Caracterização do coque

A caracterização química do coque foi realizada a partir das análises imediata (ASTM 5142) e enxofre total (ASTM D 4239). Maiores detalhes a respeito dessas análises podem ser obtidos no item 4.2.2.1.

6.2.2.2 Análise da microestrutura porosa

A análise da microestrutura porosa dos coques foi realizada a partir de microscopia ótica associada a análise de imagem. Para isso, cinco partículas de coque, com diâmetro entre 19- 22,4 mm foram aleatoriamente selecionadas a partir de amostras representativas de coque (amostras provenientes da preparação dos coques para os testes de CRI/CSR). Essas partículas foram embutidas em resina epóxi e polidas de acordo com a norma ASTM D 3997. Para cada uma das cinco partículas selecionadas, fotos individuais de 2500 x 1800 µm foram obtidas a partir de um aumento de 50X (Figura 6.3a). As fotos individuais foram montadas para compor uma imagem com área de 55 mm2 (Figura 6.3b), a qual foi utilizada para se avaliar os parâmetros de interesse. A análise de imagem foi realizada com o auxílio do software ImageJ.

A primeira etapa da análise consiste na segmentação das imagens, a qual foi feita a partir de uma rotina de limiarização em escala de cinza (Figura 6.3c), permitindo assim a separação entre o material carbonoso (parede do coque – área branca) e a estrutura porosa (poros – área preta). A partir dessa segmentação foram analisados os seguintes fatores: porosidade, número de poros por mm2, distribuição do diâmetro equivalente dos poros, diâmetro equivalente médio, distribuição de circularidade e os percentuais de área ocupada por poros irregulares, quer seja por tamanho, ou forma, baseado nos critérios definidos. A Tabela 6.1 apresenta esses parâmetros, juntamente a uma esquematização do que foi medido e uma descrição básica de cada parâmetro. Poros com área inferior a 8000 µm2 _{não foram analisados, uma vez que são} considerados pouco influentes na resistência mecânica do coque (DONSKOI et al., 2017).

Figura 6.3 - Aquisição e análise de imagens para caracterização da microestrutura porosa do coque. a) imagem individual, b) imagem montada, c) imagem binária após segmentação.

Maiores detalhes a respeito da técnica de caracterização de microestrutura utilizada na caracterização dos coques dessa tese poderão ser apreciados na dissertação de mestrado do Engenheiro Anderson Agra, a qual está atualmente em desenvolvimento no Laboratório de Siderurgia da UFRGS.

6.2.2.3 Análise da microtextura

A análise da textura ótica do coque foi realizada a partir de partículas com tamanho entre 1 e 0,2 mm, as quais foram embutidas em resina epóxi e polidas conforme a norma ASTM D 3997. As superfícies polidas das amostras foram examinadas utilizando microscópio óptico de luz refletida, com o uso de polarizador. A análise da textura do coque foi realizada com base em 500 contagens. A classificação que será adotada é descrita na norma ASTM D 5061, a qual faz a subdivisão das diferentes categorias de texturas ópticas encontrados nas amostras de coque da seguinte maneira: Matriz - isotrópica, incipiente, circular, lenticular e banda; Inclusões – inerte orgânico preservado, inerte orgânico semifundido e matéria mineral. Com base nos dados da textura óptica do coque o Índice de Anisotropia (IA) será calculado de

acordo com Flores et al. (2017). Maiores detalhes a respeito da técnica podem ser obtidos em Flores (2014).

Tabela 6.1 - Parâmetros obtidos na caracterização da microestrutura porosa do coque.

Parâmetros Representação Descrição básica

Porosidade

Contagem da área ocupada por

pixels pretos em relação a área

total considerada

Número de poros por mm2

Quantidade de poros medidos por uma determinada área da imagem Diâmetro Equivalente

(µm2)

Diâmetro de um círculo perfeito que equivale a área do poro

Circularidade C = 4𝜋 𝑥 𝐴

𝑃2

Fator atrelado a forma do poro, que faz relação entre área e perímetro. Circularidade = 1 para círculos perfeitos.

Poros irregulares por tamanho (% em área)

Percentual da área total de poros ocupada por poros com diâmetro equivalente superior a 300 µm

Poros irregulares por forma (% em área)

Percentual da área de poros ocupada por poros com circularidade inferior a 0,2

6.2.2.4 Resistência Mecânica Tamanho médio e formação de finos

Após os ensaios de coqueificação as amostras de coque foram estabilizadas a partir de uma série de três quedas de uma altura de 1,8 m de altura. Após a estabilização das amostras realizou-se a classificação granulométrica e a determinação do tamanho médio do coque (TM) a partir da Equação 6.1. TM = (B(a-c)+C(b-d)+…+J(h-k) +100j)/200 Equação 6.1 Alta Baixa A1 Deq. A1 A P Deq. > 300 µm C < 0,2

onde, a, b, c...j são as aberturas das sucessivas peneiras e A, B, C...J são os valores percentuais acumulados da massa retida nas peneiras. O percentual mássico de coque com granulometria inferior a 9,5 mm foi considerado e utilizado como índice de formação de finos.

Ensaios de tamboramento (tambor tipo “I”)

O teste foi realizado em tambor tipo “I”, com as mesmas características do teste padrão de resistência mecânica após reação (ASTM D 5341). Basicamente, o ensaio consiste em submeter uma amostra de 200 g de coque com granulometria entre 19-22,4 mm a 600 revoluções (20 rpm). A amostra obtida após o teste é peneirada em malha de seção quadrada, com dimensão de 9,5 mm. O índice, denominado nesse trabalho como I600/9,5, foi determinado a partir da relação entre a massa retida na peneira de 9,5 mm e a massa inicial antes do teste de tambor vezes cem. Quanto mais alto os valores do índice I600/9,5, maior a resistência mecânica do coque.

6.2.2.5 Reatividade e resistência mecânica após reação Teste padrão de reatividade ao CO2 (Coke Reactivity Index-CRI)

O ensaio é realizado de acordo com os procedimentos estabelecidos na norma ASTM D 5341. De forma sucinta, uma amostra de 200 g de coque, com granulometria entre 22,4 e 19 mm, é submetida durante 2 horas a um fluxo de 5 l/min de CO2 em temperatura de 1100 °C. Após o ensaio o coque é resfriado sob fluxo de nitrogênio, obtendo-se ao final a perda de massa da amostra devido à reação de Boudouard (C+CO2 = 2CO). O CRI é determinado pela relação entre a perda de massa da amostra e sua massa inicial vezes cem.

Ensaio de resistência mecânica após a reação (Coke Strength After Reaction-CSR)

O ensaio é realizado de acordo com os procedimentos estabelecidos na norma ASTM D 5341. Para determinar o CSR do coque, a mesma amostra utilizada no teste de reatividade é submetida a 600 revoluções (20 rpm) em um tambor tipo “I”. Após o teste o coque é peneirado em malha de seção quadrada com dimensão de 9,5 mm. O índice de resistência após reação é obtido através da relação entre a massa retida na peneira e a massa inicial antes do teste vezes cem.

6.3 RESULTADOS

6.3.1 Caracterização dos coques individuais