Refino de silício por tratamento a vácuo

Este trabalho visa investigar a remoção a vácuo de fósforo do silício grau metalúrgico (SiGM) (98,5% a 99% de Si).\ud Foram realizados experimentos de fusão em forno de indução a vácuo, variando parâmetros como temperatura, tempo\ud e relação área exposta ao vácuo / volume de silício. Os resultados de análise química foram obtidos por plasma acoplado\ud indutivamente (ICP) e avaliados com base em aspectos termodinâmicos e cinéticos da reação de vaporização do fósforo\ud no silício. Obteve-se refino de 33 para cerca de 1,5 ppm de P em três horas, concluindo-se que a etapa de evaporação é\ud a etapa controladora do processo para os parâmetros de temperatura, pressão e agitação utilizados, e que o refino por\ud este processo é tecnicamente viável.Companhia Ferroligas Minas GeraisBNDE

Effect of slag composition on iron nuggets formation from carbon composite pellets

Iron-carbon nuggets can be obtained by high temperature reduction of iron ore by carbonaceous material when both are agglomerated together as a carbon composite pellet. During this process, the stable oxides contained in the materials will form a slag. This work investigates the effect of this slag composition on iron nugget formation. Pellets were prepared with iron ore and two different carbonaceous materials. Through the addition of Portland® cement, silica and alumina the slag composition was varied to adjust the expected liquidus temperature to 1573 and 2273 K. It has been shown that the formation of iron nuggets is favored for slags presenting low liquidus temperature. In order to further investigate this phenomenon, pellets containing iron powder and carbonaceous material, together with previously prepared slags, were also submitted to high temperature, and it has been shown that iron carburization depends on slag composition.(FAPESP) São Paulo Research FoundationNational Research and Development Council of Brazil (CNPq

Analysis of the iron ore reduction process by carbon in the form of self-reducing pellets.

Através de revisão bibliográfica e estudo experimental, o presente trabalho apresenta uma análise da influência de diversos parâmetros sobre a velocidade da reação entre minério de ferro e carbono, aglomerados na forma de pelotas auto-redutoras. Os parâmetros estudados foram: temperatura, tipo e quantidade de redutor, uso de adições, composição e vazão dos gases no recipiente de reação, tamanho da pelota. A técnica experimental consistiu em medi-se a velocidade de reação por análise termogravimétrica, complementada por análise do gás de saída e difração de Raios-X em pelotas parcialmente reduzidas. Verificou-se que o mecanismo controlador da velocidade de reação é determinado por um conjunto de parâmetros inter-relacionados, e que pode mudar o progresso de reação. A etapa química da reação é controlada pela gaseificação do carbono por CO2. Transporte de calor e difusão gasosa através dos poros da pelota exercem forte influência sobre a velocidade; os fatores que favorecem a influência de transporte de calor são: aumento de temperatura; aumento da reatividade do redutor; uso de catalisador; diminuição do diâmetro da pelota; início de reação; redução sob atmosfera CO/CO2 de composição próxima ao equilíbrio wustitaferro. A influência de difusão gasosa se faz sentir quando a reação é efetuada sob atmosfera de gás inerte, que penetra nos poros da pelota, diluindo a atmosfera CO/CO2 reinante no interior da mistura de partículas. Nessas condições, esta influência é maior quanto menor for a temperatura de reação, quanto menos reativo for o redutor, quanto menor for a pelota, e nos estágios finais de reação. Verificou-se ainda que parâmetros relacionados à composição das pelotas, bem como a temperatura do processo, tem grande influência sobre o comportamento dimensional dos aglomerados.Assim, pelotas com ganga básica (com carvão vegetal e adições básicas) tendem a inchar catastroficamente, ao passo que pelotas com ganga ácida (com coque ou carvão mineral como redutores) não apresentam este fenômeno. Microscopia eletrônica de varredura indicou a presença de ferro filamentar em pelotas que apresentaram inchamento catastrófico. Analisou-se ainda como a presença de matéria volátil no redutor afeta a cinética de reação e o comportamento dimensional das pelotas, e também sob que condições o ferro formado na redução catalisa a reação.The factors that affect the rate of reaction between iron oxides and carbon were analysed by means of literature review and experimental investigation. The iron ore and the carbon were agglomerated in the form of self-reducing pellets. The investigated variables were: temperature, type and amount of redactor, presence of additives, gas composition and flow in the reactor vessel, and pellet\'s size. The experimental technique employed was thermogravimetric analysis, complemented by gas analysis and X-ray diffraction. It was shown that the rate control may change in the course of the reaction, and it depends on a number of interrelated varibles. The slowest reaction of the chemical step is the carbon gaseification by CO2. Heat transfer and gaseous diffusion through pellets pores play an important role in the rate; the factors that favours the heat transfer influence are: temperature increase, reducto\'s reactivity increase, the use of catalyst, pellet\'s size decrease, start up the reaction; reduction under CO/CO2 atmosphere near wustite-iron equilibrium. When the reaction is performed under inert gas atmosphere, gaseous diffusion through pellet\'s pores can dilute the CO/CO2 atmosphere prevailing in the pallet\'s core. Under these conditions, this effect is more pronounced for lower temperature, lower carbon reactivity, smaller pellets and at the end of the reaction. It was also found that variables related to pellet composition as well as process temperature greatly affect the pellet\'s dimensional behavior. In fact, pellets containing basic guangue (e.g.wood charcoal and/or basic additives) show catastrophic swelling; in contrast, pellets containing acid gangue (e.g. coke or coal) have good dimensional stability. Iron whiskers were observed with scanning electron microscope on pellets that swell catastrophically. The influence of reductor\'s volatile matter upon kinetics and dimensional behavior of pellets was also analysed as well as the catalysis of the reaction by the iron formed in the course of the reduction

