Processos de redução de minério de ferro - Apostilas - Engenharia Quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Roberto_880
Roberto_8805 de Março de 2013

Processos de redução de minério de ferro - Apostilas - Engenharia Quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

PDF (493.6 KB)
18 páginas
2Números de download
1000+Número de visitas
100%de 1 votosNúmero de votos
Descrição
Apostilas de engenharia quimica sobre o estudo dos novos processos de redução de minério de ferro, vantagens, desvantagens, desenvolvimento de rotas alternativas de redução de minério de ferro.
20pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 18
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo

ESCOLA DE ENGENHARIA

LABORATÓRIO DE METALURGIA EXTRATIVA A – TRABALHO

Novos processos de redução de minério de ferro

docsity.com

NOVOS PROCESSOS DE REDUÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO

Introdução

Há cerca de 4.500 anos, o ferro metálico usado pelo homem era encontrado in natura em meteoritos recolhidos pelas tribos nômades nos desertos da Ásia Menor. Por sua beleza, maleabilidade e por ser de difícil obtenção, era considerado um metal precioso que se destinava, principalmente, ao adorno.

Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro no Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 4.000 anos a.C. Ele teria surgido por acaso, quando pedras de minério de ferro usadas para proteger uma fogueira, após aquecidas, se transformaram em bolinhas brilhantes.

Aos poucos, o ferro passou a ser usado com mais freqüência, a partir do momento em que descobriu-se como extraí-lo de seu minério. A exploração regular de jazidas começou em torno de 1.500 a.C., provavelmente no Oriente Médio, de onde o metal teria sido importado por assírios e fenícios. Por volta de 100 a.C na Alemanha produzia-se ferro pelo processo direto usando fornos de lupa, em 800 d.C fornos de cuba eram carregados manualmente e produziam cerca de 0,5 kg de Fe por kg de minério, do século XI ao XV as forjas catalãs permitiram aumentar o rendimento e diminuir o consumo de carvão e em torno de 1340 nos já considerados “altos-fornos” obteve-se pela primeira vez o ferro gusa líquido.

A partir de então, o alto-forno difundiu-se por todo mundo e até hoje mantém-se o reator mais utilizado na redução do minério de ferro, devendo assim permanecer por muitos anos, devido aos vários avanços que ocorreram no sentido de aumentar sua eficiência e ser a tecnologia industrial comprovadamente viável. Contudo, este reator apresenta características que não correspondem às expectativas do mercado atual.

Dentre as desvantagens de se utilizar os altos-fornos na redução do minério de ferro pode-se destacar:

docsity.com

– Inflexibilidade de matérias-primas: altos preços são pagos por matérias-primas (minério, pelotas, sínter etc.) que correspondam às especificações desejadas e o coque, proveniente de um recurso não-renovável, é o principal combustível sólido indispensável ao processo.

– Elevados custos de reforma e construção de novos fornos.

– Processos complementares como produção de coque e sínter são dispendiosas, altamente poluentes e cumprir com as exigências ambientais pode torná-los inviável.

Motivadas, então, pela exigência cada vez maior de compatibilizar produtos de alta qualidade, preço, eficiência enérgica e gestão ambiental, novas tecnologias vêm sendo desenvolvidas em diversas partes do mundo para redução de minérios de ferro. Além disso, por se tratar de uma indústria de base que atende a diversas cadeias de manufatura, a siderurgia é sensível às oscilações da economia e, assim, sempre busca a máxima eficiência de seus processos e novas maneiras de reduzir seus custos.

De forma simplificada, as novas tecnologias podem ser classificadas de acordo com o número de etapas de realização da redução do minério. Há processos de um estágio (Bath smelting), dois estágios (Hismelt, Finex e AISI-DS) e três estágios (DIOS), bem como técnicas que não se enquadram nessa classificação e que são denominadas processos especiais (Arex e Tecnored).

Entre os processos atualmente em desenvolvimento, alguns se destacam por terem atingido o estágio de evolução comercial, conforme mostra a Figura 1.

[pic]

Figura 1 – Desenvolvimento de rotas alternativas de redução de minério de ferro (adaptada de PASSOS, 2009)

A alta produtividade do Corex, Tecnored, Finex e Hismelt (produção um pouco menor que a dos anteriores) e o fato de obterem como produto um gusa de composição muito similar ao gusa produzido no alto-forno fazem deles possíveis alternativas de substituição. Outras rotas, como DIOS e Primus, ainda que apresentem viabilidade técnica, não alcançam níveis competitivos de produção. O uso de finos de minério no Hismelt e Finex garante-lhes uma redução nos custos operacionais. A capacidade de ser modular, o que facilita o desembolso de investimentos e por dispensar a sinterização e coqueria, implicando numa redução significativa de custos e de agentes poluidores, tornam o Tecnored uma opção ainda mais vantajosa.

docsity.com

Nesse trabalho, serão abordados os processos Corex, Tecnored, Hismelt, Finex, DIOS e Primus. Aspectos como a descrição do processo, as matérias-primas utilizadas e as características operacionais serão contemplados.

Corex

Histórico

O processo Corex começou a ser desenvolvido no final da década de 1970, na Alemanha, quando houve aumento do preço do gusa produzido de maneira convencional. O objetivo das pesquisas era criar uma rota que permitisse a utilização de outros tipos do carvão, não coqueificáveis. Após uma série de testes em uma planta piloto, foi construída a primeira unidade industrial na África do Sul, cuja operação foi iniciada em 1989. Hoje, há plantas Corex também na Índia e na China. A tecnologia Corex é, hoje, considerada a única alternativa comercial ao alto-forno.

Princípio de funcionamento e descrição do processo

O método Corex utiliza carvão não-coqueificável para a redução de minério de ferro. Classificado como um processo de dois estágios, o Corex utiliza dois reatores, a saber: uma cuba de redução em contracorrente e uma unidade de fusão com leito fluidizado.

Inicialmente, o carvão é alimentado no reator de fusão e gaseificação, onde, a partir do contato com gases redutores em altas temperaturas (1000 a 1100°C), as partículas sofrem secagem e desgaseificação, formando-se um leito fluidizado. A volatilização de componentes do carvão gera CO, devido à injeção de uma quantidade controlada de oxigênio no reator por ventaneiras, H2 e CH4, cuja mistura forma o gás redutor. O componente majoritário do gás redutor é o CO. A Figura 2, a seguir, esquematiza a geração do gás redutor no reator.

[pic]

Figura 2 – Geração do gás redutor no reator de fusão e gaseificação (extraída de Novos processos de redução de minério de ferro)

docsity.com

Essa mistura é, então, submetida a etapas de resfriamento (para temperaturas da ordem de 850°C) e ciclonagem. O pó recolhido nessa operação retorna ao reator de fusão e gaseificação. Em seguida, grande parte do gás redutor é encaminhada para a cuba de redução, sendo que uma pequena quantidade é recolhida e resfriada por um venturi, tornando-se gás de resfriamento.

No reator de redução, carrega-se a carga metálica, em geral minério de ferro. Além do minério, aditivos podem ser adicionados para garantir a remoção de enxofre e a manutenção da basicidade da escória. O gás redutor produzido entra na cuba pela parte inferior, promovendo, assim, a redução do minério e a produção de ferro esponja, que volta ao reator de fusão e gaseificação por meio da ação de parafusos controláveis. No reator de fusão e gaseificação, o ferro esponja é fundido, o que permite sua retirada na forma líquida, bem como a eliminação do banho de escória. A retirada do produto é feita a temperaturas entre 1400 e 1550°C. A Figura 3, a seguir, mostra um esquema geral do processo Corex.

[pic]

Figura 3 – Esquema geral da redução de minério de ferro pelo processo Corex (extraída de )

Matérias-primas

O processo Corex é bastante flexível quanto às matérias-primas, uma vez que permite a utilização de vários tipos de minério e de carvões, o que coloca o custo como fator predominante na escolha de insumos. Essa rota não demanda o beneficiamento do minério, de maneira que sínter e pelota não precisam ser previamente produzidos, embora haja relatos de que a pelota aumenta a eficiência da redução.

Os melhores resultados são obtidos quando o carvão possui menor teor de voláteis (o que fornece alta temperatura de gaseificação e disponibiliza energia para fusão do produto reduzido) e menor quantidade de finos, que prejudicam a formação do leito fluidizado. Em relação ao minério, seu tamanho deve ser o mais uniforme possível para melhor fluxo do gás e não pode haver degradação significativa sob redução.

Quanto aos aditivos mais comuns, têm-se calcário e dolomita que, carregados na cuba de redução juntamente com o minério, objetivam aumentar o teor de MgO da escória, diminuir a viscosidade, melhorar a partição do enxofre e reduzir o teor de alumina no produto final. No reator de fusão e gaseificação, utiliza-se também o quartzo, para controlar a composição da escória.

docsity.com

Características operacionais

O processo Corex tem características muito vantajosas quando comparado ao alto-forno, sendo a flexibilidade quanto ao uso de minérios e carvões (possibilidade de uso de matérias- primas sem preparação por meio de processos como coqueificação e pelotização) a principal delas. A compatibilidade ambiental do método e sua baixa exigência energética também são notáveis, com emissões de quantidades insignificantes de óxidos de nitrogênio e enxofre, poeiras, fenóis, sulfetos e amônio. Ainda assim, há a necessidade de uma unidade produtora de oxigênio de alta capacidade, o que ainda é um obstáculo para uma aplicação em larga escala.

Tecnored

Histórico

O processo Tecnored teve seus estudos iniciados na década de 1960, quando pesquisadores decidiram explorar, conceitualmente, as possibilidades de tornar o processo de transformação de minérios em ferro primário cada vez mais eficiente e menos dependente de matérias-primas convencionais. Em meados da década de 1970, foram implementados os primeiros reatores da nova rota, obtendo-se bons resultados. No início dos anos 2000, essa tecnologia já se encontrava patenteada em mais de 20 países. Em 2006, uma unidade semi- industrial foi iniciada pela Aço Villares, com objetivos de demonstração da tecnologia.

docsity.com

Princípio de funcionamento e descrição do processo

O processo Tecnored utiliza matérias-primas e insumos de baixo custo para a obtenção de gusa, com base na redução e fusão de pelotas auto-redutoras (produzidas com finos de minério e finos de carvão), curadas a frio, em um forno de geometria especial, denominado forno de alta redução (FAR). Esse forno é dividido em três regiões, a saber: cuba superior, zona de fusão e cuba inferior.

Nessa técnica, as pelotas são alimentadas na cuba superior, onde ocorre a redução do minério por meio do contato com o gás em contracorrente. Esse gás, composto majoritariamente por CO2, é produzido a partir da reação entre combustíveis sólidos, alimentados lateralmente no forno, e ar quente, soprado pelas ventaneiras primárias, o que gera CO; o CO, por sua vez, é queimado a partir da injeção de ar frio, proveniente das ventaneiras secundárias, em uma região superior do reator, produzindo CO2. Dessa forma, é possível a ocorrência da reação de Boudouard (C ( CO2 = 2CO) nas partículas de carvão presentes nas pelotas, que permite a redução do minério. Vale ressaltar que a reação de Boudouard não ocorre no combustível sólido, de maneira que há economia energética e redução do consumo de combustível. Na rota Tecnored, as pelotas são denominadas de auto-redutoras.

Em seguida, o produto da redução caminha em sentido descendente, em direção à zona de fusão. Nessa região, ocorre fusão das pelotas reduzidas, promovida pela energia contida nos gases quentes provenientes do leito de combustíveis sólidos, redução dos óxidos de ferro residuais e o início da carburação do ferro gusa.

Finalmente, na cuba inferior, ocorre superaquecimento do metal e da escória até as temperaturas de vazamento e a finalização da carburação do gusa. Além disso, ocorre a remoção do enxofre pela escória. O gusa é, então, são retirado sob a forma líquida na base do reator, juntamente com a escória. A Figura 4, a seguir, mostra um esquema do FAR do processo Tecnored.

[pic]

Figura 4 – Esquema do forno de alta redução (processo Tecnored) (adaptada de )

Matérias-primas

docsity.com

O processo utiliza pelotas que são produzidas a partir de uma mistura de finos de minério de ferro, redutores (finos de carvão mineral, finos de carvão vegetal, finos de coque ou biomassa) e cal hidratada, que age como ligante e fluxante. A aglomeração dessa mistura é feita em discos de pelotização convencionais. As pelotas assim obtidas são curadas ao ar atmosférico durante 28 dias. A utilização da rota Tecnored, dessa forma, permite adaptação a diversas matérias-primas de baixo custo, tais como minério de baixo teor, combustíveis sólidos e poeiras, por exemplo.

Características operacionais

O forno de alta redução possui alta produtividade, além de alta eficiência energética, já que a reação de Boudouard não ocorre na cuba superior. Além disso, a queima do CO é feita com ar frio, o que elimina custos de aquecimento dos gases. O investimento nas instalações também é relativamente baixo, já que o forno utiliza periféricos comuns para realizar operações como injeção e limpeza. Em termos ambientais, o método Tecnored também é altamente vantajoso, já que não há emissões e efluentes perigosos.

Entretanto, o processo demanda preparação das matérias-primas, o que pode inviabilizar economicamente sua aplicação. Ainda assim, a pelotização envolve custos reduzidos, uma vez que a moagem dos finos não chega a faixas granulométricas muito finas e as pelotas não necessitam de queima.

Hismelt

Histórico

O processo Hismelt, fusão redutora de alta intesidade (high-intensity smelting reduction), é originário de uma parceria entre as empresas CRA (Austrália), hoje Rio Tinto, e Klöckner Werke (Alemanha) no início dos anos 80. O desenvolvimento desse processo está relacionado ao interesse da CRA em utilizar carvão não-coqueificável e minérios de baixo teor, matérias-primas locais disponíveis. Uma pequena planta piloto foi contruída na Alemanha em 1984 e uma maior foi montada na Austrália em 1994, em parceria com a Midrex Corporation. Em 2002 decidiu-se pela construção de uma planta com capacidade para 800 mil toneladas por

docsity.com

ano onde já funcionava a planta piloto de maior capacidade. Em 2008, essa planta já funcionava com cerca de 80% de sua capacidade.

Princípio de funcionamento e descrição do processo

O processo Hismelt é um método de fusão redutora (bath smelting), em que os óxidos de ferro, dissolvidos em banho metálico ou escória líquida, são reduzidos pelo carbono, produzindo metal líquido. É considerado um processo de dois estágios, onde há uma pré-redução e gaseificação no primeiro e a redução final no reator principal.

Os finos de minério são levemente pré-aquecidos e pré-reduzidos em um reator de calcinação e leito fluidizado e a redução final e fusão ocorrem em forno cilíndrico. O processo utiliza ar pré-aquecido (1200°C) ao invés de oxigênio puro, utilizado em processos do gênero. Essa diferença deve-se à restrições de infraestrutura na região em que a planta piloto foi implantada e também ao elevado custo do uso do gás puro. No entanto, o nitrogênio exerce o papel de promover a transferência de calor e controle da temperatura de pós-combutão. O ar utilizado é geralmente enriquecido para 35% de conteúdo de oxigênio. Adicionalmente, o tamanho do reator teve de ser ajustado para lidar com o maior volume de gases. Além disso, esse processo também difere dos demais processos de fusão redutora pelo fato de que os materiais são injetados por lanças submersas e não pelo topo do reator.

Os finos de minério pré-reduzidos, carvão não-coqueificável e fundentes são injetados, através de lanças submersas refrigeradas à água, diretamente no banho metálico onde ocorrem as reações metalúrgicas no espaço de alguns segundos. Os fundentes, ganga do minério e cinzas formam a escória. Os gases liberados nesse processo reagem com o oxigênio do ar que entra por uma outra lança localizada no topo do reator. O calor gerado é capturado pela escória e tranferido para o banho metálico de forma a manter a reação de redução. O metal líquido produzido é vazado continuamente através do cadinho e a escória é vazada periodicamente. A Figura 5 ilustra o reator de fusão redutora utilizado no processo Hismelt.

Assim como o Corex, o Hismelt produz um gás de saída com elevado conteúdo térmico e energético, que pode ser utilizado para pré-aquecimento e pré-redução da carga metálica, ou mesmo para geração de energia na planta.

[pic]

Figura 5 – Reator de redução utilizado no processo Hismelt (extraída de GOODMAN, 2007)

docsity.com

Matérias-primas

Etapas preparatórias de sinterização ou pelotização e coqueificação são dispensadas, já que finos de minério e carvão não-coqueificável são diretamentes utilizados na planta. A não- necessidade do processamento prévio das matérias-primas impacta diretamente nos custos de operação da unidade.

O processo utiliza finos de minério de ferro (-6mm) e não requer aglomeração. Além disso, minérios ainda mais finos podem ser facilmente utilizados. Diferentes minérios não precisam ser homogeneizadas e aqueles com altos teores de fósforo podem ser utilizados, devido à remoção efetiva para escória. A carga metálica é normalmente pré-aquecida, de forma a aumentar a eficiência do processo, mas pode ser utilizada diretamente. Quanto ao carvão, é utilizado seco e com granulometria -3mm. Podem ser utilizados desde antracitos a carvões com alto teor de voláteis (até cerca de 40%).

Resíduos de siderúrgicas também podem ser utilzados, como finos metálicos do processo DRI, finos de blenda e carepa.

Características operacionais

Considerando-se o produto, o processo Hismelt apresenta como principal vantagem a qualidade do metal líquido produzido, que pode variar desde àquele compatível com o alto- forno à composição dos semi-aços. O processo permite alcançar teores muito baixos de fósforo e remoção quase total de silício.

Outra caractéristica importante é sua flexibilidade de produção, que permite fácil interrupção e gestão de ociosidade. A construção da planta é facilitada devido ao fato de utilizar equipamentos já utilizados em plantas tradicionais e pela necessidade de espaço físico menor, pela utilização da matéria-prima em estado natural, não trabalhada.

Ambientalmente, sua implantação é favorável pela eliminação de coqueria e sinterização, reduzindo emissão de gases. Além disso, o consumo específico de energia por tonelada de metal líquido produzido é inferior ao alto-forno, reduzindo custos de operação.

Uma das desvantagens desse processo era o rendimento de refratários, mas, com os testes em escala piloto, atingiu-se níveis satisfatórios. Sua maior limitação no momento consiste em alcançar produtividade elevada, capaz de competir com os altos-fornos.

docsity.com

Finex

Histórico

O processo Finex de redução de minério de ferro foi desenvolvido pela Posco e a Simens VAI para produzir ferro gusa. Em 2003, foi construída a primeira planta piloto com capacidade de 600.000 toneladas por ano na planta Pohang Steel Works, na Coréia do Sul. Em maio de 2007, foi inaugurada a planta comercial Finex também em Pohang com capacidade de 1,5 milhões de toneladas de gusa por ano.

Princípio de funcionamento e descrição do processo

Finos de minério são carregados em um reator de leito fluidizado, junto a fundentes específicos como cal e dolomita. Os óxidos de ferro presentes no minério são reduzidos produzindo ferro esponja. Ao final da redução o ferro esponja é briquetado a quente e transferido diretamente por gravidade para o silo de alimentação do reator de fusão. É durante a etapa de fusão dos briquetes que se adiciona carvão não coqueificável e a injeção simultânea no reator de carvão pulverizado e oxigênio. O gás redutor gerado a partir da reação de gaseificação do carvão (CO – H2) percola em contracorrente o leito fluidizado durante a etapa de reação sólido-gás.

O calor gerado na combustão/gaseificação do carvão pelo oxigênio fornece a energia necessária para fundir o ferro esponja briquetado. Os produtos finais da fusão são o ferro gusa e a escória líquida que são vazados exatamente no padrão do alto-forno e transferidos para um posterior processamento. O gusa produzido apresenta características e qualidade muito próximas ao gusa produzido pelo alto-forno ou pelo processo Corex. O excesso de gás gerado no processo pode ser comercializado como sub-produto, podendo ser utilizado em aquecimento e geração de energia. A Figura 6, a seguir, mostra o fluxograma geral do processo Finex. A sigla HBI representa o ferro esponja briquetado a quente.

[pic]

Figura 6 – Fluxograma geral do processo Finex (extraída de PASSOS, 2009)

docsity.com

Matérias-primas

Como no processo Hismelt, as matérias primas utilizadas são finos de minério e de carvão não coqueificável. Também utilizam-se fundentes específicos como cal e dolomita na etapa de formação do ferro esponja. Durante a etapa de fusão dos briquetes, são adicionados carvão não coqueificável que é injetado simultânea no reator de carvão pulverizado e oxigênio.

Características operacionais: vantagens

Os custos de investimento e os custos operacionais do processo Finex são muito menores que os do alto-forno, pois esse processo, assim como outras rotas alternativas, não utiliza plantas de aglomeração de minérios e coqueria. Uma planta de 1,5 milhões de toneladas por ano pode produzir gusa de forma muito mais eficiente que um alto-fomo de 3 milhões de toneladas por ano. Em relação à planta de oxigênio e à planta de geração de energia. A redução dos custos em relação ao alto-forno é de cerca de 20% e 15%, respectivamente.

No processo Finex, tem-se redução dos impactos ambientais através da diminuição de emissões de SOx, NOx e poeiras. O enxofre contido no carvão é escorificado na forma de CaS através da reação com a cal presente no leito. A emissão de SOx é quase nula e as emissões de NOx dificilmente ocorrem, uma vez que as reações ocorrem em meio redutor. Também não há geração de dioxinas e furanos, devido à ausência de etapas de sinterização.

DIOS

Histórico

No fim dos anos 80, a Japan Iron e a Steel Federation uniram forças para o desenvolvimento e pesquisa no programa chamado DIOS. Essa sigla tem por significado, em inglês, Direct Iron Ore Smelting. Nesse projeto, envolveram-se oito produtoras japonesas de aço (entre elas a NSC, NKK e Kawasaki) e um centro de pesquisa em mineração de carvão com apoio do ministério internacional das indústrias. O projeto tinha por objetivo a desenvolvimento de uma planta piloto com produção de 500 t/dia de metal através de um conversor onde o minério seria

docsity.com

fundido com oxigênio e carvão no interior de um banho metálico. O projeto, assim, tinha por objetivo principal desenvolver um processo com maior eficência energética, utilizando carvão em vez de coque.

Princípio de funcionamento e descrição do processo

O processo DIOS utiliza leito fluidizado para redução de finos de minério, com fusão redutora em banho metálico e reforma do gás de topo pela adição de finos de carvão. O conversor é considerado um reator mais eficiente que os fornos de cuba, pois sua taxa de reação é muito alta devido a altas temperaturas e intensa agitação. Nele, o carbono é reposto com adição contínua de carvão, e a combustão exotérmica do carbono é balanceada pelas reações endotérmicas da redução.

O processo DIOS utiliza uma única lança de topo para injeção de oxigênio. Possui um sistema de reatores de leito fluidizado que utiliza os gases de topo do reator de fusão para o aquecimento e pré-redução dos finos de minério de ferro. No reator de fusão, a redução se completa em presença de fases líquidas (metal e escória). Uma pequena quantidade de finos de carvão é injetada no gás de topo para resfriá-lo e enriquecê-lo com CO e H2 para ser consumido na etapa de pré-redução. O carvão é carregado no forno por gravidade e oxigênio é injetado no forno para combustão do carvão primário e posterior consumo do mesmo. A Figura 7, a seguir, mostra um fluxograma do processo DIOS.

[pic]

Figura 7 – Esquema geral da redução de minério de ferro pelo processo DIOS (extraída de PASSOS, 2009)

Matérias-primas

As principais matérias-primas do processo são os finos de minério e os finos de carvão que são injetados.

Características operacionais

docsity.com

A principal vantagem desse processo é a capacidade do mesmo de utilizar o minério diretamente na fração fino, ou seja, não há necessidade de se tratar os finos de minério para aumentar a granulometria dos mesmos como é feito na sinterização e pelotização (etapas que trabalham o minério para que o mesmo possa ser adequado para abastecer o processo de alto- forno.). Como é sabido, essas etapas, como pelotização e sinterização, exigem um alto investimento; logo o processo DIOS permitiria uma produção com menor custo de processo.

Outra vantagem é que o processo trabalha com finos de carvão como agente redutor e combustível; logo, ao contrário de uma usina convencional de redução de minério de ferro, não há a necessidade de uma coqueria para fornecer coque para abastecer o processo. Mais uma vez, o fato de a coqueria ser dispensável reduz os custos desse processo. Com isso, há redução de impactos ambientais e possibilidade de construção da planta em áreas menores.

Como principal desvantagem, tem-se a baixa produção quando comparado a um processo convencional, onde se utiliza o alto-forno e o tratamento do gusa na aciaria.

Primus

Histórico

O Processo Primus é uma tecnologia desenvolvida pela Paul Wurth com o objetivo de reciclar subprodutos da metalurgia em geral e finos de minério. A primeira planta Primus foi implantada em Luxemburgo, a partir de 1999, com operação iniciada em 2003. Em 2009, uma planta em Taiwan teve sua operação iniciada.

Princípio de funcionamento e descrição do processo

O processo se baseia na combinação de um forno com múltiplas soleiras (forno de andares) e um forno elétrico a arco especialmente projetado para esse processo. O projeto permite ainda

docsity.com

tratamento do gás de topo, permitindo a redução da utilização de gás externo e recuperando eficientemente óxidos de metais não ferrosos (por exemplo, ZnO).

A seqüência de operação é iniciada no forno de soleiras múltiplas, no qual ocorre a secagem, aquecimento e pré-redução da carga metálica utilizando carvão como agente redutor e combustível do processo. O produto final é um ferro esponja, que será transferido para o forno elétrico a arco. Nas soleiras múltiplas, também ocorre a eliminação do óleo, calcinação e a preparação do carbono reativo para a redução e carbonetação do metal no forno elétrico. No forno elétrico a arco, ocorre a redução final dos óxidos, a remoção do zinco, fusão da carga, carburação e dessulfuração do metal. Portanto, o processo Primus envolve a obtenção de um pré-reduzido (DRI) com alto grau de metalização, seguida da fusão desse produto. A Figura 8, a seguir, mostra uma representação esquemática de uma planta Primus.

[pic]

Figura 8 – Esquema geral do processo Primus (extraída de PASSOS, 2009)

Matérias-primas

Esse processo utiliza como matéria-prima lamas de alto forno e aciaria, pó de alto forno e aciaria, carepa e pó de forno elétrico. Outros materiais, com algum teor de ferro contido, também podem ser considerados. Como redutor, o processo utiliza finos de carvão. O processo Primus, assim como outros processos alternativos, não necessita de tratamento prévio das matérias primas como secagem, remoção de óleos, pelotização, sinterização, coqueificação nem separação e/ou recuperação de elementos tais como zinco e chumbo.

