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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-25072017-152106
Documento
Autor
Nome completo
Marcelo Breda Mourão
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 1988
Orientador
Banca examinadora
Capocchi, Jose Deodoro Trani (Presidente)
Bradaschia, Clovis
D'Abreu, José Carlos
Figueira, Renato Minelli
Takano, Cyro
Título em português
Análise do processo de redução de minério de ferro por carbono na forma de pelotas auto-redutoras.
Palavras-chave em português
Minérios (Redução)
Pelotas auto-redutoras
Resumo em português
Através de revisão bibliográfica e estudo experimental, o presente trabalho apresenta uma análise da influência de diversos parâmetros sobre a velocidade da reação entre minério de ferro e carbono, aglomerados na forma de pelotas auto-redutoras. Os parâmetros estudados foram: temperatura, tipo e quantidade de redutor, uso de adições, composição e vazão dos gases no recipiente de reação, tamanho da pelota. A técnica experimental consistiu em medi-se a velocidade de reação por análise termogravimétrica, complementada por análise do gás de saída e difração de Raios-X em pelotas parcialmente reduzidas. Verificou-se que o mecanismo controlador da velocidade de reação é determinado por um conjunto de parâmetros inter-relacionados, e que pode mudar o progresso de reação. A etapa química da reação é controlada pela gaseificação do carbono por CO2. Transporte de calor e difusão gasosa através dos poros da pelota exercem forte influência sobre a velocidade; os fatores que favorecem a influência de transporte de calor são: aumento de temperatura; aumento da reatividade do redutor; uso de catalisador; diminuição do diâmetro da pelota; início de reação; redução sob atmosfera CO/CO2 de composição próxima ao equilíbrio wustitaferro. A influência de difusão gasosa se faz sentir quando a reação é efetuada sob atmosfera de gás inerte, que penetra nos poros da pelota, diluindo a atmosfera CO/CO2 reinante no interior da mistura de partículas. Nessas condições, esta influência é maior quanto menor for a temperatura de reação, quanto menos reativo for o redutor, quanto menor for a pelota, e nos estágios finais de reação. Verificou-se ainda que parâmetros relacionados à composição das pelotas, bem como a temperatura do processo, tem grande influência sobre o comportamento dimensional dos aglomerados.Assim, pelotas com ganga básica (com carvão vegetal e adições básicas) tendem a inchar catastroficamente, ao passo que pelotas com ganga ácida (com coque ou carvão mineral como redutores) não apresentam este fenômeno. Microscopia eletrônica de varredura indicou a presença de ferro filamentar em pelotas que apresentaram inchamento catastrófico. Analisou-se ainda como a presença de matéria volátil no redutor afeta a cinética de reação e o comportamento dimensional das pelotas, e também sob que condições o ferro formado na redução catalisa a reação.
Título em inglês
Analysis of the iron ore reduction process by carbon in the form of self-reducing pellets.
Palavras-chave em inglês
Carbothermic reduction of iron ores
Self-reducing pellets
Self-reduction
Resumo em inglês
The factors that affect the rate of reaction between iron oxides and carbon were analysed by means of literature review and experimental investigation. The iron ore and the carbon were agglomerated in the form of self-reducing pellets. The investigated variables were: temperature, type and amount of redactor, presence of additives, gas composition and flow in the reactor vessel, and pellet's size. The experimental technique employed was thermogravimetric analysis, complemented by gas analysis and X-ray diffraction. It was shown that the rate control may change in the course of the reaction, and it depends on a number of interrelated varibles. The slowest reaction of the chemical step is the carbon gaseification by CO2. Heat transfer and gaseous diffusion through pellets pores play an important role in the rate; the factors that favours the heat transfer influence are: temperature increase, reducto's reactivity increase, the use of catalyst, pellet's size decrease, start up the reaction; reduction under CO/CO2 atmosphere near wustite-iron equilibrium. When the reaction is performed under inert gas atmosphere, gaseous diffusion through pellet's pores can dilute the CO/CO2 atmosphere prevailing in the pallet's core. Under these conditions, this effect is more pronounced for lower temperature, lower carbon reactivity, smaller pellets and at the end of the reaction. It was also found that variables related to pellet composition as well as process temperature greatly affect the pellet's dimensional behavior. In fact, pellets containing basic guangue (e.g.wood charcoal and/or basic additives) show catastrophic swelling; in contrast, pellets containing acid gangue (e.g. coke or coal) have good dimensional stability. Iron whiskers were observed with scanning electron microscope on pellets that swell catastrophically. The influence of reductor's volatile matter upon kinetics and dimensional behavior of pellets was also analysed as well as the catalysis of the reaction by the iron formed in the course of the reduction.
 
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Data de Publicação
2017-07-25
 
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