1 introduçÃo geral



Baixar 76.24 Kb.
Encontro20.05.2018
Tamanho76.24 Kb.

ADIÇÃO DE POEIRA DE ACIARIA ELÉTRICA EM FERRO GUSA LÍQUIDO

UTILIZANDO CADINHO DE GRAFITE-ARGILA

Vicente de Paulo Ferreira Marques Sobrinho

Professor do IFES – Espírito Santo

Av. Vitória, 1729 – Vitória – ES – 29040 780

vicente@ifes.edu.br
José Roberto de Oliveira

Professor do IFES – Espírito Santo


Estéfano Aparecido Vieira

Professor do IFES – Espírito Santo


Victor Bridi Telles

Doutorando da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Felipe Fardin Grillo

Doutorando da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Jorge Alberto Soares Tenório

Professor Titular da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo


Denise Crocce Romano Espinosa

Professora da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo




RESUMO



Esta pesquisa tem como objetivo estudar a incorporação da massa da poeira de aciaria elétrica (PAE), mediante adição em ferro gusa líquido (1,78% Si) à temperatura de 1400 graus Celsius. A PAE é proveniente de uma usina siderúrgica produtora de aços longos. Previamente, a PAE será caracterizada utilizando-se as seguintes técnicas: análise química, análise granulométrica, área de superfície específica, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de micro-regiões por EDS. Após a caracterização, a PAE sob a forma “como recebido” será pesada para ser adicionada ao banho de ferro gusa. A realização dos experimentos de fusão, em escala de laboratório, ocorrerá em um forno vertical tubular com controlador de temperatura. Os experimentos de fusão para avaliar a incorporação da massa de PAE utilizarão cadinhos de grafite-argila. Após o resfriamento, ferro gusa e escória remanescentes no cadinho serão pesados objetivando efetuar um balanço de massa. Um fluxo de gás inerte (argônio) será mantido no interior do forno durante a realização dos experimentos.
Palavras-chave: Resíduos siderúrgicos; Poeiras; Reciclagem


INTRODUÇÃO
No mundo, a quantidade de aço produzida via forno elétrico de aciaria vem aumentando a cada ano, conseqüentemente, a quantidade de PAE também está aumentando[1].

Independente do tipo de forno ou do processo utilizado, fabricar aço é uma operação que impacta o meio ambiente em função de emissão de uma grande quantidade de poeira[2]. Vários autores[3,4,5,6,7,8] têm relatado os índices da quantidade gerada de poeira de aciaria com relação à produção de aço. Tais valores mostram que entre 15 a 20kg de PAE são gerados para cada tonelada de aço que é produzida.

A PAE é classificada, de acordo com norma NBR 10.004, como resíduo sólido perigoso, Classe 1I[9], bem como em outros países produtores de aço, como Estados Unidos[10,11], Japão[12] e países da União Européia[13]. Devido a esta classificação, o manuseio e deposição da PAE no Brasil exigem cuidados especiais.

Diante do exposto, é válido afirmar que com a crescente quantidade de geração de PAE, tornar-se oportuno e necessário um estudo para reciclar a PAE, tal que esta reciclagem possa reduzir custos quando do uso da PAE acontecer dentro da usina siderúrgica geradora ou gerar receitas quando o uso for externo[14].




MATERIAIS E MÉTODO
Serão coletados 100 kg de PAE, 100 kg de ferro gusa em indústrias da grande Vitória, no estado do Espírito Santo a saber:

  • poeira de aciaria elétrica: ArcelorMittal/Cariacica; e

  • ferro gusa: Fundição Ucrânia localizada no município da Serra.

De posse das matérias-primas, será realizada a caracterização química e física da matéria-prima principal, mediante várias técnicas de caracterização:

  • análise química;

  • análise granulométrica;

  • área de superfície específica;

  • caracterização da forma das partículas da poeira mediante o uso de microscopia ótica e eletrônica de varredura;

  • análise por dispersão de energia; e

  • difração de raios-x.

Para os experimentos de estudo da adição de PAE, o ferro gusa com a composição conhecida (1,78%Si) na quantidade de 2314,80 a 2400,10g, será carregado em um cadinho de grafite-argila com 110mm de diâmetro interno. Este cadinho será então levado até um forno vertical tubular.

Em seguida será injetado argônio na câmara de aquecimento, para evitar a oxidação do ferro gusa.

