PT2355945T - Clínquer de magnésio poroso, processo de fabrico do mesmo e sua utilização como fluxo para o tratamento das escórias siderúrgicas - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

CLÍNQUER DE MAGNÉSIO POROSO, PROCESSO DE FABRICO DO MESMO E SUA UTILIZAÇÃO COMO FLUXO PARA O TRATAMENTO DAS ESCÓRIAS

SIDERÚRGICAS A presente invenção refere-se geralmente a um clínquer rico em magnésia particularmente útil para a alimentação de processamento das escórias das bolsas siderúrgicas.

Por clínquer entende-se um produto resultante de processamento a alta temperatura (> 1200 0 C) de materiais misturados intimamente principalmente constituídos por uma fonte de CaO e por uma fonte de AI2O3.

Os fluxos são compostos inorgânicos adicionados à escória das bolsas siderúrgicas para facilitar a fluidificação. Estas escórias são especialmente utilizadas em metalurgia secundária e permitem a purificação de aços e nomeadamente a sua dessulfurização. O principal papel destes fluxos é efetivamente atuar como um fluidificador para tornar fluida a escória o que facilita as trocas com aço em fusão.A principal desvantagem destas escórias é provocar a corrosão dos revestimentos das bolsas que se compõem de MgO, que se dissolve na escória em fusão.

As composições de fluxo convencionais são constituídas principalmente minerais de A1203 e CaO (nomeadamente sob a forma de aluminato de cálcio); Eles são geralmente obtidos por fusão de alumina e de cal ou precursores destes compostos. A Patente US 4795491 divulga um fluxo de aluminato de cálcio para a dessulfuração do aço fundido em aço bolsas siderúrgicas. Este fluxo contém de 9 a 20% em peso de MgO. Estes fluxos sintéticos são obtidos por fusão dos componentes acima dos seus pontos de fusão, o que conduz a produtos com uma porosidade muito baixa (tipicamente menos do que 1%, conforme medido de acordo com o ensaio para a medição da "água sob porosidade aberta" a seguir definido).Esta patente refere que a utilização de óxido de magnésio (MgO) no fluxo sintético reduz a deterioração de revestimentos das bolsas que se comportam MgO, que se dissolve na escória em fusão. Assim, a contribuição de MgO para o fluxo na escória fundida permite reduzir a perda de MgO por corrosão dos revestimentos refractários.

No entanto, o fluxo sintético da patente US 4.795.491, devido à sua baixa porosidade e superfície de troca limitada, pode ter a desvantagem de se dissolver ou se dispersar lentamente na escória em fusão, o que leva a um uma libertação lenta de MgO na escória em fusão.

Além disso, o desenvolvimento de uma corrente contendo um teor em magnésia até 20% em peso, por um processo de fusão, requer um trabalho a temperaturas muito elevadas, o que tem um impacto negativo em termos de consumo de energia, de produção de CO2, de duração da vida dos fornos de produção, etc . .

Finalmente, os fluxos sintéticos densos, tais como aqueles obtidos por fusão, têm ainda a desvantagem de ser sujeitos a "dispersarem-se", isto é para a degradar-se ao longo do tempo para formar partículas finas (de menos de 1 mm de tamanho) que afectam a facilidade de manuseamento do fluxo granular causando problemas de higiene e de segurança industrial. O pedido de patente US 2007/0000350 revela um agente de revestimento sob a forma de grãos com uma composição química e mineralógica necessária para metalurgia, e que forma de cada vez a escória fundida e acima da mesma, após a porosidade adequada dos grãos, uma camada faz de barreira térmica sobre o banho de metal fundido. Este agente de revestimento que foi feito poroso é baseado em aluminatos de cálcio na proporção CaO / AI2O3 de 0,25 para 4 e pode compreender até 15% em peso de fases auxiliares opcionais, particularmente MgO e / ou e MgOSiCh / ou T1O2 e / ou Fe2C>3 e / ou metais alcalinos. A porosidade pode variar de 5 a 70% em volume. A finalidade essencial deste agente é formar uma camada granular sólida, formando um escudo de calor acima do banho de metal fundido.

Também conhecida na técnica anterior, a patente US 4853034, que descreve uma escória de aluminato de cálcio sintético que pode conter até 20% em peso de MgO. Esta escória é obtida por fusão dos componentes e é usada para a dessulfuração dos aços. O documento US 2005/0049138 divulga uma composição granular refractária que compreende clinquer melhorado à base de aluminato de cálcio representado pela fórmula CnAx em que C representa o óxido de cálcio, e A representa o óxido de alumínio, n é um número inteiro entre cerca de 1 e cerca de 12, x é um número inteiro entre cerca de 1 e cerca de 24, e este clinquer tem menos do que cerca de 50% em peso de C12A7. A invenção refere-se, por conseguinte, a fornecer um clinquer útil como fluxo durante o fabrico de aço.Estes clínqueres úteis superam as desvantagens do fluxo da arte anterior. Em particular, eles se dissolvem ou dispersam rapidamente na escória fundida, mesmo quando o fluxo tem alto teor de MgO (> 20% em peso) para se obter rapidamente uma saturação, pelo menos parcial, de MgO escória. A invenção também se refere a um clinquer tal como definido acima, possuindo uma reduzida tendência para a formação de poeira e, portanto, contribuindo fortemente para a melhoria da higiene e segurança durante o manuseamento em ambientes industriais . A invenção também diz respeito a um processo de fabrico de clinquer, incluindo sinterização, e a sua utilização como um fluxo em particular para a preparação de produtos de escoria de bolsas siderúrgicas. A invenção também se relaciona com um produto obtido a partir de moagem / pulverização de um clinquer como o definido acima. A invenção também se relaciona com a utilização, como uma corrente de produto a partir do clinquer. É usado, por exemplo, para a formação de escórias de metalurgia secundária utilizadas para a purificação de aço, como a dessulfuração ou que leva uma cobertura continua de aço para um repartidor de escoamento continuo do aço. Os objectos acima são alcançados de acordo com a invenção por um clinquer, tal como definido na reivindicação 1 e que compreende, com base no peso total do clinquer: na sua composição química: - 30 a 85% de AI2O3; - 3-45% de CaO; - 9% a 45% de MgO; em sua composição mineralógica - 15 a 65% de fase Q1 com Q = CA20 Al32-2XMgxSix068 com 2,5 d x d 3,5; - 5 a 40% de fase MgAl2C>4 e tendo uma porosidade aberta, tal como medido pelo medidor de teste sob água da porosidade aberta de acordo com a norma NF B40-312 alterada tal como descrito abaixo de 4% a 60% , de preferência de 5 a 45%. A invenção também se relaciona com a utilização de um clinquer como definido acima para a redução de menos de 1 mm de tamanho de poeira em ambientes industriais.

Por porosidade entende-se todos os poros de um material sólido que conduz à parte externa do material, quer directamente ou através de interligações.

Tal como acima indicado, o clinquer da presente invenção inclui quimicamente, com base no peso total de clinquer, 30 a 85% de alumina (AI2O3) , mais preferencialmente de 35 a 65% e de preferência de 35 a 55%.

De preferência, o clinquer da presente invenção quimicamente compreende de 10 a 40% em peso, mais preferivelmente de 15 a 35% em peso de CaO.

Os clinqueres quimicamente de acordo com o invento compreendem pelo menos 9% em peso, geralmente pelo menos 15% em peso e, de preferência, pelo menos, e preferivelmente mais do que 20% a 45% por peso de MgO.

De preferência, alumina (AI2O3), cal viva (CaO) e a magnésia (MgO), juntos, constituem pelo menos 50%, de preferência pelo menos 70% do peso total do clinquer. 0 clínquer da presente invenção compreende ainda uma quantidade de sílica (S1O2) , pelo menos suficiente para se obter a quantidade mínima necessária de fase Q. 0 clínquer de acordo com a invenção compreende geralmente de 0,5 a 20%, de preferência de 0,5 a 10% e de preferência pelo menos 1% de silício (SiCq), com base no peso total do clínquer.

Como é bem conhecido, o clínquer da presente invenção pode também compreender outros óxidos de:

As matérias-primas utilizadas são geralmente bauxite, alumina, calcite, dolomite, magnésia ou outras matérias-primas e os subprodutos contendo os óxidos acima.

Numa forma de realização particular preferida da invenção, o clínquer da presente invenção inclui quimicamente 15%, de preferência 20%, e mais preferencialmente mais do que 20% em peso de MgO.

De um modo geral, o clínquer da presente invenção compreende, em relação ao peso total do clínquer de 5 a 25% de MgO livre (periclase).

Uma característica essencial dos clínqueres invento é que eles possuem uma grande porosidade aberta e mais tipicamente, pelo menos, 4%, conforme medido no ensaio de medição sob água da porosidade aberta definida abaixo.

De preferência, os clínqueres de acordo com a invenção têm uma porosidade aberta, tal como determinado de acordo com a medição de teste em água, de 4 a 60%, de preferência de 4 a 45%, mais preferivelmente de 4 a 20% e mais de preferência de 4 a 10%.

De um modo geral, nos clínqueres da presente invenção, todas as fases mineralógicas Cai2Ali4C>33 (C12A7) Ca2oAl32-2xMgxSix068 (2,5dx<3,5 fase Q) , MgAl204 (espinela) e MgO (periclase) é, pelo menos, de 30% do peso total de clínquer, de preferência pelo menos 40% e de preferência pelo menos 50% do peso total do clínquer.

As fases de mineralógica e MgAl204 podem representar, respectivamente, em relação ao peso total de clínquer, de 15 a 65% para a fase Q e de 5 a 40% para MgAl204 . De preferência, a fase Q representa entre 20 e 65% em peso de clínquer e a fase MgAl204 representa de 5 a 30% em peso do clínquer.

De preferência, os clínqueres de acordo com a invenção também compreendem de 2 a 15%, mais preferivelmente de 4 a 12% em relação ao peso total da fase de clínquer Cai2ALi4033 (C12A7) .

De um modo geral, a presença de MgO nos clínqueres de aluminatos de cálcio tende a aumentar a temperatura de fusão dos clínqueres. A composição mineralógica dos clínqueres da presente invenção permite a obtenção de clínqueres que tem a temperatura global relativamente de baixo ponto de fusão, geralmente entre 1300 e 1800 0 C (norma DIN 51730).

Os clínqueres da presente invenção podem ser obtidos por sinterização dos constituintes da base a uma temperatura de 1200 a 1500 0 C durante um período compreendido entre 15 minutos a 1 hora, normalmente em fornos rotativos, tais como os usados para fabricar o cimento, e se necessário moer o produto sinterizado resultante para obter o tamanho de partícula desejado. Para aplicação secundária em metalurgia, é típica a utilização da fracção de menos de 25 mm do produto obtido por rastreio / esmagamento. A sinterização é um processo de aglomeração por reacção no estado sólido de material em pó a uma temperatura menor do que a de formar uma fase líquida.

No entanto, no caso de sinterização, a presença de uma baixa proporção de produto da fase líquida pode ser tolerada durante a operação de sinterização enquanto a fase sólida retém uma maioria, de um modo preferido, pelo menos, 70% em peso em relação ao peso total da composição. O processo de sinterização de acordo com a invenção é, naturalmente, bastante diferente do método de fusão convencional, em que todos os componentes são aquecidos para garantir a fusão completa do produto, de modo que a reacção prossegue na fase líquida.

Os clínqueres de acordo com a invenção têm um tamanho de partícula maior que 1 mm e até 50 mm, de preferência até 25 mm.

Como mencionado acima, os clínqueres de acordo com a invenção, são menos propensos a produção de poeiras do que os clínqueres e fluxo da técnica anterior, incluindo fluxos densos obtidos por processos de fusão. No âmbito da invenção entende-se o termo "sujeito à produção de pó", o facto de ao longo do tempo e / ou sob certas condições, especialmente após o teste de estabilidade em autoclave definido abaixo, a quantidade de partículas menores que 1 mm aumenta significativamente, o que é o caso do fluxo de magnésio (rico em MgO) com uma porosidade aberta, geralmente obtido por um método de fusão.Os clínqueres de acordo com a invenção têm geralmente uma taxa de partículas, menores do que 1 mm, após o teste de estabilidade, de menos de 1% em peso.

Sem estar limitado pela teoria, os inventores acreditam que a porosidade aberta é um parâmetro importante no que diz respeito à produção de fluxo de pó de magnésio. Na verdade, a magnésia livre (periclásio) reage com a água para formar brucite, criando um fenómeno em expansão.

Seja qual for a magnésia de clínquer, a magnésia livre vai reagir com a água atmosférica para formar brucite. No caso de um clínquer denso (baixa porosidade) , a formação de brucite irá provocar a dissolução da expansão de clínquer e o craqueamento induzido, aumentando a área de superfície do clínquer e a possibilidade de reacção de MgO e, consequentemente, a geração de poeira.

No caso de clínqueres poroso de acordo com a invenção, a presença de poros acomoda a formação de brucite sem ruptura do clinquer, o que limita muito o risco de produção de poeiras. A medição de porosidade subaquática (de acordo com a norma NFB 40-312 alterada) • Retirar cerca de 50 g de clinquer com um tamanho de granulo superior a 5 mm; • Colocar os mesmos em uma peneira de tamanho de malha inferior e suavemente soprar ar comprimido para remover quaisquer partículas finas; • Pesar a amostra de clinquer seca e registrar o peso Ps; • Colocar a amostra de clinquer em uma TAÇA e colocaR a taça numa câmara de vácuo ligada a uma bomba de vácuo e fornecida com um fornecimento de água; • Ligar a bomba de vácuo e deixar fazer um vácuo durante cerca de 15 minutos, até um valor de vácuo de 200 mbar. • Abrir a torneira suavemente, deixando a bomba de vácuo a correr e encher com água até que o nível da água esteja um centímetro acima da amostra de clinquer; • Deixar a bomba de vácuo em funcionamento durante pelo menos uma hora para manter um vácuo de 200 mbar, e até que já não vejamos mais bolhas sobir à superfície; • Parar a bomba de vácuo e abrir o sino de vácuo; • Colocar a amostra na peneira de uma balança hidrostática previamente pesada e pesando com a amostra imersa em água e registar o peso Pl . • Recuperar cuidadosamente a amostra de clínquer uma vez que os poros estejam cheios de áqua e limpar muito levemente com uma esponja; • Pesar rapidamente a amostra de clinquer e registrar o peso Ph. 0045] A porosidade aberta em % é igual a:

Teste de estabilidade em autoclave

Este teste é concebido para demonstrar a aptidão para o varrimento dos clinkers. • Esmagar o material de modo a obter uma granulometria entre 1 e 3,15 mm (determinada por peneiração) • Pesar 50 g da amostra de clinquer esmagado • Colocar a amostra num recipiente e colocar o recipiente em um autoclave (cerca de 60cm3), no qual também se introduz um prato contendo 1 ml de água; • Fechar o autoclave e colocar o mesmo num forno a 150 0 C durante 24 h; • Após a remoção do forno e arrefecimento, a abertura da autoclave e retirar a amostra (verificar visualmente o aspecto de um pó na proveta); • Pesar a amostra e registrar o peso Pl; · Colocar a amostra em uma abertura de malha TABELA 1

TABELA 2

Os clínqueres de 1 a 3 são clinqueres porosos de magnésio de acordo com a invenção, obtidos por sinterização e os clinqueres A e B são clinqueres de magnésia densos obtidos por fusão apresentados como exemplos comparativos.

Os clinqueres foram fabricados através da preparação de uma multa de granulação cru matérias-primas nas proporções necessárias para obter as composições químicas e mineralógicas desejadas e colocando a materia-prima em cadinhos de platina.Os cadinhos são então introduzidos num forno de laboratório e a temperatura do forno é aumentada de 20 0 C / minuto para um rolamento de 900 0 C, em seguida, aquecidos até à temperatura de desenvolvimento de tal modo que a toda a cal é combinada e os cadinhos são mantidos a esta temperatura durante 1 hora. Dependendo da composição alvo, regula-se a temperatura de desenvolvimento numa gama entre 1250 e 1500 0 C para ajustar a porosidade dentro da gama necessária.

As temperaturas de desenvolvimento são indicadas abaixo.

Mediu-se a porosidade aberta debaixo de água de várias escórias de carvão de acordo com o protocolo de teste descrito acima.

Os resultados são apresentados na tabela abaixo.

Foram submetidos os clínqueres n° 1, 2 e 3 de acordo com a invenção e os clínqueres comparativos A e B ao ensaio de estabilidade da autoclave definido acima. Foi visualmente encontrada a ausência de pó sobre os clínqueres anteriores ao teste. Os resultados são dados na tabela abaixo. Tamanho (peneiragem)

Estes testes demonstram que os clínqueres porosos da presente invenção têm uma tendência muito menor para formar o pó fino que um mesmo clínquer denso.

As análises mineralógicas de tamanho de partícula inferior e / ou superior a 1 mm, após o teste de autoclave são dadas na seguinte tabela

Composição mineralógica após o teste de autoclave (% em peso)

Apesar de uma forte presença de hidratos (especialmente brucite tem uma tendência para uma expansão significativa) nos produtos com elevada porosidade, não houve formação de poeira.Ao mesmo tempo, os produtos de baixa porosidade geraram uma grande quantidade de poeira e poucos hidratos (especialmente criados nos finos).

Claims (13)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Clínquer que compreende, em relação ao peso total do clínquer: na sua composição química - de 30 a 85% de AI2O3; - de 3 a 45% de CaO; - de 9% a 45% de MgO na sua composição mineralógica - de 15 a 65% de fase Q, CA20 Al32-2XMgxSix068 com 2,5 d χ < 3,5 - de 5 a 40% de fase MgAl2C>4 e tendo uma porosidade aberta, tal como medido pelo medidor de teste sob água da porosidade aberta de acordo com a norma NF B40-312 alterada de 4% a 60%.
2. 2. Clínquer de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a porosidade aberta ser de 4 a 45%.
3. 3. Clínquer de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por a sua composição química compreender, pelo menos, 15% e de preferência pelo menos 20% ou mais, em peso, de MgO.
4. 4. Clínquer de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de compreender de 35 a 65%, preferivelmente de 35 a 55% em peso de AI2O3.
5. 5. Clínquer de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado por a composição mineral compreender de 20 a 65% em peso de fase Q e 5 a 30% em peso de fase MgAl204.
6. 6. Clínquer de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado por a sua composição mineralógica compreender de 2 a 15%, em peso, de preferência de 4 a 12% de fase C12A7.
7. 7. Um método para o fabrico de um clínquer de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por compreender: - a mistura de AI2O3, CaO e MgO ou de precursores destes compostos em quantidades necessárias para obter as quantidades desejadas de AI2O3, CaO e MgO; e - a sinterização da mistura.
8. 8. Um método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a sinterização ser efectuada a uma temperatura de 1200 0 C a 1500 0 C.
9. 9. Produto de esmagamento / pulverização de um clinquer de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7.
10. 10. Uso de um produto proveniente de um clinquer de acordo com a reivindicação 9 como fluxo para a formação de escórias de metalurgia secundária utilizadas para a purificação do aço, especialmente a dessulfurização.
11. 11. Utilização de um produto proveniente de um clinquer de acordo com a reivindicação 9 para a realização de uma tampa para um repartidor continuo do aço.
12. 12. Utilização de um clinquer de acordo com a reivindicação 9 para a redução do tamanho de pó inferior a 1 mm em ambientes industriais.
13. 13. Utilização de acordo com a reivindicação 12, em que o clinquer quimicamente compreende de 20 a 45% de MgO em relação ao peso total do clinquer.