volátil no redutor afeta a cinética de reação e o comportamento dimensional das pelotas, e também sob que condições o ferro formado na redução catalisa a reação. / The factors that affect the rate of reaction between iron oxides and carbon were analysed by means of literature review and experimental investigation. The iron ore and the carbon were agglomerated in the form of self-reducing pellets. The investigated variables were: temperature, type and amount of redactor, presence of additives, gas composition and flow in the reactor vessel, and pellet\'s size. The experimental technique employed was thermogravimetric analysis, complemented by gas analysis and X-ray diffraction. It was shown that the rate control may change in the course of the reaction, and it depends on a number of interrelated varibles. The slowest reaction of the chemical step is the carbon gaseification by CO2. Heat transfer and gaseous diffusion through pellets pores play an important role in the rate; the factors that favours the heat transfer influence are: temperature increase, reducto\'s reactivity increase, the use of catalyst, pellet\'s size decrease, start up the reaction; reduction under CO/CO2 atmosphere near wustite-iron equilibrium. When the reaction is performed under inert gas atmosphere, gaseous diffusion through pellet\'s pores can dilute the CO/CO2 atmosphere prevailing in the pallet\'s core. Under these conditions, this effect is more pronounced for lower temperature, lower carbon reactivity, smaller pellets and at the end of the reaction. It was also found that variables related to pellet composition as well as process temperature greatly affect the pellet\'s dimensional behavior. In fact, pellets containing basic guangue (e.g.wood charcoal and/or basic additives) show catastrophic swelling; in contrast, pellets containing acid gangue (e.g. coke or coal) have good dimensional stability. Iron whiskers were observed with scanning electron microscope on pellets that swell catastrophically. The influence of reductor\'s volatile matter upon kinetics and dimensional behavior of pellets was also analysed as well as the catalysis of the reaction by the iron formed in the course of the reduction.
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Desenvolvimento de briquetes autorredutores a partir de carepas de processamento siderúrgico para utilização em forno elétrico a arcoBuzin, Pedro Jorge Walburga Keglevich de January 2009 (has links)
A indústria siderúrgica do Estado do Rio Grande do Sul é do tipo semi-integrada e produz aço a partir de sucata, utilizando fornos a arco elétrico. Em suas atividades gera vários tipos de resíduos, dentre estes as carepas, cujo componente principal são óxidos de ferro. Este material não encontra utilização e geralmente tem destinação final em aterros de resíduos industriais ou co-processamento em fábricas de cimento. A produção e o processamento do carvão vegetal no estado do Rio Grande do Sul também geram como principal resíduo uma fração de baixa granulometria constituída de finos de carvão vegetal que praticamente não tem utilização e é descartada no meio ambiente. O objetivo do presente trabalho é buscar uma solução para a reciclagem de carepas geradas em usinas semi-integradas dentro do próprio processo produtivo. A solução proposta foi o desenvolvimento de um briquete autorredutor elaborado com carepa de aciaria e finos de carvão vegetal, com possibilidade de utilização na carga do forno elétrico à arco. Carepas e finos de carvão vegetal foram coletados e caracterizados. Briquetes autorredutores foram feitos com estes materiais e submetidos a ensaios de redução nas temperaturas de 1100, 1200 e 1260°C. O comportamento dos briquetes em altas temperaturas foi qualitativamente avaliado. Cálculos matemáticos e simulação computacional foram utilizados numa estimativa do consumo energético destes briquetes. O desempenho dos briquetes e os resultados obtidos permitem concluir pela potencialidade de utilização destes briquetes autorredutores como parte da carga de fornos elétricos a arco. / The steelmaking industry in Rio Grande do Sul State is semi-integrated and produces steel from scrap metal using electric arc furnaces. In its activities generates several wastes, among them mill scale, which main component are iron oxides. This material does not have use and generally have final destination in industrial landfills or co-processing in cement plants. The production and processing of charcoal in Rio Grande do Sul State also generate as main waste a fraction of low granulometry, consisting of charcoal fines what practically have no use and is disposal in the environment. The objective of the present work is to look for a solution to mill scale recycling, generated in semi-integrated steelmaking plants, inside its own productive process. The proposed solution was the development of self-reducing briquette produced with mill scale and charcoal fines, with possibilities of use in charge of electric arc furnace. Mill scale and charcoal fines were collected and characterized. Self-reducing briquettes were made from these materials and subjected to tests of reduction at temperatures of 1100, 1200 and 1260°C. The behaviour of briquettes in high temperatures was qualitatively evaluated. Mathematical calculation and computational simulation were used in a estimative of the energetic consumption of these briquettes. The performance of briquettes and the obtained results allow to conclude the potential use of these self-reducing briquettes as a part of charge in electric arc furnaces.
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[en] CONTRIBUTION AT CARBOTHERMIC SELF-REDUCTION OF AGGLOMERATES OF MANGANESE OXIDES / [pt] CONTRIBUIÇÃO À AUTO-REDUÇÃO CARBOTÉRMICA DE AGLOMERADOS CONTENDO ÓXIDOS DE MANGANÊSFERRY SABEL BELISARIO BENIQUE 13 December 2007 (has links)
[pt] Neste trabalho, foram feitas experiências de redução em
temperaturas na
faixa de 900°C a 1300°C, usando briquetes auto-redutores
contendo óxidos de
manganês e carvão vegetal, visando investigar o processo
de redução de MnO2
para MnO. É apresentado um panorama geral do manganês,
indicando os
principais produtos, entre eles, o MnO para uso
agropecuário e a liga FeMn,
insumo siderúrgico e evidenciando os aspectos
termodinâmicos e cinéticos no
processamento para a obtenção destes produtos. Cabe
assinalar que o MnO é um
produto intermediário no processo de fabricação da liga
ferro-manganês.
Mostram-se também detalhes do procedimento experimental,
caracterização dos
materiais utilizados e as discussões sobre os resultados
obtidos. Na determinação
das conversões de MnO foi utilizado o método de análise
química de titulação por
complexometría com EDTA. A partir dos resultados
experimentais foi proposto
um modelo para determinação dos parâmetros cinéticos.
Pelos resultados da
redução de Mn+4 para Mn+2, foi possível distinguir dois
estágios nas temperaturas
ensaiadas. O primeiro estágio foi marcado por altas
velocidades de reação, a até
aproximadamente 10 minutos de experimentação, alcançando
conversões elevadas
de MnO; como foi o caso dos ensaios nas temperaturas de
1000°C e 1200°C, que
já indicavam em 10 minutos valores de conversões iguais a
0.94. Já para o
segundo estágio, após os 10 minutos iniciais de
experimentação, as velocidades e
os valores da conversão apresentaram uma queda, sugerindo
que o produto do
primeiro estágio, o MnO, poderia estar começando a se
transformar em outra
substancia ( provavelmente o Mn3C ). Por não ser objetivo
desta dissertação
determinar a natureza da citada transformação, apenas a
evidência de sua
ocorrência foi aqui explicitada, ficando os estudos mais
detalhados para outro
trabalho. O modelo cinético concluiu que o processo se
passava essencialmente
em duas etapas : uma para tempos curtos e outra para
tempos longos, sendo o
tempo de experimentação em torno de 10 minutos a fronteira
destas etapas . O valor da energia de ativação para a
etapa em tempos menores, ou seja, inferiores a
10 minutos, foi, nas temperaturas estudadas, 1000, 1100,
1150 e 1200°C, de 11,50
KJ/mol e o fator de freqüência pré-exponencial 0,057 mHz,
sugerindo um
controle difusional.. Já para os tempos maiores que 10
minutos, os experimentos
nas temperaturas de 900, 1000, 1100, 1150, 1200 e 1300°C,
muito embora não se
tenha pesquisado a natureza do novo composto (
possivelmente o carboneto de
manganês ), forneceu para a energia de ativação o valor de
46,10 KJ/mol e para o
fator de freqüência pré-exponencial 48,045 Hz, sugerindo,
em conseqüência, um
mecanismo predominantemente misto, ou seja,
equilibradamente difusional e
químico. / [en] In this work, aiming at the investigation on the reduction
process of
manganese dioxide to manganese oxide, experiments were
made using selfreducing
briquettes containing manganese oxides and charcoal, at
temperatures
ranging from 900 to 1300oC. A general overview of the
manganese is presented,
indicating its principal products such as, the farming
usage of MnO and the
steelmaking application of the FeMn alloys, also
emphasizing the
thermodynamical and kinectical aspects of their
productions. It is worthwhile to
emphasize that MnO is an intermediary product in the
production of the FeMn
alloy. Experimental details concerning materials
characterization and discussion
on the obtained results, are also presented. In the
determination of the MnO
conversion the complexometric titration with EDTA chemical
procedure was
