Desenvolvimento de briquetes autorredutores utilizando resíduos da indústria metalúrgica de ferrossílicio
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Leandro Rocha Lemos
Ricardo Augusto Martins Figueiredo
Ricardo Augusto Martins Figueiredo
Resumo
Visando contribuir com os estudos do setor de ferroligas, o presente trabalho teve como
objetivo, avaliar a viabilidade técnica do aproveitamento dos resíduos gerados do processo
produtivo – sílica ativa, finos de minério de ferro e de carvão vegetal – e utilizá-los como
matéria-prima para desenvolver briquetes autorredutores, com o intuito de promover sua
inserção como carga complementar nos fornos elétricos a arco submerso (SAF), na produção
de FeSi. Após a caracterização dos resíduos, foram produzidos 52 tratamentos de briquetes
autorredutores, considerando quatro condições, sendo essas sem e com aglomerantes. Nesse
último caso, foram utilizados três tipos de aglomerantes (cimento Portland, cal hidratada e
silicato sódio), obedecendo a proporção (2,50%; 5,00%; 7,50% e 10,00%). Inicialmente, os
briquetes foram testados em relação à densidade aparente, porosidade, shatter test e resistência
a degradação a quente. Cabe destacar que, apenas dois tratamentos – do total de 52 - atenderam
a todos os requisitos de seleção pré-estabelecidos. Tendo esses tratamentos em sua composição
o aglomerante silicato de sólido (5,00 e 7,50%) e produzidos com 15,00% de água. O tratamento
com 5,00% de silicato de sódio como aglomerante, obteve as seguintes características,
densidade aparente: 1165,39kg/m3; porosidade: 46,19%, shatter test: 99,64% em 0,30m e
99,32% em 1,50m; e a resistência a degradação térmica a quente: Rdr 81,24%. Já o tratamento
utilizando 7,50% de silicato de sódio apresentou densidade aparente: 1246,85kg/m3;
porosidade: 46,00%, shatter test: 99,66% em 0,30m e 98,82 em 1,50m; e resistência a
degradação térmica a quente: Rdr 82,54%. Através da identificação de fases cristalinas nos 2
tratamentos selecionados, por difração de raios-X. foram observadas nas amostras, a presença
de fases predominantes de quartzo, hematita e calcita. Após esse procedimento, foram
realizados os ensaios de redução para investigação do caráter autorredutor, sob diferentes
temperaturas (1750, 1800, 1850 e 2000ºC) de aquecimento. As fases metálicas e carbonosas
foram identificadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e sua composição química
determinada por espectroscopia de raios-X por dispersão de energia (EDS). Com base nesses
ensaios, foram identificadas fases metálicas de interesse, sendo essas identificadas como Si
metálico, FeSi, FeSi2 em massa percentual de Si de 85,77%; 30,72% e 47,17%, respectivamente,
e fase carbonosa como teor de Si de 71,83% para SiC. A partir dos resultados,pode-se constatar
o potencial de utilizar os briquetes autorredutores elaborados nesta dissertação como uma
alternativa como carga complementar em SAF para obtenção de FeSi.
Abstract
Aiming to contribute to the studies of the ferroalloys sector, this work aimed to evaluate the
technical feasibility of using the residues generated from the production process - silica fume,
iron ore and charcoal fines - and use them as raw material. Prime to develop self-reducing
briquettes, in order to promote its insertion as a complementary charge in submerged arc electric
furnaces (SAF), in the production of FeSi. After the characterization of the residues, 52
treatments of self-reducing briquettes were produced, considering four conditions, these being
without and with binders. In the latter case, three types of binders were used (Portland cement,
hydrated lime and sodium silicate), following the proportion (2.50%; 5.00%; 7.50% and
10.00%). Initially, the briquettes were tested for bulk density, porosity, shatter test and
resistance to hot degradation. It should be noted that only two treatments – out of a total of 52
– met all the pre-established selection requirements. These treatments have in its composition
the solid silicate binder (5.00 and 7.50%) and produced with 15.00% water. The treatment with
5.00% sodium silicate as binder, obtained the following characteristics, bulk density: 1165.39
kg/m3; porosity: 46.19%, shatter test: 99.64% at 0.30m and 99.32% at 1.50m; and resistance to
hot thermal degradation: Rdr 81.24%. The treatment using 7.50% of sodium silicate, on the
other hand, presented bulk density: 1246.85 kg/m3; porosity: 46.00%, shatter test: 99.66% at
0.30m and 98.82 at 1.50m; and resistance to hot thermal degradation: Rdr 82.54%. Through the
identification of mineralogical phases in the 2 selected treatments, by X-Ray diffraction, the
presence of predominant phases of quartz, hematite and calcite was observed in the samples.
After this procedure, reduction tests were carried out to investigate the self-reducing character,
under different heating temperatures (1750, 1800, 1850 and 2000ºC). The metallic and
carbonaceous phases were identified by scanning electron microscopy (SEM) and their
chemical composition determined by energy dispersion X-ray spectroscopy (EDS). Based on
these tests, metallic phases of interest were identified, which were identified as metallic Si,
FeSi, FeSi2 in percent Si mass of 85.77%; 30.72% and 47.17%, respectively, and carbon phase
with Si content of 71.83% for SiC. From the results, one can see the potential of using the selfreducing briquettes elaborated in this dissertation as an alternative as an alternative
complementary load in SAF to obtain FeSi.
Assunto
Engenharia de minas, Tecnologia mineral, Briquetes (Combustível), Ferroligas
Palavras-chave
Resíduos, Briquetes, Autorredução, Ferroligas
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