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  Relatório
18/04/2013

GLEISSON MACIEL GOMES PINHEIRO
Técnico em Metalurgia  / MG - SETE LAGOAS
Atividades relacionadas ao funcionamento de um Alto Forno a carvão vegetal utilizando parâmetros para que uma equipe Técnica tenha um bom resultado em seu processo produtivo de Ferro Gusa

Campo(s) de Atuação que o Presente Artigo trata
Mecânica e metalúrgica
Metalurgia Extrativa
Siderurgia
Fornos


ESCOLA TÉCNICA MUNICIPAL DE SETE LAGOAS Aluno: Gleisson Maciel Gomes Siderúrgica – Barão de Mauá Início e término do curso: Agosto/2004 à Junho/2006 Início e término do estágio: Março/2006 à Junho/2006 Carga Horária: 402 horas. AGRADECIMENTOS: A Deus É difícil agradecer aquele que nos criou, que nos deu oportunidade de crescermos a cada dia intelectualmente, moralmente, espiritualmente. A ele só podemos pedir o discernimento para escolhermos sempre o caminho do crescimento. E assim, com nossas ações, com gestos engrandecedores, estaremos retribuindo dignamente um pouco daquilo que nos deu. Aos mestres Aprender vai além da matéria, pois a matéria, às vezes, se esquece. Aprendemos lições de vida de seguir e vencer, cair e levantar. Aprender vai além das palavras, pois elas nem sempre traduzem o que sentimos. Agradecer-lhes se faz na atitude de seguir e vencer, às vezes, cair e levantar. Assim aprendemos. Assim agrademos. Aprender é agradecer. Aos colegas Ainda há tempo... Mesmo que as dúvidas persistam, que a emoção nos traia e a esperança falte, mesmo que as palavras fujam, não importa, porque ainda há tempo... Para trocar o silêncio pelo sorriso, os punhos fechados pelos braços abertos, para dispensar a distância e acolher a cumplicidade. Para pedir perdão e sentir saudade... De tudo, de todos. Porque agora tudo faz falta: o abraço que negamos, a risada que não nos permitimos. Mas ainda há tempo, porque temos uma vida inteira para continuarmos amigos... SUMÁRIO 1-Apresentação da Empresa 1.1-Ferro Gusa 1.2-Resumo da produção 1.3-Fundição Mauá 2-Meio Ambiente 3-Introdução 4-Definições 5-Definições das partes constituintes do alto forno e alguns termos técnicos 6-Revestimento Refratário 7-Sistema de Depuração 8-Sistema de Limpeza dos Gases 8.1-Balão de Poeira 9-Sistema de Aquecimento do Ar/Regeneradores de Calor 9.1-Descrição 9.2-Entrada de Glêndon em Funcionamento 9.3-Cuidados Especiais na Operação de um Glêndon 10-Sala de Máquinas e Instrumentação 11-Matérias Primas 11.1-Carvão Coque 11.2-Carvão Vegetal: 11.3-Minério Manganês: 11.4-Quartzito (Sílica) 11.5-Dolomita 11.6-Calcário 11.7-Alumina 12-Evolução do gás redutor 13-Reduções dos Óxidos de Ferro 14-Redução dos Óxidos não Ferrosos 15-Principais Transformações no Interior do AF 16-Principais Reações e Temperatura por Zonas 17-Formação de Escória 17.1-Classificações das Escórias 17.2-Características Visuais e Físicas 18-Operação do Alto-Forno 18.1-Gusa Conceitos Básicos 18.2-Modo de Examinar a Fratura do Gusa 18.3-Modo de Examinar o Gusa Líquido no Canal 19-Leito de Fusão Conceitos e Finalidades 20-Conceito Prático de Operação do Alto-Forno 21-Descida de Carga 22-Marcha de um Alto-Forno 22.1-Marchas Irregulares 22.1.1-Marcha Quente 22.1.2-Marcha Fria 22.1.3-Marcha Engaiolada: 23-Limite de Marcha do Alto-forno 24-Interrupção de Marcha do AF 25-Parada Programada/Procedimentos 26-Reinício de Marcha 27-Conclusão 28-Referências Bibliográficas 29-Anexos 30-Fotos 1-APRESENTAÇÃO DA EMPRESA: SIDERÚRGICA BARÃO DE MAUÁ Empresa mineira do ramo siderúrgico, parceira e fornecedora da Usiminas - Usina Siderúrgica de Minas Gerais S/A. Equipada com Alto Forno e fundição de peças vem buscando melhorias contínuas em seu processo produtivo a partir de uma nova postura gerencial. No mercado há mais de quatro anos com parceria com a Usiminas – Usina siderúrgica de Minas Gerais S/A, sobrevivendo às crises e turbulências e apostando em parceria de qualidade, inicia um período de desenvolvimento auto sustentado. É nesse intuito que apresenta suas qualificações técnicas e oportunidades do parque industrial e estrutura operacional. Tem como objetivos a produção de ferro cinzento sob encomenda para os mercados de contrapeso e fundidos dessa classe; a fundição de ferro branco, cinzento e nodular para o mercado, o Alto-Forno para produção de ferro gusa para o mercado a fim de manter e ampliar sua participação no Brasil e no Exterior. Com atividades iniciadas em 2003, com o Alto-Forno, em 2005 com a fundição de peças, busca permanentemente a qualidade máxima de seus produtos e serviços, a fim de manter e ampliar sua participação no mercado nacional e internacional. 1.1-Ferro Gusa A produção de ferro gusa líquido, em um alto forno a carvão vegetal, destina-se a atender às especificações da Usiminas seu principal cliente e da fundição. O excedente da produção do Alto-Forno, que não consumido pelas fundições, é lingotado em uma roda do tipo carrossel e vendido no mercado de ferro gusa. Forno cubilot a produção do ferro de segunda fusão do cubilot é destinada às ligas diferenciadas bem como ligas cinzentas e nodulares. 