BR102018001924A2 - produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno e processo de obtenção de produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno - Google Patents

Abstract

a presente invenção se insere no campo técnico da produção siderúrgica e refere-se, mais precisamente, à produção do ferro gusa destinado à fabricação de aço, tendo como principal objetivo a obtenção de uma matéria-prima como fonte de mgo (óxido de magnésio) nos processos de sinterização de minérios, produção de gusa em reatores tipos altos-fornos, pelotização e processo de briquetagem a frio. portanto um dos principais objetivos da presente invenção é prover um produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno que, basicamente, consiste na utilização da carbonato de magnésio (mgco3) ? como fonte de mgo na siderurgia, em substituição ao emprego do serpentinito, do dunito e, principalmente, da dolomita, para a fabricação de sínter, pelotas e briquetes ou ser usado diretamente em alto-forno.

Description

PRODUTO PARA OTIMIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES DA ESCÓRIA DE ALTO-FORNO E PROCESSO DE OBTENÇÃO DE PRODUTO PARA OTIMIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES DA ESCÓRIA DE ALTO-FORNO Campo da invenção:

[001] A presente invenção se insere no campo técnico da produção siderúrgica e refere-se, mais precisamente, à produção do ferro gusa destinado à fabricação de aço, tendo

como principal	objetivo a	obtenção de	uma	matéria-prima
como fonte de	MgO (óxido	de magnésio)	nos	processos de
sinterização de	minérios,	produção de	gusa	em reatores

tipos altos-fornos, pelotização e processo de briquetagem a frio.

[002] Dentre outras vantagens que serão mencionadas, a invenção proposta visa, basicamente, elevar a produtividade nas sinterizações e pelotizações, elevar a resistência física e rendimento do sínter e pelotas para os altosfornos e melhorar a qualidade química do gusa quando comparado ao uso de produtos e métodos conhecidos no atual estado da técnica.

Fundamentos da invenção e estado da técnica:

[003] Conforme é de conhecimento da técnica, na etapa de produção de gusa através de alto-forno a coque, em termos de propriedade a quente, deseja-se que as cargas metálicas sejam caracterizadas por: (i) alta temperatura de início de amolecimento e fusão; (ii) alto grau de redução nesta temperatura; e (iii) menor diferença entre temperatura de início e fim de amolecimento (menor espessura da camada da zona coesiva). Os dois primeiros itens estão relacionados com o menor consumo de combustível por redução direta, e o terceiro, com a maior produtividade

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2/23 do alto-forno - uma vez que aquela zona é responsável pela maior perda de carga ao longo do reator, em torno de 70%.

[004] É desejável que se tenha baixo volume de escória (~250kg/t gusa), com composição química em faixa definida. Os teores de MgO variam de 5% a 12%, tendo resultados típicos entre 5,5% e 8,0%; CaO variando de 34% a 42%; SiO2 entre 28% e 36% e Al2O3 entre 8% e 20%.

[005] O MgO presente na carga metálica dos altosfornos, favorece ao menor consumo de carbono por redução direta por aumentar a redutibilidade da carga metálica.

[006] Os minérios de magnésio utilizados pelo atual estado da técnica na siderurgia são o serpentinito, dunito (ambos silicatos) e, atualmente, a dolomita (carbonato). Os dois primeiros são pouco usados nas cargas metálicas devido aos elevados níveis de sílica (SiO2, óxido este muito prejudicial ao controle do nível de slag rate (volume de escória) nos altos-fornos. A dolomita, em estudos já comprovados, desfavorece o desempenho da carga metálica, devido à baixa resistência do produto final e queda na produtividade, prejudicando as operações de aglomeração do minério de ferro (sinterização e pelotização) bem como na produção de gusa nos altos-fornos existentes.

[007] A indústria siderúrgica encontra-se com um dilema e uma necessidade de desenvolver novas fontes de MgO como substituto do serpentinito (elevados teores de SiO2) e do calcário dolomítico (dolomita, prejudicial aos processos de aglomeração).

[008] Nesse sentido, o documento JP2007327096A (Method for manufacturing sintered ore using brucite) mostrou uma forma de utilização da brucita como fonte de MgO, no

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3/23 processo de fabricação do sínter, sem prejuízo dos indicadores da sinterização.

[009] Também o documento JP2000178659A (Production of high quality low SiO2 sintered ore), propôs a fabricação de um sínter com propriedades metalúrgicas superiores. Esse sínter deve apresentar teor de sílica inferior a 4,6% e teor de MgO superior a 0,5%. As fontes de MgO usadas foram sepentinito, dolomita, magnesita e a brucita. Contudo, a fabricação deste tipo de sínter se limitava ao uso de minérios de ferro com baixa perda por calcinação (PPC), diferente da realidade atual nas sinterizações. Esta nova realidade exige esforços para manutenção da produtividade e rendimento na sinterização, de modo a identificar soluções para a queda de produtividade e de inconvenientes nas operações de aglomeração do minério de ferro e na produção de gusa nos altos-fornos existentes.

