Carvão mineral - Apostilas - Engenharia Metalurgica, Notas de estudo de . Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Samba_Forever
Samba_Forever5 de Março de 2013

Carvão mineral - Apostilas - Engenharia Metalurgica, Notas de estudo de . Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

PDF (296.2 KB)
8 páginas
976Número de visitas
Descrição
Apostilas de engenharia metalurgica sobre o estudo do carvão mineral, processos de coqueificação, preparação do carvão para a produção do coque.
20pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 8
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo

Carvão mineral

A matéria prima para fabricação do coque para processos de redução é o carvão mineral metalúrgico ou coqueificante.

O carvão mineral é uma massa compacta, estratificada, oriunda da deterioração de matérias vegetais os quais passam por vários estágios de decomposição consequente de ações geológicas que provocam modificações em suas propriedades físicas e químicas.

Quimicamente ocorrem alterações complexas na estrutura vegetal com desprendimento de umidade, óxidos de carbono e metano, enquanto fisicamente tem-se mudanças de cor (escurecimento) e dureza e o aparecimento de resistência semelhante à dos minerais.

Por causa de suas características físicas e da natureza de seus depósitos, o carvão é classificado como uma rocha, embora tenha origem vegetal

Devido ao maior ou menor tempo a que ficou exposta à decomposição, a matéria vegetal da origem a carvões com diferentes propriedades como mostra a tabela abaixo.

Tabela: Composição aproximada das diversas etapas de coalificação (% base seca)

| Estágio | Umidade | Carbono | Hidrogênio | Oxigênio | Matérias Voláteis |

| Madeira | 20 | 50 | 6 | 42,5 | 75 |

| Turfa | 90 | 60 | 5,5 | 32,3 | 65 |

| Carvão Morron | 60 a 40 | 60 a 70 | 5 | >25 | >50 |

| Linhito | 40 a 20 | 65 a 75 | 5 | 16 a 25 | 40 a 50 |

1* | Sub- betuminoso | 20 a 10 | 75 a 80 | 4,5 a 5,5 | 12 a 21 | 40 a 45 |

| | | | | | |

2* | Betuminoso | 10 | 75 a 90 | 4,5 a 5,5 | 5 a 20 | 18 a 40 |

3* | Semi- betuminoso | <5 | 90 a 92 | 4,0 a 4,5 | 4 a 5 | 5 a 20 |

| Antracito | <5 | 92 a 94 | 3,0 a 4,0 | 3 a 4 | 15 |

Processos de Coqueificação

A coqueificação é um processo pelo qual o carvão mineral, ao ser submetido a temperaturas elevadas na ausência de oxigênio, libera gases presentes em sua estrutura, originando um

docsity.com

resíduo sólido poderoso e infusível, que é o coque. Este é um processo químico, na medida em que envolve quebra de moléculas, cujas principais etapas são:

-Perda de umidade: Ocorre a temperaturas entre 1000C e 1200C e caracteriza-se pela liberação de umidade presente no carvão;

-Desvolatização primária: É o primeiro estágio d a coqueificação propriamente dita e ocorre entre temperaturas da ordem de 3500C a 5500C, com a liberação de hidrocarbonetos pesados e alcatrão;

-Fluidez: Ocorre entre 4500C e 6000C, quando o material se torna fluido, pastoso, devido ao rompimento das pontes de oxigênio presentes em sua estrutura química;

-Inchamento: etapa que ocorre paralelamente à fluidez devido pressão dos gases difundindo-se na estrutura de microporos do carvão. Assim sendo, a intensidade do inchamento será função da velocidade de liberação destes, através da massa fluida. É uma fase de grande importância, na medida em que deve ser devidamente controlada para evitar-se danos aos equipamentos da coqueria;

-Resolidificação: ocorre à temperaturas próximas de 7000C, formando o semi-coque. Determina em grande parte a qualidade do coque, uma vez que uma resolidificação sem formação de fissuras originará um produto de elevada resistência mecânica;

-Desvolatização secundária: última fase do processo, ocorre na faixa situada entre 8500C e 13000C com eliminação sobretudo de hidrogênio.

Antes de se iniciar o processo de coqueificação é necessário a preparação dos diversos tipos de carvões minerais.

Preparação do carvão para a produção do coque

A primeira preocupação de uma coqueria deve ser com o abastecimento e estocagem de carvões para produzir o coque.

O carvão mineral é transportado para as usinas brasileiras quase que exclusivamente por via ferroviária.

O carvão é descarregado dos vagões, por "cardumpers"que basculam os vagões, e armazenado em silos que cai diretamente em correias transportadoras, seguindo até o pátio onde se dará a sua estocagem (ali é amostrado e analisado). O empilhamento é feito por máquinas empilhadeiras ("Stacker"), seguindo normas definidas para se evitar a deteriorização parcial do material (que ocorre devido a oxidação das superfícies expostas) e a segregação granulométrica (que ocorre no ato do empilhamento, quando os grãos maiores correm pela pilha).

docsity.com

Em geral as usinas trabalham com carvões de várias procedências com os seguintes objetivos: permitir a mistura de diferentes carvões que conduz à obtenção de um coque de melhor qualidade; minimizar o custo, uma vez que os carvões de baixos teores de voláteis são mais caros; evitar a dependência em um só fornecedor.

Do pátio de estocagem o carvão é desempilhado por máquinas desempilhadeiras e o desempilhamento é feito em camadas, formando escadas, para que haja uma coleta homogênea do material. Através de correias transportadoras o carvão segue até os britadores de impacto e é peneirado com uma granulometria de saída em que 80% do carvão deve estar abaixo de 3 mm .

Dos britadores o carvão segue para os misturadores, onde são armazenados nos diversos silos e feita nova amostragem e análise do material. Dos silos o material cai em correias transportadoras. As balanças automáticas existentes nas linhas de silos dos misturadores regulam o fluxo de carvão que cai de cada silo, para que a mistura seja a desejável. Em seguida, os carvões passam pelos misturadores rotativos com palhetas, que homogeinizam a mistura. Dos misturadores a mistura segue até os silos de carvão ("coal bunkers") que alimentam as coquerias.

Produção de Coque

Como já foi comentado, a coqueificação é o processo de aquecimento de carvão, obtendo-se como resultado, um resíduo sólido, poroso, juntamente com a evolução de certo número de produtos voláteis que escapam da câmara de coqueificação. A tabela a seguir mostra as principais características das duas coquerias da USIMINAS.

As operações de uma coqueria se resumem em carregamento, coqueificação, descarregamento, apagamento e expedição.

Tabela: Características de coquerias

Parâmetros | Unidade | Coqueria n0 1 | Coqueria n02 |

Fabricante | - | Nippon Steel | Nippon Steel |

Tipo | - | NSC - S | NSC - S |

Início de operação | - | 01/10/62 | 18/12/74 |

Número de fornos | n0 | 100 | 110 |

Produção de coque | t/d | 1730 | 3190 |

Altura dos fornos | mm | 4000 | 6000 |

Largura dos fornos | mm | 400  20 | 450  30 |

docsity.com

Comprim. dos fornos | mm | 13200 | 15700 |

Volume interno | m3 | 19,8 | 40,0 |

Volume útil | m3 | 18,35 | 37,60 |

Carga do forno | t | 13,2 | 27,3 |

Bocas de enfornar | n0 | 4 | 5 |

Câmaras de combustão | n0 | 26 x 102 | 30 x 112 |

Carregamento

A mistura de carvões armazenadas nos "coal bunkers" é carregada nos fornos por intermédio de um carro de carregamento, que se desloca sobre trilhos no topo da coqueria.

Estes carros possuem mecanismos que retiram as tampas dos furos de carregamento e fazem a conexão do carro com silo através de luvas deslizantes. O volume de carvão que transportam é semelhante ao volume que os fornos comportam e sua descarga é feita por meio de mesas rotativas.

Coqueificação

Uma vez carregada, a mistura iniciará imediatamente a sofrer as transformações químicas, já descritas, que proverão o aparecimento do coque metalúrgico.

O processo ocorre na ausência de oxigênio para evitar a combustão da mistura de carvões. O calor necessário para a coqueificação é fornecido por condução através das paredes dos fornos (fabricadas com material refratário de sílica e sílico-alumínio de alta qualidade) proveniente da combustão de gases em câmaras intercaladas àqueles.

