Qualidade do sínter

A qualidade do sínter diz respeito aos resultados de análises e ensaios em laboratório do sínter produzido, com a finalidade de saber se o produto da sinterização está de acordo com as solicitações de qualidade para o bom desempenho do alto-forno [32].

A composição química e estrutural do sínter é muito importante e crucial que sejam estáveis para que as escórias primária e final possuam características adequadas em termos de temperatura de amolecimento e fusão, temperatura de líquido e viscosidade para uma operação estável do alto-forno [33].

58 A carga ferrífera dentro do alto-forno sofre alterações de temperatura, e grandes variações de pressão, queda e abrasão, daí o fato de ser necessário um sínter de boa resistência física e metalúrgica. Ademais, a qualidade química do ferro-gusa é, ao mesmo tempo, especificada pela aciaria e fortemente dependente da qualidade do sínter. Basta saber que o sínter, em geral, compõe mais de 70% da carga ferrífera do alto-forno. Para se conhecer o sínter produto dentro de uma siderúrgica são feitos ensaios rotineiros de qualidade química, granulométrica, física e metalúrgica [32].

Em termos de química, o controle de qualidade do sínter é baseado em Fe, CaO, SiO2, Al2O3,

MgO, Mn, P, S, TiO2, FeO.

A partir desses resultados, é possível obter informações sobre a basicidade binária (relação entre os teores de CaO e o de SiO2). No geral, os sínteres são básicos ou hiperbásicos, ou seja, têm

teor de CaO maior que o de SiO2 [32].

Para avaliação da qualidade física do sínter, as empresas acompanham resultados de tamboramento e/ou shatter, que mede a alteração granulométrica do sínter após teste em tambor e queda, respectivamente. A resistência de sínter é dada pela presença de fase vítrea e poros. Pequena resistência da fase vítrea e grande presença de poros requer elevado consumo de coque com o objetivo de aumentar a força de coesão das partículas e reduzir a porosidade.

A análise granulométrica visa conhecer a distribuição de tamanho do sínter produzido, para se obter o seu tamanho médio e para compor amostras que servirão para análises de qualidade química, física e metalúrgica. As amostras são compostas de acordo com a distribuição granulométrica, pois elas apresentam concentrações diferentes de elementos químicos e também são mais estáveis à degradação nas faixas granulométricas mais finas [32].

A qualidade metalúrgica do sínter é representada pelas suas características de redutibilidade e de degradação sob as condições de redução no alto-forno. A tendência atual é de se produzir sínter com redutibilidade mais elevada sem comprometer a resistência mecânica a frio e a degradação sob redução (RDI). As características químicas das matérias-primas e do próprio sínter produzido têm influência marcante em suas propriedades metalúrgicas [32].

A distribuição das fases na estrutura do sínter está diretamente relacionada com a basicidade do sínter. Além da basicidade do sínter, a presença de FeO e SiO2 também são determinantes para

59 Assim como a basicidade, as percentagens de FeO e de SiO2 funcionam como componentes

capazes de abaixar a temperatura de fusão do sínter [7].

O sínter de textura homogênea é produzido sob alta temperatura, acima de 1300ºC, cuja aparência visual é de homogeneidade, pois praticamente todo material é fundido (Figura 42). O sínter de textura heterogênea é produzido com temperatura abaixo de 1300ºC, onde a maior parte das partículas primárias da mistura não participa da reação, durante o processo de sinterização, gerando sínter com aspecto heterogêneo.

Quando a sinterização ocorre em temperatura mais baixas (<1300ºC), a formação de magnetita é reduzida (menos FeO) a redutibilidade e o RDI (menos intensamente) do sínter são melhorados.

A Tabela 4 apresenta variações na composição de fases e qualidade do sínter em função da temperatura máxima do leito de sinterização. Os melhores resultados são obtidos no intervalo de temperatura 1175ºC-1225ºC, com a máxima porcentagem de ferritos, alta quantidade de hematita primária, pouca hematita secundária, boa porosidade e bons índices de qualidade (FeO, RDI, RI, SI) [34].

Tabela 4: Valores aproximados de fases mineralógicas e qualidade do sínter versus temperatura máxima do leito de sinterização [18]

A moderna tecnologia de sinterização, visando a otimizar produtividade e baixo consumo de energia no processo, tem como diretriz a produção de sínteres constituídos por uma parte fundida e outra não fundida. Em contraste com os sínteres produzidos em décadas passadas,

1175-1225 1225-1275 1275-1350 Hematita Primária 50 42 22 Hematita Secundária 5 5 20 Magnetita 10 15 20 SFCA 35 38 30 Vítreo + 2CaO.SiO2 7 10 12 Porosidade 35 30 15 FeO 3 4 5,5 RDI 30 32 36 RI 72 70 64 SI 93 94 95 Tmáx, ºC

60 chamados sínteres homogêneos, onde se tinha praticamente todo material fundido, tem-se atualmente explorado a produção de sínter heterogêneo [8].

Figura 42: Diferentes estruturas de sínter em função da temperatura máxima alcançada no leito [25]

Nesse sentido, procura-se preservar os núcleos dos microaglomerados durante o processamento térmico na máquina de sinterizar e permitir a fusão somente das partículas aderentes com o menor aporte térmico possível. Os fundentes devem ser empregados como partículas aderentes, para que, após a queima da mistura, venham compor a parte fundida do sínter com características mais homogêneas possíveis [8].

Um ciclo térmico apropriado deve ser empregado, a fim de se obter um sínter com uma microestrutura ideal, conforme indicado na Figura 43, capaz de garantir um excelente comportamento no interior do alto-forno, devido às suas boas propriedades mecânicas, químicas e metalúrgicas. Deve-se controlar a temperatura máxima de sinterização de modo a evitar que o sínter produzido tenha uma microestrutura rica em hematita secundária romboédrica esqueletiforme e ferritos de cálcio colunar [8].

61 Figura 43: Microestrutura ideal do sínter de minério de ferro (modificada de Ishikawa et al., 1982 e citado por

62 4 MATERIAIS E MÉTODOS

Inicialmente, foi feita caracterização do sinter feed hematítico e do pellet feed obtido a partir do processo de concentração magnética, em diferentes ensaios para comparação da qualidade entre eles. Posteriormente, foram executados testes em escala piloto HPS para avaliação do impacto do consumo de pellet feed em diferentes proporções na sinterização (alterando e não alterando a granulometria do mix de minério) – sendo a Mistura 1 feita para apenas sinter feed hematítico, Mistura 2 para 70% sinter feed hematítico e 30% pellet feed concentrado com granulometria mais grosseira, Mistura 3 para 70% sinter feed hematítico e 30% pellet feed concentrado com mesma granulometria da Mistura 1, e, por fim, a Mistura 4 para 60% de sinter

feed hematítico e 40% de pellet feed concentrado com afinamento do minério, com elevação

em 10% na fração <0,150mm em relação à Mistura 1. Os sínteres produzidos em escala piloto foram analisados em termos de química, granulometria, física, metalúrgica e mineralogia. O fluxograma da Figura 44 apresenta um resumo do estudo realizado nesse trabalho.

Figura 44: Fluxograma indicando ensaios realizados nesse estudo