Analysis of the iron ore reduction process by carbon in the form of self-reducing pellets.

Através de revisão bibliográfica e estudo experimental, o presente trabalho apresenta uma análise da influência de diversos parâmetros sobre a velocidade da reação entre minério de ferro e carbono, aglomerados na forma de pelotas auto-redutoras. Os parâmetros estudados foram: temperatura, tipo e quantidade de redutor, uso de adições, composição e vazão dos gases no recipiente de reação, tamanho da pelota. A técnica experimental consistiu em medi-se a velocidade de reação por análise termogravimétrica, complementada por análise do gás de saída e difração de Raios-X em pelotas parcialmente reduzidas. Verificou-se que o mecanismo controlador da velocidade de reação é determinado por um conjunto de parâmetros inter-relacionados, e que pode mudar o progresso de reação. A etapa química da reação é controlada pela gaseificação do carbono por CO2. Transporte de calor e difusão gasosa através dos poros da pelota exercem forte influência sobre a velocidade; os fatores que favorecem a influência de transporte de calor são: aumento de temperatura; aumento da reatividade do redutor; uso de catalisador; diminuição do diâmetro da pelota; início de reação; redução sob atmosfera CO/CO2 de composição próxima ao equilíbrio wustitaferro. A influência de difusão gasosa se faz sentir quando a reação é efetuada sob atmosfera de gás inerte, que penetra nos poros da pelota, diluindo a atmosfera CO/CO2 reinante no interior da mistura de partículas. Nessas condições, esta influência é maior quanto menor for a temperatura de reação, quanto menos reativo for o redutor, quanto menor for a pelota, e nos estágios finais de reação. Verificou-se ainda que parâmetros relacionados à composição das pelotas, bem como a temperatura do processo, tem grande influência sobre o comportamento dimensional dos aglomerados.Assim, pelotas com ganga básica (com carvão vegetal e adições básicas) tendem a inchar catastroficamente, ao passo que pelotas com ganga ácida (com coque ou carvão mineral como redutores) não apresentam este fenômeno. Microscopia eletrônica de varredura indicou a presença de ferro filamentar em pelotas que apresentaram inchamento catastrófico. Analisou-se ainda como a presença de matéria volátil no redutor afeta a cinética de reação e o comportamento dimensional das pelotas, e também sob que condições o ferro formado na redução catalisa a reação.The factors that affect the rate of reaction between iron oxides and carbon were analysed by means of literature review and experimental investigation. The iron ore and the carbon were agglomerated in the form of self-reducing pellets. The investigated variables were: temperature, type and amount of redactor, presence of additives, gas composition and flow in the reactor vessel, and pellet\'s size. The experimental technique employed was thermogravimetric analysis, complemented by gas analysis and X-ray diffraction. It was shown that the rate control may change in the course of the reaction, and it depends on a number of interrelated varibles. The slowest reaction of the chemical step is the carbon gaseification by CO2. Heat transfer and gaseous diffusion through pellets pores play an important role in the rate; the factors that favours the heat transfer influence are: temperature increase, reducto\'s reactivity increase, the use of catalyst, pellet\'s size decrease, start up the reaction; reduction under CO/CO2 atmosphere near wustite-iron equilibrium. When the reaction is performed under inert gas atmosphere, gaseous diffusion through pellet\'s pores can dilute the CO/CO2 atmosphere prevailing in the pallet\'s core. Under these conditions, this effect is more pronounced for lower temperature, lower carbon reactivity, smaller pellets and at the end of the reaction. It was also found that variables related to pellet composition as well as process temperature greatly affect the pellet\'s dimensional behavior. In fact, pellets containing basic guangue (e.g.wood charcoal and/or basic additives) show catastrophic swelling; in contrast, pellets containing acid gangue (e.g. coke or coal) have good dimensional stability. Iron whiskers were observed with scanning electron microscope on pellets that swell catastrophically. The influence of reductor\'s volatile matter upon kinetics and dimensional behavior of pellets was also analysed as well as the catalysis of the reaction by the iron formed in the course of the reduction

