AltoForno - Escorias

7/29/2019 AltoForno - Escorias

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

ESCOLA DE ENGENHARIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM CONSTRUO CIVIL

DISSERTAO DE MESTRADO

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE ESCRIAS DE ALTO-FORNO A

CARVO VEGETAL PRODUZIDAS A PARTIR DE ATIVAO QUENTE

Autor: Dilermando Salvador de Souza Jnior

Orientador: Prof. Doutor Abdias Magalhes Gomes

Belo Horizonte

2007


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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

ESCOLA DE ENGENHARIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL



Dilermando Salvador de Souza Jnior

Tese apresentada ao Programa de

Ps-Graduao em Engenharia Civilda Universidade Federal de Minas

Gerais, como parte dos requisitos

para obteno do titulo de Mestre

em Engenharia.

Belo Horizonte

2007


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Dissertao apresentada ao Programa de

Ps-Graduao em Construo Civil da Escola de Engenharia UFMG

rea de Concentrao: Materiais de Construo Civil

Orientador: Prof. Abdias Magalhes Gomes

Comisso Examinadora:

___________________________________Prof. Dr. Abdias Magalhes GomesDEMC/UFMG (Orientador)

___________________________________Prof. Dr. Adriano de Paula e SilvaDEMC/UFMG

___________________________________Prof. Dr. Antnio Neves de Carvalho JniorDEMC/UFMG

___________________________________Prof. Dr. Luiz Fernando Andrade de CastroDEMET/UFMG

Belo Horizonte

Escola de Engenharia da UFMG

2007


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Deus,

minha famlia

e ao Prof. Abdias.


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"Senhor, no precisas incomodar-te,

porque eu no sou digno de que entres

em minha casa; por isso tambm no me

julguei digno de ir ter contigo; mas dize

uma s palavra e o meu criado ser

salvo".

EVANGELHO: MT 8, 5-13


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AGRADECIMENTOS

Primeiramente, agradeo a Deus por ter me dado a oportunidade de realizar esta

dissertao e a Nossa Senhora Aparecida por estar sempre ao meu.

Aos meus pais Sr. Dilermando Salvador de Souza e Sra. Enlha Ferreira de

Souza, pelo seu apoio incondicional e por seus exemplos de coragem, amor,

determinao, retido e perseverana.

Agradeo com todo o amor, minha amorosa esposa Glcia Maria Brasiel De

Filippo e Souza que depositou toda sua perspectiva e energia em mim, sendo

sempre um exemplo de persistncia e luta.

Ao meu querido irmo Eduardo Francisco Ferreira de Souza, por mostrar-se

sempre um companheiro em todas as dificuldades.

As minhas irms Kelen, Karina e Ktia por todo seu carinho, compreenso e

respeito.

Ao meu orientador e amigo Professor Doutor Abdias, o qual em sua primeira aula

ainda como graduando no curso de engenharia me mostrou os verdadeiros ideais

de uma surpreendente carreira profissional.

Ao meu cunhado, Helbert Batista, pessoa que participou comigo em vrios

momentos difceis que superamos com determinao, e por sempre ser um

exemplo de pai, amigo e profissional.

Ao meu amigo, Leonardo Bento, pessoa que participou comigo em vrios

momentos importantes que superamos com determinao.

Aos amigos Paulo Csar de, Jos Lucio de e Camila.

Aos meus sogros Nicola De Filippo e Consuelo De Filippo, pessoas importantes

no conjunto que cerca minha vida.

A professora Maria Tereza Paulino Aguiar, por seu apoio e inspirao no

amadurecimento dos meus conhecimentos e conceitos que me levaram a


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execuo e concluso desta monografia e acima de tudo uma professora no

sentido profundo da palavra.

Aos professores e coordenadores do Colegiado, Adriano de Paula e Silva, Max deCastro Magalhes, pelo convvio, pelo apoio, pela compreenso e pela amizade.

Meus agradecimentos especiais aos professores:

Adriana Guerra Gumieri

Antnio Neves de Carvalho Jnior

Ccero Murta Diniz Starling

Eduardo Marques Arantes

Francisco Carlos Rodrigues

Jos Marcio Fonseca Calixto

Maria Carmen Couto Ribeiro

Paulo Roberto Cetlin

Paulo Roberto Pereira Andrery

Wander Luiz Vasconcelos

secretria do colegiado, Ivonete dos Santos Magalhes pelo convvio e pelo

apoio constantes.

A todos que colaboraram direta ou indiretamente para a concretizao deste

importante realizao em minha vida.


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SUMRIO

LISTA DE FIGURAS.............................................................................................XII

TABELAS.............................................................................................................XV

LISTAS DE SMBOLOS E ABREVIATURAS....................................................XVII

RESUMO ..............................................................................................................19

ABSTRACT ..........................................................................................................20

1 INTRODUO...............................................................................................21

2 JUSTIFICATIVA............................................................................................25

3 OBJETIVOS ..................................................................................................28

4 REVISO BIBLIOGRFICA .........................................................................29

4.1 Histria da produo de ferro-gusa no Brasil e gerao de escrias ......29

4.1.1 A Siderurgia no Brasil ............................................................................29

4.2 Processo produtivo de Ferro-gusa a carvo vegetal ............................31

4.3 Descrio do Processo............................................................................32

4.4 As reaes que ocorrem no interior do alto-forno................................33

4.5 O reator e equipamentos auxiliares utilizados na fabricao do gusa36

4.5.1 Ventaneiras........................................................................................38

4.5.2 Os regeneradores de calor...............................................................38

4.5.3 Glendons............................................................................................39

4.6 Sistemas de Carregamento e Tratamento das Matrias-Primas ..........39

4.6.1 Carregamento....................................................................................39

4.6.2 Tratamento do Carvo Vegetal ........................................................40


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4.6.3 Tratamento do minrio de ferro .......................................................40

4.6.4 Vazamento e Lingotamento do Gusa ..............................................40

4.7 Matria-prima empregada no processo de produo em alto-forno ...42

4.7.1 Minrio de ferro .................................................................................42

4.7.2 Carvo Vegetal ..................................................................................43

4.7.3 Fundentes ..........................................................................................46

4.8 A formao da escria de alto-forno a carvo vegetal .........................47

4.8.1 Reaes de formao da escria ....................................................47

4.9 A escria e suas utilizaes....................................................................53

4.10 O uso comercial do aglomerante escria de alto-forno .........................55

4.11 Histrico das pesquisas precedentes no Brasil ................................59

4.12 Tratamentos das escrias .......................................................................60

4.13 A escria granulada de alto-forno.......................................................62

4.13.1 Caractersticas ......................................................................................62

4.14 A organizao atmica ............................................................................64

4.15 Ativao da escria ..............................................................................69

5 METODOLOGIA DE PESQUISA ..................................................................73

5.1 Materiais utilizados .......................................................................................73

5.1.1. Cimento Portland CP V ARI (Alta resistncia inicial) .........................73

5.1.2 gua.........................................................................................................74

5.1.3 xido de clcio .......................................................................................74


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5.1.4. Sal de cozinha (sal grosso) .............................................................76

5.1.5 Escrias de alto-forno ......................................................................77

5.1.5.1. Coleta das escrias ..........................................................................77

5.1.5.2. Processo de estabilizao das escrias de alto-forno CV ................79

5.1.5.3 Separao magntica das escrias granuladas e modas.................88

5.2. Ensaios e testes realizados............................................................................88

5.2.1. Anlise qumica .......................................................................................88

5.2.2. Fluorescncia de raios x..........................................................................88

5.2.3. Anlise mineralgica de difrao de raios X............................................89

5.2.4. Determinao da rea especfica ou Superfcie especfica Blaine..........90

5.2.5. Determinao da atividade pozolnica....................................................90

5.2.6 Grau de vitrificao e ndice de refrao ..................................................92

6 RESULTADOS E DISCUSSO.....................................................................94

6.1 Caracterizao das escrias granuladas de alto-forno natural (EP) ........94

6.1.1 Caracterizao visual e tctil.................................................................94

6.1.2 Caracterizao qumica, perda ao fogo e resduo insolvel...............95

6.1.3 Caracterizao mineralgica .................................................................96

6.1.4 Grau de vitrificao e ndice de refrao..............................................97

6.1.5 Avaliao da resistncia compresso na idade de 3 dias ...............98

6.1.6 Fluorescncia de raios x ........................................................................98

6.2 Caracterizao da escria granulada com adio de Cal (EC) ...............104


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6.2.1 Caracterizao visual e tctil...............................................................104

6.2.2 Caracterizao qumica, perda ao fogo e resduo insolvel.............105

6.2.3 Caracterizao mineralgica ...............................................................106

6.2.4 Grau de vitrificao e ndice de refrao............................................107

6.2.5 Avaliao da resistncia compresso da escria com cal ............107

6.2.6 Fluorescncia de raios x ......................................................................108

6.3 Caracterizao da escria granulada com adio de cal e sal ...............111

6.3.1 Caracterizao visual e tctil...............................................................111

6.3.2 Caracterizao qumica, perda ao fogo e resduo insolvel.............112

6.3.3 Caracterizao mineralgica ...............................................................113

6.3.4 Grau de vitrificao e ndice de refrao............................................113

6.3.5 Avaliao da resistncia compresso da escria com cal e sal ...113

6.3.6 Fluorescncia de raios x ......................................................................114

7 CONCLUSES.............................................................................................121

8 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS..........................................122

9 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...........................................................123


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LISTAS DE FIGURAS

Figura 1 Vista do reflorestamento para a produo de carvo vegetal 21

Figura 2 Ptio para estocagem da escria de alto-forno 24

Figura 3 Ptio para estocagem da escria de alto-forno 24

Figura 4 Carregamento da carreta de gusa liquido 35

Figura 5 - Temperaturas do Alto-forno 35

Figura 6 Esquema de um alto-forno 37

Figura 7 - Esquema de Separao do gusa/escria 41

Figura 8 Roda de Lingotamento SIMARA Siderrgica Marab S/A 42

Figura 9 Bateria de fornos para carvoejamento 45

Figura 10 Vista de baterias de fornos 46

Figura 11 Princpio da determinao das propores num diagrama

triangular 49

Figura 12 Possveis composies de escria de alto-forno 50

Figura 13 Sistema ternrio cal - slica - alumina 52

Figura 14 - Difratograma de raios X (Cu) da escria de alto-forno 63

Figura 15 Configuraes possveis ligaes moleculares nas escrias 67

Figura 16 Detalhe do sal grosso utilizado 75

Figura 17 Detalhe do sal grosso utilizado 75

Figura 18 Vista do recipiente de captao de escria 78Figura 19 Sistema adotado na coleta de escria na bica 78

Figura 20 Vista geral da bica de sada da escria em um alto-forno 79

Figura 21 Detalhe da bica de sada da escria 80

Figura 22 Detalhe da limpeza do furo de corrida 80

Figura 23 Ponto final de escoamento da escria na bica 81

Figura 24 Vista geral da descarga do alto-forno 81

Figura 25 Identificao pontos de escoamento da escria lquida 82


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Figura 26 Detalhe da captao da escria lquida 82

Figura 27 Detalhe da captao da escria lquida na bica 83

Figura 28 Recipiente contendo o CaO adicionado na ativao 84Figura 29 Balana do laboratrio da usina 84

Figura 30 Detalhe da estufa do laboratrio da usina 85

Figura 31 Detalhe da balana de preciso 85

Figura 32 Baldes plsticos utilizados na granulao das escrias 86

Figura 33 Moinho de Bola 87

Figuras 34 Fluorescncia de raios X 88

Figura 35 Corpos-de-prova moldados (somente cimento) 90

Figura 36 Corpos-de-prova moldados com substituio de parte

do cimento pelas escrias de alto-forno 91

Figura 37 Argamassa de referncia 92

Figura 38 Argamassa com a substituio pelas escrias de alto-forno 92

Figura 39 Estufa utilizada na cura dos corpos-de-prova de argamassa 93

Figura 40 Escria bruta granulada 94

Figura 41 Difratograma escria EP 97

Figura 42 Difratograma escria EP+ 97

Figura 43 - Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra EP 100

Figura 44 - Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra EP 101

Figura 45 - Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra EP+ 102

Figura 46 - Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra EP+ 103

Figura 47 Escria granulada com adio de cal 104

Figura 48 Difratograma escria EC 107

Figura 49- Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra EC 109

Figura 50 - Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra EC 110Figura 51 Escria com cal e sal 111


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Figura 52 Difratograma escria ES 113

Figura 53 - Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra ES 115

Figura 54 - Anlise qumica por fluorescncia de raios-X da amostra ES 116


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TABELAS

Tabela 1 - Valores Mdios da Composio do Minrio de Ferro 43

Tabela 2 - O carvo vegetal varia entre os limites de anlise 44

Tabela 3 - Temperaturas de Fuso dos xidos 48

Tabela 4 - Comparativo alto-forno a coque e CV 52

Tabela 5 - Propriedades Fsicas e mecnicas cimento CP V ARI 74

Tabela 6 Metodologias analticas utilizadas na caracterizao

qumica da escria 89

Tabela 7 Anlise Qumica Escria Pura (EP) 95

Tabela 8 Caracterizao fsica escria EP 95

Tabela 9 Caracterizao fsica escria EP+ 96

Tabela 10 Resduo Insolvel 96

Tabela 11 Resistncia compresso na idade de 3 dias 98

Tabela: 12 - A anlise qumica semiquantitativa por escpectrometria

de fluorescncia de raios-X (FRX), da amostra EP 98

Tabela: 13 - A anlise qumica semiquantitativa por escpectrometria

de fluorescncia de raios-X (FRX), da amostra EP+ 99

Tabela 14 Anlise Qumica Escria granulada com cal (EC) 105

Tabela 15 Caracterizao fsica escria EC 105

Tabela 16 Caracterizao fsica escria com cal 106Tabela 17 Resduo Insolvel 106

Tabela 18 Resistncia compresso na idade de 3 dias(EC) 108

Tabela: 19 - A anlise qumica semiquantitativa por espectrometria

de fluorescncia de raios-X (FRX), 108

Tabela 20 Caracterizao fsica escria ES 112

Tabela 21 Caracterizao fsica escria com cal 112

Tabela 22 Resduo Insolvel 112


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Tabela 23 Resistncia compresso na idade de 3 dias(ES) 114

Tabela: 24 - A anlise qumica semiquantitativa por

espectrometria de fluorescncia de raios-X (FRX), 114Tabela 25 Medias dos ndices retidos nas peneiras 117

Tabela 26 Media das Cargas de Ruptura e Tenso de Ruptura 118

Tabela 27 Media ndice Blaine das Escrias 119


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LISTAS DE SMBOLOS E ABREVIATURAS

Slica SiO2

Alumina Al2O3

Cal CaO

Magnsia MgO

Titnia TiO2

Oxido de Mangans MnO2

Dissulfeto de Clcio CaS

xido de ferro FeO

xido de zinco ZnO

xido de Chumbo PbO2

Pentoxido de fsforo P2O5

Fluorita CaF2

Gs de Alto-forno GAF

Carvo Vegetal CV

Alto-Forno AF

Associao Brasileira de Cimento Portland ABCP

Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT

American Society for Testing and Materials (USA) ASTM

Aluminato triclcio C3A

Sulfato de Clcio CaSO4


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Conselho Nacional de Meio Ambiente CONAMA

Corpo de prova CP

Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura CREA

Difrao de raios X DRX

Anlise termo diferencial DTA

Diferencial da anlise trmica DTG

Energy Dispersive Spectrometer EDS

Instituto de Pesquisas Tecnolgicas do Estado de So Paulo IPT

Mega Pascal MPa

Norma Brasileira Registrada NBR


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RESUMO

O processo de gerao de escria obtido a partir da produo de gusa atravs do

combustvel carvo vegetal, acaba por proporcionar escrias reativas e com

potencial aglomerante na produo de concretos e argamassas. Entretanto,

desejvel buscar solues que possam incrementar este potencial de

aglomerncia atravs de aes localizadas na prpria planta industrial, e mais

especificamente na bica de sada das escrias dos altos fornos.

O trabalho prope avaliar o comportamento das escrias de alto-forno a carvo

vegetal aps ativao quente, realizada na planta industrial, mediante a injeo

de cal area virgem (CaO) e sal grosso (NaCl) em percentuais reduzidos e

economicamente vivel. H de se ressaltar que todas as escrias, ativadas ou

no, sofreram processo de resfriamento brusco logo aps a sada do alto-forno,

denominado de granulao, e posteriormente foram submetidas a moagem

objetivando se obter uma granulomtrica mnima, compatvel com a finura de um

cimento comercial.

Os resultados mostraram um acrscimo na atividade pozolnica das escrias

submetidas a ativao quente, em detrimento quelas tradicionalmente

geradas na fabricao do gusa, fato que viabiliza a sua utilizao como

aglomerante e ligante na produo de concretos e argamassas, sobretudo na

substituio de um maior percentual do tradicional cimento, quando da produo

de argamassas e concretos e se comparada com as escrias no submetidas ativao quente.


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The study of the slag`s behavior from blast furnace by vegetal charcoal byheating activation

ABSTRACT

The process of slag conception obtained from the production of pig iron by vegetal

charcoal, ends up making reactive slags and with clustering potential for the

production of concrete and mortar. However, it`s important that we find solutions

that can increase this potential of clustering through actions made in the site

(indrustrial plant) and more specifically in the blast furnace exit.

This work wishes to assess the behavior of the slag from blast furnace by vegetalcharcoal after activation by heating made in the indrustrial plant by means of

injection of raw lime (CaO) and solidium chloride in smaller quantities and

economically viable. It`s important to say that every slag activated or not, suffered

an abrupt process of cooling right after the exit from the blast furnace called

granulation and afterwards were submitted to grinding in order to achieve

minimum granulation possible compatible to the thinness of commercial cement.

The final results showed an increase in the pozzolanic activity of the slag that

underwent the activation by heating compared to those traditional ones generated

from the pig iron fabrication, fact that makes easier the use that like a clustering

and sticking material in the production of concretes and mortar, particularly in the

substitution of the traditional cement, when compared to the production of

concretes and mortar and the slag that were not submitted to activation by

heating.


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1 INTRODUO

O Estado de Minas Gerais o maior centro brasileiro de ferro-gusa em unidades

independentes de produo. Num raio de aproximadamente 150 km da capitalmineira, Belo Horizonte, est localizada a mais importante regio de produo de

ferro-gusa do planeta e um dos mais significativos modelos de auto-

sustentabilidade industrial do mundo: a produo de tecnologia limpa da

siderrgica a carvo vegetal, a partir de biomassa cultivada.

Figura 1 Vista do reflorestamento para produo de carvo vegetal

O parque industrial mineiro formado por 62 indstrias com capacidade de

produo instalada de 7,6 milhes de toneladas/ano de ferro-gusa, que produzem

cerca de 6,1 milhes de toneladas/ano, cerca de 60 % de toda produo brasileira

a carvo vegetal (SINDIFER 2006).

Deste total, 2,9 milhes de toneladas do produto so comercializados no mercado

interno e 3,2 milhes de toneladas so exportadas para os diversos mercados

consumidores, especialmente os Estados Unidos, Japo, Taiwan e Unio

Europia (SINDIFER 2006).


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O plo guseiro em Minas Gerais mantm a liderana do mercado mundial em

funo da excelente qualidade dos seus produtos, do baixo teor de impurezas e

de um competente sistema de transporte da produo para diversos mercados

mundiais, atravs do porto de Paul, em Vitria, no Esprito Santo. O estado possui

o mais importante macio florestal do Brasil, mais de 1,7 milhes de hectares de

florestas plantadas que produzem o carvo para as indstrias de ferro-gusa. As

empresas faturam, em mdia, R$ 3,9 bilhes, sendo R$ 2 bilhes s com

exportaes (SINDIFER 2006).

No h dvida de que a economia do Estado beneficiada por esse potencial de

produo. Entretanto, a produo de ferro-gusa em altos fornos a carvo vegetal

deve tambm resultar numa atividade onde os riscos ambientais sejam

equacionados e minimizados, se no eliminados. Aquelas empresas so

responsveis pela gerao de diversos resduos slidos que podem se constituir

em fontes de poluio do solo, do ar e da gua, caso no sejam dispostos de

maneira adequada. Nas ultimas dcadas a questo ambiental vem sendo

amplamente discutida em todo o mundo e o interesse pela reciclagem de resduos

industriais tem crescido cada vez mais. Este crescimento impulsionado pela

conscincia ambiental da sociedade e pela legislao ambiental, cada vez mais

exigente. Desta forma, as usinas siderrgicas esto investindo na capacitao de

tcnicos e na instalao de novos equipamentos de forma a eliminar a cultura do

desperdcio e promover mtodos adequados para a reciclagem dos resduos

gerados em seus processos produtivos.

Portanto, a reciclagem e o aproveitamento de resduos apresentam vrias

vantagens sob o ponto de vista da sustentabilidade, podendo ser consideradoscomo fatores positivos para o meio ambiente, possibilitando, desta forma, a

reduo de reas degradadas pela disposio dos mesmos e a preservao dos

recursos naturais.

A Secretaria de Minas e Metalrgica (BRASIL, 1997) ressalta que:

... o firme comprometimento com a qualidade de produtos e

servios e a preservao do meio ambiente so atualmente demandas dacomunidade que exige dos agentes econmicos um esforo crescente. Espera-se


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que o setor metalrgico venha firmar sua imagem, cada vez mais, como a de um

setor de referncia para o desenvolvimento sustentvel, produzindo, sem danos

ao meio ambiente, bens, subprodutos e resduos reciclveis.

A preocupao ambiental conferida aos resduos est associada no s sua

diversidade, mas tambm ao grande volume gerado. A escria de alto-forno,

obtida pela reao entre as impurezas do minrio e fundentes, possui elevados

teores de slica (SiO2) e de xido de clcio (CaO), alm de xido de alumnio

(Al2O3), xido de magnsio (MgO) e xido de ferro (FeO).

Quimicamente, a escria uma mistura de cal, slica e alumina, ou seja, os

mesmos xidos que constituem o cimento Portland, mas no nas mesmas

propores. Segundo Vanderley M. John (1995), a utilizao da escria como

aglomerante elimina a etapa de calcinao da matria-prima, o que permite a

reduo do consumo de energia e do custo dos cimentos. Tambm segundo

John, a reduo do consumo de energia pode ocorrer porque os resduos

geralmente incorporam grande contedo energtico. No caso das pozolanas e

escrias, o nvel de energia permite a produo de cimentos sem a necessidade

de calcinao da matria-prima, permitindo a reduo do consumo energtico deat 80%. De acordo com este autor, os produtores de matrias-primas podem

introduzir alteraes de processo de produo, de forma a viabilizar ou melhorar o

comportamento dos materiais em determinado tipo de aplicao, como o caso

das escrias de alto-forno granuladas.

O Brasil um grande produtor de escria de alto-forno, sendo que uma parcela

das escrias bsicas possui vrias aplicaes, principalmente para a indstria da

construo civil, no s como matria-prima bsica necessria fabricao de

cimento Portland, de acordo com o IBS - INSTITUTO BRASILEIRO DE

SIDERURGIA (1998). No Brasil, a produo de ferro-gusa gera 5,7 milhes de

toneladas de escrias de alto-forno por ano, sendo que 5 milhes de toneladas

so utilizadas na fabricao de cimento e tambm como adio na produo de

concretos e argamassas. Mas, por outro lado, a quase totalidade das escrias

cidas, produzidas por altos fornos a carvo vegetal, ainda se constituem resduo

que se acumula nas usinas.


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Sendo assim este trabalho ter como foco principal a escria de alto-forno a

carvo vegetal. No entanto, de grande importncia que os novos materiais

empregados apresentem caractersticas compatveis aos materiais j

consagrados. Assim, a utilizao adequada de um resduo est condicionada ao

conhecimento de suas caractersticas, envolvendo aspectos fsicos, qumicos e

ambientais, bem como a avaliao do desempenho dos mesmos quando

empregados.

Figura 2 Ptio para estocagem da escria de alto-forno

Figura 3 Ptio para estocagem da escria de alto-forno


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2 JUSTIFICATIVA

Poluio industrial , na verdade, uma forma de desperdcio e ineficincia dos

processos produtivos. Resduos industriais representam, na maioria dos casos,perdas de matrias-primas e insumos. A soma dos diferentes conceitos de

poluio leva a crer que o problema ambiental gerado por um determinado

processo deve ser evitado no na sada da indstria. O prprio processo industrial

que deve ser investigado por meio da deteco de ineficincias e falhas, de

acordo com a metodologia da qualidade total, enquanto buscam-se novas

aplicaes para os materiais residuais gerados no processo.

O reaproveitamento de resduos e o melhor aproveitamento das matrias-primas

so vistos por especialistas como as nicas sadas para a continuidade do

processo tecnolgico j implementado, pois atuam em perfeita sintonia com as

necessidades do terceiro milnio. Ao mesmo tempo, a reciclagem permite o

reaproveitamento de recursos e contribui para diminuir as agresses ao meio

ambiente.

Essa viso sustentvel no nova, mas somente h poucos anos passou a serreconhecida como uma alternativa coerente degradao ambiental. A realidade

comea a mudar, a partir de algumas experincias em empresas, que provaram

ser possvel conciliar a excelncia produtiva com a proteo ambiental.

A escria bsica de alto-forno granulada, proveniente do resduo da produo de

ferro-gusa, tem sido empregada como adio na produo de cimentos Portland,

em substituio do cimento, minimizando-se o custo referente disposio da

escria. Atualmente, a escria de alto-forno gerada no Brasil tem um grande

mercado, sobretudo quando granulada, atendendo indstria cimenteira e a

grandes consumidores de agregados especiais. Entretanto, a situao das

escrias cidas diferente, pois para a grande maioria dos produtores de ferro-

gusa independentes a realidade outra, uma vez que apenas uma pequena

parcela da escria gerada absorvida pelo mercado. Com o aprimoramento de

estudos e trabalhos de pesquisa voltados para o melhor aproveitamento das

escrias, incluindo a adoo de sistemas que viabilizassem, cada vez mais, o usoe o valor da escria gerada, esta poderia ter um novo destino. O aumento do


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26

emprego da escria nos materiais de construo representa vantagens tcnicas e

ambientais, e o desenvolvimento de cimentos cujo nico aglomerante a escria

implicaria no maior consumo deste resduo. Alm disso, o elevado volume de

produo de escria no Brasil, aproximadamente 9 milhes de toneladas

(IBS,2002), propicia a viabilidade econmica do desenvolvimento de um cimento

de escria de alto-forno.

Para alguns autores a capacidade aglomerante da escria granulada de alto-forno

j era conhecida antes que Aspdin registrasse sua patente do cimento Portland

em 1824. MATHER (1957) afirma que em 1774 Loriot observava o poder

aglomerante de escrias misturadas com cal hidratada. Para VENUAT (apud

BATTAGIN & ESPER, 1988), em 1818, Vicat j considerava a possibilidade de

produo de aglomerante a partir da escria.

Para outros, foi somente em 1862 ou 1863 que Emil Langen, diretor-chefe da

Friedrich-Wilhelm Iron and Steelworks, em Troisdorf, Alemanha, produziu

cimentos de escria pela primeira vez (GUTTMANN apud SCHRDER, 1969 -

SMOLCZYK, 1980), adicionando cal hidratada escria granulada. J para

CLRET DE LANGAVANT (1949) a capacidade aglomerante da escria somentefoi descoberta em 1880. A verificao do poder aglomerante das escrias

provavelmente esteve ligada disponibilidade de escria vtrea, uma vez que,

como ser descrito posteriormente, as escrias cristalinas no possuem poder

aglomerante.

O cimento de escria composto de uma escria bsica (ou cida). A produo

de um cimento de escria de alto-forno tem como vantagens sobre a produo do

cimento Portland: economia de energia de produo, calor de hidratao, menor

consumo de recursos naturais no renovveis e a reduo do volume de resduo

siderrgico acumulado. A reciclagem e a utilizao de resduos pela indstria da

construo civil so consideradas uma linha de pesquisa de importncia relevante

na atualidade, testemunhada pela divulgao em publicaes, seminrios,

workshops e congressos. Motiva este interesse a busca por um desenvolvimento

sustentvel e a preservao do meio ambiente. Em setores industriais, a falta de

matria-prima e a demanda pela aplicao de subprodutos e resduos industriais

resultam no surgimento de novas tecnologias e produtos. Existe um diferencial at


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mesmo no aspecto conceitual, pois quando classificamos a escria como resduo

da produo do ferro-gusa estamos aplicando-a uma conotao perigosa, danosa

para o meio ambiente, e quando buscamos a conotao subproduto estamos

aplicando a ela uma conotao de valorizao de seu potencial comercial.

O CaO, obtido de rochas carbonticas, o principal constituinte do clnquer. A

transformao trmica do carbonato e a clinquerizao consomem grande

quantidade de combustvel e de energia. Como o cimento Portland um dos

materiais mais fabricados no mundo, resulta em uma fonte que aumenta

significativamente a quantidade de dixido de carbono na atmosfera, em 2005 17

bilhes de toneladas de concreto foram produzidas no mundo. Para tal 2 bilhes

de toneladas de CO2 foram liberadas na atmosfera (IBRACON, 2007). O processo

de produo de uma tonelada de cimento Portland gera uma tonelada de CO2.

Assim, a utilizao de escria como um aglomerante uma alternativa econmica

e ambientalmente interessante. A falta de conhecimento sobre o material faz com

que seu uso ainda seja bastante reduzido. Alguns autores j ressaltam os

benefcios do uso do cimento de escria, tais como um menor custo por um

produto de elevado desempenho e durabilidade. Alguns fatores que podem

aumentar as oportunidades de uso do cimento de escria so: conhecimento

substancial de suas propriedades e mecanismos de hidratao, bom desempenho

em vrias aplicaes e menor impacto ambiental, se comparado ao cimento

Portland comum.

Portanto este trabalho est engajado nas linhas de pesquisa que o

prioriza, dentre elas a busca por uma melhor aplicabilidade dos materiais.


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3 OBJETIVOS

A retirada do ferro-gusa e da escria do alto-forno uma etapa importante do

processo. Nesse vazamento, a escria sai juntamente com o ferro-gusa e essesdois lquidos so separados em funo da grande diferena de densidades (gusa

da ordem de 7 kg/m e escria 3 kg/m). A escria escoa no estado lquido a,

aproximadamente, 1500C. O ferro-gusa por sua vez lingotado e comercializado

para a fabricao de peas fundidas ou como matria-prima para a fabricao do

ao carbono. Por outro lado as escrias so estocadas sem um fim comercial

definido. As escrias possuem composio qumica e estrutura que permitem,

sem qualquer adio, a formao de aluminatos e silicatos de clcio hidratados,ou seja, so verdadeiros cimentos. Partindo deste princpio, este projeto tem

como objetivo desenvolver uma metodologia capaz de aperfeioar a composio

desta escria, buscando aumentar significativamente suas propriedades

cimentantes e aglomerantes a partir da ativao quente mediante a injeo de

xido de clcio ( cal virgem ou CaO) e sal grosso (NaCl).

Neste sentido, foi adotada a seguinte linha de pesquisa e ao:

Caracterizar as escrias de alto-forno a carvo vegetal em seu estado slido, com

vista a definir as possveis intervenes nesta, sendo que estas intervenes

sero realizadas no leito de corrida onde esta escria se encontra no estado

liquido com grande poder energtico (1700 KJ/Kg) e a uma temperatura de

aproximadamente 1500OC. Essa interveno tem como intuito obter a formao

de uma escria com poder aglomerante satisfatrio, a partir da injeo sobre a

bica extratora de escria de duas solues: cal area virgem (CaO) e sal


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4 REVISO BIBLIOGRFICA

4.1 Histria da produo de ferro-gusa no Brasil e gerao de escrias

4.1.1 A Siderurgia no Brasil

No Brasil, a metalurgia do ferro foi iniciada logo aps o descobrimento. O Padre

Anchieta, j em 1554, relatava Corte de Portugal as ocorrncias de ferro e

prata. A primeira industrializao do metal foi iniciada em 1587, por Afonso

Sardinha, na Serra de Cubato, no Rio Jeribatuba, afluente do Rio Pinheiros, na

antiga freguesia de Santo Amaro, perto de So Paulo. Em Biraoiaba ou

Araoiaba, l pelos longnquos anos de 1589, foram construdos dois pequenosfornos para a produo de ferro com nosso minrio. A explorao continuou em

pequena escala, com a construo de vrias forjas catals no Estado de So

Paulo e em Minas Gerais, durante o fim do sculo XVI e todo o sculo XVII. Entre

1700 e 1756, nas misses jesutas, em Santo ngelo, Rio Grande do Sul,

fundadas pelo padre austraco Antonio Sepp, fabricaram-se cravos, ferraduras e

utenslios. Em 5 de janeiro de 1785, um alvar de D.Maria I (a Louca) proibia, de

modo terminante, a existncia de fbricas na Colnia. Era a febre do ouro quetudo absorvia e exigia a dedicao de todos os recursos ao enriquecimento da

Metrpole. Somente aps a ascenso de D. Joo VI ao trono que foi permitida a

instalao de fbricas de ferro no Brasil. Datam de 1799 os trabalhos do erudito

Sr. Jos Vieira Couto, antigo professor de Cincias Naturais em Coimbra e

residente em Diamantina. Este homem de larga viso propugnava a criao de

grandes usinas e pregava a utilizao dos minrios do vale do Rio Doce, em

relatrios enviados a D. Rodrigo de Souza Coutinho, Secretrio de Estado dos

Negcios da Marinha e Domnios Ultramarinos.

As mesmas idias foram defendidas pelo intendente Manoel Ferreira da Cmara

Bethencourt e S, o mesmo que tem hoje o seu nome ligado Usina Siderrgica

de Ipatinga e que foi o realizador da fbrica instalada no Morro do Pilar, em 1809,

onde construiu o primeiro forno realmente "alto" no Pas e que fundiu gusa lquido

em dezembro de 1813.

Em So Paulo, a atividade siderrgica reanimou-se com a iniciativa da fundao

de uma fbrica de ferro, em Sorocaba, por fora da Carta Rgia de 4 de


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dezembro de 1810. Foram construdos os fornos de Ipanema e do Morro do Pilar.

Dois nomes surgiram nesta poca e esto ligados siderurgia brasileira.

Referimo-nos a Esehwege e a Varnhagen, metalurgistas e gelogos a servio da

Real Corte que, tendo trabalhado sob as ordens de Jos Bonifcio de Andrada e

Silva na fbrica de Foz d' Alge em Portugal, de 1803 a 1807, aqui chegaram em

comeos de 1810.

Wilhelm von Esehwege montou perto de Congonhas do Campo, na "Fbrica de

Ferro" de propriedade da Sociedade Patritica, organizada pelo Conde de Palma,

ento Governador de Minas Gerais, um baixo forno tipo Sueco e obteve aos 12 de

dezembro de 1812, a primeira corrida de gusa no Brasil. Esta fbrica chegou a

contar com 8 fornos com 1,5 m de altura, produzindo "ferro coado" (hoje

denominado ferro-gusa).

Frederico Luiz Guilherme de Varnhagen veio prestar sua colaborao na ento

denominada "Real Fbrica de Ferro de So Joo de lpanema", em Sorocaba,

Estado de So Paulo, assumindo a direo da Fbrica, em 21 de fevereiro de

1815 e obtendo a primeira corrida em 1 de novembro de 1818. As dificuldades

enfrentadas eram primordialmente do minrio de Araoiaba, rico em fsforo etitnio.

O engenheiro francs, Jean Antoine Felix de Monlevade, montou nesse mesmo

ano, um baixo forno em Caet e em 1825, uma forja do tipo catalo, na fbrica de

ferro de S. Miguel de Piracicaba, no local que hoje tem seu nome e onde funciona

a maior usina a carvo vegetal do pas.

Com a volta de Varnhagen para a Europa (em 1821), logo seguida da deEsehwege, (em Maio de 1822), aps a declarao da Independncia, os fornos

da Fazenda da Fbrica, do Morro do Pilar e de Ipanema, paulatinamente, foram-

se extinguindo, deixando de funcionar definitivamente em 1860.

Exceo brilhante constituiu a criao, em outubro de 1848, dos Estaleiros da

Ponta de Areia, pelo Baro de Mau (Irineu Evangelista de Souza), que chegou a

fundir ferro, bronze e construir 72 navios a vapor e a vela, alm de engenhos de

cana. Durante a guerra do Paraguai, os fornos de Ipanema foram reacesos e

deram sua contribuio s armas do Imprio, sob a administrao do Capito


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Joaquim Mursa. Em 1895, foi fechado definitivamente o estabelecimento. Devido

poltica econmica dos governos Rio Branco e Conselheiro Saraiva, de 1874 a

1884, as indstrias metalrgicas e mecnicas regrediam, no podendo lutar

contra a concorrncia dos produtos importados. Os pequenos fornos se

apagavam e as forjas primitivas silenciavam; seus produtos no podiam competir

em qualidade e em preo com o estrangeiro.

Em 1888, foi fundada a Usina Esperana por Amaro da Silveira, Carlos Wigg e

Joseph Gerspacher, perto de Itabira do Campo, sendo instalado um alto-forno

para 6 toneladas em 24 horas. Logo a seguir, em Burnier, no entroncamento da

linha do Centro da E.F.C.B. com o ramal de Ouro Preto, os fundadores do

primeiro forno de Esperana, construram outro pequeno alto-forno (15 t por dia),

que mais tarde passou propriedade da Companhia do Dr. J. J. Queiroz Jr. Em

1892, a Cia. Forjas e Estaleiros adquiria a fbrica de Monlevade e a completou

com martelos piles, produzindo, em poucos anos, de 3 a 5 t de ferro por dia. Em

1905, Pandi Calgeras faz um balano da situao siderrgica: 2 altos fornos,

dos quais, somente um em atividade, produzindo 2.100 toneladas anuais de gusa

e, cerca de 100 forjas, produzindo 2.000 toneladas anuais de ferro em barras.

Somente entre 1917 e 1930 que se iniciou novo surto industrial. Em Sabar, foi

criada a Cia. Siderrgica Brasileira, pelos engenheiros Christiano Guimares,

Amaro Lanari e Gil Guatemosincom: um alto-forno moderno e que, mais tarde

(1922), com a cooperao da ARBED, transformou-se na Companhia Siderrgica

Belgo-Mineira, instalando um forno Siemens-Martin e laminadores para pequenos

perfilados e arame.

4.2 Processo produtivo de Ferro-gusa a carvo vegetal

Nenhuma dessas fbricas tem feito grandes progresso e noentanto contam com os mesmos elementos de Monlevade. que Monlevade tinha a seu favor um maior grau de ilustraoque lhe fazia superar as dificuldades materiais.

No julgo, que para ser fabricante de ferro, haja necessidadede um ttulo de engenheiro, mas o certo que a cpia deconhecimentos, de certos fabricantes de ferro, no esto a parde sua profisso, que eles no conhecem muitas vezes mesmoa marcha de uma operao a ponto de dizer se boa ou m

Baro Esehwege, Pluto Brasiliensis 1831


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A obteno do ferro a partir de seus xidos (Fe2O3) um processo antigo,

tratando-se, basicamente, da mistura do xido com o carbono e um sopro de ar.

A reao do carbono com o oxignio proveniente do ar gera energia e gs redutor(CO) suficiente para a reduo de Fe2O3.

O produto metlico do processo de reduo o gusa lquido, constitudo de ferro

(aproximadamente 94%), carbono (em torno de 4%) e outros elementos como

silcio, mangans, fsforo e enxofre. Estes valores podem variar de acordo com a

utilizao do ferro-gusa (valores mdios). Nesse processo, obtm-se ainda um

outro (sub) produto lquido conhecido como escria. Ela formada,

principalmente, pela ganga do minrio (SiO2, Al2O3) e tambm pelos fundentes

(CaO, MgO) e pelas cinzas do carvo vegetal. Estes dois produtos possuem

densidades bem diferentes, com isto possvel realizar a separao por um

processo fsico bem simples.

4.3 Descrio do Processo

No processo de produo no alto-forno, podem ser utilizados dois tipos de

combustveis, responsveis tambm pelo papel de redutores: carvo vegetal ou

coque, sendo que a utilizao de carvo vegetal se encontra mais em alto-fornos

de pequeno ou mdio porte enquanto que a utilizao de coque se d em alto-

fornos de maior capacidade instalada. No caso do alto-forno a carvo vegetal,

durante o processo de reduo, os materiais carregados - minrio de ferro, carvo

vegetal e fundentes (quartzo, calcrio, dolomita, etc.) transformam-se nos

produtos: gusa lquido, escria, gs de alto-forno e poeira, sendo que hoje todos

estes podem ser considerados produtos. A reduo dos xidos de ferro seprocessa medida em que a carga desce no interior do forno e os gases,

resultantes da queima do carvo vegetal, sobem em contra corrente pela coluna

de carga. O aquecimento dos materiais ocorre enquanto sua composio da

carga alterada.

O oxignio que estava combinado com o ferro do minrio retirado deste no

processo de reduo e combinado ao carbono formando os xidos de carbono,

que por sua vez constituem parte dos gases de alto-forno (GAF). Outras reaes


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qumicas e a fuso da ganga e dos fundentes acompanham o processo, entre

estas a de formao da escria.

4.4 As reaes que ocorrem no interior do alto-forno

As primeiras reaes de reduo tm lugar a 470C; uma parte da hematita (tipo

de minrio de ferro Fe2O3) reduzida, depositando Carbono:

2 Fe2O3 + CO = 4Fe + C + 7CO2 (4.1)

A 550 C, uma parte do sesquixido reduzido a Fe3O4 (Magnetita):

3 Fe2O3 + C = 2Fe3O4 + CO (4.2)

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 (4.3)

A cerca de 620 C, uma frao de Fe3O4 ser reduzida a xido ferroso:

Fe3O4 +C =3FeO + CO (4.4)

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 (4.5)

No intervalo de temperatura entre 620 e 800C, tm lugar as reaes:

FeO + C = 3Fe + CO (4.6)

FeO + CO = Fe + CO2 (4.7)

A 870 C, boa parte do CO2 reduzida pelo Carbono:

CO2 + C = 2CO (4.8)

A 900 C, a gua combinada ainda restante reage com o Carbono e decompe-

se:

H2O + C = CO + H2 (4.9)

A partir de 970 C e at a temperatura da zona das ventaneiras, o calcrio

calcinado:

CaCO3 = CaO + CO2 (4.10)


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MgCO3 = MgO + CO2 (4.11)

Acima de 1070 C, a reduo dos xidos e ferro concluda pelo Carbono:

Fe2O3 +3C = 2Fe + 3CO (4.12)

Fe3O4 + C = 3FeO + CO (4.13)

FeO + C = Fe + CO (4.14)

A partir de 1200 C inicia-se a reduo dos xidos de mangans, de silcio e de

fsforo, reagindo com o carbono:

MnO + C = Mn + CO (4.15)

SiO2 + C = Si + 2CO (4.16)

P2O5 + 5C = 2P + 5CO (4.17)

Acima de 1260 C, os xidos de clcio, de alumnio e de silcio, unem-se para

formar a escria.

Alm de 1350 C, tem incio a fuso de todos os compostos da carga, menos o

carvo vegetal.

A 1550 C, comea a zona de combusto: o oxignio e o vapor de gua do ar

soprado combinam-se com o C do carvo vegetal para formar hidrognio e xido

de carbono:

O2 + C = CO2 (4.18)

CO2 + C = 2CO (4.19)

H2O + C = H2 + CO (4.20)

A 2000 C, quase todo o sulfeto de ferro transformado em sulfeto de clcio.

FeS + CaO + C = Fe + CaS + CO (4.21)

O Setor Independente de Produo de Gusa tem como opo para a venda do

produto a solidificao do ferro-gusa, em lingotes, ou pode comercializar este


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gusa de forma lquida, transportado por carretas (Figura 4), condicionado em

panelas e usado por empresas situadas perto do alto-forno (entre 10 e 20 km).

Figura 4 Carregamento da carreta de gusa liquido

Figura 5 Temperaturas do Alto-forno

Escria Gusa

Carga

Gases


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4.5 O reator e equipamentos auxiliares utilizados na fabricao do gusa

O reator dividido nas seguintes partes (vide Figura 6):

(a) Cadinho: regio do forno desde a sola at o eixo das ventaneiras;

(b) Rampa: parte cnica alargando-se para cima, desde o eixo das

ventaneiras at o comeo do ventre;

(c) Ventre: parte vertical que divide a rampa da cuba (alguns altos-

fornos no tm essa parte);

(d) Cuba: parte cnica, estreitando para cima, at a parte superiorcilndrica;

(e) Goela: parte superior cilndrica;

(f) Topo: parte superior do forno onde se localizam os dispositivos de

carregamento e de sada de gases.


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Figura 6 Esquema de um alto-forno

Os tamanhos das partes e os ngulos de inclinao da rampa e da cuba tm uma

variao muito grande em funo de diversos projetos, puramente empricos. O

volume total dos altos-fornos a carvo vegetal pode variar entre 33 m3 at 250 m3.

Os altos-fornos a carvo vegetal de pequeno porte tm uma chaparia de ao

externa e, internamente, um revestimento. Para a maior durabilidade desse

revestimento usado um sistema de refrigerao que consiste em chuveiros

externos. Um filme contnuo de gua gerado por chuveiros dispostos na parte

superior das chapas do cadinho e da rampa.

Em alguns casos, os chuveiros esto presentes tambm na parte superior da

cuba. O revestimento refratrio est disposto da goela at o cadinho. Parte das


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empresas utiliza antracito na camada do cadinho em contato com o interior do

forno. A durabilidade desses refratrios varivel e depende de diversos fatores.

Antigamente estes refratrios tinham apenas como parmetro o seu tempo de

campanha, onde se tinha como intervalo mais comum de troca do refratrio o

prazo de 4 em 4 anos. Hoje em dia, o parmetro mais utilizado para calcular a

vida til de um refratrio de alto-forno a CV a produo, mas existem diversos

fatores que implicam nesta durabilidade como: a prtica operacional adotada no

alto-forno, os materiais empregados, etc.

4.5.1 Ventaneiras

No tero superior do cadinho do alto-forno, a cerca de 3 m do fundo est a zona

das ventaneiras, cujo nmero depende do tamanho do forno. Para um alto-forno a

carvo vegetal de 3 m de dimetro de cadinho tm-se 6 a 12 ventaneiras,

ressaltando-se que a sua quantidade deve ser a maior possvel, para que se

obtenha um recobrimento das zonas individuais de combusto.

Atravs das ventaneiras, o ar pr-aquecido soprado no interior do forno. A

ventaneira, propriamente dita, de cobre eletroltico, de formato cnico e

refrigerada a gua recirculada, ajustando-se firmemente no bocal do anel suporte

avanando alguns centmetros no interior do forno.

O ar pr-aquecido introduzido atravs do tubo de ligao que une a ventaneira

ao anel de vento. Essa ligao constituda de trs peas: o algarariz, o cotovelo

e o tubo superior de ligao.

O cotovelo e o tubo superior so revestidos de material refratrio. O anel de vento

circula o forno e suportado pela carcaa do mesmo. construdo em chapa

metlica e revestido internamente de refratrio.

4.5.2 Os regeneradores de calor

Se o ar necessrio combusto fosse introduzido pelas ventaneiras do alto-forno

temperatura ambiente, uma maior quantidade de combustvel, neste caso

carvo vegetal, seria gasta para gerar o calor necessrio para que estes gases

atingissem a temperatura da regio de queima. Utilizando-se uma parte dos

gases de topo do alto-forno para aquecer o ar, antes de sopr-lo pelas


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ventaneiras, obtm-se uma considervel economia de combustvel slido (carvo

vegetal).

O ar proveniente dos turbo sopradores pr-aquecido nos regeneradores atemperaturas da ordem de 500 a 1200C e, ento, int roduzido no alto-forno pelas

ventaneiras.

Os regeneradores de calor utilizados so os "Cowpers" e os "Glendons". Os

"Glendons" so regeneradores de calor de menor eficincia, mas com um

investimento tambm inferior. A temperatura do ar soprado chega a 1200C

quando se utiliza "Cowpers" e varia de 500 a 850C quando os trocadores de

calor so os "Glendons". Os altos-fornos a CV quase sempre utilizam os

"Glendons", mas pode-se utilizar um ou outro trocador de calor, dependendo da

usina.

4.5.3 Glendons

Ele constitudo, basicamente, de fileiras de garrafas de ferro fundido,

interligadas por canais, ou de tubulaes de ao inox. Na parte externa das

garrafas de ferro fundido ou das tubulaes de ao inox, o gs de alto-forno

queimado com ar, aquecendo as mesmas. O ar frio soprado e passa por dentro

dessas garrafas ou tubulaes, aquecendo-se.

Comumente hoje se utiliza trs glendons para o pr-aquecimento do ar frio onde

se obtm uma temperatura de coroa na ordem de 850 C.

4.6 Sistemas de Carregamento e Tratamento das Matrias-Primas

A produo de ferro-gusa utiliza como matria-prima dois componentes principais:

minrio de ferro e carvo vegetal.

4.6.1 Carregamento

Os materiais so levados ao topo do alto-forno atravs de skips ou correia

transportadora. Os skips so constitudos de caambas puxadas por cabos de

ao e movem-se sobre linhas paralelas e inclinadas em relao horizontal. Ascaambas podem ser de fundo mvel ou basculante.


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Os dois sistemas so utilizados de maneira indistinta para altos-fornos a carvo

vegetal. O sistema de correia transportadora tem sido preferido para os novos

projetos.

4.6.2 Tratamento do Carvo Vegetal

O carvo vegetal transportado at as empresas atravs de caminhes e pode

ser acondicionado em sacos (sacaria) ou direto na carroceria dos caminhes

(gaiola). As usinas independentes de produo de gusa em Minas Gerais

recebem o carvo vegetal por sacaria em maior proporo do que por gaiola.

Antes da medida em volume, visando o acerto da quantidade comprada, o carvovegetal passa por uma peneira fixa de 3/8. O carvo vegetal granulado

estocado em silos fechados ou vai direto para o sistema de carregamento do alto-

forno. Essa ltima prtica, chamada de descarga direta de carvo, depende muito

da estratgia da empresa com relao ao estoque do material nos silos e,

tecnicamente, diminui a gerao de finos de carvo vegetal em funo de um

menor manuseio.

4.6.3 Tratamento do minrio de ferro

Antes de ser enfornado, o minrio de ferro peneirado e pesado, e em algumas

usinas este minrio utiliza os fumos do glendons, que nada mais so do que os

restos da queima do GAF para a secagem do minrio, diminuindo assim

consideravelmente a umidade do minrio de ferro. Como no caso do carvo

vegetal, o tamanho dos silos de abastecimento varia muito de acordo com a

produo do alto-forno e com a estratgia de estocagem da empresa.

4.6.4 Vazamento e Lingotamento do Gusa

A retirada do ferro-gusa e da escria do alto-forno uma etapa importante do

processo. Procura-se no reter muito lquido no cadinho para no prejudicar a

permeabilidade do forno. O vazamento do ferro-gusa pode ser intermitente ou

contnuo.

O vazamento intermitente consiste em abrir o alto-forno, atravs do furo de

corrida, num intervalo de tempo que varia de acordo com a prtica operacional da


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empresa. Esse intervalo de 1,5 horas ou de 2 horas na maioria dos casos.

Nesse vazamento, a escria sai junto com o gusa e esses dois lquidos so

separados em funo da grande diferena de densidades (gusa - 7 kg/m3 e

escria - 3 kg/m3). A Figura 7 mostra esquematicamente como feita a separao

da escria e do gusa. O vazamento contnuo utiliza o princpio de vasos

comunicantes.

Figura 7 - Esquema de Separao do gusa/escria.

O cadinho do alto-forno ligado por um canal a um poo retangular de acmulo

de gusa e o nvel de gusa desse poo acompanha o nvel dentro do alto-forno. O

gusa, nesse caso, sai continuamente, e a escria continua sendo retirada de

maneira intermitente, atravs do furo de escria. O vazamento contnuo o maisutilizado nos altos-fornos de produtores independentes de gusa. Do total de

fornos, praticamente 80% utilizam esse vazamento e 20% praticam o vazamento

intermitente. Com relao ao lingotamento do gusa, todas as empresas tm a

roda de lingotamento, que consiste de lingoteiras colocadas lado a lado formando

um crculo, conforme demonstrado pela figura 8. medida que as lingoteiras so

preenchidas pelo gusa lquido, a roda gira e, no lado oposto do preenchimento, o

lingote de gusa retirado manualmente pelo basculamento da lingoteira. A


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capacidade de lingotamento varia de 5 t/hora at 29 t/hora, sendo que a maioria

das rodas de lingotamento tem uma capacidade de 10 t/hora.

O lingote formado tem dimenses e pesos no padronizados. Ele possui umavariao muito grande de acordo com a empresa. O peso mais praticado de 4

kg (aproximadamente um tero da produo) e as dimenses mais encontradas

so: comprimento = 12 cm, largura = 12 cm e altura = 6cm.

Figura 8 Roda de Lingotamento SIMARA Siderrgica Marab S/A

4.7 Matria-prima empregada no processo de produo em alto-forno

4.7.1 Minrio de ferro

Usa-se minrio bitolado para a carga dos altos fornos.

O tamanho ideal seria entre 12 a 25 mm. A composio tpica de um minrio deboa qualidade :


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TABELA 1: Valores Mdios da Composio do Minrio de Ferro

Elemento %

Fe 65-68

SiO2 1,5-2,5

Al2O3 1,0-2,0

P


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Tabela 2: O carvo vegetal varia entre os limites de anlise

PROPRIEDADES DO CARVO VEGETAL

Carbono fixo 68 - 75 %

Matrias Volteis 14 - 16%

Cinzas 3 - 5 %

Umidade mdia

(varia entre 10 e 30 %)

10%

Densidade aparente: (base seca) 150 - 300 kg/m3

Poder calorfico inferior 28.469 - 30.144 kJ/kg

(6.800 - 7.200 kcal/kg)

Resistncia compresso 30 - 40 kg/cm2

Temperatura de ignio 240 - 250C

Porosidade 70 - 75 %

Tamanho mdio 43 mm

Fonte: Manual de Siderurgia


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Figura 9 Bateria de fornos para carvoejamento

Sua resistncia compresso da ordem de 30 kg/cm2 e sua resistncia

abraso baixa, o que limita a altura til dos altos-fornos, que no deve ser

superior a 15 metros.

O consumo varia entre 3,0 e 4,2 m3/t de gusa, dependendo do forno, do carbono

fixo do carvo e da qualidade do gusa produzido (se de aciaria ou de fundio).

No se deve enfornar carvo vegetal com mais de 12% de umidade no alto-forno.

Muito importante para a produo do carvo vegetal a espcie da madeira,

quando mais densa melhor. O que importa no carvo para o Alto-forno o peso

de carbono por m.

Segundo BATISTA a reatividade do carvo vegetal a CO2 uma medida relativa

da capacidade de um carvo em reagir com o CO2 resultando um gs CO. E a

capacidade que o carvo vegetal tem de regenerar o poder redutor do gs. E

quanto mais alta a temperatura de carbonizao maior ser reatividade do carvo

vegetal.


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Figura 10 Vista de baterias de fornos

4.7.3 Fundentes

So materiais cuja composio qumica seja tal que, quando adicionados carga

de um aparelho metalrgico, reagem com seus constituintes indesejveis,

formando compostos estveis que, no prprio aparelho ou em processo

subseqente, se separam do banho metlico, para constiturem a escria do

processo em questo.

As partes indesejveis no caso da reduo de minrios de ferro esto contidas na

prpria carga metlica ou nas cinzas dos combustveis e so, fundamentalmente,

slica, alumina, fsforo e enxofre. A adio no processo de materiais base de

xidos bsicos (CaO, MgO) facilitar a formao de uma escria de baixo ponto

de fuso e fluida tornando possvel a sua separao do banho metlico e a sua

remoo do reator. (BATISTA)

Os fundentes so classificados como (Batista TPG, 1995):

(a) cidos: So a base de slica (SiO2);


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(b) Bsicos: So a base de CaO e/ou de MgO;

(c) Neutro: base CaF2 (fluorita)

Dentre os mais importantes destacam-se:

- Calcrio: comumente encontrado prximo a regio onde o forno encontra-se

instalado e comumente bitolado entre 20 - 30 mm e 30 - 45 mm. A

granulomtrica ideal de 15 - 25 mm e 15 - 40 mm. O consumo mdio registrado

de 105 kg/t de gusa produzido;

- Minrio de mangans: o teor de mangans varia entre 30 e 40 %, sendo o

consumo da ordem de 13 kg/t de gusa. O tamanho ideal entre 19 e 38 mm.

- Quartzito: nas mesmas dimenses do mangans, isto , de 19 a 38 mm. A

anlise qumica deve indicar teor de SiO2 e superior a 94% e de AI2O3 inferior a

24%. O consumo mdio de 67 kg/t de gusa produzido.

4.8 A formao da escria de alto-forno a carvo vegetal

4.8.1 Reaes de formao da escria

Os xidos ainda no reduzidos, ao atingirem a rampa do alto-forno, a uma

temperatura acima de 1200 C, reagem entre si; com aumento de temperatura,

passam ao estado lquido, formando a escria. Os principais componentes so:

(a) Provenientes do minrio de ferro: Slica (SiO2), Alumina (Al2O3), Titnia (TiO2),

Oxido de Mangans (MnO2), Dissulfeto de Clcio (CaS), xido de ferro (FeO),

xido de zinco (ZnO), xido de Chumbo (PbO2);

(b) Provenientes do carvo: Slica (SiO2), Cal (CaO), Magnsia ou xido de

magnsio (MgO), Pentoxido de fsforo (P2O5), xido de potssio (K2O) , oxido de

sdio (Na2O);

(c) Provenientes dos fundentes: Cal (CaO), Magnsia (MgO), Sulfeto de Clcio

(CaS).

A escria de alto-forno a carvo vegetal (CV) resultado da fuso do material

inerte do minrio de ferro conhecido como ganga, dos fundentes e das cinzas


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presentes no CV que, chegando s zonas mais quentes do AF, regio das

ventaneiras, sem serem reduzidas, reagem entre si e formam, principalmente:

Silicatos: (CaO.SiO2; 2CaO.SiO2(C2S); FeO.SiO2;Al2O3.SiO2 ou,

Aluminatos: (MgO.Al2O3; CaO.Al2O2; etc)

Ao se atingir uma temperatura entre o comeo do amolecimento dos materiais

slidos e a fase lquida. Esta faixa de temperatura depender da composio da

escria usada. Assim uma mistura com 60% de slica, 15% de Alumina e 23% de

Cal comea a fundir a 1160 C, porm, mesmo com um superaquecimento de

400 ou 500 C, ainda permanece viscosa.

Por outro lado, uma mistura com 47% de Slica, 18% de Alumina e 35% de Cal

inicia a sua fuso a 1295 C e est inteiramente lquida a 1400 C.

Para obter os melhores resultados, a formao da escria deveria ocorrer depois

da reduo dos xidos de ferro. Na prtica, entretanto, esta seqncia no ocorre,

assim, os xidos de ferro tomam parte da formao da escria. Tal fenmeno

aumenta a reduo direta nos nveis inferiores da coluna de carga, pela reao daescria contendo xidos de ferro com o CV incandescente.

Os xidos de silcio, de alumnio e de clcio, isoladamente, fundem em

temperaturas elevadas tal como mostrado na Tabela 3.

Tabela 3: Temperaturas de Fuso dos xidos

xido Temperatura

SiO2 1710 C

CaO 2760 C

Al2O3 2050 C

MgO 2800 C


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A combinao destes para a formao de silicatos ou aluminatos resulta em

compostos que tem um ponto de fuso muito mais baixo, da ordem de 1200 -

1400 C. A sua formao quase sempre requer a adio carga do AF de

fundentes contendo CaO para se obter determinada composio da escria.

Sistema CaO-SiO2-Al2O3: a representao do sistema cal-silica-alumina feita

com um diagrama baseado na propriedade do triangulo eqiltero de que se a

soma das distancias de um ponto qualquer dentro do mesmo, nas direes

paralelas ao lados, igual a uma das faces.

As percentagens dos trs componentes so registradas crescendo no sentido

anti-horrio. Assim, se os vrtices indicarem 100% de Si02, CaO e AI2O3, a

composio correspondente a um ponto qualquer "b" definida como demonstra

a Figura 11.

Figura 11 Princpio da determinao das propores num diagrama triangular

Ou seja:

O teor de Slica determinado pelo comprimento da paralela ao lado Si02-

CaO =X;


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O teor de Alumina, pela medida eqidistante face SiO2-Al2O3 =Y;

O teor de CaO, pela extenso da paralela ao lado CaO-Al2O3 =Z.

Consequentemente, as linhas paralelas ao lado oposto ao vrtice marcado SiO2,

representam teores iguais de slica. Do mesmo modo, as linhas eqidistantes do

lado em oposio ao vrtice marcado Al2O3 (ou CaO), correspondem a teores

iguais de alumina (ou de cal).

A Figura 12 representa uma parte do diagrama da escria mostrando a relao

entre o calor de fuso e a composio na regio das escrias de alto-forno

comumente usadas.

Figura 12 Possveis composies de escria de alto-forno

Para o estudo do ponto de fuso de uma escria utiliza-se o diagrama triangular,

onde esto traadas as linhas isotermas e os limites de cristalizao dos seus

vrios componentes. Entretanto, deve-se observar que o diagrama refere-se aos

trs componentes principais e que a presena de MnO e FeO abaixa o ponto defuso da mesma.


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Uma das propriedades mais importantes de uma escria a sua fluidez. Uma

escria espessa, muito viscosa, dificulta a operao do alto-forno, agarra-se ao

revestimento, escorre lentamente e pode, eventualmente, colar-se ao CV na

rampa, dificultando a normal distribuio da corrente gasosa.

A viscosidade da escria depende de sua composio qumica e da temperatura.

Com o desenvolvimento de muitos anos de operao, conseguiu-se verificar que

a viscosidade da escria de alto-forno depende da relao entre o teor de CaO +

MgO e a soma SiO2 + Al2O3.

Uma escria, na qual a relao:

322 OAlSiO

MgOCaO

+

+ (4.22)

Aproxima-se da unidade, fluida quando no estado de fuso e solidifica

rapidamente numa massa petrificada com fratura opaca. Aumentando-se ainda

mais o teor de cal, a escria perde sua fluidez, torna-se espessa e no forma

mais fios, e ao resfriar, ela se desfaz em p. Esta basicidade mais alta torna a

escria mais dessulfurante, porm mais viscosa.

Ao substituir-se uma parte da cal pela magnsia (isto , ao usar-se dolomita como

fundente no alto-forno), a escria torna-se mais fluida, o que aumenta ainda mais,

medida que crescerem os teores de xidos de mangans e de ferro dissolvidos.

A viscosidade tende a aumentar com os teores crescentes de alumina. Quando o

incremento desta ltima compensado por uma correspondente diminuio doteor de slica, a viscosidade reduzida.

Nos altos fornos a carvo de madeira, a maior viscosidade permissvel de 25

Poise a 1500OC e, com escrias cidas contendo 60 a 70% de SiO2+ Al2O3.

A proporo da cal tem importncia especial para a remoo do enxofre. No

trabalho em altos-fornos a carvo de vegetal, esta circunstncia tem importncia

secundria, pois aquele combustvel contm quase nenhum enxofre. O teorelevado deste elemento no coque exige uma maior quantidade de cal e, por isso,


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a escria de altos-fornos bsicos possui uma temperatura de fluidez mais elevada

que as escrias cidas dos altos fornos a carvo de madeira.

A Tabela 4 compara as escrias bsicas dos altos-fornos a coque com as cidasdos fornos a carvo vegetal.

Tabela 4: Comparativo alto-forno a coque e CV

Composio qumica A.F. a coque % A.F. a CV%

CaO 35 45 30 40

SiO2 30 35 50 65

Al2O3 10 15 10 20

MgO 5 15 -

A Figura 13 mostra as regies das escrias cidas e bsicas normalmente usadas

e que correspondem ao mais baixo ponto de fuso e maior fluidez em cada caso.

Figura 13 Sistema ternrio cal-slica -alumina.


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Alm da composio qumica (da qual resultam a basicidade, ponto de fuso e

viscosidade), de importncia o volume de escria por tonelada de gusa

produzido, o qual depende, principalmente, da quantidade e das propriedades da

ganga do minrio e das cinzas do coque.

bvio que uma tonelagem excessiva de escria representa um maior gasto de

combustvel, alm de diminuir a utilizao do alto-forno. A quantidade mnima

para se obter uma boa dessulfurao determinada sob a condio do teor de

enxofre na escria de gusa destinados s aciarias no ultrapassar 2,7%. Usando-

se coque o limite inferior , portanto, de 200 a 400 kg de escria por tonelada de

gusa. Na obteno de gusa de carvo vegetal trabalha-se com 150-300 kg de

escria por tonelada.

Por conseguinte, temperaturas altas nas zonas de combusto tendem a elevar o

silcio no gusa e baixar o enxofre. Uma basicidade elevada tende a diminuir tanto

o silcio como o enxofre no ferro-gusa.

Alm da fluidez, (para que seja retirada facilmente do forno), a escria deve ter

condies para deter o mximo de enxofre. No sistema quaternrio CaO-SiO2-

Al2O3-MgO pode-se encontrar uma regio de baixo ponto de fuso entre 10 e

13% MgO. Para uma boa dessulfurao, teores mais elevados de CaO e MgO

so mais favorveis devido maior tendncia destes ctions para ligar-se ao S.

4.9 A escria e suas utilizaes

Escria um subproduto, co-produto, e, para alguns, resduo da produo de

ferro-gusa, a partir da combinao, em elevadas temperaturas, da ganga dos

minrios, fundentes e cinzas de carvo vegetal. Entretanto, a escria do alto-forno

no apenas responsvel pela eliminao dos elementos indesejveis de carga

slida enfornada.

Pode-se definir a escria final de alto-forno como um lquido homogneo (1300C

a 1450 C) constitudo de vrios xidos e compostos qumicos, que se separa do

ferro-gusa por ser insolvel e de menor densidade.

As escrias so utilizadas em diversos paises para os mais variados fins,

principalmente para a indstria da construo civil, no s como matria-prima


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bsica necessria fabricao de cimento, mas tambm como adio na

produo de concretos e argamassas, obras civis, virias e marinhas.

A primeira referncia sobre o valor hidrulico da escria foi feita por Loriot em1774, mas apenas em 1862 Emil Langen granulou-a, resfriando-a rapidamente, e

percebeu que o produto obtido, depois de modo e misturado com a cal, endurecia

na presena de gua,

Assim, em 1865 era lanado na Alemanha um ligante hidrulico constitudo por

uma mistura de cal e escria, sendo que em 1882 iniciou-se, neste pas, a

fabricao industrial de cimento Portland adicionado de escria.

Foi apenas na dcada de 1880-1890 que foi conhecida satisfatoriamente

propriedades deste novo produto, e, no incio do sculo XX, uma associao

alem de fabricantes de cimento de escria generalizou a sua utilizao, cujo uso

foi incrementado aps a Primeira Grande Guerra Mundial. Motivado

especialmente pela crise do carvo, Alguns autores afirmam que, apesar de

grande variedade de aglomerantes e ativadores empregados nas dcadas de 30

e 40, j em 1939 se observava o crescente domnio do cimento Portland, Em

1941, Ary Torres apresentou proposta de Norma ABNT que inclua trs

categorias de cimentos de escria com cal hidratada:

So encontrados registros de fbricas de cimento em Bilbao (Espanha) em 1913

e no Alabama (EUA) em 1937.

a) Aglomerado de escria com cal, para misturas com mais de 70% de cal;

b) Cal metalrgica, para teores menores que 70%;

c) Cimento metalrgico sulfatado com escria, sulfato de clcio, cal hidratada

ou clnquer de cimento Portland.

A verificao do poder aglomerante das escrias provavelmente esteve ligada

disponibilidade de escria vtrea, uma vez que, as escrias cristalinas no

possuem poder aglomerante. (SILVA , V.M.)


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4.10 O uso comercial do aglomerante escria de alto-forno

O primeiro registro de utilizao comercial da capacidade aglomerante da escria

de 1865 (KERSTEN, 1921). Operavam na Alemanha fbricas capazes deproduzir diariamente at 70 mil blocos de alvenaria, confeccionados com escria

granulada moda e cal hidratada.

A norma Sua de materiais para a fabricao de argamassas, elaborada por

TETMAJER em 1900, e aprovada em agosto de 1901 pela Associao dos

Fabricantes de Cal e Cimentos e pela Sociedade Sua de Engenheiros e

Arquitetos (LEDUC & CHENU, 1912), inclui os cimentos de escria obtidos da

mistura desta com cal hidratada ou hidrulica. Esta norma recomendava a

aplicao destes cimentos em obras expostas gua ou umidade e em

concretagens submersas, desde que no fosse necessria uma resistncia

mecnica elevada. Exigia que os cimentos de escria possussem finura inferior a

1% de retido na peneira de 900 malhas por cm2, mais elevada do que os 5%

exigidos para o cimento Portland. Estabelecia tambm uma resistncia

compresso mnima, aos 28 dias, de RO%da especificada para os cimentos

Portland.

LEDUC & CHENU (1912), tambm apresentam os cimentos de escrias obtidos

pela mistura de cal area ou hidrulica com escria de alto-forno bsica e rica em

alumnio. Consideram assim que a escria um tipo de pozolana artificial

especial.

SECO DE LA GARZA (1913) apresentava aos leitores de seu manual de clculo

do concreto armado os cimentos de escria ao lado dos cimentos Portland eromano. Segundo este autor, a escria bsica moda recebia a adio de 15% a

30% de cal.

MALETTE (1924 ) cita que uma Comisso francesa de normalizao, criada em

1918, elaborou as "Condies gerais aplicveis ao mercado de fornecimento de

aglomerantes hidrulicos". Embora o autor no classifique as escrias como

pozolanas, neste documento especfico, os cimentos de escria so considerados

um dos tipos de cimento pozolnico. A finura uma caracterstica considerada

crtica para o desempenho destes cimentos.


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PULVER (1922) apresenta os cimentos de escria e cal hidratada como de pega

lenta e de emprego limitado a partes no importantes e no expostas das obras.

FOERSTER (1923) descreve os cimentos de escria como produtos de umamistura de cal hidrulica e escria granulada de alto-forno com proporo cal

escria de 1:2, os cimentos podiam ser de pega rpida (10 min.) ou normal (30

min). Recomendava-se que estes cimentos no fossem aplicados durante o

inverno, devido ao risco de congelamento, nem sob fluxo intenso de gua,

embora fossem adequados a obras hidrulicas. A resistncia do cimento de pega

normal era similar do cimento Portland.

WITHEY & ASTON (1939), na oitava edio revisada de um compndio sobre

materiais de construo, editado desde 1897, relatam que em 1937 operavam no

Alabama duas fabricas de cimento pozolnico [sic] tendo como matrias-primas

cal hidratada e escria, alm de uma pequena quantidade de hidrxido de sdio

para acelerar a pega. No entanto, o efeito acelerador do hidrxido de sdio

desaparecia com o envelhecimento dos cimentos. Segundo estes autores, a

resistncia mecnica era menor do que a do cimento Portland, possuam baixa

resistncia ao atrito e o United States Army Engineers no recomendava este tipode cimento para superfcies expostas permanentemente ao ar porque a oxidao

dos sulfetos levava a uma destruio da superfcie. Por outro lado, acreditava-se

que apresentava maior resistncia gua do mar, porque tinha "maior contedo

de silcio", opinio contrria quela expressa por SECO DE LA GARZA (1913).

FRET (1939), em reviso ampla sobre o emprego de escria, afirma que os

cimentos de escria misturada com clnquer Portland vinham tomando de maneira

crescente o mercado dos cimentos de cal e escria. Na opinio do autor, este fato

ocorria porque os primeiros apresentavam maior resistncia qumica e mecnica.

Na poca, era prtica corrente a adio de carbonato de sdio, cloreto de sdio,

sulfato de sdio ou sulfato de clcio para acelerar o ganho de resistncia dos

cimentos de escria e cal. A quantidade de informaes apresentadas sobre os

cimentos de escria ativadas com cal leva a crer que o seu emprego chegou a ser

importante. Conforme este autor, o teor e a natureza da cal empregada

influenciam a resistncia mecnica e qumica dos produtos hidratados, e a


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resistncia qumica mxima obtida pela adio de um teor de cal hidratada

levemente inferior ao necessrio para a obteno da resistncia mxima.

ROGERS & BLAINE apud WITHEY & ASTON (1939) estudaram, em 1934, 41cimentos de alvenaria existentes no mercado norte-americano dos quais 6

continham grande quantidade de escria.

PURDON (1940), ao apresentar a tecnologia de ativao de escrias de alto-forno

com lcalis, comenta que, na poca, era comum o emprego de cal hidratada,

cimento Portland e mistura de anidrita e cimento Portland para a ativao da

escria. Considera que a escria ativada com cal hidratada (de 10% a 30%)

apresenta emprego limitado pela sua velocidade de ganho de resistncia

excepcionalmente baixa, sendo empregada naturalmente em fundaes.

No livro de KLEINLOGEL (1950) editado em 1941, o verbete "cimento de escria"

identifica os cimentos obtidos por mistura de cimento Portland e escria de alto-

forno. Nenhuma meno aos cimentos de escria sem clnquer apresentada.

CLRET DE LANGAVANT (1949) afirma que as dificuldades de emprego

estavam levando ao abandono da utilizao dos cimentos de escria em diversos

pases, mas que a Alemanha e a Frana, grandes produtores de escria,

utilizavam aproximadamente 1 milho de toneladas anuais de cimentos com

escria. Na Alemanha, segundo o autor, empregavam-se normalmente os

cimentos Portland com adio de escria, enquanto que na Frana, os cimentos

de escria "propriamente ditos", possivelmente sem clnquer.

J no XX Congresso Internacional de Qumica do Cimento (Londres, 1952), em

abrangente reviso do estado-da-arte dos cimentos de escria, KIEL (1952)

afirma que os cimentos de escria ativada com cal hidratada, chamados na

Alemanha de Mischbinder ou Shlackenbinder ou de ciment de laitier Ia chaux na

Frana, surgem apenas em perodos de carncia de aglomerantes ou tm apenas

"importncia local". Devido carbonatao da cal utilizada como ativador durante

a estocagem do cimento, era usual adicionar um excesso de cal nos cimentos

comercializados, com prejuzo da resistncia mecnica inicial.


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Na Alemanha, os cimentos de escria ativados com cal no podiam ser

designados como "cimentos", porque apresentavam resistncia mecnica inferior

ao mnimo exigido.

No mesmo trabalho, o autor identifica o crescimento na produo de cimentos de

escria devido ao interesse em: (1) reduo do consumo de carvo; (2) reduo

do calor de hidratao em concreto massa, embora apresentassem baixa

resistncia inicial e, consequentemente, sensibilidade a baixas temperaturas; e (3)

alta resistncia a guas sulfatadas, como a gua do mar. KIEL ainda registra no

mesmo trabalho o descobrimento da' ativao da escria por sulfatos, feita por

KHL, em 1908, o que levou ao desenvolvimento dos cimentos supersulfatados -

urna mistura de escria, anidrita e pequena porcentagem de clnquer Portland -

especialmente em pases onde a escria continha alto teor de alumina, corno

Blgica, Alemanha e Frana.

Ary Torres props em 1941 (TORRES, 1955), em texto que visava contribuir para

as discusses futuras no mbito da ABNT, trs categorias de aglomerantes

obtidos pela mistura de escria com cal hidratada (sem clnquer): (1)

"aglomerante de escria com cal" para misturas com mais de 70% de cal; (2) "calmetalrgica para teores de escria menores do que 70%; e, (3) cimento

metalrgico sulfatado que deveriam conter escria, sulfato de clcio, cal ou

cimento Portland. No entanto, no existe qualquer registro da produo comercial

de qualquer destes tipos de cimentos no Brasil (PIANCA, 1955; BATTAGIN &

ESPER, 1988; PETRUCCI, 1978).

Em 1960, no momento em que no ocidente os cimentos de escria sem clnquer

virtualmente desapareciam, comea-se a produzir na ex-URSS em uma planta.

piloto um cimento de escria ativada com compostos alcalinos, provavelmente o

silicato de sdio. Quatro anos depois comea a produo em escala industrial

(GLUKHOVSKY, ROSTOVSKAJA & RUMYNA, 1980). Segundo estes autores,

em 1974, esta tecnologia j era empregada na Polnia; entre 1977 e 1979 foram

confeccionadas as normas GOST para estes cimentos, e em 1980, j existiam

fbricas produzindo cimentos com resistncias variando entre 100 e 125 MPa nas

cidades de Perm, Tula, Krivoj Rog, Alma-Ata e Tashkent. Conforme

VOINOVITCH, RAVERDY & DRON (1981) a possibilidade de ativao de escria


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por silicato de sdio foi descoberta acidentalmente por A.I. JILIN, o qual observou

que ao adicionar como "carga" a escria granulada ao silicato de sdio, este

ltimo endurecia mais rapidamente, tendo sido as primeiras pesquisas

desenvolvidas pelos russos OSOUTKIN e POUJANOV entre 1955 e 1960.

SCHRDER (1969) ainda detecta a produo de cimentos de escria ativada

com cal hidratada em um pequeno numero de pases e em quantidades muito

pequenas. Como exemplo, cita a Frana, onde seria produzido o "ciment de lailier

au Portlaruf (sic). Para LEA (1970) no final dos anos sessenta a utilizao dos

cimentos de escria ativados com cal hidratada estava praticamente abandonada

embora em alguns pases, como a Blgica, a Frana e os Estados Unidos

continuassem a constar da normalizao tcnica de cimentos de alvenaria.

SMOLCZVK (1980), em ampla e consistente reviso, no faz qualquer meno a

cimentos de escria sem c1nquer. REGOURD (1980) discute vrias formas de

ativao da escria, sem no entanto citar qualquer aplicao comercial dos

produtos sem clnquer. Em datas posteriores nenhuma citao de emprego

comercial de um cimento de escria tampouco foi citada.

Com estes dados disponveis, possvel afirma que, com exceo dos cimentos

ativados com lcalis produzidos no Leste Europeu, no se observa produo

significativa de cimento de escria sem clnquer no resto do mundo, a partir dos

anos 50.

4.11 Histrico das pesquisas precedentes no Brasil

Estudos sobre a ativao da escria no Brasil foram iniciados no IPT - Instituto de

Pesquisas Tecnolgicas do Estado de So Paulo no inicio da dcada de 80, cujos

resultados esto relatados no boletim 65 (CINCOTTO et al. 1992). Nesse estudo,

a escria de alto-forno moda foi ativada com hidrxido de sdio ou com cal

hidratada.

A pesquisa sobre escria avanou em duas frentes:

a) O uso da escria como aglomerante, comandada pelo IPT, sem clnquer;


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b) O uso da escria como adio ao cimento portland, comandada pela

Associao Brasileira de Cimento Portland. ABCP (BATTAGIN; ESPER,

1988)

As pesquisas realizadas no IPT entre o ano de 1984 e incio dos anos 90,

(CINCOTTO et al., 1986; CINCOTTO; JOHN, 1990) concentraram-se na ativao

de escria com cal e gipsita, objetivando a produo de matriz cimentcia com

baixa alcalinidade, ao contrrio do cimento portland, para viabilizar a reciclagem

de fibras vegetais residuais, como as de coco e de sisal, na produo de materiais

compsitos.

Alm do IPT, a Associao Brasileira de Cimento Portland (ABCP) realizou

pesquisas sistemticas na rea, visando especialmente o seu emprego como

adio aos cimentos Portland. BATTAGIN & ESPER (1988) apresentam uma

panormica deste emprego.

BATTAGIN (1986) apresenta metodologia rpida para anlise da basicidade das

escrias.

SOARES (1982) investiga as possibilidades de utilizao das escrias cidas

como adio ao cimento. TANGO, SILVA & JOHN (1991) apresentam um resumo

dos trabalhos realizados no lPT, CINCOTTO & BATTAGIN (1992) resumem os

resultados das pesquisas no Brasil.

4.12 Tratamentos das escrias

O grande desenvolvimento dos chamados cimentos de escria, tem conduzido

predominantemente s instalaes de granulao em muitos pases. Para este

resfriamento da escria lquida existem algumas tcnicas:

Esfriada com gua ou granulada

Macroscopicamente tem um aspecto de uma areia grossa, porosa, de

fratura vtrea observada com lupa, com um tamanho mximo de 5 mm, de

cor branca amarelada a marrom. A escria bem granulada

essencialmente amorfa;


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Resfriada com gua ou granulada

Quando a escria lquida resfriada bruscamente por meio de jorros de

gua com potencial elevado ocorre a alta formao de cristais. Nestascondies, a escria se solidifica, originando-se um material vtreo, o qual

possui uma capacidade hidrulica latente, a exemplo da cal e do cimento

Portland, motivo pelo qual utilizado vantajosamente na fabricao de

cimentos.

Pelotizada ou Expandida

Trata-se de um procedimento puramente fsico (processo Galex) quecombina a expanso e porizao da escria, facilitada por meio da injeo

de gua e a disperso da escria superficia

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