Quando a temperatura do banho atingir a temperatura de trabalho, que é de 1.400oC, a PAE sob a forma “como recebido” será adicionada. Será retirada amostra do ferro gusa e da escória trinta minutos após a adição de PAE através de um amostrador á vácuo; em seguida o forno será desligado. Após resfriamento, metal e escória remanescentes no cadinho serão pesados objetivando efetuar um balanço de massa. De posse dos resultados, os mesmos serão comparados, para se medir a eficiência do processo

RESULTADOS E DISCUSSÃO




O resultado da análise química da PAE é apresentado na tabela 1:




Tabela 1 – Composição química da PAE


Elemento químico

Composição

(%)


Elemento químico

Composição

(%)


Fetotal

38,9

S

0,88

Zntotal

11,7

Al

0,32

Ca

3,06

P

0,14

Si

1,66

Cu

0,28

Mn

2,27

Cr

0,21

Mg

1,33

Ti

0,08

Cl

4,64

Br

0,13

K

1,87

Sn

0,07

Pb

1,48

Cd

0,03

Fetotal corresponde ao metal na forma de Fe, Fe3O4, Fe2O3 e FeO; Zn total corresponde ao metal na forma de Zn, ZnO e de zinco associado com o Fe (ZnFe2O4)

Pode-se observar que o teor de Fe e o teor de Zn são compatíveis com os valores apresentados pelas siderúrgicas americanas (Fe: 24,9 a 46,9% e Zn: 11,1 a 26,9%)..

O resultado da análise do tamanho das partículas está representado na figura a seguir:

Tamanho da partícula (µm)

Figura 1 – Distribuição do tamanho das partículas.
O relatório do ensaio apresenta que 10% da amostra possui diâmetro da partícula menor que 0,672 µm e 90% do material apresenta granulometria inferior a 17,070 µm. O relatório do ensaio apresenta ainda como resultado da área superficial específica das partículas o valor de 3,81 m2/g e o valor do diâmetro médio da partícula de 2,281 µm.

A Figura 2 apresenta o espectro de difração de raios-X da PAE.






Figura 2: Espectro de difração de raios-X da PAE.

Observa-se na figura acima a predominância da Magnetita (Fe3O4), Magnesioferrita (MgFe2O4) e Franklinita (ZnFe2O4).


A Figura 3 apresenta uma micrografia da morfologia da PAE.

Figura 3 – Microscopia Eletrônica da PAE.

Verifica-se que a PAE é constituída predominantemente de partículas de formato esférico, formato este que está diretamente relacionado com o mecanismo de formação das poeiras.

A tabela 2 apresenta os resultados dos experimentos efetuados com a adição de PAE:


Tabela 2 – Adição de PAE na forma “como recebido”






Adição de PAE

5%


Adição de PAE

10%


Adição de PAE

20%


Massa inicial do ferro gusa

2314,80

2462,70

2400,10

Massa inicial da PAE

115,74

246,30

480,00

Massa final do ferro gusa

2316,70

2304,90

2337,20

Massa da escória

33,60

70,20

170,50

% de escória

1,45

3,04

7,30

Massa da PAE volatilizada

80,24

333,90

372,40

% de PAE volatilizada

69,33

28,50

35,50

Massa de gusa incorporado

1,90

(157,80)

(62,90)

% de gusa incorporado

0,08

(6,40)

(2,62)

Observa-se que há uma incorporação de massa ao ferro gusa final quando a adição de PAE é de 5%. Para a adição de 10% e 20% de PAE, conclui-se que a área de contato gusa/escória e o tempo do experimento não foram suficientes para uma incorporação positiva da massa de PAE ao ferro gusa líquido.


O resultado da análise química da PAE volatilizada está apresentado na tabela 3:

Tabela 3 – Composição química da PAE volatilizada



Elemento químico

Composição

(%)


Elemento químico

Composição

(%)


Fetotal

3,57

S

0,24

Zntotal

57,60

Al

0,09

Ca

0,06

P

0,01

Si

0,36

Cu

0,15

Mn

0,11

Cr

<0,05

Mg

<0,05

Ti

<0,05

Cl

12,00

Br

0,43

K

2,94

Sn

0,05

Pb

4,45

Cd

0,10

Fetotal corresponde ao metal na forma de Fe, Fe3O4, Fe2O3 e FeO; Zn total corresponde ao metal na forma de Zn, ZnO e de zinco associado com o Fe (ZnFe2O4)

Pode-se observar que o teor de Fe diminui (de 38,9 para 3,57%) e o teor de Zn aumenta (de 11,7 para 57,6%) quando comparados com os valores apresentados pela PAE como recebido.

A figura 4 apresenta a distribuição do tamanho da partícula da PAE volatilizada.

Tamanho da partícula (µm)

Figura 4 – Distribuição granulométrica da PAE volatilizada
O relatório expedido pelo equipamento ao final da análise, relata que 10% da amostra possui diâmetro da partícula menor que 2,581µm e que 90% do material apresenta granulometria inferior a 41,904µm. O resultado da área superficial específica das partículas foi de 0,965 m2/g e o diâmetro médio da partícula 19,036µm.

A Figura 5 apresenta o espectro de difração de raios-X da PAE volatilizada.



Figura 5: Espectro de difração de raios-X da PAE volatilizada.

Observa-se a predominância do óxido de zinco e do composto denominado Simonkolleite.

A Figura 6 apresenta uma micrografia da morfologia da PAE volatilizada.

Figura 6 – Microscopia eletrônica da PAE volatilizada

Verifica-se que a PAE volatilizada é constituída predominantemente de partículas de formato lamelar.

CONCLUSÃO

A PAE estudada é constituída predominantemente de partículas de formato esférico.

Há incorporação de massa de PAE ao ferro gusa final quando a adição de PAE é de 5%.

A PAE volatilizada é constituída predominantemente de partículas de formato lamelar.

A PAE volatilizada apresentou um decréscimo no percentual final de ferro de 38,9% para 3,57% e um acréscimo no percentual final de zinco de 11,7% para 57,6% em comparação com a PAE “como recebido”.

AGRADECIMENTOS

Instituto Federal do Espírito Santo – IFES

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – EPUSP

FAPESP


ArcellorMital Cariacica

Fundição Ucrânia



REFERÊNCIAS
1 Mantovani, M. C.: Caracterização de Poeiras Geradas em Fornos Elétricos a Arco e seu Estudo quando Aglomeradas na Forma de Pelotas Auto-Redutoras. São Paulo: Escola Politécnica – USP. 1998. 165 p. Tese de Doutorado

2 Silva, M. C.: Reciclagem de Pó de Aciaria Elétrica como Matéria-Prima na Fabricação de Materiais Cerâmicos Argilosos: Controle das Emissões Atmosféricas de Zinco. Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. 2006. 157 p. Tese de Doutorado.

3 Nolasco Sobrinho, P. J.; Espinosa, D. C. R.; Tenório, J. A. S.: Caracterização da Poeira Gerada na Fabricação de Aço Inoxidável Visando a sua Reciclagem. Metalurgia e Materiais, 53 (4): 257-263, 2000

4 Hagni, A. M.; Hagni, R. De; Demars, C.: Mineralogical Characterisitics of Electric Arc Furnace Dusts. JOM, April, p. 28-30, 1991

5 Nolasco Sobinho, P. J.; Espinosa, D. C. R.; Tenório, J. A. S.: Characterization of Dusts and Sludges Generatede During Stainless Steel Production in Brazilian Industries. Iromaking and Steelmaking. V. 3, n. 1, p. 11-17, 2003.

6 Takano, C.; Capocchi, J. D. T.; Nascimento, R. C.; Mourão, M. B.; Lenz, G.; Santos, D. M.: A Reciclagem de Resíduos Siderúrgicos Sólidos. Seminário Nacional sobre Reuso/Reciclagem de Resíduos Sólidos Industriais. Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo. São Paulo, 2000.

7 Huber, J. C.; Patisson, F.; Rocabois, P.; Birat, J. P.; Ablitzer: Some Means to Reduce Emissions and Improve the Recovery of Electric Arc Furnace Dust by Controlling the Formation Mechanisms. In: REWAS, p. 1483-1492, 1999.

8 Dominguez, E. A.; Ullmann, R.; “Ecological Bricks” Made with Clays and Steel Dust pollutants. Applied Clay Science 11 (1996) 237-249.

9 Associação Brasileira de Normas Técnicas: NBR 10.004. Resíduos Sólidos – Classificação. Segunda Edição 2004.

10 Li, C. L.; Tsai, M. S. Mechanism of spinel ferrite dust formation in electric arc

furnace steelmaking. ISIJ International, v. 33, n. 2, p. 284-290, 1993

11 Ruiz, O. et al: Recycling of an electric arc furnace flue dust to obtain high grade

ZnO. Journal of Hazardous Material. n. 141, p. 33-36, 2007.

12 Zhang, Yanling; Kasai, Eiki; Nakamura, Takashi. Vaporization behavior of zinc

from the FeO-CaO-SiO2-Al2O3.ISIJ International, v. 45, n. 12, 2005, p. 1813-1819

13 Pelino, M. et al: Vitrification of electric arc furnace dusts. Waste Management. n.

22, p.945-949, 2002.

14 Marques Sobrinho, V. P. F., Oliveira, J. R., Tenório, J. A. S., Espinosa, D. C. R.,

Reciclagem de Poeira de Aciaria a Arco Elétrico. 42o Seminário de Aciaria da

ABM, Salvador, 2011. p. 609-618




ADDITION OF ELECTRIC ARC FURNACE DUST IN

HOT METAL USING GRAPHITE-CLAY CRUCIBLE
ABSTRACT

This research aims to assess the incorporation of mass of the electric arc furnace dust (EAFD) by addition in hot metal (1.78% Si) at a temperature of 1,4000C. The EAFD is from a steel mill producer of long steel. The EAFD will be added in the form as recivied. Previously, the EAFD is going to be characterized using the following techniques: chemical analysis, size analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) microanalysis. The achievement of fusion experiments in laboratory scale, is going to take place in a vertical tubular furnace with temperature control. The fusion experiments to assess the incorporation of the EAFD mass are going to use graphite-clay crucibles. After cooling the furnace to room temperature, it will be done the hot metal and the slag weighing to do a mass balance. A flow of inert gas (argon) is going to be maintained inside the furnace during the experiments.
Key-words: Siderurgical residue; Dust; Recycling.

Compartilhe com seus amigos:


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal