BR102017017535A2

BR102017017535A2 - Processo de pelotização a frio de finos de minério de ferro com flexibilidade de misturas

Info

Publication number: BR102017017535A2
Application number: BR102017017535-9A
Authority: BR
Inventors: Daniel Travassos Da Rosa Costa
Original assignee: Daniel Travassos Da Rosa Costa
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2019-03-19
Also published as: WO2019033187A1

Abstract

resumo ?processo de pelotização a frio de finos de minério de ferro com flexibilidade de misturas? a presente patente de invenção aplica-se ao segmento de tratamento de minério de ferro e refere-se a processo de pelotização a frio de finos de minério de ferro com flexibilidade de misturas, com faixa granulométrica de zero a 6,4mm, finos estes gerados compulsoriamente por mineradores e indústrias siderúrgicas que possuem atualmente como opções de aglomeração destes finos processos como a sinterização, a ceramização ou pelotização a quente e a briquetagem. a presente invenção apresenta processo de pelotização a frio e planta industrial adequada à realização do processo de produção de pelotas de minério.

Description

“PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS” [01] A presente patente de invenção aplica-se ao segmento de tratamento de minério de ferro e refere-se a processo de pelotização a frio de finos de minério de ferro, com faixa granulométrica de zero a 6,4mm, finos estes gerados compulsoriamente por mineradores e indústrias siderúrgicas que possuem atualmente como opções de aglomeração destes finos processos como a sinterização, a ceramização ou pelotização a quente e a briquetagem. São processos caros e operacionalmente complexos. A presente invenção apresenta processo de pelotização a frio e planta industrial adequada à realização do processo de produção de pelotas de minério.

[02] Atualmente a indústria do aço, que tem como primeira etapa de produção o ferro gusa obtido através dos altos fornos, demanda materiais granulados para alimentá-los que são fornecidos pela indústria da mineração, que por sua vez, ao beneficiar o minério gera grande quantidade de finos, seja pela cominuição dos minerais encontrados, seja pela necessidade de concentra-los. Estes finos, sinter feed e pellet feed, suprem as necessidades da sinterização e da produção de pelotas através do processo de ceramização ou pelotização a quente.

[03] Faz-se imperativo aglomerar estes finos, para que se adequem em forma e granulometria e assim possam ser alimentados os altos-fornos. Para tanto, utilizam-se os processos conhecidos, abaixo descritos.

[04] Sinterização: aglomera materiais na faixa granulométrica de 0,15mm a 6,4mm (sinter feed). Trata-se de um processo clássico que propicia a ligação das partículas através de um processo térmico até a fusão incipiente dos componentes de uma mistura constituída de finos de minério de ferro e adições de fundentes, promovendo a ligação das partículas. O produto gerado, chamado cake de sinter, é novamente britado para que o material atinja a dimensão adequada para a alimentação do alto forno. Nesta fragmentação há geração intensa de finos, alcançando até 30%, que implica reprocessamento e custos elevados. As sinterizações são instaladas no próprio complexo siderúrgico, pois, o sinter não apresenta resistência mecânica para resistir a viagens e

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2/15 transbordos. Apresenta limitações em absorver finos abaixo de 0,15mm em razão da necessidade de permeabilidade do material a ser sinterizado.

[05] Pelotização a quente / ceramização: utiliza o pellet feed como matéria prima, que após moagem fina é disponibilizado em granulometria 98% menor que 44 micronm. Esta condição de superfície especifica elevada permite a ceramização realizada neste processo. Para que o pelotamento seja possível utilizam-se aglomerantes variados, como bentonita, resinas, calcário e até cimento, com o objetivo de proporcionar resistência mecânica às pelotas verdes para resistirem ao transporte do disco ou tambor pelotizador às grelhas de ceramização. A moagem intensa da matéria prima (pellet feed, granulometria de zero a 0,15mm) representa consumo elevado de energia ou 55Kwh/T, e a ceramização apresenta elevado consumo de energia térmica ou 200 Kcal/kg. Como o processo leva o material a forte stress térmico, com temperatura máxima de 1350°C, produz como resultado elevado grau de trincas e fissuras (40%) das pelotas produzidas. Observa-se que a falta de equalização térmica do processo, havendo, portanto, partes do material em diferentes condições de carga térmica, provoca elevado desvio padrão da resistência mecânica das pelotas, podendo flutuar de 60 a 300Kg.

[06] Briquetagem: permite a aglomeração de finos de minério de tamanhos e formas variadas através da pressão exercida sobre o material. A fim de que o produto final (briquete) possua propriedades adequadas, é necessária a utilização de aglomerante na mistura. Trata-se de processo de baixa produtividade, o que limita sua aplicação como solução para o problema.

[07] Objetivando viabilizar o aproveitamento dos finos de minério (entre zero até 6,4mm) gerados pelas siderúrgicas, entre 8 a 12% da massa total de minério utilizado no alto-forno (resíduo), assim como os finos gerados pelas mineradoras, de até 60% da produção total, foi desenvolvido o processo descrito na presente patente de pelotização a frio, apresentando como diferencial os aspectos a seguir:

[08] - redução significativa de energia elétrica e térmica no processo: de

55Kwh/T para 8Kwh/T, visto que trabalha com finos e “grossos”, bem como em energia térmica, sendo que em períodos secos o aporte é mínimo, pois o material encontra-se com umidade abaixo de 3,5%, e nos períodos úmidos com

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7%, portanto, ponderando-se os números, encontra-se umidade média de (7+3,5+5,2) / 3 = 5,2, o que exige um consumo calorífico de 25Kcal/kg de pelota contra 200Kcal/kg na ceramização.

[09] - utilização de instalação industrial flexível em escala de produção e que demanda baixo valor de investimento (R$ 50,00/T ano de pelota), tornando-se assim uma solução que atende grandes e pequenas indústrias;

[010] - soluções ambientais consideráveis, como a redução de demandas energéticas com menor geração de carbono, aproveitamento de resíduos gerados pela siderurgia e dos finos de mineração.

[011] Para otimizar o processo de aglomeração a frio, o sistema baseia-se no arranjo das partículas de 0 a 0,8mm com distribuição granulométrica em curva contínua, gerando a menor superfície de contato possível para a formação do corpo esférico (pelota), de forma a reduzir a necessidade de cimento para sua aglomeração, sem comprometer a resistência mecânica da pelota, com a participação de finos (abaixo de 75microns) advindos do minério e do cimento especial utilizado (98% menor que 44microns), o empacotamento dos grãos de maior dimensão se dá de forma adequada, gerando resistência de ruptura da pelota de 12mm de diâmetro de até 150Kg.

[012] A quantidade de ultra finos de minério na mistura, de dimensão abaixo de 75micronm, que dependendo do teor de cimento especial que pode flutuar entre 5% e 8%, a depender da resistência alvo das pelotas, atinge faixa entre 34% e 48% e permite o empacotamento dos grãos mais grossos conforme (Figura 6). A pelota apresenta microestrutura de pelota crua com grãos angulosos e porosidade elevada; a matriz é composta por fases transparentes ao microscópio óptico provenientes da argamassa cimentícia; a pelota apresenta bom empacotamento por regiões compostas por matriz cimentícia e finos de minérios com boa coesão.

[013] Esta argamassa, formada pelos superfinos de minério e cimento especial desenvolvido, aderida às partículas mais grossas, confere à pelota resistência de ruptura elevada, de até 150Kg, preservando, entretanto, a porosidade entre 25% e 30%, conforme infra descrito. A mistura homogênea coloca em contato estreito as substâncias que deverão entrar em reação química no interior do reator.

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4/15 [014] A lâmina microscópica ilustrada na Figura 7 anexa ilustra a homogeneidade e o contato entre os óxidos que entram em reação mesmo antes de atingirem a fase líquida, devido as condições propícias às reações químicas: afinidade química, superfície de contato e elevada temperatura. No mapeamento microquímico é possível observar a acentuada presença de Ca e Si formando a matriz da pelota, que envolve e sustenta os grãos de hematita.

[015] O aglomerante, que é um cimento especial, deverá atender a requisitos químicos e físicos específicos como abaixo:

[016] - não deve conter adição carbonática. (para controle do inchamento das pelotas);

[017] - conter elevado teor de alita (C3S) no clínquer, entre 63 e 65%, gerando elevada resistência mecânica ao cimento e baixo teor de CaO livre, no máximo de 1,5% para eliminar risco de inchamento das pelotas;

[018] - ser finamente moído: resíduo máximo em 44 microns. de 1% e blaine mínimo de 560 m2/kg (resistência do cimento);

[019] - a dosagem de gesso deve ser otimizada através de ensaios de laboratório que otimizem a gipsagem, buscando elevar as resistências do cimento; o gesso a ser dosado deve ser o mineral natural; os gessos gerados de rochas fosfóricas não podem ser utilizados, sob pena de contaminação de fósforo no gusa;

[020] - o cimento só pode conter adição se estiver vinculada a algum interesse siderúrgico (por ex. adição de dolomita ou de um fundente);

[021] - as resistências devem alcançar um mínimo de 30Mpa a 01 dia;

[022] - deve ter baixo álcalis (K2O + Na2O), a fim de respeitar o nível máximo de 1,5Kg de álcalis/T de gusa, na alimentação do alto forno; apesar desses álcalis presentes apresentarem-se na forma de sulfatos alcalinos e, portanto, mais estáveis.

[023] Este cimento especial caracterizado acima contêm entre 60 e 65% de óxido de cálcio nos silicatos hidratados, que em temperatura próxima a 1000°C se disponibilizam para reagirem com os óxidos poluentes (S1O2, AI3O2, etc.) do minério de ferro, que são escorificados no processo de geração do ferro gusa. Na tabela 1.1 apresentamos especificações detalhadas de um cimento especial que atende os atributos acima explicitados

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5/15 [024] O equilíbrio estequiométrico da mistura na pelota pressupõe a geração de escória ácida sendo necessária, portanto, a adição de calcário complementar no caso dos reatores que exigem escória básica. Conforme poderá ser verificado na Tabela 1 abaixo:

Eo 8 8 8

8 £ 8

- s s s s S; 8 8

R

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o cri 3

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CN cri

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6/15

Tabela 1.1:

Parâmetros químicos da composição, faixas preferenciais e a comparação com o cimento CP I, além das características de cada componente.

Especificação

Componentes	Faixa Preferencial	cimento especial (% do peso)	NBR 5732 CPI	Característica
Clinquer +				Essencial para
Sulfato de	98,0 a 100,0	98,0 -100,0	100,0	assegurar o menor
Cálcio - %				inchamento (a) e maior resistência Melhora o amolecimento da
Fluorita %	0,5 a 2,0	0,0 a 2,0	não consta	pelota e reduz a temperatura de fusão
Material
Carbonático -		0,0	0,0	idem (a)
%
Resíduo insolúvel - %		<=1,0	<=1,0
Perda ao fogo -%	<=1,5	<=2,0	<=2,0	Idem (a)

MgO-% <=4,0 <=6,5

SO3-%	3,5 a 5,0	<=4,0
CO2-%		<=0,1	<=0,1	Idem (a)
AI2O3 - %	<=5,0	<=6,0	Não consta	Melhora a escorificação (b)
CaO-%		60 a 65	Não consta
Na2O - %	<= 0,15	<=0,25	Não consta	Idem (b)
K2O-%		< = 1,2	Não consta	Idem (b)
				Elemento
S-%		<= 0,05		indesejável no aço, piora a escorificação
P2O5 solúvel - %		<= 0,05	Não consta	Idem (c)

[044JA composição acima deve ainda apresentar os seguintes parâmetros físicos: resíduo na peneira de 75 micronm menor que 0,1%; finura na peneira de 325mcrom menor que 1,0%; área Petição 870170059155, de 16/08/2017, gepetlfifôdde 520 a 600 m2/kg, com faixa preferencial de 560 a 600 m2/kg; as características

7/15 [025] A Tabela 2 abaixo ilustra os parâmetros de qualidade da pelota de minério

de ferro pelotizada a frio: ITEM Res. A compressão - Kgf ( método ensaios ISSO 4700)	NORMA Média 150	RESULTADO Pelota produzida com cimento especial Média 145
Tamboramento - % (método ensaio ISSO 3271)	>90	>95
RDI - % (ISSO 13930)	>80	>90
LTD - %	75% a 80%	80%
Inchamento -% (ISSO 4698)	<20	<15
Redutibilidade - % (ISO7215)	>70	>75
Escorificação	Normal	>75
Amolecimento & Fusão	Normal	Normal

[026] Como referência o sinter apresenta os índices a seguir: tamboramento > 70%; RDI < 25%; Crepitação < 8%.

[027] Resistência à compressão: Neste processo de pelotização a frio de minério de ferro, há flexibilidade para produzir pelotas com resistências variadas, a depender da aplicação e necessidades complementares como a dimensão do alto forno e o processo de transporte do produto. A definição do percentual de cimento deve se pautar na real necessidade de resistência, visto que o cimento dilui o percentual de ferro na pelota.

[028] O gráfico 1 ilustrado na Figura 8 anexa ilustra a resistência da pelota em relação ao percentual de cimento especial.

[029] Tamboramento - este parâmetro tem correlação direta com a resistência à compressão da pelota, quanto maior a resistência maior o tamboramento e viceversa. A dosagem de 7% de aglomerante leva a pelota a atingir performance suficiente, com índice superior a 90%, e compatível com a norma (ISSO 3271).

[030] RDI: como no caso do tamboramento, observa-se boa correlação com a resistência à compressão da pelota. O nível exigido pela norma (ISO 13390) de 90% de integridade das pelotas após o ensaio, pode ser atingido com 7% de dosagem do aglomerante.

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8/15 [031] Inchamento - a integridade física da pelota depende do controle desta variável. Para inchamentos superiores a 20% já há o risco de desintegração da pelota antes da entrada do material em processo de solução química. Neste caso, o alto forno poderá entrar em descompasso de processo.

[032] Basicidade - obedece às condições do índice de basicidade binário siderúrgico de aproximadamente 0,02, ou seja, a relação entre o CaO e o SiO₂livres, conforme planilha a seguir, garante nível de inchamento da pelota abaixo de 15%, para percentuais de SiO₂ no minério acima de 6%.

[033] Para atender esta variável, há que se utilizar o cimento especial com as especificações definidas anteriormente, e desta forma obtêm-se as condições a seguir apresentadas na Tabela 3 abaixo:

ABCDEFGHI J KLMNO

CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO

	MATERIAL	96	Fe	SIO2	AI2O3	Mn	CaO	MgO	T1O2	Na20	K2O	P	s	PF	SO3	Pl	TOTAL
1	PELOTA	100	55,00	8,70	1,50	0,33	3,86	0,18	0,05	ao2	0,05	0,07	0,01	4,00	\| 034	0,00	97,58
2	AH	0,06	1,69	2034	4>71		63,51	2,91		0,08	J 0.82			] 1,30	4,01	1 0,07	99,96
3	MFe (MIX)	0^94	58,80	9,28	1,65	0,36	0,05	0,01	0,05	αοι	0,00	0,07	0,01	3,19	0,00	0,00	98,80
4	MFe calculado		58,40	9,26	1,60	035	0,05	0,01	0,05	αοι	0,00	0,07	0,01	4>17	0,00	0,00	97,43
5	H2O													0,93
6	SIO2&CaO			8,73			0,14
7	MFe FerTaço Escuro
8	Finos Metalsete	0,100	53,30	15,97	2,31	0,81	0,05					0,07	0,01	3,40			98,87
9	Finos Itasider	0,897	59,60	8,36	1,50	031	0,05	0,00	0,06	0,00	0,00	0,07	0,01	3,17			98,80
10	Betonita	0,003	2,78	62,54	24,42	0,00	1,50	1,70	0,00	2,32	0,74	0,00	0,00	0,66			97,86
11	MPFe (MIX)	1,00	58,80	9,28	1,65	036	0,05	0,01	0,05	αοι	0,00	0,07	0,01	3,19	0,00	0,00	98,80

índice de Basicidade - REAL 0,016

Base de Cálculo:

F6 = (1,5*A2) + (F11*A3)

1,5 é a porcentagem máxima de CaO livre no cimento espedal

C6	C11*A3
IB-REAL =	F6/C6

[034] O IB-REAL que impacta o inchamento é calculado tomando-se em conta a CaO disponível advinda dos minérios e da CaO livre do clínquer utilizado na fabricação do cimento especial, que não pode ultrapassar 1,5%, e o óxido de silício presente no minério de ferro. O CaO e o SiO₂ que formam os silicatos do cimento estão combinados e não alteram as condições de basicidade neste momento, onde a transformação dos cristais do minério de ferro se dá passando da forma romboidal para a agulhada no momento em que a redução ocorre.

[035] Com este índice ajustado para basicidade próximo a 0,02, atinge-se a meta de inchamento necessária, conforme Figura 9 anexa, que mostra a curva

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9/15 de inchamento decorrente do índice de basicidade (Meyer, Kurt. Pellotizing of Iron Ores. 1980).

[036] Crepitação - a porosidade da pelota entre 25% a 30% garante crepitação zero, este atributo reduz a liberação de finos no alto formo.

[037] Redutibilidade: a redutibilidade se destaca como um ponto forte desta pelota em decorrência da porosidade (25% a 30%) e da dimensão dos poros no material, conforme gráfico 3 ilustrado na Figura 10, anexa.

[038] Pelotas - A pelota a frio possui porosidade menor se comparada à ceramizada. Os poros presentes na pelota a frio possuem diâmetro entre 0,01 e 5pm, enquanto que os poros na pelota estão concentrados em uma faixa estreita de diâmetro, entre 5 e 20pm, com o pico máximo em 10pm:

Pelotas	Porosidade Hg (%)
Pelota a frio	27,5
Pelota ceramizada	32,0

[039] Pode-se verificar que os poros são de dimensão média de 0,1micronm versus poros de dimensão média da pelota ceramizada de 10 microm. Isto explica a redutibilidade elevada da pelota produzida a frio. A superfície de contato ampliada viabiliza esta performance.

[040] Amolecimento e fusão - O amolecimento ocorre em temperatura próxima a 1100°C e o gotejamento a 1330°C ou dentro da faixa considerada satisfatória. O quadro 1 ilustrado na Figura 11 anexa apresenta teste realizado e compara com as pelotas ceramizadas.

[041] Escorificação e guzeificação - Com todo o processo de reações quimicas facilitado pela elevada superfície de contato e aproximação entre os óxidos, o que se observa é a ocorrência de fluidez elevada da escória. O homem morto aplicado na retorta do ensaio de amolecimento e fusão resta completamente limpo após o ensaio.

[042] Quando da utilização das pelotas nos altos fornos, mesmo com taxa de utilização de apenas 20% de pelotas na carga total, já verifica-se ganho importante de fluidez da escória.

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10/15 [043] Flexibilidade de misturas - A pelotização a frio permite que se utilize ampla gama de materiais como matéria prima: minérios, carepa de laminação, lamas, dolomita, finos de despoeiramento, seja pó de balão ou finos de filtro, carvão e outros componentes que possam trazer vantagem ao processo de produção do ferro gusa. Pelotas ditas “auto redutoras” podem ser realizadas com esta tecnologia, visto que não são submetidas à queima após o pelotamento.

[044] A PI0611558-6 - “Material para revestimento de discos e tambores de pelotamento de minério de ferro de natureza distinta, ou não, do material sendo pelotado e disposição construtiva para discos e tambores de pelotização” compreende uma mistura de produtos aglomerantes com minérios (moídos ou não) do grupo constituído por ferro, manganês ou outros, prevendo a inclusão de fundentes. Já o disco ou tambor (5) tem seu fundo (1) revestido pelo material, de modo a formar uma camada, superficial ou não, de fundo (2) de revestimento de cura a frio, óleos vegetais, minerais e/ou produtos formadores de gel, sendo que na borda interna e perimetral (6) desse disco de pelotamento ou tambor (5) é ainda prevista a incorporação de placas de polietileno (7) para auxílio à separação dos finos das pelotas (6). Difere-se da presente patente por ter como objeto o revestimento dos discos e tambores de pelotização e não a produção de material para enfornamento nos altos fornos.

[045] A PI9402617-3 - “Processo de recuperação por briquetagem, aglomeração, pelotização e prensagem de resíduos finos nas usinas metalúrgicas, de ferro ligas, siderúrgicas, fundições e nas fábricas de produtos de adições nas corridas” refere-se a processo de briquetagem, aglomeração, pelotização e prensagem de resíduos finos, matérias primas, resíduos industriais e adições de granulometria fina de metais e outros produtos que não podem ser usados nos fornos porque são arrastados pelos gases e fumaças. Através de secagem, peneiramento e classificação é possível separar as partículas finas em várias faixas granulométricas, adicionando depois em misturadores apropriados ligantes sólidos ou líquidos, diversos materiais e outras substâncias ligantes, capazes de fornecerem resistência mecânica suficiente a quente e a frio em misturadores adequados, sendo depois aglomerados na forma de briquetes, pelotas, extrudados ou compactados em máquinas de briquetagem, discos ou tambores de pelotização, extrusoras ou prensas, resultando em produtos com

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11/15 dimensões, volumes e pesos suficiente que permitam o carregamento nos fornos, sem serem arrastados pelos gases e fumaças dos processos industriais, podendo serem consumidos e permitindo a reciclagem daquilo que seria lixo industrial, consumindo recursos em máquinas, mão-de-obra, transporte e terrenos para deposição ecológica. Difere-se da presente patente por se tratar de processo de aglomeração não especifico de resíduos em geral, com o objetivo apenas de aglomerar o material para que possa ser reintroduzido aos fornos. A patente não tem como foco um processo de aglomeração alternativo à ceramização de finos de minério de ferro ou pelotização a quente que trata deste problema e que representa o estado atual da arte. A patente não especifica o material aglomerado para que atenda as exigências dos altos fornos, como resistência a compressão, tamboramento, RDI, redutibilidade, inchamento, e os atributos químicos exigidos pelos altos fornos. Tampouco trata da granulometria dos materiais para o pelotamento, de forma a atender aos objetivos relacionados a resistência mecânica do material, dos aspectos relacionados a porosidade, que otimizam a redutibilidade, do índice de basicidade binário que define o inchamento e, por fim, não apresenta dados sobre o “amolecimento e fusão” do produto” que indica se tal material apresentará normalidade em todas as fases do alto forno, desde a secagem inicial até o momento da fusão e escorificação. [046] A PI9502582-0 - “Processo para pelotização a frio de lama produzida em alto-fornos” - compreendendo as seguintes etapas: 1) a lama de alto-forno sofre uma primeira secagem natural, diminuindo sua umidade a aproximadamente 15%, depositada ou espalhada em um pátio ao ar livre e, nesta etapa, a lama transforma-se em camadas entorroadas; 2) desterroagem da lama já seca através de desterroador ou máquina capaz de quebrar em pequenos fragmentos; 3) a lama já fragmentada recebe um aglomerante adequado e passa por uma fase de mistura através de misturador rotativo; 4) o material misturado ou homogeneizado com lama seca e aglomerante é transferido para pelotização, onde o material processado recebe um volume controlado de água que, associado com a rotação do disco e sua inclinação, promove a aglomeração das partículas e é transformado em pelotas, cujas granulometrias são definidas em função das quantidades de água, velocidade de rotação e ângulo de inclinação do disco rotativo do pelotizador; 5) as pelotas são armazenadas à sombra,

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12/15 mantendo-se um nível de umidade alto através de borrifos de água durante 3 (três) dias consecutivos. Após o 15° dia as pelotas atingem consistência e uma taxa de compressão acima de 40 kgf por pelota. Difere-se da presente patente por se tratar de um processo dirigido ao aproveitamento da lama gerada no tratamento dos gases dos altos fornos, objetivando o reenfornamento do material. Neste caso, a especificação do material ou produto gerado focaliza apenas a possibilidade de reintrodução ao forno.

[047] A PI BR0000321510049410 - “Processo de Pelotização a frio de finos de minério de ferro”, de mesma titularidade do requerente da presente patente, refere-se a processo de pelotização a frio através de argamassa composta de superfinos de minério de ferro e cimento Portland especial, em proporção otimizada, que permite o atingimento das especificações técnicas e custos competitivos. A produção das pelotas obedece fluxograma simplificado nas diferentes escalas de produção. Difere-se da presente patente por não apresentar as características detalhadas do arranjo granulométrico que permite o empacotamento dos grãos e consequente atingimento dos atributos mecânicos da pelota, sem prejuízo, entretanto, da fina porosidade que potencializa a redutibilidade do material. Além de não tratar do inchamento que define a resistência mecânica da pelota após a redução do material e, portanto, seu comportamento no interior do alto forno podendo inviabilizar o uso do material, por não definir as características do aglomerante ou cimento especial que confere ao produto as especificações adequadas, e por não apontar as possibilidades de misturas ou flexibilidade do processo para incluir no produto materiais de interesse siderúrgico no intuito de produzir gusa de melhor qualidade; por considerar necessária a câmara de pré-secagem que exige fonte térmica considerável, além de não definir o peneiramento final do material descarregado pelo pelotizador, de modo a reduzir os finos contidos no produto final e, finalmente, por não apontar a importância do transporte do material desde à saída do pelotizador até a pilha de cura em correias transportadoras de baixa velocidade, ou 200mm/segundo, com transições de baixo impacto entre as transportadoras e deposição final para cura em camadas, com equipamento que possibilite a altura de queda máxima de 1 m no lançamento do material sobre o já depositado.

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13/15 [048] O processo ora descrito apresenta as seguintes vantagens:

[049] - garantia de resistências mecânicas necessárias ao bom uso em altos fornos de qualquer dimensão;

[050] - inchamento que possibilita a chegada do material à zona de amolecimento de forma íntegra, evitando descompassos de processo no alto forno;

[051] - tratamento adequado ao material liberado pelo disco ou tambor pelotizador, impedindo a quebra das pelotas e consequente geração de finos no produto final;

[052] - redução do consumo térmico, seja através de energia elétrica ou fonte térmica alternativa;

[053] - possibilidade de utilização de diferentes percentuais de adições de aglomerante ou “cimento especial”, para adequação à resistência mecânica exigida pelo alto forno e aos processos logísticos, que podem exigir resistências mais elevadas (viagens transoceânicas);

[054] - possibilidade de agregar materiais diversos às pelotas, de modo a conferir ao material atributos relacionados ao tratamento do gusa ou otimização da performance do alto forno.

[055] O presente processo permite a utilização de materiais secos ou com umidade abaixo de 3,5%, portanto, não há necessidade de tratamento de água de processo, o que facilita e torna o processo mais ambientalmente correto. Entretanto, se em razão do processo de beneficiamento do minério, a matéria prima a ser pelotizada já se encontrar úmida, pode-se optar pela via úmida sem prejuízo do produto final.

[056] O presente processo poderá ser melhor compreendido através dos fluxogramas do processo e suas etapas descritas nas Figuras anexas.

[057] A Figura 1 ilustra o fluxograma de todo o processo.

[058] A Figura 2 ilustra o fluxograma da etapa de homogeneização / secagem. [059] A Figura 3 ilustra o fluxograma da etapa de peneiramento / moagem.

[060] A Figura 4 ilustra o fluxograma da etapa de dosagem / mistura / pelotamento.

[061] A Figura 5 ilustra o fluxograma da etapa de transporte / empilhamento / cura.

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14/15 [062] De acordo com as Figuras de 1 a 5, o processo (1) apresenta as etapas descritas a seguir:

[063] Homogeneização - Clássica, processo Chevron ou outro a escolha. A empilhadora (01) realiza o depósito longitudinal do minério e a retomadora (02) retira o material da pilha transversalmente, o que promove a mistura do material reduzindo o desvio padrão da qualidade do material em até 12 vezes.

[064] Secagem - Para garantir a umidade máxima de 3,5% na entrada do moinho. O equipamento secador (03) retira a umidade excedente e garante a continuidade da produção nos períodos úmidos, pois a secagem ao sol é a forma preferencial de atender a redução de umidade.

[065] Peneiramento e moagem - A peneira (04) separa o material com dimensão abaixo de 0,8mm daquele de maior dimensão, para que seja em seguida moído. O material que segue para o moinho (05), tem sua granulometria variável a depender da matéria prima, por vezes mais rica em grossos. O produto da moagem deve conter elevada percentagem de finos, de 40% a 50% abaixo de 75microns, para que o conjunto dos materiais atenda a curva granulométrica exigida para o empacotamento dos grãos quando do pelotamento. O material peneirado e abaixo de 0,8mm é lançado em silo de dosagem (07) e o moído em outro silo (06).

[066] Dosagem, mistura e pelotamento - Na etapa de dosagem deve-se adicionar os demais constituintes, como o cimento especial no silo (08) e outro material, caso necessário, no silo (09). É imperativo que a dosagem seja bem precisa, e para tanto os dosadores (10, 11, 12 e 13) devem obedecer aos ajustes, de forma que a boa qualidade do produto final seja obtida. A dosagem deve obedecer o princípio da sequência da mistura: da menor quantidade à maior quantidade, elevando a eficiência da mistura. Em seguida os materiais são lançados em um misturador rotativo (14) continuo com pás revolvedoras e de baixa energia, visto que os materiais são secos, ou com baixa umidade, permitindo perfeita mistura. No caso da mistura com materiais úmidos, o misturador deverá ser alterado e demandará mais energia para mistura. O pelotamento pode ser efetivado com material seco ou úmido. Se seco, a adição de água se dará através de bicos atomizadores dispostos adequadamente no disco ou tambor (15) de pelotamento. Se úmido, também há necessidade de

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15/15 atomizadores mas em menor quantidade. Quando se usa material seco, a quantidade de água demandada é de 80 a 90 kg/T de pelota.

[067] Transporte e empilhamento na pilha de cura - À saída do pelotizador, apesar das pelotas verdes serem resistentes (resistem a teste de queda de até 1,5m de altura), necessitam de cuidados. As pelotas devem ser transportadas em correias transportadoras (16) de baixa velocidade (200mm/segundo), em camadas espessas sobre as correias e, nas transições, as descargas ou shuts devem ser de baixo impacto ou altura de queda máxima de 350mm e amortecimento através de superfícies macias como lençóis de borracha. O equipamento de deposição do material nas pilhas ou empilhadora (17) deve ter altura de descarga variável e controlada, de forma a garantir altura máxima de queda de 0,5m sobre o material já depositado. O equipamento deve ser móvel, de forma a impactar a camada já depositada apenas uma vez com o novo material. Desta forma, as pelotas serão diretamente marteladas pela nova carga apenas uma vez.

[068] Reações químicas e o processo de cura - Se iniciam após a hidratação do cimento especial. Nesse período inicial, há que se evitar a perda de água e ou excesso de água na pelota, portanto, deve permanecer em ambiente protegido de sol e chuva nos primeiros três dias. Após este período, a retomadora (19) extrairá o material para lançá-lo em depósitos abertos (20), não havendo mais necessidade de proteção, apenas molhagem superficial no caso de sol intenso e até o sétimo dia. A resistência ideal se apresenta aos sete dias, mas dependendo do alto forno a ser utilizado, pode-se alimentar o material já aos quatro dias.

[069] Armazenamento - Após o período de cura de sete dias, a pelota pode ser armazenada a céu aberto, sem qualquer risco à sua qualidade e pelo tempo que for necessário. Não há degradação com o tempo.

[070] O teste de perda de resistência após 24h de imersão da pelota em água apresenta redução da resistência em 25% da resistência da pelota seca.

Claims

1. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, caracterizado por basear-se no arranjo das partículas de 0 a 0,8mm com distribuição granulométrica em curva contínua, gerando menor superfície de contato para a formação do corpo esférico (pelota), com a participação de finos (abaixo de 75microns) advindos do minério e do cimento utilizado (98% menor que 44micronm), o empacotamento dos grãos de maior dimensão se dá de forma adequada, gerando resistência de ruptura da pelota de 12mm de diâmetro de até 150Kg.

2. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, caracterizado por quantidade de ultra finos na mistura de minério e cimento especial, de dimensão abaixo de 75micronm, que dependendo do teor de cimento especial, que pode flutuar entre 5% e 8%, a depender da resistência alvo das pelotas, atinge faixa entre 34% e 48% e permite o empacotamento dos grãos mais grossos; a pelota apresenta microestrutura de pelota crua com grãos angulosos e porosidade elevada; a matriz é composta por fases transparentes ao microscópio óptico provenientes da argamassa cimentícia; a pelota apresenta bom empacotamento por regiões compostas por matriz cimentícia e finos de minérios com elevada coesão.

3. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS” caracterizado por pelota que apresenta microestrutura de pelota crua com grãos angulosos e porosidade elevada; a matriz é composta por fases transparentes ao microscópio óptico provenientes da argamassa cimentícia; a pelota apresenta empacotamento por regiões compostas por matriz cimentícia e finos de minérios com elevada coesão.

4. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, caracterizado por argamassa, formada pelos superfinos de minério e cimento, aderida às partículas mais grossas, confere à pelota resistência de ruptura elevada, de até 150Kg, preservando, a porosidade entre 25% e 30%; a mistura homogênea coloca em

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2/4 contato estreito as substâncias que deverão entrar em reação química no interior do reator.

5. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, caracterizado por homogeneidade dos constituintes da pelota e contato entre os óxidos que entram em reação mesmo antes de atingirem a fase líquida, devido às condições das reações químicas: afinidade química, superfície de contato e elevada temperatura; com presença de Ca e Si formando a matriz da pelota, que envolve e sustenta os grãos de hematita.

6. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, caracterizado por aglomerante conter teor de alita (C3S) no clínquer, entre 63 e 65%, baixo teor de CaO livre, no máximo de 1,5%; finamente moído: com resíduo máximo em 44 microns de 1% e blaine mínimo de 560 m2/kg; dosagem de gesso natural otimizada; resistência mínima de 30Mpa a 01 dia; baixo álcalis (K2O + Na2O); contêm entre 60 e 65% de óxido de cálcio nos silicatos hidratados, que em temperatura próxima a 1000°C se disponibilizam para reagirem com os óxidos poluentes (S1O2, AI3O2, etc.) do minério de ferro, que são escorificados.

7. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, caracterizado por processo (1) que apresenta as seguintes etapas: Homogeneização; Secagem; Peneiramento e moagem; Dosagem, mistura e pelotamento; Transporte e empilhamento na pilha de cura; Reações químicas e o processo de cura; Armazenamento.

8. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, de acordo com a reivindicação 7 caracterizado por homogeneização ser realizada por empilhadora que realiza o depósito longitudinal do minério e a retomadora (02) retira o material da pilha transversalmente, o que promove a mistura do material reduzindo o desvio padrão da qualidade do material em até 12 vezes.

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9. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, de acordo com as reivindicações 7 e 8 caracterizado pela secagem que garante a umidade máxima de 3,5% na entrada do moinho; o equipamento secador (03) retira a umidade excedente.

10. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, de acordo com as reivindicações 7 a 9 caracterizado pelo peneiramento e moagem onde a peneira (04) separa o material com dimensão abaixo de 0,8mm daquele de maior dimensão, para que seja em seguida moído; o material que segue para o moinho (05), tem sua granulometria variável; produto da moagem deve conter elevada percentagem de finos, 40% a 50% abaixo de 75microns, para que o conjunto dos materiais atenda a curva granulométrica exigida para o empacotamento dos grãos quando do pelotamento; o material peneirado e abaixo de 0,8mm é lançado em silo de dosagem (07) e o moído em outro silo (06).

11. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, de acordo com as reivindicações 7 a 10 caracterizado por na etapa de dosagem deve-se adicionar os demais constituintes, como o cimento especial no silo (08) e outro material, caso necessário, no silo (09); os dosadores (10, 11, 12 e 13) devem obedecer aos ajustes; a dosagem deve obedecer o princípio da sequência da mistura: da menor quantidade à maior quantidade, elevando a eficiência da mistura; em seguida os materiais são lançados em um misturador rotativo (14) continuo com pás revolvedoras e de baixa energia, visto que os materiais são secos, ou com baixa umidade; no caso da mistura com materiais úmidos, o misturador deverá ser alterado e demandará mais energia para mistura; o pelotamento pode ser efetivado com material seco ou úmido, se seco, a adição de água se dará através de bicos atomizadores dispostos adequadamente no disco ou tambor (15) de pelotamento, se úmido, também há necessidade de atomizadores mas em menor

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4/4 quantidade; quando se usa material seco, a quantidade de água demandada é de 80 a 90 kg/T de pelota.

12. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, de acordo com as reivindicações 7 a 11 caracterizado pelo transporte e empilhamento na pilha de cura; à saída do pelotizador, as pelotas devem ser transportadas em correias transportadoras (16) de baixa velocidade (200mm/segundo), em camadas espessas sobre as correias e, nas transições, as descargas ou shuts devem ser de baixo impacto ou altura de queda máxima de 350mm e amortecimento através de superfícies macias como lençóis de borracha; o equipamento de deposição do material nas pilhas ou empilhadora (17) deve ter altura de descarga variável e controlada, de forma a garantir altura máxima de queda de 0,5m sobre o material já depositado; o equipamento deve ser móvel, de forma a impactar a camada já depositada apenas uma vez com o novo material.

13. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, de acordo com as reivindicações 7 a 12 caracterizado pelas reações químicas e o processo de cura, se iniciam após a hidratação do cimento especial; nesse período inicial, há que se evitar a perda de água e ou excesso de água na pelota, portanto, deve permanecer em ambiente protegido de sol e chuva nos primeiros três dias; após este período, a retomadora (19) extrairá o material para lançá-lo em depósitos abertos (20), com molhagem superficial no caso de sol intenso e até o sétimo dia.

14. “PROCESSO DE PELOTIZAÇÃO A FRIO DE FINOS DE MINÉRIO DE FERRO COM FLEXIBILIDADE DE MISTURAS”, de acordo com as reivindicações 7 a 13 caracterizado pelo armazenamento, após o período de cura de sete dias, a pelota pode ser armazenada a céu aberto. O teste de perda de resistência após 24h de imersão da pelota em água apresenta redução da resistência em 25% da resistência da pelota seca.