Comportamento em altas temperaturas das cinzas de carvões para PCI em função da composição química e mineralógica

Abstract

A técnica de PCI (Pulverized Coal Injection), já consolidada mundialmente, destaca-se como alternativa tecnológica para uma produção mais limpa de ferro via alto-forno. A injeção de carvão pulverizado pelas ventaneiras do alto-forno promove a formação de gases termoredutores para o processo, permitindo a substituição parcial do coque. A prática de seleção dos carvões para PCI geralmente se restringe a avaliação da matéria carbonosa. No entanto, quando se almeja obter elevadas taxas de injeção, é também de grande relevância o conhecimento da matéria mineral contida no carvão. A perda de permeabilidade na região inferior do alto-forno em altas taxas de PCI, muitas vezes pode estar relacionada às cinzas remanescentes da combustão do carvão. Esse estudo teve o propósito de avaliar o comportamento das cinzas de carvões em altas temperaturas relacionando com sua composição química e mineralógica.Quatro carvões para uso em PCI foram selecionados e tiveram, inicialmente, suas composições mineralógicas analisadas via DRX. Posteriormente, estes carvões foram submetidos à combustão para obtenção das cinzas que foram submetidas às seguintes análises: química (FRX), mineralógica (DRX), teste de fusibilidade, ensaio de viscosidade e aquecimento a altas temperaturas. As amostras apresentaram composições químicas e mineralógicas distintas que conseqüentemente refletiram no comportamento das cinzas em altas temperaturas. A análise dos resultados permitiu identificar principalmente que: as amostras ricas em alumínio apresentam elevadas temperaturas de fusibilidade, as fases minerais ilita e quartzo tendem a baixar a temperatura de amolecimento das cinzas, os elevados teores de quartzo dificultam a fluidez do material e elementos minoritários como Ca, S, Mg, K e Na influem positivamente no escoamento das cinzas do carvão. As cinzas do carvão 2 apresentaram o melhor desempenho quando se busca otimizar as condições referentes a técnica de PCI, visto que estas se mostraram fluidas em baixas temperaturas e com os menores valores de viscosidade frente às demais amostras.

The PCI (Pulverized Coal Injection) tecnique, already consolidated worldwide, stands out as a technological alternative for a cleaner production of iron through the blast furnace. The pulverized coal injection through the blast furnace tuyeres promotes the formation of thermoreductive gases to the process, allowing the partial substitution of coke. The selection practice of coals for PCI is generally restricted to the evaluation of the carbonaceous matter. However, when one searches to obtain high rates of injection, the knowledge of mineral matter contained in coal is also very relevant. The decrease of the permeability in the low region of the blast furnace in high rates of PCI, can usually be related to the remaining ashes of coal combustion. This work intended to evaluate the behavior of the coal ashes in high temperatures relating it to its chemical and mineralogical composition. Four kinds of coal for use in PCI were selected and had, initially, its mineralogical compositions analyed by XRD. After this, these coals were subjected to combustion to obtain the ashes that were subjected to the fllowing analysis: chemical (XRF), mineralogical (XRD), fusibility (heating microscopy) and viscosity (rotational viscometer). The samples showed distinct chemical and mineralogical compositions, that consequently reflected in the fusibility and viscosity behavior of the ashes. The analysis of the results made it possible to identify that: the samples with high levels of aluminium showed high temperatures of fusibility, the illite and quartz mineral phases tend to decrease the softening temperature of the ashes, the high levels of quartz decrease the fluidity of the ashes and minor elements such as Ca, S, Mg, K and Na influence positively in the fluidity of coal ashes. The ashes of coal 2 presented the best performance when one seeks to optimize the conditions regarding the PCI technique, given that these turned out to be fluid in low temperatures and with with the lowest viscosity values among the samples analysed.