Curso Pelotizacao
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Companhia Vale do Rio Doce
Pelotização de Minério de Ferro
Pelotização
Companhia Vale do Rio Doce
Pelotização de Minério de Ferro
TIPOS GRANULOMÉTRICOS GERADOS NA MINERAÇÃO DE FERRO
GRANULADO ( > 6 mm)
PELLET FEED ( < 0,15 mm)
SINTER FEED ( < 6 mm >0,15 mm)
SINTERIZAÇÃO PELOTIZAÇÃO
SINTER PELOTA
REATORES DE REDUÇÃO
ALTO FORNO
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Pelotização de Minério de Ferro
\ O Alto Forno utiliza como matérias primas básicas a carga metálica ( sinter, pelotas, minério granulado ) e o combustível sólido ( coque ou carvão vegetal ), além de fundentes. Estes materiais são carregados pelo topo do forno. No caso brasileiro, os altos fornos de médio e Grande porte operam com sinter e coque , com adições menores de pelotas e minério granulado à carga metálica.
\ O sinter , produzido na Sinterização, tem como constituinte principal o minério de ferro; e o coque , produzido na Coqueria, é obtido através da pirólise do carvão mineral.
\ Outros materiais também podem ser utilizados, também carregados pelo topo ou injetados na região inferior do forno ( ventaneiras ), onde ar quente é soprado, gerando gases que ascendem em contra corrente com os sólidos carregados pelo topo
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Pelotização de Minério de Ferro
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Pelotização de Minério de Ferro
Divisões do Corpo do Forno
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Pelotização de Minério de Ferro
Zona Granular
Zona Coesiva
Zona de Gotejamento
Homem Morto
Zona de Combustão
Cadinho
Zonas Internas do Alto Forno
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Pelotização de Minério de Ferro
Zonas Internas do Alto-Forno
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Pelotização de Minério de Ferro
Como fonte do metal ( Fe ), o alto forno utiliza-se de minério de ferro ( geralmente Hematita-Fe2O3 com % Fe em torno de 65%), podendo estes minérios estarem sob a forma granulada ( 10 a 30 mm ) ou aglomerados de finos de minério na forma de Sinter ou Pelotas. Estes produtos trazem consigo impurezas ( SiO2, CaO, MgO, Al2O3, etc. ), que fundidos formarão um produto denominado escória, que será separado do gusa durante o vazamento do forno.
Como combustível base, no caso de médios e grandes altos fornos brasileiros, utiliza-se o Coque, contendo cerca de 86-88% de carbono.
Os fundentes são utilizados para conferir às escórias uma proporção adequada de seus óxidos principais
( CaO, MgO, SiO2, Al2O3 ) e por isso variam em quantidade e tipo, em função da composição do restante da carga. Os principais fundentes são: Quartzo como fonte de SiO2, o Calcário como fonte de CaO, o Dunito ou Serpentinito como fonte de MgO e SiO2 e a Dolomita como fonte de CaO e MgO
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Pelotização de Minério de Ferro
O ar aquecido (21% O2, 79% N2) nos regeneradores é injetado nas ventaneiras e, decorrente da alta velocidade, o coque em frente das ventaneiras é empurrado formando uma cavidade (Zona de Combustão), onde o coque circula em movimentos rápidos ao mesmo tempo em que é queimado pelo oxigênio do ar e vai diminuindo de tamanho.
As reações em frente as ventaneiras são as seguintes :
1) C + O2 ====> CO2 + 94,1 Kcal
2) CO2 + C ====> 2CO - 41,2 kcal
3) 2C + O2 ====> 2CO + 52,9 kcal
Reações que acontecem dentro do Alto-Forno
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O nitrogênio ( N2 ) do ar não participa de nenhuma reação, porém desempenha o importante papel de levar calor as regiões superiores do forno.