applied. From these determinations a model was proposed
for the calculation of
the kinectic parameters. The experimental results of
reduction, from Mn+4
towards Mn+2 , it was possible to identify two stages for
the reactions in the
temperature range from 900 to 1300 C. An onset stage was
marked by high
reaction rates, lasting for the first 10 minutes,
achieving high MnO conversions.
In the experiments carried out in the range of 1000 to
1200oC, for instance, a 0,94
conversion was attained within just 10 minutes. As for the
second stage,
beginning after 10 minutes, the conversion showed a
decrease, suggesting that the
product of the first stage, the MnO, could be suffering a
transformation,
generating an other substance - probably Mn3C. Being this
a new process, out of
the scope of this work, its elucidation is left here as a
suggestion for later works.
Wrapping up the kinetic model, a time frontier between the
two processes, around
10 minutes, was considered . Below this limit, i.e., in
the temperatures - 1000,
1100, 1150 and 1200oC -, the process exhibited an apparent
activation energy of
11.50 kJ x mol -1 and a pre-exponential frequency factor
of 57 µHz, inferring a diffusion control. As for times
beyond 10 minutes, in experiments at 900, 1000,
1100, 1150, 1200 e 1300°C, though the nature of a new
compound was not probed
- possibly a manganese carbide - it was possible to
measure a new apparent
activation energy, 46.10 kJ x mol -1 , with a pre-
exponential frequency factor of 48
Hz, values coherent with a mixed control, i.e., between
the diffusional and the
chemical mechanisms.
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Desenvolvimento de briquetes autorredutores a partir de carepas de processamento siderúrgico para utilização em forno elétrico a arcoBuzin, Pedro Jorge Walburga Keglevich de January 2009 (has links)
A indústria siderúrgica do Estado do Rio Grande do Sul é do tipo semi-integrada e produz aço a partir de sucata, utilizando fornos a arco elétrico. Em suas atividades gera vários tipos de resíduos, dentre estes as carepas, cujo componente principal são óxidos de ferro. Este material não encontra utilização e geralmente tem destinação final em aterros de resíduos industriais ou co-processamento em fábricas de cimento. A produção e o processamento do carvão vegetal no estado do Rio Grande do Sul também geram como principal resíduo uma fração de baixa granulometria constituída de finos de carvão vegetal que praticamente não tem utilização e é descartada no meio ambiente. O objetivo do presente trabalho é buscar uma solução para a reciclagem de carepas geradas em usinas semi-integradas dentro do próprio processo produtivo. A solução proposta foi o desenvolvimento de um briquete autorredutor elaborado com carepa de aciaria e finos de carvão vegetal, com possibilidade de utilização na carga do forno elétrico à arco. Carepas e finos de carvão vegetal foram coletados e caracterizados. Briquetes autorredutores foram feitos com estes materiais e submetidos a ensaios de redução nas temperaturas de 1100, 1200 e 1260°C. O comportamento dos briquetes em altas temperaturas foi qualitativamente avaliado. Cálculos matemáticos e simulação computacional foram utilizados numa estimativa do consumo energético destes briquetes. O desempenho dos briquetes e os resultados obtidos permitem concluir pela potencialidade de utilização destes briquetes autorredutores como parte da carga de fornos elétricos a arco. / The steelmaking industry in Rio Grande do Sul State is semi-integrated and produces steel from scrap metal using electric arc furnaces. In its activities generates several wastes, among them mill scale, which main component are iron oxides. This material does not have use and generally have final destination in industrial landfills or co-processing in cement plants. The production and processing of charcoal in