Novo método prevê comportamento do minério de ferro nos altos-fornos

No interior de um alto-forno, as pelotas de minério de ferro amolecem e fundem sob o peso do material que está por cima. À medida que se deformam, estreitam os espaços entre elas, e o gás que tem de subir pelo forno encontra menos espaço para passar. Investigadores liderados pelo professor associado Shungo Natsui, da Universidade de Tohoku, conseguiram encontrar uma forma de observar essa deformação e de lhe atribuir um valor numérico.

As tecnologias à base de hidrogénio são um caminho promissor para um aço com menor teor de carbono, mas os altos-fornos convencionais continuarão a ter um papel importante durante a transição. Até agora, as experiências assentavam sobretudo em medições da contração global do leito e da perda de pressão do gás. Isso torna difícil determinar de que forma as alterações no interior de cada pelota contribuem para o comportamento de todo o leito compactado.

A equipa trabalhou com a Tata Steel Europe, a Universidade de Tecnologia de Delft e o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada (AIST). Realizaram experiências a alta temperatura que reproduziram as condições de um alto-forno e recorreram a tomografia computorizada (TC) de alta energia por raios X para reconstruir a estrutura interna das pelotas em três dimensões. Depois, utilizaram uma simulação baseada em partículas, denominada Moving Particle Hydrodynamics-Implicit (MPH-I), para reproduzir a deformação observada. Ao comparar a simulação com as imagens de TC, conseguiram estimar a tensão de cedência efetiva da carcaça rica em ferro, ou seja, a tensão que o material pode suportar antes de se deformar de forma permanente. Medir essa propriedade diretamente nas condições de um forno é um desafio.

As pelotas mudam por etapas. A 1 300 °C, uma carcaça relativamente rígida de ferro metálico ajudou-as a suportar a carga. A 1 400 °C, os componentes formadores de escória concentraram-se no interior das pelotas à medida que amoleciam. A 1 550 °C, as pelotas tinham fundido o suficiente para que o material líquido escorresse.

O avanço essencial é que as propriedades mecânicas de uma pelota podem ser estimadas a partir da sua deformação tridimensional observada, e não apenas a partir do comportamento de todo o leito. Os investigadores afirmam que isto poderá ajudar a prever a deformação dos leitos de minério de ferro e a avaliar o desempenho das diferentes matérias-primas a alta temperatura. Para os produtores de aço, significa uma forma de comparar minérios antes de chegarem ao forno, pelo menos em princípio. A equipa pretende aplicar o método a outros tipos de minério de ferro e a ambientes ricos em hidrogénio, mas não avança qualquer data, e os resultados obtidos até agora provêm de experiências laboratoriais.