Assim, a combustão do coque gera um gás com cerca de 35% de CO e 65% de N2 a uma temperatura entre 2.000 e 2.500 ºC ( Temperatura de Chama ), ou seja, um gás com alto poder de redução que se dirigirá para as partes superiores do alto forno para reagir com óxidos de ferro, retirando-lhes o oxigênio combinado e produzindo o ferro livre
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A carga dentro do alto forno, enquanto vai descendo para as partes inferiores, vai sendo aquecida e então ocorrem as reações de redução dos óxidos de ferro. O aquecimento e contato dos óxidos de ferro da carga com o gás redutor ocorre, a cada nível, em maiores temperaturas e com maiores concentrações de CO no gás
As reações de redução pelo CO (reduções indiretas ) são:
3Fe2O3 + CO ==> 2Fe3O4 + CO2
2Fe3O4 + 2CO ==> 6FeO + 2CO2
FeO + CO ==> Fe + CO2
Estas reações consomem gás redutor (CO). Porém, ocorre também a reação de "Solution Loss" que regenera o poder redutor do gás ( transforma o CO2, produzido pelas reações de redução indireta, novamente em CO ), consumido com isto o Carbono do Coque.
CO2 + C ==> 2CO - 41,2 kcal
Após a redução completa, o Ferro metálico passa, na forma de gotas, pela Zona de Gotejamento, onde incorpora os diversos elementos de Liga ( C, Si, S, P, Mn )
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Pelotização de Minério de Ferro
Processo de aglomeração de finos de minério de ferro via processamento térmico a elevadas temperaturas (1300-1350°C), possibilitando:
Aproveitamento econômico da fração de partículas ultrafinas (< 0,150 mm) gerada nas minas
Ajuste da qualidade química e física e agregação de valor às cargas metálicas de altos fornos e reatores
de redução direta
PELOTIZAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO
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HISTÓRICO DO DESENVOLVIMENTO
1912: • Primeiras patentes - Alemanha e Suécia • Ênfase como alternativa à sinterização
1943: Estudos intensivos na Universidade de Minnesota, visando aproveitamento de taconita (Mesabi Range)
1945: Escassez de minérios granulados para suprir demanda de aço na Europa após 2a GGM
1955: Start-up de 2 grandes plantas industriais (12 Mt/a) nos EUA (Reserve e Erie Mining Co.)
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CAPACIDADE INSTALADA MUNDIAL
PAÍS Mt/a % PRINCIPAIS EMPRESAS / PLANTAS
• EUA 65,0 22,3% Empire, Minntac, Tilden, Erie, Hibbing, National
• Ucrânia 42,0 14,4% Krivoi Rog, Poltawa
• Brasil 40,0 13,7% CVRD, SAMARCO
• Rússia 32,5 11,1% OEMK, Lebedinsk, Michailowo, Kostamukscha
• Canadá 24,1 8,3% QCM, IOC, Wabush
• México 12,7 4,4% IMEXSA, SICARTSA, AHMSA, HYLSA
• Suécia 12,3 4,2% LKAB (Kiruna e Svappevara)
• Índia 11,1 3,8% Kudremukh, Essar, Jindal, Chowgule
• Venezuela 9,9 3,4% SIDOR (CVG)
• Irã 9,5 3,3% Mobarakeh, Ahwaz
• Bahrain 4,0 1,4% GIIC
• Chile 3,5 1,2% CMP
• Outros 25,2 8,6% -
• Total 291,8 100,0% -
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CLASSIFICAÇÃO DE PELOTAS
ALTO FORNO
REDUÇÃO DIRETA
BAIXA SÍLICA
ALTA SÍLICA
BÁSICA
ÁCIDA
APLICAÇÃO
BASICIDADE BINÁRIA
(CaO/SiO2)
TEOR DE SiO2
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GÊNESE DE MINÉRIOS DE FERRO
METAMÓRFICOS
Ex.: Cauê, Conceição
SEDIMENTARES
Ex.: Alegria, Carajás
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CONCENTRAÇÃO / SEPARAÇÃO
Atividades típicas de beneficiamento de minérios
Enriquecimento do teor de ferro metálico
Remoção parcial de constituintes indesejáveis (ganga : SiO2, Al2O3, P, Mn, etc)
