Característica a alta temperatura do sinter feed

Segundo SILVA [15], o conhecimento das propriedades intrínsecas dos minérios de ferro torna- se fundamental para avaliar sua influência no comportamento da carga metálica, tanto na sinterização quanto no alto-forno. Nesse contexto, foram desenvolvidos pela Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation (NSSMC) ensaios para avaliação do comportamento do minério de ferro na sinterização em altas temperaturas – ensaios de assimilação e penetração em fase líquida.

O ensaio de assimilação é utilizado para avaliar a mudança na forma, a estrutura dos poros, a microestrutura e a resistência física do sínter produzido a partir do minério com calcário. Minérios de maior porosidade assimilam maior quantidade de líquido ao passo que minério de menor porosidade assimilam pouco, formando maior quantidade de Silico-Ferrite of Calcium

and Aluminum que, por sua vez, servem de ponte para as outras partículas, estrutura ideal para

uma boa redutibilidade do sínter [15]. Além dessa conclusão, SILVA [15] afirma que minérios com alto teor de ferro oriundo de hematita tendem a formar líquidos com alta fluidez e assimilar pouco desses, elevando sua percolação, consequentemente, obtendo maior resistência mecânica do sínter. Por outro lado, aqueles com baixo teor de ferro, porosos, com goethita e martita tendem a formar líquido de baixa fluidez, assimilar muito líquido, restringindo a sua percolação, consequentemente, obtendo menor resistência mecânica do sínter [15].

Segundo DEBRICANT et al. [17] a taxa de assimilação depende da área interfacial sólido- líquido, temperatura e composição química do líquido primário.

Como pode ser visto na Figura 12, partículas de limonita são mais facilmente assimiladas do que partículas nucleantes de hematita, mas têm um efeito adverso na fluidez do líquido. A taxa de assimilação aumenta com a elevação da porosidade que, por sua vez, aumenta com o teor de água combinada [18].

25 Figura 12: Assimilação do minério de ferro durante a sinterização [18]

SILVA et al. [19] estudaram seis tipos de minérios para avaliação no teste de assimilação com diferentes qualidade química, granulométrica e mineralógica. Analisando a Figura 13, nota-se em suas macroestruturas que os minérios se comportaram de maneira diferente, sendo que A, C e E apresentaram partículas porosas e isoladas enquanto que B, D e F partículas aglomeradas. Ademais, a assimilação dos minérios A, C e E foi maior que B, D e F devido a maior porosidade dos minérios, menor fluidez e menor quantidade de líquido disponível, configurando partículas isoladas. Por sua vez, aqueles com maior porosidade assimilaram maior quantidade de líquido, resultando em menor quantidade de líquido para aglomerar outras partículas [19].

26 As partículas porosas de sínter observadas em A, C e E (Figura 13) são oriundas da goethita que, por se tratar de um mineral hidratado, gera poros ao passar pela desidratação. Assim, o líquido penetra na partícula, sendo assimilado quase que por completo. Em relação aos sínteres (Figura 13) oriundos dos minérios B, D e F, nota-se que as partículas de minérios, que foram pouco assimiladas, formaram silico-ferrite of calcium and aluminum (SFCA), servindo de ponte entre as demais partículas, estrutura considerada ideal para uma boa redutibilidade do sínter [19].

Em resumo, a partir da Figura 13, é possível inferir que: A, C e E apresentaram formatos similares e estrutura com poros irregulares; D apresentou uma estrutura um pouco mais compacta que aqueles citados anteriormente e com poros irregulares a esféricos; B apresentou uma estrutura compacta com poucos poros esféricos; e F apresentou formato achatado com poucos poros esféricos [19].

O formato dos poros nestes corpos de prova (Figura 13) pode ser uma evidência da fluidez do líquido, sendo que os minérios (B e F) com menor teor de ganga tenderam a formar líquidos de maior fluidez e, com isso, poros esféricos. Por outro lado, minérios com maior teor de ganga (A, C e E) tenderam a formar líquidos de menor fluidez, formando poros irregulares. O minério D que apresentou poros irregulares e esféricos apresentou um líquido de fluidez intermediária [19].

Na Figura 14 é mostrada a resistência mecânica dos sínteres após assimilação da fração aderente. A maior resistência mecânica foi obtida pelo minério B e a menor pelo minério E. As resistências medidas para os minérios B, D e F foram superiores, devido a maior capacidade de formação de líquido com alta fluidez por esses minérios [19].

27 O ensaio de penetração de fase líquida tem como objetivo determinar a capacidade de percolação do líquido durante a reação do minério com a cálcio-ferrita. O teste não quantifica o volume de líquido que penetra efetivamente na camada e sim o comprimento da sua penetração [15].

No processo de sinterização, a qualidade e a quantidade do líquido influenciam em grande parte o rendimento e a resistência do sínter produto devido ao curto tempo de reação. Observando a camada aderente de uma quase partícula, OKAZAKI et al. [20] observaram que algumas partículas de CaO estavam distribuídas próxima ao núcleo de minério, enquanto algumas partículas estavam próximas do coque breeze e do retorno interno. Consequentemente, foi suposto que o processo de fusão na sinterização ocorra da seguinte maneira: 1) O líquido inicialmente se forma localmente na camada aderente como um resultado da reação entre minério e fontes de CaO; 2) O líquido assimila com minerais de ganga e minério, resultando num aumento da quantidade de líquido. O rápido espalhamento do líquido inicial formado através da camada de aderentes da quase-partícula parece ser essencial para alcance da fase ligante sólida na microestrutura do sínter, porque as reações de sinterização ocorrem em poucos minutos. Para demonstrar o comportamento de espalhamento do líquido, foram feitos testes de sinterização usando amostras contendo uma pastilha de minério e uma pastilha da fonte do líquido inicial para mostrar o comprimento de penetração do líquido. A Figura 15 ilustra o resultado do ensaio.

28 SILVA [15] concluiu que minérios com menor teor de ganga tenderam a formar líquidos de maior fluidez e, com isso, poros esféricos. Por outro lado, minérios com maior teor de ganga tenderam a formar líquidos de menor fluidez, formando poros irregulares. A Figura 16 mostra a variação do comprimento da penetração do líquido nos diferentes minérios de ferro testados por SILVA [15].

Figura 16: Comprimento da penetração do líquido nos minérios [15]

SILVA [15] reforça, em seu estudo, o que OKAZI et al. [20] afirmam sobre o fato de minérios com maior comprimento de penetração favorecerem a resistência física do sínter. Na Figura 17 são mostradas as principais relações que explicam o comprimento de penetração de fase líquida, na qual nota-se relação direta para o ferro total e a hematita, e relação indireta para o PPC, a alumina, a sílica, a martita e a goethita [15].

29 Os principais fatores que influenciam a penetração são: 1) morfologia na superfície do minério, sendo que superfície mais lisa tende a apresentar maior penetração; 2) composição química do minério – SiO2 e Al2O3 inibem a penetração (Figura 18) [20];

Figura 18: Relação entre a composição química dos minérios e o comprimento de penetração de líquidos [20]