Objetivos e vantagens da invenção:

[0010] Em função do exposto acima, a presente invenção visa, basicamente, solucionar o problema técnico do elevado consumo de combustível durante a etapa de produção de ferro gusa através de alto-forno e da limitação de sua produtividade.

[0011] Assim sendo, é um dos principais objetivos da presente invenção prover um produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno que, basicamente, consiste na utilização da Magnesita - ou carbonato de magnésio (MgCO3) - como fonte de MgO na siderurgia, em substituição ao emprego do serpentinito, do dunito e, principalmente, da dolomita.

[0012] Outro dentre os principais objetivos da

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4/23 invenção é revelar um método de produção de produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno, quer seja em forma de sínter, pelota, briquete ou como matériaprima a ser introduzida diretamente no alto-forno.

[0013] Complementarmente é um dos objetivos da presente invenção prover um produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno que seja capaz de levar à redução de alguns impactos ambientais severos no que tange ao consumo de combustíveis fósseis como carvão mineral e vegetal durante os processos produtivos, o que representa uma significativa redução na emissão de CO2, que é o principal componente do gás estufa.

Sumário da invenção:

[0014] Os objetivos acima mencionados são alcançados através do produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa tendo como matéria-prima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3, o qual preferencialmente compreende sínter com composição química definida pelos seguintes intervalos de valores: Fet - 53% a 64%; FeO 2,5% a 12%, SiO2 - 4,6% a 7,0%, Al2O3 - 0,5% a 3,5% e MgO 0,2% a 4,0%, adicionalmente compreendendo a adição de CaO em proporção para manter a basicidade binária do sínter (CaO/SiO2) entre 0,2 e 4,0.

[0015] A invenção consiste, ainda de um produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matéria-prima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3 compreendendo carbonato de magnésio, MgCO3 para aplicação direta no alto-forno, com a composição química indicada a

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5/23 seguir em seus respectivos intervalos de valores: Fet 0,2% a 5,0%; FeO - 0,1% a 0,4%; SiO2 - 1,5% a 7,0%; Al2O3 0,4% a 0,8% e MgO - 40% a 52%, CaO - 0,2% a 0,8%,PPC - 46% a 50% e MnO - 0,1% a 1,0%.

[0016] Os objetivos da invenção também são alcançados com um produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matéria-prima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3 compreendendo pelota com a adição de carbonato de magnésio, MgCO3, que compreende a composição química da pelota e respectivos intervalos de valores: Fet - 53% a 64%; FeO - 2,5% a 12%; SiO2 - 1,0% a 7,0%; Al2O3 0,5% a 3,5% e MgO - 0,2% a 4,0%, e basicidade binária CaO/SiO2 - 0,1 a 4,0; e faixa granulométrica da pelota compreendida no intervalo de 8 mm a 18 mm.

[0017] Refere-se a invenção, também, a um produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matéria-prima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3 compreendendo briquete com a composição química e respectivos intervalos de valores: Fet - 53% a 64%; FeO 2,5% a 12%; SiO2 - 1,0% a 7,0%; Al2O3 - 0,5% a 3,5% e MgO 0,2% a 4,0%, e basicidade binária CaO/SiO2 - 0,1 a 4,0.

[0018] Os objetivos da presente invenção também são atingidos mediante a utilização de um processo de obtenção de produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matériaprima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3 compreendendo as seguintes etapas: (i) processo de lavra sustentável de uma pilha de minério magnesiano

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6/23 realizado com ao menos um dentre os seguintes equipamentos de mineração: escavadeira, carregadeira e caminhão, em lavra conjunta na mina de carbonato de magnésio, compreendendo operações de sondagem, escavação e carga por meio de carregadeiras, trator de esteiras e transporte por conjunto cavalo mecânico e carreta basculante; e (ii) processo de preparação granulométrica em faixas granulométricas, compreendendo britagem primária, secundária e peneiramento.

[0019]

Preferencialmente para a obtenção do produto a ser aplicado no alto-forno, a faixa granulométrica está compreendida dentro do intervalo: de 6,35 mm a 40 mm; para a obtenção seguinte do produto para fabricação do sinter feed, opera-se adicionalmente em circuito fechado os processos de britagem, peneiramento e moagem, com faixa granulométrica compreendida dentro do seguinte intervalo: de 0,105 mm a 6,35 mm; para a obtenção do produto a ser utilizado na fabricação de pelota ou briquete empregam-se etapas de moagem e aeroclassificação do material, com faixa granulométrica menor que 0,105 mm.

0020]

Segundo uma concretização preferencial da invenção etapa de moagem é realizada em moinhos de martelo, conectadas a um sistema de despoeiramento

i) com regulagens de mm (moinho 1) ; (ii) 0,5 mm moinho

2), e (iii) 0,3 mm moinho 3), sendo que os moinhos preferencialmente alimentam uma bateria de um aeroclassificador de pelo menos um dos seguintes tipos: Gravitational; Gravitacional Inercial, Centrífugo e Ciclônico.

Breve descrição das figuras:

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7/23 [0021] Para obter total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas figuras às quais se faz referência, conforme se segue:

[0022] A Figura 1 mostra imagens que permitem comparar a diferença do aspecto visual da dolomita em relação aos vários tipos de Magnesita na fração fina e superfina cuja adoção é proposta na presente invenção;

[0023] As Figuras 2.1 e 2.2 mostram gráficos indicativos da termogravimetria das fontes de magnésio empregadas no atual estado da técnica, quais sejam, dolomita (calcário dolomítico) e calcário calcítico, respectivamente;

[0024]	As Figuras	3.1, 3.2, 3.3 e 3.4	mostram
gráficos	indicativos da	termogravimetria das	diversas
fontes de	MgCO3 propostas na presente invenção;
[0025]	As Figuras	4.1, 4.2, 4.3	e 4.4,

respectivamente, gráficos indicadores da Produtividade, RDI, Shatter index e Tumbler index da sinterização piloto e da qualidade do sínter fabricado, tendo como fonte de MgO a dolomita em relação a Magnesita empregadas durante os testes realizados;

[0026] As Figuras 5.1, 5.2, 5.3 e 5.4, respectivamente, gráficos indicadores do FFS, Rendimento do produto, Rendimento da mistura e densidade - ou seja, de fatores que compõem a equação da produtividade do sínter da dolomita em relação às várias amostras de Magnesita empregadas durante os testes realizados, e [0027] As Figuras 6.1 e 6.2 mostram o perfil térmico medido na caixa de vento da máquina piloto de sinterização, considerando o uso da dolomita em relação às

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8/23 amostras I e II, e em relação às amostras III e IV de magnesita, respectivamente.

Descrição detalhada da invenção:

[0028] O objeto da presente invenção passará a ser mais detalhadamente descrito e explicado com base nos desenhos apensos, que possuem caráter meramente exemplificativo e não limitativo, posto que adaptações e modificações podem ser feitas sem que, com isso, se fuja do escopo da proteção reivindicada.

[0029] Na busca por produtos capazes de substituir, com vantagens produtivas, a dolomita nos processos de produção de aço, os inventores realizaram pesquisas e testes exaustivos com diversos materiais, até que identificaram que o MgCO3 (carbonato de magnésio, sendo o nome do mineral: magnesita) poderia ser utilizado como fonte de MgO na siderurgia. Cabe esclarecer que o MgCO3 pertence à família dos carbonatos do grupo da calcita, minerais que têm como unidade aniônica fundamental da estrutura o grupo (CO3). A ligação desta unidade com os elementos catiônicos é essencialmente iônica (Palache, Berman e Frondel, 1963).

[0030]	O	nome	magnesita	é	uma alusão	à sua
composição,	pois	contém	47,81% de	MgO	e 52,19% de	CO2. Em
termos elementares, a	composição	é	a seguinte:	28,83%

magnésio; 14,25% carbono; 56,93% oxigênio. O peso molecular da fórmula MgCO3 é 84,31 gramas. O ferro pode substituir o magnésio em grande extensão, porém magnesitas naturais, como regra, são pobres neste elemento. Magnesita com cerca de 9% de FeO é denominada breunnerita; quando ainda mais rica em ferro, transacional para siderita, é a pistomesita.

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Pequenas quantidades de Ca e Mn são também encontradas, porém, a miscibilidade com CaCO3 e MnCO3 é limitada (Kostov, 1968).

[0031] O estudo realizado demonstrou que o MgCO3 como fonte de MgO em processo de sinterização apresentou desempenho superior à dolomita nos indicadores do processo, devido à: (i) menor participação do magnésio nas reações em função da formação de uma casca composta por magnésio ferrita, restringindo a sua difusão e o contato com outras fases, evitando a formação da magnésio ferrita precipitada e da cálcio ferrita com o magnésio, tidas como precursores da redução da fluidez da fase ligante. No caso da dolomita, esse contato sempre existirá devido à presença do cálcio e magnésio em sua estrutura cristalina; (ii) maior homogeneidade da reação envolvendo o CaO, pois a sua única fonte passa a ser o calcário; e, (iii) redução de partículas de MgO concentradoras de tensão, reduzindo a geração de trincas durante esforço mecânico. Em termos de propriedades metalúrgicas, RDI, RI e A&F não indicaram alteração significativa, ou seja, o uso do MgCO3 manteve a qualidade metalúrgica do sínter.

[0032] Para efeito comparativo, na tabela 1 é apresentada a diferença da qualidade química do carbonato de magnésio e o seu principal concorrente atual (calcário dolomítico - dolomita). Pode-se observar que o nível de MgO do carbonato de magnésio é aproximadamente três vezes superior ao nível de MgO do principal concorrente (dolomita). Além disso, apresentam-se as características do calcário, cuja proporção também foi alterada em razão da basicidade ter sido considerada invariável. Além do mais,

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10/23 outros elementos nocivos ao processo de produção do aço são reduzidos devido a sua menor participação quando o carbonato de magnésio substitui a dolomita nos vários processos siderúrgicos onde é introduzido.

Tabela 1. Composição química dos fundentes (% em massa)

Fonte de MgO	MgO	CaO	PPC	SiO2	Al2O3	Fetotal	FeO	MnO
Dolomita		16,9	35,5	45,0	2,1	0,4	0,3	0,2	-
MgCO3 (Magnesita)	A	45,8	0,4	48,9	4,0	0,6	0,3	-	0,2
B	43,6	0,5	46,0	3,9	0,5	3,1	0,3	0,4
C	44,7	0,3	49,8	2,0	0,5	1,2	0,2	0,4
D	44,4	0,4	46,9	6,4	0,6	0,3	0,2	0,1
Calcário	0,3	55,4	42,7	1,0	0,2	0,3	-	-

[0033] Além do mais, a retirada da dolomita, eleva o consumo de calcário calcítico (para o mesmo nível de basicidade), elevando a formação da calcioferrita, e, consequentemente, melhorando as propriedades do sínter e a produtividade no processo de sinterização e ou pelotização.

[0034] Outro aspecto importante desta comparação é que para altos-fornos que trabalham com escória ácida, a adição de MgCO3 não imputa CaO diretamente, além de melhorar consideravelmente as propriedades a quente da carga metálica e melhor controle da basicidade da escória binária e quaternária nestes reatores industriais (altosfornos).

[0035] A distribuição granulométrica estudada para as diversas fontes de MgO e CaO é descrita na Tabela 2 a seguir:

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Tabela 2. Distribuição granulométrica dos fundentes (% em massa)

Fonte de MgO	>6,35 mm	(6,35~1) mm	(1~0,5) mm	(0,5~0,105) mm	<0,105 mm
Dolomita		1,25	68,65	14,45	10,37	5,28
MgCO3 (Magnesita)	A	0,04	39,15	35,24	23,68	1,89
B	0	71,10	22,81	5,54	0,55
C	0	63,39	28,29	7,94	0,38
D	0	0	0	12,64	87,36
Calcário	0,71	62,84	8,92	7,16	20,37

[0036] Em termos de aspectos visuais entre a dolomita e o MgCO3, pela Figura 1 anexa é possível observar que, mesmo sendo da mesma família, há uma diferenciação do aspecto visual entre a dolomita e os vários tipos de MgCO3 na fração fina e superfinas.

[0037] As etapas para a obtenção do minério MgCO3 como fonte de MgO na granulometria ideal para atender aos processos de produção de gusa na composição da matériaprima, quer seja na forma de sínter, pelota, briquete ou como matéria-prima a ser introduzida diretamente no altoforno, são descritas a seguir:

Processo de Lavra Sustentável da Pilha de Minério

Magnesiano [0038] processo de lavra é realizado com equipamentos de mineração, tais como escavadeira, carregadeira e caminhão, em lavra conjunta na mina de carbonato de magnésio.

[0039]

Sondagem: A sondagem por amostragem é feita para condução do plano de exploração, visando melhor

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12/23 uniformidade do teor de MgO.

[0040] Escavação e Carga: O desempenho da unidade de escavação e carga foi calculado com base em índices operacionais e detalhado uma estimativa do tempo envolvido na atividade. Os índices de produtividades foram estimados considerando que o minério e o estéril serão carregados com carregadeiras na Mina, auxiliadas por trator de esteiras, sendo o transporte realizado por carretas basculantes.

[0041] Transporte: É feito por conjunto cavalo mecânico + carreta basculante.

- Processo de Preparação granulométrica em várias faixas granulométricas [0042] Britagem Primária, Secundária e Peneiramento: todo o ROM é retomado por carregadeira sobre pneus que alimenta um silo vibratório que alimentará a planta de processamento. A grelha de saída do alimentador vibratório classificará o material para qualquer granulometria máxima requerida. Depois da fase de britagem, é produzido (peneirar em 03 estágios) o granulado para altos-fornos na faixa granulométrica conforme aplicação.

[0043] Para a obtenção do produto a ser aplicado diretamente no alto-forno, o qual depende do tipo e volume deste, a faixa granulométrica visada é 6,35 mm a 40 mm.

[0044] Para a obtenção do produto como sínter feed, opera-se em circuito fechado os processos de britagem, peneiramento e moagem, sendo possíveis, também, os ajustes

da faixa	granulométrica na fração	ideal	da	mistura a
sinterizar	na faixa de	0,105 mm a 6,35	mm.
[0045]	Para a	obtenção do produto	como	pelota ou
briquete	com faixa	granulométrica	<	0,105	mm são

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13/23 necessárias etapas de moagem e aeroclassificação do material, descritos conforme a seguir.

[0046]	Moagens: deve ser feita em moinhos de
martelo, e	conectadas a sistema de desempoeiramento (i) com
regulagens	de 2 mm (moinho 1); (ii) 0,5 mm (moinho 2), e

(iii) 0,3 mm (moinho 3). Estes, por sua vez, alimentam a bateria de aero classificador descrito a seguir.

[0047] Aeroclassificador: o Aeroclassificador empregado pode ser pelo menos um dos tipos descrito a seguir: Gravitational; Gravitacional Inercial, Centrífugo e

Ciclônico,	sendo que a classificação de cada granulometria
obedece às	especificações pré-determinadas.
[0048]	Os Classificadores gravitacionais realizam
separações	precisas de material a partir de 1700 pm até
150 pm (12	mesh a 100 mesh) e podem ser alimentados com
partículas	de top size 8 mm.
[0049]	Os Classificadores Centrífugos utilizam o

fluxo de ar secundário para separar partículas que variam

de 100 pm

a 20 pm (150 mesh a 700 mesh) e podem ser

alimentados com partículas de top size 1 mm.

[0050]

Os Classificadores Ciclônicos proporcionam

separação para uma gama mais reduzida, de 50 pm a 10 pm

(300 mesh	a 1250 mesh), e podem ser alimentados com
partículas	de top size 500 pm.
[0051]	A seguir é possível verificar a comparação
do consumo	de combustível para calcinação do MgCO3 com as
principais	diferentes fontes de magnésio: dolomita e

calcário calcítico. Nas Figura 2.2, 2.3, 2.4 e 2.5 são mostrados os termogramas das fontes de MgCO3. Para efeito comparativo, realizou-se a termogravimetria da dolomita e

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14/23 calcário, figuras 2.1 e 2.6, respectivamente. Verificou-se que entre as fontes de MgCO3 o comportamento foi similar. Nota-se que as fontes de MgCO3 apresentaram pico endotérmico em torno de 700°C com perda de massa além de um pico exotérmico e um endotérmico sem perda de massa. A dolomita apresentou dois picos endotérmicos em 790°C e 914°C acompanhados de perda de massa e o calcário calcítico apresentou um pico endotérmico em 920°C acompanhado de perda de massa.

[0052] As alterações térmicas seguidas por perda de massa são atribuídas à calcinação e aquelas sem perda de massa à mudança polimórfica (alteração da estrutura cristalina de compostos). Em suma, pode-se dizer que o MgCO3 se decompõe termicamente em temperaturas inferiores a dolomita e ao calcário, logo a energia necessária para a calcinação do MgCO3 é menor.

[0053] Este resultado representa, em termos práticos, que o MgCO3 consome menos combustíveis durante os processos produtivos, reduzindo o consumo de combustíveis fosseis como carvão mineral e ou vegetal, o que equivale a menor emissão de CO2 (principal componente do gás estufa). Ou seja, em comparação com a dolomita, o uso do MgCO3 na siderurgia pode levar à redução de alguns impactos ambientais severos. Além do mais, assim como foi mostrado anteriormente, seu consumo é 2,7 vezes menor para o mesmo nível de MgO necessário, reduzindo nesta mesma proporção, a exploração mineral e os impactos recorrentes nos processos de extração mineral os quais são bastantes conhecidos seus graves riscos e impactos ambientais.

Exemplo 1 - MgCO3 como fonte de MgO para a fabricação

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15/23 do sínter para alto-forno [0054] Como exemplo da composição sugerida para a produção do gusa a partir de matéria-prima composta por sínter, os inventores testaram uma composição conforme tabela 3 abaixo.

[0055] O sínter fabricado com a dolomita foi utilizado como referência. Para isso, a massa de retorno adicionada foi igual à massa de saída para 3,1% de combustível sólido, fixando-o nos parâmetros da sinterização e deixando o balanço de retorno (ou rendimento do produto) como variável. As proporções das matériasprimas utilizadas na fabricação dos sínteres, apresentadas na Tabela 3, foram calculadas mantendo constante no sínter os teores de MgO e de MnO, bem como a basicidade binária (CaO/SiO2 em 1,7). Coque e antracito foram os combustíveis sólidos usados na proporção de 50%. Esse teste foi realizado em triplicata.

Tabela 3. Proporção das matérias-primas utilizadas na sinterização

Matérias-primas	Mistura parcial (%)
Nível
I (referência)	II	III	IV	V
Minério de ferro	A	72
Fundente	Calcário	6,3	9,4	9,5	9,4	9,8
Dolomita	5,2	-
Magnesita A	-	1,9	-

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	Magnesita B	-	1,9	-
Magnesita C	-	1,9	-
Magnesita D	-	1,9
Aglomerante	Cal virgem	2,0
Adições	Minério de Mn	0,4 0,3	0,3	0,3	0,4
Pó do alto- forno	1,0
Rejeito industrial	1,0
Degradado (sínter <5 mm)	10,0
Pó da sinterização	1,0
Carepa	1,0

[0056]

A fabricação do sínter foi realizada em três

etapas: (i) aglomeração a frio; (ii) aglomeração a quente (sinterização na panela) e (iii) degradação do sínter.

[0057]	Para visualizar o estado das partículas
fontes de	MgO (dolomita e magnesita) no sínter, foram
utilizados	os microscópios do tipo óptico (luz refletida) e
eletrônico	de varredura acoplado com dispositivo para a

espectroscopia de energia dispersiva (EDS).

[0058]

A composição química dos sínteres fabricados

com MgCO3 é Fet: 53% a 64%; FeO: 2,5% a 12%, SiO2: 4,6% a

7,0%, Al2O3: 0,5% a 3,5% e MgO: 0,2% a 4,0%. Foi adicionado

CaO na proporção necessária para manter a basicidade

binária do	sínter (CaO/SiO2) entre 0,2 e 4,0.
[0059]	A composição química do sínter fabricado com
dolomita é	similar, para efeito comparativo é Fet: 57,3%;

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FeO: 2,9%; SiO2 5,2%; CaO 8,8%; MgO 1,17%; A12O3 1%; MnO 0,6%. Os efeitos das misturas com o MgCO3 e dolomita nos indicadores da sinterização são apresentados na Tabela 5 e nas Figuras 2 a 5.

Tabela 5. Resultados da sinterização

Nível	I	II	III	IV	V
Fonte de MgO	Dolomit a	MgCO3
A	B	C	D
Mistura total seca (kg)	71,0	71,2	71,8	72,3	70,0
Bolo de sínter (kg)	67,8	68,0	67,4	69,2	66,9
Sínter >5 mm (kg)	53,5	54,2	53,7	56,2	51,2
Sínter <5 mm (kg)	14,3	13,8	13,7	13,0	15,7
Tempo de sinterização (min)	27,3	26,0	25,5	25,6	26,8
Balanço de retorno (input/output)	1,04	1,10	1,10	1,19	0,94

[0060] A substituição da dolomita por MgCO3 com granulometria similar (A, B e C) melhorou notadamente o nível produtivo da sinterização e a qualidade do sínter. Por outro lado, a alteração pela MgCO3 D prejudicou esses indicadores, mostrando que a granulometria mais fina que a da dolomita é inadequada para o processo.

[0061] O aumento da produtividade decorreu do deslocamento mais rápido da frente de queima e do maior rendimento do produto. No caso do MgCO3 D, houve ligeiro aumento da velocidade da frente de queima. Mas, o rendimento do produto foi consideravelmente reduzido,

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18/23 refletindo na queda da produtividade.

[0062] No que tange a resistência mecânica do sínter, a troca pelas MgCO3 A, B e C beneficiou os seus indicadores, tumbler index e shatter index. Todavia, a Magnesita D fragilizou consideravelmente o sínter, conforme seus valores de tumbler e shatter.

[0063] Finalmente, o indicador metalúrgico RDI melhorou com os MgCO3 A, B e C e não foi alterado de maneira significativa com MgCO3 D. Segundo Inazumi(1975)], esse indicador é melhorado com a adição MgO que ao reagir com ferro estabiliza a magnetita secundária, reduzindo a formação da hematita secundária esqueletiforme, tida como precursora desse fenômeno.

[0064]

Os perfis térmicos do processo de sinterização com os MgCO3 atingiram patamares de temperatura acima daquela mostrada pelo sínter com a dolomita. Isto é um reflexo de que houve sobra de energia no processo e, devido a isto, foi observada melhora na resistência mecânica e rendimento do sínter.

0065]

Entretanto, mesmo com o ambiente propício para a melhora desses indicadores, o efeito negativo da maior superfície específica do MgCO3 D mostrou ser superior àquele ambiente. Portanto, o calor não foi suficiente para garantir o nível de qualidade e produtivo da sinterização, obtido no nível referência (I - dolomita). Além disso, a forma como a matéria-prima se comporta na microestrutura do sínter indica ser tão importante quanto o calor necessário para a sua fabricação.

Exemplo 2 - MgCO3 como fonte de MgO na fabricação de ferro gusa em alto-forno

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19/23 [0066] Na década de 80, o óxido de magnésio começou a ser necessário na escória do alto-forno para reduzir sua viscosidade que fora elevada devido ao alto teor de alumina (>2,5%) presente nos minérios. Iniciou-se a busca pela forma mais adequada da utilização das fontes de MgO. A primeira tentativa ocorreu por meio da adição de granulados no alto-forno que logo se mostrou equivocada. Este tipo de carga não reagia e não gotejava com a escória primária. A partir disso, concluiu-se que era preciso aumentar a reatividade do MgO com aquela escória. Daí começou a utilização de fontes desse composto na sinterização. Foi visto também que o efeito do óxido de magnésio não se restringia apenas a viscosidade da escória, mas também ao perfil da zona coesiva no alto-forno, em outras palavras, escória primária.

[0067] Em relação à capacidade da escória em remover o enxofre do gusa, o MgO possui efeito bastante discutido, devido ao grande número de variáveis envolvidas. Termodinamicamente, a ordem de afinidade pelo enxofre é Ca>Mg>Mn>Al>Si. Portanto, o cálcio é termodinamicamente mais favorável à dessulfuração do gusa dentre os principais componentes da escória. Por outro lado, a forma como é conduzida a alteração do teor de MgO na escória influencia na capacidade de remoção do enxofre no gusa. Em termos de cinética, a substituição de CaO por MgO, com basicidade quaternária constante, acarreta em gusa menos dessulfurado. Por outro lado, a adição de MgO, com basicidade binária constante, resulta em melhor dessulfuração do gusa.

[0068] O cenário atual leva a uma busca constante de aumento de produtividade na sinterização, exigindo

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20/23 novamente tentativas de se utilizar o MgO diretamente no alto-forno, já que sua presença é prejudicial no processo de aglomeração.

[0069] Para esta aplicação, MgCO3 cru é preparado granulometricamente, em faixas granulares conforme a necessidade de cada cliente, que pode variar na faixa é 6,35 mm a 40 mm, introduzindo na carga metálica de cada reator no percentual necessário para a correção do MgO da escória, conforme processo operacional e característica de cada unidade.

[0070] A composição química do MgCO3 a ser aplicado diretamente no alto-forno está na faixa de Fet - 0,2% a 5,0%; FeO - 0,1% a 0,4%, SiO2 - 1,5% a 7,0%, Al2O3 - 0,4% a 0,8% e MgO - 40% a 48%, CaO - 0,2% a 0,8%,PPC - 46% a 50% e MnO - 0,1% a 1,0%.

[0071] Desse modo, espera-se maior acerto da basicidade binária da escória, função de maior estabilidade na análise química e ausência de CaO na fonte de MgCO3, quando comparado ao concorrente dolomita.

[0072] Para a quantidade de material fonte de MgO a ser carregado diretamente no alto-forno, considerando um equipamento no qual se carrega 50% sínter e 50% pelota, será necessário cerca de 15kg/t a 20kg/t gusa para manter o MgO adequado do sínter e na escória próximo a 6%.

Exemplo 3 - MgCO3 como fonte de MgO na fabricação de pelotas para alto-forno e redução direta [0073] A Pelotização é um processo de aglomeração que, através de um tratamento térmico, converte a fração ultrafina do minério de ferro, com granulometria < 0,105 mm, e para tanto são necessárias etapas de moagem e

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21/23 aeroclassificação do material e em seguida aglomerado conforme processo de pelotização tradicional. As pelotas resultantes possuem granulometria na faixa predominante de 8,0 a 18,0 mm, possuindo características apropriadas para a alimentação das unidades de redução. Similar ao processo de sinterização, a mistura a pelotizar também possui alguns aditivos para melhorar as propriedades metalúrgicas das pelotas para produção de gusa em alto-forno e ou redução direta. A dolomita e o serpentinito (dunito) são também utilizados como fonte de MgO neste processo, no entanto, por razões similares ao processo de sinterização (já descritos anteriormente), estas matérias-primas aditivas provocam os mesmos danos no processo de pelotização. Sendo assim, o MgCO3 poderia substituir a dolomita e ou o serpentinito melhorado as propriedades da pelota e não provocando perdas no processo de pelotização assim como descrito e comprovado no processo de sinterização. A composição química visada da pelota com a utilização do MgCO3 é Fet: 53% a 64%; FeO: 0,5% a 12%; SiO2: 1,0% a 7,0%; Al2O3: 0,5% a 3,5% e MgO: 0,2% a 4,0% e basicidade binária CaO/SiO2: 0,1 a 4,0.

Exemplo 4 - MgCO3 como fonte de MgO na fabricação de briquetes para uso em siderurgia [0074] O processo de briquetagem é outro processo de aglomeração de finos, seja para aglomeração de minérios de ferro e ou resíduos industriais, que podem introduzir o MgCO3 como fonte de MgO quando a aplicação do mesmo for em processos de área de redução da siderurgia. Lembrando que o MgCO3 apresentará as mesmas propriedades de otimização da escória produzida no alto-forno. Desta forma, a composição

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22/23 química visada do briquete com a utilização do MgCO3 é Fet: 53% a 64%; FeO: 0,5% a 12%; SiO2: 1,0% a 7,0%; Al2O3: 0,5% a 3,5% e MgO: 0,2% a 4,0% e basicidade binária CaO/SiO2: 0,2 a 4,0.

[0075] Assim, como benefícios da presente invenção é possível destacar:

- Elevação da produtividade nas sinterizações e ou pelotizações;

- Elevação da resistência física e rendimento do sínter e pelotas para os altos-fornos, através da eliminação dos efeitos maléficos (já comprovados) do uso da dolomita em processos de aglomeração;

- Redução do estoque continuo de fontes de MgO nos pátios principais e pulmões;

- Redução de fontes/fornecedores de MgO;

- Redução na dispersão de elementos críticos no sínter como MgO, SiO2 e CaO;

- Redução na dispersão de elementos críticos na escória do alto-forno;

- Redução da possibilidade de contaminações devido características visuais distintas do MgCO3 e calcário;

- Possibilidade de se trabalhar com um nível de MgO mais elevado para melhorar as propriedades a quente do sínter;

- Melhoria no acerto e dispersão da basicidade binária, ou seja: redução de uma fonte (variável) portadora de CaCO3, lembrando que com calcário calcítico e dolomita, tem de controlar o CaO formado (não calcinado) oriundo de duas fones;

- Caso não haja necessidade de elevação de

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23/23 produtividade, aquisição de minérios de ferro de pior desempenho de produtividade na sinterização, pelotização e alto-forno;

- Melhor controle da basicidade e MgO no alto-forno;

- Melhor qualidade química do gusa devido ao baixo teor de enxofre;

- Redução no consumo de combustíveis fosseis (carvão mineral) e vegetais, tendo como consequência direta a redução de emissões de CO2 para a atmosfera;

- Devido à menor necessidade de extração, em termos volumes, do principal concorrente (dolomita), menores impactos e riscos na cadeia produtiva de extração mineral também são esperados. Lembrando que o material vem da Bahia onde já se tinha sido lavrado e depositado sem ainda a devida destinação técnica.

[0076] Nota-se, portanto, que a invenção proposta soluciona os problemas já mencionados do atual estado da técnica promovendo, ademais, significativas vantagens produtivas e operacionais ao processo de produção de aço.

[0077] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.

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Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matériaprima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender sínter com a composição química nos seguintes intervalos de valores: Fet - 53% a 64%; FeO - 2,5% a 12%, SiO2 - 4,6% a 7,0%, Al2O3 0,5% a 3,5% e MgO - 0,2% a 4,0%, adicionalmente compreendendo a adição de CaO em proporção para manter a basicidade binária do sínter (CaO/SiO2) entre 0,2 e 4,0.
2. 2. Produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matériaprima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender carbonato de magnésio, MgCO3, para aplicação direta no alto-forno, com a composição química indicada a seguir em seus respectivos intervalos de valores: Fet - 0,2% a 5,0%; FeO - 0,1% a 0,4%; SiO2 - 1,5% a 7,0%; Al2O3 - 0,4% a 0,8% e MgO - 40% a 48%, CaO - 0,2% a 0,8%,PPC - 46% a 50% e MnO - 0,1% a 1,0%.
3. 3. Produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matériaprima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio, MgCO3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender pelota com a adição de carbonato de magnésio, MgCO3, sendo que a dita pelota compreende a seguinte composição química: Fet - 53% a 64%; FeO - 2,5% a 12%; SiO2 - 1,0% a 7,0%; Al2O3 - 0,5% a 3,5% e MgO - 0,2% a 4,0%, e basicidade binária CaO/SiO2 0,1 a 4,0; e faixa granulométrica da pelota compreendida no intervalo de 8 mm a 18 mm.

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4. 4. Produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matériaprima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio,

   MgCO3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender briquete com composição química nos seguintes intervalos de valores: Fet

   53% a 64%; FeO - 2,5% a 12%;

   SiO2 - 1,0% a 7,0%; Al2O3

   0,5% a 3,5% e MgO

   0,2%

   4,0%, e basicidade binária

   CaO/SiO2 - 0,1 a 4,0.
5. 5. Processo de obtenção de produto para otimização das propriedades da escória de alto-forno para a produção de gusa, tendo como matéria-prima uma fonte de MgO, notadamente carbonato de magnésio,

   MgCO3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as seguintes etapas:

   - processo de lavra sustentável de uma pilha de minério magnesiano realizado com ao menos um dentre os seguintes equipamentos de mineração: escavadeira, carregadeira e caminhão, em lavra conjunta na mina de carbonato de magnésio, compreendendo operações de sondagem, escavação e carga por meio de carregadeiras, trator de esteiras e transporte por conjunto cavalo mecânico e carreta basculante;

   processo de preparação granulométrica em faixas granulométricas, compreendendo britagem primária, secundária e peneiramento.
6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 5,

   CARACTERIZADO pelo fato de que para a obtenção do produto a

   ser aplicado no alto-forno, a faixa granulométrica está compreendida dentro do seguinte intervalo: de 6,35 mm a 40 mm. 7. Processo de acordo com a reivindicação 5,

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   CARACTERIZADO pelo fato de que para a obtenção do produto para fabricação do sínter feed, opera-se adicionalmente em circuito fechado os processos de britagem, peneiramento e moagem, com faixa granulométrica compreendida dentro do seguinte intervalo: de 0,105 mm a 6,35 mm.
7. 8. Processo de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que para a obtenção do produto a ser utilizado na fabricação de pelota ou briquete empregamse etapas de moagem e aeroclassificação do material, com faixa granulométrica menor que 0,105 mm.
8. 9. Processo de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de moagem é realizada em moinhos de martelo, e conectadas a um sistema de despoeiramento (i) com regulagens de 2 mm (moinho 1); (ii) 0,5 mm (moinho 2), e (iii) 0,3 mm (moinho 3).
9. 10. Processo de acordo com as reivindicações 8 e 9, CARACTERIZADO pelo fato de os moinhos alimentarem uma bateria de um aeroclassificador de pelo menos um dos seguintes tipos: Gravitational; Gravitacional Inercial, Centrífugo e Ciclônico.