1.2-Resumo da produção Produção de gusa 1.000 ton/mês Produção da fundição 1.000 ton/mês Ligas F.F cinzento, nodular e Branco kg/peça De 3 kg a 13.500 kg Ideal 3000 kg Areia Moldada Sintética resina CO2, Cimento Areia Macharia Shell, resina CO2 Processo Manual 1.3-Fundição Mauá A siderúrgica Barão de Mauá através da fundição Mauá inicia suas atividades de fundição na cidade de Sete Lagoas – MG, à 60 km de Belo Horizonte, o ferro gusa líquido tem também como destino a fundição, que está dimensionada à produção de peças fundidas, sendo sua vocação a fabricação de contra pesos para máquinas agrícolas e de construção pesada. A capacidade de fundição de peças e de 1000 t/mês, desde peças com 3 kg a peças de até 13.500 kg de peso. O processo também varia, desde a produção vazada em areia verde, até a produção manual em areia cimento, areia CO2 e areia de resina colocando-se a disposição para consulta de preço peças fundida, em ligas de ferro fundido cinzento, ferro fundido branco e ferro fundido nodular. 2-MEIO AMBIENTE Seguimos todas as normas da FEAM – Fundação Estadual do Meio Ambiente, através da DN 74/2004, com equipamentos como: Balões filtrantes de gases, tocha queimadora de gases, lavadores de gases, tanque de decantação, enclausuramentos, filtros de mangas, silo/deposito de resíduos e fossas sépticas. Somos registrados no IEF – Instituto Estadual de Florestas e estamos em conformidade com as normas florestais ora, ditadas pela mesma. Utilizamos briquetes de moinha em substituição de parte do carvão vegetal utilizado, economizando o mesmo e trazendo um beneficio à natureza. Utilizamos água de poço artesiano outorgado e com relógio de medição em conformidade com o IGAM, não descartamos nenhum resíduo líquido para fora da empresa, decantando e reciclando até mesmo a água de chuva para nosso processo produtivo. 3-INTRODUÇÃO O presente relatório tem por objetivo mostrar os conhecimentos adquiridos durante o curso Técnico Metalúrgico. A matéria que venho expor neste relato, esta inclusa na área de Siderurgia de Ferro gusa e seus parâmetros operacionais. Estaremos expondo em itens subseqüentes estudos e conhecimentos adquiridos sobre a fabricação de Ferro Gusa. Procuramos abranger os mais importantes tópicos sobre o assunto e tentamos simplificar no máximo, afim de que todos possam ter um significante proveito da matéria. ATIVIDADES EXERCIDAS NO ESTÁGIO Descrição da função de supervisor de alto forno • Ao iniciar turno, faz uma prévia com o supervisor do turno anterior para se inteirar da situação do a f, bem como os demais equipamentos. • Confere os dados anotados no livro de produção e relatório. • Acompanhar vazão do a.f, solicitar ao forneiro que faça a medição de temperatura do gusa de hora em hora a qual é anotada no relatório e no quadro próprio, ao fim de cada vazão , faz o tamponamento do a.f. • Controlar o ritmo produtivo. • Conferir a temperatura dos glêndons, quando encontrar fora do normal regular à entrada de Co nos glêndons para mais ou menos, de acordo com o que se deseja, bem como as temperaturas e vazão da coroa e topo, todos os dados são anotados no relatório de produção. • Averiguar o sistema de refrigeração do a.F e conferir os algaravizes, estes devem estar desobstruído e a claridade interna deve estar contínua, caso esteja intermitente indica que o a.f esta perdendo temperatura, caso algum algaravizes esteja obstruído, solicitar ao forneiro que faça a limpeza do mesmo. • Conferir o sistema de carregamento (silos) de minérios; sucata; e fundentes, fazer a conferência das balanças e quando necessário faz a mudança de peso. • Na cabina do sistema de carregamento, colher dados das cargas enfornadas com o operador Sistema de carregamento, que são: umidade do carvão; conferir o numero de cargas enfornadas por hora, o nível de sonda, possível engaiolamento do a.f, quando necessário faz corte de gaiola. • Conferir telas do carregamento de minérios; sucata e fundentes bem como o andamento do sistema de carregamento de carvão. • Conferir a retirada de moinha; finos de minérios e pó de balão. • Solicitar a troca de bocas do silo de carvão, quando necessário mudar. • Faz o calculo da carga a ser enfornada baseando nos dados colhidos. • Conferir a presença do pessoal e anota no livro de presença. • Solicita manutenção elétrica; mecânica; obra civil e hidráulica, quando necessário. • Acompanhar e orienta a troca de equipamentos do a.f. • Averiguar situação da praça de minérios. • Fazer autorização de saída de veículos e solicitação de equipamentos. • Conferir a situação da casa de máquinas: pressão; vazão; amperagem e voltagem. • Conferir estado físico das lingoteiras, para averiguar possível troca. • Conferir a limpeza dos rodeios; plataforma do a.f, área dos glêndons; correias de minérios; área dos carregamentos (carvão e minérios); túneis de carvão, em paradas do a.f, orientar e acompanhar seus subordinados nas tarefas a serem desenvolvidas 4-DEFINIÇÕES: • Alto-Forno é um aparelho metalúrgico onde se carrega pelo topo as matérias-primas, carvão vegetal e/ou coque, minério de ferro e/ou sinter e/ou pelotas, fundentes e outras adições e injeta-se pelas ventaneiras o ar aquecido tendo como produtos o ferro gusa que é a parte interessante, escória, gases e pó de topo. Em suma, o alto-forno é um trocador de calor, na qual, os gases acedentes provenientes da queima do carvão pré aquecem e reduzem a carga. • Os sistemas de carregamento Os materiais são levados ao topo do alto-forno através de skips ou correias transportadoras. Os skips são constituídos de caçambas puxadas por cabos de aço e movem-se sobre linhas paralelas e inclinadas à horizontal. As caçambas podem ser de fundo móvel ou basculante. Com o material no topo existem, basicamente, dois sistemas de carregamento para dentro do alto-forno: o de duplo cone e o Paul Wurth. Duplo cone as cargas dos skips ou da correia transportadora são despejadas no corpo do distribuidor. Depois de cada carga abre-se o cone pequeno, deixando os materiais escorregarem para o cone maior. Uma vez completado um ciclo de cargas e o material descarregado uniformemente na periferia do cone maior, e estando fechado o cone menor, é baixado o cone maior, deixando escorregar a carga no interior do forno. Paul Wurth o alimentador (calha móvel) é colocado sobre a tremonha do topo a ser alimentada, para em seguida, a válvula de vedação superior ser aberta, de modo que a tremonha possa receber o material. Após, equaliza-se a válvula de vedação inferior, colocando em movimento a calha distribuidora que se encontra na sua posição de esfera e, de acordo com o programa de carregamento pré determinado, coloca-se a calha na posição inicial. A válvula de retenção se abre na medida necessária para que o material escoe da tremonha, no tempo previsto. Este tempo de saída do material é igual ao tempo de movimento da calha, de tal forma que se possa realizar uma distribuição uniforme da carga. 5-DEFINIÇÕES DAS PARTES CONSTITUINTES DO ALTO FORNO E ALGUNS TERMOS TÉCNICOS: • Soleira: parte inferior do cadinho. • Cadinho: região do alto-forno desde a parte do furo de corrida de gusa até o eixo das ventaneiras. • Rampa: parte cônica alargando-se para cima, do eixo das ventaneiras até o começo da cuba. • Cuba: parte cônica estreitando-se para cima, até a parte a parte superior da cilíndrica denominada goela. • Topo: parte superior do forno onde se localizam os dispositivos de carregamento. • Ventaneiras: são peças de cobre de formato cônico, refrigeradas à água ajustadas firmemente nas timpas e avançada alguns centímetros para o interior do Alto-Forno. • Maratra: é um anel de chapa que sustenta o revestimento da cuba, ventre e goela. Nessa região se faz a união do revestimento da rampa com o ventre. • Algaravizes: são peças de ferro fundido ou tubos de aços revestidos ou não de concreto refratário com a finalidade de levar o ar do anel de vento até as ventaneiras. • Anel de vento: tubulação revestida internamente com concreto refratário que circunda o alto forno onde é feita a distribuição do ar até as ventaneiras. É também chamado de coroa ou conduto circular. • Timpas: peças de cobre fundido refrigeradas à água onde se acoplam as ventaneiras. • Altura Útil: altura compreendida entre a linha de centro das ventaneiras e o nível de carga. • Arriamentos: descida brusca de carga, para o qual não se fez nenhuma alteração na operação do volume de sopro do AF. • Basicidade: (binária da escória) Relação entre o teor de CaO e de SiO2 da escória, dada pela relação: IB2 = Teor de CaO / Teor de SiO2 • Basicidade: ( quaternária da escória ) Relação da soma dos teores de CaO e MgO e a soma dos teores de SiO2 e Al2O3 da escória, dada pela relação: IB4 = Teor de CaO + Teor de MgO / Teor de SiO2 + teor de Al2O3 • Consumo Específico de Ar: quantidade de ar soprado no AF, medido nas CNTP, gasta para produzir 01 (uma) tonelada de ferro-gusa (Nm³/t). • Consumo Específico de Carbono: quantidade gasta de carbono para produzir uma tonelada de ferro gusa. CONSUMO DE CARBONO = PESO DE CARVÃO POR TONELADA DE GUSA x TEOR DE CARBONO FIXO MÉDIO DO CARVAO VAGETAL (Kg/t). • Consumo Específico de Carga Metálica: Quantidade de sinter, e/ou pelotas, e/ou minério granulado, e/ou sucata, e/ou fundentes, utilizada para obtenção de uma tonelada de ferro gusa. • Consumo Específico de Carvão Vegetal Bruto: Quantidade de carvão total, incluindo a quebra e perdas, gasto para se produzir uma tonelada de ferro gusa. • Engaiolamento: Paralisação ou interrupção da descida de carga, sendo necessário reduzir a pressão de sopro para provocar o deslizamento da mesma. • Nível de Carga: Altura de carga objetivada no alto-forno em relação ao nível de carga de projeto (m³). • Pressão de Sopro na Coroa: Pressão do ar soprado para o alto-forno, medida no condutor de ar quente próximo ao anel de vento (m.c.a). • Pressão de Topo: Pressão de gás do topo, medida no condutor de saída dos gases do alto-forno, antes do sistema de limpeza de gás (mca). • Produção Diária: Quantidade de gusa obtida em um dia, através de pesagem (t/d). • Produtividade: Relação entre produção diária e o volume útil do alto-forno (t/d m³). • Relação Carga Metálica/Carvão: Relação entre a massa de carga metálica carregada e a massa de carvão carregada. • Relação CO/CO2: Relação existente entre o teor de CO e CO2 do gás de topo, mede-se a eficiência do AF. • Race Way: Cavidade formada em frente às ventaneiras, onde o carvão circula em movimentos rápidos devido à velocidade do ar quente. • Seqüência de Carregamento: Ordem de descarga dos materiais de uma carga completa para o interior do AF. • Classificação do teor de Silício no ferro gusa: Percentual das corridas de ferro gusa que apresenta teor de silício dentro dos limites pré-estabelecidos. • Temperatura de Chama: Temperatura na zona de combustão em frente às ventaneiras, calculado supondo condições adiabáticas nesta zona (°C). • Temperatura do Gusa: Temperatura de gusa medida durante a corrida (°C). • Teor de Silício no gusa: Quantidade percentual de silício existente no gusa, determinada por análise química ou instrumental. • Velocidade do ar quente: Velocidade do ar quente nas ventaneiras (calculada) (m/s). • Volume de Escória: Quantidade de escória produzida para uma tonelada de gusa (K/t). • Volume interno do AF: Volume compreendido entre o plano horizontal tangente ao furo de gusa na parte inferior (lado interno) e o plano que passa pelo nível de carga (projeto). • Volume Total: Volume do AF compreendido entre o nível superior da soleira do forno e o nível superior da goela (m³). 