OTIMIZACÃO DE MISTURAS DE CARVÕES NA SIDERURGIA
JOSE PRADO FILHO
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE P6S
GRADUACÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSARIOS
PARA A OBTENÇÂO DO GRAU
DE
MESTRE EM CIENCIAS (M.Sc.)
Aprovada por:
Z
Prof.
Vaca Obando
Presi dente
Prof. Nelson Maculan ~i lho
I
~r6f.Jair Koiller
RIO DE JANEIRO, RJ.
-
BRASIL
DEZEMBRO DE 1978
FILHO, JOSÉ PRADO
Otimização de M i s t u r a s de a'arvões n a S-i
I ~ i od e J a n e i r o 1 1978.
derurgia.
86 p .
VIII,
M.Sc.,
1978)
29,7 c m (COPPE-UFRJ,
Engenharia de S i s t e m a s e Computação,
.
Tese
-
Univ. Fed. Rio de J a n e i r o ,
Fac.
Engenharia.
I . Otimização de M i s t u r a s d e Carvões n a
Siderurgia.
I . COPPE/UFRJ. ~ í t u l o( s é r i e )
.
Aos meus p a i s
Nelita
e
JOS
é
A G R A D E C I M E N T O S
Aos p r o f e s s o r e s F é l i x Eduardo Vaca Obando e
Nelson Maculan F i l h o p e l a o r i e n t a ç ã o d u r a n t e o
desenrol-a-r
d e s t e t r a b a l h o . J a i r K o i l l e r p e l a p a r t i c i p a ç ã o n a b a n c a e xa
minadora. Mui e s p e c i a l m e n t e , a Nelson Maculan F i l h o p e l o
p o i o , i n c e n t i v o e compreensão n o momentos a d v e r s o s que
a
en
f r e n t e i quando da r e a l i z a ç ã o d e s t a p e s q u i s a .
Ao CEPED da B a h i a p e l o a u x í l i o f i n a n c e i r o
A
Angela Maria Sckwartz p e l a d e d i d a ç ã o
.
no
trabalho datilográfico.
Aos demais p r o f e s s o r e s , c o l e g a s ,
f u n c i o ná'
r i o s da COPPE/UFRJ e a t o d o s a q u e l e s que de forma d i r e t a ou
i n d i r e t a me a u x i l i a r a m n a r e a l i z a ç ã o d e s t e t r a b a l h o .
R E S- U- M
O
--
E s t e t r a b a l h o descreve o uso da programação
l i n e a r na minimização do c u s t o no coque p a r a o a l t o f o r n o ,
pg
l a s e l e ç ã o da o f e r t a de carvões m e t a l ú r g i c o s . Apresenta um apa
c ar
nhado do que s e conhece à r e s p e i t o das e s p e c i f i c a ç õ e s de
vões empregados n a c o q u e r i a .
O c u s t o do 'coque r e q u e r i d o num a l t o f o r n o
f o i baseado n a c o r r e l a ç ã o determinada por R.V.
,
F l i n t , para
o
carbono e f e t i v o . As r e s t r i ç õ e s impostas ao modelo foram a s
de
p a r t i c i p a ç ã o p e r c e n t u a l de cada c a r v ã o , o máximo e mínimo
da
m a t é r i a v o l á t i l e o s l i m i t e s de e n x o f r e ; c i n z a e carbono
fixo
n a composição da m i s t u r a .
A s e g u i r , mostra uma a p r e c i a ç ã o do v a l o r
a
o
timo s o b r e a a v a l i a ç ã o nas mudanças p a r a m é t r i c a s da s e n s i b i l i d a
de do modelo.
A B S T R A C T
T h i s work d e s c r i b e d the use o f l i n e a r p r o gramming t o minimize t h e c o s t of coke f o r b l a s t f u r n a c e by o f t e r
s e l e c t i o n of m e t a l u r g i c a l c o a l s . I t gives a sumary of what i s
known a b o u t c o a l s p e c i f i c a t i o n s used i n coke p l a n t .
The coke c o s t demand i n a b l a s t f u r n a c e was
based i n t h e c o r r e l a t i o n determined by R.V.
F l i n t f o r the effective
carbon. The imposed r e s t r i c t i o n s t o t h e model where t h e s e of
p e r c e n t u a l p a r t i c i p a t i o n of each c o a l , t h e maximum and minimum
of v o l a t i l e m a t t e r and t h e l i m i t s of s u l f o r , a s h and f i x e d carbon
i n t h e mixture composition.
Following, i t shows a a p p r e c i a t i o n of otimum
value about the a v a l i a t i o n i n t h e p a r a m e t r i c changes of the model
sensibility.
I N
D .
I C
E
.
.
.
.
.
páginas
............................................
1.1. INTRODUÇÃO ..............................
C A P ~ T U L O 11 ...........................................
11.1. RESUMO H1 S T 6 R I C 0 .......................
1 1 . 2 . TEORIA DA FORMAÇÃO DO CARVÃO ...........
1 1 . 2 . 1 . CARBONIFICAÇÃO ....................
CAP~TULOI
11.2.2.
A NATUREZA E COMPOSIÇÃO DOS CARVÕES
..........................
1 1 . 2 .3. A PETROGRAFIA DO CARVÃO ...........
1 1 . 2 . 4 . COMPORTAMENTO TERMICO .............
11.3. REFLECTANCIA ...........................
1 1 . 4 . ANALISE IMEDIATA .......................
I I .5 . OUTRAS DETE RMINAÇÕES COMUNS ............
1 1 . 6 . ANALISE ELEMENTAR .......*.............
CAPÍTULO I I I - . CLASSIFICAÇÃO DOS cARVÕES .............
MINERA1 S
111.1. METODOS DE ENSAIO USADOS NA C L A S S I F I C A -
ÇÃO INTERNACIONAL DA ONU
.
I1 I 1.1. ÍND ICE DE EXPANSÃO
.
III 1.2
111.1.3.
..............
...............
DO PODER AGLUT INANTE
MÉTODO ROGA
......................
KING
-
23
.
. DETERMINAÇÃO
DETERMINAÇAO DO COQUE
23
23
METODO GRAY
.............................
24
Páginas
..
11I i 4 . ENSAIO DILATOMETRICO
.AUDI-
.......................
PETROGMFICA .............
BERT .ARNU
I 11.2.
CLASSIFICAÇÃO
CAPITULO
IV .CARACTER~STICAS
EIS
IV.l.
24
25
DOS CARVÕES COQUE IFICA-
.....................................
33
..
37
ESPECIFICAÇÃO
PARA A COMPRA DE CARVÕES
............... 4 4
V .1. APROVE ITAMENTO ........................... 4 6
V .2 . PULVERI ZAÇÃO ............................. 4 6
V . 3 . BATERIAS DE FORNOS ....................... 4 7
V .4 . COQUE ..................................... 4 9
CAPITULO
V I - DESENVOLVIMENTO DO MODELO ..................5 5
VI . 1. BASE DA PROGRAMAÇÃO ..................... 5 6
V I .1.1. EQUAÇAO DO CUSTO TO-TAL (FUNÇÃO O B J E T IVA) .............................. 5 8
VI .i .2 . EQUAÇÃO DE PART I C IPAÇÃO DE CADA CARVÃO ................................ 6 1
CApfTULO V .TECNOLOGIA DA COQUEIFICAÇÃO
VI.1.3.
EQUAÇÃO DA MAXIMA E MfNIMA V O L A T I L I -
...............................
V I . 1 . 4 . L I M I T E DO ENXOFRE ...................
V I . 1 . 5 . L I M I T E DA C I N Z A ....................
V I . 1 . 6 . L I M I T E DO COQUE DE PETROLEO ........
V I .1 . 7 . L I M I T E M ~ N I M O DO CARVÃO NACIONAL ...
V I .2 . IMPLEMENTAÇÃO ...........................
APENDICE I
CARVÃO BRASILEIRO .........................
APÊNDICE I 1 - PROCEDIMENTO PETROGRAFICO ................
BIBLIOGRAFIA ...........................................
DADE
7
6.2
62
62
63
63
64
68
74
76
I . 1. INTRODUÇÃO
A expansão nos tempos a t u a i s da produção do
a ç o , é uma t e n t a t i v a b r a s i l e i r a de t o r n a r - s e a u t o - s u f i c i e n t e
n e s t e s e t o r , em c o n s o n â n c i a com a s demais a t i v i d a d e s
p r o d u ti
vas do p a í s .
A s d i f i c u l d a d e s impostas a metalurgia nacio
n a 1 , encontram-se
justamente nas usinas s i d e r ú r g i c a s
quando
v e r t i c a l m e n t e i n t e g r a d a s d e s d e a c o q u e r i a , e que s ã o , sem dÚvi
d a , r e s p o n s á v e i s p e l o grande consumo de c a r v ã o , fazendo-o
f un
dament almente i m p o r t a n t e à p r o d u ç ã o do coque me t a l ú r g i c o r e q u e
r i d o p e l o s a l t o s - f o r n o s onde s e p r o c e s s a a e x t r a ç ã o do f e r r o d e
s e u s m i n é r i o s n a formação do Ferro-Gusa ou simplesmente Gus a.
i
Do c . a r v ã o , o r i g i n a - s e os e n t r a v e s n a d e f i ns ã o de s u a s p r o p r 5 e d a d e s , que vão a t u a r d i r e t a m e n t e n o consumo
u n i t á r i o e n a p r o d u t i v i d a d e do f o r n o , a f e t a n d o p o r t a n t o , a e c o
nomia do p r o c e s s o . A b a i x a q u a l i d a d e do coque c a u s a d a p o r
uma
não menos i g u a l q u a l i d a d e de c a r v õ e s , e l e v a d e s s a m a n e i r a
os
c u s t o s de p r o d u ç ã o , a l i a d a aos f r e q u e n t e s aumentos agravados pe
10 v u l t o d a s q u a n t i d a d e s e n v o l v i d a s n a s t r a n s a ç õ e s c o m e r c i a i s .
Ademais o p e r i g o da formação de um c a r t e l de p r o d u t o r e s
mundi-
a i s do c a r v ã o , ao exemplo da OPEP, o f e r e c e n d o r i s c o s de
g a r an
t i a ao s e u suprimento.
Com a c r e s c e n t e demanda mundial do a ç o , con
sequentemente aumento no consumo de carvões p e l a s s i d e r u r g i a s ,
a1
-
embora que a i n t r o d u ç ã o de novas t é c n i c a s na operação dos
t o s - f o r n o s , t a i s como a i n j e ç ã o de combusti'veis nas
v e n t a n ei
r a s , enriquecimento do a r , a l t a p r e s s ã o no t o p o , uso de
pré-
r e d u z i d o s , e t c . , tenham t r a z i d o s s i g n i f i c a t i v o s r e s u l t a d o s
e
mostrarem capazes de manter a q u a l i d a d e do coque em n í v e i s
ra
zoáveis. Ainda a s s i m , a d i s p o n i b i l i d a d e da o f e r t a de
carvões
não tem correspondido 5 n e c e s s i d a d e de s u a absorção. Desta
m-a
n e i r a , os carvões de i n f e r i o r q u a l i d a d e têm que s e r i n t r o d u z i dos na operação de c o q u e r i a .
Assim o abaste'cimento do carvão na produção
de coque nas p r i n c i p a i s u s i n a s s i d e r ú r g i c a s n a c i o n a i s
r e v e s te
s e de c e r t a s complexidades do ponto de v i s t a técnico-econômico,
implicando em:
- q u a l i f i c a ç ã o dos d i v e r s o s carvões
que
i r ã o compor a m i s t u r a a c o q u e i f i c a r ; e
- a v a l i a ç ã o t é c n i c o - econômica d e s s a s
mis t u
r a s , ob j e t i v a n d o a minimização do c u s t o do gusa p o r i n f l u ê n c i a
do f a t o r coque, uma vez que o carvão r e p r e s e n t a 6 0 % do
custo
total.
Neste e s t u d o , tentaremos a p r e s e n t a r o pouco
do que s e conhece s o b r e o carvão m i n e r a l , d e f i n i n d o parâmetros
q u a n t i t a t i v o s e q u a l i t a t i v o s visando as e s p e c i f i c a ç õ e s dos c a r
vões empregados no p r o c e s s o s i d e r ú r g i c o .
A c o n c e i t u a ç ã o R.V.
Flint
I,
p a r a o carbo
-
no e f e t i v o do coque s e f a z e x t e n s i v a a s m i s t u r a s do c a r v õ e s , l evando-se em c o n t a s u a s a n á l i s e s e a pequena v a r i a ç ã o no redimen
t o do coque p r é - e s t a b e l e c i d o e n t r e 2 7 a 29% de m a t é r i a v o l á t i l .
Os fundamentos n e c e s s ~ r i o sa e s c o r i f i c a ç ã o da c i n z a o b t i d o s
em
cada m i s t u r a , não foram levados em c o n s i d e r a ç ã o , que a p e s a r
de
terem p r e ç o s , e s t e s são i n s i g n i f i c a n t e s e têm prospecção i l i m i t a d a - em c o n t r a p a r t i d a ao c r é d i t o proporcionado p e l a l i n h a
sub-produtos
de
.
Em o b s e r v â n c i a a imensa variedade de f o r n e c e
dores e t i p o s de c a r v õ e s , utilizamo-nos
da programação l i n e a r co
-
mo método de a v a l i a ç ã o econômica das m i s t u r a s de c a r v ã o , v i s a n do p o s s i b i l i t a r a minimização dos c u s t o s , que agem d i r e t a m e n t e
no consumo e p r o d u t i v i d a d e do f o r n o , n a determinação de uma com
p o s i ç ã o Ótima s u j e i t a a s r e s t r i ç õ e s metalÚrgicas.
CAPI T- U
- L- O
-
11.1. RESUMO HIST~RICO
Provavelmente, conhecido dos c h i n e s e s e t e n
do por e l e s s i d o l a v r a d o há muitos s é c u l o s a n t e s de C r i s t o , nas
minas de Chengi. Mais t a r d e o carvão f o i descoberto p o r
Marco
Polo nos anos de 1280, como uma c u r i o s i d a d e encontrada n a
Chi
-
na.
T e o f r a s t e s ( 3 7 2 - 287 a . C . ) ,
~ r i s t õ t e l e s(384 - 322 a . C . ) , o chamou de
-
discípulos
a q T p a
5 -
de
de
-
s i g n a ç ã o da q u a l s e o r i g i n o u o termo de a n t r a c i t o .
Na invasão da G á l i a p e l o s romanos (58 -
50
a . C . ) , s u a a t e n ç ã o f o i d e s p e r t a d a p e l a e s t r a n h e z a de uma t e r r a
i n f l a m á v e l que e s t a v a sendo e x t r a í d a s das montanhas próximas a
Saint Etienne
.
O s mais a n t i g o s documentos s o b r e o
assunto
datam do s é c u l o X I I , uma vez que somente na idade média, o c a r
vão v i r i a s e r r e d e s c o b e r t o n a Europa. No e n t a n t o , s u a importân
tia v e i o s e r c o n s i d e r a d a em f i n s do s é c u l o XVIII com o advento
d a Revolução I n d u s t r i a l .
11.2.
TEORIA DA FORMAÇÃO DO CARVÃO
-
O carvão mineral de massa compacta e s t r a t i -
f i c a d a de m a t é r i a v e g e t a l , c u j o p r o c e s s o de decomposição
foi
i n t e r r o m p i d o como r e s u l t a d o de ação b i o l ó g i c a , As modificações
n a s p r o p r i e d a d e s da m a t é r i a v e g e t a l envolvem a l t e r a ç õ e s comple
xas nos c o n s t i t u i n t e s da s u a e s t r u t u r a , com a evolução de
dade , gás c a r b ono e me tano
umi
-
.
0s depósitos carboníferos se localizam
r e g i õ e s montanhosas, onde a1 t e r a ç õ e s g e o l ó g i c a s 7 no
em
período
q u a t e r n á r i o causaram o s o t e r r a m e n t o de f l o r e s t a s . No desenvolvimento da vegetação da é p o c a , e r a n e c e s s á r i o u m clima
ameno:
b a s t a n t e umidade e s o l o f é r t i l .
A f l o r a do c a r b o n í f e r o e r a composta de
qua
t r o grandes grupos de p l a n t a s :
- Articulatae
- Lepidophyta
-
Pteridophyllae
- Cordaites.
Do grupo A r t i c u l a t a e as Calamites s e
s
d i-
tinguem p e l o p o r t e . Cresciam em meio p a l i i s t r e e s e assemelha vam a p l a n t a s conhe:cidas atua-lmente p e l o nome de rabos de cava
10.
Nos Lepidophyta as r e p r e s e n t a n t e s mais
im
p o r t a n t e s eram o Lepidodendron e a S i g i l l a r i a . Eram p - a n t a s de
grande p o r t e que cresciam em ambiente mais s e c o que o a n t e r i or
mente r e f e r i d o .
O grupo P t e r i d o p h y l l a e i n c l u í a os
fetos
( p t e r i d o p y t e s ) e os f e t o s a r b o r e s c e n t e s (Pteridospermae)
.
Es
v
d e l ga
t e s f e t o s , abundantes e de tipos v a r i a d o s , eram as mais
das e s p é c i e s e x i s t e n t e s . Predominavam os generos S p h e n o p t e r i s ,
P e c o p t e r i s e N e u r o p t e r i s num meio r e l a t i v a m e n t e s e c o .
