Propriedades mecânicas correlacionadas às variáveis de processo na

Ainda considerando o mesmo estudo de Kasai et al. (35), a pressão de briquetagem e a temperatura de briquetagem foram estudadas a fim de verificar qual é a relação destas variáveis com a resistência mecânica do produto final obtido (CCB).

Figura 19 - Gráfico de resistência à compressão versus temperatura de briquetagem para diferentes

pressões de briquetagem. (35)

O grafico da figura 19 considera a utilização de carvão de alta fluidez [log (máx fluidez) = 3.67]. Na faixa de amolecimento do carvão, a resistência à compressão aumenta conforme a temperatura de briquetagem aumenta, até o limite de temperatura onde o carvão apresenta sua máxima fluidez. Em temperaturas acima desse ponto, a resistência à compressão diminui. De acordo com o autor, esse fenômeno é atribuído à plasticidade térmica do carvão em temperaturas na faixa entre o início do amolecimento até onde ele apresenta sua máxima fluidez. Porém, para temperaturas acima do ponto de máxima fluidez, o carvão perde a plasticidade rapidamente e a evolução do material volátil presente no carvão é aumentada, fazendo com que as ligações entre as partículas de carvão e minério se enfraqueçam.

Os resultados indicam que as melhores variáveis estão em torno de 460°C e pressão de briquetagem em torno de 2.0 a 2.9 t/cm.

Os briquetes com pressão de briquetagem entre 2,0 ~ 2,9 t/cm apresentaram resistência à compressão de 1200 N. Além disto, foi investigado o efeito das propriedades do carvão fóssil na resistência à compressão do CCB. A figura abaixo mostra a resistência à compressão do CCB em função da temperatura de briquetagem e da fluidez do carvão fóssil. Os valores na abscissa são a diferença entre a temperatura de máxima fluidez (TMF) e a temperatura de briquetagem (THB). A faixa de temperatura onde o CCB apresenta a maior resistência à compressão está entre as temperaturas de máxima fluidez e de solidificação. E quanto menor a fluidez do carvão, maior será o deslocamento da curva para maiores temperaturas. Em outras palavras, para carvões com fluidez baixa, a maior resistência à compressão é obtida a temperaturas um pouco maiores que a temperatura de máxima fluidez. A seta do gráfico na figura 20 indica esse efeito.

Figura 20 - Gráfico de resistência a compressão versus temperatura de briquetagem para carvões com diferentes fluidez. Ref.: (35 p. 122)

Seguindo o mesmo estudo, diferentes tipos de carvão foram estudados considerando a sua fuidez. A figura 21 mostra a relação da seguinte forma: relação da máxima resistência à compressão (que é o maior valor de resistência quando a briquetagem é feita a

diferentes temperaturas) com a máxima fluidez Gieseler e a máxima reflectância média da vitrinita do carvão fóssil.

Figura 21 – Gráfico da resistência à compressão versus máxima fluidez do carvão. (35)

Observa-se na figura 21 que quanto maior é a fluidez do carvão, maior será a resistência mecânica do mesmo. Naturalmente é compreensiva esta afirmação tendo em vista os conceitos estudados até o momento. Pois, quanto maior é a capacidade do carvão de se plastificar e ocupar os vazios entre os finos, maior será a sua resistência mecânica7. Em outro estudo, publicado por Man-Sheng et al. (36), os ensaios realizados foram focados conhecer o comportamento de determinadas variáveis de processo a fim de obter o aprimoramento da resistência mecânica do CCB.

As variáveis de processo consideradas neste estudo são: a proporção de carvão fóssil e minério de ferro; tamanho de partícula do carvão fóssil; temperatura de briquetagem; pressão de briquetagem.

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Comentário: O termo compósito (do CCB) ganha força quando o briquete passa pelo processo de fluidização, pois há a adesão de carvão fóssil e minério de ferro. A vitrinita ou a reflectância é observada como parte de um compósito, em vez de maceral do carvão. Desta forma observa-se também que este compósito tem as relações de propriedades mecânicas diferentes das propriedades de um coque puro.