6-REVESTIMENTO REFRATÁRIO O revestimento do Alto-Forno é feito através de tijolos refratários sílico-aluminosos, magnesianos ou de carbono, argamassa, concreto refratário e chamote. Em cada região ou zona, é utilizado um tipo de tijolo refratário devido ao desgaste provocado pelas reações químicas e variações de temperatura. 7-SISTEMA DE DEPURAÇÃO A função primordial da refrigeração é diminuir o desgaste do refratário e da própria chaparia, eliminando também a irradiação de calor na área do Alto-Forno. É feita através de chuveiros nas regiões da cuba, rampa e cadinho. 8-SISTEMA DE LIMPEZA DOS GASES Quando o gás deixa o AF, leva consigo de 15 a 30 grs. de poeira por m³, porém, nos aparelhos onde o gás é queimado para produzir calor, não podemos trabalhar com este gás sujo, porque ele entupiria os queimadores diminuindo o seu rendimento. É necessário que façamos a limpeza do gás antes de sua utilização. A limpeza do gás pode ser feita a seco ou com presença d’água. Dentre os aparelhos que promovem a limpeza do gás por via seca, podemos citar balão de poeira, precipitadores eletrotásticos, “chicanas”, dentre outros. Quando utilizamos água para auxiliar na limpeza dos gases, a operação denomina-se “via úmida”. Os principais aparelhos utilizados por este processo são: lavadores ou torres de lavagem, desintegradores e “Venturi”. 8.1-BALÃO DE POEIRA Em nosso caso utilizamos este tipo de aparelho, cuja a separação da poeira do gás se faz por gravidade, isto é, quando o gás proveniente do AF penetra no balão em contato com o volume muito grande do balão, o gás perde a velocidade e a poeira vai se depositar no fundo do mesmo. O balão de poeira é tanto mais eficiente quanto maior for sua seção para uma determinada vazão de gás. A finalidade dos balões de poeira é eliminar as impurezas dos gases (partículas sólidas) que por ventura poderiam entupir os queimadores. Com gases limpos teremos uma combustão maior obtendo com isso uma melhoria nas temperaturas dos Glêndons. 9-SISTEMA DE AQUECIMENTO DO AR/REGENERADORES DE CALOR Glêndon: é um aparelho cuja finalidade é aquecer o ar para ser injetado no AF. Dependendo do tamanho do AF, ele trabalha com um, dois ou três Glêndons. Não se pode passar de quatro Glêndons, porque se houver alguma irregularidade de marcha no Alto-Forno poderá faltar gás para o funcionamento destes, quando trabalharmos com mias de um Glêndon eles operam em paralelos. 9.1-Descrição Funcionamento dos Glêndons: É constituído em alvenaria sobre uma base de concreto. As paredes são duplas sendo que a parede interna é feita de tijolos semi-refratários e a externas de tijolos comuns. O teto é feito de tijolos semi-refratários encaixados nos trilhos, ou seja, o teto é suspenso por trilhos. Visto de fora o glêndons é como se fosse em paralelepípedo e dentro deste, estão enfileiradas as garrafas de ferro fundido cinzento serpentina de aço inox onde passa o ar para ser aquecido. Estas garrafas medem aproximadamente 1,85 m de atura e são chamadas nas caixas com argamassa composta de limalha de ferro fundido, enxofre, bicarbonato de amônio e acido acético glacial. Essas massas depois de algum tempo fica com uma resistência muito grande. As garrafas são ligadas em série tendo três fileiras de cada lado o ar produzido pelas ventoinhas, ou máquinas sopradas, é distribuído na entrada dos glêndons por todas as fileiras de garrafas. As garrafas aquecidas por queimadores colocados uma de cada lado dos Glêndons cedem calor ao ar que passa continuamente dentro delas em frente aos queimadores há uma coluna de tijolos que serve para distribuir o calor para todas as garrafas e evitar desgastes nas garrafas da frente. Em cada queimador há um registro para regulagem das chamas. No meio do Glêndon existe um canal que é ligado à chaminé de 12m de altura. 9.2-Entrada de um Glêndon em funcionamento: Deve-se aquecê-lo com lenha durante dias (3 dias) para que as garrafas possam atingir uma boa temperatura. Quando o Glêndon estiver entrando em funcionamento pela primeira vez, o aquecimento serve para secar os tijolos das paredes. Ao ligar o Alto-Forno devem-se ter lenhas incandescentes próximo aos queimadores para que o gás se inflame. 9.3-Cuidados especiais na operação de um Glêndon: Devem-se fechar as chaminés imediatamente após qualquer parada do AF, evitando assim que continue a tiragem com o forno parado o que ocasionaria choque térmico nas garrafas e o esfriamento do mesmo. Ao ligar o AF, manter a pressão um pouco mais baixa durante um determinado tempo evitando-se assim a entrada de ar frio durante muito tempo no forno. Agindo assim evita-se também o choque térmico das garrafas. 10-SALA DE MAQUINAS E INSTRUMENTAÇÃO Compressores: os compressores usados são do tipo madial centrífugos e montados em série com a finalidade de se obter a pressão de descarga final desejada, uma vez que a pressão de descarga de cada unidade isolada é de 1,40 m.c.a (0,14 Kgf/C2). A montagem é do tipo “By-Pass” para cada compressor, de maneira a permitir sua manutenção ou qualquer outra eventualidade sem necessidade de parar o conjunto. Na sala de máquinas existe um quadro de comandos onde sempre observar a amperagem máxima dos motores 140ª evitando com isso a queima dos fusíveis ou dos próprios motores. 