Este trabalho aborda a auto-redução carbotérmica do óxido de ferro combinado com diferentes materiais carbonáceos (grafita, moinha de coque e carvão vegetal), aglomerados na forma de pelotas. Estas pelotas são denominadas auto-redutoras, e cimento Portland tipo ARI (Alta Resistência Inicial) foi utilizado como aglomerante. A redução das pelotas auto-redutoras foi estudada tanto no estado sólido (empregou-se forno de resistência), quanto pela fase líquida utilizando-se um banho metálico de Fe-C saturado. Pelotas convencionais (sem a presença de redutor na composição) também foram utilizadas na redução pela fase líquida. Os resultados indicam que a redução das pelotas auto-redutoras no estado sólido, abaixo de 1473K, sofre influência do tipo de redutor, quantidade de aglomerante e da temperatura. Nas temperaturas superiores a 1473K, estes parâmetros não influenciam significativamente no processo. Análises microscópicas indicam que a formação do ferro metálico, em pelotas auto-redutoras de óxido de ferro puro, ocorre na forma de partículas ao longo de toda a pelota. No caso de pelotas auto-redutoras de resíduos siderúrgicos, a formação do ferro metálico ocorre de modo mais pronunciado a partir das camadas mais externas. O mecanismo controlador da redução das pelotas auto-redutoras, em temperaturas até 1473K, indica ser a reação de Boudouard. Acima de 1473K, o transporte de calor desponta como o possível mecanismo controlador. Pelotasconvencionais submetidas a redução pela fase líquida, apresentaram longos tempos de reação, em temperaturas abaixo de 1711K, devido a provável formação da wustita sólida, na interface de reação entre as pelotas convencionais e o banho metálico. Este fenômeno, apresentado pelas pelotas convencionais, não ocorreu com as auto-redutoras. ) Análises microscópicas em ensaios interrompidos a 1623K, indicam que a formação do ferro metálico nas pelotas auto-redutoras submetidas a redução pela fase líquida, ocorre similarmente a redução no estado sólido. As pelotas convencionais sinterizadas possuem elevadas velocidades de redução em temperaturas superiores a 1711K, se comparadas com as aglomeradas a frio. Contudo, abaixo de 1711K, ambos tipos de pelotas convencionais possuem mesmas velocidades de redução. Análises cinéticas indicam que nas pelotas convencionais sinterizadas, a etapa controladora é possivelmente a reação de gaseificação do carbono do banho; enquanto que para as aglomeradas a frio, o controle misto. O passo controlador demonstra ser o transporte de calor, para as pelotas auto-redutoras de óxido de ferro puro.

The present work deals the carbothermic reduction of iron oxides when the carbonaceous material and the iron oxide are agglomerated together in the form of composite pellets. Two different processes of reduction were studied: in the solid state (by heating the pellets in a resistance furnace) and in the presence of a liquid iron bath. Also experiments of reduction of conventional pellets in the iron bath were performed for comparison. The experimental results have shown that up to 1473 K the rate of the process in the solid state is affected by the type of the carbonaceous material and the amount of Portland cement used as binder, together with a strong influence of the temperature. Above 1473 K, the effect of these parameters in the reaction rate is diminished. Microscopic analysis has detected the formation of metallic iron throughout the pellets, when pure iron oxide is used. When pellets containing wastes from steelplant were tested, it was observed that the formation of metallic iron is more pronounced at the external layers of the pellets. The controlling mechanism of the overall reaction was determined to be the reaction of gasification of carbon (Boudouard reaction) up to 1473 K, and heat transfer above this temperature. The conventional pellets submitted to reduction by the iron-carbon bath presented a high reduction time at temperatures below to 1711 K; this fact probably occurred due to presence of solid wustite at the interface pellet-bath. On theother hand, carbon-bearing pellets did not presented this behavior. Microscopic analysis showed that the composite pellets added to the iron-carbon bath presented the formation of iron particles in a way similar to the observed in the reduction in the electric resistance furnace. ) Conventional pellets that have been submitted to sintering at high temperatures presented higher reaction rates in the iron-bath at temperatures above 1711 K than the carbon-bearing pellets that were cold bonded, whereas at lower temperatures both presented similar rates. Kinetic analysis indicated that for sintered conventional pellets the rate-controlling step is the reaction of gasification of the carbon dissolved in the iron bath, whereas for conventional cold bonded pellets the reduction is controlled by a mixed mechanism. For carbon bearing pellets, heat transfer controls the rate.