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Pelletizing-of-Iron-OresTRANSCRIPT
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U N I V E R S I D A D E D E S O P A U L O
Escola de Engenhar ia de Lorena EEL
Marina Brando Leoni
O processo Tecnored frente ao alto-forno e s
novas tecnologias de produo de ferro primrio
Lorena SP
2012
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Marina Brando Leoni
O processo Tecnored frente ao alto-forno e s
novas tecnologias de produo de ferro primrio
Trabalho de Concluso de Curso I apresentado
Escola de Engenharia de Lorena da
Universidade de So Paulo como requisito para
realizao do Trabalho de Concluso de Curso II
e concluso do curso de graduao em
Engenharia Industrial Qumica, rea de
concentrao: produtividade e materiais.
Orientador: Prof. Dr. Fernando Vernilli Jnior
Lorena SP
2012
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DEDICATRIA
Aos nossos pais e irmos,
Aos nossos amigos,
Aos nossos professores
...os quais serviram de alicerce para que pudssemos concretizar mais uma etapa
de nossas realizaes profissionais.
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AGRADECIMENTOS
Deus que sempre me deu foras e iluminou minha vida.
Aos meus pais, que sempre foram a base de todos os passos que tomei em
minha vida, pelo carinho, dedicao e amor. Sem eles com certeza no
conseguiria chegar at aqui.
Ao meu namorado, Thomaz Pelegatti Viel Zanivan, que compartilhou comigo
tantos momentos de alegria durante minha vida universitria. Agradeo pelo
amor, companheirismo e pacincia.
s minhas amigas de repblica pelos momentos de alegrias durante toda a minha
graduao, fazendo com que esse tempo fosse um dos melhores da minha vida.
Amanda Borges Rodrigues e Helena Ruiz Ramos de Oliveira pelas longas
horas de conversa nos momentos difceis e pela valiosa e sincera amizade.
Ao Fernando Vernilli pela dedicada orientao, disponibilidade e profissionalismo.
Tecnored pelo apoio e oportunidade.
Ao Vinicius Mendes e Rochelle Gontijo pelo imensurvel apoio e contribuio para
o meu crescimento profissional.
Ao Marcos Contrucci pelo apoio, carinho e incentivo a trilhar o caminho para o
sucesso.
Maira Elizabeth Vicente Gouva pela ajuda no desenvolvimento desse trabalho.
A todos que, de alguma forma, colaboraram para a realizao deste trabalho, o
meu sincero agradecimento.
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O sucesso nasce do querer,
da determinao e persistncia em se chegar a um objetivo.
Mesmo no atingindo o alvo, quem busca e vence obstculos,
no mnimo far coisas admirveis.
Jos de Alencar.
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RESUMO
Leoni, M. B. O processo Tecnored frente ao alto-forno e s novas
tecnologias de produo de ferro primrio. 2012. Monografia (Trabalho de
Graduao em Engenharia Industrial qumica) Escola de Engenharia de
Lorena, Universidade de So Paulo, Lorena, 2012.
A indstria siderrgica tem se mostrado cada vez mais exigente em relao a
qualidade do minrio de ferro, pois a demanda de ao tem aumentado cada vez
mais em diversos pases. Porm o problema que essas indstrias tm enfrentado
a diminuio na qualidade dos minrios, os quais apresentam teores cada vez
mais baixos de pureza alm da constante degradao de suas reservas. Diante
dessa situao a soluo encontrada o uso de finos de minrio, que necessitam
de tratamento prvio para adequao nos processos de reduo convencionais
(Alto-forno), o que gera diversos impactos ambientais. Esse caminho abriu espao
para o surgimento de novas rotas de reduo para a produo do ferro-gusa,
como o processo Tecnored. Basta agora saber se ele um processo vivel.
Palavras chaves: Minrio de ferro, Alto-forno, Novas tecnologias de reduo,
Tecnored.
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ABSTRACT
Leoni, M. B. The process Tecnored against the blast furnace and the new
technologies of primary iron production. 2012. Monografia (Trabalho de
Graduao em Engenharia Industrial qumica) Escola de Engenharia de
Lorena, Universidade de So Paulo, Lorena, 2012.
The steel industry has proven increasingly demanding about the quality of iron ore
as steel demand has grown increasingly in several countries. But the problem that
these industries have faced is the decrease in the quality of ores, which have
increasingly lower levels of purity beyond the steady degradation of its reserves.
Faced with this situation the solution is the use of ore fines, which require
treatment prior to adaptation processes in conventional reduction (Blast Furnace),
which generates many environmental impacts. This paved the way for the
emergence of new routes to reduce the production of pig iron, as the process
Tecnored. Just now whether it is a viable process.
Keywords: iron ore, blast furnace, new abatement technologies, Tecnored.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Classificao do minrio de ferro por produto...................................... 20
Figura 2 - Demanda de minrio de ferro e sua tendncia..................................... 21
Figura 3 - Produo de ao por regio em 2010............................................ 23
Figura 4 - Produo Mundial de ao com projees de 2007-2021..................... 23
Figura 5 - Produo de ao no Brasil com projees at 2021............................ 24
Figura 6 - Crescimento da produo de ao na China......................................... 25
Figura 7 - Briquetes e pelotas auto-redutoras....................................................... 28
Figura 8- Fabricao e cura das pelotas auto-redutora........................................ 29
Figura 9 - A minerao de ferro e a siderurgia..................................................... 30
Figura 10 - Estgio de evoluo das tecnologias alternativas a fuso redutora em
alto-fornos............................................................................................................. 32
Figura 11- As zonas de um Alto-forno................................................................ 34
Figura 12 - Zonas de reao do Alto-forno........................................................... 36
Figura 13 - Fora impulsora de um alto-forno....................................................... 39
Figura 14 - Perfil de temperatura num alto-forno.................................................. 40
Figura 15 - Fluxograma do processo FINEX......................................................... 47
Figura 16 - Fluxograma do processo HISMELT.................................................... 49
Figura 17 - Viso geral do fluxo............................................................................ 50
Figura 18 - Fluxograma do processo ITMK3..................... 52
Figura 19 - ITmk3 nuggets..... 53
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Figura 20 - O forno Tecnored................................................................................ 58
Figura 21 - Ciclo de gerao e sequestro de CO2............................................................... 64
Figura 22 - Alimentao lateral de combustvel no forno...................................... 65
Figura 23 - Conceito de modularidade.................................................................. 66
Figura 24 - Fatia modular do forno Tecnored ...................................................... 66
Figura 25 - Cintica do processo Tecnored em comparao com o alto-
forno...................................................................................................................... 67
Figura 26 - CAPEX dos processos de reduo.................................................... 68
Figura 27 - OPEX dos processos de reduo por parmetros..............................69
Figura 28 - Comparativo do OPEX de cada processo.......................................... 71
Figura 29 - Taxa de emisso de gs carbnico por tonelada de ferro produzido,
por processo..........................................................................................................72
Figura 30 - Taxa de emisso de SOx por tonelada de ferro produzido, por
processo................................................................................................................ 72
Figura 31 - Taxa de emisso de NOx por tonelada de ferro produzido, por
processo................................................................................................................ 73
Figura 32 - Taxa de emisso de poeira por tonelada de ferro produzido, por
process.................................................................................................................. 73
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Teor de ferro contido nas reservas brasileiras.................................19
Tabela 2 - Exportao do minrio de ferro brasileiro.........................................19
Tabela 3 - Comparativos entre as tecnologias de reduo....................................45
Tabela 4- Combustveis alternativos com potencial uso no forno
Tecnored................................................................................................... 63
Tabela 5 - Comparativo do OPEX de cada processo........................................... 70
Tabela 6 Regras de classificao dos itens avaliados na comparao entre os
processos.............................................................................................................. 74
Tabela 7 Pontuao geral.................................................................................. 76
Tabela 8 Pontuao adicional............................................................................ 76
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SUMRIO
1. OBJETIVOS 14
1.1. Objetivo Geral 14
1.2. Objetivos especficos 14
2. JUSTIFICATIVA 15
3. METODOLOGIA 16
4. REVISO DA LITERATURA 18
4.1. Premissas 18
4.2. Minrio de Ferro 18
4.2.1. Aspectos Gerais 18
4.3. Ao 22
4.4. Beneficiamento do minrio de ferro 25
4.5. Pelotizao 26
4.6. Sinterizao 26
4.7. Coqueria 27
4.8. Aglomerados auto-redutores 27
4.8.1. Pelotas auto-redutoras 28
4.8.2. Briquetes auto-redutores 29
4.9. Reduo 29
4.10. Rotas siderrgicas 33
4.11. Alto-Forno 33
4.11.1. Reaes no alto-forno 40
4.11.2. A viabilidade do Alto-forno 41
4.12. Tecnologias Alternativas de Reduo 44
4.13. FINEX 47
4.14. HISMELT 49
4.15. ITMK3 52
4.16. Tecnored 54
4.16.1. A histria do processo Tecnored 55
4.16.2. O forno Tecnored 57
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4.16.2.1. Cuba Inferior 58
4.16.2.2. Zona de Fuso 59
4.16.2.3. Zona Superior 59
4.16.3. Verses do Forno Tecnored 60
4.16.4. Caractersticas do processo Tecnored 61
4.16.5. Flexibilidade de Matria-prima 62
4.16.5.1. Carga metlica 62
4.16.5.2. Combustvel 62
4.16.6. O conceito de Modularidade 65
5. DISCUSSO DOS RESULTADOS 68
6. CONCLUSO 77
7. REFERNCIAS 79
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14
1. OBJETIVOS
1.1. Objetivo Geral
Estudar o processo Tecnored comparando-o com os processos convencionais
e com as novas tecnologias de produo de ferro-gusa.
1.2. Objetivos especficos
Analisar de forma geral as tendncias do mercado de minrio de ferro;
Discutir a viabilidade econmica do processo Tecnored;
Avaliar os impactos ambientais dos processos;
Verificar a adequao do processo Tecnored no cenrio metalrgico atual;
Estudar as matrias-primas e combustveis usados nos processos.
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2. JUSTIFICATIVA
A minerao vem experimentando uma expanso substancial nos ltimos anos
devido ao aumento da produo e consumo do ao. Um exemplo so os pases
asiticos, que devido ao crescimento de suas economias, o consumo de produtos
siderrgicos tem aumentado cada vez mais. Em destaque temos a China, que
impulsionada por investimentos na infra-estrutura e pelo aumento crescente do
consumo de bens durveis vem exigindo uma demanda maior de ferro e ao.