11-MATÉRIAS PRIMAS 11.1-Carvão coque: é produzido a partir do carvão mineral, em coqueiria, apesar de sua grande semelhança com o carvão vegetal, apresenta uma superioridade em termos de carbono fixo. Por outro lado, vem acompanhado de certas impurezas como enxofre superior ao carvão vegetal. Seu aspecto é aglomerado poroso, cor escura. Tem a mesma finalidade no emprego ao AF, ou seja, combustível e redutor. Sua análise química pode variar em: Carbono fixo: 80 a 90% Cinzas: 6 a 9% Enxofre: 0,5 a 0,8% É encontrado na natureza com forma natural de um mineral. 11.2-Carvão vegetal: È um produto da destilação da madeira. Pode ser produzidos em carvoeiras, fornos de alvenaria ou em unidade contínuas, atualmente já encontram processos mais modernos com fornos metálicos móveis. A temperatura da destilação oscila entre 500 a 600°C. A quantidade de lenha necessária para obter 1 m³ de carvão, depende muito da qualidade da madeira e da operação dos fornos de destilação. Devido sua baixa resistência deve sofrer o mínimo de manuseio a fim de evitar quebra. Seu peso específico na base seca varia de 200 a 290 Kg/m³, dependendo do tipo da madeira de origem na época da chuva, devido à umidade chega até 400 Kg/m³. Sua análise química pode variar em: Carbono fixo: 50 a 78% Cinzas: 2,5 a 6% Materiais voláteis: 15 a 30% Umidade: 3 a 20% Análise das cinzas: SiO2: 18 a 25% CaO: 25 a 35% MgO: 3 a 7% Fw: 3 a 5% Al2O3: 2 a 4% Mn: 0,5% P: 0,7% a 1,5% Análise das matérias voláteis, composição volumétrica: CO2: -9% CO: -20% H2: -64% CmHm: -7% No AF tem como sua principal finalidade ser o combustível e redutor. 11.3-Minério manganês: MnO: É um mineral secundário que apresenta frequentemente com a piriluzita, formado sob condições similares. É também utilizado na metalurgia sob formas de ligas (FeMn). Este tem a função de dessulfurante e desoxidante de aciaria. 11.4-Quartzito (sílica) SiO2: É um mineral muito comum, pois a maioria das rochas tem SiO2. É encontrada na natureza na forma cristalizada, sua finalidade no AF é a seguinte: Atua como fundente, combina-se com calcário (CaO) magnésio e Al2O3 formando um composto de baixo ponto de fusão fornecendo também Si (silício) para o gusa. A areia tem a mesma finalidade da sílica, quando enfornada. Sua analise química em media de SiO2 é de 95%. 11.5-Dolomita É uma rocha essencial constituída de MgO. É proveniente de depósitos sedimentares, como mármores dolomíticos. É usado no AF como fundente básico, na formação da escória, combina-se com a sílica retirando a ganga do minério. 11.6-Calcário É uma rocha constituída em sua maior parte de carbonato de cálcio. Seus depósitos têm origem na precipitação. Como fundente o calcário é usado na aciaria para formação de escórias fluidas e na eliminação das impurezas, no AF permite a eliminação da ganga do minério sob forma de escória de baixo ponto de fusão. É um fundente básico como calcita e dolomita. 11.7-Alumina (Bauxita) Al2O3 – É o principal minério de alumínio. Bauxita é o nome dado para mistura de óxidos de alumínio. Sua característica, devido à mistura de mineral, é de uma rocha. Apresenta-se de varias cores: branca, amarela, castanha, avermelhada, etc. Em todos os AF sua aplicação tem a finalidade de tornar a escória mais fluida (hoje pouco usado), pois a porcentagem ideal geralmente vem através do minério de ferro e fundentes. 12-EVOLUÇÃO DO GÁS REDUTOR: O oxigênio do ar aquecido introduzido através das ventaneiras, em contato com o carbono do carvão vegetal incandescente provoca a queima do mesmo; resultando numa determinada quantidade de gases. Esses gases quentes subindo através da coluna de carga no forno, vão dar lugar a uma série de reações com os componentes de carga, saindo no topo com uma mistura constituída principalmente de N2, CO, CO2 e H2 e o vapor de água; arrastando também uma grande quantidade de materiais finos (poeiras). O oxigênio do ar soprado em contato com o carbono do carvão vegetal incandescente reage segundo a reação: C + O2  CO2 O gás ao subir se afasta da zona Oxidante das ventaneiras, o oxigênio vai diminuindo em concentração e o CO2 formado em grande quantidade com o carbono (C) do carvão vegetal incandescente em excesso, reage novamente, formado: CO + C  2CO Resumindo temos a seguinte reação: 2C + O2  2CO O ar soprado contém umidade, sua decomposição se fará segundo reação: C + H2O  CO + H2 Ocasionando um aumento de CO e H2 no gás de topo. 12-1 REDUÇÕES DOS ÓXIDOS DE FERRO: A partir do topo do AF, as partículas de óxidos de ferro (minério granulado) são secadas e reduzidas.  Parte superior da cuba: 3Fe2O3 + CO  2Fe2O4 + CO2  Parte intermediária da cuba: Fe3O4 + CO  3FeO + CO2  Parte inferior da cuba: FeO + CO  Fe + CO2 FeO + C  Fe + CO Óxido de ferro reduzido pelo óxido de carbono chamamos de redução indireta e pelo carbono de redução direta. Na redução direta temos produção do gás redutor (CO) regenerando o poder redutor do gás. 13-REDUÇÃO DOS ÓXIDOS NÃO FERROSOS: A carga do AF contém óxidos não ferrosos, tais como: Calcário e/ou dolomita CaO + MgO Sílica SiO2 Alumina Al2O3 Óxido de manganês MnO Óxido de fósforo P2O5 A alta temperatura pelo carbono (C), isto é, redução direta; alguns desses óxidos sofre redução parcial. As partes não reduzidas constituem a escória, as reduzidas Si (silício), P(fósforo) e Mn (manganês) incorporam no gusa liquido. 14-PRINCIPAIS TRANSFORMAÇÕES NO INTERIOR DO AF: 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO  3FeO + CO2 FeO + CO  Fe + CO2 2CO  C + CO2 FeO + CO  Fe + CO2 C + CO2  2CO FeO + C  Fe + CO 3FeO + 5CO  Fe3C + 4CO2 3Fe + 2CO  Fe3C + 4CO2 MnO + C  Mn + CO FeS + CaO + C  CaS + Fe + CO SiO2 + 2C  Si + 2CO P2O5 + 5C  2P + 5CO 2CO  C + CO2 (precipitação do C) CO2 + C  2CO (gaseificação do CO) C + O2  CO2 CaCO3  CaO + CO2 CaO + Al2O3 + SiO2  silicato Eliminação de água Decomposição da água combinada H2O + C  H2 + CO 15-PRINCIPAIS REAÇÕES E TEMPERATURA POR ZONAS: Zona de calcinação: também chamada de zona de desidratação é a zona superior do forno, constituída pelo final da cuba e pela goela, até o nível das cargas. É nesta região que os vários componentes da carga perdem a água (umidade) logo em seguida, a água de composição. Tem a temperatura de 150° a 300°C. no caso da carvão vegetal, é nessa zona que há a eliminação de matérias voláteis (fumaça). Zona de redução (redução indireta): é a zona onde se ocorre a redução dos óxidos de ferro. É constituída pelo ventre e cuba do forno e vai até uma altura de aproximadamente 2,40m, abaixo do nível das cargas onde ocorre também a dissociação do calcário. CaCO3 + calor → CaO + CO2 Zona de fusão (redução direta): é constituída pela rampa do forno. É nesta região que o ferro metálico formado na zona superior, encontrando temperatura suficiente, se funde e se satura de carbono devido ao contato com os vários óxidos reduzidos ( SiO2, MnO2, P2O5) e outros. Da intensidade da redução desse oxido depende a composição do gusa, porque os metais e metalóides são dissolvidos pelo ferro liquido enquanto que os óxidos permanecem na escória. Temperatura nesta zona 1500°C. Zona de combustão: é a zona onde se dá a queima do combustível em contato com o ar que penetra pelas ventaneiras, temperatura varia 1800°C a 2000°C. 16-FORMAÇÃO DE ESCÓRIA • Escória de alto-forno são dissoluções ígneas de óxidos e de outros compostos originados da ação mutua deste óxido entre si e de outros compostos do banho fundido. A escória é o resultado da combinação dos fundentes com o estéril do minério, com a cinza do carvão é obtida no estado líquido nas partes inferior do forno. São formadas essencialmente de compostos de SiO2, Al2O3, CaO, MnO, FeO, MgO. A formação de escória se dá a partir de 800°C onde os óxidos de ferro e manganês obtidos por redução indireta agem em parte com a sílica formando silicatos. Esses silicatos formados, atingem um certo amolecimento à temperatura de cerca de 1.100°C e descem para regiões mais quentes do forno. Nessas regiões, já encontram a cal devido a dissociação do CaCO3 (calcário). Essas reações tem início à 1200°C e se completam na zona do cadinho. Durante a passagem pela zona de combustão. Os silicatos de cálcio se incorporam à alumina, ao óxido de Mg, à parte de Feo e ao MnO formado as escórias finas. 16.1-Classificações das escórias Uma primeira classificação consiste em considerar a relação molecular do CaO e do SiO2 contido nas escórias. A esta relação denomina-se índice de basicidade simbolizada por IB. e a relação inversa seria denominada Índice de acidez. Mediante o valor do índice de basicidade teremos a seguinte classificação; IB = CaO/SiO2 Maior que 1,0 escória básica Igual a 1,0 escória neutra Menor que 1,0 escória ácida Obs: todo forno com revestimento Silico Aluminoso deve-se trabalhar com escória ácida, já os fornos com revestimentos básico dolomitico com escória básicas. Em um forno com revestimento ácido, trabalhando-se com escória básica ocorrerá um maior desgaste dos refratários provocados pelas reações químicas. 16.2-Características visuais e físicas: Escória Branca: Escória Básica; Escória Verde: o AF apresenta tendência a esfriar; Escória Preta: AF com tendência a esfriar; Escória Queimada: Indica que o AF está com princípio de marcha fria proveniente de arriamentos ou AF sem sonda. Escória azul: Escória silicosa, também chamada de escória saturada. Escória cinza: este tipo de escória representa um marcha normal do AF. Escória difíceis de serem esgotadas podem ser: altamentes silicosas ou com alto teor de alumina, ou seja, aluminosa. Escória básica e com baixa temperatura ocasionada por penetração de água no interior do AF. 17-OPERAÇÃO DO ALTO-FORNO Umas das principais dificuldades na operação do AF reside no fato que os materiais carregados no topo do forno, não saem antes de 6 à 8 horas após seu enfornamento e o tempo entre ação corretiva e seus efeitos é o mesmo acima. Sendo assim, a arte de conduzir o AF é fruto de uma EXPERIÊNCIA que permite prevê a evolução da marcha do forno em função de certos ÌNDICES ou PARAMETROS de controle. O operador do AF deve procurar manter um equilíbrio térmico e químico no forno, tendo como ferramenta meios de interferir nos vários parâmetros à sua disposição. As causas das variações são múltiplas e o trabalho do operador consiste em dosar convenientemente as correções, de modo a não criar um desequilíbrio inverso. Em síntese a operação do AF consiste em: Obter máxima produtividade. Obter máxima classificação do gusa, numa determinada composição química especificada pelo cliente, com uma homogeneidade tanto maior quanto possível. Obter uma marcha mais estável possível, e para isso necessita-se que: Toda equipe esteja bem treinada executando corretamente suas tarefas. Boa preparação de carga (carvão, minério, fundentes e etc...) Boas condições de equipamento auxiliares (sopradores, glêndons, sistema de tratamento de gás, sistema de carregamento, balanças, medidores de temperatura, vazão de ar, distribuidor de carga, etc.). O Alto-forno tenha um perfil bem determinado. 18.1-GUSA CONCEITOS BÁSICOS: Tipos de gusa: • Ferro gusa é uma liga de Fé-C com carbono compreendido geralmente entre 3% e 6% mais outros elementos oriundos do processo de fabricação tais como, silício, enxofre, fósforo e manganês. Aciaria: Esta denominação é caracterizada pelo teor de silício no gusa que é de 0 a 1,5%. Usado para produção de aço. Fundição: Denominado pelo maior teor de silício no gusa silício acima de 1,5% usado para confecção de peças fundidas. 18.2-MODO DE EXAMINAR A FRATURA DO GUSA: Como a amostra é retangular sofre variação de acordo com a velocidade de resfriamento, é preciso que se mantenha uma condição de resfriamento constante (lenta). Quando maior a parte preta mais quente estará o forno. No caso da parte preta for igual à branca, quando maior forem os grãos de grafite, o forno estará mais quente. 18.3-MODO DE EXAMINAR O GUSA LIQUIDO NO CANAL: Quando as fagulhas (estrelas): Fagulhas que explodem no canal em grande quantidade, índice de silício baixo. Pouca quantidade ou quase nenhuma, índice de silício alto. Fagulhas que não explodem apresentando intensamente nos canais superiores indicio de enxofre alto. Quanto à cor: Avermelhado: gusa frio; Esbranquiçado: gusa quente. Quanto ao aspecto da superfície: Apresentando uma nata ou manchas na superfície, gusa frio; Agarramento nas laterais do canal (viscosidade alta), gusa quente. Lingotadeira e lingoteiras: a lingotadeira é de tipo circular, constituída de chapa de vigas onde são colocadas as lingoteiras de ferro fundido. Estas lingoteiras tem a finalidade de dar forma ao ferro gusa lingotado. Para efetuar o bom lingotamento as lingoteiras devem estar sempre limpas e caiadas, facilitando a retirada do lingote. 19-LEITO DE FUSÃO CONCEITOS E FINALIDADES Calcular o leito de fusão de um AF consiste em determinar as quantidades adequadas dos diversos minérios e fundentes disponíveis, que deverão ser introduzidas no AF de modo a obter-se uma marcha mais rentável e econômica. O leito de fusão deve ser calculado visando obter-se um ferro gusa de composição especificada, bem como conferir uma marcha regular ao forno, proporcionando a máxima produtividade e o menor consumo de combustível. 20-CONCEITO PRÁTICO DE OPERAÇÃO DO ALTO-FORNO De acordo com o sentimento dos que atuam diretamente com a produção de gusa, ajudantes, forneiros, guincheiros, encarregados, criou um conceito popular bastante prático sobre uma boa operação: “No alto-forno devemos ter a cabeça fria, a barriga cheia e o pé quente”. Na realidade podemos conceituar como uma boa operação: • Temperatura de topo baixa; • Alto-forno sempre cheio; • Gusa quente na faixa de 1400°C na bica de corrida. Podemos dizer que uma boa operação depende diretamente do HOMEM, da qualidade das matérias primas e dos equipamentos. 21-DESCIDA DE CARGA: O minério de ferro, pelota, sinter, calcário, quartzito, carvão vegetal e outros que compõem a carga do AF, é carregado pelo topo do mesmo em seqüência pré-estabelecida. A carga depois de passar pelo cone pequeno e cone grande é lançada para dentro do forno. As regiões inferiores do AF possuem alta temperatura, como o ponto de fusão do carvão vegetal é bem superior a estas temperaturas, somente o mesmo atinge a região das ventaneiras, enquanto os minérios de ferro iniciam a sua fusão na região da cuba inferior e ventre. O carvão vegetal tem uma função importantíssima na descida regular de carga, garantido uma boa permeabilidade para o gás ascendente naquelas regiões onde os minérios encontram-se no estado pastoso (inicio de fusão). O carvão vegetal à medida que vai sendo queimado na região das ventaneiras, diminui de tamanho e com a fusão dos materiais que compõem a carga, provoca um abaixamento do nível de carga no interior do AF, sendo necessário um novo carregamento do topo. Define-se como descida regular de carga como aquela que a sonda atinge um valor pré estabelecido num mesmo intervalo de tempo, o qual depende das condições operacionais do forno. Pode-se definir a marcha do AF pela descida de carga. 22-MARCHA DE UM ALTO-FORNO Marcha normal: a boa marcha de um AF é caracterizada por regularidade da pressão, vazão, permeabilidade da carga, temperatura do ar, qualidade da escória e qualidade do ferro gusa. 22.1-Marchas irregulares Tipos: marcha quente, marcha fria, engaiolada. 22.1.1-Marcha quente: é caracterizada pelo alto teor de silício no ferro gusa, tanto em gusa de aciaria como fundição, atingem elevadas temperaturas no interior do AF ocasionando baixa produtividade e engaiolamento na cuba. Causas de marcha quente: • Excesso de enfornamento de carga seca; • Peso errado da carga metálica; • Erro no cálculo do leito de fusão; • Balança mal conferida. • Providências a serem tomadas; • Aumentar na carga metálica do AF • Aumentar vazão; • Diminuir a temperatura do ar; • Diminuir o volume de carvão enfornado. 22.1.2-Marcha fria: é caracterizada pelo baixo teor de silício e baixíssima temperatura do ferro gusa. Causa da marcha fria: • Ventaneiras queimadas ou furadas, consequentemente, lançando água no interior do AF. • Carga metálica com peso superior ao normal; • Carvão com volume menor que o normal; • Carvão com alto teor de umidade; • Forno trabalhando com nível baixo de carga (sem sonda); • Escória altamente ácida, aluminosa e mal esgotada; • Péssimo peneiramento das matérias-primas; • Arriamentos constantes; • Fluidização da carga; • Alto teor de umidade das matérias-primas. Conseqüências da marcha fria: • Baixa produção; • Maior consumo de carvão; • Alta geração de formato irregular (sucata); • Maior consumo de oxigênio e tubos P.P.L. Providências a serem tomadas: Verificação nas timpas e ventaneiras, que em caso de danos devem ser isoladas ou substituídas dependendo da gravidade da marcha, para esta verificação é necessário que reduza a pressão para 1m.c.a em seguida tamponar a saída d’agua da timpa ou ventaneira. Se estas estiverem danificadas, haverá um corrimento de água entre ventaneira e a timpa e obstruição ou apagamento do carvão incandescente em frente ao algaravize. 22.1.3-Marcha engaiolada: a carga não desce normalmente no interior do forno, podemos constatar isto pelos seguintes fatos:  Pressão do ar aumenta e vazão diminui;  Sonda não desce. Causas: Alto-forno em marcha quente; Existência de “cascão” na parede do AF; Qualidade ruim da matéria prima; Péssimo peneiramento do minério e carvão. Providência a serem tomadas: • No caso da AF estar em marcha quente, as providencias já foram citadas acima. • Redução da pressão para tentar eliminar cascão no seu interior; • Reduza para tentar eliminar cascão no seu interior; • Melhoria no peneiramento do carvão e minério; • Boa distribuição da carga no topo do AF. 23-LIMITE DE MARCHA DO ALTO-FORNO: Para um determinado leito de fusão, existe sempre uma marcha ótima. Quanto melhor a preparação de carga, melhor e mais constante será a marcha do alto-forno. Normalmente a marcha de um determinado AF depende: • Dos fatores de construção do forno: diâmetro do cadinho, ventre, etc. • Das capacidades dos equipamentos auxiliares: sopradores, roda de lingotamento, sistema de carregamento, sistema de peneiramento e pesagem das matérias primas, sistema de tratamento de gás, etc... • Da granulométria das matérias primas, isto é, da permeabilidade da carga. • Da composição química das matérias primas. • Do teor de silício e temperatura do gusa. • Do volume e temperatura do ar soprado. • Da redutibilidade e crepitação da carga metálica. • Do volume útil do AF. • Do peso específico do carvão vegetal (quantidade de carbono por m³). • Do volume de escória. • Da distribuição de carga no interior do AF • Permeabilidade é maior ou menor facilidade do gás atravessar a carga. 24-Interrupção de marcha do AF • Parada imprevista do AF; • Pique de energia • Falta de energia; • Troca de ventaneiras; • Desarmamento no disjuntor ocasionado por queima de motores e ou contactores; • Grande fervura na bica na boca do AF; • Isolamento de um Glêndon. Em caso de pique de energia ou falta de energia que podem ocasionar obstruição de alguns algaravizes, neste caso deve-se desce-los, limpa-los verificando o tubo de anel de vento. Nos demais casos vazar o AF e efetuar a parada do mesmo, evitando com isto a obstruição dos algaravizes. 25-Parada programada/procedimentos Podem ocorrer quando:  Revisão geral da manutenção mecânica;  Falta de energia programada pela Cemig ou outra, etc. Procedimento a serem tomadas: Enfornamento de carga seca, enfornamento de carga metálica com menor peso, vazar o AF esgotando todo o gusa e escoria existente no cadinho, parar o AF cheio com as cargas secas na regia das ventaneiras, retirar todos os algaravizes e ventaneiras colocando barro no lugar das ventaneiras, colocar areia no topo do AF espalhando a mesma para melhor vedação, desligar a água dos chuveiros e diminuir a água das timpas. 26-REINÍCIO DE MARCHA: devemos retirar o barro no local das ventaneiras, limpar dentro do AF até encontrar carvão incandescente. Sempre que efetuar esta operação deve-se encontrar oxido de ferro. Montar os ventaneiras e algaravizes, abrir as válvulas e chaninês colocar em marcha as máquinas, colocar 1,5m.c.a de pressão, fechar as válvulas do topo do AF, fechar as válvulas dos balões, acender os Glêndons, passar a pressão para 2m.c.a, aumentar a pressão do AF de 0,5 em 0,5m.c.a de hora em hora.até atingir 4m.c.a. manter esta pressão até a primeira corrida, passar a pressão para pressão normal em seguida. 27-CONCLUSÃO Aliado à teoria, o conhecimento prático adquirido beneficiou de maneira surpreendente a todas as expectativas possíveis. Este beneficiamento se fez possível graças ao modelo de trabalho empregado pela Barão de Mauá, modelo este, que permite aos aprendizes conhecer todos os segmentos da produção de forma detalhada e com precisão. Através do suporte fornecido pela empresa e, principalmente, da experiência dos supervisores e colaboradores, aprendi que o trabalho em equipe realmente fornece resultados satisfatórios não só para a empresa, mas, para todos colaboradores de modo particular. A partir do estágio, tive a certeza que neste segmento irei alavancar profissionalmente. A nova visão empresarial adquirida, juntamente com conteúdos estudados, mostrou que o ramo da metalurgia, sem dúvida, é de grandes desafios e limites a serem superados por cada processo produtivo na busca da melhoria contínua. 28-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. NETO, José Gonçalves de Paula: Siderurgia. CASTRO, Luiz Fernando Andrade: Minas Ambiente – Controle Ambiental das Indústrias de produção de ferro gusa em Altos-Fornos a carvão vegetal. Material coletado na Siderúrgica Barão de Mauá Ltda. www.sidermaua.com.br

GLEISSON MACIEL GOMES PINHEIRO
Técnico em Metalurgia  / MG - SETE LAGOAS

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