As C o r d a i t e s eram a s mais d e s t a c á v e i s
re
p r e s e n t a n t e s da f l o r a no p e r í o d o Carboni'fero. Lembram a s atuais
p a l m e i r a s e cresciam em meio bem mais s e c o
11(
Nos L i g n i t o s pode o b s e r v a r - s e ainda
restos
da e s t r u t u r a das p l a n t a s que o formaram.
A s condições p r o v á v e i s é q u e , nas v i z i n h a n -
ças de c o r d i l h e i r a s , que representavam c o l e t o r e s de chuvas
e,
devido as d i f e r e n ç a s d e a l t u r a s e n t r e o s montes e a p l a n í c i e ,
provocaram com o tempo uma e r o s ã o i n t e n s i v a , r e s u l t a n d o em fon
t e de suprimento de m i n e r a i s p e l a consequente sedimentação nas
b a i x a d a s . Outra condição e s s e n c i a l t e r i a s i d o o abaixamento do
subsolo l e n t o , porém. i n t e r r o m p i d o . Como r e s u l t a d o , a
região
das f l o r e s t a s que f i c a r a submersa transformando-se em um l a g o .
Com o p a s s a r do tempo, a r g i l a e a r e i a eram a r r a s t a d a s p e l a e r o
s ã o n a t u r a l e o d e p ó s i t o de T u r f a r e c o b e r t o p o r uma camada
t e r r a . A compactação p r o g r e s s i v a s e f a z i a p e l o acúmulo
de
cada
vez maior de m a t é r i a d e p o s i t a d a n a s u p e r f i c i e . No d e c o r r e r dos
s é c u l o s , o abaixamento do s u b s o l o pode t e r s i d o s u s t a d o e
até
anulado p e l a formação de montanhas.
Durante e s s e s movimentos, grandes
pressões
eram e x e r c i d a s n a s d i v e r s a s camadas do s o l o . E , n a t u r a l m e n t e ,
também s o b r e o s d e p 6 s i t o s v e g e t a i s . A a ç ã o combinada de tempe
r a t u r a e p r e s s ã o a p l i c a d a s d u r a n t e v á r i o s p e r í o d o s , causaram
m o d i f i c a ç õ e s p r o f u n d a s n a e s t r u t u r a da t u r f a , com a e l i m i n a ç ã o d a á g u a , dos gás c a r b o n o e metano a s s i m , p r o g r e s s i v a m e n t e
o t e o r de c a r b o n o no m a t e r i a l r e s i d u a l .
A c a r b o n i f i c a ç ã o pode s e r d e f i n i d a como um
acréscimo g r a d u a l no conteúdo de carbono de f 6s s e i s o r g â n i c o s .
E s t e p r o c e s s o s u b d i v i d i - s e em d o i s e s t á g i o s , nem sempre
de
separação n í t i d a :
- E s t á g i o bioqui'mico r e s p o n s á v e 1 p e l o
prg
c e s s o de t r a n s f o r m a ç ã o de r e s t o s de p l a n t a s em t u r f a ;
- E s t á g i o geoquímico d u r a n t e o q u a l tem l u
g a r o metamorfismo.
Nem o tempo, nem a s p r e s s õ e s t e c t ô n i c a s são
apontados como f a t o r e s i n f l u e n c i a n t e s do g r a u de c a r b o n i f i c a ç ã o . T o d a v i a , h á e v i d ê n c i a s que a t e m p e r a t u r a r e i n a n t e n o
de
-
p ó s i t o d i t a d a p e l o g r a u g e o m é t r i c o s e j a a grande r e s p o n s á v e l
p e l o e s t á g i o geoqui'mico da c a r b o n i f i c a ç ã o e que e s t a s e p r o
c e s s a gradualmente r e s u l t a n d o a sequência
hulha e antracito.
-
turfa, lignito
,
~ Ó s s i lde acumulação d a e n e r g i a s o l a r , a t u
ando como f o n t e d i n â m i c a d e c a p t a ç ã o de carbono em r e a ç ã o com
o x i g ê n i o , o c a r v ã o é um complexo o r g â n i c o r e s u l t a d o da e s t r a t i f i c a ç ã o acumulada de p l a n t a s em r o c h a s s e d i m e n t á r i i a s m e s c la
do d e compostos químicos d i f e r e n t e s .
A C e l u l o s e (C6 H10 O,-)n,
6 estabelecida
co
-
mo s e u c o n s t i t u i n t e p r i n c i p a l , e n t r e o u t r o s compostos como car
b o i d r a t o s , a ç ú c a r e s complexos, gomas, r e s i n a s , e s p o r o s , e t c . ,
r e u n i d o s em um p r o d u t o de s u b s t â n c i a s d e g r a d a d a s . A f e r m e n t a ção e o metamorfismo g e o l ó g i c o modificam e s t e s componentes
,
d e s t r u i n d o a l g u n s r a p i d a m e n t e , e n q u a n t o o u t r o s com l e n t i d ã o ,
causando n o v a s r e a ç õ e s q u í m i c a s , como p o r exemplo, o á c i d o hÚ
mico e h i d r o c a r b o r e t o s
.
E d e v i d o a p e r d a de massa que os cons-
t i t u i n t e s menores n a m a t é r i a podem s e r c o n c e n t r a d o s d u r a n t e o
processo.
Ao e s t u d o d e s t e s c o n s t i t u i n t e s e component e s i n d i v i d u a i s do c a r v ã o s e denomina de A n á l i s e R a c i o n a l .
A n á l i s e R a c i o n a l e s t á b a s e a d a n a i n t e r p r e t a ç ã o dos dados
A
pos_
t o s em exame, t a i s como o t r a t a m e n t o do c a r v ã o com d i s s o l v e n t e s o r g â n i c o s , des t i l a ç ã o d e s t r u t i v a à t e m p e r a t u r a s d i f e r e n t e s e ao e s t u d o m i c r o s c 6 p i c o .
11.2.3.
A PETROÇRAFIA DO CARVÃO
A P e t r o g r a f i a f o r n e c e a composição dos c ar
vões em termos que podem s e r r e l a c i o n a d o s com o s e u comportamento d u r a n t e a s u a c o q u e i f i c a ç ã o e com c a r a c t e r í s t i c a s
f i ' si
do coque r e s u l t a n t e . Os dados de micro e s t r u t u
cas e
r a do coque também tem s i d o i m p o r t a n t e s p a r a e x p l i c a r as
va
-
r i a ç õ e s n a s s u a s p r o p r i e d a d e s f í s i c a s e comportamento no
a1
-
t o forno.
O e s t u d o d e s c r i t i v o e s i s t e m á t i c o do
vão a t r a v é s do microscópio s e desenvolveu rapidamente
c ar
desde
o i n í c i o do s é c u l o e os r e s u l t a d o s alcançados n a ú l t i m a
da mostraram
s e r de uma a p l i c a ç ã o n o t á v e l
déca
seleção e u t i l i -
zação dos carvões.
A a n á l i s e microsc6pica d a composição
carvão r e v e l a s e r e s t e de composição h e t e r o g ê n e a
do
constituído
de p a r t ? c u l a s o r g â n i c a s q u a l i f i c a d a s i n t e r m i s t u r a d a s com
pay
tí'culas m i n e r a i s , e , formado por v á r i o s c o n s t i t u i n t e s de
di
v e r s a s p r o p r i e d a d e s Ó t i c a s as q u a i s recebem designações de t er
mos t a i s como:
- Lithotype
- Maceral
- Microlithotype
O termo "Lithotype"
é usado p a r a
designar
as q u a t r o f a i x a s d i f e r e n t e s do carvão húmico reconhecidas
croscopicamente
. São
os s e g u i n t e s :
ma
a . V i t r a i n - o c o r r e em f a i x a s uniformes de
3 a 5mm de e s p e s s u r a , n e g r a s , b r i l h a n t e s e v í t r e a s . Tem f r a t u
r a conchoidal e não mancha a s mãos;
b . C l a r a i n - o c o r r e em f a i x a s com
brilho
l u s t r ~ s ode e s p e s s u r a v a r i á v e l . Atualmente e s t e termo vem s e n
do usado p a r a d e s i g n a r a s f a i x a s finamente e s t r i a d a s de
c ar
v ã o , com a p a r ê n c i a i n t e r m e d i á r i a e n t r e v i t r a i n e d u r a i n .
Ao
microscÓpio a p r e s e n t a t e r uma composição muito v a r i á v e l e n t r e
os t r ê s grupos de macerais , v i t r i n r t e , e x i n i t e e i n e r t i t e ;
c . Durain - o c o r r e em f a i x a s e l e n t e s , sen
do c a r a c t e r i z a d o p o r s u a cor c i n z a a negro p a r d a c e n t o e s u p er
f í c i e á s p e r a com b r i l h o f o s c o . Geralmente tem f r a t u r a granu
l a r . No microscópio mostra c o n s i s t i r de " m i c r o l i t h o t y p e s "
ri
tos em e x i n i t e ou i n e r t i n i t e .
u
d . Fusain - negro de b r i l h o sedoso e e s t r t u r a f i b r o s a , sendo macio e extremamente f r i á v e l quando não em
pregnado com m i n e r a i s , d e s i n t e g r a n d o - s e em
negro quando ma
nuseado asperamente. No microscópio mostra-se normalmente opa
c o , podendo porém em seções f i n a s s e r levemente t r a n s l ú c i d o ,
de cor vermelho e s c u r o . Geralmente mostra a e s t r u t u r a c e l u l a r
das p l a n t a s .
"Maceral" d e s i g n a os c o n s t i t u i n t e s microscópicos elementares do c a r v ã o de forma análoga aos
minerais
na r o c h a . São agrupados de acordo com as s u a s p r o p r i e d a d e s pe
t r o g r á f i c a s e recebem em grupo ou i n d i v i d u a l m e n t e , o
sufixo
t t i
te"
.A
d i v i s ã o dos macerais em grupo é convencional e r e p r e
s e n t a uma s i m p l i f i c a ç ã o de grande u t i l i d a d e , sendo que
cada
grupo congrega m i n e r a i s que não são i d e n t i c o s mas que s e a s s e
melham ao microscópio. O s grupos s ã o os s e g u i n t e s :
a . V i t r i n i t e - 6 . o grupo que
compreende
t t c o l i n i t e t t e " t e l i n i t e t t . Quando a s u a f a i x a tem e s p e s s u r a
p e r i o r a 1 4 microns t o r n a - s e sinônimo de "anthraxylon".
su
Nor-
malmente r e v e l a a l g o da e s t r u t u r a da p l a n t a de origem ( t e c i d o
c e l u l a r humificado) e v a r i a em c o r do a l a r a n j ado ao vermelho
e s c u r o , em l u z t r a n s m i t i d a .
b . E x i n i t e ou L i p t i n i t e - congrega os
se
.
g u i n t e s macerais : S p o r i n i t e , C u t i n i t e , A l g i n i t e e R e s i n i t e
E s t e s macerais não s ã o n e c e s s a r i a m e n t e oriundos de e x i n a s
de
esporos no c a r v ã o , mas parecem t e r tecnicamente p r o p r i e d a d e s
s i m i l a r e s . Em l u z t r a n s m i t i d a a p r e s e n t a - s e em c o r amarelo-our o quando tem mais de 35% de m a t é r i a s v o l á t e i s ; amarela-avermelhado e n t r e 2 0 % e 35% de m a t é r i a s v o l á t e i s ; e a mesma
cor
da v i t r i n i t e com menos de 2 0 % de m a t é r i a s v o l á t e i s .
c . I n e r t i n i t e - agrupa os s e g u i n t e s macera
i s : m i c r i n i t e , s c l e r o t i n i r t e , s e m i - f u s i n i t e e f u s i n i t e . Sua
o
rigem v e g e t a l compreende t e c i d o c e l u l a r carbonizado e fÚngico.
Geralmente em l u z t r a n s m i t i d a a p r e s e n t a - s e opaco e as vezes ,
marrom avermelhado e s c u r o . C i e n t i s t a s americanos, especialmen
t e Sparkman tem s u b s t i t u i d o o nome "maceral" p a r a " e n t i d a d e s t t ,
termo e s s e que é usado p a r a d e s i g n a r a s s u b s t â n c i a s o r g â n i c a s
-
de origem do carvão d i s t i n t a s Ó t i c a e / o u f i s i c a m e n t e . Desta f o r
ma o s u f i x o " i t e " dos macerais f o i s u b s t i t u i d o por "oid".
O termo " m i c r o l i t h o t y p e " d e s i g n a n a
análise
microscópica dos carvões húmi cos as a s s o c i a ç õ e s t í p i o a s de mace
r a i s , c u j a e s p e s s u r a mínima das f a i x a s tem s i d o f i x a d a em
I
microns ; recebem também o s u f i x o " i t e "
.
5O
Observa-se que a
sua
d e l i m i t a ç ã o a p e s a r de a r b i t r á r i a e convencional p a r e c e concor d a r com o seu comportamento t é c n i c o . E s ã o e l a s :
a. Vitri:lte
-
contém mais de 9 5 % de v i t r i n i t e
b . Lip t i t e - tem mais de 9 5 % de e x i n i t e
c . F u s i t e - p o s s u i mais de 95% de f u s i n i t e +
semi-fus i n i t e + s c l e r o t i n i t e .
d. C l a r i t e - contém mais de 95% de v i t r i n i t e
ca
e e x i n i t e ; a p a r t i c i p a ç ã o de
da um pode v a r i a r , embora
deva
s e r maior que a proporção de i n er
t i n i t e e nunca exceder a 9 5 % .
e . D u r i t e - com mais de 9 5 % de i n e r t i n i t e
e
e x i n i t e ; variando a participação
de cada e sendo maior que a
prg
porção de v i t r i n i t e e nunca s u pe
rior a 95%.
-
f . Vitrinertite
com mais de 9 5 % de v i t r i ni
t e e i n e r t i n i t e ; individualmente
variam em proporções e excedem a
exinite
g. D u r o c l a r i t e
-
.
tem mais de 5 % de cada
grs
po d e m a c e r a i s , sendo que em p r o
p o r ç õ e s , a v i t r i n i t e deve
I
ser
maior que a i n e r t i n t t e .
h . C l a r o d u r i t e - com mais de 5 % de cada g r u
po de macerais e proporções
de
i n e r t i n i t e maior que as de
vi
t r i n ite.
11.2.4.
COMPORTAMENTO TÉRMICO
O coque s e r á em função de comportamento dos
d i v e r s o s componentes p e t r o g r á f i c o s d u r a n t e a c o q u e i f i c a ç ã o . Na
p e t r o g r a f i a a p l i c a d a a c l a s s i f i c a ç ã o fundamental dos c o n s t i t u intes
6 s i m p l i f i c a d a e e s t ã o agrupadas de acordo com a r e a t i v-i
dade ou i n e r t i b i l i d a d e d u r a n t e o p r o c e s s o .
h,
- Reativos - s ã o os macerais que amole -
cem, deformam, despreendem gases e perdem a s u a i d e n t i d a d e
du
-
r a n t e a coqukificação.
L i - I n e r t e s - mantem s u a i d e n t i d a d e
duran
-
t e o p r o c e s s o e podem s e r r e c o n h e c i d o s , no c o q u e , em exame
m-i
c r o s c ô p i co.
E n t r e as duas f a s e s e x i s t e a f a s e i n t e r m e di
á r i a denominada de s e m i - i n e r t e s , cons t i t u i d a de elementos
que
s e comportam p a r c i a l m e n t e como r e a t i v o s e i n e r t e s .
0 s macerais usados n a s a p l i c a ç e e s de p e t r o -
g r a f i a de carvões
c o q u e i f i c a ç ã o , tem o s e g u i n t e comportamen
-
to :
a. V i t r i n i t e - é o p r i n c i p a l componente
do
c a r v ã o , t o r n a - s e p l & i t i c o e a t u a como m a t e r i a l l i g a n t e que en
volve os c o n s t i t u i n t e s i n e r t e s d u r a n t e o p r o c e s s o de c o q u e i fi
cação
.
b. E x i n i t e - t o r n a - s e muito f l u í d a e v o l a t-i
l i z a mais que q u a l q u e r o u t r o maceral do c a r v ã o , e x c e t o a r e si
n i t e de b a i x a r e f l e c t â n c i a .
c . R e s i n i t e - tem ponto b a i x o de amolecimen
t o e 6 quase completamente v o l a t i l i z a d a d u r a n t e a c o q u e i f i c a são.
d. Micronite
-
p o s s u i a l t o t e o r em carbono
e normalmente o c o r r e em pequenas p a r t í c u l a s . Comporta-se como
um i n e r t e no p r o c e s s o de c o q u e i f i c a ç ã o . A s u a f i n a granulomet r i a a u x i l i a n a formação de uma r e s i s t e n t e parede c e l u l a r
,
p o i s s ã o f a c i l m e n t e e n v o l v i d a s p e l o s componentes fundidos
do
carvão.
e . E u s i n i t e - p o s s u i a l t o t e o r de
carbono
e permanece i n e r t e d u r a n t e a c o q u e i f i c a ç ã o , conservando s u a es
t r u t u r a c e l u l a r c a r a c t e r í s t i c a mesmo em coque de a l t a temperaturra. Quando p r e s e n t e em g r a n u l o m e t r i a mais g r o s s a f a v o r e c e a
formação de f i s s u r a s e m i c r o f i s s u r a s .
f . S e m i - f u s i n i t e - a t u a em p a r t e como r e a t i
vo e em p a r t e como i n e r t e . A porção r e a t i v a é e n v o l v i d a e fun
de-se n a e s t r u t u r a do coque em c o n t a t o com a v i t r i n i t e .