Com isso, a necessidade crescente por produtos de ao na China e em todo o
mundo, seja sob a forma de matria-prima para indstrias exportadoras, para
atendimento do mercado interno ou para um crescimento econmico, o que gera
uma demanda ainda maior para as siderrgicas.
Porm em contrapartida a esse crescimento encontram-se teores de ferro cada
vez mais baixos, necessitando da concentrao desses minrios. A degradao
das reservas e a diminuio da produo de ferro granulado vem exigindo um
aumento da utilizao de finos de minrios para produo de ferro-gusa.
Essa necessidade de uso de finos de minrio incompatvel com o processo
convencional mais utilizado para produo de gusa, o alto-forno, pois a matria-
prima utilizada na alimentao desse forno necessita de uma granulometria maior,
sendo necessrio ento aglomerar finos de minrio, por sinterizao ou
pelotizao.
Esses processos juntamente com a reduo em alto-fornos, apesar de sua alta
produtividade, geram um forte impacto ambiental, pois so processos poluentes.
Alm do que, esses processos so caros, acarretam em impactos nos custos de
produo e exigem uma planta de produo com dimenses cada vez maiores.
A cada dia crescem as exigncias por melhoramentos nos custos operacionais,
na qualidade dos produtos e principalmente em medidas que reduzam os
impactos ambientais causados pelos processos siderrgicos. Devido a esses
fatores novas tecnologias de reduo vem surgindo em diversas partes do
mundo, como rotas alternativas de produo de ferro-gusa, a fim de reduzir
minrios de forma limpa e com menor custo.
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3. METODOLOGIA
Para a realizao desse trabalho sero utilizadas tcnicas de investigao
bibliogrfica.
A motivao para esse trabalho foi o estgio realizado de maro novembro na
empresa Tecnored Desenvolvimento Tecnolgio S.A. Como uma empresa de
desenvolvimento tecnolgico o sigilo industrial muito importante. Portanto, neste
tarbalho s sero apresentados dados de fontes pblicas como fontes eletrnicas
em stios da internet relacionadas ao tema, livros, artigos, seminrios, e tambm
outras dissertaes e teses.
Aps a realizao da pesquisa bibliogrfica e o levantamento de todo o referencial
terico relevante para esse trabalho, as informaes sero analisadas, discutidas
e por fim, trazidas para este trabalho para comporem o conjunto de informaes
que serviro de subsdios para a confeco da concluso deste.
Este trabalho teve como objetivo fazer um estudo comparativo do processo
Tecnored com as demais tecnologias de reduo e com o alto-forno. Porm
muitas dessas tecnologias so emergentes e possuem valores e resultados pouco
concretos e sedimentados. Ento s ser apresentado um estudo das
concorrentes mais diretas do Tecnored como o processo FINEX, HIsmelt, ITmk3 e
o clssico Alto-forno.
Primeiramente para compor esse trabalho ser apresentado um breve estudo do
mercado do minrio de ferro e do ao, analisando importaes, exportaes e
consumo, tanto brasileiro quanto mundial.
Em seguida ser explicado brevemente o processo de beneficiamento do minrio
e os processos de aglomerao (pelotizao e sinterizao) fim de proporcionar
um certo embasamento ao leitor.
Finalmente ser contextualizado as exigncias da siderurgia moderna com as
tecnologias de reduo, ento, sero mostradas as tecnologias de reduo
existentes e as possveis concorrentes diretas do processo Tecnored.
Para cada tecnologia ser apresentado uma breve explicao tcnica do
processo e suas caractersticas segundo a viso de vrios autores estudados.
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Aps essa anlise das tecnologias (inclusive a do Alto-forno) ser feita uma
anlise mais aprofundada do processo Tecnored, mostrando suas vantagens e
desvantagens.
Ento, depois de todo esse embasamento terico ser possvel comparar os
processos atravs de dados estatsticos de vrias fontes e chegar a uma
concluso sobre a adequao do processo Tecnored no cenrio metalrgico e
siderrgico atual.
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4. REVISO DA LITERATURA
4.1. Premissas
Para facilitar o entendimento de certos parmetros apresentados no decorrer
desta monografia, algumas informaes so importantes conhecer:
CAPEX: a sigla da expresso inglesa capital expenditure ( em portugus,
despesas de capital ou investimento em bens de capital) e que designa o
montante de dinheiro dispendido na aquisio (ou introduo de melhorias) de
bens de capital de uma determinada empresa. O CAPEX , portanto, o montante
de investimentos realizados em equipamentos e instalaes de forma a manter a
produo de um produto ou servio ou manter em funcionamento um negcio ou
um determinado sistema.
OPEX: a sigla inglesa operational expenditure - refere-se ao custo associado
manuteno dos equipamentos e aos gastos de consumveis e outras despesas
operacionais, necessrios produo e manuteno em funcionamento do
negcio ou sistema.
Por exemplo, a aquisio de uma mquina CAPEX, enquanto o custo com a sua
manuteno (OPEX).
4.2. Minrio de Ferro
4.2.1. Aspectos Gerais
O ferro um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre e de maior
aplicao na vida do homem, desde a antiguidade.
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O ferro ocorre na forma de xidos, hidrxidos, carbonatos e sulfetos. Os minerais
mais importantes economicamente so hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4),
alumina (Al2O3), limonita (FeO.OH.nH2O), goethita (FeO.OH) e siderita (FeCO3)
(DERR et all, 1981; FLEISCHER 1983; ABREU, 1973; BALL, 1973; ALECRIM,
1982; LIMA, 1995; MAZON, 2006).
Os principais produtos gerados com a explorao do minrio de ferro so os
granulados e os finos, divididos em sinter feed e pellet feed, sendo esses dois
ltimos mais direcionados para alto-forno ou reduo direta.
De acordo com o sumrio mineral de 2011, feito pelo departamento nacional de
produo mineral (DNPM) a reserva mundial de minrio de ferro de cerca de
180 bilhes de toneladas e os pases que apresentam as maiores reservas so:
Rssia, Ucrnia, China, Austrlia e Brasil. O Brasil se destaca por ter minrio de
ferro com uma alta taxa de pureza, mais ou menos 60% nas hematitas.
No Brasil as reservas esto localizadas em Minas Gerais (63%), Par (18%) e
Mato Grosso do Sul (17%) como mostrado na Tabela 1.
Tabela 1 - Teor de ferro contido nas reservas brasileiras
Estado Teor de ferro
Mato Grosso do Sul 55,6% Minas Gerais 43,6%
Par 67,6%
Fonte: Sumrio Mineral 2011.
O sumrio mineral de 2011 indicou que a produo mundial de minrio de ferro
em 2010 foi de 2,4 bilhes de toneladas, com 15% representado pelo Brasil, e
este valor indica um aumento de 24,5% de aumento comparado com 2009.
O Brasil exporta minrio de ferro e finos de minrio totalizando 310,9 mt e os
pases consumidores so: China, Japo, Alemanha, Coria do Sul e Frana,
como mostra a Tabela 2.
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Tabela 2 - Exportao do minrio de ferro brasileiro
Destino da exportao brasileira Porcentagem de exportao
China 46%
Japo 11% Alemanha 7%
Coria do Sul 4% Frana 3%
Fonte: Sumrio Mineral 2011.
A importao chinesa foi de extrema importncia para o crescimento do comrcio
de minrio de ferro.
O minrio de ferro se divide em 3 grupos segundo sua granulometria: granulado,
sinter feed e pellet feed, como mostrado na figura 1.
Figura 1 - Classificao do minrio de ferro por produto ( Apresentao Samarco 2008 apud SOUZA, 2010).
A indstria siderrgica a maior e mais importante consumidora de minrio de
ferro, absorvendo em torno de 95% das vendas de minrio de ferro para a
produo de ligas. O principal processo de produo de ao o alto-forno, sendo
que o processo de reduo direta responde apenas a 5% da produo mundial de
minrio de ferro. (SlDERURGIA NO BRASIL, 2010).
Porm o processo de reduo direta vem crescendo devido aos seguintes fatores:
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Busca de meios de produo mais limpo devido s presses ambientais;
Necessidade do aproveitamento de finos de minrio vindos da minerao;
Necessidade de mdulos de produo mais compactos, de menores custos
de investimento, ao contrrio das grandes siderrgicas integradas.
Segundo Mouro (2007), devido grande demanda e consequente produo de
ao, principalmente na China, h um aumento expressivo na minerao de ferro.
O aumento do PIB (Produto Interno Bruto) chins estimula o mercado do ao, j
que o governo investe muito em infraestrutura, desenvolvimento da indstria de
bens de capital, consumo de bens durveis, entre outros.
Como o pas no produz todo o minrio que necessita, sua alta demanda
fomentou o mercado mundial de minrio de ferro. (SIDERURGIA NO BRASIL
2010).
A China produz muito minrio, porm seu teor de ferro muito baixo, o que faz
com que seja necessria a importao. Em 2010, a China importou cerca de 60%
de todo o minrio exportado mundialmente e produziu cerca de 60% de todo o
ferro-gusa produzido no mundo (Mineral Commodity Summaries, 2012).
A Figura 2 apresenta a demanda de minrio de ferro e sua tendncia at 2035,
evidenciando a necessidade de mtodos de produo de ferro primrio mais
eficientes que possam suprir essa necessidade futura.
Figura 2 - Demanda de minrio de ferro e sua tendncia (CRU ANALYSIS, 2011b).
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4.3. Ao
A demanda por ao aumentou consideravelmente nos ltimos anos devido sua
inegvel importncia na vida humana. Mas o seu desenvolvimento tambm teve
alguns momentos de baixa da histria.
A partir dos anos 1970 at o incio de 2000, a indstria siderrgica teve baixas
taxas de crescimento, resultado da substituio do ao por outros metais, como o
alumnio (construo). No sculo 21, o mercado de ao se recuperou , pois
aumentou a demanda por ao, o que fez com que o preo aumentasse e a
rentabilidade das empresas tambm (FONSECA et al., 2007).
De acordo com Fonseca et al. al (2007), os movimentos responsveis pelas
tendncias atuais do mercado de ao so:
O crescimento acelerado do mercado chins desde 2003;
Processo de consolidao do setor, com a formao de grandes grupos
internacionais e a privatizao do sector;
A distribuio internacional da produo, objetivando a racionalizao da
logstica da produo.
Por muitos anos as estatais dominaram o cenrio mundial de ao. Porm com
privatizao e a liberalizao do comrcio em diversas economias, a concorrncia
no setor aumentou. Com o aumento da demanda por ao, do preo do ao e das
matrias-primas devido participao da China no mercado, as empresas foram
obrigadas a agilizar o processo e criar novas estratgias de marketing (Fonseca
et al., 2007).
A Figura 3 mostra o destaque da sia com aproximadamente 900 milhes de
toneladas de ao produzido, o que representa 65% da produo mundial total. A
China representa em torno de 68% do total produzido na sia.
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Figura 3 - Produo de ao por regio em 2010 (CRU ANALISYS, 2011a)
A Figura 4 mostra projees da produo mundial at 2021, e de 2007 at 2021 a
produo mundial de ao ter um crescimento mdio anual de 3,2%.
Figura 4 - Produo Mundial de ao com projees de 2007-2021 (CRU ANALISYS, 2011a).
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A produo brasileira de ao, em 2011, foi de 35,16 milhes de toneladas de ao
como mostrado na Figura 5. O crescimento verificado nos ltimos dois anos deve-
se, principalmente, entrada em operao da CSA.
Minas Gerais lidera a produo de ao com 33,2% e 94% da produo brasileira
de ao est concentrada no Sudeste.
Figura 5 - Produo de ao no Brasil com projees at 2021 (CRU ANALISYS, 2011a).
Antes de 2003, a China era grande importadora de ao. Em 2003, a China
aumenta sua capacidade de produo e passa a repor suas importaes, como
evidenciado na Figura 6. Em 2005, o pas j era o maior produtor, contribuindo
com quase 1/3 da produo total mundial.
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Figura 6 - Crescimento da produo de ao na China (Steel Statistical Yearbooks 2011).
4.4. Beneficiamento do minrio de ferro
O processamento mineral pode ser conceituado como o conjunto de operaes
bsicas que so realizadas no minrio bruto com o objetivo de obter sua
adequao, ou seja, produtos comercializveis. As principais operaes unitrias
do beneficiamento analogicamente aos conceitos colocados por Chaves (2002) e
Luz et al (2004) so:
1. Lavra do minrio operaes de extrao do minrio
2. Cominuio etapa de reduo do tamanho do minrio com a finalidade de
adequar seu tamanho para as operaes seguintes. composta pela
britagem e moagem.
3. Concentrao Etapa responsvel por tornar o minrio mais puro. Que
visa separar as partculas, no s por diferentes espcies minerais, mas
tambm por diferentes nveis de pureza. Os principais so a concentrao
gravtica, concentrao magntica e a flotao.
4. Aglomerao Etapa de transformao de finos de minrios em
aglomerados mais resistentes para posterior reduo. Tem como finalidade
Crescimento acelerado
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a agregao de valor ao minrio de ferro. Os dois principais processos so
a pelotizao e a sinterizao.
5. Operaes auxiliares de armazenamento e transporte entre uma operao
e outra.
4.5. Pelotizao
a etapa de aglomerao dos finos de minrio para posterior utilizao em
fornos para produo do gusa. Os finos de minrios mais os aditivos necessrios
so colocados em discos de pelotizao para a formao de pelotas cruas, com
influncia da ao do Roller Press. Ento essas pelotas com a granulometria
apropriada e resistncia mecnica suficiente so transportadas at os fornos de
endurecimento. Os aditivos so os aglomerados e ligantes, o carvo mineral e
calcrio, sendo a bentonita o principal aglomerante utilizado.
A principal finalidade do carvo a introduo de energia trmica no processo
de sinterizao da pelota, diminuindo o consumo de leo combustvel do forno. O
carvo tambm gera uma distribuio tima de calor na pelota durante a queima,
aumentando a produtividade do processo. J o calcrio importante para que a
pelota sinterizada adquira resistncia mecnica e caractersticas metalrgicas
para os processos seguintes.O produto final, denominado pelota, utilizado tanto
em altos-fornos como em reatores de reduo direta, dependendo da composio
qumica, das propriedades fsicas e caractersticas metalrgicas.
4.6. Sinterizao
Consiste em aglomerar finos de minrio de ferro, finos de coque, fundentes e
aditivos. A carga aquecida por intermdio de queimadores e com o auxlio de
fluxo de ar. A temperatura que se desenvolve durante o processo atinge 1.300 a
1500oC, suficiente para promover a ligao das partculas finas do minrio,
resultando num produto uniforme e poroso chamado snter, que um material
slido, poroso, sendo que a granulometria necessria para os alto-fornos pode
ser conseguida por britagem.
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4.7. Coqueria
Coqueria a unidade industrial que transforma mistura de carves minerais em
coque. O coque metalrgico empregado nos altos fornos, onde pode atuar
como combustvel, redutor, fornecedor de carbono ao gusa e permeabilizador da
carga. No custo de produo do ferro gusa, a fatia do coque supera 40%, da a
importncia que lhe conferida na siderurgia (BRAGA 2009).
A produo brasileira de carvo e equivalente a 0,1% do total mundial. No pais,
o maior consumo de carvo justamente na produo de coque de alto-forno
(SlDERURGIA NO BRASIL, 2010).
4.8. Aglomerados auto-redutores
Segundo Noldin (2002), a auto-reduo caracteriza-se pelas rpidas reaes
qumicas que ocorrem atravs do contato dos reagentes, em um ambiente livre de
gases inertes, logo com alta presso parcial dos gases redutores. Os
aglomerados auto-redutores so assim chamados por apresentarem em sua
composio o agente redutor, no dependendo da ao de um agente redutor
externo, como nos processos clssicos.
Os aglomerados auto-redutores so curados a frio, usualmente produzidos a
partir de uma mistura de finos de minrio de ferro ou resduos e um agente
carbonoso que pode ser in natura ou derivados/subprodutos de outros
processos. A Figura 7 apresenta a documentao fotogrfica de dois tipos de
aglomerados, pelota e briquete. O ambiente interno dos aglomerados propicia
elevadas taxas de reduo (extrao do oxignio do minrio) (NOLDIN, 2007).
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Figura 7 - Briquetes e pelotas auto-redutoras (NOLDIN, 2007).
4.8.1. Pelotas auto-redutoras
As pelotas auto-redutoras so esfricas e produzidas da mesma forma que as
convencionais utilizadas em processos metalgicos, ou seja, em discos de
pelotizao ou tambores de pelotamento. O que difere uma da outra a fase de
sinterizao, ou seja, a pelota auto-redutora no necessita dessa etapa de
processo j a pelota convencional sim. Ela dispensa esse tipo de etapa pois no
precisa de um nvel elevado de resistncia mecnica. A Figura 8 mostra
esquematicamente o processo de fabricao de pelotas auto-redutoras.
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Figura 8- Fabricao e cura das pelotas auto-redutoras (CONTRUCCI et al, 1992).
4.8.2. Briquetes auto-redutores
Os briquetes, cujo o processo de endurecimento foi realizado temperatura
ambiente, apresentam baixa resistncia mecnica quando submetidos
temperatura elevada. O seu uso fica restrito aos processos onde se utiliza baixa
presso. No processo de briquetagem, a mistura passa entre rolos estampados
que possuem forma de meio briquete. Esta mistura ao passar pelos rolos
prensada dando forma ao briquete.
A principal diferena entre o briquete e a pelota a faixa granulomtrica, o
briquete apresenta uma faixa muito mais abrangente do que a pelota, pois esta
exige uma faixa estreita de tamanho (NOLDIN, 2007).
4.9. Reduo
o processo de obteno do ferro primrio e consiste na reduo dos seus
xidos por meio de um combustvel de carbono redutor, em geral coque, carvo
vegetal e carvo mineral. Para que as reaes de reduo ocorram em
velocidades rpidas, necessrio temperaturas acima de 1000C, obtendo assim,
o ferro por reduo direta ou indireta (MACHADO, 2006)..
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30
De acordo com Machado (2006) reduo direta consiste na reduo do minrio a
ferro metlico sem que ocorra a fuso da carga, diferentemente da reduo
indireta que a utilizada no convencional Alto-forno.
Essencialmente para a obteno do ferro primrio existe duas rotas de obteno.
Uma via Alto-forno onde o produto final o ferro-gusa e outra via reduo direta
onde o produto final pe p ferro-esponja (KEMPKA, 2008).
A Figura 9 mostra o esquema de obteno do ao desde s minas at o ao
lquido.
Figura 9 - A minerao de ferro e a siderurgia (SIDERURGIA NO BRASIL, 2010).
Tambm existe uma terceira rota denominada Reduo/Fuso, que vem sendo
desenvolvida ao longo dos anos. So tecnologias mais modernas, flexveis
utilizao de matrias-primas, ambientalmente sustentveis e esto ganhando
espao no mercado devido a reduo do custo de instalao (CAPEX) e de
produo (OPEX) (SIDERURGIA NO BRASIL, 2010).
-
31
Os processos tradicionais apresentam algumas desvantagens. O clssico Alto-
forno, por exemplo, por mais consolidada que essa tecnologia esteja, ele depende
de fontes de carvo coqueificvel, processos de sinterizao/pelotizao
(preparao da carga), deve ter uma elevada escala de produo e seu custo de
implantao elevado. J os processos de reduo direta operados gs natural
apresentam desvantagem pelo fato de dependerem da disponibilidade de gs
natural, o que dificulta a instalao de uma planta e eleva seu CAPEX
(NOGUEIRA, 2010).
Esses fatos somados com as exigncias da siderurgia moderna e do estudo
apresentado acima do mercado de minrio de ferro e ao, fica evidente a
necessidade de desenvolvimento de tecnologias alternativas.
De acordo com Noldin et al (2003a) tanto as tecnologias tradicionais quanto as
novas tecnologias devem oferecer uma soluo lista de exigncias da siderurgia
moderna, tais como:
Baixo custo de investimento (CAPEX);
Baixo custo operacional (OPEX);
Flexibilidade de escala, uso de matrias-primas e de produto;
Uso de combustveis slidos alternativos;
Uso de finos de minrio;
Compatibilidade ambiental (com aproveitamento de resduos, menores
emisses, etc);
Alta eficincia energtica;
Eliminao de etapas de processo caras e que no so ambientalmente
viveis (sinterizao e coquerias).
A Figura 10 mostra o estgio de evoluo das tecnologias alternativas a fuso
redutora em alto-fornos.
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32
Figura 10 - Estgio de evoluo das tecnologias alternativas a fuso redutora em alto-
fornos (NOLDIN et al, 2009).
Para uma melhor compreenso da metodologia adotada, notamos na Figura 10
que a nica tecnologia de reduo em estgio de maturidade o Alto-forno. Ento
iremos partir do prximo captulo apresentar um estudo sobre o alto-forno e o
Tecnored e suas possveis tecnologias concorrentes.
O alto-forno a nica tecnologia em estgio de maturao que apresenta
conceitos de processo e eficincia de produo j comprovados mais de 100
anos que servem de modelo para uma comparao mais concreta e real da
verdadeira viabilidade do Tecnored.
A Figura 10 mostra a localizao do processo Tecnored, que se encontra no incio
do estgio de consolidao comercial. Comparado com seus concorrentes mais
expressivos como Hismelt e Finex, que j esto neste estgio h mais de 3 anos,
fica claro a necessidade de um desenvolvimento mais acelerado do Tecnored
para comprovao de sua viabilidade comercial. Tornando-o assim, um forte
concorrente tanto para essas tecnologias em evoluo quanto para o Alto-forno
(SIDERURGIA NO BRASIL, 2010)
Um fator que merece destaque o declnio que o Alto-forno apresentou em 2000,
se mostrando para os estudiosos em estgio de declneo tecnolgico eminente.
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33
Porm desde 2002 o Alto-forno vem sofrendo inmeras mudanas positivas em
seu processo, devido a estudos inovadores que foram desenvolvidos, o que
acabou recolocando-o em posio de destaque novamente e ficou denominado
como Alto-Forno Moderno (SIDERURGIA NO BRASIL, 2010 e ESTUDO
PROSPECTIVO DO SETOR SIDERRGICO, 2009).
4.10. Rotas siderrgicas
As usinas siderrgicas so classificadas de acordo com seu processo produtivo:
Integrada: Ocorrem os processos de reduo em que o minrio de ferro e o
carvo aps serem processados, so carregados no alto-forno para
produo do gusa. Depois ocorre o refino na aciaria, onde o gusa lquido
se transforma em ao e por ltimo a laminao.
Semi-integrada: utilizado o ferro j reduzido, proveniente do po de gusa
(gusa slido), DRI/HBI (ferro esponja) e sucata. Ocorrem as fases de refino
e laminao.
4.11. Alto-Forno
O alto-forno um reator que funciona em contra corrente com troca de calor e
oxignio entre a carga slida descendente e os gases ascendentes (CASTRO,
2006).
Tem o formato similar a uma chamin, e tem estrutura interna de um material
cermico e refratrio (resistente a altas temperaturas) para que o forno possa
atingir a temperatura necessria para que ocorram as reaes.
Segundo Castro (2006) o objetivo do processo reduzir os xidos de ferro para a
produo de ferro metlico (gusa) em condies de baixo custo e alta
produtividade.
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34
Um alto-forno em operao contm, do topo para a sua base,conforme mostrado
na Figura 11 :
Camadas de minrio e coque.
Uma rea onde o minrio comea a se amolecer e fundir (zona de
amolecimentofuso).
Uma rea onde existe apenas coque e ferro/escria lquidos a qual
chamada de zona de coque ativo ou zona de gotejamento.
O homem morto: o coque no cadinho do forno.
O alto-forno possui uma forma cnica tpica. As sees do topo para a base so:
Goela, onde se encontra a superfcie da carga.
A cuba.
A rampa paralela ou ventre.
A rampa.
O cadinho.
Figura 11- As zonas de um Alto-forno (GUEERDES et al 2004).
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35
LU, W-K (1990) descreveu o alto-forno como sendo dividido em regies como
mostra a Figura 11. Em cada uma destas regies ocorrem reaes fsico-
qumicas e condies termoredutoras distintas que agem de maneira diferenciada
sobre os materiais carregados.
Para o bom desempenho do reator, so exigidas determinadas caractersticas de
qualidade para a carga metlica e o coque, necessrio que eles apresentem
propriedades especficas.
Zona Granular:
a regio superior do alto-forno onde encontra-se a carga metlica slida, livre
de escria ou metal lquido. constituda por camadas alternadas de carga
metlica e coque, como mostra a Figura 12 (CASTRO, 2006).
A carga metlica juntamente com o redutor (coque ou carvo vegetal) desce em
contracorrente com os gases. As camadas de minrio se tornam mais finas
medida que descem no forno, sofrendo elevada degradao (GOMES, 2004).
O contato do gs redutor produzido nas regies inferiores com os xidos de ferro
promove a sua reduo direta ou indireta. O fator permeabilidade essencial para
a efetividade do processo, portanto, todas as aes que levem a gerao de finos
devem ser evitadas. Na zona granular a carga metlica submetida a inmeros
esforos mecnicos como abraso e impacto, crepitao e degradao
(CASTRO, 2006).
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36
Figura 12 - Zonas de reao do Alto-forno (Editada de CASTRO, 2006).
Zona coesiva:
onde a carga metlica amolece e funde em vrios graus de reduo.
constituda por uma srie de anis empilhados formando um cone, onde cada
anel a camada metlica em estado de fuso (GOMES, 2004).
As camadas permeveis do coque permite que o gs ascendente atravesse a
regio. O O2 remanescente combinado com a carga metlica removido pelo
coque por reduo direta (CASTRO, 2006).
nessa regio que ocorre a maior parte da reduo dos xidos, duso do metal e
escria e tambm nessa regio que ocorre a reao de Boudouard
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37
(CO2 + C2 CO). Alm disso uma zona de grande absoro de calor.
De acordo com Gomes (2004) uma boa reduo dos minrios depende da
distribuio adequada dos gases na Zona Coesiva.
Zona de Gotejamento:
O metal e a escria lquidos descem sob o leito poroso de coque em
contracorrente com o gs redutor. Nessa zona est presente as fases slida,
lquida e gasosa e pode ser dividida em 2 regies: zona de coque ativo e zona de
coque inativo (homem morto). O homem morto pode ser consumido medida que
o carbono do coque incorpora o gusa. A zona de combusto (raceway) a
regio localizada em frente as ventaneiras, onde ocorre a combusto do carbono
do coque com o oxignio do ar soprado. O raceway pode ser descrito como uma
cavidade formada pelo efeito do jato de ar soprado, na qual as partculas de
coque esto em alta turbulncia, como mostra a Figura 13. O gusa e a escria
gotejam em contracorrente com os gases quentes e ento os lquidos se
acumulam no cadinho juntamente com o empilhamento do coque. Nesta etapa o
metal lquido absorve silcio, enxofre e impurezas, completando assim, a reduo
completa dos xidos (GOMES, 2004 e CASTRO, 2006).
Zona de combusto:
O ar quente soprado pelas ventaneiras faz o coque entrar em combustai elevando
a temperatura e os gases resultantes sobem aquecendo a carga (MACHADO,
2006), equao 1.
C + O2 CO2 e mais calor...................................................................................(1)
Em presena de muito carbono (atmosfera redutora) e em temperaturas acima
de1000 C o gs CO2 resultante da combusto do coque com o ar, reage com o
carbonoformando o gs redutor CO (MACHADO, 2006), equao 2.
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38
CO2 + C 2CO....................................................................................................(2)
O CO em asceno o principal agente redutor do minrio de ferro.
No que diz respeito operao do alto-forno dois fatores devem ser observados:
a eficincia da queima e a taxa de substituio de carvo/coque (SILVA et al,
1999).
Para que a queima seja eficiente os seguintes fatores devem ser controlados:
taxa de injeo (t carvo injetado/ t gusa), temperatura de sopro, concentrao de
O2 e o tipo de carvo. Quanto maior a taxa de injeo, maior deve ser a
temperatura do sopro e maior a concentrao de O2 para que a queima seja
eficiente (GOMES, 2004).
Cadinho:
Esta regio localiza-se na base do reator onde ficam armazenados a escria e o
ferro gusa produzidos na forma lquida, at que sejam removidos atravs dos
furos de corrida.
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Figura 13 - Fora impulsora de um alto-forno (GUEERDES et al, 2004).
Sistema de limpeza de gases
O gs que sai no topo do alto fomo arrasta consigo poeiras que no podem ser
lanadas na atmosfera, por isso, todo o material submetido a um sistema de
controle ambiental que separa todas as partculas slidas, formando uma lama
que aproveitada na sinterizao.
A limpeza do gs geralmente feita por um coletor de p, venturis, lavador de gs
(bischoff), precipitador eletrosttico e separador de neblina (MACHADO, 2006).
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40
4.11.1. Reaes no alto-forno
Figura 14 - Perfil de temperatura num alto-forno (GUEERDES et al, 2004).
As reaes qumicas que ocorrem no alto-forno esto citadas a seguir:
Zona Granular:
Para temperatura entre 200C e 950C.
3 Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2.............(3) H = - 10,33 Kcal/mol
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2..(4) H = + 8,75 Kcal/mol
Para temperatura entre 950C e 1000C.
FeO + CO Fe + CO2........................(5) H = - 3,99 Kcal/mol
Zona coesiva:
Reduo direta.
FeO + CO Fe + CO2 H = - 3,99 Kcal/mol
CO2 + C 2 CO H = + 41,21 Kcal/mol
FeO + C Fe + CO...............................(6) H = + 37,22 Kcal/mol
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41
Formao da escria primria.
SiO2 + 2FeO 2FeO.SiO2...........................................................................................(7)
Al2O3 + FeO FeO.Al2O3............................................................................................(8)
SiO2 + MnO MnO.SiO2..............................................................................................(9)
SiO2 + 2CaO 2CaO.SiO2........................................................................................(10)
Zona de gotejamento:
FeO(l) + CO Fe(l) + CO2..(11)
CO2 + C 2CO(12)
P2O5 + 5CO 2P + 5CO2(13)
P2O5 + 5C 2P + 5CO.(14)
SiO2 + 2C Si + 2CO........................................................................................(15)
FeS + CaO + C CaS + CO + Fe.....................................................................(16)
FeS + MnO + C MnS + Fe + CO(17)
MnS + CaO + C Mn + CaS + CO(18)
4.11.2. A viabilidade do Alto-forno
A usina integrada via alto-forno a rota mais utilizada para a produo de ao e
atualmente vem sofrendo contnua modernizao devido s exigncias
operacionais e ambientais, j mencionadas, tais como:
Baixos nveis de emisses de gases poluentes;
Maior compatibilidade ambiental;
Maior eficcia no tratamento e reciclagem de resduos;
Flexibilidade de matria-prima;
Baixo OPEX e CAPEX.
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42
O alto-forno opera em larga escala e produz cerca de 600 kg de resduos por
tonelada de ao produzido, isso sem falar nos processos extremamente poluentes
necessrios para essa rota de produo como sinterizao e coqueria (SVIO,
2012).
A operao do alto-forno requer uso de aglomerados de minrio de ferro, fonte
significativa de SOx, NOx e dioxinas. Assim como requer uso de aglomerados de
carvo, fonte significativa de SOx, NOx e benzeno. Alm do que o alto-forno
requer elevado custo de capital e extensa rea para implantao larga escala
(CURSO ABM, 2009).
De acordo com o Relatrio Interno da Tecnored (2012), o alto-forno uma
tecnologia j dominada que necessita de elevados investimentos tanto no alto-
forno em si, mas tambm nas coquerias e plantas de sinterizao. Depende de
fontes no-renovveis (carvo mineral) e apresenta custo de produo elevados
devido ao preo das matrias-primas (carvo e minrio de ferro).
Segundo Bates (2012) o alto-forno inflexvel, operando com um carregamento
metlico e de coque com especificaes definidas, o que acarreta em impactos
nos custos de produo. Alm do que altos preos so pagos por essas
matrias-primas, para que as mesmas cumpram com as especificaes
desejadas. O custo para construir um novo alto-forno ou reformar um j existente
muito alto e o custo para manter coquerias e plantas de sinterizao nos
padres atuais de controle de emisses podem no compensar.
O alto-forno tambm vem se modificando para entrar nos novos padres da
siderurgia. Como o caso do alto-forno moderno que utiliza tcnicas de melhor
convivncia com teores mais elevados de fsforo, slica e alumina; menores
emisses lquidas de CO2, reciclagem de resduos, baixa utilizao da gua, uso
de minrios mais finos (atravs de tcnicas de micro-aglomerao) e reciclagem
do gs de topo (CURSO ABM, 2009).
A utilizao do mini alto-forno a carvo vegetal tambm se mostra uma opo
mais vantajosa que o alto-forno a coque por apresentar (SIDERURGIA NO
BRASIL, 2010):
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43
Menor desgaste do alto-forno;
Inexistncia de contaminantes danosos ao ao;
Menor produo de escria;
Menor consumo energtico.
No entanto, limitado por restrio da capacidade de carga no alto-forno. Outro
aspecto negativo a necessidade de elevados investimentos em terra.
Antigamente apresentava problemas de cunho scio-ambiental, pelo uso
inadequado de carvo vegetal de florestas nativas.
O mini alto-forno no difundiu no Brasil porque necessrio investir em coquerias
ou importar o coque (ficando preso ao preo do mercado). O mini alto-forno a
carvo vegetal e no a coque tambm uma outra alternativa e apresenta como
principais caractersticas (RELATRIO INTERNO TECNORED, 2012):
Uso de fonte Renovvel de energia;
No h riscos tecnolgicos;
Baixa escala de produo;
Necessidade de um maior controle da origem do carvo vegetal;
Exige investimentos em terra (devido ao carvo vegetal necessitar reas
para plantao);
Baixo controle ambiental.
Devido ao fato do mini alto-forno ser de baixa escala de produo ele no ser
estudado detalhadamente e nem entrar no estudo comparativo entre os
processos.
sabido que o alto-forno bastante eficiente para produo do gusa e que sua
substituio no acontecer de uma hora para a outra. Mas como o alto-forno
no atende s novas exigncias da siderurgia moderna, ele acaba abrindo espao
para a insero de novas rotas tecnolgicas de reduo, j que essas so
alternativas mais sustentveis. O Mini Alto-forno tambm entra como uma outra
alternativa pois apresenta baixo CAPEX, flexibilidade na preparao e
composio da carga, mas faz uso do coque como combustvel. (NOLDIN et al,
2008).
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44
4.12. Tecnologias Alternativas de Reduo
As novas tecnologias alternativas de reduo tm se mostrado fundamentais no
processo de renovao da siderurgia, principalmente no fornecimento de ferro
primrio para mini-mills e na reciclagem de resduos siderrgicos (Noldin et al,
2003b).
Essas tecnologias podem seguir 3 vertentes (Noldin et al, 2003b):
Fuso redutora Os xidos de ferro so dissolvidos em banhos metlicos
ou escrias lquidas, reduzidos pelo carbono dissolvido, produzindo metal
lquido. (Ex: HIsmelt, Ausiron, AISI, Romelt).
Reduo slida: Os reatores de leito fluidizado fazem uso da interao
gs-slido, para reduzir as partculas suspensas de finos de minrios de
ferro, por gases redutores, produzindo ferro-esponja. (Ex: HyL, Midrex,
etc).
Auto-reduo: Utiliza uma mistura de finos de minrio de ferro ou de resduos
ferrosos, com finos de materiais carbonosos, como o carvo mineral,
aglomerados na forma de pelotas ou briquetes que so reduzidos pelo
modelos de reao slido-slido, via intermdirios gasosos, com alta
velocidade de reduo, produzindo metal lquido ou ferro-esponja. (Ex: Oxycup
e Tecnored).
Com os dados mostrados na Tabela 3 somados com os dados presentes na
Figura 10 fica mais fcil de observar as principais tecnologias concorrentes com o
Tecnored.
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45
Tabela 3 - Comparativo entre as tecnologias de reduo
CARGA DE FERRO
REDUTOR PRODUTO
CARVO GS NATURAL
Pelotas/ Lump AISI
COREX
HOT METAL OR
FULLY REDUCED IRON
Aglomerados auto-redutores
TECNORED OXICUP ITMK3
Finos HISMELT, DIOS,
ROMELT, AUSIRON FINEX
Pelotas/ Lump SL/RN, DRC,
ACCAR HYL
MIDREX
DRI Aglomerados
auto-redutores
FASTMET, MAUMEE IDI,
INMETCO, REDSMELT
Finos CIRCOFER PRIMUS
CIRCORED, IC (FEC), FINMET
FONTE: Adaptado de NOLDIN, 2011.
A primeira o Alto-forno que ainda o principal processo para produo de gusa
e a nica tecnologia consolidada, portanto, principal concorrente do Tecnored.
Mas fazendo uma anlise somente das novas tecnologias, nota-se que a as
tecnologias que esto no mesmo estgio de evoluo que o Tecnored, segundo a
Figura 10 so: ITMK3, HISMELT, OXYCUP, PRIMUS, COREX, MINI- AF (mini
alto-forno), FINEX, FINMET, RHF (FASTMET, REDSMET) e CIRCORED.
Porm nem todas essas tecnologias apresentam o mesmo produto final que o
Tecnored, as que apresentam como produto o metal lquido so: COREX,
OXICUP, ITMK3, HISMELT e FINEX.
Todas essas tecnologias usam carvo no-coqueificvel como combustvel,
menos o processo OXYCUP, que utiliza coque.
Os processos COREX e FINEX so muito parecidos, diferem entre si apenas pela
data de desenvolvimento, pelo tipo de matria-prima usada e pela granulometria
do combustvel. O processo COREX utiliza como matria-prima pelotas ou lump e
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46
como combustvel ele utiliza diretamente o carvo no-coqueificvel granulado. J
o processo FINEX utiliza diretamente como matria-prima finos de minrio e como
combustvel utiliza diretamente finos de carvo no-coqueificvel. Com isso pode-
se concluir que entre esses dois processos, o FINEX mais flexvel do que o
COREX, alm de ser uma tecnologia mais recente.
Ento para simplificar o estudo das novas tecnologias de reduo, concorrentes
do Tecnored, s ser mostrado nesse trabalho um breve estudo das seguintes
tecnologias: ITMK3, HISMELT e FINEX.
Como j mencionado anteriormente, o mini alto-forno no ser estudado nesse
trabalho para efeito comparativo com o Tecnored, pois apresenta pequena escala
de produo e seu controle ambiental ainda insuficiente, pois no atende as
atuais exigncias ambientais.
A etapa de reduo a que mais necessita de capital e energia e responsvel
pela produo de unidades de ferro-virgem ou ferro-primrio. E por isso a
crescente necessidade de aprimorar e desenvolver os processos de reduo.
Apesar dos inegveis avanos de otimizao dos alto-fornos, houve pouco
sucesso nas tentativas de substituio destes por outras tecnologias.
Porm esses processos alternativos tm apresentado melhoras significativas em
seus processos e com esse desenvolvimento acelerado, buscam sim, substituir o
clssico alto-forno que, apesar de eficiente vem sofrendo diversas presses
ambientais, tcnicas e econmicas.
De uma maneira geral, os processos alternativos buscam oferecer s siderrgicas
as seguintes caractersticas (Noldin et al, 2003b):
Flexibilidade de matria-prima;
Dispensa de uso de unidades de coqueria e sinterizao;
Maior eficcia para a reciclagem dos resduos gerados pela unidade e por
terceiros;
Baixos custos fixos;
Maior flexibilidade de produo para atender s variaes de demanda;
Maior compatibilidade ambiental;
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Baixo custo operacional, mesmo para escalas de produo mnimas
(OPEX);
Baixo custo de instalao, ampliao ou reforma (CAPEX);
Boa adequao s instalaes e procedimentos existentes;
Uso otimizado da rea disponvel;
Maior eficincia energtica.
4.13. FINEX
Figura 15 - Fluxograma do processo FINEX (PASSOS, 2009).
Foi desenvolvido pela POSCO e VAI-SIEMENS partir do COREX. O reator
utilizado no processo COREX foi substitudo por uma srie de reatores de leito
fluidizado (CURSO ABM, 2009).
Carga metlica: finos de minrio (pr-reduzidos em leito fluidizado)
Redutor: finos de carvo (compactados quente e injeo de carvo pulverizado)
(CURSO ABM, 2009).
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48
Neste processo o minrio carregado em uma srie de reatores de leito
fluidizado no sentido descendente, onde aquecido e reduzido, produzindo ferro-
esponja. Ao final da reduo o ferro esponja briquetado quente e transferido
por gravidade at o reator onde acontece a fuso. nessa etapa que o carvo
adicionado simultaneamente com o oxignio (SIEMENS VAI, 2012).
De acordo com Passos (2009) o gs que gerado pela gaseificao do carvo
(CO +H) flui em contracorrente com o minrio.
De acordo com Siemens Vai (2012) o processo apresenta as seguintes
caractersticas:
Utiliza matria-prima de baixo custo;
Apresenta CAPEX e OPEX mais baixos que o Alto-forno;
Emisses mais baixas de SOx e NOx mais baixas que o Alto-forno.
De acordo com os estudos realizados sobre o processo FINEX pelo U.S
DEPARTMENT of ENERGY (2000), esse processo ambientalmente
sustentvel e apresenta a vantagem econmica de ter flexibilidade
operacional e dispensar coqueria e sinterizao.
Siemens Vai (2007), contudo, afirma que o FINEX um processo
economicamente favorvel se comparado com o Alto-forno, apresenta
baixas taxas de emisso de poluentes e a exportao do gs de processo
para vrias aplicaes metalrgicas e produo de energia, agrega valor ao
processo.
Aps vrios testes em laboratrios e em plantas pilotos, em Agosto de 2004 foi
assinado o contrato com a Siemens Metals & Mining Technologies, para construir
uma planta oficial na Coria do Sul, E, finalmente, em 30 de Maio de 2007, iniciou
a sua primeira corrida com capacidade de 1,5 milhes de toneladas de metal
fundido ao ano (LEE, 2008).
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49
4.14. HISMELT
uma tecnologia desenvolvida pela HISMELT CO., subsidiria da Rio Tinto.
um processo baseado na fuso redutora (Smelting reduction), em
desenvolvimento desde a dcada de 80 (CURSO ABM, 2009). A Figura 16 mostra
esquematicamente o fluxograma do processo HISMELT e a Figura 17 mostra
esquematicamente o vaso de reduo.
Carga metlica: finos de minrio
Redutor: finos de carvo de baixos volteis (CURSO ABM, 2009).
Produto: ferro-gusa.
Figura 16 - Fluxograma do processo HISMELT (BATES, 2012).
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Diferentemente dos demais processos bath smelting a reduo dos xidos e a
gaseificao do carvo ocorrem no banho metlico (NOLDIN et al, 2003b).
Segundo Passos (2009) os finos so injetados por lanas submersas e no pelo
topo do reator.
Figura 17 - Viso geral do fluxo (RIO TINTO, 2012a).
Neste processo o minrio de ferro pr-aquecido em um sistema de ciclone
semelhante a fornos de cimento. Depois de aquecido o minrio de ferro
juntamente com o carvo e fundentes so injetados num banho fundido
temperatura de 1450C (U.S DEPARTMENT of ENERGY, 2000).
Ocorre uma rpida dissoluo e fuso do metal e os gases resultantes
produzidos (H e CO) retornam ao banho atravs da interface escria-metal
(PASSOS, 2009 and U.S. DEPARTMENT of ENERGY, 2000).
De acordo com Passos (2009) duas reaes importantes ocorrem durante o
processo:
C (carvo) = C (dissolvido no ferro)
3C (dissolvido no ferro) + Fe2O3 = 2 Fe + 3CO (g)
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51
Caso seja necessrio remover o enxofre do produto final, o gusa passar por um
processo de dessulfurao e caso este sistema seja implantado a planta poder
produzir como subproduto o gesso (CaSO4). Outro ponto importante que o gs
de topo apresenta baixo poder calorfico, porm quando enriquecido com gs
natural ele equivalente ao gs de topo de um alto-forno e pode ser utilizado no
pr-aquecimento do minrio e do combustvel (PASSOS, 2009).
A Hismelt uma alternativa de menor custo, mais eficiente e mais limpa em
relao tecnologia convencional de fabricao
de ferro (RIO TINTO, 2012b).
De acordo com Noldin (2011) o processo HIsmelt apresenta s seguintes
caractersticas:
Elevado CAPEX;
Elevados teores de FeO na escria resultando em menor rendimento
metlico;
Produo excessiva de escria e com ndices de ganga elevados;
Fundamentos de processo concretos e fortes;
Gs de sada pode ser utilizado no pr-aquecimento do minrio, o que
torna o processo mais eficiente.
Porm para Bates (2012) o processo apresenta outros diferenciais como:
Engenharia simples e robusta;
Baixo impacto ambiental;
Flexibilidade de matria-prima (incluindo resduos de aciarias e
minrios fosforosos).
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52
4.15. ITMK3
ITmk3 representa a prxima gerao em produo de ferro, processando finos de
minero em gusa ITmk3 nuggets em apenas 10 minutos (MC CLELLAND, 2008).
Seu desenvolvimento comeou em 1996, servindo-se as operaes de teste em
uma instalao piloto e depois em uma em larga escala. Sua primeira planta
industrial foi construda em Minessota, EUA (KIKUSHI et al, 2010). A Figura 18
mostra esquematicamente o fluxograma do processo ITMK3.
Matria-prima: finos de minrio de ferro
Redutor: finos de carvo no-coqueificvel
Produto final: Gusa Itmk3 nuggets.
Figura 18 - Fluxograma do processo ITMK3 (SBB STEEL MARKETS LATIN AMERICA, 2009).
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53
Este processo trabalha com finos de minrios e finos de carvo no-coqueificvel
que so aglomerados formando pelotas auto-redutoras. Porm esse processo
requer um combustvel adicional como leo ou gs natural.
Essas pelotas so peneiradas para 17-19 mm de dimetro e so ento
distribudas para o forno RHF (forno de soleira rotativa). Enquanto se desloca os
aglomerados so aquecidos at 1350C. Durante o processo de aquecimento
ocorre a reduo do xido de ferro e a desvolatilizao do carvo. O contato
ntimo entre o xido de ferro e carbono a uma alta temperatura resulta em uma
rpida reao (U.S. DEPARTMENT of ENERGY, 2000).
Depois da reduo o ferro e a escria so separados no forno e descarregados
na forma de escria e nuggets de ferro. A Figura 20 mostra a documentao
fotogrfica dos nuggets. O produto final no requer manuseamento especial
durante o transporte e pode ser continuamente alimentado a um EAF.
De acordo com U.S. DEPARTMENT of ENERGY (2000) as principais
caractersticas dos processo so:
Usa finos de minrio;
Menor tempo de reduo;
Completa separao do metal e da escria
Figura 19 - ITmk3 nuggets (SBB Steel Markets Latin America, 2009).
-
54
J de acordo com o SBB (Steel Markets Latin America, 2009) os principais pontos
so:
Operao flexvel em matria-prima e em uso (EAF e BOF)
Produz gusa em uma s etapa
Alimentao contnua
- Reduz tempo de reduo
- Aumento da produtividade
- Reduz consumo de energia
E de acordo com o ponto de vista do Curso da ABM (2009), os principais pontos
so:
Simplicidade do processo
Energeticamente eficiente
Ambientalmente amigvel
Tem-se mostrado superior na fabricao de produto de ferro pois este
continuamente carregado em forno eltrico a arco, EAFs, o que aumenta a
produtividade e diminui o gasto energtico.
Para KOSUKE et al (2012) o processo atraente para as mineradoras pois
agrega valor ao minrio devido a facilidade de manuseio e transporte.
4.16. Tecnored
O processo Tecnored uma tecnologia emergente desenvolvida no Brasil para
produo de ferro-gusa, que se processa atravs da reduo de aglomerados
auto-redutores (pelotas ou briquetes) de cura a frio, produzidos a partir de
misturas compostas de unidades de ferro (finos de minrio de ferro, resduos de
minerao, resduos siderrgicos) e unidades de carbono (finos de carvo
mineral, carvo vegetal, coque verde de petrleo ou resduos industriais contendo
carbono). Esses materiais so misturados com fundentes e ligantes e
aglomerados em briquetadoras ou em discos tradicionais de pelotizao, na forma
de briquetes e pelotas, respectivamente (NOLDIN, 2002).
-
55
Os aglomerados produzidos so ento reduzidos e fundidos em um forno de
geometria diferenciada e de alta eficincia, o forno tecnored, que por suas
caractersticas nicas, permite o uso variado de combustveis slidos de baixo
custo, como coque verde de petrleo, coque siderrgico, carvo mineral ou semi-
coques, produzindo metal lquido e escria com caractersticas similares aos
produzidos pelos processos convencionais (NOLDIN et al, 2006b).
Ao contrrio dos processos convencionais, o processo Tecnored foi concebido e
desenvolvido para ser uma tecnologia coke-less, ou seja, que dispensa o uso de
coque durante o processo produtivo, seja como agente trmico ou redutor;
evitando assim o investimento e operao de coquerias, e qualquer emisso
oriunda dessas unidades (CONTRUCCI et al, 2004).
Uma caracterstica importante do processo a formao de uma atmosfera
redutora dentro das pelotas, que resulta em elevadas taxas de reduo dos
xidos de ferro, independentemente da natureza da atmosfera presente dentro do
forno (CONTRUCCI et al, 1992).
O processo est baseado ento em duas fases: no uso de aglomerados auto-
redutores e a na operao do forno Tecnored.
4.16.1. A histria do processo Tecnored
O desenvolvimento do processo resultou de um esforo conjunto entre teoria e
prtica, por meio da compilao continuada de resultados obtidos em planta
piloto, atravs da realizao de repetidas corridas experimentais em um mdulo
de verdadeira grandeza do forno, e atravs de modelamentos matemticos,
estudos exploratrios, desenvolvimento em bancada, etc (NOLDIN et al, 2003b).
O forno Tecnored foi concebido em 1985. Seu desenvolvimento foi impulsionado
pela necessidade de um novo modelo de forno mais adaptado auto-reduo. De
1979 a 1985 foram desenvolvidas pelotas auto-redutoras de resduos piritosos,
como carga metlica em fornos. Assim, surgiu a necessidade de adequar as
pelotas auto-redutoras em outros tipos de forno de reduo, evitando assim, o
-
56
elevado consumo de combustvel, problemas de permeabilidade e qualidade das
pelotas (NOLDIN et al, 2005).
De 1985 a 1990 foi desenvolvido um forno circular para comprovar a viabilidade
do conceito proposto anteriormente. A operao se mostrou estvel e contnua, o
que estimulou um projeto para aumentar a escala do forno (NOLDIN et al, 2005),
Em escala maior comearam os controles de processo, melhorias, mapeamento
de processos e uma definio da geometria do forno. Depois de diversos testes e
operaes, ficou evidente a necessidade de uma geometria retangular para o
forno, construindo uma fatia modular do forno industrial. Com esse conceito de
modularidade foi possvel ampliar o forno na escala desejada e assim, aumentar a
capacidade sempre que desejado. Ento, em 2000, foi decidido que seria
construda a primeira planta de demonstrao industrial (NOLDIN et al, 2005).
Desde o surgimento da ideia at hoje, o projeto Tecnored passou por vrias
fases. A planta piloto foi construda pela Ao Villares no ano 2000 e depois
assumida pela Gerdau, que terminou vendendo o projeto VALE.
A VALE entrou no projeto no final de 2009 ao desembolsar R$80 milhes e
assumindo 37% da Tecnored Desenvolvimento Tecnolgico S.A., empresa cujo
principal ativo a planta piloto em Pindamonhangaba. Em Julho de 2011, a VALE
aumentou a fatia para 43,04%. Os outros acionistas so a BNDESPar, brao de
participaes do Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social
(BNDES), com 31,79%, e a Logos Tecnocom, com 25,17%. A Logos rene
pesquisadores que desenvolveram a tecnologia e a detentora de sete patentes
com alcance em 35 pases (ROTA METAL MECNICA, 2011).
-
57
4.16.2. O forno Tecnored
O forno Tecnored possui 4 verses que apresentam pequenas variaes entre
elas, mas que iro ser detalhadas mais frente.
A principal diferena entre o forno Tecnored e o forno de cuba clssico a
alimentao lateral do combustvel slido separada da alimentao central da
carga metlica. O propsito desse conceito de alimentaes individuais evitar a
reao endotrmica de Boudouard na cuba central (CO2 + C 2CO), regio onde
ocorre o pr-aquecimento e fuso da carga. Em alto-fornos esse tipo de
configurao invivel pois nele a alimentao feita em camadas alternadas de
coque e carga (CONTRUCCI, 2001).
Como nos fornos convencionais, no forno Tecnored a carga descendente troca
calor com o gs em contra-corrente, o que gera altos ndices de troca trmica e
aproveitamento do calor sensvel dos gases.
O forno Tecnored essencialmente gera a energia necessria para o processo, e o
faz em dois estgios. O primeiro ocorre atravs da queima do combustvel slido
pelas ventaneiras primrias, localizadas na cuba inferior do forno e o segundo
pela queima do monxido de carbono (CO) oriundo das regies inferiores, nas
ventaneiras secundrias, localizadas na cuba superior do reator. Essa queima
secundria ocorre de maneira que no possibilite uma nova gerao de CO
devido ausncia de combustvel slido nessa regio, o que evita a reao
endotrmica de Boudouard (CO2+C 2CO) (CONTRUCCI, 2001)
Dependendo da intensidade da queima esta ir resultar em maiores ou menores
teores de CO no gs de topo e por consequncia maiores ou menores Fuel-
rate. Alm disso caso haja queima externa de gs de topo (se rico em CO) esse
pode ser utilizado para pr-aquecimento do ar primrio, na verso do forno que
utiliza ar quente, reduzindo assim, o Fuel-rate.
O metal lquido produzido pelo forno apresenta rendimento metalrgico da ordem
de 98%.(CONTRUCCI, 2001).
O forno pode ser dividido em 3 zonas distintas, conforme mostra a Figura 20:
-
58
Cuba Superior:
Compreendida entre o nvel de carregamento das pelotas e as ventaneiras
secundrias.
Zona de Fuso:
Compreendida entre as venatneiras secundrias e o topo da cama de
combustvel.
Cuba inferior:
Compreendida entre o topo da Cmara de combustvel e as bicas de vazamento
de metal.
Figura 20 - O forno Tecnored (NOLDIN, 2007).
4.16.2.1. Cuba Inferior
A cuba inferior recebe material da cuba central (metal primrio e escria primria)
e o combustvel dos alimentadores laterais.
As primeiras funes da cuba inferior so garantir a queima do combustvel
atravs do sopro primrio e promover redues de xidos de ferro residuais,
-
59
remoo do enxofre pela escria e a reduo e incorporao do silcio no banho
metlico (NOLDIN, 2007).
Para a queima do combustvel utiliza-se ar pr-aquecido a cerca de 850 C e
sobre o combustvel a ser queimado deve-se ressaltar que este deve apresentar
boa permeabilidade para que haja um bom fluxo das fases gasosas e lquidas, e
tambm, deve apresentar uma resistncia suficiente para suportar a carga acima
formada (NOLDIN, 2007). importante deixar claro que essa exigncia mecnica
baixa se comparada aos processos convencionais de reduo que necessitam
de uma elevada resistncia mecnica, utilizando combustveis coqueificados,
emitindo substncias extremamente nocivas durante o processo.
Portanto o forno Tecnored oferece uma gama de opes de combustveis, de
baixo custo e ampla oferta, garantindo extrema flexibilidade e competitividade
tecnolgica.
4.16.2.2. Zona de Fuso
Ocorre a fuso dos briquetes reduzidos, formao da escria, reduo dos xidos
de ferro residuais e tambm parte da carburao do metal.
A carga aquecida pelos gases provenientes da cuba inferior at a temperatura
de amolecimento e fuso.
Tal como no alto-forno necessrio ter uma diferena mnima entre o
amolecimento e a fuso da carga de maneira a minimizar o tamanho da zona
coesiva e consequentemente a perda de carga na regio (NOLDIN, 2007).
4.16.2.3. Zona Superior
a zona onde so carregados os aglomerados auto-redutores, outros agentes e
uma parte dos combustveis (NOLDIN, 2007).
Tambm na zona superior ocorre a queima secundria, gerando energia.
Quase todas as reaes de reduo dos xidos ocorrem na cuba superior.
A alimentao lateral garante que na regio da cuba ocorra a eliminao de
matrias volteis e posteriormente a reao de gaseificao (Boudouard), como
ser mostrado na Figura 22.
-
60
4.16.3. Verses do Forno Tecnored
Em todas as verses o processo utiliza o mesmo tipo de forno e combustveis de
baixo custo.
SMELTER
De acordo com Noldin et al (2003b) esta verso do processo compreende a
reduo e posterior fuso dos aglomerados. Um dos maiores diferenciais do
processo a sua rapidez (tresidncia= 20 30 minutos contra 6 8 horas no
processo de Alfo-Forno) e isso devido aos seguintes fatores:
A concepo e o projeto do reator permite um aproveitamento substancial
da energia disponvel no processo.
O ambiente interno dos aglomerados e a alta reatividade das partculas
finamente divididas de carvo e minrio favorecem a cintica das reaes,
resultando em altas taxas de reduo.
FINISHER
Esta verso utiliza DRI/HBI (ferro diretamente reduzido/ ferro quente briquetado) e
disponibiliza ferro lquido para as aciarias eltricas, reduzindo o consumo de
energia eltrica e aumentando a substancialmente a produtividade dos fornos
eltricos a arco. Deste modo pode operar upstream a fornos eltricos antes
carregados com DHI/HBI de mercado ou de plantas cativas de reduo direta
(NOLDIN et al, 2003b).
MELTER
Esta verso tem como finalidade otimizar a utilizao de cargas metlicas usuais
e no usuais em aciarias e fundies, tais como sucatas de baixa qualidade e
cavacos de usinagem. um processo bastante vantajoso pois utiliza
-
61
combustveis de baixo custo ao invs do coque e possui alta eficincia (NOLDIN
et al, 2003b).
importante ressaltar que o uso de reatores compactos possui uma srie de
vantagens como:
Melhor controle da fluidodinmica do processo
Menor perda de carga atravs do leito
Parmetros como resistncia mecnica e porosidade de carga apresentam
menor influncia no processo.
4.16.4. Caractersticas do processo Tecnored
De acordo com Noldin et al (2008) o processo apresenta as seguintes
caractersticas:
Forno de cuba com geometria diferenciada, otimizada em funo da
utilizao (alta concentrao de slidos);
Flexibilidade de matria-prima, produo, produto e escala;
Metal lquido com qumica similar ao alto-forno
Simplicidade operacional ( Start-up, shut down, etc);
Projeto modular (construo modular e seo retangular);
Alta eficincia energtica (contra-corrente, carvo agindo como
distribuidor dos gases, permeabilidade)
Matrias-primas no convencionais (minrios de baixo teor, carves
de baixo rank, resduos, etc)
No depende do uso de coque
Cura a frio dos aglomerados
Uso de perifricos simples e comuns de mercado
Forno simples (metal lquido em uma etapa)
Sem partes mveis ou transferncia entre reatores
-
62
4.16.5. Flexibilidade de Matria-prima
4.16.5.1. Carga metlica
Como j foi comentado anteriormente, o processo Tecnored utiliza aglomerados
auto-redutores como carga metlica que so aglomerados em discos de
pelotizao ou em mquinas de briquetar, sem a necessidade de forno para a
queima (endurecimento). No forno Tecnored foram testados diversos tipos de
matria-prima, e mesmo fontes com baixos teores de ferro ou mesmo resduos
com baixo teor de ferro e alta quantidade de ganga, foram reduzidos rapidamente.
Isso devido s excelentes condies cinticas presentes no interior dos
aglomerados (materiais finos em contato ntimo e na ausncia de atmosfera
inerte) (NOLDIN, 2006a).
Na planta piloto foram testados minrios com teor de ferro da ordem de 58% ,
obtendo sucesso na reduo, enquanto que nos testes de bancada minrios com
teor de ferro da ordem de 52% e 55% apresentaram sucesso (NOLDIN, 2006a).
4.16.5.2. Combustvel
O material combustvel utilizado no forno Tecnored deve criar a permeabilidade
necessria para um bom fluxo das fases gasosa e lquida. Para isso o
combustvel deve apresentar no fim dos alimentadores laterais uma resistncia
suficiente para aguentar a carga acima (NOLDIN, 2006a). A Tabela 4 mostra os
combustveis alternativos com potencial uso no forno Tecnored.
De acordo com Noldin (2006a) o char formado deve ter reatividade adequada
para promover uma boa temperatura adiabtica e garantir a relao CO/CO2
desejada no topo da cama de combustvel. A Figura 21 mostra esquematicamente
o ciclo de gerao e sequestro de CO2.
-
63
Tabela 4- Combustveis alternativos com potencial uso no forno Tecnored (NOLDIN, 2007)
Classe Tipos de Combustveis
Carvo mineral no-coqueificvel Carvo semi-antractico Briquetes de
finos de carvo
Coque verde de petrleo CVP (Tipo "esponja")
Briquete de finos de CVP
Coque metalrgico
Coque chins de baixa- resistncia Semi-coque (coque indiano de alto-
cinza) Briquetes de finos de coque
Biomassas
Madeira seca (At 20% do total) Madeira anidra (tio)
Carvo vegetal Briquetes de finos de carvo vegetal
Resduos Pedaos de pneu (at 20% do total) Resduos automotivos (at 20% do
total)
O uso de biomassas no processo trazem grandes vantagens, tais como (NOLDIN
et al, 2008):
Baixas emisses de SOx;
Uso de biomassa de crescimento rpido, tipo capim elefante;
Uso de madeira anidra como combustvel.
-
64
Figura 21 - Ciclo de gerao e sequestro de CO2 (NOLDIN, 2006a).
Um ponto que deve ser destacado em relao as exigncias mecnicas dos
aglomerados usados no forno Tecnored. Eles no necessita, de uma resistncia
mecnica elevada igual aos utilizados em processos convencionais (Alto-forno).
Para garantir essa resistncia exigida pelo alto-forno, os combustveis precisam
ser coqueificveis o que gera ainda mais substncias poluentes durante o
processo. A Figura 22 mostra o percurso realizado pelo combustvel nas laterais
do forno Tecnored.
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65
Figura 22 - Alimentao lateral de combustvel no forno (NOLDIN, 2006a).
4.16.6. O conceito de Modularidade
Por ser retangular o forno Tecnored permite a instalao de etapas sucessivas,
respondendo aos planos de expanso das empresas ou demanda do mercado.
A modularidade do equipamento suportada pela possibilidade de aumento do
comprimento do forno e consequente volume permitindo o aumento da produo
linearmente ao acrscimo no comprimento. As Figuras 23 e 24 mostram
esquematicamente o conceito de modularidade dos fornos Tecnored.
-
66
Figura 23 - Conceito de modularidade (Relatrio interno Tecnored, 2012).
Figura 24 - Fatia modular do forno Tecnored (Relatrio interno da Tecnored, 2012).
Aumento do comprimento do
forno resulta em maiores
capacidades.
Mdulos
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67
A Figura 25 mostra a alta cintica do processo Tecnored. O alto-forno apresenta
um tempo de residncia de 6 a 8 horas, enquanto o Tecnored apresenta um
tempo de 0,5 horas. Portanto o Tecnored mais rpido e de menor escala
(CONTRUCCI, 2008).
Outro ponto que merece destaque o tamanho do forno Tecnored em relao ao
alto-forno, enquanto o primeiro possui uma altura de 5m e o segundo tem altura
de 20 a 100m.
Figura 25 - Cintica do processo Tecnored em comparao com o alto-forno
(CONTRUCCI, 2008).
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68
5. DISCUSSO DOS RESULTADOS
Neste captulo sero avaliadas as principais caractersticas de cada processo, ou
seja, suas vantagens e desvantagens, atravs de dados numricos compilados
em grficos e tambm de informaes proveniente de vrias fontes e autores
mostradas na reviso bibliogrfica.
Depois de estudo e anlise de dados provenientes de fontes como Noldin (2011)
e alguns relatrios internos da Vale (2012), U.S. Department of energy (2000),
Gordon (2012) e Tanaka (2010) foi possvel compilar todos esses dados
aproximados em grficos de Capex, Opex e emisses que sero mostrados
adiante.
Analisando a Figura 26 fica evidente que o Tecnored o processo que apresenta
o menor CAPEX, ou seja, o menor custo de investimento. Esse nmero de
CAPEX reduzido devido a ausncia de sinterizao e coquerias para o
processo, a aglomerao frio dispensa a etapa de endurecimento das pelotas e
um processo que pode ser implantado em diversas escalas, no necessitando
de elevados investimentos em terra.
Figura 26 - CAPEX dos processos de reduo ( NOLDIN, 2011).
Menor CAPEX
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69
Na Figura 27 pode ser analisado o OPEX de cada processo, dividido em custo
capital, converso e matria-prima:
Figura 27 - OPEX dos processos de reduo por parmetros ( NOLDIN, 2011).
De acordo com a Figura 27 possvel notar o destaque do Tecnored, perante os
processos HIsmelt e Finex. Esse grfico interessante pois mostra que o
Tecnored se destaca no baixo custo em matria-prima e de capital perante as
outras duas tecnologias. Porm perde para o processo HIsmelt no quesito de
converso.
A partir dos dados mostrados na Tabela 5 possvel chegar ao grfico mostrado
na Figura 27, que um comparativo do OPEX de cada processo:
Menor OPEX
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70
Tabela 5 - Comparativo do OPEX de cada processo (NOLDIN, 2011).
Tecnored ITmk3 Alto-forno a coque Hismelt FINEX
Unidade USD/unidade Unidade/Mt USD/ Mt Unidade/Mt USD/ Mt Unidade/Mt USD/ Mt Unidade/Mt USD/ Mt Unidade/Mt USD/ Mt
Carga metlica
Finos (65% Fe) T 110,73 1,55 171,63 1,55 171,63
Sinter feed T 123,03 0,80 97,93 1,55 190,70 1,55 190,70
Lump T 151,09 0,16 24,02
pelotas para alto-forno T 184,01 0,64 117,21
Carga de carbono
Carvo pulverizado T 250 0,75 188,70 0,37 92,50 0,16 40,00 0,66 165,00
Carvo LV T 250 0,80 200,00
Gs natural, leo,etc Gcal 50 1,67 83,33
Coque cativo T 466,67 0,32 149,33 0,14 66,67
Ligantes
Ligantes $ 40,00 40,00 10,00 10,00 10,00
Outros
Oxignio Nm 0,30 1,00 0,30 1,00 0,30 50,00 15,00 280,00 84,00 500,00 150,00
Manuteno $ 28,00 30,00 40,00 35,00 35,00
Energia MWh 70,00 0,16 11,20 0,20 14,00 0,10 7,00 0,35 24,50 0,20 14,00
Utilidades, ect $ 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00
Crditos
Crditos de gs Gcal -10,00 2,00 -20,00 1,00 -10,00 0,90 -9,00 4,00 -40,00
Escria a T -10,00 0,21 -2,10 0,25 -2,50 0,27 -2,70
Escria b T -4,00 0,20 -0,80 0,30 -1,20
Opex TOTAl 422,73 435,96 493,00 539,00 593,66
-
71
A Figura 28 nos mostra mais uma vez que o processo Tecnored se destaca
perante os outros processos no quesito OPEX, custo de produo.
Figura 28 - Comparativo do OPEX de cada processo (ADAPTADO DE NOLDIN, 2011).
Na Figura 29 est a taxa de emisso de CO2 por processo, sendo que o
processo que se destaca nesse quesito o ITmk3 pois o que possui menor
taxa de emisso de CO2.
J com relao s emisses de SOx o processo que merece destaque o
FINEX, que apresenta taxas de emisses baixssimas, comparada com os
outros processos, como mostrado na Figura 30. Outro ponto importante da
Figura 29 a diferena brusca entre o Processo FINEX e o Alto-forno. Nesse
caso o alto-forno apresenta valores elevados pois os processos de sinterizao
e coquerias tambm esto presentes.
Menor OPEX
-
72
Figura 29 - Taxa de emisso de gs carbnico por tonelada de ferro produzido, por
processo.
Figura 30 - Taxa de emisso de SOx por tonelada de ferro produzido, por processo.
-
73
O Finex se destaca mais uma vez quando comparamos as taxas de emisso
de NOx entre os processos, como mostrado na Figura 31. Porm nesse
quesito o Tecnored tambm apresenta em destaque.
O alto-forno mais uma vez apresenta valores mais altos, pois os processos de
sinterizao e coqueria tambm esto presentes, como tambm na emisso de
poeira, conforme pode ser observado na Figura 32.
Figura 31 - Taxa de emisso de NOx por tonelada de ferro produzido, por processo.
Figura 32 - Taxa de emisso de poeira por tonelada de ferro produzido, por processo.
-
74
Agora todos esses dados sero avaliados e compilados em uma nica tabela
que mostrar a pontuao para cada parmetro. Os parmetros mostrados
anteriormente so parmetros comuns a todos os processos Tecnored,
HIsmelt, ITmk3, FINEX e o alto-forno.
Foi ento estabelecida uma regra para classificao de cada item, conforme
mostrado na Tabela 6, que exibe as regras de classificao dos itens avaliados
na comparao entre os processos:
Tabela 6 Regras para classificao dos itens avaliados na comparao entre os
processos
Quantidade de estrelas preenchidas
Pontuao
Muito Bom
Bom
Regular
Ruim
OBS: Pode haver intermedirios entre esses valores, ento a estrela
aparecer preenchida apenas pela metade.
Foram estabelecidos como comum a todos os processos os seguintes
parmetros:
CAPEX;
OPEX;
Flexibilidade de matria-prima;
Emisses de CO2;
-
75
Emisses de SOx;
Emisses de NOx;
Emisses de poeira.
Depois de analisados todos esses parmetros comuns aos processos foi
estabelecido uma pontuao adicional para os parmetros que s alguns
processos apresentam (um diferencial de cada processo).
Se um processo possui esse diferencial, recebe uma estrela e se no possui,
no recebe nenhuma.
Depois de estabelecidos os parmetros comuns e adicionais foi realizada a
somatria de estrelas por processos, para assim determinar o ranking parcial e
total de todos os processos. A Tabela 7 mostra a pontuao geral e a Tabela 8
mostra a pontuao adicional.
-
76
Tabela 7 Pontuao geral
Tabela 8 Pontuao Adicional
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77
6. CONCLUSO
O processo convencional para a produo de ao vem sofrendo inmeras
adaptaes e melhorias ao longo dos ltimos anos, para atender s questes
ambientais e econmicas impostas. Tais como, baixo custo de investimento
(CAPEX), baixo custo operacional (OPEX), flexibilidade de escala, uso e
matrias-primas e menores taxas de emisses de poluentes.
A indstria siderrgica de uma maneira geral est preocupada e comprometida
com a manuteno e melhoria da sade humana e do meio ambiente. A
eliminao no meio ambiente de substncias poluidoras pela indstria
siderrgica mundial foi reduzida em mais de 90% em relao aos anos 70,
aps maiores investimentos para o controle ambiental. No entanto h muito
mais a se fazer.
nesse contexto que o alto-forno busca se adaptar s novas exigncias da
siderurgia, modernizando seus processos e minimizando seus impactos
ambientais. Ao mesmo tempo, surgem as tecnologias alternativas, que visam
uma maior compatibilidade ambiental, uma diminuio do CAPEX e OPEX,
maior flexibilidade para atender s variaes de demanda e eliminar etapas
como coquerias e plantas de sinterizao que so extremamente nocivas ao
meio ambiente. Porm mesmo em escala de desenvolvimento tecnolgico elas
apresentam um forte potencial para desenvolvimento em escala industrial.
Deve-se levar em considerao o volume de resduos slidos, principalmente