Experimental study on the aluminothermic reduction of vanadium pentoxide.

Inicialmente, é feita uma revisão bibliográfica dos principais métodos de obtenção de vanádio metálico, comparando-se os resultados obtidos com os diversos redutores empregados. Também os métodos de purificação usualmente empregados são revistos, e mostra-se a eficácia de alguns deles. A seguir, analisa-se o processo aluminotérmico de obtenção de vanádio metálico a partir de pentóxido de vanádio, compreendendo estudos termodinâmicos, cinéticos e de transporte de calor. É mostrada a influência de diversas variáveis sobre a recuperação do metal. Desenvolve-se na parte experimental o estudo sobre a aluminotermia de pentóxido de vanádio, utilizando-se para isto reatores abertos revestidos com argamassa refratária. Estuda-se a influência das variáveis de processo sobre a recuperação de vanádio, incluindo a adição de fluxantes, a granulometria dos reagentes, o tamanho da carga, a pureza dos reagentes, o uso de excesso de redutor e o modo de ignição da carga. Os resultados experimentais obtidos são apresentados e discutidos. O trabalho apresenta conclusões e sugestões para pesquisas futuras.A literature survey on the processes of vanadium reduction was carried out having in mind the behavior of the reducing agents used. The refining methods for crude metallic vanadium were also covered in the review. The aluminothermic process for the reduction of vanadium pentoxide was particularly considered. Its thermochemistry features were studied, as well as the heat transfer and the rate phenomena concerning such a reaction system discussed. It was pointed out the effect of the processes parameters on the recovery of metallic vanadium. The experiments were designed to investigate the effects of the harge composition, the purity level of the reactants, the size of the solid particles of the reacting mixture and the ignition method on the recovery of vanadium. The aluminothermic reaction was carried out in an open reaction vessel. The experimental results are presented and discussed. The research work done has reached conclusive trends which allows the proposal for further interesting research

Experimental study on the aluminothermic reduction of vanadium pentoxide.

Inicialmente, é feita uma revisão bibliográfica dos principais métodos de obtenção de vanádio metálico, comparando-se os resultados obtidos com os diversos redutores empregados. Também os métodos de purificação usualmente empregados são revistos, e mostra-se a eficácia de alguns deles. A seguir, analisa-se o processo aluminotérmico de obtenção de vanádio metálico a partir de pentóxido de vanádio, compreendendo estudos termodinâmicos, cinéticos e de transporte de calor. É mostrada a influência de diversas variáveis sobre a recuperação do metal. Desenvolve-se na parte experimental o estudo sobre a aluminotermia de pentóxido de vanádio, utilizando-se para isto reatores abertos revestidos com argamassa refratária. Estuda-se a influência das variáveis de processo sobre a recuperação de vanádio, incluindo a adição de fluxantes, a granulometria dos reagentes, o tamanho da carga, a pureza dos reagentes, o uso de excesso de redutor e o modo de ignição da carga. Os resultados experimentais obtidos são apresentados e discutidos. O trabalho apresenta conclusões e sugestões para pesquisas futuras.A literature survey on the processes of vanadium reduction was carried out having in mind the behavior of the reducing agents used. The refining methods for crude metallic vanadium were also covered in the review. The aluminothermic process for the reduction of vanadium pentoxide was particularly considered. Its thermochemistry features were studied, as well as the heat transfer and the rate phenomena concerning such a reaction system discussed. It was pointed out the effect of the processes parameters on the recovery of metallic vanadium. The experiments were designed to investigate the effects of the harge composition, the purity level of the reactants, the size of the solid particles of the reacting mixture and the ignition method on the recovery of vanadium. The aluminothermic reaction was carried out in an open reaction vessel. The experimental results are presented and discussed. The research work done has reached conclusive trends which allows the proposal for further interesting research

Characterization of bof steel slag using through analysis chemical and scanning electron microscopy

Este trabalho apresenta a metodologia adotada e os resultados da caracterização quantitativa de fase pela\ud análise química e microscopia eletrônica de varredura (MEV) da escória de aciaria LD que é obtida na\ud fabricação do aço. Nos últimos anos vem se criando um problema, que é a destinação desta escória gerada.\ud Na construção civil é possível utilizar essa escória, porém, é necessário que suas características sejam\ud conhecidas, e assim poderem ser alteradas para o emprego como cimento. Para este estudo preparou-se\ud uma amostra de escória que foi gerada na fabricação de aço em uma indústria siderúrgica do ES. Foi\ud caracterizada com o objetivo final de ajustar suas características físicas e químicas de modo a torná-la apta\ud a ser ativada para emprego na obtenção de cimento ou como adição ao cimento Portland comum. Para o\ud estudo de suas características realizou-se análise química e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A\ud preparação da amostra compreendeu três etapas: a primeira etapa foi a moagem no moinho de rolo; a\ud segunda etapa foi a moagem no moinho de esfera. Depois das etapas de moagem, realizou-se a terceira\ud etapa que foi o peneiramento, utilizando peneira de abertura de malha 0,075mm (nº 200). Para se obter\ud uma amostra representativa do material que passou na peneira nº 200, realizou-se a homogeneização de\ud toda amostra e posteriormente a redução até a quantidade necessária para os ensaios de caracterização,\ud através do repartidor de amostra. Apresentam-se os resultados das análises, que serão usados\ud posteriormente em um trabalho maior para definir os procedimentos necessários para que a escória de\ud aciaria LD possa ser usada como cimento alternativo ou sua utilização como adição ao cimento Portland\ud comum

Purificação de silício em forno de indução a vácuo

In this paper the removal of impurities from metallurgical grade silicon by melting in a vacuum induction furnace was studied, in order to produce solar grade silicon, which is the raw material of the photovoltaic cells to convert solar energy into electricity. The work was focused on the removal of phosphorus, which is one of the most difficult impurities to remove from silicon. Refining was obtained 119 ppm to 8 ppm of phosphorus in 3 hours at 1650°C under pressure of 0.2 Pa, obtained by a set of mechanical, “roots” type, and diffusing pumps. It was concluded that this method is technically feasible for purification of metallurgical grade silicon. The rates constants were obtained for phosphorus (kP=5•10-6 m/s), aluminum (kAl=2•10-6 m/s) and calcium (kCa=1•10-5 m/s). Silicon losses by vaporization during the test averaged around 13%.Companhia Ferroligas Minas GeraisBNDE

The self-reducing pellet production from organic household waste

The organic household waste has a growing disposal problem, requiring costly disposal systems. It is necessary to find new applications for these materials; one could be the steelmaking raw material production. In this paper is studied the development of self-reducing pellets from the organic waste pyrolysis, where is generated carbon and condensable and non-condensable volatiles. Non-condensable volatiles were burned and condensable volatiles were recovered. The resulting tar was mixed with iron ore, coal powder and flux (CaO), to then be pelletized together. Compression, falls and tumbler tests were conducted to characterize the pellets before and after heat treatment and reduction processes. The reduction curve and their physical and morphological characterization were measured. The results were as was expected, the fluidized coal create sufficient adhesion that pellets earned resistance with an equivalent resistance of common pellets, showing a good feasibility of this process