Rio Grande do Sul State also generate as main waste a fraction of low granulometry, consisting of charcoal fines what practically have no use and is disposal in the environment. The objective of the present work is to look for a solution to mill scale recycling, generated in semi-integrated steelmaking plants, inside its own productive process. The proposed solution was the development of self-reducing briquette produced with mill scale and charcoal fines, with possibilities of use in charge of electric arc furnace. Mill scale and charcoal fines were collected and characterized. Self-reducing briquettes were made from these materials and subjected to tests of reduction at temperatures of 1100, 1200 and 1260°C. The behaviour of briquettes in high temperatures was qualitatively evaluated. Mathematical calculation and computational simulation were used in a estimative of the energetic consumption of these briquettes. The performance of briquettes and the obtained results allow to conclude the potential use of these self-reducing briquettes as a part of charge in electric arc furnaces.
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[en] METALLIC IRON PHASE MORPHOLOGY IN SELF-REDUCING BRIQUETTES / [pt] MORFOLOGIA DO FERRO METÁLICO EM BRIQUETES AUTO-REDUTORESKARLA DE MELO MARTINS 13 April 2004 (has links)
[pt] O presente trabalho, aborda o estudo fenomenológico da
metalização de briquetes auto-redutores durante a reação de
redução na faixa de temperatura de 1000 à 1350 graus Celsius, variando
o tipo de atmosfera gasosa e o tempo de redução. Com base
nos resultados obtidos, uma descrição das morfologias do
ferro presentes na faixa de temperatura estudada são
apresentadas. Para tanto foram utilizados: estereoscópios,
microscópios óticos e eletrônico. As principais morfologias
da fase metálica reduzida foram: a presença de glóbulos de
ferro no interior do aglomerado e uma camada contínua de
ferro metálico na superfície, entre 1200 - 1350 graus Celsius,
sugerindo uma carbonetação mais intensa no interior, com a
conseqüente fusão da fase metálica. Crescimento de whiskers
de ferro, também foram observados nas temperaturas mais
baixas (1000 - 1100 graus Celsius). Na revisão bibliográfica foram
feitos comentários sobre as tecnologias atuais e emergentes
de produção de ferro primário e aço, e evidenciada a
importância do estudo morfológico no esclarecimento do
complexo mecanismo da cinética de redução de misturas de
minério de ferro e carbono. Uma abordagem termodinâmica e
cinética destes estudos também foi apresentada. / [en] This work describes the morphological study of the
metallization process of self-reducing briquettes
containing fines of iron ore and coal. The reduction of
briquettes was effected in a temperature range of 1.000 to
1.350 Degrees Celsius varying reduction process duration and the gas
atmosphere with nitrogen, carbon monoxide and carbon
dioxide. The different phases of the morphology of the
metallic iron were measured by the use of stereoscopic
devices as well as optical and scanning electron
microscopes. The main morphology occurred in a temperature
range of 1.200 to 1.350 Degrees Celsius generating iron globules in the
center of the briquettes and a continuous metallic layer on
the surface. The presence of a dendritic structure and the
high carbon content of the iron globules indicate that the
highest intensity of carburization occurred in the core
regions of the briquettes followed by the melting phase of
the iron. The whisker growth of iron was observed in the
lower temperature range of 1.000 to 1.100 Degrees Celsius. The
bibliographic section makes references to the actual status
and new developments in the research of processes based on
composite iron ore agglomerates. It is common understanding
that the iron morphology plays a key role in the kinetic
mechanisms of reducing iron oxide and carbon mixtures.
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[en] 3D MULTIPHASIC AND MULTICOMPONENT MODELLING OF SELF-REDUCING IN A SHAFT FURNACE / [pt] MODELAMENTO 3D MULTIFÁSICO MULTICOMPONENTES DA AUTO-REDUÇÃO EM FORNO DE CUBALESLY JEANETH MAMANI PACO 16 January 2018 (has links)
[pt] O desenvolvimento de novos processos de redução capazes de utilizar como matérias primas resíduos minero-metalúrgicos, ou baseados na aglomeração a frio de misturas auto-redutoras (Fastmet, ITmk3, Tecnored) tem mostrado ser uma alternativa aos processos convencionais, sendo o principal deles o alto forno. Neste contexto, torna-se importante uma análise aprofundada dos processos operando com aglomerados auto-redutores, tais como os que utilizam os reatores RHF e os fornos de cuba. O presente trabalho objetivou o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular as condições da
zona de redução sólida de um forno de cuba (região superior), que utiliza aglomerado auto-redutor como carga ferrosa. Este modelo permite considerar três fases (sólida e duas fases gasosas) interagindo simultaneamente, via a transferência de quantidade de movimento, energia e massa. Sua fenomenologia foi representada por equações de transporte, resolvidas com base no método de volumes finitos. A solução computacional foi feita através de código desenvolvido em linguagem de programação Fortran e a geração gráfica dos resultados realizada através do programa Tecplot. As fases consideradas no modelo desenvolvido foram: i) fase sólida: constituída por briquetes autoredutores e o combustível sólido (booster - fração adicionada juntamente com a carga de aglomerados) e, ii) fase gasosa: formada pelo chamado gás exterior, constituído por um conjunto de gases que reagem na parte externa dos aglomerados (principalmente pelo gás de baixo, oriundo da parte inferior do forno, e pelo sopro nas ventaneiras secundárias - V2) e pelo denominado gás interior, constituído pelo conjunto de gases gerados no interior do aglomerado auto-redutor, resultantes de uma série de reações previstas em sua fenomenologia. O modelo considera 25 reações dentre as quais estão as reações de redução, gaseificação do carvão e combustão do carvão, CO, voláteis, enxofre e do polissacarídeo, alem da formação do FeS. Foi possível estudar a influência da variação da vazão da V2, da temperatura e da vazão do gás de baixo, da taxa de alimentação do briquete e da perda de calor pelas paredes do forno. Os resultados, apresentados graficamente, foram: temperaturas do sólido, do gás exterior e do gás interior; as condições de
redução na atmosfera gasosa (CO do gás exterior, CO do gás interior, CO2 do gás exterior, CO2 do gás interior); a distribuição dos óxidos de ferro préreduzidos e do Fe metálico e a distribuição do grau de redução. Além disso, parâmetros operacionais tais como produção, tempo de residência dos sólidos,
volume das fases gasosas, assim como sua composição foram calculados pelo modelo. A partir dessas informações foi possível obter a metalização e, o volume, a temperatura e a composição media do gás de topo. Finalmente, eles demonstraram que a simulação computacional desenvolvida é uma poderosa
ferramenta para análise dos parâmetros operacionais da auto-redução em forno de cuba, de custo relativamente baixo e capazes de otimizar o processo estudado. / [en] The development of new reduction processes capable to use as raw materials mining and metallurgical residues, or based in cold agglomeration of self reducing mixtures (Fastmet, ITmk3, Tecnored) is regarded nowadays as an alternative to conventional processes, being the principal of these the blast furnace. In this context it becomes vital to analyze the behavior of processes operating with self-reducing agglomerates, as those utilizing the RHF and shaft furnaces. The present work aims at the development of a mathematical model capable to simulate the solid state reduction zone conditions of a shaft furnace (upper zone) that utilizes self-reducing agglomerates as the iron source. This model is capable of treating three phases, interacting simultaneously and transferring momentum, energy and mass. The set of phenomenological transport equations are treated through the finite volume method. The computational solution is achieved by the means of a software code developed in Fortran programming language and further, the graphical generation of the results, carried through the Tecplot program. The considered phases for the model are firstly the solid phase consisting in self-reducing agglomerates and a solid fuel (booster - added together with the agglomerate). Secondly, the gaseous phase, formed by a external gas, which constitutes on a set of gases that react in the external part of the agglomerates (mainly made out by the low gas - mixture of gases coming from the bottom part of the furnace, blended with the gases blew in the secondary level of tuyeres - V2), and a internal gas, another gaseous phase, consisting on the set of gases generated inside the self-reducing agglomerate as the result of a series of foreseen reactions. The model takes into account 25 reactions, amongst which are the reduction reactions, gasification of the coal, the combustions of coal, CO, volatiles, sulfur and polysaccharide and considering also the FeS formation. The model permitted the study of the V2 temperature, low gas temperature, low gas flow, agglomerate feed rate and wall heat lost influence on the process. The results, here graphically presented, are: solid, external gas and internal gas temperatures; reduction conditions in the gaseous atmosphere (CO in external gas, CO in internal gas, CO2 in external gas, CO2 of the internal gas); profile of pre-reduced iron oxides and Fe metallic and; distribution profile of the reduction degree. Moreover, operational parameters such as production, the residence time of solids, the volume of the gas phase, as well as its composition had been calculated by the model. From this information it was possible to compute the metallization, the volume, the temperature and the composition of the top gas. Those results confirmed that the computational simulation is a powerful tool for the shaft furnace operational parameters analysis.
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Desenvolvimento de briquetes autorredutores a partir de carepas de processamento siderúrgico para utilização em forno elétrico a arcoBuzin, Pedro Jorge Walburga Keglevich de January 2009 (has links)
A indústria siderúrgica do Estado do Rio Grande do Sul é do tipo semi-integrada e produz aço a partir de sucata, utilizando fornos a arco elétrico. Em suas atividades gera vários tipos de resíduos, dentre estes as carepas, cujo componente principal são óxidos de ferro. Este material não encontra utilização e geralmente tem destinação final em aterros de resíduos industriais ou co-processamento em fábricas de cimento. A produção e o processamento do carvão vegetal no estado do Rio Grande do Sul também geram como principal resíduo uma fração de baixa granulometria constituída de finos de carvão vegetal que praticamente não tem utilização e é descartada no meio ambiente. O objetivo do presente trabalho é buscar uma solução para a reciclagem de carepas geradas em usinas semi-integradas dentro do próprio processo produtivo. A solução proposta foi o desenvolvimento de um briquete autorredutor elaborado com carepa de aciaria e finos de carvão vegetal, com possibilidade de utilização na carga do forno elétrico à arco. Carepas e finos de carvão vegetal foram coletados e caracterizados. Briquetes autorredutores foram feitos com estes materiais e submetidos a ensaios de redução nas temperaturas de 1100, 1200 e 1260°C. O comportamento dos briquetes em altas temperaturas foi qualitativamente avaliado. Cálculos matemáticos e simulação computacional foram utilizados numa estimativa do consumo energético destes briquetes. O desempenho dos briquetes e os resultados obtidos permitem concluir pela potencialidade de utilização destes briquetes autorredutores como parte da carga de fornos elétricos a arco. / The steelmaking industry in Rio Grande do Sul State is semi-integrated and produces steel from scrap metal using electric arc furnaces. In its activities generates several wastes, among them mill scale, which main component are iron oxides. This material does not have use and generally have final destination in industrial landfills or co-processing in cement plants. The production and processing of charcoal in Rio Grande do Sul State also generate as main waste a fraction of low granulometry, consisting of charcoal fines what practically have no use and is disposal in the environment. The objective of the present work is to look for a solution to mill scale recycling, generated in semi-integrated steelmaking plants, inside its own productive process. The proposed solution was the development of self-reducing briquette produced with mill scale and charcoal fines, with possibilities of use in charge of electric arc furnace. Mill scale and charcoal fines were collected and characterized. Self-reducing briquettes were made from these materials and subjected to tests of reduction at temperatures of 1100, 1200 and 1260°C. The behaviour of briquettes in high temperatures was qualitatively evaluated. Mathematical calculation and computational simulation were used in a estimative of the energetic consumption of these briquettes. The performance of briquettes and the obtained results allow to conclude the potential use of these self-reducing briquettes as a part of charge in electric arc furnaces.
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Análise do processo de redução de minério de ferro por carbono na forma de pelotas auto-redutoras. / Analysis of the iron ore reduction process by carbon in the form of self-reducing pellets.Marcelo Breda Mourão 09 December 1988 (has links)
Através de revisão bibliográfica e estudo experimental, o presente trabalho apresenta uma análise da influência de diversos parâmetros sobre a velocidade da reação entre minério de ferro e carbono, aglomerados na forma de pelotas auto-redutoras. Os parâmetros estudados foram: temperatura, tipo e quantidade de redutor, uso de adições, composição e vazão dos gases no recipiente de reação, tamanho da pelota. A técnica experimental consistiu em medi-se a velocidade de reação por análise termogravimétrica, complementada por análise do gás de saída e difração de Raios-X em pelotas parcialmente reduzidas. Verificou-se que o mecanismo controlador da velocidade de reação é determinado por um conjunto de parâmetros inter-relacionados, e que pode mudar o progresso de reação. A etapa química da reação é controlada pela gaseificação do carbono por CO2. Transporte de calor e difusão gasosa através dos poros da pelota exercem forte influência sobre a velocidade; os fatores que favorecem a influência de transporte de calor são: aumento de temperatura; aumento da reatividade do redutor; uso de catalisador; diminuição do diâmetro da pelota; início de reação; redução sob atmosfera CO/CO2 de composição próxima ao equilíbrio wustitaferro. A influência de difusão gasosa se faz sentir quando a reação é efetuada sob atmosfera de gás inerte, que penetra nos poros da pelota, diluindo a atmosfera CO/CO2 reinante no interior da mistura de partículas. Nessas condições, esta influência é maior quanto menor for a temperatura de reação, quanto menos reativo for o redutor, quanto menor for a pelota, e nos estágios finais de reação. Verificou-se ainda que parâmetros relacionados à composição das pelotas, bem como a temperatura do processo, tem grande influência sobre o comportamento dimensional dos aglomerados.Assim, pelotas com ganga básica (com carvão vegetal e adições básicas) tendem a inchar catastroficamente, ao passo que pelotas com ganga ácida (com coque ou carvão mineral como redutores) não apresentam este fenômeno. Microscopia eletrônica de varredura indicou a presença de ferro filamentar em pelotas que apresentaram inchamento catastrófico. Analisou-se ainda como a presença de matéria volátil no redutor afeta a cinética de reação e o comportamento dimensional das pelotas, e também sob que condições o ferro formado na redução catalisa a reação. / The factors that affect the rate of reaction between iron oxides and carbon were analysed by means of literature review and experimental investigation. The iron ore and the carbon were agglomerated in the form of self-reducing pellets. The investigated variables were: temperature, type and amount of redactor, presence of additives, gas composition and flow in the reactor vessel, and pellet\'s size. The experimental technique employed was thermogravimetric analysis, complemented by gas analysis and X-ray diffraction. It was shown that the rate control may change in the course of the reaction, and it depends on a number of interrelated varibles. The slowest reaction of the chemical step is the carbon gaseification by CO2. Heat transfer and gaseous diffusion through pellets pores play an important role in the rate; the factors that favours the heat transfer influence are: temperature increase, reducto\'s reactivity increase, the use of catalyst, pellet\'s size decrease, start up the reaction; reduction under CO/CO2 atmosphere near wustite-iron equilibrium. When the reaction is performed under inert gas atmosphere, gaseous diffusion through pellet\'s pores can dilute the CO/CO2 atmosphere prevailing in the pallet\'s core. Under these conditions, this effect is more pronounced for lower temperature, lower carbon reactivity, smaller pellets and at the end of the reaction. It was also found that variables related to pellet composition as well as process temperature greatly affect the pellet\'s dimensional behavior. In fact, pellets containing basic guangue (e.g.wood charcoal and/or basic additives) show catastrophic swelling; in contrast, pellets containing acid gangue (e.g. coke or coal) have good dimensional stability. Iron whiskers were observed with scanning electron microscope on pellets that swell catastrophically. The influence of reductor\'s volatile matter upon kinetics and dimensional behavior of pellets was also analysed as well as the catalysis of the reaction by the iron formed in the course of the reduction.
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[pt] MODELO TERMOQUÍMICO DA AUTO-REDUÇÃO EM FORNOS DE CUBA / [en] THERMO-CHEMICAL MODELING OF SELF-REDUCTION BASED SHAFT FURNACESJOSE HENRIQUE NOLDIN JUNIOR 28 November 2007 (has links)
[pt] O presente trabalho consiste de um modelo matemático
termoquímico de
simulação do processo Tecnored de produção de ferro
primário, construído
através do estudo e equacionamento da fenomenologia do
processo, levando em
consideração os aspectos termodinâmicos e operacionais, bem
como a geometria
do reator. Apesar de ser um modelo estático, considerações
cinéticas de
laboratório e de planta piloto foram usadas para estimar a
extensão das principais
reações químicas nas diferentes regiões do forno. Para
construção do modelo o
reator foi dividido em três zonas, a saber: cuba superior,
zona de amolecimento e
fusão, e cuba inferior. Para cada uma das zonas foram
descritas as fenomenologias
e reações químicas envolvidas, condicionadas ao balanço
global das espécies
químicas presentes no processo. As saídas do programa
permitiram uma análise
da engenharia de processo global e estagiada. Através do
modelo construído é
possível prever o comportamento do processo com diferentes
tipos de matériasprimas
e em diferentes condições operacionais. Adicionalmente, o
modelo servirá
para a checagem da operação do primeiro forno industrial
desta tecnologia,
atualmente em construção, comparando com os dados obtidos
através da operação
da planta piloto. Os resultados obtidos mostraram que a
técnica de modelagem
utilizada constitui-se em uma poderosa ferramenta de
análise global e estagiada,
confirmando as vantagens de consumo de combustível,
eficiência energética e de
geração de gases do processo Tecnored em relação à
tecnologia tradicional do
alto-forno. / [en] The present work consists of a Tecnored ironmaking process
oriented
thermo-chemical modeling, built after a thorough assessment
of the process
phenomena and considering besides the peculiarities of the
reactor, a number of
applicable thermodynamic and operational aspects. In spite
of being a thermochemical
model, bench scale and pilot plant based kinetics
considerations have
been taken in account in order to estimate the extension of
the main reactions in
different parts of the furnace. The framework involved the
division of the furnace
in three main zones, namely Solid-state Reduction Zone
(SRZ), Softening and
Melting Zone (SMZ) and Dripping and Hearth Zone (DHZ). In
each of the zones
the existing chemical processes and overall process
phenomena have been
evaluated conditional to the global mass balance ruling the
process. The model
developed shall be used onwards to predict the behavior of
the process under
different conditions of raw material usage and operational
modes. Moreover, the
model shall be applied to compare the results of the
industrial plant (under
construction) with the available bench and pilot plant
data, with the intention of
gathering information to be used in the optimization of the
model and
subsequently the process. The results obtained thus far
show that the applied
modeling technique is a powerful tool for the global and
stage-wise analysis of the
process, confirming the advantageous performance of the
technology as far as
fuel-rate, thermal efficiency and environmental soundness
are concerned.
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