Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico

1. Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico Sustentabilidade do Setor Siderúrgico São Paulo – 8/11/2006 – ABM Prof. Antônio C. F. Vilela Prof. Dr.-Ing/DEMET/PPGEM/UFRGS

2. Sumário • Introdução • A Geração de Escória de Aciaria • Escória do Refino Oxidante • Escória do Refino Redutor • O Processamento das Escórias • Transformação em Agregado Siderúrgico • Considerações Finais

3. Introdução • A produção de aços gera escórias. • Escória é um co-produto das aciarias e não um resíduo sólido, pois: • possui valor econômico; • pode ser usada de forma ambientalmente correta como alternativa a agregados naturais (brita e areia) e como matéria-prima ou insumo de processos industriais.

4. Introdução • As escórias são co-produtos com diversas aplicações: • Agregado para pavimentação; • Lastro para ferrovias; • Artefatos de concreto; • Produção de cimentos; • Corretivos e fertilizantes de solos; • Como material de retorno na aciaria etc... Nesta apresentação: escória será apresentada como agregado siderúrgico.

5. Introdução • Tipos de Escórias de Aciaria • Escória do Refino Oxidante • Aciaria Elétrica – Forno Elétrico a Arco ou Forno de Fusão • Aciaria LD/BOF – Conversor LD • Escória do Refino Redutor • Forno-Panela

6. Carregamento Fusão Refino Oxidante Retirada da Escória Vazamento do Aço Produção: 80 a 150kg/taço A Geração de Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão Aço: 7 milhões de t(22%) - (IBS – 2005) Escória:840 mil t

7. Escória do Refino Oxidante - Forno de Fusão • A escória é formada pela combinação de ferro e de outros elementos com o oxigênio injetado para formar óxidos e pela combinação desses com outros óxidos adicionados (CaO e MgO). • Características: • Metalúrgicas • Químicas • Mineralógicas

8. Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão • Características Metalúrgicas • Necessitam ser básicas, i. é: • 20 < %FeO < 40% Por quê? • O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO2, P2O5, Al2O3) • Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (8 a 12%) para reduzir a erosão do refratário (básico e com alto MgO)

9. Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão • Características Metalúrgicas • Necessitam ser espumantes (foamy slag) Por quê? • Para cobrir o arco elétrico e aumentar a transferência de calor para o banho, protegendo os refratários, as laterais e a abóbada do FEA dos efeitos da irradiação de calor. • Para proteger o banho da ação (pick up) de gases indesejáveis (H e N). • Para reduzir o consumo de eletrodos baixar custo operacional.

10. Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão • Características Químicas São importantes para o controle do processo e qualidade do aço.

11. Escória do Refino Oxidante – Forno de Fusão • Características Mineralógicas • Há vários compostos mineralógicos (>20); • 2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2; • 2CaO.Fe2O3, MgO. Fe2O3; • 2CaO.Al2O3.SiO2, 3CaO.MgO.2SiO2; • CaO, MgO, CaCO3; • FeO, Fe3O4. São importantes para a utilização da escória ou para a transformação em agregado siderúrgico.

12. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF Aço: 24 milhões de t(76%) – (IBS – 2005) Escória:2,3 milhões de t Fonte: Introdução aos Processos de Refino Primário dos Aços nos Convertedores a Oxigênio - ABM 2006.

13. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF • Escória do Conversor • 45 a 150 kg/taço Há conversores com 10 kg/taço (Janara at al; NKK Gihou, 2000, (164), 6-10) The Making, Shaping and Treating of Steel, 11th Edition, 1998. The AISI Steel Foundation

14. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF • A escória é formada por óxidos resultantes da injeção de oxigênio e pela combinação desses com outros óxidos adicionados (CaO e MgO). • Características: • Metalúrgicas • Químicas • Mineralógicas

15. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF • Características Metalúrgicas e o %FeO de 8 a 30% • Por quê? Mesmos motivos do Forno Elétrico a Arco. • A escória também espuma e forma uma emulsão gás-escória-metal. • Por quê? Acelerar a reação de descarburação; Acelerar a reação de desfosforação.

16. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF • Características Químicas Fonte: Gumiere (2002) São importantes para o controle do processo e qualidade do aço.

17. Escória do Refino Oxidante – Conversor LD/BOF • Características Mineralógicas • Há vários compostos mineralógicos (>20); • b2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2; • CaO.FeO, 2CaO.Fe2O3; • CaO, MgO, FeO, CaO.H2O, CaCO3; São importantes para a utilização ou sua transformação em agregado siderúrgico.