É a capacidade que um corpo tem de r e f l e t i r
a l u z . Na p e t r o g r a f i a do carvão t r a b a l h o s demonstram que d i f e
renças na r e f l e c t â n c i a média d a v i t r i n i t e implicam em mudan ç a s no rank de c a r v ã o , ou s e j a , aumentando o rank do
carvão
aumenta e s t a r e f l e c t â n c i a média.
11.4. ANALISE
IMEDIATA
T r a t a da c l a s s i f i c a ç ã o p r á t i c a dos
carvões
e suas v a l o r a ç õ e s em a p l i c a ç ã o determinada. Empiricamente
os
r e s u l t a d o s dependem do procedimento a n a l í t i c o empregado.
0s
dados o b t i d o s p e l a A n á l i s e Imediaba ou ~ n ã l i s eQ u a n t i t a t i v a ,
s ã o a s porcentagens de umidade, c i n z a , m a t é r i a v o l á t i l e c a r bono f i x o . Tendo c o n s i d e r á v e l i m p o r t â n c i a na r e l a ç ã o com
as
c a r a c t e r í s t i c a s e comportamento u s u a i s do carvão n e s t e t r a b a lho.
O procedimento padronizado d a a n á l i s e imedi
-
a t a e o u t r o s t r a b a l h o s de exame do carvão e coque tem s i d o pu
b l i c a d o s p e l a AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS.
c i a l a padronização dos métodos à a n á l i s e i m e d i a t a , uma
e s s en
vez
que há t e n d ê n c i a s de desuniformização nas p r o v a s f e i t a s em l a
b oratórias , compradores e vendedores.
A A n á l i s e I m e d i a t a (ASTM - D-271), c o n s i s t e
das seguintes determinações :
a . Umidade - a d e t e r m i n a ç ã o d a p r e s e n ç a
da
água no c a r v ã o é complexa d e v i d o a uma s é r i e de f a t o r e s :
- mesmo quando a q u e c i d o acima de 1009 C
o
carvão c o n t i n u a a p e r d e r peso ;
- d u r a n t e o p r o c e s s o de p r e p a r a ç ã o de amost r a g e n s o conteúdo de umidade pode mudar
o que d e i x a r i a de s e c o n s t i t u i r em amos t r a s verdadeiramente r e p r e s e n t a t i v a s ;
-
- a p e r d a de p e s o pode s e r a p a r t e da p r ó
p r i a d i s s o l u ç ã o dos g a s e s ; e
- a l g u n s c a r v õ e s s e oxidam r a p i d a m e n t e
e
ganham p e s o r e d u z i n d o a p a r e n t e m e n t e o con
teúdo de umidade.
E s t e método c o n s i s t e no aquecimento de 10 g
de c a r v ã o ( c a r v ã o p u l v e r i z a d o e fazendo-o p a s s a r em 72
Mesh
B r i t i s h S t a n d a r d T e s t S i e v e ) , n a p r e s e n ç a de 105 2 110Q C
no
tempo de 1 1 / 2 à 3 h o r a s . A p e r d a de p e s o 6 tomada como conte6
do de umidade. Um o u t r o método a l t e r n a t i v o é o d a a b s o r ç ã o da
á g u a conduzida p o r um s i f ã o e p e s a d a após o p r o c e s s o .
b . Cinza
-
quando o c a r v ã o é queimado a
t é r i a minera-l é t r a n s f o r m a d a em cinzas!. como r e s u l t a d o de
ma
vá
r i a s r e a ç õ e s como a decomposição de c a r b o n a t o s e s u b s t â n c i a s
o u t r a s n a s q u a i s os g a s e s s ã o s e p a r a d o s , a t r a n s f o r m a ç ã o
do
o x i g ê n i o em Óxidos , formação de enxofre o r g â n i c o , p e r d a
de
água, e t c . . Nestas reações o conteúdo de c i n z a é determinado
p o r meio e m p í r i c o , mas sob condições de r í g i d o c o n t r o l e .
O método adotado é p a r a o peso de 1 g r .
carvão (-72 mesh B . S . ) ,
de
aquecido a temperatura de 8500 C. Quan
-
do a i n c i n e r a ç ã o e s t á completa, a amostra é c o l e t a d a num
d is
s e c a d o r e é o u t r a vez pesada.
c. M a t é r i a v o l á t i l - 6 mais i m p o r t a n t e
de
-
terminação da a n á l i s e do carvão porque a m a t é r i a v o l á t i l é
u
-
s a d a como parâmetro num s i s t e m a de c l a s s i f i c a ç ã o e a v a l i a ç õ e s
dos carvões p a r a combustão e c a r b o n i z a ç ã o . Para a
produção
de coque m e t a l ú r g i c o , a concentração de m a t é r i a s
voláteis
pode s e r t ã o b a i x a quanto p o s s í v e l e a i n d a compatível com
boas p r o p r i e d a d e s c o q u e i f i c a n t e s
. Numa
as
us i n a p r o d u t o r a de gás
de iluminação p r e f e r e - s e carvão com a l t o t e o r de m a t é r i a
vo
-
l á t i l , devido a s e u rendimento maior em gás. Em g e r a l as
mis
-
t u r a s de carvão p a r a coque m e t a l ú r g i c o tem 23 a 35% de
maté
r i a v o l á t i l (base s e c a ) . O s carvões de a l t a v o l a t i l i d a d e
dão
coque de b a i x a r e s i s t ê n c i a mecânica e em g e r a l , s ã o m i s t u r a
-
dos a o u t r o s de menor t e o r de m a t é r i a v o l á t i l . O carvão de bai
1
xa v o l a t i l i d a d e t e n d e a expandir-se d u r a n t e o aquecimento,
e
pouco o s e u rendimento em p r o d u t o s de d e s t i l a ç ã o do carvão.
O método de determinação c o n s i s t e no aqueci
-
mento sem c o n t a t o com a r . Cerca de 1 g r de carvão é aquecido
em temperatura, de 9 0 0 0 C p o r 7 minutos (a t e m p e r a t u r a
em d i f e r e n t e s r e g i õ e s v a r i a algumas v e z e s , como acontece
a média e duração de aquecimento)
.A
usada
com
p e r d a de peso é a maté
-
r i a v o l á t i l , a e x i s t ê n c i a de uma c o r r e ç ã o é f e i t a d a p r ó p r i a
umi dade
11.5
.
. OUTRAS
DETERMINACÕES COMUNS
i, Carbono Fixo - é uma t a x a de u t i l i z a ç ã o
do carbono no a l t o forno e x p r e s s a p o r 1 0 0 % menos a soma
em
p e r c e n t u a i s do conteúdo de umidade, c i n z a e m a t é r i a v o l á t i l .
Como o conteúdo de umidade e s t á s u j e i t o a v a r i a ç õ e s a c i d e n t a i s , o c á l c u l o pode s e r f e i t o considerando-se a uma b a s e s e
c a , l i v r e de umidade: c i n z a
+
matéria v o l á t i l
+
carbono f i x o
= 100%.
a
Li. M a t é r i a . M i n e t a 1 - quando o carvão
e
queimado, ou s e j a , quando s e impõe condições v i o l e n t a s de ox i d a ç ã o das m a t é r i a s o x i d á v e i s n e l e c o n t i d a s p e l o p r o c e s s o da
combustão, o carbono p r e s e n t e s e t r a n s f o r m a em g a s e s (COZ e
CO). A m a t é r i a m i n e r a l do carvão s e t r a n s f o r m a r á em c i n z a s e ,
e s t á a s s o c i a d a a s s u b s t â n c i a s e x i s t e n t e s no carvão d a s q u a i s
não é p o s s í v e l uma s e p a r a ç ã o completa por meios f í s i c o s .
~é
-
todos i n d i r e t o s p r e c i s a m s e r usados p a r a determinação da s u a
q u a n t i d a d e , uma fórmula empi'rica d e r i v a d a de exames de
grande número de carvões tem s i d o p r o p o s t a
.
um
a
e é geralmente -
ceitável :
M a t é r i a Mineral
=.
1.O6 c i n z a + 0 . 5 3 S
+
.Üi. Poder C a l o r r f i c o - a s i m p l i f i c a ç ã o e l e
mentar n a d e f i n i ç ã o de Poder C a l o r i f i c o é o nÚme.ro
unitário
de c a l o r l i b e r a d o quando uma grama de c a r v ã o é queimado
na
p r e s e n ç a do o x i g ê n i o , sob c o n d i ç õ e s p a d r o n i z a d a s . A s u b s t â n c i a r e s i d u a l começa a formar g a s e s d e o x i g ê n i o , d i ó x i d o de en
x o f r e , n i t r o g ê n i o , água em forma l f q u i - d a e c i n z a s .
11.6.
ANALISE
ELEMENTAR
0s
associados
p r i n c i p a i s e l e m e n t o s quími cos do c a r v ã o
5 p a r t e d a m a t é r i a i n o r g â n i c a t a i s como, o carbono,
h i d r o g ê n i o , o x i g ê n i o , n i t r o g ê n i o e e n x o f r e , s ã o determinados
d i r e t a m e n t e num t r a b a l h o mais complexo do que a a n á l i s e i m e di
a t a , denominado de A n á l i s e E l e m e n t a r ou A n á l i s e F i n a l .
Podem
f o r n e c e r dados de v a l o r c o n s i d e r á v e l do c a r v ã o s o b r e a p r e c i a ç ã o de uma a p l i c a ç ã o d e t e r m i n a d a , s e r v e a o c á l c u l o e s t e q u i o m e
t r i c o do b a l a n ç o de m a t e r i a i s e d e t e r m i n a - s e o p o d e r c a l o r i fi
co n a a u s ê n c i a de mensuração de l a b o r a t ó r i o s .
a . Carbono e ~ i d r o g ê n i o- o p r i n c i p i o b á s i co é queimar o c a r v ã o conhecendo-se p r e v i a m e n t e o s e u p e s o . O
d i õ x i d o d e carbono e água s ã o c o l e t a d o s e p e s a d o s , a s q u a n t i dades de carbono e h i d r o g ê n i o s ã o c o n h e c i d o s .
b . Enxofre
-
o e n x o f r e é uma impureza impor
-
t a n t e n o p r o d u t o d a combustão sob a forma de Óxido de e n x o f r e .
Cerca de 6 0 % a 6 5 % do e n x o f r e c o n t i d o n o c a r v ã o c a r r e g a d o p er
manecem no coque p r o d u z i d o . O bom coque m e t a l Ú r g i c o deve t e r
menos de 1%de S.
c . Oxigênio - ê usualmen.te e s ti1.mado i n d i r e
tame.nte p o r s u b t r a ç ã o d a soma do c a r b o n o , n i t r o g ê n i o , enxÔ f r e e o conteúdo d e c i n z a s t i d o em 1 0 0 % . E s s e método i n c l u i
t o d o s os e r r o s e n v o l v i d o s n a s d e t e r m i n a ç õ e s s e p a r a d a s . Recentemente tem s i d o dado a t e n ç ã o ao método d i r e t o a t r a v é s a
pg
r o l i s e do c a r v ã o a 1.100Q C , em que s e c o n v e r t e o o x i g ê n i o
em monóxido de c a r b o n o , sendo d e t e r m i n a d o p o r p r o c e s s o s
d r ão
pa-
.
d . N i t r o g ê n i o - a d e t e r m i n a ç ã o do n i l t r o g ê -
n i o no c a r v ã o e coque s ã o v a r i á v e i s . Baseados n a decomposi ç ã o , o x i d a ç ã o e r e d u ç ã o . A p r e s e n ç a do c l o r o com um ou o u t r o
e l e m e n t o combinado pode x e s u l t a r em d e p o s i ç ã o ou c o r r o s ã o e /
ou o u t r a s d i f i c u l d a d e s n a combustão, conhecimentos s o b r e s u a
concentração s e f a z necessário.
CLASS IFICACÃO' DOS CARVÕE S
O s inúmeros u s o s , p r o p r i e d a d e s e a grande
v a r i e d a d e dos carvões tem como r e s u l t a d o d i v e r s o s
sistemas
v is
de c l a s s i f i c a ç ã o , d e n t r e a s n e c e s s i d a d e s e do ponto de
t a de cada um. Em g e r a l , os s i s t e m a s c l a s s i f i c a t Ó r i o s
ba
seiam-se na idade b i o l ó g i c a , a n á l i s e p e t r o g r á f i c a , r a n k , e s
t r u t u r a , c o n s i d e r a ç õ e s comerciais e a t é a p a r ê n c i a s . A v a r i á
v e l que c a r a c t e r i z a o d e p ó s i t o da mina do carvão tem i n f l u ê n c i a no esquema, embora a m a i o r i a r e p o r t e - s e fundamental mente na a n á l i s e i m e d i a t a e/ou e l e m e n t a r . A d e s c r i ç ã o breve
em termos de p r o p r i e d a d e s econômicas
6 n e c e s s á r i a em alguns
s i s t e m a s de c l a s s i f i c a ç ã o . A s c l a s s i f i c a ç õ e s comerciais dão
preferência
a parâmetros como os de m a t e r i a v o l á t i l ,
"
ca
k i n g index" e "coking index". A t a b e l a I mostra os c r i t e r i os usados em d i v e r s o s p a í s e s p a r a a c l a s s i f i c a ç ã o dos
vões
c ar
.
A "American S o c i e t y f o r T e s t i n g and
Mate
-
r i a l s " (ASTM), procurou c l a s s i f i c a r os carvões baseando- s e
p a r a os carvões mais nobres nos v a l o r e s de carbono em
metros de rank usando a m a t é r i a v o l z t i l como b a s e a t é
(dry , m i n e r a l - m a t t e r - f r e e )
e poder c a l o r i ' f i co p a r a
par;31%
carvões
de rank i n f e r i o r . A t a b e l a I 1 a p r e s e n t a a c l a s s i f i c a ç ã o ame
r i c a n a (ASTM)
.
Sob os a u s p í c i o s da Organização das Nações
Unidas, num t r a b a l h o da Comissão ~ c o n ô m i c ap a r a Europa s o b r e
o e s t u d o das d i v e r s a s e s p e c i f i c a ç õ e s de c a r v ã o , t e v e como r e
s u l t a d o a a p r e s e n t a ç ã o da I n t e r n a t i o n a l C l a s s i f i c a t i o n
Sys
tem o f Hard Coals.
a
Na c l a s s i f i c a ç ã o I n t e r n a c i o n a l o carvão
e
d e f i n i d o por t r ê s d í g i t o s : o p r i m e i r o d e f i n e o rank do
c ar
vão baseado em m a t é r i a v o l á t i l a t é 3 3 % ( s e c o , deduzidas
as
c i n z a s ) e poder c a l o r i ' f i c o (Úmido, i s e n t o de c i n z a s ) p a r a ma
t é r i a s v o l á t e i s acima de 3 3 % ; o segundo d í g i t o , é em função
do poder a g l u t i n a n t e (caking i n d e x ) , e s t a d e f i n i ç ã o t r a d u z o
comportamento do c a r v ã o quando aquecido rapidamente e que po
de s e r e x p r e s s o p e l o í n d i c e de expansão, e n s a i o de cadinho ,
ou p e l o h d i c e de Roga; o t e r c e i r o d í g i t o é em função do
pg
d e r c o q u e i f i c a n t e dos c a r v õ e s , (coking index) t r a d u z o compor
tamento do carvão quando aquecido l e n t a m e n t e , p a r a a d e f i n i ção do poder c o q u e i f i c a n t e p a r a f i n s da c l a s s i f i c a ç ã o I n t e r n a c i o n a l , foram e s c o l h i d o s d o i s métodos de a l t e r n a t i v a s -
o
e n s a i o d i l a t o m é t r i c o Audibert-Arnu e e n s a i o de Gray-King
de
5 b a i x a t e m p e r a t u r a . A t a b e l a I11 s u m a r i z a
a
coqueificação
Classificação Internacional.
Detalhando n a c l a s s i f i c a ç ã o i n t e r n a c i o n a l
as p r o p r i e d a d e s c o q u e i f i c a n t e s a p r e s e n t a d a s n a t a b e l a I V .
111.1.
METODOS
DE ENSAIO USADOS'NA CLASSIFICAÇÃO INTERNACIONAL
DA ONU
-
111.1.1. ÍNDICE
DE EXPANSÃO
( S w e l l i n g i n d e x ) . O e n s a i o tem f i n a l i d a d e de
d e t e r m i n a r a s p r o p r i e d a d e s de e x p a n s ã o de um c a r v ã o
aquecido
a t é a t e m p e r a t u r a de 8209 C em cadinho h e r m é t i c o . O c a r v ã o
se
co ao a r é moído a b a i x o de 0 , 2 mm no d i a em que deve s e r r e a li
zado o e n s a i o . Uma grama do c a r v ã o r e c e n t e m e n t e t r i t u r a d o 6 co
l o c a d a n o c a d i n h o , b a t e n d o - s e levemente com o mesmo a t é i g u a l a r a s u p e r f í c i e . Cobre-se com a tampa e aquece-se a t é desaparecerem as da combustão das m a t é r i a s v o l á t e i s , d e p o i s de
1 / 2 m i n u t o s . Depois de e s f r i a d o remove-se cuidadosamente o
2
bo-
t ã o de coque formado e s e compara com os p e r f i s p a d r o n i z a d o s e
numerados d e a n á l i s e s a n t e r i o r e s . P a r a e f e t u a r a comparação
,
o b o t ã o de coque deve s e r g i r a d o em t o r n o do s e u e i x o
a
p r e s e n t a r o maior p e r f i l . O e n s a i o
para
é f e i t o cinco vezes segui-
d a s , tomando-se o c u i d a d o de l i m p a r o cadinho a n t e s de recomeçar o teste.
I I I. 1 . 2 . DETERMINAÇÃO DO PODER AGLUT INANTE
- METODO ROGA
O p o d e r a g l u t i n a n t e é a p r o p r i e d a d e que
O
c a r v ã o tem de f o r m a r um coque f u n d i d o , quando r e d u z i d o a f r a g
mentos pequenos e d e s g a s e i f i c a d o a t e m p e r a t u r a s e l e v a d a s . ,
Pa
-
r a que p o s s a h a v e r a g l u t i n a ç ã o , o c a r v ã o a q u e c i d o n a a u s ê n c i a
do a r deve p a s s a r g r a d u a l m e n t e ao e s t a d o pli?istico. O
poder
a g l u t i n a n t e e x p r e s s o em v a l o r e s numéricos depende d e
outros
p r o c e s s o s p r o d u z i d o s d u r a n t e o t r a t a m e n t o t é r m i c o do c a r v ã o
O e n s a i o de Roga é d e f i n i d o p e l a r e s i s t ê n c i a mecânica do
.
co
-
que o b t i d o no cadinho m i s t u r a n d o - s e 1 g r . de c a r v ã o com quant i d a d e d e t e r m i n a d a de a n t r a c i t o , u t i l i z a d o como d i l u e n t e .
O
b o t ã o d e coque o b t i d o é submetido ao e n s a i o do t a m b o r , c o n f or
me método r i g o r o s a m e n t e de terminado.
III. 1.3. DETERMINAÇÃO DO COQUE
- METODO GRAY - K I N G
A s p r o p r i e d a d e s a g l u t i n a n t e s de c a r v õ e s
ou
m i s t u r a s s ã o d e t e r m i n a d a s n a c a r b o n i z a ç ã o sob c o n d i ç õ e s
P2
d r õ e s em l a b o r a t ó r i o a uma t e m p e r a t u r a f i n a l de 6 0 0 9 C . O
re
s í d u o de coque o b t i d o p e l a c a r b o n i z a ç ã o é c l a s s i f i c a d o
pela
comparação com c e r t o número de t i p o s de coque c l a r a m e n t e d e f-i
n i dos.
AUD IBERT-ARNU
ENSAIO DILATOMÉTRICO - -
Tem p o r f i n a l i d a d e d e t e r m i n a r as: p r o p r i e d a -
des c o q u e i f i c a n t e s de c a r v õ e s ou m i s t u r a s . Num tubo e s t r e i t o
e bem c a l i b r a d o c o l o c a - s e um l á p i s de c a r v ã o
,
pulverizado
moldado sob p r e s s ã o , s o b r e o q u a l s e c o l o c a uma h a s t e de aço
c a l i b r a d a . O c o n j u n t o é a q u e c i d o a uma v e l o c i d a d e c o n s t a n t e
d e f i n i d a e a l e i t u r a do deslocamento do p i s t ã o em f u n ç ã o
t e m p e r a t u r a p e r m i t e t r a ç a r uma c u r v a semi - s i n u s o i d a l
111.2.
CLASSIFICAÇÃO
da
.
PETROGRÁFICA
A c l a s s i f i c a ç ã o dto c a r v ã o p o r t i p o e c a r a c
t e r l s t i c a s p e t r o g r á f i c a s é b a s e a d a em d o i s métodos d i f e r e n t e s
dos q u a i s r e s u l t a m em t e r m i n o l o g i a s d i f e r e n c i a d a s , t o d a v i a ,
tem-se u s a d o uma aproximação mais c o r r e l a t a p o s s í v e l p a r a am
bas. A n a t u r e z a e
o p r o p ó s i t o do t r a b a l h o p e t r o g r á f i c o
e
rank do c a r v ã o s e r i a m d e t e r m i n a d o p e l o método a e s c o l h e r .
No p r i m e i r o método, p u b l i c a d o p o r uma o r g a
n i z a ç ã o c o n h e c i d a h á algumas d é c a d a s com THIESSEN BUREAU
OF
MINES, c o n s i s t e em que s e ç õ e s de c a r v ã o de d i v e r s a s e s p e s s u r a s em mgcrons s ã o examinadas m i c r o s c o p i c a m e n t e p e l a Transmiss ã o da Luz. 0 s micro-comp.onentes s ã o d e s i g n a d o s em termos de
s u a s o r i g e n s b o t â n i c a s e o c a r v ã o c l a s s i f i c a d o de a c o r d o com
os r e s t o s v e g e t a i s p r o v a v e l m e n t e v i s í v e i s . E s t u d o s com
s i s t e m a f o i t r a n s p o r t a d o p a r a um p o n t o onde f o i p o s s í v e l
e s t i m a t i v a do g r a u d e comportamento n a h i d r o g e n a ç ã o do
vão de modo a c u r a d o . O e x t e n s i v o t r a b a l h o demonstrou que
coque e a s p r o p r i e d a d e s d a f a b r i c a ç ã o dos s u b - p r o d u t o s
este
a
c ar
o
do
carvão poderiam s e r r e l a t a d a s q u a n t i t a t i v a m e n t e , mas comercial
mente, as a p l i c a ç õ e s não foram r e a l i z a d a s d e n t r o de uma r o t i n a
de p r o c e d ê n c i a a n a l í t i c a e p e l a f a l t a de i n t e r e s s e das s i d e r úr
g i c a s e s t i m u l a d a s p e l o p o t e n c i a l da o f e r t a i n f o r m a t i v a de a p li
cação em operações p r á t i c a s .
No segundo método, apresentado p o r Marie
C.
Stopes a um n í v e l maior de detalhamento em que i n t r o d u z i u
O
termo "maceral" , d e s c r i t o p a r a d e s i g n a r as s u b s t â n c i a s element a r e s do carvão no "Second I n t e r n a t i o n a l Congress f o r t h e
dy of t h e S t r a t i g r a p h y of Carboniferous Rocks".
S tu
Empregou-se
p r i ' n c i p i o s e t é c n i c a s adaptadas ao uso o r i g i n a r i a m e n t e metalog r a f i c a . A s u p e r f í c i e p o l i d a do carvão é examinada microscopicamente p e l a Luz R e f l e t i d a . Pequenas amostras r e p r e s e n t a t i v a s
são r o t i n e i r a m e n t e empregadas n a determinação do conteúdo
de
u n i d a d e , c i n z a e e n x o f r e . Por c o n t r a s t e , a maior p a r t e dos t e s
t e s n e s t e método na determinação d a q u a l i d a d e do coque r e q u e r
l a r g a r e p r e s e n t a t i v i d a d e amostra1 (50
2.000 lbs. ) ,
exce t o
em alguns t e s t e s de Plano de E s c a l a . Todavia, n a a t u a l i d a d e
os r e s u l t a d o s da a n á l i s e p e t r o g r á f i c a n e s t e método não s ã o
c e s s a r i a m e n t e f o r n e c i d o s rapidamente, quando somente poucos
,
ne-
e
xemplos s ã o e n v o l v i d o s .
O procedimento p e t r o g r á f i c o , s e r á t r a t a d o no
apêndice d e s s e t r a b a l h o .
TABELA 1
- CRITERIOS
PARA AS CLASSIFICA
COES COMERCIAIS DO CARVÃO
P A s~
~NDICE DE RANK
CAKING INDEX
COKING INDEX (IN
-
(ASSOCIAÇÃO DE
INCHAMENTO OU
DICE DE COQUEI-
FICAÇAO)
AGLX3MEwAO)
~élgica
Matéria Volátil
Alemda
a até ria Volátil
-
-
Aparência do bo
tão de coque
Holanda
atér ria Volát i1
-
Aparência do bo
tão de coque
França
Matéria Vol ;til
FSI
-
1tália
Matéria Volátil
FSI
-
~01Ônia
Matéria Volátil
Inglaterra
Matéria Volátil
USA
atér ria Volátil
-
fndice Roga
-
Gray-fing
e Poder Calori'
fico
Internacional
atér ria Volátil
FSIoufndiceRo
ga
Fonte : CSN/Diretoria de Matérias Primas
~ilatÔmetrode
Gray
-
King
11. Betuminoso
I. Antracito
CLASSE
alto volátil C
5.Carvão Betwninoso
4 .Carvão Betuminoso
alto volátil B
-
-
-
-
31
médio v o l á t i l
3.Carvão Betuminoso
31
-
22
14
8
22
8
2
-
2
-
baixo v o l ã t i 1
2. Carvão Betuminos o
-
14
a1t o v o l á t i l A
MENOR
MAIOR QUE - "QUE
IGUAL OU
f.) (%)
11500
10500
1300O
140O 0
13000
11500
1400O
-
-
-
-
-
-
MAIOR QUE
MENOR
n . f .)
PODER CALORfFIC0
Aglomerante
Aglomerante
Normalmente
Não Agl omerante
MEIRANTE
CARACTERfSTICA AGLO
I1 - CLASSIFICAÇÃO DE CARVÃO POR RANK (ASTM)
1.Carvão Betuminoso
2 .Antracito
3. Semiantracito
1.Me taan t r a c i t o
GRUPO
TABELA
-
-
2. Lignito B
-
6 300
-
-
1. Lignito A
9500
10500
MAIOR QUE
830 O
-
-
-
QUE
MAIOR QUE
IGUAL OU
-
A
Subbetu
B
Subbetu
C
Subbetu
-
MENOR
6 300
8300
95O0
10500
11500
QUE
MENOR
BTU/lb (m.m.m.f .)
(d.m.m. f . ) (%)
IGUAL OU
PODER CALOR~FICO
M A ~ ~ R IVOLATIL
A
-
1. Carvão
minoso
2. Carvão
minoso
3. Carvão
minoso
GRUPO
Fonte : CSN/Dire t o r i a de Matérias Primas
IV. Lignito
sO
I1I. Subbetwnino
-
CLASSE
Continuação d a Tabela I1
Aglomerante
NA0
Aglomerante
NA0
MERANTE
CARACTER~
STICA
AGLO
-
I
I
(%I
TIL (d.a.f .)
-
-
-
-
RIFICO SU-
MATERIA VOU
PODER CALO
(CLASS NUMBER)
I
TABELA I11
CLASSIFICACÃO
5 - 20
.
.
45
prop aglutinante
20-45
-
Forte prop aglutinante
4
&!lia
1 1/2-4
Baixa prop .aglutinante
1 - 2
Nenhuma prbp.aglutinante
ROGA.
I
-
-
-
50
-
-
50 - 140
O
O
tração
--
Apenas Concen
TEST (%DI
-
DILATOMER
I
-
-
G5 - G8
Gl- G4
E-G
B-D
KING (TIPO DO
ENSAIO GRAY-
PROPRIEDADE -CCQUEIFICANTE
INTERNACIONAL DOS CARVÕES
PROPRIEDADE AGLUTINAPJTE
-
I
D~GITO
F o n t e : C S N / D i r e t o r i a de
29 D ~ G I T O
SWUING
NUMBER
FREE
INDEX
ROGA
PROPRIEDADE AGLUT INANTE
(GROLP NljMBER)
atér rias P r i m a s
f )kcal/kg
.
RÍFIcOSUPERIOR(m. a.
TIL(d.a.f.)
(%I
PODER W O
-
MATÉRIA V O U
(CLASS NUMBER)
19
C m t i n u a ç ã o da T a b e l a 111: CLASSIFICAÇAO INTERNACIONAL DOS 'GARVOES
TEST (%DI
LATAGO)
DILATOMER
KING (TIPO DO
ENSAIO GRAY-
PROPRIEDADE COQUEIFICANTE
39 D~GITO
Fonte : CSN/Diretoria de Matérias Primas
carvão de piores propriedades
Excessiva(a s e r misturada com
Boa
misturada)
Wderada Ipreferivelmnte de s e r
priedades coqueificantes) .
adição a um carvão com boas pro-
Fraca (somente pode s e r usado em
adição a um carvão com excessivas propriedades coqueificantes)
P&re(somnte pode s e r usada em
Nenhuma
PROPRIEDADES
COQUEIFICANTES
--
- 50
O
> 140
50 - 140
O
>
Apenas Contração
Não h á Amole cimento
( % DILATAÇÃO)
TESTE DO DILATOMETRO
LABELA I V - PROPRIEDADES COQUEIFICANTES PARA EFEITO DA CLASSI
FICACKO INTERNACIONAL DOS CARVõES
E - G
B - D
COOUEI
ENSAIO GRAYKING(TIP0 DO
No desenvolvimento da i n d ú s t r i a em p a í s e s que
não possuem r e s e r v a s de carvão de qualidade s u p e r i o r , f o i
maior e n f a s e
dada
i m p o r t â n c i a de s u a p r e p a r a ç ã o . 0s o b j e t i v o s p r i n
-
c i p a i s d e s t e p r e p a r o p a r a a c o q u e i f i c a ç ã o visam os de
melhorar
as p r o p r i e d a d e s f í s i c a s e químicas do coque, e v i t a r danos
aos
q u a li
fornos d u r a n t e a d e s t i l a ç ã o , p e r m i t i r o uso de carvão de
dade i n f e r i o r e o b t e r o máximo de rendimento e e f i c i ê n c i a
da
operação dos f o r n o s .
c ar
Nas u s i n a s s i d e r ú r g i c a s , a s m i s t u r a s d e
vões são t e s t a d a s preliminarmente em f o r n o s de e n s a i o , n o s quais
as condições p r e v a l e c e n t e s numa c o q u e r i a i n d u s t r i a l s ã o bem
proximadas. Uma das p a r e d e s do forno é f i x a e a o u t r a é
da s o b r e r o l o s de modo a poder s e r movimentada, muito
a
montaembora
na r e a l i d a d e , a p a r e d e não s e mexa durante o p r o c e s s o de coquei
f i c a ç ã o . Ao i n v é s d i s s o , a p r e s s ã o e x e r c i d a na p a r e d e do
forno
é t r a n s m i t i d a p o r meio de a l a v a n c a s p a r a uma b a l a n ç a de p l a t a forma, E s t e s i s t e m a dá a i n d i c a ç ã o da t e n d ê n c i a de
inchamento
ou expansão do carvão.
O uso f o s f o r n o s de coque r e d u z i d a p a r a v e ri
f i c a ç ã o do comportamento das m i s t u r a s , d e s t a c a - s e o f o r n o Koppers,
de parede móvel e o da Bethlehem S t e e l . E s t e s f o r n o s experiment a i s desenvolvidos p a r a d e t e r m i n a r a s c a r a c t e r í s t i c a s de
expan
s ã o das m i s t u r a s de carvões s ã o também usados p a r a d e t e r m i n a r
o e f e i t o da exposição
2 s i n t e p é r i e s , do g r a d i e n t e de c o q u e i f-i
cação ou da t e m p e r a t u r a na q u a l i d a d e do coque e os r e s u l t a d o s
d a densidade da c a r g a n a s c a r a c t e r í s t i c a s do p r o d u t o , no
tem
-
po de c o q u e i f i c a ç ã o , e t c .
A p r i n c i p a l e x i g ê n c i a que s e f a z ao carvão
é a uniformidade das s u a s c a r a c t e r í s t i c a s , como o t e o r de umidade, m a t é r i a s v o l á t e i s , c i n z a , e n x o f r e , g r a n u l o m e t r i a e p l a s
t i c i d a d e . O que realmente s e d e s e j a numa c o q u e r i a é
produzir
um coque que atenda as e s p e c i f i c a ç õ e s do A l t o Forno e , a
con
-
secução de um ponto mais d i f í c i l que é o da p r e v i s ã o de q u a li
dade do coque r e f e r e n t e a s u a r e s i s t ê n c i a mecânica.
O s d i f e r e n t e s t i p o s de c a r v ã o ,
apresentam
v a r i a ç õ e s marcantes em s u a s c a r a c t e r í s t i c a s de c o q u e i f i c a ç ã o ;
alguns carvões s e expandem, o u t r o s não sofrem modificações
e
a i n d a há uns que s e contraem. A t a b e l a I V demonstrou que
a
m i s t u r a de c a r v õ e s pode t e r um dos c o n s t i t u i n t e s de b a i x o
d e r c o q u e i f i c a n t e c o n t a n t o que o u t r o s c o n s t i t u i n t e s elevem
poder c o q u e i f i c a n t e glob a1
pg
o
.
A c a r a c t e r í s t i c a da p l a s t i c i d a d e a p r e s e n t a
quando o carvão é aquecido na a u s ê n c i a do a r , acima de 3 S O ? C ,
começa amolecer a medida que a t e m p e r a t u r a aumenta, o
carvão
r e s u l t a em massa p l á s t i c a r e l a t i v a m e n t e f l u í d a , com o d e s p r e endimento de gases e vapores condensáveis. As b o l h a s de
r e t i d a s n a massa p l á s t i c a ,
5 medida que s e expandem,
gás
tendem
a d i s t e n d ê - l a . No carvão com a l t o t e o r de v o l a t i l i d a d e os
s e s escapam rapidamente o carvão não s e expande, podendo
contrair-se.
ga
até
~á o i n v e r s o acontece aos carvões de b a i x a v o l a -
t i l i d a d e , c u j a massa p l á s t i c a é mais v i s c o s a e os gases não e s
capam t ã o rapidamente e ao s e expandirem o volume da m i s t u r a ;
o carvão gradualmente s e s o l i d i f i c a na e s t r u t u r a c e l u l a r c a r ac
t e r i s t i c a do coque.
P a r a medir a p l a s t i c i d a d e , emprega-se
O
p l a s tÔmetro de G i e s e l e r no q u a l uma amostra de 4 , 2 g r de carvão
b r a-
mordo 6 a q u e c i d a a v e l o c i d a d e c o n s t a n t e . A r o t a ç ã o de um
ço com 4 h a s t e s , d u r a n t e a f a s e p l á s t i c a do carvão 6 r e g i s t r a da em função da t e m p e r a t u r a . O t e s t e de p l a s t i c i d a d e de Gieseler
t e n d e r á s e r s u b s t i t u í d o p e l o í n d i c e de expansão do c a d i n h o ,
sado p a r a o s i s t e m a de C l a s s i f i c a ç ã o I n t e r n a c i o n a l do
u
Carvão
recomendado p e l a ONU, t o d a v i a 6 de grande v a l i d a d e n a determinação do grau de oxidação do c a r v ã o , sendo Ú t i l também n a
p re
v i s ã o da e s t a b i l i d a d e do coque.
A s e s p e c i f i c a ç õ e s da t e m p e r a t u r a de
fusão
de c i n z a s e de t e o r de â l c a l i s visam a p r e s e r v a r a v i d a dos r ef r a t á r i o s de f o r n o s do coque. A s e s p e c i f i c a ç õ e s granulome t r i c a
de f i n o s da m i s t u r a s ã o c o l o c a d a s com o o b j e t i v o de e v i t a r uma
percentagem demasiada de f i n o s n a m i s t u r a do carvão. Observous e que s e o t e o r de f i n o s (-100 Mesh), p a s s a r s u b s t a n c i a l m e n t e
de 1 0 % h a v e r á um a r r a s t e p a r a os tubos de ascenção causando pro
b lemas o p e r a c i o n a i s , diminuindo a p r o d u t i v i d a d e dos f o r n o s .
As e s p e c i f i c a ç õ e s de c i n z a e enxofre
são
colocadas com o o b j e t i v o de que o coque produzido contenha c i n
za e e n x o f r e dos l i m i t e s t o l e r á v e i s 5 operação do A l t o Forno.
Outro e n s a i o de i m p o r t â n c i a pe o da determi
nação da c u r v a de d i l a t a ç ã o ; é f e i t a segundo norma recomendada
p e l a ONU, a t r a v é s do d i l a t õ m e t r o da Arnu.
Em g e r a l pode-se d i z e r que a Densidade Bru
t a (Bulk Density)do c a r v ã o , quando maior aumenta a produção de
coque e dos produtos de d i s t i l a ç ã o com m e l h o r i a s n a q u a l i d a d e
do coque f a b r i c a d o . A Densidade Bruta é o peso p o r metro c ú b-i
co do carvão carregado no f o r n o de coque. Normalmente
e n t r e 600 Kg/m3
e 800 Kg/m3.
varia
Aumento n a densidade r e p r e s e n t a
aumento do peso do carvão c o q u e i f i c a d o ; em operação normal, os
varia
p r i n c i p a i s f a t o r e s que afetam a densidade b r u t a s ã o as
i
ções da umidade do carvão e a g r a n u l o m e t r i a do carvão p u l v e rzado. Outros f a t o r e s de menor i m p o r t â n c i a s e r i a m o peso
espe
-
c í f i c o do c a r v ã o , a forma das p a r t í c u l a s e as condições de s u
p e r f í c i e das mesmas. O carvão seco tem densidade b r u t a
k
e l e v a d a ; a medida que a umidade aumenta, a densidade
d e c r e s c e uniformemente, ocorrendo
mais
bruta
um mínimo e n t r e 5 e 9 % de
umidade. A a d i ç ã o de Óleo ao carvão c o n t r o l a e s t a p r o p r i e d a d e
diminuindo a densidade b r u t a do carvão s e c o e aumentando
no
Úmido.
O método de a n á l i s e p e t r o g r á f i c a tem
sido
Ú t i l na p r e v i s ã o da q u a l i d a d e de um c a r v ã o , comumente emprega
do nos Estados Unidos e Europa e recentemente d i f u n d i d o .
Ao
examinar-se ao microscópio uma s e ç ã o de c a r v ã o , poder-se-á t e r
em função do rank médio e do b a l a n ç o r e a t i v o / i n e r t e como
'fAnthraxylon" e f u s i n i t e ; uma i d é i a do comportamento do
O
c ar
vão nos f o r n o s de coque.
Observa-se que os carvões c o q u e i f i c á v e i s ,
apresentam percentagem d e carbono na v i t r i n i t e e n t r e 7 7
9 l % , de m a t é r i a v o l á t i l 8 a 4 2 % (seco, i s e n t o de c i n z a s ) ,
d e r c a l o r í f i c o ( i s e n t o de c i n z a s ) de 7.000 a 8.650 Kcal/kg
a
pg
e
poder r e f l e t o r da v i t r i n i t e e n t r e 2 . 5 e 0 . 5 .
1V.l.
ESPECIFICAÇÃO PARA A COMPRA DE CARVÕES
A maior p a r t e dos carvões que servem a s noss a s s i d e r ú r g i c a s , tem s i d o o do t i p o importado, os q u a i s
e xi
bem e x c e l e n t e s c a r a c t e r í s t i c a s e mes.mo em m i s t u r a com o carvão
b r a s i l e i r o , obtém-se coque de boa qual idade. A s e s p e c i f i c a ç õ e s
do t i p o importado t a l como s ã o enviado por s e u s f o r n e c e d o r e s ,
em
originais
em i n g l e s , cumpre as s e g u i n t e s f i n a -
lidades;;
- - a i d e n t i f i c a ç ã o do carvão
a . Origem
pelo
nome da mina, camada, d i s t r i t o , e s t a d o , e t c .
Tamanho e ~ n á l i s e~ r a n u l o m é t r i c ab. -
l i m -i
t a ç ã o de g r a n u l o m e t r i a , no s e n t i d o de r e d u z i r a um mínimo
os
f i n o s de carvão. E s t a e s p e c i f i c a ç ã o p a r a os t i p o s médio e
b a-i
xo v o l á t e i s s ã o mais t o l e r a n t e s , uma vez que s e t r a t a de
c ar
vões mais f r i á v e i s .
c. ~ n á l i s e- ao s e f i x a r o máximo de umidad e , s e p r e t e n d e u r e d u z i r as despesas de t r a n s p o r t e s ; os máxi
-
mos de enxofre e c i n z a , p o r convkniência m e t a l ú r g i c a n a d i l u i ção dos e f e i t o s em m i s t u r a com o carvão n a c i o n a l .
d. Impurezas - Item g e n e r a l i z a d o , p a r a pos
v
s i b i l i d a d e de r e s c i s ã o de c o n t r a t o de f o r n e c i m e n t o s ,
quando
comprovadaa e x i s t ê n c i a de m a t e r i a i s no carvão que prejudiquem
a alvenaria, coqueria e a l t o s fornos.
Uniformidade
- - baseado em a n á l i s e s
e. p r o c e s s o de a v a l i a ç ã o técnico-econômica, a s e x i g ê n c i a s
num
são
jus t i f i c a d a s quando a uniformidade dos carvões asseguram
a
uniformidade do coque produzido.
A t a b e l a V exibe como exemplo, c l á u s u l a s de
c o n t r a t o de compra em d o i s carvões importados.
A t a b e l a VI mostra a s c a r a c t e r í s t i c a s
mé
d i a s de carvões ~ o . ~ u e i f i c á v e à
i s d i s p o s i ç ã o das u s i n a s s i d e rÚrgicas b r a s i l e i r a s
.
A t a b e l a VI1 a p r e s e n t a os carvões usados
n e s t e modelo.
TABELA V - ESPEC'IFICAÇÃO
DO CONTRATO DE
COMPRA DE CARVÕES
CARVÃO ATMV A
M a t é - r i a V o l á t i l (%)
C i n z a (%)
--
Umidade ( % j
E n x o f r e (%)
T e m p e r a t u r a de f u s ã o
das c i n z a s
-
FSI
Granulometria
F o n t e : C S N / D i r e t o r i a de atér rias P r i m a s
CARVÃO BTMV B
l-i
Ln
M
L n C C
M O h l
O
M
;S;
00
G L n O
I
b
",
v)
00
"
7
M
M
N
l
M
d
E7)
l
~
M
M
t
M
-
l
M
d
M
O
O
O
O
%
n
7
L
n
r! o1.
O
,
O', c?, Oon
0 l - i L n 0 0 0 0 ~ 0
,
O
I
e-
O
,
O
l-i
Continuação da Tabela VI
7
-PROCEDENCIA
I
- CARACTERISTICAS MI?DIAS
DE CARVÕES COQUEIFICANTES
A DISPOSICÃO DAS USINAS SIDER~RGICASNACIONAIS
CINZA
UM1 DADE
DE' ALTO TEOR E
7, O
10 ,o
10,5
7 ,o
770
7 .o
BRASIL
ENXOFRE
M.V.
I
FSI
PROCEDÊNCIA
CINZA
UMIDADE
I
ENXOFRE
%
I
-
9,O
9,O
FSI
8,O
-
%
8,0
6,O
VOLATIL
O ,80
16
8,0
-
8,0
I
CARVÕES DE BAIXO TEOR EM MATERIA
4,5
0,88
2O
5,O
-
19
490
1,O0
21
6,O
3 ,O - 6 ,O
O ,65
22
17
7 ,O
5 ,O
O ,65
20,7
6,5
870
1 0 ,O
O ,45
-
7,O
9,O
8 ,O
7 ,O
21
-
8,5
11,O
O ,40
5,O
7 ,O,
-
11,0
-
%
10,O
1 0 ,O
5,O
%
A DI SPOSICÃO DAS USINAS S I D E R ~ ~ G I C ANACIONAIS
S
I
-A
AUSTRAL I A
ESTADOS UNIDOS
-
-
-
F o n t e : C S N / D i r e t o r i a de M a t é r i a s P r i m a s
TECNOLOGIA DA COQUEIFICAÇÃO
Ao P r o c e s s o de C o q u e i f i c a ç ã o ou C a r b o n i z a ç ã o ,
como r e s u l t a d o da d e s t i l a ç ã o d e s t r u t i v a do c a r v ã o n a
ausência
do a r , em p r o d u t o d e e l e v a d o t e o r de carbono f i x o , l e v a - s e
a
p e n s a r que o coque quimicamente f a l a n d o , p o d e r i a s e r c o n s i d e r a do como forma c o m e r c i a l impura de carbono s ó l i d o . T o d a v i a ,
é somente p e l o emprego m e t a l ú r g i c o como f o n t e de c a r b o n o ,
comb6sti'vel e a g e n t e r e d u t o r , mas p e l a s p r o p r i e d a d e s
não
OU
físicas
e q u í m i c a s não p o s s u í d a s p o r nenhuma o u t r a forma de c a r b o n o .
Moderadamente, i n o v a ç õ e s t e c n o l ó g i c a s surgem
n a f a b r i c a ç ã o do coque m e t a l Ú r g i c o , numa t e n d ê n c i a cada vez mais
complexa, e x i g i n d o sempre maiores i n v e s t i m e n t o s em p e s q u i s a s
e
e x p e r i m e n t a ç õ e s r e s u l t a n d o numa s é r i e de f a t o r e s , como p o r exem
p l o , o s u r g i m e n t o de a l t o s f o r n o s com maior capacGdade de
prg
dução que n e c e s s i t a m de coque com melhor q u a l i d a d e ; d i f i c u l d a d e
u
de c a r v õ e s c o q u e i f i c á v e i s ; maior p r o d u t i v i d a d e ; modernização s c e d â n i a dos e q u i p a m e n t o s ; problemas de c o n t r o l e
5
poluição; e t c .
Enfocamos n e s s e e s t u d o , a t e c n o l o g i a predominantemente u t i l i z á v e l n a a t u a l i d a d e , sem a l u d i r m o s a a n á l i s e s r e t r o a t i v a s ou
t ec
n i c a s avançadas.
O coque m e t a l ú r g i c o é f a b r i c a d o em d o i s
ti
-
pos de f o r n o s : f o r n o s t i p o "Colmeia" e a t é c n i c a "By - p r o d u c t s
p r o c e s s " , o u s e j a , a f a b r i c a ç ã o do coque com r e c u p e r a ç ã o
dos
sub-produtos.
Qualquer dos d o i s p o d e r á f o r n e c e r coque d e b o a
q u a l i d a d e . T o d a v i a , o f o r n o t i p o c o l m e i a tem a
desvantagem
A
-
d e d e s p e r d i ç a r os v a l i o s o s s u b - p r o d u t o s da c o q u e i f i c a ç ã o .
t u a l m e n t e , o p r o c e s s o c o l m e i a tem b a i x o p e r c e n t u a l de
u t i li
zação e s ã o empregados em i n s t a l a ç õ e s de b a i x o c u s t o ,
para
u s o de e m e r g ê n c i a , e / o u como c a p a c i d a d e a u x i l i a r .
q u e a t é c n i c a "By-products",
Enquanto
além do a p r o v e i t a m e n t o dos
sub
p r o d u t o s , p e r m i t e uma maior f l e x i b i l i d a d e no manuseio de c ar
vões de q u a l i d a d e i n f e r i o r e c o n t r o l e d a s p r o p r i e d a d e s
do
coque.
c
0 s compostos o r g â n i c o s complexos que
f or
mam a s u b s t â n c i a c a r b o n o s a , decompõem-se em e t a p a s e s e v o l a
t i l i z a m em m u i t a s v a r i e d a d e s de compostos, p r o d u z i n d o - s e
di
f e r e n t e s g a s e s n a s d i f e r e n t e s e t a p a s d a p i r ó l i s e . O s compost o s v o l a t i l i z a d o s vão desde o s g a s e s s i m p l e s t a i s como: C0 ,
C02, H 2 0 , H2, H2S e NH3 a t é v á r i o s h i d r o c a r b o n e t o s complexos
e o u t r o s compostos o r g â n i c o s , contendo a l g u n s d e l e s n i t r ô g e n i o e enxofre.
D u r a n t e a decomposição a massa d e
carvão
s e funde e s e t o r n a p l á s t i c a . Ao mesmo tempo que i n c h a e
se
e x p a n d e , ao c o m p l e t a r a c o q u e i f i c a ç ã o a massa s e s o l i d i f i c a
l e n t a m e n t e . A f u s ã o , inchamento e s o l i d i f i c a ç ã o determinam a
e s t r u t u r a do coque. ~ambéma s d i f e r e n ç a s no comportamento de
c a r v õ e s de v á r i o s t i p o s d u r a n t e a s s u c e s s i v a s e t a p a s e x p l i c a
as importantes d i f e r e n t e s e s t r u t u r a s e a s propriedades
coque r e s u l t a n t e .
do
.
V. 1 APROVE ITAMENTO
O r e c e b i m e n t o e e f i c i ê n c i a da d e s c a r g a
do
c a r v ã o numa c o q u e r i a v a i depender do t i p o de equipamento d i s p o
,
n í v e l . O c a r v ã o , é e s t o c a d o , s e p a r a d a m e n t e conforme o t i p o
c o n s t i t u i n d o - s e em r e s e r v a no c a s o de i n t e r r u p ç ã o do f o r n e c i mento. Ao c a r v ã o e s t o c a d o pode a d v i r d e s p e s a s a d i c i o n a i s , como
p o r exemplo, o manuseio s u p l e m e n t a r motivado p e l a c o l o c a ç ã o
e
r e t i r a d a do e s t o q u e n a s p i l h a s e p e l a n a t u r a l d e t e r i o r a ç ã o que
s o f r e o c a r v ã o quando e s t o c a d o . O c a r v ã o , n a p r e s e n ç a do
ar
a t m o s f é r i c o t e n d e a o x i d a r , mais o u menos f o r t e m e n t e , dependen
do do t i p o . Ao e x p o r - s e , a t e m p e r a t u r a onde s e e l e v a r t r a n s f o r
mando num p r o c e s s o c o n t í n u o e , a c e l e r a r a o x i d a ç ã o
(:ocorrendo
uma i g n i ç ã o d a p i l h a de c a r v ã o . Ainda que n ã o o c o r r a a combus-
,
t ã o e s p o n t â n e a , a s p r o p r i e d a d e s do c a r v ã o s ã o p r e j u d i c a d a s
s e u p o d e r c o q u e i f i c a n t e ou c a l o r í f i c o d i m i n u i , t e n d e a d e s c a r r e g a r - s e e a q u a l i d a d e do coque é g r a d u a l m e n t e r e d u z i d a ,
além
de s e t e r a i n c a n s t â n c i a n a s c a r a c t e r í s t i c a s num mesmo t i p o de
carvão
.
I! observado a i m p o r t â n c i a econômica da
ne
-
c e s s i d a d e do d e s c a r r e g a m e n t o r á p i d o nos n a v i o s com o b j e t i v o de
s e e v i t a r a c r é s c i m o em d e s p e s a s de e s t a d i a n o s p o r t o s . O tempo
de e s t o c a g e m n o s p á t i o s d a s u s i n a s v a r i a u s u a l m e n t e em meses.
O c a r v ã o é r e t i r a d o da p i l h a , p u l v e r i z a d o
e e s t o c a d o s e p a r a d a m e n t e em s i l o s
s a í d a dos q u a i s
estão
i n s t a l a d o s d i s p o s i t i v o s que p e r m i t e r e g u l a r a s a í d a do carvão
conforme s u a p a r t i c i p a ç ã o na m i s t u r a . A r e t i r a d a da
pilha
depende do equipamento e obedece a c e r t a s t é c n i c a s .
A p u l v e r i z a ç ã o é um dos p o n t o s v i t a i s
do
processo. E é f e i t o por b r i t a d o r e s t i p o "Impeller-breacker",
máquinas de c o n t r o l e h i d r á u l i c o o que p e r m i t e o a j u s t e g r a n u
l o m é t r i c o do c a r v ã o p a r a bem próximo ao e s p e c i f i c a d o .
Para
c a r v õ e s mais ou menos f r i á v e i s é n e c e s s á r i o um a j u s t e adequa
do ao b r i t a d o r .
Dada a i m p o r t â n c i a da p u l v e r i z a ç ã o dos car
e
v õ e s , vem a merecer e s t u d o s s o b r e a a p l i c a ç ã o d a b r i t a g e m s letiva.
O s e f e i t o s r e s u l t a n t e s da p u l v e r i z a ç ã o
casionam n a B u l k - d e n s i t y
o
( p e s o / u n i d a d e de volume), o que s i &
n i f i c a peso do c a r v ã o que s e r á l e v a d o ao i n t e r i o r do f o r n o ,
tendo i m p o r t a n t e c o r r e l a c i o n a m e n t o com a o p e r a ç ã o dos f o r n o s
de coque e n a p r e s s ã o d e s e n v o l v i d a p e l o s c a r v õ e s d u r a n t e
a
coqueificação.
O v a l o r a d o t a d o normalmente p a r a a p u l v e -
r i z a ç ã o dos c a r v õ e s 6 d e c e r c a d e 8 0 % i n f e r i o r a 3 mm.
BATERIAS DE FORNOS
-
Ao c o n j u n t o de f o r n o s d i s p o s t o s em
denomina-se d e b a t e r i a e c a d a f o r n o e s t á i n t e r c a l a d o
série
Por
uma p a r e d e de a q u e c i m e n t o , de forma a g a r a n t i r economia de ca
s-i
l o r , e s p a ç o e u n i f o r m i d a d e d e t e m p e r a t u r a . C o n s t r u í d o s de
l i c a e s í l i c a - a l u m i n o s o s e possuem f o r m a t o e s t r e i t o , comprido
e relativamente a l t o .
A
A c a r a c t e r i z a ç ã o do f o r m a t o dos f o r n o s
e
d e v i d o ao aquecimento l a t e r a l do c a r v ã o que em c o n t a t o qom
p a r e d e do f o r n o , s o f r e e l e v a ç ã o r á p i d a de t e m p e r a t u r a do
a
que
,
a p a r t e da m i s t u r a s i t u a d a n o e i x o c e n t r a l , formando a s s i m
v á r i a s camadas d i f e r e n t e s que c o r r e s p o n d e a d i f e r e n t e s e s t ã gi
o s no p r o c e s s o de c o q u e i f i c a ç ã o . J u n t o à p a r e d e do f o r n o , d e s
prendem-se i n i c i a l m e n t e água e a s e g u i r , o diÓxido de c a r b o n o .
A e t a p a s e g u i n t e é chamada decomposição química d a s s u b s t â n
-
c i a s do c a r v ã o , terminando quando e s t e e n t r a em e s t a d o p l á s ti
co a t é u n s 5 5 0 0 C, em que o a l c a t r ã o é o p r i n c i p a l p r o d u t o vo
l a t i z a d o , a p e s a r de que a p e r d a dos v o l á t e i s t e r s i d o o b s e r v a
da a b a i x o de 3 0 0 9 C . E n t ã o , a zona p l á s t i c a n o c e n t r o do
.
no v a i diminuindo a t é d e s a p a r e c e r comple%amente D u r a n t e
p e r í o d o p l á s t i c o , o coque j á formado n a v i z i n h a n ç a d a s
des do f o r n o s o f r e um s u p e r a q u e c i m e n t o , p a r a r e d u z i r o
f or
O
pare-
tem
po d e s s e s u p e r a q u e c i m e n t o , d i m i n u i - s e o e s p a ç o a s e r percor.r i d o p e l o g r a d i e n t e d e t e m p e r a t u r a , j u s t i f i c a n d o d e s t a maneir a , o f o r m a t o como é c o n s t r u T d o os f o r n o s de coque.
A s câmaras de c o q u e i f i c a ç ã o s ão c a r r e g a d a s
e d e s e n f o r n a d a s numa s e q u ê n c i a e , s e a s s i m não fossem h a v e r i a
uma queda de t e m p e r a t u r a n a p a r e d e i n t e r m e d i á r i a de c a d a f o r n o , causando danos ao r e f r a t á r i o e d e s u n i f o r m i d a d e de a q u e c i mento.
P a r a a o p e r a ç ã o de b a t e r i a s ã o u t i l i z a d a s :
~ á q u i n ade E n f o r n a r que s e locomove s o b r e t r i l h o s n o t o p o
da
b a t e r i a com o r i f í c i o tampa d e f e r r o f u n d i d o ; Máquina D e s e n f or
madora, que s e locomove s o b r e os t r i l h o s ao n í v e l do s o l o
e
p o s s u e um êmbolo p a r a d e s e n f o r n a r o c o q u e , uma b a r r a n i v e l a d o
r a p a r a n i v e l a r . O c a r v ã o é c a r r e g a d o num e x t r a t o r que r e t i r a
e c o l o c a a s p o r t a s dos f o r n o s no l a d o d e s t a máquina d e s e n f o r c a d o r a , chamada de Lado da D e s e n f o r c a d o r a . Ainda, uma
outra
máquina chamada de P o r t a s que s e locomove s o b r e t r i l h o s
numa
p l a t a f o r m a n o l a d o mais l a r g o dos f o r n o s , chamado de Lado
Coque, p o s s u i n d o a i n d a e s t a máquina, um e x t r a t o r de p o r t a s
do
e
um g u i a de coque. F i n a l m e n t e , o Vagão d e Apagamento, que r e c e
be o coque i n c a n d e s c e n t e , l e v a - o à e s t a ç ã o de apagamento e
o
t r a z a rampa de d e s c a r g a .
V.4.
COQUE
Após o c a r v ã o s e r c a r r e g a d o ao f o r n o e des
t i l a d o , num tempo v a r i a v e l m e n t e i n f e r i o r a 24 h o r a s , em ausên
c i a do a r , obtém-se um r e s í d u o , p o r o s o , duro e c a r b o n o s o ,
co
-
mo p r o d u t o r e s u l t a n t e que é o coque. E s t e coque é t r a n s p o r t a do a o s s i l o s dos a l t o s f o r n o s p o r um s i s t e m a que ao mesmo tem
po o b r i t a e seleciona granulometricamente.
O rendimento t í p i c o de uma t o n e l a d a
p r o c e s s o By-products é normalmente o s e g u i n t e :
pelo
Coque
................................. 6 3 5 , 6
Kg
Gás do f o r n o de c o q u e i f i c a ç ã o
......... 311.520 m 3
S u l f a t o de amônia ..................... 1 1 , 3 5 Kg
A l c a t r ã o .............................. 37,85 Kg
b i e o s l e v e s ........................... 1 1 , 3 6 1
Valor c a l o r í f i c o : 4 . 8 9 5
kcal/m 3
O s sub-produtos, coletados pelas
Uriidades
( p r o d u t o s carboqu?micos) , tem
vá
-
r i o s usos e c o n s t i t u e m em " i n p u t " p a r a o u t r a s i n d ú s t r i a s .
P ar
t e d e s t e s g a s e s também vão s e r v i r p a r a o aquecimento dos
f or
r e c u p e r a ç ã o de s u b - p r o d u t o s
nos de coque, ou a c e a r i a s como c o m b u s t í v e l .
O coque s i d e r ú r g i c o deve r e s i s t i r
5s d i v e r -
s a s s o l i c i t a ç õ e s a que é e x p o s t o desde s u a f a b r i c a ç ã o a t é
a
queima no i n t e r i o n do a l t o f o r n o , deve t e r p r o p r i e d a d e s mecâni
tas
-
e l e v a d a s a f i m de r e s i s t i r
a s quedas s u c e s s i v a s d e v i d a s ,
2s p r e s s õ e s do d e s e n f o r n a m e n t o ,
2s mudanças de c o r r e i a s t r a n s p or
t a d o r a s e a o a t r i t o dos p e d a ç o s e n t r e s i d u r a n t e o manuseio
e
transporte.
O coque e x e r c e t r ê s funções v i t a i s n o
alto
forno :
1. ~ o m b u s t í v e l
2 . Gerador d e gás r e d u t o r ou age d i r e t a m e n t e n a redução; e
3 . Assegura e l e v a d a p e r m e a b i l i d a d e
solu-
ç& de c a r g a .
Ao p a p e l de c o m b u s t ~ v e le como r e d u t o r , s e u
p o d e r c a l o r i ' f i c o e t e o r de carbono devem s e r e l e v a d o s ; p a r a
r e s i s t i r a o p ê s o da c o l u n a de c a r g a deve a p r e s e n t a r
grande
r e s i s t ê n c i a ao esmagamento.
O s e n s a i o s i n d u s t r i a i s do coque s ã o
prin
c i p a l m e n t e d i n â m i c o s : de a b r a ç ã o , de q u e d a , e de tambor
ro
tativo.
ENSAIOS DE ABRASAO
O mais conhecido é da máquina de Wolf.
O
coque 6 c o l o c a d o numa c a i x a de 1 / 3 de metro c ú b i c o de capac i d a d e com a 1 t u r a d e 1.200 mm e uma s e ç ã o de 530 x 530
que s e e s t r e i t a l i g e i r a m e n t e p a r a b a i x o . Submetido
mm
5 pres
.-
s ã o v e r t i c a l de 2 ~ ~ / c me'x e r c i d a por um p i s t ã o , é f o r ç a d o
a p a s s a r p o r um fundo c o n s t i t u T d o de d u a s p a r t e s a r t i c u l a r
d a s , m a n t i d a s p o r c o n t r a p e s o s . Sob p r e s s ã o do p i s t ã o n a p at e s u p e r i o r , p a r t e do coque s e e s m i g a l h a a n t e s de
escapar
a t r a v é s do fundo. O m a t e r i a l é p e s s a d o em p e n e i r a s com
r o s redondos de 30 mm de d i â m e t r o . A porcentagem que
fu
passa
p e l a p e n e i r a r e p r e s e n t a o d e s g a s t e sob p r e s s ã o ; q u a n t o
me
n o r e s s e p e r c e n t u a l mais r e s i s t e n t e 6 o coque.
ENSAIOS
-
DE QUEDA
Nos E s t a d o s Unidos é u t i l i z a d o o
S h a t t e r , d e e s p e c i f i c a ç ã o ASTM D - 1 4 1 .
Colhe-se uma
de 50 3.bs d e coque em p e d a ç o s m a i o r e s de 2 " .
É
ensaio
amostra
carregado
num r e c i p i e n t e d e s e ç ã o r e t a n g u l a r e c u j o fundo s e a b r e b r u s
camente. A c a i x a é e l e v a d a a uma a l t u r a d e 6 p é s . E n t ã o ,
o
coque c a i s o b r e uma p l a c a de f e r r o f u n d i d o . Repete-se
esse
procedimento p o r q u a t r o v e z e s , a s e g u i r o coque p e n e i r a d o em
malhas q u a d r a d a s de 2 " , 1 1 / 2 " 1" e L / 2 " .
A percentagem
r e ti
d a na p e n e i r a de 2" é o h d i c e de r e s i s t ê n c i a ( S h a t t e r I n d e x ) .
ENSAIOS DE TAMBOR (Tumbler t e st)
C o n s i s t e em um tambor de chapa com 6
mm
de e s p e s s u r a , 36" de d i â m e t r o e 18" de comprimento i n t e r n o ,
com d u a s c a n t o n e i r a s de 2" x 2" x 1 / 2 "
s o l d a d a s internamen-
t e a 1809 C uma da o u t r a .
Coloca-se uma m i s t u r a de 2 2 l b s de p a d a
-
ç o s de coque e n t r e 2" e 3" e f a z o tambor g i r a r 1400 r o t a ções
v e l o c i d a d e de 2 4 rpm, f a z e n d o - s e em s e g u i d a a d e t e r -
minação dos p e r c e n t u a i s r e t i d o s em p e n e i r a s de 1 / 4 "
1".
O p e r c e n t u a l r e t i d o n a p e n e i r a de 1"
designado como h d i c e de e s t a b i l i d a d e e em 1 / 4 "
hdice
a
e
de
Dureza do coque. O h d i c e de e s t a b i l i d a d e é o p r e f e r i d o com
i n d ? c a t i v o da q u a l i d a d e do coque.
O coque como p r o d u t o , deve p o s s u i r em t e r
mos d e a n á l i s e i m e d i a t a , um a l t o t e o r de carbono f i x o e
um
b a i x o t e o r d e m a t é r i a ( c i n z a ) . Em t a i s c o n d i ç õ e s , a m i s t u r a
a l i m e n t a d o r a d a s b a t e r i a s deve manter a r e l a ç ã o carbono
f -i
x o / c i n z a mais a l t a p o s s í v e l , uma vez que o p r o c e s s o de d e s t i l a ç ã o c o n c e n t r a no coque o carbono f i ~ oe c i n z a .
As f a i x a s de e s p e c i f i c a ç ã o nos coques meta
lúrgicos
I,
são aproximadamente a s s e g u i n t e s :
Carbono f i x o
86% mínimo
2 % máximo
Umidade
atér ria v o l á t i l
Cinzas
1,5 % máximo
1 0 % máximo
~nxÔfre
0 , 8 % máximo
Tamanho mêdio
3"
45 - 4 9 %
Poros idade
Ensaio Tambor ASTM
- í n d i c e de e s t a b i l i d a d e
55%
(percentagem r e t i d a na p e n e i r a de 1,06")
- í n d i c e de dureza
68%
(percentagem r e t i d a na p e n e i r a de 0 ,265")
Ensaio S h a t t e r ASTM
(percentagem r e t i d a em p e n e i r a de 2")
Densidade a p a r e n t e
72 - 78%
1 ,O
Ainda de ( 2 ) apresentamos a a n á l i s e t í p i c a
dos coques b r a s i l e i r o s :
TABELA V I 1 1
-
- PROPRIEDADES DOS COQUES
BRASILEIROS
-
USINAS
C S N
USIMINAS
Umidade
1,7
atér ria v o l á t i l %
0,84
- 2,l
- 1,73
- 86,l
Carbono f i x o %
83,9
Cinza %
13,O
- 14,2
~ n x Ô f r e%
0,69
- 0,80
Fator de Estabilidade
( S h a t t e r tes t 1/4")
F a t o r de dureza %
( S h a t t e r tes t 1")
Porosidade %
Peso ~ s ~ e c í f i c o
aparente
COSIPA
DESENVOLVIMENTO DO MODELO
-
Os problemas econômicos s u s c e ti'veis de ex
p r e s s a r - s e matematicamente em forma de Programação
s ã o inúmeros e v a r i a d o s , referem-se
Linear
distribuição eficiente
de r e c u r s o s l i m i t a d o s e n t r e a t i v i d a d e s c o m p e t i t i v a s com
a
f i n a l i d a d e de a t e n d e r um determinado ob j e t i v o , no c a s o , a m-i
nimização de c u s t o s
.
E s t e o b j e t i v o s e r á e x p r e s s o por uma
ção l i n e a r
q u a l dá-se o nome de Função O b j e t i v o ou
fun
Função
Econômica de minimização de c u s t o s .
que s a t i s f a ç a t o d a s a s l i m i t a ç õ e s t e c n o l ó g i c a s , sem excedê las.
C . X . s i g n i f i c a o c u s t o da a t i v i d a d e
J J
quantidade X
j'
Matematicamenke tem a forma s e g u i n t e :
na
n
Minimizar
bi - ( i
=
1
C. X
j=l
1,
J
.. . ,m)
j
= Z
representam l i m i t a ç õ e s
a serem a l c a n ç a d a s , dadas a s c o n d i ções i .
C
j
-
(j
=
1,.
. .,n)
são c u s t o s u n i t á r i o s a
cada uma das q u a n t i d a d e s j .
A
j
-
(j
=
1,
. .. , n )
s ã o os v e t o r e s c o l u n a s
d a s m componentes A
.. .
,Amj de A j '
lj'
e representam a s proporções nas q u a i s
a q u a n t i d a d e j , põe em ação a s
con
-
dições i.
X
j
. .,n)
tidade.j .
- (j
= 1,.
s ã o a s i n c ó g n i t a s , quan
-
V e r i f i c a - s e e n t ã o , que a função o b j e t i v a a
s e r minimizada r e p r e s e n t a o c u s t o t o t a l d a produção a s e r obt i d a a p a r t i r da u t i l i z a ç ã o das n m a t é r i a s p r i m a s .
.
VI. 1 BASE DA PROGRAMAÇÃO
Devido a grande v a r i e d a d e de t i p o s de
vões e
c ar
p r ó p r i a d i v e r s i f i c a ç ã o das f o n t e s p r o d u t o r a s é impres
-
c i n d z v e l uma melhor determinação na composição de m i s t u r a s de
carvões a serem c o q u e i f i c a d a s
.
A t e c n o l o g i a atualmente predominante
nas
s i d e r & r g i a s b r a s i l e i r a s é a do "By-Products P r o c e s s t t , ou
se
j a , a f a b r i c a ç ã o do coque com a recuperação dos sub-produtos
a1
em atendimento as n e c e s s i d a d e s o p e r a c i o n a i s d a c0queri.a e
t o forno.
t er
O coque como produto deve p o s s u i r em
mos de a n á l i s e i m e d i a t a a l t o t e o r de Carbono F i x o , ao
mesmo
tempo, b a i x o t e o r de m a t é r i a mineral ( c i n z a ) . Em t a i s condi
-
ç õ e s , a m i s t u r a a l i m e n t a d o r a às b a t e r i a s deve manter uma
r e-
l a ç ã o Carbono F i x o / c i n z a , mais e l e ~ a d ap o s s ~ v e ,l uma vez
que
o processo de d i s t i l a ç ã o c o n c e n t r a no coque t a n t o carbono
xo quanto
fi
c i n z a . A p a r t i c i p a ç ã o da presença de carvões
com
conteúdo de c i n z a e l e v a d o , i m p l i c a em diminuição de Carbono E
f e t i v o produzido por c a r g a de uma b a t e r i a , r e s u l t a n d o na
b ai
xa p r o d u t i v i d a d e do coque n a operação de redução com conse
quente diminuição da produção do Gusa em metros cúbicos
por
volume Ú t i l , de um a l t o forno numa unidade de tempo.
Existem l i m i t a g õ e s t e c n o l ó g i c a s a uma
t u r a como a a l t a p a r t i c i p a ç ã o de carvões v o l á t e i s ( a l t o
de carbono f i x o )
mis
teor
, devido apresentarem um í n d i c e de inchamento
e l e v a d o . E n t r e t a n t o , o aumento de p a r t i c i p a ç ã o na m i s t u r a aos
c a r v õ e s que contém elevado t e o r de c i n z a (como o caso do
c ar
vão n a c i o n a l ) , há l i m i t a ç õ e s de n a t u r e z a não t e c n o l õ g i c a .
A o t i m i z a ç ã o do modelo e s t a baseada em
t e t i p o s de equações:
se
1. Equação do c u s t o t o t a l
2 . Equação de p a r t i c i p a ç ã o de cada carvão
3 . Fração máxima e mínima de v o l a t i l i d a d e
da m i s t u r a
4 . Limite máximo p e r c e n t u a l de enxofre
5 . Limite máximo p e r c e n t u a l de c i n z a
6 . Limite máximo p e r c e n t u a l de, p a r t i c i p a -
ção do coque de p e t r ó l e o .
7 . Limite máximo d a p a r t i c i p a ç ã o do c a r
-
vão n a c i o n a l .
O modelo é formado por r e s t r i ç õ e s e função
objetivo lineares e
6 r e s o l v i d o mediante o s i s t e m a d e s e n v o l v i
do p a r a o Burroughs 6 7 0 0 (MPS-KFNEO).
OBJETIVA)
V I .i. 1. EQUAÇAO DO CUSTO TOTAL (FUNÇAO
O o b j e t i v o c o n s i s t e na minimização
função p e l a e s c o l h a adequada dos carvões que comporão a
desta
m is
t u r a , bem como a s percentagens de cada carvão p a r t i c i p a n t e da
mesma. O c u s t o i n d i v i d u a l do carvão poderá s e r o b t i d o a
par
t i r do s e u c u s t o c o m e r c i a l , que tem p o r base uma s é r i e de cá1
culos.
A m a t é r i a prima r e q u e r i d a na f a b r i c a ç ã o do
coque na produção do Gusa, com a exceção .do carvão n a c i o n a l ,
e s t á imputada por v á r i o s g a s t o s desde o preço de compra
na
f o n t e ( m i n a ) , como c u s t o s de t r a n s p o r t e , d e s p e s a s de embarque
e t a x a s a l f a n d e g á r i a s . D e s t a m a n e i r a , o c u s t o f i n a l d e a q u i s-i
ç ã o tem como b a s e o s s e g u i n t e s dados :
PGFOB - P r e ç o Fob ( p r e ç o de mina)
TRANM
- T r a n s p o r t e marítimo
DFMME - Despesa com Fundo d e Marinha Mercante
D3421 - Despesa com a L e i no 3.421
DPORT
-
Despesas ~ o r t u á r i a s ( f i x a d a em média p e l a CSN em
C r $ 30,59),
TAXA
- Câmbio: C r u z e i r o / D o l a r ( c o n s i d e r a d a em 2 0 u.m.)
PCIFP - Preço CIF P o r t o
PCIFU - P r e ç o CIF Usina
Cálculos :
-
DPORT
........................
- TRANM x TAXA x 0.2 .....................
- PCIFP x 0 . 0 3 ...........................
- C r $ 30,59 ..............................
PCIFU
-
PCIFP - 20 (PFOB + TAXA)
(A)
DFMME
(B
D3421
(A)
+
(C)
(D)
(B) + (C) + (D)
D e s t a manwira, f o i c o n s i d e r a d o o p r e ç o CIF
Usina com o s c a r v õ e s de b a s e e t e n d o o d e s t i n o f i n a l a c i d a d e
do Rio de J a n e i r o .
F i n a l m e n t e , o c u s t o r e l a c i o n a d o com a aval i a ç ã o do coque p r o d u z i d o , i s t o 6 , sob o p o n t o de v i s t a meta-
l ú r g i c o na a n á l i s e i m e d i a t a .
O c o n c e i t o de Carbono E f e t i v o ou Carbono Ú
t i l , 6 d e f i n i d o como a f r a ç ã o do carbono f i x o do coque d i s p o n í v e l ao p r o c e s s o d e redução e f u s ã o da c a r g a no a l t o f o r n o ,
i s t o é , o carbono f i x o t o t a l c o n t i d o no coque, depois de dedu
zidos o carbono n e c e s s á r i o a e s c o r i f i c a ç ã o da c i n z a e e n x o f r e .
Na d e f i n i ç ã o acima, p a r a qualquer coque da
do, assume a forma de uma e x p r e s s ã o q u a n t i t a t i v a a p l i c a n d o os
c o e f i c i e n t e s d a c o r r e l a ç ã o de R . V .
Flint
onde em porcentagens representam:
CE
- Carbono E f e t i v o do coque
CF - -Carbono Fixo do coque
C,
- Conteúdo de c i n z a no coque
S
- Teor de e n x o f r e no coque
~ b s e r v a ç õ e sdevem s e r f e i t a s n e s t a fórmula
tendo como meta t r a n s f o r m á - l a numa função das c a r a c t e r í s t i c a s
de um determinado carvão j
.
Supondo a c o q u e i f i c a ç ã o de um dos c a r v õ e s
j , a s c a r a c t e r I s t i c a s do coque o b t i d o podem t e r as s e g u i n t e s
r e l a ç õ e s d e r i v a d a s de r e s t r i ç õ e s metalÚrgicas:
CF =
100 (Cz + Mv)
Sendo que em p e r c e n t u a i s , representam:
Mv
=
m a t é r i a v o l á t i l do coque
Mv-= m a t é r i a v o l á t i l do carvão j .
J
= o e n x o f r e c o n t i d o no carvão j
j
Cz = t e o r de c i n z a do carvão j
j
R
j
=
c o r r e l a ç ã o H.H.
Lowry, p a r a o rendimen
-
t o coque/carvão do carvão j
Procedendo n a s s u b s t i t u i ç õ e s , temos :
CE
j
- 6 o carbono e f e t i v o do coque a p a r t i r
do carvão j
VI.1.2.
.
EOUACAO DE PARTICIPACAO DE CADA CARVÃO
T r a t a - s e do p e r c e n t u a l de cada c a r v ã o , onde
n e s t e e s t u d o foram u t i l i z a d o s 1 2 t i p o s .
EQUAÇÃO DA
VI. 1 . 3 . -
MXIMA
E M f N I M A VOLATILIDADE
u
Nesta r e s t r i ç ã o a m a t é r i a v o l á t i l da m i s t r a deve p o s s u i r de acordo com normas t e c n o l ~ g i c a sjá c i t a d a s ,
entre 27 a 29%.
V I . 1 . 4 . L I M I T E DO ENXOFRE
A q u a n t i d a d e máxima do conteúdo de e n x o f r e
no coque, deve s e r de 0 , 8 % . A s q u a n t i d a d e s do e n x o f r e o b t i d a s
por carvão i n d i v i d u a l s ã o dadas p e l a fórmula ( 2 ) .
VI.1.5.
LIMITE
DA C.INZA
O t e o r de c i n z a f o r n e c i d o p o r cada
carvão
e mais a c i n z a dos f u n d e n t e s é demonstrado p e l a r e l a ç ã o 3 . E m
função das condições b r a s i l e i r a s , a composição da c i n z a t o t a l
na m i s t u r a não deve u l t r a p a s s a r dos 1 3 % .
V I . 1.6
. LIMITE
DO COQUE DE PETROLEO
-
Muito embora e s t a m a t é r i a prima t e n h a i n f l u ê n c i a n a e s t a b i l i d a d e do coque, mas em s e t r a t a n d o de
I n e r t e , s u a p a r t i c i p a ç ã o poder;
VI.1.7.
LIMITE MÍNIMO DO
um
s e r a t é de 5 % .
CARVÃO NACIONAL
A r e s t r i ç ã o do carvão n a c i o n a l f o i
fixada
em 3 3 % , segundo e x i g ê n c i a s dos órgãos governamentais, a t r a v g s
de Decreto número 62.113 de j a n e i r o de 1968.
A a n á l i s e da p o l í t i c a n a c i o n a l do
carvão
tem como f o r ç a l e g a l :
a . p r e s e r v a ç ã o da e s t r u t u r a sócio-econõmica da c a r b o n z f e r a c a t a r i n e n s e ;
b
. segurança nacional ;
c . b a l a n ç o de' d i v i s a s , visando a e x p o r t a ção de produtos s i d e r ú r g i c o s ;
d . q u a l i d a d e e preço do carvão m e t a l 6 r g i c o
no mercado i n t e r n a c i o n a l ; e
e . c r i a ç ã o de mercado de t r a b a l h o
através
de p e s q u i s a ou o u t r o s f a t o r e s que visem
a d i s t r i b u i ç ã o ou d i v e r s i f i c a ç ã o do s e u
uso.
Todos o s o b j e t i v o s p r o p o s t o s p o d e r ã o s e r
a 1 cançados com o d e s l ocamento p a r c i a l do mercado consumidor
e
p a r a a á r e a de e l e t r i c i d a d e ( t e r m o e l é t r i c a s ) , e o u t r a s e n s j ando a i n d ú s t r i a me t a l Ú r g i c a a l c a n s . a r maior p r o d u t i v i d a d e
em s e u s a l t o s f o r n o s e consequentemente c u s t o s menores
p r-odução
de
.
Em a d i ç ã o
5 equação g e r a l , s ã o d i s c u t i -
d a s a s p o s s i b i l i d a d e s d a imposição de algumas o u t r a s
res-
t r i ç õ e s e s p e c i a i s s o b r e a d i s t r i b u i ç ã o Ótima. Por exemplo ,
o s f u n d e n t e s que s ã o c o n s i d e r a d o s em q u a n t i d a d e s i l i m i t a d a s
a s c o n s e q u e n t e s c i r c u n s t a n c i a i s como l i m i t a ç õ e s de e s p a ç o da
c o q u e r i a de c a d a u s i n a , a e s t a b i l i d a d e do coque c u j a s r e s t ri
ções p r e c i s a m s e r i d e n t i f i c a d a s a t r a v é s d a n e c e s s á r i a
A n á li
s e ~ e t r o g r á f i c ao u , ao c u r s o das o p e r a ç õ e s s i d e r ú r g i s a s
que c a d a uma equação ou r e s t r i ç ã o venha d i f i c u l t a r a
em
livre
s e l e ç ã o da máxima d i s t r i b u i ç ã o econômica, com p r o v á v e i s
au
mentos nos c u s t o s e r i s c o s de uma s o l u ç ã o i m p o s s í v e l .
A m a t r i z do problema
bela
V I .2
6 apresentada n a
ta
, bem como o s e u r e s u l t a d o .
. -IMPLEMENTAÇÃO
A a p r e c i a ç ã o c o m p l e t a d o v a l o r Ótimo
q u e r uma c o n s i d e r a ç ã o s o b r e a s e n s i b i l i d a d e do modelo em
re
P.
L . , que é a r e s p o s t a do problema em termos da p a r t i c i p a ç ã o
m a i o r ou menor do c a r v ã o n a c i o n a l com i g u a l c o n c e n t r a ç ã o
de
algum componente n a a n á l i s e a f e t a n d o o c u s t o t o t a l da m i s t u r a .
O t e s t e s o b r e a s e n s i b i l i d a d e 6 conduzida p o r d e s v i o s que
in
cluem a s s e g u i n t e s mudanças:
a. a d i s t r i b u i ç ã o da p a r t i c i p a ç ã o do
c ar
vão n a c i o n a l a t é os l i m i t e s e x i g i d o s ; e
b . o comportamento em p e r c e n t u a l admissivel
do e n x o f r e e da c i n z a em r e l a ç ã o ao c ar
vão n a c i o n a l .
O e f e i t o das p e r t u r b a ç õ e s v e r i f i c a d a s
conteúdos
aos
de c i n z a e e n x o f r e em magnitudes da p a r t i c i p a ç ã o d o
carvão n a c i o n a l 6 n o t á v e l , p r i n c i p a l m e n t e quando s e opera com
os l i m i t e s máximos, o que pode s e r considerado n e g l i g e n t e p o r
p a r t e das u s i n a s e que responde p r e v i z i v e l m e n t e em que a
in
t e n s i d a d e do d e s v i o r e s u l t a no c u s t o do coque programado , quan
do cada elemento é r e a j u s t a d o no novo e q u i l i b r i o .
A t a b e l a I X a p r e s e n t a os r e s u l t a d o s no
to
c a n t e a v a r i a ç ã o do carvão n a c i o n a l e s e u s e f e i t o s no c u s t o ,
bem como os l i m i t e s de enxofre e da c i n z a .
CUSTO
1
1501.9,7
C o n t i n u a c ã o d a T a b e l a 1.X
PORCE
0.2220
0.00376
-
MATVO
-
-ENXOF
CINZA
PCVNL
-PCVPK
CBFIX
CARVÃO BRASILEIRO
O B r a s i l , certamente não f o i b e n e f i c i a d o pe
l a n a t u r e z a , no que d i z r e s p e i t o a o c o r r ê n c i a de carvão meta l ú r g i c o . E m Santa C a t a r i n a , notadamente n a chamada "Camada Bar
r0
Branco", ocorrem os Únicos carvões b r a s i l e i r o s atualmente ,
conhecidos e capazes de d a r origem a um carvão b e n e f i c i a d o u t i
l i z á v e l economicamente quando misturados com o carvão importado p a r a a Eabricação do coque s i d e r ú r g i c o .
Camadas de carvões em pequenas e s p e s s u r a s
s ã o e x p l o r a d a s a o c o r r ê n c i a de f o l h e t o s i n t e r e s t r a t i f i c a d o s com
o c a r v ã o , a p r e s e n ç a de concentrações de p i r i t a justamente nas
l o c a l i z a ç õ e s mais adequadas ao c o r t e mecânico da camada
e,
a i n d a , a pequena produção das unidades m i n e r a i s e x i s t e n t e s , as
s i m como a q u a l i d a d e i n s a t i s f a t ó r i a do produto f i n a l e o e l e v ado c u s t o de t r a n s p o r t e a t é as u s i n a s que o consomem, c o n s t i t u em uma s é r i e de desvantagens a serem d e s a f i a d a s . Presentemente,
t e n t a t i v a s s ã o f e i t a s no s e n t i d o de l e v a r o carvão me t a 1 6 r g i c o
n a c i o n a l a uma condição de m a t é r i a prima a c e i t á v e l p e l a economia b r a s i l e i r a . Segundo o consenso de o p i n i õ e s das e n t i d a d e s si
d e r ú r g i c a s , o coque r e s u l t a n t e de m i s t u r a s de carvão c u j a p a r t i c i p a ç ã o do t i p o n a c i o n a l f o i de 4 0 % , i m p l i c a v a , em 1949,
em
o n e r a r o custo do aço n a c i o n a l em US$ 7 , 0 0 p o r t o n e l a d a , o que
r e p r e s e n t a v a na o c a s i ã o , em 5 % do p r e ç o de venda.
A s o c o r r ê n c i a s de c a r v ã o m i n e r a l de m a i o r
ou menor i m p o r t â n c i a s ã o c o n s t a t a d a s numa e x t e n s a á r e a
do
B r a s i l M e r i d i o n a l , p r o l o n g a n d o - s e com d e s c o n t i n u i d a d e s ,
des-
de o R i o Grande do S u l a t é bem próximo
São P a u l o .
Nas d i v e r s a s r e g i õ e s do t e r r i t ó r i o b r a s i l e i r o , tem h a v i d o o c o r r ê n c i a s sem que nenhuma d e l a s a t u a l m e n
t e , s e t o r n a s s e o b j e t o de e x p l o r a ç ã o comerci.61, e s ã o :
a1
a . p r e s e n ç a de i m p o r t a n t e s l i g n i t o n o
t o S o l i m õ e s , e s t e n d e n d o - s e ao l o n g o do
r i o , d e s d e a f r o n t e i r a com P e r u e Co lombia;
b . o c o r r ê n c i a s de carvão e x i s t o s carbono
-
s o s em a f l u e n t e s da margem e s q u e r d a do
a l t o ~ i n g úno s u d o e s t e do E s t a d o do Pa
rá;
c. o c o r r ê n c i a s de delgados l e i t o s de
c ar
vão ao l o n g o de um t r e c h o do T o c a n t i n s ,
no extremo do n o r t e do E s t a d o d e G o i a s ,
em formações que s e e s t e n d e m p a r a
1 es
t e , a t i n g i n d o p a r t e s c o n t i g u a s do Mara
nhão, e ,
d. camadas de c a r v ã o p r e s e n t e s em e x t e n s a s á r e a s do E s t a d o do P i a u í , n a forma
ção P o t i .
Embora o s l i g n i t o s do a l t o SolimÕes
tem
g
c o n s i d e r á v e l e s p e s s u r a e s e j a e x t e n s a s , as l i m i t a ç õ e s do l i n i t o como combus t c v e l , tornam pouco p r o v & e l
seu aproveit a
-
mento no f u t u r o próximo.
As c a r a c t e r í s t i c a s das amostras atualmente
c o l h i d a s dos carvões do Xingú e a pequena e s p e s s u r a , não
são
s u f i c i e n t e s p a r a j u s t i f i c a r p r i o r i d a d e em e s t u d o s de d e t a l h a mento de o c o r r ê n c i a .
A o c o r r ê n c i a no t r e c h o do Tocantins , a t i n -
ge e s p e s s u r a s m i l i m é t r i c a s , não foram determinados pontos
em
que a o c o r r ê n c i a e s t i m u l a s s e t r a b a l h o de maior reconhecimento.
No Estado do ~ i a u ? ,levaram o DNPM a e s t u dar e x t e n s a á r e a de sedimentos de i d a d e c a r b o n í f e r a . Atualment e e s f o r ç o s e s t ã o sendo mantidos p a r a d e t e c t a ç ã o de carvão com
p e r s p e c t i v a s econômicas.
A t a b e l a I a p r e s e n t a as r e s e r v a s medidas e
e
i n d i c a d a s dos carvões n a c i o n a i s . E a t a b e l a I 1 mostra a p r o j ção do consumo do carvão n a c i o n a l .
A s r e s e r v a s b r a s i l e i r a s tem de f a z e r
face
a produções sempre c r e s c e n t e s do coque de q u a l i d a d e s u f i c i e n t e pasra a t e n d e r aos a l t o s f o r n o s que operam a capacidade
de
6 . 0 0 0 t o n / d i a . Atualmente s ã o consumidas 4.800 .O00 t o n / d i a
nas t r ê s grandes u s i n a s s i d e r ú r g i c a s es,$atais
.o
;
p r o-
coque
duzido d e v e r á t e r no máximo 1 2 % de c i n z a s , 0 , 8 % de enxÔ£re
e
no mínimo 5 6 , 6 % de e s t a b i l i d a d e ASTM.
Atualmente, o carvão e x t r a í d o do s u b s o l o
s o f r e em quase todos casos , um b e n e f i c i a m e n t o p r e l i m i n a r
em
" j i g s " l o c a i s , operação em que todo f o l h e t o e maior p a r t e
da
p i r i t a s ã o e l i m i n a d a s . O prbduto r e s u l t a n t e c o n s t i t u i a a l i mentação do l a v r a d o r de . C a p i v a r i , n a s proximidades de Tubarão.
Ai' o carvão 6 r e b r i t a d o e relevado em j i g s e c i c l o n e s ,
dando
origem ao c a r v ã o m e t a l u r g i c o em 1 8 , 5 % c i n z a e enxofre l i g e i r a
mente abaixo de 2 % , a m i s t u r a de carvões com a p a r t i c i p a ç ã o de
2 5 % do n a c i o n a l , produz coque com 5 9 , 3 de e s t a b i l i d a d e 0 ,71 de
enxofre e 1 2 , 2 ' % de c i n z a s . Mistura com 7 5 % de carvão n a c i o n a l
i
a e s t a b i l i d a d e é aproximadamente de 57. Supõe*-se que a m a t é ra mineral finamente disseminada no carvão n a c i o n a l aumenta
a
e s t a b i l i d a d e do coque. O a l t o t e o r de c i n z a reduz em 1 4 %
O
carbono e f e t i v o do coque , mesmo quando misturados com o
tipo
importado que tem 5 a 7 % de c i n z a s em s u a s especiEicaçÕes.
A almejada a u t o - s u f i c i ê n c i a b r a s i l e i r a
de
r e d u t o r e s m e t a l ú r g i c o s , não pode s e r conseguida p e l o processo
c l á s s i ' c o de c o q u e i f i c a ç ã o , s a l v o que novas d e s c o b e r t a s de
re
s e r v a s economicamente mineráveis de carvão coquei f i c á v e l
em
baixo t e o r e s de c i n z a e e n x o f r e , e s f o r ç o s em p e s q u i s a s tem s i
do desenvolvidos p e l a CPRM p a r a DNPM e a i n d a não foram conseguidos
.
A s i t u a ç ã o do carvão babaçu s e d e s t a c a co-
mo m a t é r i a prima d i s p o n í v e l . A p r e v i s ã o em p o t e n c i a l de babaç u a i s do n o r d e s t e é de 2 0 . 0 0 0 . 0 0 0
r e f e r ê n c i a não s e j a
t o n e l a d a s a n u a i s . Embora
a
c u r t o p r a z o , o babaçu tem s i d o e s t u d a d o
sob a a t u a ç ã o da ~ i d e r b r á s .
9'
P.i
O
8rS
S $
I-' I-'
3
E
Pi, pr
c. c.
PI-'
PROCEDIMENTO
PETROGMFICO
Amostras r e p r e s e n t a t i v a s de carvão a
ser
t e s t a d o s ã o tomadas p a r a a n á l i s e p e t r o g r á f i c a usando t é c n i c a s
s i m i l a r e s às usadas p a r a amostragem d e s t i n a d a
5 a n á l i s e quími-
c a . P a r a p r e v e n i r q u e b r a e x c e s s i v a dos componentes mais f r i á v e i s dos c a r v õ e s , a amostra é a l t e r n a d a m e n t e b r i t a d a e p e n e i r a d a , a t é que e s t e j a toda
com granulome t r i a i n f e r i o r
750. Deve s e r e v i t a d a a produção e x c e s s i v a de m a t e r i a l
a
a b ai
xo de 100. Da amostra p u l v e r i z a d a , uma porção de 5g é r e t i r a d a e m i s t u r a d a com o m a t e r i a l de s u p o r t e . v á r i o s m a t e r i a i s de
s u p o r t e s ã o u s a d o s , i n c l u í n d o c ê r a de carnaúb a , "SchneiderHohn
mixture", e um grande número de r e s i n a s s i n t é t i c a s . E s t a s
timas têm provado s e r p a r t i c u l a r m e n t e adequadas, porque
c a r a c t e r í s t i c a s de polimento s ã o semelhantes 5 s do carvão
61
suas
e
também s ã o i n e r t e s p a r a v á r i o s l í q u i d o s de imersão. Uma s u p er
f í c i e de 2 , 5 a 3 , 5 cm de d i â m e t r o , i n c l u i r á m número s u f i c i e n t e de p a r t í c u l a s s e o c a r v ã o é m i s t u r a d o com o m a t e r i a l
de
s u p o r t e n a proporção de aproximadamente duas p a r t e s de c a r v ã o
p a r a t r ê s p a r t e s de c ê r a ou r e s i n a . Um b l o c o de carvão é
en
-
t ã o f u n d i d o p e l o método a p r o p r i a d o p a r a a s c a r a c t e r í s t i c a s do
m a t e r i a l de s u p o r t e e a s u a s u p e r f í c i e é l i x a d a e p o l i d a
pg
10s métodos u s u a i s . Nenhuma r e g r a r í g i d a pode s e r e s t a b e l e c i d a p a r a o l i x a m e n t o e p o l i m e n t o , desde q u e o os m a t e r i a i s u s a
dos v a r i a m de um pai's p a r a o u t r o . A s u p e r f í c i e do b l o c o
deve
s e r u n i f o r m e , a l t a m e n t e r e f l e t o r a e l i v r e de r i s c o s e r e l e v o .
A n á l i s e p e t r o g r á f i c a q u a n t i t a t i v a usando o
método "Conta Ponto" p a r a a porcentagem dos d i v e r s o s c o n s t i t u
i n t e s de cada a m o s t r a , é l e v a d a a e f e i t o com o a u x í l i o de
um
m i c r o s c ó p i o p e t r o g r á f i c o com ampliação de 320 x , usando
uma
o b j e t i v a de imers:ão em Ó l e o . São n e c e s s á r i o s p e l o menos
500
p o n t o s em cada b l o c o , não s e contando os em m i n e r a i s d e s u p or
te.
A porcentagem máxima de l u z r e f l e t i d a
de
uma s u p e r f í c i e p o l i d a é m e d i d a , e o s v a l o r e s s ã o d i s t r i b u í d o s
p a r a a s d i v e r s a s c l a s s e s de r e f l e c t â n c i a de v i t r i n i t e . O e q u-i
pamento u s a d o p a r a medir a r e f l e c t â n c i a é um m i c r o s c ó p i o
t r o g r < f i c o , e q u i p a d o com c é l ú l a f o t o e l g t r i c a no t u b o monocu
pg
-
l a r que é p o r s u a v e z , l i g a d o a um f e t ô m e t r o .
Um diagrama " p i n h o l e " p a r a r e s t r i n g i r
a
ã r e a de l u z m e s u r á v e l numa a m o s t r a p a r a um c í r c u l o d e s e t e m-i
crons e uma combinação de d o i s f i l t r o s que fornecem l u z monoc r o m á t i c a , s ã o c o l o c a d a s n o tubo monocular do m i c r o s c Ó p i o ,
a
t r a v é s do q u a l t o d a s a s medidas de r e f l e c t â n c i a das s u b s t g n c i a s v a r i a r ã o s e o comprimento de onda l u z é a l t e r a d o ; p o r t a n
t o , um comprimento de onda r e s t r i t a e c o n s t a n t e deve s e r u s a do p a r a a obtenção de l e i t u r a s p r e c i s a s e r e p r o d u t í v e i s . C a li
b r e s p a d r õ e s de v i d r o s p o l i d o s , com r è f l e c t â n c i a c o n h e c i d a
(0,306 a 1 , 8 3 2 ) s ã o usados p a r a r e g u l a r o f o t ô m e t r o no p r i n ci
p i o de uma e x p e r i ê n c i a e após cada 25 l e i t u r a s de r e f l e c t â n
cia.
-
111
ABREU, A l v a r o d e P a i v a - "Considerações s o b r e o Problema
do Carvão B r a s i l e i r o " , COPPE/UFRJ - J u l h o de 1977.
1 2:1
A R A ~ J O ,Luiz Antonio - " S i d e r u r g i a " , ~ d i t Ô r aF.T.D.,
I I
BAILEY, D . R. ,
Costs" ,
-
"Burdening a B l a s t Furnace
1967.
f o r Minimum
B l a s t Furnace , Coke Oven a n d Raw M a t e r i a l Pro-
c e e d i n g s , Vol. 6 , AIME ( 1 9 5 6 ) , p g s . 15-30.
141
BARTOLOMEU, J a d i r P o r t e s , - " I n f l u ê n c i a d a V a r i a ç ã o dos
T e o r e s da Cinza e Enxofre do Coque n a Produção dos A l t o s
F o r n o s " , B o l e t i m da A s s o c i a ç ã o B r a s i l e i r a de M e t a i s , ABM,
1963, p g s . 357-374.
151
CHRISTMAN, R . G . ,
-
"Use o f L i n e a r Programming f o r Combined
D i s t r i b u t i o n of Ore and C o a l " , B l a s t Furnace and S t e e l
P l a n t , Vol. 5 8 , n ? 2 , f e v e r e i r o de 1 9 7 0 , p g s . 112-117.
161
FABIAN, T . , - " B l a s t Furnace P r o d u c t i o n P l a n n i n g - A L i n e a r
Programrning Example" , Management S c i e n c e s , v01
O c t o b e r , 196 7 , pgs
171
FLINT, R.V.,
.
1 4 , no 2 ,
. B1-B27.
- " M u l t i p l e C o r ~ e l a t i o no f B l a s t Furnace Va-
r i a b l e s " , B l a s t F u r n a c e , Coke oven and Raw M a t e r i a l s Pro
-
c e e d i n g s , v o l . 2 , AIME, 1 9 5 2 .
181
FLINT, R.V.,
- " E f f e c t o f Burden M a t e r i a l s and P r a c t i c e s
on B l a s t Furnace Coke R a t e " , B l a s t Furnace and S t e a l
P l a n t , J a n u a r y 1 9 6 2 , p a g . 47.
191
GUERRA, F . A . : P a s c h o a l ,
C.,
-
MONTEIRO, M . R .
F o r t e s 6 AYRES, D.
"Uso da P e t r o g r a f i a no Estudo do Carvão e Coque1:' ,
I V ~ i m p ó s i ode Redução d a ABM, 1969.
I1O1
KWASNOSKI, D . , BOUMAN, R.W.,
- " A p p l i c a t i o n o.f L i n e a r
Programming t o D i s t r i b u t i o n of Ironmaking Raw M a t e r i a l s " ,
AIME Ironmaking P r o c e e d i n g s , v o l . 2 6 , 1 9 6 7 , p g s . 26-30.
1 '1
MONTEIRO, R . F .
6 OUTROS, - "Uso d a Programação L i n e a r n a
O t i m i z a ç ã o de M i s t u r a s de Carvão", I11 ~ i m p ó s i oI n t e r r e g i o n a l d a 1 n d Ü s t r i a s i d e r ú r g i c a d a U.N.I.D.O.,
Outubro de
1973, pgs. s2-s8.
1l2 1
MONTEIRO, M.R.F.,
GUIMAMES, V a n d e r l e i , A. , - "A C r i s e
do c a r v ã o e s e u s E f e i t o s n a Area de Produção n a U s i m i n a s " ,
M e t a l u r g i a ABM, v o l . 3 2 , no 225, Agosto 1 9 7 6 , p g s . 565-568.
1
1
OBANDO, F.E.
Vaca, - "Sistema de Programação ~ a t e m á t i c a
p a r a S i s t e m a s de Grande P o r t e " , COPPE/UFRJ , 1 9 7 7 .
1 l4 1
SCHUHMANN, J r . , REINHAR, D.T.,
- "Ingenieria Metalurgica",
C e n t r o R e g i o n a l de Ayuda T e c n i c a (AID) , v o l . I , P r i n c i p i o s de I n g e n i e r i a , México, 1968.
1
1
SIMONNARD, M. , - " L i n e a r Programming", P r e n t i c e H a l l I n c .
1966.
SOLEDADE, L.E.
ção",
1
1
B a s t o s , WALKOFF, A. P e r s o n , - " C o q u e i f i c a-
C . S.N. , novembro d e 1 9 7 6 .
SOUZA, G u t e n b e r g , F . S . , - " P e r f i l A n a l í t i c o do C a r v ã o " ,
Departamento N a c i o n a l de Produção M i n e r a l , b o l e t i m no 6 ,
1973.
1
1
VAN QSS, J . F . ,
-
Noble I n c . , v o l .
" M a t e r i a l s and Technology", Barnes 6
11, 1 9 7 1 , p g s 5 5 6 - 5 8 7 / 5 9 2 - 6 0 6 ,
Chapter
9 and Chapter 10.
1 l9 1
YANCEY, H. F. , GEER, M.R. , " C o a l P r o p e r t i e s " , S e e l e y W .
Mudd S e r i e s , C o a l P r e p a r a t i o n (AIME) , 1 9 6 9 , C h a p t e r 1,
pgs.
1735.