Foi utilizado o carvão “Hegang” com fabricação moldes cilíndricos e briquetagem a quente. Não há citação sobre forma como foi fabricado o CCB. Os resultados obtidos estão destacados nas figuras 22, 23, 24 e 25. Valores obtidos estão expostos na tabela 13.

Figura 22 - Gráfico da Resistência à compressão versus Proporção de carvão no CCB. Ref.: (36 p. 522)

Figura 23 - Gráfico8 da Resistência à compressão versus temperatura de tratamento térmico do CCB. Ref.:

(36 p. 522)

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O eixo horizontal representa as diferentes temperaturas para a briquetagem a quente (°C). A linha vertical tracejada à 460°C representa a temperatura de máxima fluidificação.

Figura 24 - Gráfico da Resistência à compressão versus Granulometria do carvão fóssil. Ref.: (36 p. 522)

Tabela 13 - Tabela de resultados obtidos de ensaios revelando os melhores parâmetros para fabricação de CCB. (36 p. 522)

A temperatura de tratamento térmico, conforme visto anteriormente, tem melhor resultado quando se utilizam temperaturas na faixa em que a manifestação da plasticidade térmica ocorre. Melhor ainda se o tratamento ocorrer na temperatura de máxima fluidez.

A variação da granulometria apresentou melhores resultados entre 130 e 180 mesh9. Não foram reveladas a distribuição granulométrica e a forma como foram efetuados os peneiramentos.

Os resultados de briquetagem a quente indicaram que quanto maior a compactação da mistura, maior será a resistência à compressão. Entretanto, não foi determinado até que ponto a resistência à compressão pode impactar positivamente o aumento da resistência à compressão.

Importante observar que a proporção de carvão possui uma relação não linear, sendo que o excesso de carvão pode causar diminuição da resistência mecânica. Os resultados

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Observação: O estudo indica que abaixo e acima de determinado tamanho de partícula a resistência à compressão tende a diminuir. Este autor não encontrou justificativa para explicar a causa da diminuição da resistência para granulometrias acima de determinado tamanho de partícula.

obtidos por Man-Sheng et al. (36) consideram briquetagem em molde cilíndrico, diferentemente de Kasai et al. que utiliza briquetagem por rolos com moldes em formato de almofada.

Quanto à questão da proporção carvão/minério, Tanaka et al. (38) estudou esta relação sob outra perspectiva. As matérias-primas utilizadas são descritas no estudo, onde se utilizou minério de ferro da Samarco e carvão “Mt. Owen”.

Tabela 14 - Composição química do minério de ferro e do carvão (% em massa). Ref.: (38 p. 1241)

O carvão possui máxima fluidez Geizeler de 236 à temperatura de 436°C. O minério (45- 75 µm de diâmetro) e o carvão (-45 µm de diâmetro) foram misturados em três proporções (proporção molar C/O = 3/3, 4/3, 14/3). A tabela a seguir mostra as reações conforme as propoções molares baseadas na proporção equimolar com oxigênio do minério sendo reagido com o carbono fixo do carvão.

Tabela 15 - Tabela das reações de redução e a proporção de carvão utilizada na mistura. Ref.: (38 p. 1241)

A mistura dos finos foi gradualmente aquecida até a temperatura de máxima fluidez dentro do equipamento de briquetagem (molde cilindrico) com gás inerte N2. A

briquetagem ocorreu com 4 toneladas de peso durante dois minutos. Os briquetes obtidos possuiam diâmetro de 15 mm e altura de 10 mm.

Foram efetuadas medições de densidade aparente e comparadas com suas respectivas resistências à compressão.

Figura 26 - Gráfico da Resistência à compressão versus Proporção de carbono no CCB. Ref.: (38 p. 1241)

Atréves deste gráfico observou-se que ambos, densidade aparente e resistência à compressão, diminuem conforme se aumenta a proporção de carbono no CCB. A diminuição da densidade é justificada com o aumento de carvão na mistura.

4 Materiais e Métodos

Lista dos materiais utilizados nesta pesquisa: • Minério de ferro (pellet feed)

• Carvão fóssil

• Melaço (de cana)

• Melaço (resíduo da indústria de balas-doces). • Gás Nitrogênio