Principais operações: lavagem, separação gravimétrica, separação magnética, flotação convencional, flotação
em colunas
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BENTONITA
Material argiloso, tendo como principal mineral a montmorilonita, além de pequenas quantidades de quartzo, mica, feldspato e caulim
Estrutura lamelar com grande capacidade de retenção de moléculas de água entre as camadas Ü inchamento
Composição típica: SiO2=60% Al2O3=18% Na2O=2%
Dosagem típica: 0,5% ou 5 kg/t mistura
Demérito: Incorporação de ganga ácida às pelotas
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CAL HIDRATADA Recebimento de cal virgem (CaO), obtida via calcinação
de calcário (CaCO3) em fornos verticais, rotativos ou de leito fluidizado (T > 900°C)
Hidratação da cal: CaO + H2O Ca(OH)2 (exotérmica)
Produto com alta superfície específica (12.000 cm2/g)
Composição típica: 74% CaO 23% PPC
Dosagem típica: 2,5% ou 25 kg/t mistura
Atua também como fonte de CaO
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AGLOMERANTES ORGÂNICOS Compostos poliméricos (longas cadeias de carbono, alto
peso molecular)
Grande mérito: Não incorporam contaminantes às pelotas, pois são decompostos durante tratamento térmico
Principais tipos comerciais: PERIDUR (CMC), ALCOTAC (PAM) e CARBINDER (HEC)
Dosagem típica: 0,035-0,060% ou 0,35-0,60kg/t mistura
Baixa dosagem, mas custo unitário elevado
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FORÇAS CAPILARES NO MECANISMO DE AGLOMERAÇÃO
Compressão
Água
Tensão
Partículas
Água
Partículas
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INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE ÁGUA
C
FED
BAÁgua
Partícula
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HETEROGENEIDADE NO LEITO DE PELOTAS QUEIMADAS
11
22
33
44
6655
TOPO
MEIO
FUNDO
FORRAMENTO
LATERALLATERAL
FLUXO GASOSO
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TRATAMENTO TÉRMICO (QUEIMA) Conferir às pelotas alta resistência mecânica e propriedades
metalúrgicas adequadas ao uso nos reatores de redução
ETAPA T (°C) FENÔMENO
Secagem 300-350 • Remoção parcial da água
Pré-Queima 600-900 • Remoção da água de cristalização
• Evitar choque térmico
Queima 1300-1350 • Consolidação das reações entre
ferro e escória
Pós-Queima 900-1000 • Homogeneização de Calor
Resfriamento 80-150 • Consolidação da qualidade
• Recuperação de calor
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Reações Químicas que acontecem no interior do Forno de Pelotização
Temperatura(ºC)Vaporização H2O(l) H2O(v) 100Desidratação Ca(OH)2 CaO+H2O(2) 500
Decomposição do carbonato CaCO3 CaO + CO2 750 a 11502.C+O2 2COC+O2 CO2Al2O3 +SiO2 Al2O3.SiO22CaO + SiO2 2CaO.SiO2Fe2O3 + SiO2 + CO 2FeO.SiO2+ CO22CaOSiO2 + 2FeOSiO2 2CaO.FeO.SiO22CaO+ 2Fe2O3 2CaO.Fe2O3CaO + Fe2O3 CaO.Fe2O3CaO +2Fe2O3 CaO.2Fe2O33FeO +1/2O2 Fe3O4 Resfriamento3Fe2O3 +CO 2Fe3O4 + CO2 Zona de queima
Reação Química
Formação dos silicatos
Formação das calcio -ferritas
Formação da Magnetita
Combustão do coque
600 a 1300
700 a 1400
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REQUISITOS DE QUALIDADE DE PELOTAS Composição química adequada ao balanço de massa global
da carga metálica da unidade de redução
Baixos teores de elementos deletérios (P, S, Na2O, K2O, etc)
Resistência física suficiente para resistir ao manuseio e transporte sem geração excessiva de finos
Distribuição granulométrica estreita (9 -16 mm)
Alta redutibilidade
Baixa tendência ao inchamento
Baixa desintegração sob redução
Baixa tendência à colagem
Boas propriedades de amolecimento e fusão
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CONTROLE DE QUALIDADE NA PELOTIZAÇÃO
ENSAIOS QUÍMICOS
Espectrometria de raio-X : FeT, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, P, Mn, TiO2
Forno LECO: C e S
Espectroscopia de Absorção Atômica: Na2O, K2O, Pb, Cu, Ni, Zn, Co, V, Cr
Via úmida: FeO, PPC e confirmações especiais
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CONTROLE DE QUALIDADE NA PELOTIZAÇÃO
ENSAIOS FÍSICOS
Granulometria de Pelotas Queimadas Peneiras: 6,3 / 9,5/ 10,0/ 12,5 / 16 e 18 mm
Abrasão: Simular operações de manuseio e transporte Índice de Tamboramento (% > 6,30 mm) Índice de Abrasão (% < 0,50 mm)
Resistência à Compressão (daN/p) 250 pelotas de amostra de produção 120 pelotas de amostra de embarque trens
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CONTROLE DE QUALIDADE NA PELOTIZAÇÃO
ENSAIOS METALÚRGICOS Inchamento: Aumento de volume na transformação de
hematita a magnetita (redução)
Degradação: Geração de finos durante a redução Ensaio Estático (RDI) Ensaio Dinâmico (LTD) Índices: % > 6,30 mm e % < 3,15 mm
Redutibilidade: Taxa de remoção de oxigênio
Colagem: Tendência à formação de cachos durante a redução (pelotas de redução direta)
Liberação de Enxofre: (pelotas de redução direta)
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size distributionchem. Analysiscrushing strength ISO 4700tumbler test ISO 3271
500 °C disintegration ISO 13930ISO 4696-1/2
700 °C decrepitation ISO 8371900 °C reducibility (rel.) ISO 7215
swelling ISO 4698950 °C reducibility (rel.) ISO 4695
1050 °C reduction under load ISO 79921100 °C reactivity of coke
1600 °C softening, melting, dripping (REAS)
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BALANÇO DE MASSA
Mistura de minério e insumos: Base seca Massa e Composição Química Objetivo de atender a qualidade da pelota
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CONSTITUINTES DA PELOTA
• MINÉRIO
• CALCÁRIO
PELOTA • COQUE
• BENTONITA
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BALANÇO QUÍMICO PELOTIZAÇÃO DE FÁBRICA
• MINÉRIO
SiO2
• CALCÁRIO
SiO2SÍLICA PELOTA
• COQUE
SiO2
• BENTONITA
SiO2
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COMO SECAR UM RESULTADO
Minério = 700 tu/h KB02 / umidade 10,7%
700 x [(100-10,7)/100] = 700 x 0,893 = 625 ts/h Minério + Coque + Calcário(KB02)
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COMO UMIDECER UM RESULTADO
Minério = 625 ts/h KB02 / umidade 10,7%
625 / [(100-10,7)/100] = 625 / 0,893 = 700 tu/h Minério + Coque + Calcário(KB02)
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DOSAGEM DE INSUMOSAlim. Moagem(MINÉRIO) = 700 t/h
% Calcário Set-Point = 4,5% - umidade 2%
% Coque Set-Point = 1,5 % - umidade 7%
Calcário = 700 t/h x (4,5 / 100) = 31,5 ts/h
Coque = 700 t/h x (1,5 /100) = 10,5 ts/h
BALANÇO BASE SECA PORÉM A BALANÇA “ENXERGA” tu
31,5 / [(100 – 2 )/100] = 31,5/0,98 = 32,14 tu/h
10,5 / [(100 – 7 )/100] = 10,5/0,93 = 11,29 tu/h
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EXEMPLO 1Minério AL-KM = 650 t/h SiO2 PF = 3,0% Dosagem Bentonita = 6,8 kg/t
Umidade Bentonita = 12 % SiO2 da Bentonita = 65,0% Umidade do Calcário = 2,0%
Set-Point de Basicidade = 0,75 CaO do Calcário = 54,0% Set- Point de Coque = 1,5%
• SiO2 Total• CaO
Necessário
• % Calcário Necessário
• ts/h Calcário
• tu/h Calcário
PASSOS PARA O CÁLCULO
- Quantas tu/h de calcário necessito ?
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EXEMPLO 1Minério AL-KM = 650 t/h SiO2 PF = 3,0% Dosagem Bentonita = 6,8 kg/t
Umidade Bentonita = 12 % SiO2 da Bentonita = 65,0% Umidade do Calcário = 2,0%
Set-Point de Basicidade = 0,75 CaO do Calcário = 54,0% Set- Point de Coque = 1,5%
- SiO Total = SiO2 do PF + SiO2 que a Bentonita agrega na pelota
SiO Total = 3,0 + ( 0,68 x 0,65 x 0,88) = 3,38 %
- Quantas tu/h de calcário necessito ?
- Basicidade Binária = CaO / SiO2 Total
- % Calcário Necessário = CaO Necessário / CaO do Calcário
2,54 / 0,54 = 4,7 % de Calcário
Calcário (ts/h) = 650 x [ (4,7 + 0,68 + 1,5)/100] = 650 x [ 6,88/100] = 650 x 0,0688 =
44,72 ts/h
0,75 = CaO x 3,38 = 2,54 % de CaO Necessário
- Calcário (ts/h) = AL-KM(t/h) x [ 100 – (%Calcário + % Bentonita + % Coque)]/100
- Calcário tu/h = 44,72 / [(100-2)/100] = 44,72 / 0,98 = 45,63 tu/h
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Estatística Básica
O objetivo da estatística é estudar conjuntos de dados para tirar parâmetros,que possibilitarão decisões.Parâmetro é um elemento numérico usado para caracterizar todo o conjunto.Exemplos:
Média aritmética
Média ponderada
Mediana
Amplitude
Desvio Padrão
Coeficiente de variação
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Média Aritmética:
De uma série de N valores X1,X2,X3,....Xn é por definição:
X = x N= número de valores
N
Média Ponderada:
Xp – De uma série de N valores X1,X2,X3,....Xn em relação ao peso P de cada X1 é por definição:
Xp= P.X
P
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Mediana:
A Mediana de uma série de N termosX1,X2,X3,...Xn,colocados em ordem crescente ou decrescente de valor , é o termo da série que é precedido e seguido pelo mesmo número de ocorrências.
Quando asérie é constituída de um número (N) impar de termos, a posição(P) da mediana é dada por P= (N+1)/2.
Quando a série é constituída de um mesmo (N) par de termos ela terá dois valores centrais, convencionam-se então que seria:
P’=N/2 e P” = (N/2) +1
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Amplitude:
É definida como a diferença entre os valores extremos da série de N elementos X1,X2,X3,....Xn, ou seja:
A= Xmáx – Xmín
Desvio Padrão:
É a mais importante medida de variabilidade e é representada por ( letra grega sigma). Assim, de uma série de N termos X1,X2,X3,....Xn é média quadrática dos desvios calculados em relação à média aritmética da série.Ou seja:
= √
N (xi –x)²
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Coeficiente de variação:
Mede percentualmente a relação entre desvio padrão e a média aritmética.
V= 100
X
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Amostragem
Definições:
População é um conjunto de elementos de um universo que têm em comum determinadas características.
Amostra é todo o conjunto com número menor de elementos do que a população.A amostra é parte da população.
Razões para amostragem:
- Existência de populações infinitas
- Para avaliação de população tão grande que para fins práticos pode ser admitida como infinita
- Economia
-Para maior precisão
Tipos de Amostragem:
- Casual = Aleatória ou por sorteios
- Sistemática = Definida a priori por tempo, massa, número etc...
-Estratificada= Definida por diferenças de grupos da população
- Conveniência = Definida por facilidade de acesso a determinados elementos.
Obs: no caso de Fábrica todas as amostras de rotina são do tipo sistemática.
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Amostragem - Preparação - Ensaios
Considerando erros inerentes aos processos alguns cuidados devem ser tomados em cada etapa:
-Amostradores: Limpos,sem avarias e com medidads corretas.Abertura mínima do cortador = 3X medida da maior partícula do material a ser amostrado.
-Recipientes : Limpos e estanques para evitar contaminação/alteração de características da amostra.
- Manuseio/Transporte : Vasilhas vedadas para evitar derramamento, especialmente de polpas com consequente perda de representatividade.
-Amostragem: corte de todo fluxo do material amostrado especialmente para caso de polpas e pelotas onde pode ocorrer segregação. O corte deve ser feito sem ocorrência de transbordo do amostrador/cortador.
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Símbolo Grandeza NomeKW Potência quilo wattMW Potência mega wattA Corrente elétrica Ampere
V Tensão Elétrica voltHZ Frequência hertz
KWh Trabalho Mecânico quilowatthoradaN Força decanewton
t Massa toneladacal/g Poder Calorífico cal por gramaKcal Energia Térmica quilocalMcal Energia Térmica megacalbar Pressão mbar( 10,206mca) ou 1bar(10,206mmca)
mbar Pressão milibarmmhg Pressão milimetro de mercúrioMcal Pressão metro coluna d'água
Kgf/cm² Pressão quilogramaforça por centímetro quadradom³/h Vazão metro cúbico por horaBTU Energia Térmica BTU(unidade térmica britânica=252cal= 0,252Kcal
oC Temperatura graus celsius ou centígrado Comprimento micrometro(milionésima parte do metro)
mm Comprimento milimetro( milésima parte do metro)cm²/g Superfície Específica Blaineg/cm³ Massa Específica grama por centímetro cúbicoKg/l Massa Específica densidade =m/v
Unidades de Medida Usuais em Pelotização
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Características do Sistema Água-Sólidos
Símbolos Descrição Unidadef Conteúdo de sólidos seco em 01 litro de polpa g/l
Pm Concentração de sólidos na polpa em % de peso %Pf Concentração de sólidos na polpa em % de volume %L Peso de 01 litro de polpa g/l
Pe Peso específico de sólido(função do teor de Fe) g/cm³
Conhecidos um desses fatores e o peso específico possível é calcular todos os outros através das fórmulas seguintes:
f= (L –1000).Pe ou f = 1000. Pm Obs: Pesos específicos mais comuns na moagem
Pe –1 100 – Pm
Pm = (L-1000).Pe . 100 ou Pm = f
L – (Pe –1) 1000 – f + f Pe
Pe
L= (1000 – f ) + f ou L = 1000 + 10Pf(Pe –1)Pe
Al KM =4,98 g/cm³ 66% FeAL SFs = 4,76 g/cm³ 62,5%FePFM = 5,00 g/cm³ 67.5%Fe
e na filtragem
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Estocagem e Homogeneização
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OBJETIVOS
Formação de Reservas
Formação de pilha Pulmão
Estoque regulador
Homogeneização de flutuações de qualidade
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Problemas Especiais de Estocagem em Pilhas
Desprendimento de poeiras
Segregação granulométrica
Degradação granulométrica
Compactação
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Práticas Operacionais de Empilhamento
Método Chevron
Método Windrow
Método Windrow Modificado ( Six Row )
Método Cone Shell
Método Strata.
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Empilhamento pelo Método Cone Shell
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EMPILHAMENTO / HOMOGENEIZAÇÃO
Windrow ModificadoChevron
Aditivos
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Equipamentos Utilizados na Operação de Empilhamento
Empilhadeira com Lança Fixa e Única
Empilhadeira com Lança Única
Empilhadeira com Lança Dupla
Empilhadeira com Lança Única e Torre Giratória
Empilhadeira com Lança Fixa e Correia Retrátil
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Empilhadeira de lança dupla
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Práticas Operacionais de Retomada
Retomada pela Face Lateral da Pilha
Retomada da Secção Transversal
Retomada Pela Face Frontal
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Retomada por secção transversal ( Bancadas )