Características operacionais

A rota Primus possui alta eficiência devido a algumas características específicas, sendo a percolação do gás em contra-corrente um fator importante. O CO contido no gás gerado no forno elétrico é tratado e reutilizado no processo, o que minimiza o consumo de gás. O projeto também permite recuperação da quase totalidade do zinco, chumbo e outros metais não ferrosos provenientes da lama, pó e resíduos de não ferrosos.

O processo também apresenta baixo custo operacional, uma vez que os finos de carvão não coqueificáveis são usados como redutor e fonte de energia para o sistema de soleiras, não

docsity.com

havendo necessidade de consumo de gás natural para processamento dos resíduos. Além disso, deve-se ressaltar o baixo custo na preparação da matéria prima, pois, os finos e carepas, após homogeneização, são pelotizados a frio. O carvão também não requere moagem, peneiramento ou secagem.

Outros processos

Há, ainda, outros processos alternativos de redução de minério de ferro, não abordados nesse estudo. Dentre eles, podem ser citados: Arex, Circofer, Oxycup, Ausiron, Romelt e Ulcos. Tais rotas encontram-se atualmente sob pesquisa e têm apresentado resultados promissores, que, porém, ainda não são comparáveis às tecnologias aqui abordadas.

Conclusão

Em termos de produção siderúrgica global, o alto-forno ainda é o processo de maior aplicação e com melhores retornos. Novos processos de redução, porém, podem suprir necessidades de um consumo mais racional de energia e melhor atender às regulações ambientais.

Os crescentes investimentos feitos em plantas industriais baseadas nos processos aqui citados indicam que as novas rotas têm conseguido aliar viabilidade técnica e econômica, ainda que haja problemas, notadamente a impossibilidade de obtenção de volumes de produção comparáveis àqueles obtidos com o alto-forno.

Dessa forma, o futuro da siderurgia aponta para a melhoria e para a diversificação de processos de obtenção de ferro primário, com a ampliação gradual do uso de novas tecnologias.

Referências bibliográficas

– Novos processos de redução de minério de ferro. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 1995. (Vários autores)

– Iron making solutions for the 21st century. Linz: Voest-Alpine Industrieanlagenbau, 2003.

docsity.com

– BATES, Peter; GOLDSWORTHY, Tara. Hismelt® - Meeting the Global Steel Industry Challenge. 2002. Disponível em: . Acesso em: 01 nov. 2011.

– De BEER, Jeroen; WORRELL, Ernst, BLOK, Kornelis. Future technologies for energy-efficient iron and steel making. Annual Review of Energy and the Environment. 1998, Palo Alto, v. 23, p. 123-205.

– GOJIC, M.; KOZUH, S. Development of Direct Reduction Processes and Smelting Reduction Processes for the Steel Production. Chemistry in Industry, Zagreb, v. 55, n. 1, p. 1-10, 2006.

– GOODMAN, Niel. Operations at the Hismelt Kwinana Plant. 2007. Disponível em: . Acessso em: 01 nov. 2011.

– MANNING, C. P.; FRUEHAN R.J. Emerging Technologies for Iron and Steelmaking. JOM, New York, v. 53, n. 10, p. 20-23, 2001.

– NOLDIN Jr., José Henrique; D’ABREU, José Carlos et ARAUJO, Denílson Rodrigues de. Tecnologias emergentes da siderurgia primária. Novas oportunidades? Disponível em: . Acesso em: 23 set. 11.

– PASSOS, Elisa Kimus Dias. Avaliação das rotas alternativas de produção de ferro-gusa. 2009. 63 f. Projeto de Formatura (Engenharia Metalúrgica) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2009. Disponível em: . Acesso em: 14 nov. 2011.

– Disponível em: . Acesso em: 19 out. 2011.

docsity.com

– Disponível em: . Acesso em: 19 out. 2011.

– Disponível em: . Acesso em: 14 nov. 2011.

docsity.com

comentários (0)
Até o momento nenhum comentário
Seja o primeiro a comentar!
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome