Comportamento de cinzas de misturas de carvões para PCI de alto-forno em testes de fusibilidade e de viscosidade : relação com a composição química e mineralógica

Abstract

As causas da deterioração da permeabilidade da carga no alto-forno em taxas altas de injeção de carvão pulverizado (PCI) ainda não são bem conhecidas. Sabe-se na prática operacional que variações na qualidade das cinzas dos carvões injetados podem afetar a estabilidade do forno. Dentro desse contexto, o objetivo do presente trabalho foi analisar o comportamento de cinzas de misturas de carvões em testes de fusibilidade e de viscosidade em relação às suas composições químicas e mineralógicas, uma vez que se utilizam misturas de carvões de alto e de baixo teor de matéria volátil no processo de PCI, para atingir a eficiência de combustão e a taxa de substituição coque/carvão necessárias ao processo de alto-forno. Amostras de quatro carvões e sete misturas foram queimadas entre 800-850°C e suas cinzas analisadas por fluorescência e difração de raios X e por testes de fusibilidade e viscosidade. Cinzas com teores mais altos de Si e Al apresentaram alta temperatura de fluidez e maior viscosidade a 1.500°C, devido à grande proporção de mulita e à baixa basicidade. Cinzas com teores significativos de Fe, Ca e S apresentaram temperaturas de fluidez e viscosidade mais baixas nessa temperatura, em função da transformação de mulita em anortita e/ou da mais alta basicidade. Na temperatura de 1600°C, as cinzas das misturas de carvão selecionadas apresentaram viscosidades inferiores a 10 Pa.s.

Some aspects of permeability deterioration in blast furnace process at high rates of pulverized coal injection (PCI) are not well known yet. At operational practice variations in the ash constituents of injected coals can affect the furnace performance. In the context this work aimed to analyze the ash behavior of coal blends under fusibility and viscosity tests in relation to their chemical and mineralogical compositions, since blends of low and high volatile coals are generally used to attain the required combustion characteristic and the best coke/coal replacement ratio for the process. Four coals and seven blends were selected and ashed at 800-850°C. The samples were analyzed by X-ray fluorescence and X-ray diffraction techniques and ASTM ash fusion (AFT) and viscosity tests were performed. Ash containing high contents of Si and Al showed higher fusion temperatures and higher viscosity at 1500°C, due to the higher Mullite content and to the low basicity. Ash presenting significant contents of Fe, Ca and S had lower fusion temperatures and lower viscosity at 1500°C, due to the Mullite transformation in Anorthite and/or to the higher basicity. At 1600°C the ash of selected coal blends showed low viscosities (< 10 Pa.s).