Palestrante: Me. Eng. Bruno D. Flores (Doutorando do Grupo LaSid-Redução)

Prof. Dr. Ing. Antônio Cezar Faria Vilela (Coordenador Geral do LaSid)Prof. Dr. Eduardo Osório (Coordenador do Grupo LaSid-Redução)

A questão do carvão nacional no setor siderúrgico

Sumário

Introdução

Carvão mineral na coqueificação

Carvão mineral para injeção em altos-fornos

Carvão mineral na redução direta

Outras oportunidades para os carvões nacionais na siderurgia

Pesquisas do Laboratório de Siderurgia da UFRGS

2

Introdução

Reservas Provadas Produção

Fonte: BP Statistical Review of World Energy, June 2015 - modificado.

Somos um exemplo para o mundo quando o assunto é carvão?

3

1 EUA

2 Rússia

3 China4 Austrália

5 Índia

6 Alemanha

7 Ucrânia

8 Cazaquistão

9 África do Sul

10 Indonésia11 Turquia12 Colômbia13 Brasil

14 Canadá15 Polônia

1 China

2 EUA

3 Índia

4 Austrália

5 Indonésia

6 Rússia

7 África do Sul

8 Alemanha

9 Polônia

10 Cazaquistão

11 Colômbia

12 Turquia

13 Canadá

14 Ucrânia

15 Grécia

24 Brasil

Por que e onde carvão mineral é utilizado na fabricação de aço?

4

Rotas de produção de aço

Rotasde Produção

Alto-Forno

Forno Elétrico a Arco

Sucata

68%

30%

2%

Matérias-Primas Produção de aço no mundo/Brasil por tipo de rota

Redução Direta/Fusão

Carvão

Minério de Ferro

Gás NaturalCarvão

75%

25%

0%

Fonte: IAB 2013

Cerca de 1,2 bilhão de toneladas de carvão são utilizadas anualmente na produção deaço, o que representa cerca de 15% do consumo total de carvão em todo o mundo.

Mundo Brasil

5

O alto-forno

Nos altos-fornos o ferro-gusa é produzido a partir da redução do minério de ferro utilizandocarbono na forma de coque e carvão pulverizado como agentes redutores e combustíveis.

Coqueificação

Sinterização

Pelotização

Carvão Coqueificável

Minério de Ferro

Carvão PCI

Ferro-gusa Escória

6

Cerca de 75% do carvão utilizado na fabricação de gusa entra no AF na

forma de coque.

Processo de coqueificação

Processo pelo qual o carvão mineral coqueificável, ao ser aquecido na

ausência de oxigênio, libera gases da sua estrutura, originando um resíduo

sólido poroso.

A coqueificação permite obter um combustível/redutor adequado para o

carregamento em altos-fornos.

7

Processo de coqueificação: coqueria By-product

Fornos com recuperação de subprodutos (By-product)

8

Processo de coqueificação: coqueria By-product

Fornos com recuperação de subprodutos (By-product)

As coquerias convencionais tem como produtos coque e gases.

75% coque 25% gases Gás combustível 17%

Alcatrão 5%

Óleos leves eOutros 3%

Indústria Carboquímica

Indústria Siderúrgica

9

Processo de coqueificação: coqueria Heat Recovery

Fornos sem recuperação de subprodutos (Heat Recovery)

Nesse processo o gás gerado no processo é queimado para a geração de energiaelétrica.

Suncoke Coqueria Tubarão Capacidade 1,5 milhão t/ano e 155 MW

10

Fonte: Suncoke

Uso de PCI nos altos-fornos

Coqueificação

Sinterização

Pelotização

Carvão Coqueificável

Minério de Ferro

Carvão PCI

Somente cerca 15% das reservas mundiais de carvão possuem as propriedades

requeridas para a produção de coque.

11

Carvão mineral para injeção em altos-fornos

O objetivo da injeção de carvão pulverizado na zona das ventaneiras dos altos-fornos é substituir parte do coque necessário para a produção de ferro-gusa.

Diminuição dos custos da produção

Aumento da produtividade dos AF

Aumento da vida útil das coquerias

Diminuição das emissões causadas pela produção de coque

A vantagem econômica do PCI se baseia na diferença de custo entre os

carvões coqueificáveis e os não coqueificáveis.

12

Características esperadas em carvões para uso siderúrgico

Quais são as características esperadas em carvões para uso em coqueificação e PCI?

Caracterização físico-química:

propriedades plásticas

Caracterizaçãoquímica: matéria

orgânica e inorgânica

Caracterização

petrográfica

Caracterização

física

13

Caracterização físico-química:

propriedades plásticas

Caracterizaçãoquímica: matéria

orgânica e inorgânica

- Alto teor de matéria mineral

- Alto teor de enxofre

- Ausência parcial ou total de propriedades

plásticas e aglomerantes (importante

somente na coqueificação)

Quais são as dificuldades de uso do carvão nacional em termos depropriedades?

14

Características esperadas em carvões para uso siderúrgico

Quais são as necessidades e oportunidades para o carvão nacionalser utilizado na siderurgia via altos-fornos?

BENEFICIAMENTO

Carvões para o setor de geração de energia

Cinzas 30 – 50%

Necessidade da geração de um novo produto

criado para atender as siderúrgicas

Cinzas 10 -15%15

Carvões Nacionais

Oportunidade dos carvões nacionais para uso siderúrgico

Carvões nacionais de forma individual nãopossuem as características adequedaspara utilização tanto na fabricação decoque como para injeção em AF.

PROBLEMÁTICA

SOLUÇÃO

Utilização de misturas de vários tipos decarvões (materias carbonosos), cujosomatório de suas propriedades resulteem produtos adequados ao AF.

Quais são as necessidades e oportunidades para o carvão nacionalser utilizado na siderurgia via altos-fornos?

16

Oportunidade dos carvões nacionais para uso siderúrgico

Qual o potencial de consumo de carvão na fabricação de aço via altos-fornos no Brasil?

17

O Brasil em 2014, teve uma produção de33,9 milhões de toneladas de aço bruto.9ª maior produtor mundial.

Espírito SantosArcelorMittal Aços Longos (Cariacica)ArcelorMittal (Tubarão)

Rio de JaneiroVotarantim Siderurgia (Resende)Votarantim Siderurgia (Barra Mansa)CSN (Volta redonda)Gerdau Aços Longos (Santa CruzThyssenKrup CSA (Santa Cruz)

ParáSinobras

CearáGerdau Aços Longos (Cearense)

PernambucoGerdau Aços Longos (Açonorte)

BahiaGerdau Aços Longos (Usiba)

Minas GeraisAperam South AmericaGerdau Açominas (Ouro Branco)ArcelorMittal Aços Longos (Monlevade)ArcelorMittal Aços Longos (Juiz de Fora)Gerdau Aços Longos (Barão de Cocais)Gerdau Aços Longos (Divinópolis)Usiminas (Ipatinga)V & M do BrasilVSB (Jeceaba)

São PauloArcelorMittal Aços Longos (Piracicaba)Gerdau (Pindamonhangaba)Gerdau (Mogi das Cruzes)Gerdau Aços Longos (São Paulo)Usiminas (Cubatão)Vilares Metais

Rio Grande do SulGerdau Aços Longos (RiograndenseGerdau Aços Especiais (Piratini)

ParanáGerdau Aços Longos (Guaíra)

Fonte: IAB modificado.

Parque siderúrgico brasileiro

11 grupos empresariais

29 Usinas

48,9 Mt de aço bruto/ano

18

As usinas integradas a coque no país representam cerca de 75% da produçãosiderúrgica brasileira.

0

2

4

6

87,5

5,65 5

4,5 4,5

1,2

Cap

acid

ade

de

pro

du

ção

de

aço

b

ruto

/an

o (

Mt)

Fonte: SAGE

TOTAL 33,3 Mt

Principais produtores de aço via altos-fornos a coque

Usinas integradas no Brasil

19

1,5

12,4

2,8

0,61,4 Carvão Vegetal

Carvão Mineral Coqueificável

Carvão PCI

Antracito

Coque de petróleo

Atualmente as usinas siderúrgicas brasileiras consomem aproximadamente 12,5Mt/ano de carvões coqueificáveis e 2,8 Mt de carvões para injeçaõ em altos-fornos.

Consumo de carbonosos

Produção

Consumo

11,5 Mt

9,7 Mt

Produção anual e consumo de coque

Fonte: IAB, 2013 modificado.

Demanda de carvão na siderurgia nacional

Caso o mineração nacional consiga suprir 10% da necessidade de carvão siderúrgico, isso resultaria

20

No Brasil, atualmente todo o carvão mineral utilizado pelas siderúrgicas é importado.

39%

22%

12%

9%

5%13%

Estados Unidos

Austrália

Colômbia

Canadá

África do Sul

Outros

Origem dos carvões importados

Importação dos carvões utilizados na siderurgia

O carvão mineral é um dos principais itens de importação na balança comercialmineral no Brasil. O país gasta em média cerca de US$ 2,9 bilhões por ano comcarvões para uso siderúrgico.

21

Fonte: IAB, 2013 modificado.

Projeção de produção de carvão nacional para siderurgia

Caso a mineração nacional de carvão seja capaz de suprir 10% dademanda de carvão siderúrgico :

18,6 Mt

13,5 Mt

Produção de ROM

Considerando um rendimento

de 30% em processos de

beneficamento

Produção de carvão siderúrgico

1,53 Mt/ano

22

Exploração otimizada das jazidas de carvão mineral nacional, considerando uso misto siderúrgico e térmico.

Utilização de carvão na Redução Direta

23

Rotas de produção de aço

Rotade Produção

Alto-Forno

Forno Elétrico a Arco

Sucata

68%

30%

2%

Matérias-Primas Produção de aço no mundo/Brasil por tipo de rota

Redução Direta/Fusão

Carvão

Minério de Ferro

Gás NaturalCarvão

75%

25%

0%

Fonte: IAB 2013

Mundo Brasil

24

Redução direta

Produto do alto-forno Produtos da redução direta

Hot briquette iron

Ferro-gusa

Ferro esponja

Processo em que o minério de ferro é, no estado sólido, quimicamente reduzido aferro altamente metalizado (ferro-esponja ou Ferro Diretamente Reduzido – DRI).

25

Utilização de carvão na Redução Direta e Redução-Fusão

Foram produzidas 75,2 Mtde DRI/HBI em 2013.

0,2%

21,2%

15,4%63,2%

Outros Baseados em carvão

HyL/Energiron Midrex

Produção Mundial de DRI e HBI

26

Fonte: Midrex 2013

Processo SL/RN em forno rotativo

Minério deFerro (pelotas)

Carvão Mineral

Peneira

Separador Magnético

Ferro Esponja

Ar Ar

Ar

Água

Ar

Câmara de pós-combustão

Ar/carvão

Experiência nacionalCarvão do Recreio como

combustível/redutor

Processos de Redução Direta

SL/RN

Aços Finos Piratini

27

Vantagem:possibilidade de uso de carvões de alto teor de

cinzas

Índia principal produtor mundial

Outras oportunidades para os carvões nacionais

28

Outras oportunidades para uso de carvão nacional na siderurgia

29

Processos nos quais o carvão nacional pode ser incorporado

Pelotização

Novos processos de coqueificação (ex. Scope 21)

Processos de redução fusão: Corex, Tecnored, etc

RecomendaçõesRoadmap

30

Roadmap

31

Centro de Gestão e Estudos Estratégicos

Pesquisas do Laboratório de Siderurgia da UFRGS

32

Laboratório de Siderurgia da UFRGS

Coordenação: Prof. Dr. Ing. Antônio C. F. Vilela

Áreas de Atuação

LaSid-Redução (Prof. Dr. Eduardo Osório)

LaSid-Aciaria

LaSid-Modelagem

O LASID coordena e executa projetos em parceria com empresas e com o apoio dosórgãos fomentadores de pesquisa e formação de recursos humanos.

LaSid-Ambiental 3 Professores

3 Pesquisadores

1 Técnico Científico

9 Doutorandos

7 Mestrandos

11 Bolsistas de Iniciação Científica

Equipe

33

Estudos do Laboratório de Siderurgia da UFRGS

Avaliação do uso de carvões para PCI

Caracterização química dos carvões de PCI

Avaliação da combustibilidade dos carvões via termobalança

Avaliação da combustibilidade dos carvões via simulador da zona de combustão dos

altos-fornos

Avaliação da estrutura porosa dos carvões de PCI

Avaliação da combustibilidade de carvões nacionais via simulador da zona das ventaneiras de altos-fornos

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Projeto de doutorado (Claudia Barbieri)

Caracterização de carvões coqueificáveis

Seleção de carvões e otimização de misturas de carvões para coque

Fabricação de coque em escala laboratorial

Caracterização de coques

Estudos do Laboratório de Siderurgia da UFRGS

Avaliação do uso de carvões para coqueificação

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Avaliação da viabilidade técnica de uso de carvões brasileiros na produção de coque para altos-fornos

Projeto de doutorado (Bruno Flores)

Obrigado pela atenção!

Email: bruno.flores@ufrgs.br

Laboratório de Siderurgia-UFRGS Av. Bento Gonçalves, 9500 - Porto Alegre - Brasil Telefone : ++55 51 3308 7074

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