18. Vazamento do Aço • Adição de desoxidantes • Adição de cal • Forno-Panela • Refino Redutor • Composição química (ligas) • Temperatura • Lingotamento Contínuo • Produção de semi-acabados (tarugos, blocos e placas) Vazamento da escória Produção: 20 a 40 kg/taço Escória do Refino Redutor – Forno-Panela

19. Escória do Refino Redutor – Forno-Panela • A escória é formada pela combinação de desoxidantes adicionados (FeSi, FeSiMn, Al) com o oxigênio do aço e pela associação desses óxidos com outros adicionados (CaO). • Características • Metalúrgicas • Químicas • Mineralógicas

20. Escória do Refino Redutor – Forno-Panela • Características Metalúrgicas • Necessitam ser básicas, i. é: • (%FeO + %MnO) máx = 3,5 Por quê? • O excesso de CaO tem que ser suficiente para neutralizar e absorver os óxidos ácidos (SiO2, Al2O3) e captar o S do aço (dessulfuração). • Necessitam conter quantidade suficiente de MgO (10 a 18%) para reduzir o ataque químico ao refratário, que é básico e com alto MgO.

21. Escória do Refino Redutor – Forno-Panela • Características Químicas São importantes para o controle do processo e qualidade do aço. Variam em função dos tipos de aços.

22. Escória do Refino Redutor – Forno-Panela • Características Mineralógicas • 2CaO.SiO2, 11CaO.CaS.4SiO2; • 2CaO.Al2O3.SiO2, 11CaO.CaF2.7Al2O3; • MgO, CaO, CaO.H2O; • Outros • Há poucas investigações sobre o seu reaproveitamento. • Pode ser reaproveitada: • em substituição parcial da CaO e MgO no refino oxidante; • misturadas com a escória do refino oxidante para a produção de agregados siderúrgicos.

23. Agregado + Recuperação do aço (sucata recuperada) Processamento das Escórias • Composto pelas etapas de: • Recolhimento e transporte; • Descarga e resfriamento lento ao ar livre; • Britagem; • Separação Magnética; • Peneiramento

24. Processamento das Escórias Britagem, separação magnética e peneiramento

25. Transformação em Agregado Siderúrgico • O Tipo de Agregado Resfriamento da Escória Aciarias Brasileiras resfriamento lento Problema de expansibilidade

26. Transformação em Agregado Siderúrgico • Expansibilidade

27. Transformação em Agregado Siderúrgico • Expansibilidade • Óxido de Cálcio livre (CaO – Cal) • Óxido de Magnésio (MgO – Periclásio) • Silicato Dicálcico b (b.2CaO.SiO2 – Larnita) • Óxidos de Ferro (FeO – Wustita, Fe3O4 – Magnetita)

28. Reações de Hidratação CaO MgO Aumento de Volume CaO 99% MgO 110% (Expansão a longo prazo) Transformação em Agregado Siderúrgico • Óxidos de Cálcio e Magnésio Importante Não misturar a escória com resíduos de refratários (são expansivos), a base de MgO.

29. Silicato Dicálcico - 2CaO.SiO2 Transformação em Agregado Siderúrgico •  g  DV de até 12%  Desintegração da escória

30. Óxidos de Ferro – FeO e Fe3O4 Transformação em Agregado Siderúrgico Mehta e Monteiro, 1994 Importante: A separação magnética deve ser sempre controlada ( partículas ferrosas no agregado)

31. Transformação em Agregado SiderúrgicoExpansibilidade da escória: Avaliação

32. Transformação em Agregado SiderúrgicoExpansibilidade da escória: Avaliação

33. Transformação em Agregado Siderúrgico Controlada a expansibilidade por envelhecimento (estocagem em pilhas no pátio com tempos adequados) o agregado siderúrgico passa a apresentar vantagens econômicas, ambientais e tecnológicas em relação aos agregados naturais.

34. Considerações finais • Aço X Agregado Siderúrgico • Agregado é um co-produto ainda com baixo valor e com utilização de caráter regional. • É fundamental aumentar o valor agregado e o consumo adequado.

35. Sustentabilidade do Setor Siderúrgico ABM - 2006 Geração e Processamento da Escória de Aciaria e sua Transformação em Agregado Siderúrgico Obrigado pela atenção! Prof. Antônio C. F. Vilela vilela@ufrgs.br www.ct.ufrgs.br/lasid

36. A Geração de Escória de Aciaria - Aciaria Elétrica Refino oxidante + redutor Aciaria Elétrica – Brasil Aço: 7 milhões de t(22%) - (IBS – 2005) Escória: 1 milhão de t

37. Aciaria LD/BOF • Tendências: • Mais sucata na carga  %Si no gusa   aumento no volume de escória • Menos sucata na carga  pré-tratamento no gusa LD/BOF: %C   volume de escória

38. Aciaria LD/BOF • Tendências: • Mais sucata na carga  %Si no gusa   aumento no volume de escória • Menos sucata na carga  pré-tratamento no gusa LD/BOF: %C   volume de escória