O processo de redução direta no contexto da descarbonização da siderurgia e a busca por soluções tecnológicas de agentes de recobrimento para pelotas de minério de ferro

• Autor(a) principal: Jean Philippe Santos Gherardi de Alencar
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/44209; https://orcid.org/0000-0001-9475-7634
• topic: Pelotas de minério de ferro; Siderurgia; Redução direta; Recobrimento; Colagem; Materiais; Ciência dos materiais; Pelotização (Beneficiamento de minério); Redução de minérios; Siderurgia

A siderurgia mundial está diante de um desafio de descarbonização jamais visto antes, que implica em necessidades de desenvolvimento técnico e vultuosos dispêndios financeiros. Uma pesquisa de dados feita na primeira etapa deste trabalho mostrou que, algumas das principais usinas siderúrgicas da Europa, já sofrem com um déficit significativo entre as permissões e emissões verificadas de CO2. Dentre as iniciativas que visam evitar tais emissões, foi notório o destaque para o maior uso da rota de Redução Direta como por exemplo nos projetos HYBRIT e SALCOS. Contudo, um aspecto importante para uso dessa rota é a susceptibilidade ao fenômeno da colagem que pelotas de minério de ferro apresentam, sendo que as pelotas são a principal carga metálica usada nos reatores. Com isso, na segunda e terceira etapa do estudo o foco foi discorrer sobre esse fenômeno que é crítico para a operacionalização técnica do processo de Redução Direta: o controle da colagem de pelotas. A fim de quantificar os impactos que a colagem causa a operação do reator, a segunda parte do trabalho foi dedicada à adaptação de um modelo numérico que representasse um forno do tipo cuba e todas as equações de conservação de massa, energia e momentum pertinentes ao processo. O diferencial desse estudo foi que ele levou em consideração outros estudos de simulação física a fim de promover equações e parametrizações que tornassem o modelo apto a simular essa queda de pressão em função da formação dos cachos. A seleção da melhor equação e parametrização foi tomada com base numa referência de impacto industrial cuja carga e Índice de Colagem eram conhecidos. Por sua vez, a terceira etapa do estudo contemplou um plano de trabalho laboratorial que visou identificar quais materiais e processos de aplicação de recobrimento para pelotas seriam mais efetivos no combate à colagem. Foi possível perceber que o uso da Bentonita combinado com materiais refratários propiciou melhor dispersão nas polpas e menor Índice de Colagem. Adicionalmente, constatou-se que o método de aplicação a seco na pelota crua foi pouco eficaz e isso pode ser explicado pela baixa quantidade de material na superfície da pelota após a queima. Dentre todos os parâmetros e testes realizados, obteve-se que o Índice de Adesão e a soma dos teores de SiO2, Al2O3, CaO e MgO foram os mais influentes na variável resposta de Índice de Colagem. O Índice de Adesão foi também avaliado como variável dependente e observou-se que há uma relação forte entre os seus resultados e o da área superficial específica medida por adsorção de N2 (método BET). A Bauxita foi o material que teve melhor desempenho nesse estudo e suas vantagens foram o alto teor de Al2O3 que lhe conferiu ótimas propriedades refratárias, confirmadas pelo teste de fusibilidade e a elevada superfície específica. Por fim, uma etapa complementar de testes foi realizada a fim de otimizar os resultados da terceira etapa e conectá-los com a aplicação do modelo da segunda etapa. Percebeu-se que a aplicação de duas camadas de recobrimento, uma na pelota crua e outra na pelota queimada, seguida de tratamento térmico à 400 °C, propiciou um melhor resultado de Índice de Colagem. Contudo, os valores obtidos nessas otimizações não foram tão melhores que o valor de referência de uma aplicação simples de Bauxita numa pelota queimada. Ao se comparar o impacto dessas duas situações no modelo, uma com aplicação de Bauxita simples e a outra com aplicação dupla e tratamento térmico, o ganho de produção seria de apenas 0,3 t/h.