Os gases que promovem o aquecimento dos fornos são uma mistura de gás de alto-forno e gás de coqueria. O processo de aquecimento dá-se através de um elaborado mecanismo de circulação dos gases. Entre cada dois fornos e nos seus extremos existem as paredes de aquecimento, em cada uma destas paredes existem um conjunto de câmaras de combustão, onde é feita a queima do gás. Debaixo destes conjuntos e do forno, existe uma fila de regeneradores, intercalados para ar e gás; abaixo de cada fila de regeneradores, tem-se os canais horizontais que colhem as fumaças e são ligados aos canais que desembocam na chaminé. A alimentação de ar e de gases é feita através de tubulações principais que se ramificam em várias saídas, cada uma para uma parede a ser aquecida na bateria; cada um destes ramos tem-se outras saídas, correspondentes à metade das câmaras de combustão de

docsity.com

cada parede de aquecimento e que alimentam diretamente os regeneradores. Constituídos deste modo as tubulações, quando nas câmaras ímpares estiverem ocorrendo combustão, nas pares estarão havendo coleta de fumaça, que seguirá para os regeneradores pares, esquentando-os; após 30 minutos o circuito é invertido e o ar penetra nos regeneradores aquecidos que coletavam fumaça, aquecendo-se antes de entrar em contato com o gás do alto- forno e com gás de coqueria nas câmaras de combustão pares.

Deste modo, a mistura de carvões no interior do forno recebe uma determinada quantidade de calor que possibilitará sua transformação em coque. Dependendo da quantidade de coque que se deseja produzir, pode-se aumentar ou diminuir a taxa de calor fornecida aos fornos.

Desenfornamento

O desenfornamento é feito por uma máquina de desenfornamento que se desloca ao longo da bateria. Ela tem por finalidade nivelar a carga por meio de barra niveladora, retirar, limpar e recolocar as portas por ocasião do desenfornamento, o qual consiste em empurrar para fora do forno o coque já pronto.

Apagamento e Preparação

Ao ser desenfornado, o coque incandescente (1200º C) é descarregado no interior de um carro de apagamento, que se locomove em trilhos dispostos na lateral da coqueria. Este carro conduz o material até a estação de apagamento, o qual é feito por intermédio de jatos d’agua.

Ao sair do apagamento, o coque é levado à estação de peneiramento para classificação granulométrica. Os pedaços maiores do que 100mm são quebrados em moinhos de rolos.

O coque que passou pela primeira peneira e o britado passam por uma segunda peneira de 50mm e é levado até os silos para alimentação do alto-forno.

Propriedades do Coque

A forma e a cor do coque dão indicação de sua qualidade. Quando os pedaços são muito compridos, isto é, a seção transversal é muito pequena em relação ao comprimento, pode-se concluir que a mistura de carvão era rica em matérias voláteis e foi aquecida muito rapidamente. Enquanto as extremidades que estavam em contato com as paredes aquecidas da câmara de coqueificação têm aspecto de "couve-flor", possuem poros menores e sua cor é prateada, a parte perto do centro do forno é quase preta, com poros grandes e irregulares e, às vezes, com aspecto esponjoso devido à curta exposição à temperatura elevada e que não permitiu o escape dos gases.

docsity.com

Para os operações de redução de minérios de ferro (alto-forno) o coque que deve ter resistência mecânica e granulometria convenientes para o processo.

Quanto à análise química, valores típicos são:

Carbono fixo = 88%

Voláteis = 0,8%

Cinzas = 10%

Enxofre = 0,7%

Umidade = 2,0%

Dos elementos presentes no coque, o enxofre é o que mais merece atenção, na medida em que é altamente prejudicial às qualidades do aço. Deste modo, é preocupação constante da coqueria manter níveis de enxofre sob rígido controle, o que é feito principalmente através de verificação do teor deste elemento nos carvões comprados.

Sobre o Coque Metalúrgico

Ao contrário do coque de petróleo que emana do processo de refinamento do petróleo, o coque metalúrgico é derivado do carvão. Como resultado, ele tem um teor de cinza mais alto que os produtos do coque de petróleo.

|

O coque metalúrgico é usado principalmente na indústria de processamento de ferro e aço como fornos de explosão, planta de sinterização e fundições, para reduzir o minério de ferro. Mais de 90% do total de coque metalúrgico produzido é usado nas operações de forno de explosão. A China é a maior produtora mundial de coque metalúrgico. No Brasil, Estados da região SUL produzem coque metalúrgico.

Características principais do Coque Metalúrgico:

* Carbono Fixo: 89%

* Cinzas: 9,5%

* Volátil : 1,5%

docsity.com

* Enxofre: 0,70%

* Fósforo: 0,055%

ARVÃO MINERAL |

|

CONCEITO, FORMAÇÃO E TIPOS

O carvão mineral, também conhecido como carvão de pedra e hulha, é uma substância sólida , de origem orgânica, resultante da transformação de restos vegetais soterrados há milhões de anos. Os principais depósitos de carvão mineral formaram-se durante os períodos Carbonífero e Premiano (Era Paleozóica), há cerca de 350 milhões de anos.

No processo de formação do carvão mineral, isto é, da transformarão dos vegetais em carvão, o primeiro estágio é a turva e o último é o antracito. Nesse processo, ocorrem gradativa perda de água e de oxigênio e aumento do carbono, adquirindo, assim, o carvão mineral, maior teor calorífico ou energético. A turfa pode apresentar até 90% de umidade e apenas 55% de carbono, ao passo que o antracito praticamente não possui umidade e pode apresentar até 96% de carbono.Os estágios ou tipos de carvão mineral de acordo com o teor calorífico são:

Turfa: É a primeira fase. Refere-se à deposição e putrefação dos restos vegetais em ambientes de várzeas ou de pântanos. Apresenta baixo teor calorífico.

Linhito: É o segundo estagio. Trata-se de material escuro e que ainda apresenta elevado percentual de água e baixo percentual de carbono.

Hulha: É a terceira etapa, ou carvão propriamente dito. É sólida, tem cor negra e pode ser transformada em coque (carvão metalúrgico).

Antracito: É o último estágio. Apresenta elevado teor de carbono (90 a 96%), cor negra, brilho vítreo e elevada dureza. É muito utilizado para aquecimento doméstico.IMPORTÂNCIA E UTILIDADE

Apesar de ser conhecido há muito tempo, o carvão mineral assumiu importância mundial a partir do século XVIII, com a Revolução Industrial. e se constituiu como uma fonte de energia básica até a primeira metade do século XX, quando foi superado pelo petróleo. Apesar disso, continua sendo uma das mais importantes fontes de energia da atualidade.

Também revolucionou a indústria, os transportes (navegação e ferrovia à vapor) e a termoeletricidade (usinas termoelétricas). Ainda hoje é empregado nas siderúrgicas(carvão coque) e na produção de eletricidade (termoelétricas).DISTRIBUIÇÃO DAS JAZIDAS

docsity.com

A distribuição geográfica das jazidas carboníferas é muito irregular, pois cerca da 97% encontra- se no hemisfério norte, principalmente na Europa, nos Estados Unidos e na China. No Brasil, as principais jazidas estão na Região Sul (Vale do tubarão - SC, e Vale do Jacuí - RS. Nossa produção é insuficiente para o consumo).

COQUE (ou carvão de coque).

Forma mais ou menos impura do carvão grafitico contem 85 a 90% de carbono. É o resíduo sólido da destilação a seco da hulha a temperatura acima de 800gc. As propriedades dependem da natureza das hulhas empregadas e também da maneira como foi executada a coquefação. Distinque-se duas variedades principais: 1- Coque de gás ou coque mole, obtido na fabrica de gás de iluminação, pela destilação seca das hulhas graxas ricas e ricas de gás em sistemas horizontais, e preta porosa e frágil e contem muita cinza. É usado também como carvão de forja e combustível em geral, na fabricação de gás de água e para encher torres de absorção de gases ácidos. 2- Coque metalúrgico ou coque duro - produzido em fabricas especiais e em quantidade dez vezes maior que o primeiro. Em sua manufatura empregam-se hulhas graxas especiais, em forma de pequenos pedaços úmidos, que produzem pouco gás e se aglutinam e se soldam bem, sendo a operação feita em fornos verticais altos. Forma blocos semelhante a do basalto, e preto acinzentado brilhante, compacto, duro, sonoro, contem menos cinza que o primeiro e cerca de 90% de carbono, 1% de hidrogênio, 3% de oxigênio, 0,5 ou 1% de nitrogênio, e 5% de cinza. Queima dificilmente com chama azulada e muito curta e sem produção de fumo, poder calorífico = 7.000 a 8.000 kcal. Usado nos altos fornos e operações metalúrgicas em geral.CARVÃO MINERAL - Jorge Derbly

FONTES: Geraldo Camargo de Carvalho – Martha Reis Marques da Fonseca

Site: Adoro Química, Química 10, Química web - UFSC. |

docsity.com

comentários (0)
Até o momento nenhum comentário
Seja o primeiro a comentar!
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome